CN110556912A - Ups三电平pfc拓扑电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种UPS三电平PFC拓扑电路及其控制方法，提供了一种多用途的UPS三电平PFC拓扑电路机器控制方法，该拓扑电路适用于供电应用与放电应用，在市电下又支持双向工作、且电池、市电通过同一套电路实现给+BUS、‑BUS供电的高效率三相PFC的电路。此外，该电路结构还可实现在为BUS供电的同时对电池进行充电。
Description
技术领域
本发明涉及UPS技术，尤其是指一种UPS三电平PFC拓扑电路及其控制方法。
背景技术
UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply)，即不间断电源，是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换城市电的系统设备。
寻常的UPS，在市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
然而UPS这个转化过程，势必有能量损耗。时下全球能源供应紧张的形势下，节能环保已成为UPS厂商进行产品技术创新的指导原则。对UPS而言，输入功率因数的高低表明其吸收电网有功功率的能力及对电网影响的程度。降低电源的输入谐波，不但能改善UPS对电网的负载特性，减少给电网带来的严重污染，也能降低对其他网络设备的谐波干扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种高效率的UPS三电平PFC拓扑电路及其控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种UPS三电平PFC拓扑电路，包括R相支路、S相支路、T相支路及第一电池支路、第二电池支路；
所述R相支路包括第一双向可控硅，第一双向可控硅输入端连接R相、输出端连接第一电感，第一电感另一端的第一路与并联的第一场效应管与第一二极管相连，其中第一场效应管输出连接第一电感，第一二极管输入连接第一电感，第一场效应管的输入与第一二极管的输出+BUS；第一电感另一端的第二路连接并联的第三场效应管及第三二极管，其中第三场效应管的输入端连接第一电感、第三二极管的输出端连接第一电感，第三场效应管的输出端及第三二极管的输入端连接第四场效应管的输出端及第四二极管的输入端，第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端连接N相；第一电感另一端的第三路与并联的第二场效应管与第二二极管相连，其中第二场效应管输入连接第一电感，第一二极管输出连接第一电感，第二场效应管的输出与第二二极管的输入为出-BUS；
所述R相支路还包括第一电容、第二电容；所述第一场效应管的输入与第一二极管的输出通过第一电容连接第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端，第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端通过第二电容连接第二场效应管的输出与第二二极管的输入端；
所述S相支路包括第七双向可控硅，第七双向可控硅输入端连接S相、输出端连接第二电感，第二电感另一端的第一路与并联的第五场效应管与第五二极管相连，其中第五场效应管输出连接第二电感，第五二极管输入连接第二电感，第五场效应管的输入与第五二极管的输出+BUS；第二电感另一端的第二路连接并联的第七场效应管及第七二极管，其中第七场效应管的输入端连接第二电感、第七二极管的输出端连接第二电感，第七场效应管的输出端及第七二极管的输入端连接第八场效应管的输出端及第八二极管的输入端，第八场效应管的输入端与第八二极管的输出端连接N相；第二电感另一端的第三路与并联的第六场效应管与第六二极管相连，其中第六场效应管输入连接第二电感，第六二极管输出连接第二电感，第六场效应管的输出与第六二极管的输入为出-BUS；
所述S相支路包括第三电容、第四电容；所述五场效应管的输入与第五二极管的输出通过第三电容连接第八场效应管的输入端与第八二极管的输出端，第八场效应管的输入端与第八二极管的输出端通过第四电容连接第六场效应管的输出与第六二极管的输入端；
所述T支路包括第八双向可控硅，第八双向可控硅输入端连接T相、输出端连接第三电感，第三电感另一端的第一路与并联的第九场效应管与第九二极管相连，其中第九场效应管输出连接第三电感，第九二极管输入连接第三电感，第九场效应管的输入与第九二极管的输出+BUS；第三电感另一端的第二路连接并联的第十一场效应管及第十一二极管，其中第十一场效应管的输入端连接第三电感、第十一二极管的输出端连接第三电感，第十一场效应管的输出端及第十一二极管的输入端连接第十二场效应管的输出端及第十二二极管的输入端，第十二场效应管的输入端与第十二二极管的输出端连接N相；第三电感另一端的第三路与并联的第十场效应管与第十二极管相连，其中第十场效应管输入连接第三电感，第十二极管输出连接第三电感，第十场效应管的输出与第十二极管的输入为出-BUS；
所述T相支路包括第五电容、第六电容；所述九场效应管的输入与第九二极管的输出通过D；
所述第一电池支路中的电池的负极与第二电池支路中的电池正极接地，第一电池支路的电池的正极通过反向并联的两个第三可控硅、第四可控硅连接R相支路的第一电感，第二电池支路的电池的负极通过反向并联的两个第五可控硅、第六可控硅连接S相支路的第二电感。
上述中，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管为续流二极管。
本发明还涉及一种UPS三电平PFC拓扑电路控制方法，包括如上所述UPS三电平PFC拓扑电路，还包括R相控制流程、S相控制流程及T相控制流程；
当工作于供电应用时，所述R相控制流程包括步骤，
R11)当R相处于正半周时，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管开启，第四场效应管关断；
R12)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
R13)当R相处于负半周时，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管开启；
R14)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断，第三场效应管开启，第四场效应管关断；
当工作于供电应用时，所述S相控制流程包括步骤，
S11)当S相处于正半周时，第五场效应管关断、第六场效应管关断、第七场效应管开启，第八场效应管关断；
S12)待第二电感充能后，第五场效应管关断、第六场效应管关断、第七场效应管关断，第八场效应管关断；
S13)当S相处于负半周时，第五场效应管关断、第六场效应管关断、第七场效应管关断，第八场效应管开启；
S14)待第二电感充能后，第五场效应管关断、第六场效应管关断，第七场效应管开启，第八场效应管关断；
当工作于供电应用时，所述T相控制流程包括步骤，
T11)当T相处于正半周时，第九场效应管关断、第十场效应管关断、第十一场效应管开启，第十二场效应管关断；
T12)待第三电感充能后，第九场效应管关断、第十场效应管关断、第十一场效应管关断，第十二场效应管关断；
T13)当T相处于负半周时，第九场效应管关断、第十场效应管关断、第十一场效应管关断，第十二场效应管开启；
T14)待第三电感充能后，第九场效应管关断、第十场效应管关断，第十一场效应管开启，第十二场效应管关断。
进一步的，当工作于放电应用时，所述R相控制流程包括步骤，
R21)第一场效应管开启、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
R22)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管开启输出交流正半周；
R23)待第一电感放能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
R24)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断，第三场效应管开启，第四场效应管关断输出交流负半周；
当工作于放电应用时，所述S相控制流程包括步骤，
S21)第五场效应管开启、第六场效应管关断、第七场效应管关断，第八场效应管关断；
S22)待第二电感充能后，第五场效应管关断、第六场效应管关断、第七场效应管关断，第八场效应管开启输出交流正半周；
S23)待第二电感放能后，第五场效应管关断、第六场效应管关断、第七场效应管关断，第八场效应管关断；
S24)待第二电感充能后，第五场效应管关断、第六场效应管关断，第七场效应管开启，第八场效应管关断输出交流负半周；
当工作于放电应用时，所述T相控制流程包括步骤，
T21)第九场效应管开启、第十场效应管关断、第十一场效应管关断，第十二场效应管关断；
T22)待第三电感充能后，第九场效应管关断、第十场效应管关断、第十一场效应管关断，第十二场效应管开启输出交流正半周；
T23)待第三电感放能后，第九场效应管关断、第十场效应管关断、第十一场效应管关断，第十二场效应管关断；
T24)待第三电感充能后，第九场效应管关断、第十场效应管关断，第十一场效应管开启，第十二场效应管关断输出交流负半周。
本发明还涉及一种UPS三电平PFC拓扑电路，包括第一双向可控硅，第一双向可控硅输入端连接相位输入、输出端连接第一电感，第一电感另一端的第一路与并联的第一场效应管与第一二极管相连，其中第一场效应管输出连接第一电感，第一二极管输入连接第一电感，第一场效应管的输入与第一二极管的输出+BUS；第一电感另一端的第二路连接并联的第三场效应管及第三二极管，其中第三场效应管的输入端连接第一电感、第三二极管的输出端连接第一电感，第三场效应管的输出端及第三二极管的输入端连接第四场效应管的输出端及第四二极管的输入端，第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端连接N相；第一电感另一端的第三路与并联的第二场效应管与第二二极管相连，其中第二场效应管输入连接第一电感，第一二极管输出连接第一电感，第二场效应管的输出与第二二极管的输入为出-BUS；
包括第一电容、第二电容；所述第一场效应管的输入与第一二极管的输出通过第一电容连接第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端，第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端通过第二电容连接第二场效应管的输出与第二二极管的输入端。
上述中，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管为续流二极管。
本发明还涉及一种UPS三电平PFC拓扑电路控制方法，包括如上所述UPS三电平PFC拓扑电路，还包括相位控制流程；
当工作于供电应用时，所述相位控制流程包括步骤，
11)当相位处于正半周时，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管开启，第四场效应管关断；
12)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
13)当相位处于负半周时，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管开启；
14)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断，第三场效应管开启，第四场效应管关断。
进一步的，当工作于放电应用时，所述相位控制流程包括步骤，
21)第一场效应管开启、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
22)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管开启输出交流正半周；
23)待第一电感放能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
24)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断，第三场效应管开启，第四场效应管关断输出交流负半周。
本发明的有益效果在于：提供了一种多用途的UPS三电平PFC拓扑电路，该拓扑电路适用于供电应用与放电应用，在市电下又支持双向工作、且电池、市电通过同一套电路实现给+BUS、-BUS供电的高效率三相PFC的电路。此外，该电路结构还可实现在为BUS供电的同时对电池进行充电。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，一种UPS三电平PFC拓扑电路，其特征在于：包括R相支路、S相支路、T相支路及第一电池支路、第二电池支路；
所述R相支路包括：
第一双向可控硅SCR1，第一双向可控硅SCR1输入端连接R相LINE_R、输出端连接第一电感L1；
第一电感L1另一端的第一路与并联的第一场效应管Q1与第一二极管D1相连，其中第一场效应管Q1输出连接第一电感L1，第一二极管D1输入连接第一电感L1，第一场效应管Q1的输入与第一二极管D1的输出+BUS；
第一电感L1另一端的第二路连接并联的第三场效应管Q3及第三二极管D3，其中第三场效应管Q3的输入端连接第一电感L1、第三二极管Q3的输出端连接第一电感L1，第三场效应管Q3的输出端及第三二极管D3的输入端连接第四场效应管Q4的输出端及第四二极管D4的输入端，第四场效应管Q4的输入端与第四二极管D4的输出端连接N相LINE_N；
第一电感L1另一端的第三路与并联的第二场效应管Q2与第二二极管D2相连，其中第二场效应管Q2输入连接第一电感L1，第一二极管D2输出连接第一电感L1，第二场效应管Q2的输出与第二二极管D2的输入为出-BUS；
所述R相支路还包括第一电容C1、第二电容C2；所述第一场效应管Q1的输入与第一二极管D1的输出通过第一电容C1连接第四场效应管Q4的输入端与第四二极管D4的输出端，第四场效应管Q4的输入端与第四二极管D4的输出端通过第二电容C2连接第二场效应管Q2的输出与第二二极管D2的输入端。
由此，通过第一电容C1、第二电容C2配合电感，可满足输出+BUS、-BUS输出电压高于实际输入市电的需求(例如市电输入220V，输出BUS380V)。
此电路拓扑，运用在UPS供电应用时，在市电模式下，当市电正半周时，市电通过Q1，Q3，Q4对正BUS进行充电储能；当市电位于负半周时，市电通过Q2，Q3，Q4对负BUS进行充电储能。
对应的，该电路拓扑运用在UPS放电应用时，+BUS和-BUS来的电能依次通过第一场效应管Q1、第一电感L1与第二场效应管Q2、第一电感L1在第一双向可控硅转化为交流电供给市电。
所述S相支路包括：
第七双向可控硅SCR7，第七双向可控硅SCR7输入端连接S相LINE_S、输出端连接第二电感L2；
第二电感L2另一端的第一路与并联的第五场效应管Q5与第五二极管D5相连，其中第五场效应管Q5输出连接第二电感L2，第五二极管D5输入连接第二电感L2，第五场效应管Q5的输入与第五二极管D5的输出+BUS；
第二电感L2另一端的第二路连接并联的第七场效应管Q7及第七二极管D7，其中第七场效应管Q7的输入端连接第二电感L2、第七二极管D7的输出端连接第二电感L2，第七场效应管Q7的输出端及第七二极管D7的输入端连接第八场效应管Q8的输出端及第八二极管D8的输入端，第八场效应管Q8的输入端与第八二极管D8的输出端连接N相LINE_N；
第二电感L2另一端的第三路与并联的第六场效应管Q6与第六二极管D6相连，其中第六场效应管Q6输入连接第二电感L2，第六二极管D6输出连接第二电感L2，第六场效应管Q6的输出与第六二极管D6的输入为出-BUS；
所述S相支路包括第三电容C3、第四电容C4；所述五场效应管Q5的输入与第五二极管D5的输出通过第三电容C3连接第八场效应管Q8的输入端与第八二极管D8的输出端，第八场效应管Q8的输入端与第八二极管D8的输出端通过第四电容C4连接第六场效应管Q6的输出与第六二极管D6的输入端。
S支路的特征与R支路相同，在此不作冗述。
所述T支路包括：
第八双向可控硅SCR8，第八双向可控硅SCR8输入端连接T相LINE_T、输出端连接第三电感L3，
第三电感L3另一端的第一路与并联的第九场效应管Q9与第九二极管D9相连，其中第九场效应管Q9输出连接第三电感L3，第九二极管Q9输入连接第三电感L3，第九场效应管Q9的输入与第九二极管D9的输出+BUS；
第三电感L3另一端的第二路连接并联的第十一场效应管Q11及第十一二极管D11，其中第十一场效应管Q11的输入端连接第三电感L3、第十一二极管D11的输出端连接第三电感L3，第十一场效应管Q11的输出端及第十一二极管D11的输入端连接第十二场效应管Q12的输出端及第十二二极管D12的输入端，第十二场效应管Q12的输入端与第十二二极管D12的输出端连接N相LINE_N；
第三电感L3另一端的第三路与并联的第十场效应管Q10与第十二极管D10相连，其中第十场效应管Q10输入连接第三电感L3，第十二极管D10输出连接第三电感L3，第十场效应管Q10的输出与第十二极管D10的输入为出-BUS；
所述T相支路包括第五电容C5、第六电容C6；所述九场效应管Q9的输入与第九二极管Q9的输出通过第五电容C5连接第十二场效应管Q12的输入端与第十二二极管D12的输出端，第十二场效应管Q12的输入端与第十二二极管D12的输出端通过第六电容C6连接第十场效应管Q10的输出与第十二极管D10的输入端。
T支路的特征与R支路相同，在此不作冗述。
所述第一电池支路中的电池BAT+的负极与第二电池支路中的电池BAT-的正极接地，第一电池支路的电池BAT+的正极通过反向并联的两个第三可控硅SCR3、第四可控硅SCR4连接R相支路的第一电感L1，第二电池支路的电池BAT-的负极通过反向并联的两个第五可控硅SCR5、第六可控硅SCR6连接S相支路的第二电感L2。
由此，当切换到电池模式下时，正电池BAT+通过Q1，Q3，Q4对+BUS充电，负电池BAT-通过Q6，Q7，Q8对-BUS充电储能。该电路可不论市电处于正、负半周均工作，支持双向工作，进一步的通过配置了由第二场效应管Q2与第一三极管组成的BOOST升压电路。使得市电供电、电池供电采用同一套电路，大大简化了电路的复杂程度，有效提升效率。
对应的，该电路拓扑运用在UPS放电应用时，通过第一场效应管Q1、第一电感L1与第四可控硅SCR4形成的BUCK降压电路还可在使用过程同时通过该套电路对电池进行充电。而BUCK电路充电方式与传统的FLYBACK相比，有明显的低损耗的特点，因此教传统UPS更为高效。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：提供了一种多用途的UPS三电平PFC拓扑电路，该拓扑电路适用于供电应用与放电应用，在市电下又支持双向工作、且电池、市电通过同一套电路实现给+BUS、-BUS供电的高效率三相PFC的电路。此外，该电路结构还可实现在为BUS供电的同时对电池进行充电。
实施例1
所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管为续流二极管。
采用该种二极管可使得配合的场效应管切换更为迅速，满足高性能的要求。
本发明还涉及一种适用于上述UPS三电平PFC拓扑电路的UPS三电平PFC拓扑电路控制方法，包括R相控制流程、S相控制流程及T相控制流程；
当工作于供电应用时，所述R相控制流程包括步骤，
R11)当R相处于正半周时，第一场效应管Q1关断、第二场效应管Q2关断、第三场效应管Q3开启，第四场效应管Q4关断；
此时，来自R相的正半周电流分别通过L1、D1、Q3、D4，至+BUS与C1上，对第一电感L1进行储能、升压；
R12)待第一电感L1充能后，第一场效应管Q1关断、第二场效应管Q2关断、第三场效应管Q3关断，第四场效应管Q4关断；
此时，L1储能结束后，关闭中间电平支路，第一电感L1通过D1释放储存的电能至+BUS，实现对外供电。
R13)当R相处于负半周时，第一场效应管Q1关断、第二场效应管Q2关断、第三场效应管Q3关断，第四场效应管Q4开启；
此时，来自R相的负半周电流分别通过L1、D2、D3、Q4，至-BUS与C2上，对第一电感L1进行储能、升压；
R14)待第一电感L1充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断，第三场效应管开启，第四场效应管关断；
同理，L1储能结束后，关闭中间电平支路，第一电感L1通过D2释放储存的电能至-BUS，实现对外供电。
当工作于供电应用时，所述S相控制流程包括步骤，
S11)当S相处于正半周时，第五场效应管Q5关断、第六场效应管Q6关断、第七场效应管Q7开启，第八场效应管Q8关断；
S12)待第二电感充能后，第五场效应管Q5关断、第六场效应管Q6关断、第七场效应管Q7关断，第八场效应管Q8关断；
S13)当S相处于负半周时，第五场效应管Q5关断、第六场效应管Q6关断、第七场效应管Q7关断，第八场效应管Q8开启；
S14)待第二电感充能后，第五场效应管Q5关断、第六场效应管Q6关断，第七场效应管Q7开启，第八场效应管Q8关断；
S相控制流程方式与效果与R相控制流程相同，在此不作冗述。
当工作于供电应用时，所述T相控制流程包括步骤，
T11)当T相处于正半周时，第九场效应管关断、第十场效应管关断、第十一场效应管开启，第十二场效应管关断；
T12)待第三电感充能后，第九场效应管关断、第十场效应管关断、第十一场效应管关断，第十二场效应管关断；
T13)当T相处于负半周时，第九场效应管关断、第十场效应管关断、第十一场效应管关断，第十二场效应管开启；
T14)待第三电感充能后，第九场效应管关断、第十场效应管关断，第十一场效应管开启，第十二场效应管关断。
T相控制流程方式与效果与R相控制流程相同，在此不作冗述。
可见该控制方法配合电路不仅在市电处于正、负半周均工作，即支持双向工作，且可使得市电供电、电池供电采用同一套电路，大大简化了电路的复杂程度，有效提升效率。
实施例2
进一步的，适用于上述UPS三电平PFC拓扑电路的UPS三电平PFC拓扑电路控制方法在当工作于放电应用时：
所述R相控制流程包括步骤，
R21)第一场效应管Q1开启、第二场效应管Q2关断、第三场效应管Q3关断，第四场效应管Q4关断；
此时，来自+BUS的电能一路通过Q1、C1给L1进行储能、降压。
R22)待第一电感L1充能后，第一场效应管Q1关断、第二场效应管Q2关断、第三场效应管Q3关断，第四场效应管Q4开启；
第一电感L1通过第四场效应管Q4和第三二极管D3对外释放来自+BUS储存的交流正半周能量。
R23)待第一电感L1放能后，第一场效应管Q1关断、第二场效应管Q2关断、第三场效应管Q3关断，第四场效应管Q4关断；
此时，来自-BUS的电能通过D2、C2给L1进行储能、降压。
R24)待第一电感L1充能后，第一场效应管Q1关断、第二场效应管Q2关断，第三场效应管Q3开启，第四场效应管Q4关断；
第一电感L1通过第三场效应管Q3和第四二极管D4对外释放来自-BUS储存的交流负半周能量。
同样，该电路拓扑可运用于对三相电网放电，或对电池充电的应用需求。
当工作于放电应用时，所述S相控制流程包括步骤，
S21)第五场效应管Q5开启、第六场效应管Q6关断、第七场效应管Q7关断，第八场效应管Q8关断；
S22)待第二电感L2充能后，第五场效应管Q5关断、第六场效应管Q6关断、第七场效应管Q7关断，第八场效应管Q8开启输出交流正半周；
S23)待第二电感L2放能后，第五场效应管Q5关断、第六场效应管Q6关断、第七场效应管Q7关断，第八场效应管Q8关断；
S24)待第二电感L2充能后，第五场效应管Q5关断、第六场效应管Q6关断，第七场效应管Q7关断，第八场效应管Q8关断；
S相放电控制流程作用与效果与R相相似，在此不作冗述。
当工作于放电应用时，所述T相控制流程包括步骤，
T21)第九场效应管Q9开启、第十场效应管Q10关断、第十一场效应管Q11关断，第十二场效应管Q12关断；
T22)待第三电感L3充能后，第九场效应管Q9关断、第十场效应管Q10关断、第十一场效应管Q11关断，第十二场效应管Q12开启输出交流正半周；
T23)待第三电感L3放能后，第九场效应管Q8关断、第十场效应管Q10开启、第十一场效应管Q11关断，第十二场效应管Q12关断；
T24)待第三电感L3充能后，第九场效应管Q9关断、第十场效应管Q10关断，第十一场效应管Q11开启，第十二场效应管Q12关断输出交流负半周。。
T相放电控制流程作用与效果与R相相似，在此不作冗述。
本发明还提供了一种UPS三电平PFC拓扑电路，包括第一双向可控硅，第一双向可控硅输入端连接相位输入、输出端连接第一电感，第一电感另一端的第一路与并联的第一场效应管与第一二极管相连，其中第一场效应管输出连接第一电感，第一二极管输入连接第一电感，第一场效应管的输入与第一二极管的输出+BUS；第一电感另一端的第二路连接并联的第三场效应管及第三二极管，其中第三场效应管的输入端连接第一电感、第三二极管的输出端连接第一电感，第三场效应管的输出端及第三二极管的输入端连接第四场效应管的输出端及第四二极管的输入端，第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端连接N相；第一电感另一端的第三路与并联的第二场效应管与第二二极管相连，其中第二场效应管输入连接第一电感，第一二极管输出连接第一电感，第二场效应管的输出与第二二极管的输入为出-BUS；
包括第一电容、第二电容；所述第一场效应管的输入与第一二极管的输出通过第一电容连接第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端，第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端通过第二电容连接第二场效应管的输出与第二二极管的输入端。
此电路拓扑，运用在UPS供电应用时，在市电模式下，当市电正半周时，市电通过Q1，Q3，Q4对正BUS进行充电储能；当市电位于负半周时，市电通过Q2，Q3，Q4对负BUS进行充电储能。
对应的，该电路拓扑运用在UPS放电应用时，+BUS和-BUS来的电能依次通过第一场效应管Q1、第一电感L1与第二场效应管Q2、第一电感L1在第一双向可控硅转化为交流电供给市电。
可见，本发明的有益效果在于：提供了一种多用途的UPS三电平PFC拓扑电路，该拓扑电路适用于三相电路中任何一相，且在供电应用与放电应用中均可采用，在市电下又支持双向工作、且电池、市电通过同一套电路实现给+BUS、-BUS供电的高效率三相PFC的电路。此外，该电路结构还可实现在为BUS供电的同时对电池进行充电。
实施例3
上述中，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管为续流二极管。
采用该种二极管可使得配合的场效应管切换更为迅速，满足高性能的要求。
本发明还提供了一种适用于上述UPS三电平PFC拓扑电路控制方法，包括相位控制流程；
当工作于供电应用时，所述相位控制流程包括步骤，
11)当相位处于正半周时，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管开启，第四场效应管关断；
此时正向市电通过第一二极管、第三场效应管、第四二极管和第一电容给第一电感实现储能、升压。
12)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
此时第一电感储存的电能通过第一二极管输出至+BUS。
13)当相位处于负半周时，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管开启；
此时负向市电通过第二二极管、第三二极管、第四场效应管和第二电容给第一电感实现储能、升压。
14)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断，第三场效应管开启，第四场效应管关断
此时第一电感储存的电能通过第二二极管输出至-BUS。
可见该控制方法配合拓扑电路适用于三相点运用，且使得其在市电处于正、负半周均工作，即支持双向工作，且可使得市电供电、电池供电采用同一套电路，大大简化了电路的复杂程度，有效提升效率。
实施例4
当工作于放电应用时，所述相位控制流程包括步骤，
21)第一场效应管开启、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
此时，来自+BUS的电能一路通过第一场效应管、第一电容给第一电感进行储能、降压。
22)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管开启输出交流正半周；
第一电感通过第四场效应管和第三二极管对外释放来自+BUS储存的交流正半周能量。
23)待第一电感放能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
此时，来自-BUS的电能通过第二二极管、第二电容给第一电感进行储能、降压。
24)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断，第三场效应管开启，第四场效应管关断输出交流负半周。
第一电感通过第三场效应管和第四二极管对外释放来自-BUS储存的交流负半周能量。
通过该控制方法，使得该电路拓扑可运用于对三相电网放电，或对电池充电的应用需求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种UPS三电平PFC拓扑电路，其特征在于：包括R相支路、S相支路、T相支路及第一电池支路、第二电池支路；
所述R相支路包括第一双向可控硅，第一双向可控硅输入端连接R相、输出端连接第一电感，第一电感另一端的第一路与并联的第一场效应管与第一二极管相连，其中第一场效应管输出连接第一电感，第一二极管输入连接第一电感，第一场效应管的输入与第一二极管的输出+BUS；第一电感另一端的第二路连接并联的第三场效应管及第三二极管，其中第三场效应管的输入端连接第一电感、第三二极管的输出端连接第一电感，第三场效应管的输出端及第三二极管的输入端连接第四场效应管的输出端及第四二极管的输入端，第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端连接N相；第一电感另一端的第三路与并联的第二场效应管与第二二极管相连，其中第二场效应管输入连接第一电感，第一二极管输出连接第一电感，第二场效应管的输出与第二二极管的输入为出-BUS；
所述R相支路还包括第一电容、第二电容；所述第一场效应管的输入与第一二极管的输出通过第一电容连接第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端，第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端通过第二电容连接第二场效应管的输出与第二二极管的输入端；
所述S相支路包括第七双向可控硅，第七双向可控硅输入端连接S相、输出端连接第二电感，第二电感另一端的第一路与并联的第五场效应管与第五二极管相连，其中第五场效应管输出连接第二电感，第五二极管输入连接第二电感，第五场效应管的输入与第五二极管的输出+BUS；第二电感另一端的第二路连接并联的第七场效应管及第七二极管，其中第七场效应管的输入端连接第二电感、第七二极管的输出端连接第二电感，第七场效应管的输出端及第七二极管的输入端连接第八场效应管的输出端及第八二极管的输入端，第八场效应管的输入端与第八二极管的输出端连接N相；第二电感另一端的第三路与并联的第六场效应管与第六二极管相连，其中第六场效应管输入连接第二电感，第六二极管输出连接第二电感，第六场效应管的输出与第六二极管的输入为出-BUS；
所述S相支路包括第三电容、第四电容；所述五场效应管的输入与第五二极管的输出通过第三电容连接第八场效应管的输入端与第八二极管的输出端，第八场效应管的输入端与第八二极管的输出端通过第四电容连接第六场效应管的输出与第六二极管的输入端；
所述T支路包括第八双向可控硅，第八双向可控硅输入端连接T相、输出端连接第三电感，第三电感另一端的第一路与并联的第九场效应管与第九二极管相连，其中第九场效应管输出连接第三电感，第九二极管输入连接第三电感，第九场效应管的输入与第九二极管的输出+BUS；第三电感另一端的第二路连接并联的第十一场效应管及第十一二极管，其中第十一场效应管的输入端连接第三电感、第十一二极管的输出端连接第三电感，第十一场效应管的输出端及第十一二极管的输入端连接第十二场效应管的输出端及第十二二极管的输入端，第十二场效应管的输入端与第十二二极管的输出端连接N相；第三电感另一端的第三路与并联的第十场效应管与第十二极管相连，其中第十场效应管输入连接第三电感，第十二极管输出连接第三电感，第十场效应管的输出与第十二极管的输入为出-BUS；
所述T相支路包括第五电容、第六电容；所述九场效应管的输入与第九二极管的输出通过D；
所述第一电池支路中的电池的负极与第二电池支路中的电池正极接地，第一电池支路的电池的正极通过反向并联的两个第三可控硅、第四可控硅连接R相支路的第一电感，第二电池支路的电池的负极通过反向并联的两个第五可控硅、第六可控硅连接S相支路的第二电感。
2.如权利要求1所述的UPS三电平PFC拓扑电路，其特征在于：所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管为续流二极管。
3.一种UPS三电平PFC拓扑电路控制方法，其特征在于：包括如权利要求1或2任意所述UPS三电平PFC拓扑电路，还包括R相控制流程、S相控制流程及T相控制流程；
当工作于供电应用时，所述R相控制流程包括步骤，
R11)当R相处于正半周时，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管开启，第四场效应管关断；
R12)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
R13)当R相处于负半周时，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管开启；
R14)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断，第三场效应管开启，第四场效应管关断；
当工作于供电应用时，所述S相控制流程包括步骤，
S11)当S相处于正半周时，第五场效应管关断、第六场效应管关断、第七场效应管开启，第八场效应管关断；
S12)待第二电感充能后，第五场效应管关断、第六场效应管关断、第七场效应管关断，第八场效应管关断；
S13)当S相处于负半周时，第五场效应管关断、第六场效应管关断、第七场效应管关断，第八场效应管开启；
S14)待第二电感充能后，第五场效应管关断、第六场效应管关断，第七场效应管开启，第八场效应管关断；
当工作于供电应用时，所述T相控制流程包括步骤，
T11)当T相处于正半周时，第九场效应管关断、第十场效应管关断、第十一场效应管开启，第十二场效应管关断；
T12)待第三电感充能后，第九场效应管关断、第十场效应管关断、第十一场效应管关断，第十二场效应管关断；
T13)当T相处于负半周时，第九场效应管关断、第十场效应管关断、第十一场效应管关断，第十二场效应管开启；
T14)待第三电感充能后，第九场效应管关断、第十场效应管关断，第十一场效应管开启，第十二场效应管关断。
4.如权利要求3所述的UPS三电平PFC拓扑电路控制方法，其特征在于：
当工作于放电应用时，所述R相控制流程包括步骤，
R21)第一场效应管开启、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
R22)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管开启输出交流正半周；
R23)待第一电感放能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
R24)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断，第三场效应管开启，第四场效应管关断输出交流负半周；
当工作于放电应用时，所述S相控制流程包括步骤，
S21)第五场效应管开启、第六场效应管关断、第七场效应管关断，第八场效应管关断；
S22)待第二电感充能后，第五场效应管关断、第六场效应管关断、第七场效应管关断，第八场效应管开启输出交流正半周；
S23)待第二电感放能后，第五场效应管关断、第六场效应管关断、第七场效应管关断，第八场效应管关断；
S24)待第二电感充能后，第五场效应管关断、第六场效应管关断，第七场效应管开启，第八场效应管关断输出交流负半周；
当工作于放电应用时，所述T相控制流程包括步骤，
T21)第九场效应管开启、第十场效应管关断、第十一场效应管关断，第十二场效应管关断；
T22)待第三电感充能后，第九场效应管关断、第十场效应管关断、第十一场效应管关断，第十二场效应管开启输出交流正半周；
T23)待第三电感放能后，第九场效应管关断、第十场效应管关断、第十一场效应管关断，第十二场效应管关断；
T24)待第三电感充能后，第九场效应管关断、第十场效应管关断，第十一场效应管开启，第十二场效应管关断输出交流负半周。
5.一种UPS三电平PFC拓扑电路，其特征在于：包括第一双向可控硅，第一双向可控硅输入端连接相位输入、输出端连接第一电感，第一电感另一端的第一路与并联的第一场效应管与第一二极管相连，其中第一场效应管输出连接第一电感，第一二极管输入连接第一电感，第一场效应管的输入与第一二极管的输出+BUS；第一电感另一端的第二路连接并联的第三场效应管及第三二极管，其中第三场效应管的输入端连接第一电感、第三二极管的输出端连接第一电感，第三场效应管的输出端及第三二极管的输入端连接第四场效应管的输出端及第四二极管的输入端，第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端连接N相；第一电感另一端的第三路与并联的第二场效应管与第二二极管相连，其中第二场效应管输入连接第一电感，第一二极管输出连接第一电感，第二场效应管的输出与第二二极管的输入为出-BUS；
包括第一电容、第二电容；所述第一场效应管的输入与第一二极管的输出通过第一电容连接第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端，第四场效应管的输入端与第四二极管的输出端通过第二电容连接第二场效应管的输出与第二二极管的输入端。
6.如权利要求5所述的UPS三电平PFC拓扑电路，其特征在于：所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管为续流二极管。
7.一种UPS三电平PFC拓扑电路控制方法，其特征在于：包括如权利要求5或6任意所述UPS三电平PFC拓扑电路，还包括相位控制流程；
当工作于供电应用时，所述相位控制流程包括步骤，
11)当相位处于正半周时，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管开启，第四场效应管关断；
12)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
13)当相位处于负半周时，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管开启；
14)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断，第三场效应管开启，第四场效应管关断。
8.如权利要求7所述的UPS三电平PFC拓扑电路控制方法，其特征在于：
当工作于放电应用时，所述相位控制流程包括步骤，
21)第一场效应管开启、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
22)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管开启输出交流正半周；
23)待第一电感放能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断、第三场效应管关断，第四场效应管关断；
24)待第一电感充能后，第一场效应管关断、第二场效应管关断，第三场效应管开启，第四场效应管关断输出交流负半周。
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