CN113098121A - 在线互动式不间断电源及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在线互动式不间断电源及其控制方法，在线互动式不间断电源包括：在交流输入端和交流输出端之间依次连接自动电压调节器和切换开关；整流电路，其输入端连接所述交流输入端；充电器，其输入端连接至所述整流电路的输出端，其输出端用于连接至可充电电池；DC‑DC变换器，其输入端连接至所述可充电电池；以及第一逆变器，其输入端连接至所述DC‑DC变换器的输出端；其中，所述切换开关被配置为可控地将所述交流输出端连接至所述自动电压调节器和所述第一逆变器的输出端之一。本发明的在线互动式不间断电源能够实现无电池交流启动。

Description

在线互动式不间断电源及其控制方法
技术领域
本发明涉及不间断电源，具体涉及一种在线互动式不间断电源及其控制方法。
背景技术
在线互动式不间断电源能够持续不断地给负载进行供电。当市电的电压幅值正常或在负载所能容许的范围内时，由市电向负载进行供电；当市电的电压幅值偏高或偏低时，通过自动电压调节器(或称“自动电压调整器”)对市电的电压进行自动升压或降压后对负载进行供电；当市电断电或过高时，通过可充电电池对负载进行供电。
图1是现有技术中的一种在线互动式不间断电源的电路图。如图1所示，在线互动式不间断电源1包括在交流输入端111和交流输出端112之间依次连接的开关S11、自动电压调节器AVR1、切换开关S12和开关S13；依次连接的可充电电池12、DC-DC变换器13和全桥逆变器14，以及由可充电电池12供电的辅助电源121，其中DC-DC变换器13的输入端连接至可充电电池12的两端，其输出端连接至全桥逆变器14的输入端，其中切换开关S12可控地使得交流输出端112连接至自动电压调节器AVR1和全桥逆变器14的输出端之一；以及依次连接的全桥整流电路15、滤波电路19和充电器16，其中整流电路15的输入端连接至切换开关S12和交流输出端112之间，其输出端连接至滤波电路19的输入端，滤波电路19的输出端连接至充电器16的输入端，且充电器16的输出端连接至可充电电池12的两端。
本领域的技术人员可知，为了清楚地示出在线互动式不间断电源1的电路模块和电子元器件之间的连接关系，图1并未示出其中的电压检测装置和控制装置。
以下将简单描述在线互动式不间断电源1的四种工作模式。
旁路模式：当市电的电压幅值大于第一阈值且小于第二阈值时(例如大于200伏特且小于240伏特)，辅助电源121在可充电电池12的供电下，给控制装置提供所需的直流电压(例如5伏特、12伏特和24伏特等)以实现在线互动式不间断电源1的交流启动。
图2是图1所示的在线互动式不间断电源在旁路模式下的等效电路图。如图2所示，控制装置控制开关S11导通，控制自动电压调节器AVR1中的升压开关S14和降压开关S15使得两者之间通过导线连接且控制开关S16断开，控制切换开关S12使得自动电压调节器AVR1连接至开关S13和交流输出端112，且控制开关S13导通，由此交流输入端111的市电通过导通的开关和导线电连接至交流输出端112，用于给交流输出端112的负载供电。控制装置同时控制DC-DC变换器13和全桥逆变器14不工作，且控制充电器16工作以对可充电电池12进行充电。当可充电电池12充满电时，控制充电器16停止工作以停止对可充电电池12充电。
升压模式：当市电的电压幅值大于第三阈值且不大于第一阈值时(例如大于160伏特且不大于200伏特)，即交流输入端111提供的市电电压偏低时，可充电电池12给辅助电源121供电，以实现在线互动式不间断电源1的交流启动。
图3是图1所示的在线互动式不间断电源在升压模式的等效电路图。如图3所示，控制装置控制开关S11导通，控制自动电压调节器AVR1中的开关S16导通使得其中的绕组的一个端子连接至零线或中性线，控制自动电压调节器AVR1中的升压开关S14和降压开关S15使其动触点分别连接至绕组的抽头和另一端；控制切换开关S12使得自动电压调节器AVR1连接至开关S13和交流输出端112，且控制开关S13导通，自动电压调节器AVR1对交流输入端111的市电进行自动升压后传输至交流输出端112。控制装置同时控制DC-DC变换器13和全桥逆变器14不工作，且控制充电器16工作以对可充电电池12进行充电。当可充电电池12充满电时，控制充电器16停止工作以停止对可充电电池12充电。
降压模式：当市电的电压幅值不小于第二阈值且小于第四阈值时(例如不小于240伏特且小于280伏特)，即交流输入端111提供的市电电压偏高时，可充电电池12给辅助电源121供电，以实现在线互动式不间断电源1的交流启动。
图4是图1所示的在线互动式不间断电源在降压模式的等效电路图。如图4所示，控制装置控制开关S11导通，控制自动电压调节器AVR1中的开关S16导通使得其中的绕组的一个端子连接至零线或中性线，控制自动电压调节器AVR1中的升压开关S14和降压开关S15使其动触点分别连接至绕组的另一端和抽头，；控制切换开关S12使得自动电压调节器AVR1连接至开关S13和交流输出端112，且控制开关S13导通，自动电压调节器AVR1对交流输入端111的市电进行自动降压后传输至交流输出端112。控制装置同时控制DC-DC变换器13和全桥逆变器14不工作，且控制充电器16工作以对可充电电池12进行充电。当可充电电池12充满电时，控制充电器16停止工作以停止对可充电电池12充电。
电池模式：当市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时(例如不大于160伏特或不小于280伏特)，即市电电压过高或断电时，可充电电池12给辅助电源121供电，以实现在线互动式不间断电源1的启动。
图5是图1所示的在线互动式不间断电源在电池模式下的等效电路图。如图5所示，控制装置控制开关S11断开，控制开关S13导通，控制切换开关S12使得交流输出端112连接至全桥逆变器14的输出端，控制DC-DC变换器13工作以将可充电电池12中的直流电转换为脉动直流电，控制逆变器15工作以将脉动直流电转换为交流电，以给交流输出端112的负载(图5未示出)供电。当交流输出端112空载(即未连接负载)时，控制装置控制充电器16工作回收DC-DC变换器13输出的峰值功率，以使得全桥逆变器14输出正弦交流电。
综上所述，在线互动式不间断电源1在旁路模式、升压模式和降压模式下，辅助电源121在可充电电池12的供电下给控制装置提供所需的直流电压，从而实现在线互动式不间断电源1的交流启动。
如果图1所示的在线互动式不间断电源1没有连接可充电电池12，当交流输入端111接入市电时，由于没有可充电电池供电，辅助电源121不能给控制装置提供所需的直流电压，无法实现在线互动不间断电源1的交流启动。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种在线互动式不间断电源，包括：
在交流输入端和交流输出端之间依次连接自动电压调节器和切换开关；
整流电路，其输入端连接所述交流输入端；
充电器，其输入端连接至所述整流电路的输出端，其输出端用于连接至可充电电池；
DC-DC变换器，其输入端连接至所述可充电电池；以及
第一逆变器，其输入端连接至所述DC-DC变换器的输出端；
其中，所述切换开关被配置为可控地将所述交流输出端连接至所述自动电压调节器和所述第一逆变器的输出端之一。
优选的，所述在线互动式不间断电源包括二极管，所述二极管的正极连接至所述DC-DC变换器的正极输出端子，其负极连接至所述充电器的正极输入端子，且所述DC-DC变换器的负极输出端子连接至所述充电器的负极输入端子。
优选的，所述在线互动式不间断电源包括连接在所述交流输入端和所述自动电压调节器之间的第一开关，且所述整流电路的输入端连接至所述交流输入端和所述第一开关之间。
优选的，所述第一开关为直流继电器。
优选的，所述在线互动式不间断电源包括连接在所述整流电路的输入端的第二开关，所述第二开关为常闭型开关。
优选的，所述在线互动式不间断电源包括：连接在所述交流输入端和所述第一开关之间的第一电磁干扰滤波器；和/或连接在所述切换开关和所述交流输出端之间的第二电磁干扰滤波器；和/或滤波电路，所述滤波电路连接在所述整流电路的输出端和所述充电器的输入端之间。
优选的，所述DC-DC变换器包括：第二逆变器，其用于将所述可充电电池的直流电转换为第一交流电；变压器，其包括一次侧和二次侧，所述一次侧连接至所述第二逆变器的输出端，且用于将所述第一交流电升压为第二交流电；整流滤波电路，其输入端连接至所述变压器的二次侧，用于将所述第二交流电整流为脉动直流电。
优选的，所述第一逆变器为全桥逆变器，其用于将所述脉动直流电转换为第三交流电。
优选的，所述全桥逆变器包括四个开关管，所述四个开关管的开关频率等于市电的频率。
优选的，所述在线互动式不间断电源包括控制装置，其用于：当所述交流输入端的市电的电压幅值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述自动电压调节器，控制所述自动电压调节器使得所述第一开关通过导线连接至所述切换开关，且控制所述充电器以对所述可充电电池进行充电，同时控制所述DC-DC变换器和第一逆变器不工作；或当所述交流输入端的市电的电压幅值大于第三阈值且不大于第一阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述自动电压调节器，控制所述自动电压调节器使得所述交流输入端的市电升压后传输至所述切换开关，且控制所述充电器以对所述可充电电池进行充电，同时控制所述DC-DC变换器和第一逆变器不工作；或当所述交流输入端的市电的电压幅值不小于第二阈值且小于第四阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述自动电压调节器，控制所述自动电压调节器使得所述交流输入端的市电降压后传输至所述切换开关，且控制所述充电器以对所述可充电电池进行充电，同时控制所述DC-DC变换器和第一逆变器不工作；或当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述第一逆变器的输出端，控制所述DC-DC变换器以将所述可充电电池的直流电转换为脉动直流电，控制所述第一逆变器以将所述脉动直流电转换为第三交流电。
优选的，所述在线互动式不间断电源包括二极管，所述二极管的正极连接至所述DC-DC变换器的正极输出端子，其负极连接至所述充电器的正极输入端子，且所述DC-DC变换器的负极输出端子连接至所述充电器的负极输入端子，所述控制装置用于当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值、且所述交流输出端空载时，还控制所述充电器工作以回收所述DC-DC变换器输出的峰值功率。
优选的，所述在线互动式不间断电源包括连接在所述交流输入端和所述自动电压调节器之间的第一开关，且所述整流电路的输入端连接至所述交流输入端和所述第一开关之间，所述控制装置用于当所述交流输入端的市电的电压幅值大于第一阈值且小于第二阈值时，或当所述交流输入端的市电的电压幅值大于第三阈值且不大于第一阈值时，或当所述交流输入端的市电的电压幅值不小于第二阈值且小于第四阈值时，控制所述第一开关导通；当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述第一开关断开。
优选的，所述在线互动式不间断电源包括连接在所述整流电路的输入端的第二开关，所述第二开关为常闭型开关，当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述第二开关断开。
本发明还提供了一种用于如上所述的在线互动式不间断电源的控制方法，包括检测所述交流输入端的市电的电压幅值，以及当所述市电的电压幅值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述自动电压调节器，控制所述自动电压调节器使得所述第一开关通过导线连接至所述切换开关，且控制所述充电器以对所述可充电电池进行充电，同时控制所述DC-DC变换器和第一逆变器不工作；或当所述市电的电压幅值大于第三阈值且不大于第一阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述自动电压调节器，控制所述自动电压调节器使得所述交流输入端的市电升压后传输至所述切换开关，且控制所述充电器以对所述可充电电池进行充电，同时控制所述DC-DC变换器和第一逆变器不工作；或当所述市电的电压幅值不小于第二阈值且小于第四阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述自动电压调节器，控制所述自动电压调节器使得所述交流输入端的市电降压后传输至所述切换开关，且控制所述充电器以对所述可充电电池进行充电，同时控制所述DC-DC变换器和第一逆变器不工作；或当所述市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述第一逆变器的输出端，控制所述DC-DC变换器以将所述可充电电池的直流电转换为脉动直流电，控制所述第一逆变器以将所述脉动直流电转换为第三交流电。
优选的，所述在线互动式不间断电源包括二极管，所述二极管的正极连接至所述DC-DC变换器的正极输出端子，其负极连接至所述充电器的正极输入端子，且所述DC-DC变换器的负极输出端子连接至所述充电器的负极输入端子，所述控制方法还包括当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值、且所述交流输出端空载时，控制所述充电器工作以回收所述DC-DC变换器输出的峰值功率。
优选的，所述在线互动式不间断电源包括连接在所述交流输入端和所述自动电压调节器之间的第一开关，且所述整流电路的输入端连接至所述交流输入端和所述第一开关之间，所述控制方法还包括：当所述交流输入端的市电的电压幅值大于第一阈值且小于第二阈值时，或当所述交流输入端的市电的电压幅值大于第三阈值且不大于第一阈值时，或当所述交流输入端的市电的电压幅值不小于第二阈值且小于第四阈值时，控制所述第一开关导通；当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述第一开关断开。
优选的，所述在线互动式不间断电源包括连接在所述整流电路的输入端的第二开关，所述第二开关为常闭型开关，所述控制方法还包括：当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述第二开关断开。
本发明的在线互动式不间断电源能够实现无电池交流启动，在电池模式下能够回收DC-DC变换器输出的峰值功率，减小了逆变器中的开关管承受的电压，降低了其成本，且第一开关可以选用体积小、功耗低的低压直流继电器，降低成本且避免其开关状态出现误操作且不会产生噪音。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是现有技术中的一种在线互动式不间断电源的电路图。
图2是图1所示的在线互动式不间断电源在旁路模式下的等效电路图。
图3是图1所示的在线互动式不间断电源在升压模式的等效电路图。
图4是图1所示的在线互动式不间断电源在降压模式的等效电路图。
图5是图1所示的在线互动式不间断电源在电池模式下的等效电路图。
图6是根据本发明第一个实施例的在线互动式不间断电源的电路图。
图7是图6所示的在线互动式不间断电源在旁路模式下的等效电路图。
图8是图6所示的在线互动式不间断电源在升压模式下的等效电路图。
图9是图6所示的在线互动式不间断电源在降压模式下的等效电路图。
图10是图6所示的在线互动式不间断电源在电池模式下的等效电路图。
图11是根据本发明第二个实施例的在线互动式不间断电源的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。
图6是根据本发明第一个实施例的在线互动式不间断电源的电路图。如图6所示，在线式互动不间断电源2包括在交流输入端211和交流输出端212之间依次连接的开关S21、自动电压调节器AVR2和切换开关S22；依次连接的可充电电池22、DC-DC变换器23和全桥逆变器24，其中DC-DC变换器23的输入端连接至可充电电池22的两端，其输出端连接至全桥逆变器24的输入端，其中切换开关S22可控地使得自动电压调节器AVR2和全桥逆变器24的输出端之一连接至交流输出端212；依次连接的充电器开关27、整流电路25和充电器26，其中充电器开关27为常闭型开关，其连接在交流输入端211和整流电路25的输入端之间，整流电路25的输出端连接至充电器26的输入端，且充电器26的输出端连接至可充电电池22的两端且用于给辅助电源221供电；以及二极管D21，其中二极管D21的正极连接至DC-DC变换器23的正极输出端子，其负极连接至充电器26的正极输入端子，DC-DC变换器23的负极输出端子连接充电器26的负极输入端子。
自动电压调节器AVR2包括自耦变压器Tr21、升压开关S24、降压开关S25和开关S26，其中自耦变压器Tr21的绕组的一个端子通过开关S26连接至零线(或中性线)，升压开关S24的动触点可控地连接至自耦变压器的绕组的另一个端子和抽头之一，且降压开关S25的动触点可控地连接至自耦变压器的绕组的另一个端子和抽头之一。
DC-DC变换器23包括推挽逆变器、高频变压器和高频整流滤波电路，推挽逆变器的输入端连接至可充电电池22的两端，其输出端连接至高频变压器的一次侧，高频变压器的二次侧连接至高频整流滤波电路的输入端。其中推挽逆变器用于将可充电电池22的低压直流电逆变为高频低压交流电，高频变压器用于使得高频低压交流电升压，高频整流滤波电路用于整流和滤波从而得到电压升高的直流电。
全桥逆变器24、整流电路25和充电器26可选用现有技术中相应的电路模块，其具体电路结构在此不再详细描述。
同理，本领域的技术人员应当知道，为了简化图6所示的在线互动式比间断电源2，其并未示出电压检测装置和控制装置。
下面将根据市电的电压幅值分情况讨论在线互动式不间断电源2的旁路模式、升压模式、降压模式和电池模式共四种工作模式。为了清楚地说明本发明的技术优点，假定在线互动式不间断电源2在旁路模式、升压模式和降压模式下并未连接可充电电池21，在相应的等效电路图中以虚线示出可充电电池21。
旁路模式：当市电的电压幅值大于第一阈值且小于第二阈值时(例如大于200伏特且小于240伏特)，即交流输入端211提供负载所容许的正常交流电。假定在线互动式不间断电源2没有连接可充电电池21，在交流启动过程中，交流输入端211通过导通的充电器开关27连接至整流电路25的输入端，整流电路25给充电器26提供直流电，充电器26输出的直流电压用于给辅助电源221供电，由此辅助电源221给在线互动式不间断电源2中的控制装置提供所需的直流电压。
图7是图6所示的在线互动式不间断电源在旁路模式下的等效电路图。如图7所示，控制装置控制开关S21导通，控制自动电压调节器AVR2中的开关S26断开、且控制升压开关S24和降压开关S25的动触点通过导线连接，控制切换开关S22使得自动电压调节器AVR2连接至交流输出端212，由此交流输入端211通过导通的开关和导线连接至交流输出端212，且给负载提供所需的交流电。由此在线互动式不间断电源2实现了无电池交流启动。
当在线互动式不间断电源2连接可充电电池22时，控制装置控制充电器26工作以对可充电电池22进行充电，直到可充电电池22充满电时，控制充电器开关27处于断开状态，且控制充电器26停止工作。
升压模式：当市电的电压幅值大于第三阈值且不大于第一阈值时(例如大于160伏特且不大于200伏特)，即交流输入端211提供的市电电压偏低时，辅助电源221的建立过程与旁路模式相同，在此不再赘述。
图8是图6所示的在线互动式不间断电源在升压模式下的等效电路图。控制装置控制开关S21导通，控制自动电压调节器AVR2中的开关S26导通、且控制升压开关S24使其动触点连接至自耦变压器Tr21的绕组的抽头，控制降压开关S25使其动触点连接至自耦变压器Tr21的绕组的另一端；控制切换开关S22使得自动电压调节器AVR2连接至交流输出端212，同时控制DC-DC变换器23和全桥逆变器24停止工作。当在线互动式不间断电源2连接可充电电池22时，控制装置还控制充电器26工作以利用交流输入端211提供的市电对可充电电池22充电，直到可充电电池22充满电后，控制充电器26停止工作且控制充电器开关27断开。
降压模式：当市电的电压幅值不小于第二阈值且小于第四阈值时(例如不小于240伏特且小于280伏特)，即交流输入端211提供的市电电压偏高时，辅助电源221的建立过程与旁路模式相同，在此不再赘述。
图9是图6所示的在线互动式不间断电源在降压模式下的等效电路图。如图9所示，控制装置控制开关S21导通，控制自动电压调节器AVR2中的开关S26导通、且控制升压开关S24使其动触点连接至自耦变压器Tr21的绕组的另一端以及控制降压开关S25使其动触点连接至自耦变压器Tr21的绕组的抽头，控制切换开关S22使得自动电压调节器AVR2连接至交流输出端212，同时控制DC-DC变换器23和全桥逆变器24停止工作。当在线互动式不间断电源2连接可充电电池22时，控制充电器26工作以利用交流输入端211提供的市电对可充电电池22充电，直到可充电电池22充满电后，控制充电器26停止工作且控制充电器开关27断开。
综上可知，当在线互动式不间断电源2没有连接可充电电池22时，其也能够实现交流启动。
电池模式：当市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时(例如不大于160伏特或不小于280伏特)，可充电电池22用于给辅助电源221供电，由此辅助电源221能够给控制装置提供所需的直流电压。
图10是图6所示的在线互动式不间断电源在电池模式下的等效电路图。如图10所示，控制装置控制开关S21断开，控制切换开关S22使得全桥逆变器24的输出端连接至交流输出端212，控制充电器开关27断开，控制DC-DC变换器23和全桥逆变器24工作，其中DC-DC变换器23用于将可充电电池22的直流电转换为脉动直流电，全桥逆变器24用于将脉动直流电转换为交流电输出至交流输出端212。
假如在线互动式不间断电源2省略了开关S21(即用导线代替)，在电池模式下，交流输出端212的交流电可能通过具有较小触点间隙的切换开关S22跨接至自动电压调节器AVR2，从而使得交流输入端211带电，操作人员触碰到交流输入端211从而造成触电危险。因此开关S21作为安规开关或安规继电器在电池模式下被控制为断开，且可以选用触点间隙较大的继电器，以避免交流输出端212的交流电跨接至交流输入端211。
在电池模式下，如果交流输出端212空载(即未连接负载)时，此时需要回收DC-DC变换器23输出的峰值功率，一方面利用回收的能量对可充电电池22进行充电，另一方面将全桥逆变器24输出的电压波形修正为正弦波。由于DC-DC变换器23的输出端通过二极管D21连接至充电器26的输入端，控制装置给充电器26中的功率开关管(简称开关管)提供脉宽调制信号，以对可充电电池22进行充电。具体而言，在0-1/4市电周期内，控制DC-DC变换器23工作以输出0-90°相位角的正弦波电压；在1/4-1/2市电周期内，控制充电器26工作以对可充电电池22进行充电，同时使得DC-DC变换器23输出90°-180°相位角的正弦波电压；在1/2-3/4市电周期内，控制DC-DC变换器23工作以输出0-90°相位角的正弦波电压；在3/4-1市电周期内，控制充电器26工作以对可充电电池22进行充电，同时使得DC-DC变换器23输出90°-180°相位角的正弦波电压。最终使得DC-DC变换器23输出馒头波波形的直流电，且全桥逆变器24输出正弦波的交流电。
参考图6和图10所示，假如在线互动式不间断电源2省略了充电器开关27(即用导线代替)，在电池模式下，交流输入端211的市电将通过整流电路25传输至充电器26的输入端，由此在充电器26的输入端获得脉动直流电。此时可能导致DC-DC变换器23输出的直流电无法通过二极管D21传输至充电器26的输入端，由此充电器26无法回收DC-DC变换器23输出的峰值功率。由此可知，充电器开关27在电池模式下被控制为断开，使得DC-DC变换器23输出的直流电能够传输至充电器26的输入端。
再次参考图10所示，在交流输出端212的交流电的正半周内，控制全桥逆变器24中的开关管243和开关管242导通，在负半周内，控制开关管241和开关管244导通。在正半周向负半周转变时，如果开关管243、242被控制为截止，且开关管241被控制为导通且开关管244被控制为截止，此时开关管244两端的电压等于交流输出端212的电压加上DC-DC变换器23输出端的电压。假如在电池模式下控制充电器26工作以回收DC-DC变换器23输出的峰值功率，此时开关管244两端的电压等于交流输出端212的电压。假如在电池模式下控制充电器26不工作，此时开关管244两端的电压等于交流输出端212的电压的2倍。由此可知回收DC-DC变换器23输出的峰值功率，减小全桥逆变器24中的开关管244承受的电压。同理，回收DC-DC变换器23输出的峰值功率也能减小开关管241、242、243承受的电压。因此全桥逆变器24可以选择耐压减半的开关管以降低其成本。
本发明的在线互动式不间断电源2能够实现无电池交流启动。也就是说，在不连接可充电电池22的情况下，在线互动式不间断电源2能能够在旁路模式、升压模式和降压模式下交流启动。还能够在电池模式下，回收DC-DC变换器23输出的峰值功率。
另外，在线互动式不间断电源2中的开关S21可以选用小型低压直流继电器，其与由市电供电的交流继电器相比，具有如下优点：直流继电器为常规的常开型开关，可选择范围大；辅助电源221能够给直流继电器提供稳定的低压直流电压，无论市电的电压幅值如何变化，直流继电器的开关状态都不会出现误操作且不会产生噪音；直流继电器的体积小、功耗低。
本实施例中的DC-DC变换器23中的高频变压器可以选用体积小、重量轻的高频磁芯材料，从而大大提高了电路的功率密度。另外，可充电电池22可以选择低电压的可充电电池，极大地降低了电池成本。
本发明的全桥逆变器24用于将脉动直流电转换为交流电，因此全桥逆变器24可以选用低频全桥逆变器，其中全桥逆变器24中的4个开关管的开关频率等于市电的频率，具有低开关频率的开关管能显著地降低器件的成本。而且全桥逆变器24中的4个开关管都可以不具有反向并联的二极管，便于电子元器件的选型。
本领域的技术人员可知，根据负载的类型和市电的额定电压值，上述第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值可以选择其他的数值。
图11是根据本发明第二个实施例的在线互动式不间断电源的电路图。如图11所示，在线互动式不间断电源3与图6所示的在线互动式不间断电源2基本相同，区别在于，在线互动式不间断电源3还包括连接在交流输入端311和开关S31之间的电磁干扰(EMI)滤波器381，连接在切换开关S32和交流输出端312之间的EMI滤波器382，连接在整流电路35的输出端和充电器26的输入端之间的滤波电路383，且DC-DC变换器33包括依次连接的全桥逆变器、变压器和整流滤波电路。在线互动式不间断电源3的工作模式与在线互动式不间断电源2相同，在此不再赘述。
EMI滤波器381、EMI滤波器382和滤波电路383用于过滤高频信号，避免了高频噪音信号带来的干扰，使得在线互动式不间断电源3具有抗电磁干扰能力。
在本发明的其他实施例中，DC-DC变换器23中的推挽逆变器可以被替换为全桥逆变器或半桥逆变器，DC-DC变换器33中的全桥逆变器可以被替换为半桥逆变器或推挽逆变器。
在本发明的其他实施例中，采用全波整流电路代替DC-DC变换器23、33中全桥整流电路。
在本发明的其他实施例中，当可充电电池具有较高的电池电压时，DC-DC变换器23、33可以被替换为升压斩波电路(或称Boost电路)，其用于将可充电电池的直流电直接升压为所需的母线电压，同时逆变器24可以选用全桥逆变器或半桥逆变器。
本发明上述实施例中的整流电路25、35并不限于是全桥整流电路，还可以是半波整流电路或全波整流电路等其他整流电路，以用于将交流输入端的交流电整流为直流电并输出至充电器26、36的输入端。
本发明的充电器26、36分别用于将整流电路25、35输出的直流电转换为直流电并对可充电电池进行充电，其并不限于是反激式充电器，还可以是用于将整流电路输出的直流电转换为直流电的其他类型的充电器。
本发明的自动电压调节器还可以选用现有技术中的其他连接结构和升压、降压比的自动电压调节器。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (17)

1.一种在线互动式不间断电源，其特征在于，包括：
在交流输入端和交流输出端之间依次连接自动电压调节器和切换开关；
整流电路，其输入端连接所述交流输入端；
充电器，其输入端连接至所述整流电路的输出端，其输出端用于连接至可充电电池；
DC-DC变换器，其输入端连接至所述可充电电池；以及
第一逆变器，其输入端连接至所述DC-DC变换器的输出端；
其中，所述切换开关被配置为可控地将所述交流输出端连接至所述自动电压调节器和所述第一逆变器的输出端之一。
2.根据权利要求1所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述在线互动式不间断电源包括二极管，所述二极管的正极连接至所述DC-DC变换器的正极输出端子，其负极连接至所述充电器的正极输入端子，且所述DC-DC变换器的负极输出端子连接至所述充电器的负极输入端子。
3.根据权利要求1所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述在线互动式不间断电源包括连接在所述交流输入端和所述自动电压调节器之间的第一开关，且所述整流电路的输入端连接至所述交流输入端和所述第一开关之间。
4.根据权利要求3所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述第一开关为直流继电器。
5.根据权利要求1所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述在线互动式不间断电源包括连接在所述整流电路的输入端的第二开关，所述第二开关为常闭型开关。
6.根据权利要求3所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述在线互动式不间断电源包括：
连接在所述交流输入端和所述第一开关之间的第一电磁干扰滤波器；和/或
连接在所述切换开关和所述交流输出端之间的第二电磁干扰滤波器；和/或
滤波电路，所述滤波电路连接在所述整流电路的输出端和所述充电器的输入端之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述DC-DC变换器包括：
第二逆变器，其用于将所述可充电电池的直流电转换为第一交流电；
变压器，其包括一次侧和二次侧，所述一次侧连接至所述第二逆变器的输出端，且用于将所述第一交流电升压为第二交流电；
整流滤波电路，其输入端连接至所述变压器的二次侧，用于将所述第二交流电整流为脉动直流电。
8.根据权利要求7所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述第一逆变器为全桥逆变器，其用于将所述脉动直流电转换为第三交流电。
9.根据权利要求8所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述全桥逆变器包括四个开关管，所述四个开关管的开关频率等于市电的频率。
10.根据权利要求1所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述在线互动式不间断电源包括控制装置，其用于：
当所述交流输入端的市电的电压幅值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述自动电压调节器，控制所述自动电压调节器使得所述第一开关通过导线连接至所述切换开关，且控制所述充电器以对所述可充电电池进行充电，同时控制所述DC-DC变换器和第一逆变器不工作；或
当所述交流输入端的市电的电压幅值大于第三阈值且不大于第一阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述自动电压调节器，控制所述自动电压调节器使得所述交流输入端的市电升压后传输至所述切换开关，且控制所述充电器以对所述可充电电池进行充电，同时控制所述DC-DC变换器和第一逆变器不工作；或
当所述交流输入端的市电的电压幅值不小于第二阈值且小于第四阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述自动电压调节器，控制所述自动电压调节器使得所述交流输入端的市电降压后传输至所述切换开关，且控制所述充电器以对所述可充电电池进行充电，同时控制所述DC-DC变换器和第一逆变器不工作；或
当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述第一逆变器的输出端，控制所述DC-DC变换器以将所述可充电电池的直流电转换为脉动直流电，控制所述第一逆变器以将所述脉动直流电转换为第三交流电。
11.根据权利要求10所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述在线互动式不间断电源包括二极管，所述二极管的正极连接至所述DC-DC变换器的正极输出端子，其负极连接至所述充电器的正极输入端子，且所述DC-DC变换器的负极输出端子连接至所述充电器的负极输入端子，所述控制装置用于当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值、且所述交流输出端空载时，还控制所述充电器工作以回收所述DC-DC变换器输出的峰值功率。
12.根据权利要求10所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述在线互动式不间断电源包括连接在所述交流输入端和所述自动电压调节器之间的第一开关，且所述整流电路的输入端连接至所述交流输入端和所述第一开关之间，所述控制装置用于
当所述交流输入端的市电的电压幅值大于第一阈值且小于第二阈值时，或当所述交流输入端的市电的电压幅值大于第三阈值且不大于第一阈值时，或当所述交流输入端的市电的电压幅值不小于第二阈值且小于第四阈值时，控制所述第一开关导通；
当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述第一开关断开。
13.根据权利要求10所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述在线互动式不间断电源包括连接在所述整流电路的输入端的第二开关，所述第二开关为常闭型开关，当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述第二开关断开。
14.一种用于如权利要求1所述的在线互动式不间断电源的控制方法，其特征在于，包括检测所述交流输入端的市电的电压幅值，以及
当所述市电的电压幅值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述自动电压调节器，控制所述自动电压调节器使得所述第一开关通过导线连接至所述切换开关，且控制所述充电器以对所述可充电电池进行充电，同时控制所述DC-DC变换器和第一逆变器不工作；或
当所述市电的电压幅值大于第三阈值且不大于第一阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述自动电压调节器，控制所述自动电压调节器使得所述交流输入端的市电升压后传输至所述切换开关，且控制所述充电器以对所述可充电电池进行充电，同时控制所述DC-DC变换器和第一逆变器不工作；或
当所述市电的电压幅值不小于第二阈值且小于第四阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述自动电压调节器，控制所述自动电压调节器使得所述交流输入端的市电降压后传输至所述切换开关，且控制所述充电器以对所述可充电电池进行充电，同时控制所述DC-DC变换器和第一逆变器不工作；或
当所述市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述切换开关使得所述交流输出端连接至所述第一逆变器的输出端，控制所述DC-DC变换器以将所述可充电电池的直流电转换为脉动直流电，控制所述第一逆变器以将所述脉动直流电转换为第三交流电。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述在线互动式不间断电源包括二极管，所述二极管的正极连接至所述DC-DC变换器的正极输出端子，其负极连接至所述充电器的正极输入端子，且所述DC-DC变换器的负极输出端子连接至所述充电器的负极输入端子，所述控制方法还包括当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值、且所述交流输出端空载时，控制所述充电器工作以回收所述DC-DC变换器输出的峰值功率。
16.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述在线互动式不间断电源包括连接在所述交流输入端和所述自动电压调节器之间的第一开关，且所述整流电路的输入端连接至所述交流输入端和所述第一开关之间，所述控制方法还包括：
当所述交流输入端的市电的电压幅值大于第一阈值且小于第二阈值时，或当所述交流输入端的市电的电压幅值大于第三阈值且不大于第一阈值时，或当所述交流输入端的市电的电压幅值不小于第二阈值且小于第四阈值时，控制所述第一开关导通；
当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述第一开关断开。
17.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述在线互动式不间断电源包括连接在所述整流电路的输入端的第二开关，所述第二开关为常闭型开关，所述控制方法还包括：当所述交流输入端的市电的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述第二开关断开。
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