CN115664177A - 一种不间断电源的配电电路和供电系统 - Google Patents

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Abstract

一种不间断电源的配电电路，不间断电源的配电电路的第一端口与第二端口电连接。第三端口通过补偿电路电连接在第二端口上。当第一端口的输入电压小于第二端口的负载的额定电压时，第三端口的输入电压输入到补偿电路。补偿电路将直流电转换成交流电，让补偿电路输出的交流电与第一端口的输入电压一并为第二端口的负载供电。相比较现有的不间断电源的配电电路，不需要配置工频变压器，可以降低不间断电源的配电电路的体积。

Description

一种不间断电源的配电电路和供电系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种不间断电源的配电电路和供电系统。
背景技术
以数据中心、户外机柜、基站等用电设备，一般都是通过不间断电源(uninterruptible power supply，UPS)的配电电路实现与供电电源连接。UPS的配电电路可以将市电系统的交流电为用电设备提供供电。但是，市电系统的交流电的电压低于用电设备的额定电压时，UPS的配电电路很难为用电设备配置额定电压，导致用电设备无法正常工作。
发明内容
为了解决上述的问题，本申请的实施例中提供了一种UPS的配电电路和供电系统，第一端口与第二端口电连接。在第三端口与第二端口之间串联一个补偿电路。当第一端口的输入电压小于第二端口的负载的额定电压时，第三端口的输入电压输入到补偿电路。补偿电路将直流电转换成交流电，让补偿电路输出的交流电与第一端口的输入电压一并为第二端口的负载供电。相比较现有的UPS的配电电路，不需要变压器，可以降低UPS的配电电路的体积。在第三端口与第二端口之间再串联一个转换电路。第一端口的交流电可以通过转换电路输出直流电，为第三端口的电池模组提供直流电。在第一端口的交流电异常时，第三端口的直流电可以通过转换电路输出交流电，为第二端口的负载提供交流电。在UPS的配电电路中配置转换电路，可以增加UPS的配电电路的功能，提高UPS的配电电路的应用场景。
为此，本申请的实施例中采用如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种不间断电源的配电电路，包括：第一端口，与交流电源耦合，用于接收交流电；第二端口，与负载耦合，用于为所述负载供电；第三端口，与直流电源耦合，用于输入和/或输出直流电；开关电路，耦合于所述第一端口与所述第二端口之间，用于控制所述第一端口向所述第二端口输出交流电；补偿电路，耦合于所述第三端口与所述开关电路之间，用于在所述第一端口输入的交流电的电压小于所述第二端口的负载的额定电压时，将所述第三端口输入的直流电转换交流电，并为所述第二端口的负载提供补偿电压；转换电路，耦合于所述第三端口与所述第二端口之间，用于将所述第三端口输入的直流电转换成设定电压的交流电，并为所述第二端口的负载提供交流电；和/或，将所述第一端口输入的交流电转换成设定电压的直流电，并为所述第三端口的直流电源提供直流电。
在该实施方式中，第一端口与第二端口电连接。第三端口通过补偿电路电连接在第二端口上。当第一端口的输入电压小于第二端口的负载的额定电压时，第三端口的输入电压输入到补偿电路。补偿电路将直流电转换成交流电，让补偿电路输出的交流电与第一端口的输入电压一并为第二端口的负载供电。相比较现有的不间断电源的配电电路，不需要配置工频变压器，可以降低不间断电源的配电电路的体积。
在第三端口与第二端口之间串联一个转换电路。第一端口的交流电可以通过转换电路输出直流电，为第三端口的电池模组提供直流电。在第一端口的交流电异常时，第三端口的直流电可以通过转换电路输出交流电，为第二端口的负载提供交流电。在不间断电源的配电电路中配置转换电路，可以增加不间断电源的配电电路的功能，提高不间断电源的配电电路的应用场景。
在一种实施方式中，所述补偿电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电感和第一电容，所述第一开关与所述第二开关串联在一个支路上，所述第三开关与所述第四开关串联在一个支路上；所述第一开关与所述第二开关所在的支路和所述第三开关与所述第四开关所在的支路并联在所述第三端口的两端上；所述第一开关与所述第二开关之间的节点通过所述第一电感耦合在所述开关电路的一端上，所述第三开关与所述第四开关之间的节点耦合在所述开关电路的另一端上；所述第一电容电连接在所述开关电路的两端。
在一种实施方式中，所述转换电路包括LLC双向转换电路和逆变/整流电路，所述LLC双向转换电路的一端与所述第三端口耦合，另一端与所述逆变/整流电路的一端耦合，用于将直流电转换成设定电压的直流电；所述逆变/整流电路的另一端与所述第二端口耦合，用于进行直流电和交流电之间的转换。
在该实施方式中，LLC双向转换电路将直流电转换成交流电，再将交流电转换成直流电，再结合逆变/整流电路，可以输出设定电压的交流电或直流电，以满足转换电路输出的电压可以为第二端口的负载或第三端口的电池模组供电。
在一种实施方式中，所述LLC双向转换电路包括：第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、第九开关、第十开关、变压器、第二电容、第三电容、第四电容和第二电感，所述第五开关与所述第六开关串联在一个支路上，所述第七开关与所述第八开关串联在一个支路上；所述第五开关与所述第六开关所在的支路和所述第七开关与所述第八开关所在的支路并联；所述第五开关与所述第六开关之间的节点耦合在所述变压器的原边绕组的一个端口上，所述第七开关与所述第八开关之间的节点耦合在所述变压器的原边绕组的另一个端口上；所述第九开关与所述第十开关串联在一个支路上，所述第三电容和所述第四电容串联在一个支路上；所述第九开关与所述第十开关所在的支路和所述第三电容与所述第四电容所在的支路并联；所述第九开关与所述第十开关之间的节点依次通过所述第二电容和所述第二电感耦合在所述变压器的副边绕组的一个端口上；所述第三电容和所述第四电容之间的节点耦合在所述变压器的副边绕组的另一个端口上。
在一种实施方式中，所述逆变/整流电路包括：第十一开关、第十二开关、第十三开关、第十四开关、第三电感和第五电容，所述第十一开关与所述第十二开关串联在一个支路上，所述第十三开关与所述第十四开关串联在一个支路上；所述第十一开关与所述第十二开关所在的支路和所述第十三开关与所述第十四开关所在的支路并联；所述第十一开关与所述第十二开关之间的节点通过所述第三电感耦合在所述第二端口的一个端口上；所述第十三开关与所述第十四开关之间的节点耦合在所述第二端口的另一个端口上；所述第五电容电连接在所述第十三开关与所述第十四开关之间的节点与所述第三电感之间。
在一种实施方式中，所述补偿电压为所述第二端口的负载的额定电压与所述第一端口输入的交流电的电压之间的差值
在一种实施方式中，所述不间断电源的配电电路还包括多个电磁兼容性电路，所述多个电磁兼容性电路分别耦合于所述第一端口、所述第二端口和所述第三端口，用于隔离所述不间断电源的配电电路与其它电路或器件之间的电磁信号。
在该实施方式中，在第一端口、第二端口和第三端口分别连接一个电磁兼容性电路，隔离其它电路的电磁信号对不间断电源的配电电路的干扰，以及隔离不间断电源的配电电路的电磁信号对其它电路的干扰，提高不间断电源的配电电路的应用场景。
在一种实施方式中，所述第三端口还与负载耦合，用于为所述负载供电。
在该实施方式中，在第三端口设置连接接口，让第三端口可以与负载电连接。第一端口输入的交流电可以通过转换电路进行转换后，输入到负载中，实现不间断电源的配电电路可以为负载供电，提高了不间断电源的配电电路的应用场景。
在一种实施方式中，所述不间断电源的配电电路还包括控制单元，所述控制单元与所述开关电路、所述补偿电路和所述转换电路电连接，用于检测所述开关电路的状态；以及当所述开关电路处在第一状态时，向所述转换电路发送第一控制信号，所述第一状态为所述开关电路让所述第一端口与所述第二端口之间处于导通的状态，所述第一控制信号用于指示所述转换电路将所述第一端口输入的交流电转换成直流电。
在一种实施方式中，所述不间断电源的配电电路还包括控制单元，所述控制单元，还用于当所述第一端口输入的交流电的电压小于所述第二端口的负载的额定电压时，向所述补偿电路发送第二控制信号，所述第二控制信号用于指示所述补偿电路将所述第三端口输入的直流电转换交流电。
在一种实施方式中，所述不间断电源的配电电路还包括控制单元，所述控制单元，还用于当所述开关电路处在第二状态时，向所述转换电路发送第三控制信号，所述第二状态为所述开关电路让所述第一端口与所述第二端口之间处于断路的状态，所述第三控制信号用于指示所述转换电路将所述第三端口输入的直流电转换成交流电。
第二方面，本申请实施例提供一种供电系统，包括：至少一个如第一方面各个可能实现的不间断电源的配电电路，交流电源，与所述不间断电源的配电电路中的第一端口耦合，用于提供交流电；直流电源，与所述不间断电源的配电电路中的第三端口耦合，用于提供直流电或接收直流电；至少一个负载，与所述不间断电源的配电电路的第二端口耦合，用于接收交流电。
附图说明
下面对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。
图1为现有技术中一种UPS的配电电路的电路结构示意图；
图2为本申请实施例中提供的一种UPS的配电电路的架构示意图；
图3为本申请实施例中提供的一种UPS的配电电路的电路结构示意图；
图4为本申请实施例中提供的UPS的配电电路的一种工作模式的示意图；
图5为本申请实施例中提供的UPS的配电电路的一种工作模式的示意图；
图6为本申请实施例中提供的UPS的配电电路的一种工作模式的示意图；
图7为本申请实施例中提供的UPS的配电电路的一种工作模式的示意图；
图8为本申请实施例中提供的UPS的配电电路的一种工作模式的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如A/B表示A或者B。
本文中的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一响应消息和第二响应消息等是用于区别不同的响应消息，而不是用于描述响应消息的特定顺序。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或者两个以上，例如，多个处理单元是指两个或者两个以上的处理单元等；多个元件是指两个或者两个以上的元件等。
图1为现有技术中一种UPS的配电电路的电路结构示意图。如图1所示，该UPS的配电电路100包括开关电路110、变压器120、交流/直流(alternating current/directingcurrent，AC/DC)转换器130、直流/交流(directing current/alternating current，DC/AC)转换器140和直流/直流(directing current/directing current，DC/DC)转换器150。
变压器120的原边绕组(或者副边绕组)的两个接线柱、AC/DC转换器130与DC/AC转换器140依次串联。变压器120的副边绕组(或者原边绕组)的一个接线柱作为第一端口1，与市电系统电连接。DC/AC转换器140的另一端作为第二端口2，与各个负载电连接。变压器120的副边绕组(或者原边绕组)的另一个接线柱与第一端口1电连接。DC/DC转换器150的一端电连接在AC/DC转换器130与DC/AC转换器140之间，另一端电作为第三端口3，与电池模组电连接并构成UPS。开关电路110的两端分别电连接在第一端口1和第二端口2上。
市电系统正常供电时，市电系统输入的交流电可以通过开关电路110直接为负载提供电能。如果市电系统的交流电的电压小于负载的额定电压，市电系统输入的交流电可以通过开关电路110为负载提供部分电压。市电系统输入的交流电可以通过变压器120进行隔离，传输到AC/DC转换器130。交流电可以通过AC/DC转换器130和DC/AC转换器140进行转换，得到稳定的交流电，为负载提供另一部分电压。
市电系统异常时，负载可以是由电池模组供电。电池模组输入的直流电通过DC/DC转换器150，得到稳定直流电后，再通过DC/AC转换器140进行转换，实现为负载提供稳定的交流电。
现有技术中，变压器120可以隔离市电系统与负载之间的交流电，避免市电系统的交流电的异常对负载和电池模组的影响。但是，UPS的配电电路100的变压器120为工频变压器，存在体积大、重量重、成本高等缺陷，不利于UPS的配电电路100的推广。而且，变压器120将市电系统的交流电进行隔离时，变压器120存在空载励磁电流，会降低变压器120、AC/DC转换器130和DC/AC转换器140构成的补偿电路的转换效率。
为了解决现有的UPS的配电电路中存在的缺陷，本申请设计了一种UPS的配电电路和供电系统。
图2为本申请实施例中提供的一种UPS的配电电路的架构示意图。如图2所示，UPS的配电电路200包括第一端口1、第二端口2、第三端口3、开关电路210、补偿电路220和转换电路230。开关电路210耦合于第一端口1与第二端口2之间。补偿电路220耦合于第三端口3与开关电路210之间。转换电路230耦合于第三端口3与第二端口2之间。第一端口1与外界的交流电源电连接。第二端口2与负载电连接。第三端口3与外界直流电源电连接。在其它实施例中，第三端口3可以与负载电连接。第一端口1输入的交流电可以通过转换电路230进行转换后，输入到负载中，实现不间断电源的配电电路可以为直流负载供电，提高了不间断电源的配电电路的应用场景。
本申请实施例中，第一端口1接收到的交流电的电压不小于第二端口2的负载的额定电压时，UPS的配电电路200让第一端口1的交流电为第二端口2的负载供电。第一端口1接收到的交流电的电压小于第二端口2的负载的额定电压时，补偿电路220将第三端口3的直流电转换成交流电，并输入到第二端口2。UPS的配电电路200让第一端口1的交流电和补偿电路220输出的交流电一并为第二端口2的负载供电。相比较现有的UPS的配电电路100，UPS的配电电路200不需要利用变压器将市电系统的电压转换成补偿电压，对负载提供额外电压。补偿电压的电压等于第一端口1输入的交流电的电压与第二端口2的负载的额定电压之间的差值。
开关电路210可以耦合在第一端口1与第二端口2间的火线上，或者，耦合在第一端口1与第二端口2间的火线和零线上。开关电路210用于控制第一端口1与第二端口2之间导通。本申请实施例中，开关电路210优选为静态转关开关(static transfer switch，STS)。当然，开关电路210也可以为其它类型的开关，本申请在此不作限定。
STS是一种两路电源进行二选一自动切换供电的开关。正常工作状态下，如果主电源处于正常的电压范围内，负载是连接在主电源上。主电源出现异常时，STS会将负载自动切换到备用电源上。主电源恢复正常状态时，STS会将负载自动切换到主电源上。本申请中，通过STS的交流电的电压值在设定范围内，STS才会处于导通状态。STS可以限定流入UPS的配电电路中的交流电的电压值，保证输入到第二端口2的负载的交流电的稳定性。
本申请中，第一端口1输入的交流电处在正常电压范围内，开关电路210会处在导通状态。在其它实施例中，正常电压可以为220V电压。正常电压范围可以为220V±5V的电压。
第一端口1输入的交流电通过开关电路210输入到第二端口2的负载，实现市电系统为负载供电。第一端口1输入的交流电不处在正常电压范围内，开关电路210会处在断开状态。此时，市电系统无法向负载供电。
补偿电路220的一端耦合在第三端口3上，另一端耦合在开关电路210的两端上。补偿电路220用于将第三端口3的直流电转换成交流电。本申请实施例中，开关电路210处在断开状态，补偿电路220可以将第三端口3的直流电转换成交流电，并为第二端口2的负载提供交流电。
如图3所示，补偿电路220包括有第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第一电感L1和第一电容C1。第一开关Q1与第二开关Q2串联在一个支路上。第三开关Q3与第四开关Q4串联在一个支路上。第一开关Q1与第二开关Q2所在的支路和第三开关Q3与第四开关Q4所在的支路并联在第三端口3的两端上。第一开关Q1与第二开关Q2之间的节点通过第一电感L1耦合在开关电路210的一端上。第一开关Q1Q3与第二开关Q2Q4之间的节点耦合在开关电路210的另一端上。第一电容C1电连接在开关电路210的两端。
第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4均包括金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)和二极管，MOS晶体管和二极管并联。其中，第一开关Q1的MOS晶体管与第二开关Q2的MOS晶体管可以构成开关网络的逆变部分。第三开关Q3的MOS晶体管与第四开关Q4的MOS晶体管可以构成开关网络的逆变部分。二极管是MOS晶体管的体二极管。二极管可以让补偿电路220在死区时间内续流工作。
第三端口3的直流电Vdc输入到第一开关Q1与第二开关Q2所在的支路和第三开关Q3与第四开关Q4所在的支路。第一开关Q1的MOS晶体管、第二开关Q2的MOS晶体管、第三开关Q3的MOS晶体管和第四开关Q4的MOS晶体管的栅极在接收到脉冲宽度调制(pulse widthmodulation，PWM)信号后，第一开关Q1与第二开关Q2的桥臂和第三开关Q3与第四开关Q4的桥臂共同构成全桥电路。全桥电路可以将直流电逆变成交流电。此时，交流电的电压波形为方波波形。
第一电感L1和第一电容C1构成LC(是Lr和Cr的缩写，Lr为谐振电感Cr为谐振电容)滤波电路。方波波形的交流电输入到LC滤波电路中。LC滤波电路将交流电的方波波形滤波成平滑的正弦波形的交流电。LC滤波电路输出的交流电可以适用于所有的负载。并且，在负载的电压出现瞬间变化时，LC滤波电路可以起到短暂的能量缓冲。
本申请实施例中，补偿电路220的电路结构并不仅限于图3所示的结构，还可以为其它电路结构，本申请在此不作限定。另外，本申请中，补偿电路220与现有的直流/交流(direct current/alternating current，DC/AC)转换器类似，用于将直流电转换成交流电。因此，补偿电路220可以用DC/AC转换器替换。
转换电路230的一端耦合在第三端口3上，另一端耦合在第二端口2的两端上。转换电路230可以用于将第三端口3的直流电转换成交流电。转换电路230还可以用于将第一端口1的交流电转换成直流电。
转换电路230包括LLC(是Lr、Lm和Cr的缩写，Lr为谐振电感，Lm为励磁电感，Cr为谐振电容)双向转换电路和逆变/整流电路。如图3所示，LLC双向转换电路包括有第五开关Q5、第六开关Q6、第七开关Q7、第八开关Q8、第九开关Q9、第十开关Q10、变压器T1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第二电感L2。
第五开关Q5与第六开关Q6串联在一个支路上。第七开关Q7与第八开关Q8串联在一个支路上。第五开关Q5与第六开关Q6所在的支路和第七开关Q7与第八开关Q8所在的支路并联在第三端口3的两端上。第五开关Q5与第六开关Q6之间的节点耦合在变压器T1的原边绕组(或副边绕组)的一个端口上。第七开关Q7与第八开关Q8之间的节点耦合在变压器T1的原边绕组(或副边绕组)的另一个端口上。
第九开关Q9与第十开关Q10串联在一个支路上。第三电容C3和第四电容C4串联在一个支路上。第九开关Q9与第十开关Q10所在的支路和第三电容C3和第四电容C4所在的支路并联。第九开关Q9与第十开关Q10之间的节点依次通过第二电容C2和第二电感L2耦合在变压器T1的副边绕组(或原边绕组)的一个端口上。第三电容C3和第四电容C4之间的节点耦合在变压器T1的副边绕组(或原边绕组)的另一个端口上。
逆变/整流电路包括有第十一开关Q11、第十二开关Q12、第十三开关Q13、第十四开关Q14、第三电感L3和第五电容C5。
第十一开关Q11与第十二开关Q12串联在一个支路上。第十三开关Q13与第十四开关Q14串联在一个支路上。第十一开关Q11与第十二开关Q12所在的支路和第十三开关Q13与第十四开关Q14所在的支路并联。且，第九开关Q9与第十开关Q10所在的支路、第三电容C3和第四电容C4所在的支路、第十一开关Q11与第十二开关Q12所在的支路和第十三开关Q13与第十四开关Q14所在的支路并联。
第十一开关Q11与第十二开关Q12之间的节点通过第三电感L3耦合在第二端口2的一个端口上。第十三开关Q13与第十四开关Q14之间的节点耦合在第二端口2的另一个端口上。第五电容C5电连接在第十三开关Q13与第十四开关Q14之间的节点与第三电感L3之间。
本申请实施例中，转换电路230可以将第三端口3的直流电转换成设定电压的交流电，为第二端口2的负载提供交流电。具体为：
如图3所示，第三端口3的直流电Vdc输入到LLC双向转换电路时，直流电Vdc输入到第五开关Q5与第六开关Q6所在的支路和第七开关Q7与第八开关Q8所在的支路中。第五开关Q5的MOS晶体管、第六开关Q6的MOS晶体管、第七开关Q7的MOS晶体管和第八开关Q8的MOS晶体管的栅极在接收到PWM信号后，第五开关Q5与第六开关Q6的桥臂和第七开关Q7与第八开关Q8的桥臂共同构成全桥控制电路。全桥控制电路可以将直流电逆变成交流电。此时，交流电的电压波形为方波波形。
方波波形的交流电输入到变压器T1。变压器T1根据原边绕组和副边绕组的线圈匝数比，将交流电的电压转换成设定电压的交流电，让变压器T1的副边绕组输出期望的高频脉冲电压。在一个实施例中，变压器T1的原边绕组和副边绕组的线圈匝数比为8:1。变压器T1的原边绕组的电压与副边绕组的电压数值比为8:1。第二电感L2和第二电容C2构成LC谐振电路。LC谐振电路可以通过改变MOS晶体管的频率，来改变LC的串联阻抗，以获取设定电压。
本申请中，直流电Vdc通过开关Q5至开关Q8构成的全桥电路调频工作，以匹配第二电感L2和第二电容C2构成LC串联谐振的谐振阻抗。交流电通过变压器T1，将能量传输到副边绕组，以获取逆变前的母线电压。
交流电输入到第九开关Q9与第十开关Q10所在的支路和第三电容C3和第四电容C4所在的支路中。第九开关Q9的MOS晶体管和第十开关Q10的MOS晶体管的栅极在接收到PWM信号后，第九开关Q9与第十开关Q10的桥臂和第三电容C3和第四电容C4的桥臂共同构成全桥整流电路。全桥整流电路可以将交流电整流成直流电。
本申请实施例中，LLC双向转换电路的全桥控制电路将直流电逆变成交流电，LLC双向转换电路的全桥整流电路将交流电整流成直流电，可以输出设定电压的直流电。设定电压与负载的额定电压相同。
LLC双向转换电路的直流电输入到逆变/整流电路时，直流电输入第十一开关Q11与第十二开关Q12所在的支路和第十三开关Q13与第十四开关Q14所在的支路中。第十一开关Q11的MOS晶体管、第十二开关Q12的MOS晶体管、第十三开关Q13的MOS晶体管和第十四开关Q14的MOS晶体管的栅极在接收到PWM信号后，第十一开关Q11与第十二开关Q12的桥臂和第十三开关Q13与第十四开关Q14的桥臂共同构成全桥逆变电路。全桥逆变电路可以将直流电逆变成交流电。此时，交流电的电压波形为方波波形。
第三电感L3和第五电容C5构成LC滤波电路。方波波形的交流电输入到LC滤波电路中。LC滤波电路将交流电的方波波形滤波成平滑的正弦波形的交流电。LC滤波电路输出的交流电可以适用于所有的负载。LC滤波电路的交流电输入到第二端口2，为负载提供交流电。
本申请实施例中，转换电路230可以将第一端口1的交流电转换成设定电压的直流电，并为第三端口3的电池模组供电。具体为：
如图3所示，第一端口1的交流电Vin输入到逆变/整流电路时，交流电Vin输入第十一开关Q11与第十二开关Q12所在的支路和第十三开关Q13与第十四开关Q14所在的支路中。第十一开关Q11的MOS晶体管、第十二开关Q12的MOS晶体管、第十三开关Q13的MOS晶体管和第十四开关Q14的MOS晶体管的栅极在接收到PWM信号后，第十一开关Q11与第十二开关Q12的桥臂和第十三开关Q13与第十四开关Q14的桥臂共同构成全桥整流电路。全桥整流电路可以将交流电整流成直流电。
逆变/整流电路的直流电输入到LLC双向转换电路时，直流电输入到第九开关Q9与第十开关Q10所在的支路和第三电容C3和第四电容C4所在的支路中。第九开关Q9的MOS晶体管和第十开关Q10的MOS晶体管的栅极在接收到PWM信号后，第九开关Q9与第十开关Q10的桥臂和第三电容C3和第四电容C4的桥臂共同构成全桥控制电路。全桥控制电路可以直将流电逆变成交流电。此时，交流电的电压波形为方波波形。
第二电感L2和第二电容C2构成LC谐振电路。LC谐振电路可以通过改变MOS晶体管的频率，来改变LC的串联阻抗，以获取设定电压的电压。交流电输入到变压器T1。变压器T1根据原边绕组和副边绕组的线圈匝数比，将交流电的电压转换成设定电压的交流电，让变压器T1的副边绕组输出期望的高频脉冲电压。
交流电输入到第五开关Q5与第六开关Q6所在的支路和第七开关Q7与第八开关Q8所在的支路中。第五开关Q5的MOS晶体管、第六开关Q6的MOS晶体管、第七开关Q7的MOS晶体管和第八开关Q8的MOS晶体管的栅极在接收到PWM信号后，第五开关Q5与第六开关Q6的桥臂和第七开关Q7与第八开关Q8的桥臂共同构成全桥整流电路。全桥整流电路可以将交流电整流成直流电。直流电输入到第三端口3，为第三端口3的电池模组供电。
本申请实施例中，LLC双向转换电路的全桥控制电路将直流电逆变成交流电，LLC双向转换电路的全桥整流电路将交流电整流成直流电，可以输出设定电压的直流电。设定电压与电池模组的充电电压相同。
本申请实施例中，转换电路230的电路结构并不仅限于图3所示的结构，还可以为其它电路结构，本申请在此不作限定。另外，本申请中，转换电路230与现有的双向直流/直流(direct current/direct current，DC/DC)转换器和双向DC/AC转换器类似，用于将直流转换成设定电压的直流电，以及将直流电转换成交流电或交流电转换成直流电。因此，补偿电路220可以用双向DC/DC转换器、整流器和双向DC/AC转换器替换。
本申请实施例中，UPS的配电电路200还包括控制单元240。控制单元240可以与开关电路210、补偿电路220和转换电路230电连接。控制单元240可以是数字信号处理(digital signal processing，DSP)、片上系统(system of chip，SoC)等具有处理功能的器件。本申请中，控制单元240用于监测开关电路210的电信号、补偿电路220的输入电信号和输出电信号、转换电路230输入电信号和输出电信号，以及向补偿电路220和转换电路230发送控制信号，让补偿电路220和转换电路230输出设定电压的电信号。
控制单元240可以检测开关电路210的交流电的电压值。开关电路210的交流电的电压值在设定范围内，开关电路210处在第一状态。开关电路210的交流电的电压值不在设定范围内，开关电路310处在第二状态。控制单元240可以根据监测结果判断开关电路210是否处在第一状态。
在一个实施例中，控制单元240检测到开关电路210的交流电的电压值在设定范围内，开关电路210处在第一状态，控制单元24 0将此次接收到的监测数据丢弃或不作后续处理。UPS的配电电路200将第一端口1的交流电输入到第二端口2的负载，实现第一端口1为第二端口2的负载提供电能。
在一个实施例中，控制单元240检测到开关电路210的交流电的电压值在设定范围内，开关电路210处在第一状态。控制单元240检测到开关电路210的交流电的电压值小于第二端口2的负载的额定电压，控制单元340向补偿电路220发送控制信号，让补偿电路220将第三端口3的直流电转换成设定电压的交流电，实现第三端口3为第二端口2的负载提供补偿电压，让第二端口2的负载正常工作。
在一个实施例中，控制单元240检测到开关电路210的交流电的电压值不在设定范围内，开关电路310处在第二状态，UPS的配电电路200停止第一端口1供电。控制单元340向转换电路230发送控制信号，让转换电路230将第三端口3的直流电转换成设定电压的交流电，实现第三端口3为第二端口2的负载提供电能。
UPS的配电电路200还包括有多个电磁兼容性(electromagnetic compatibility，EMC)电路250。EMC电路250分别与第一端口1、第二端口2和第三端口3电连接。EMC电路250用于隔离UPS的配电电路200与其它电路或器件之间的电磁信号传输。
本申请实施例中，开关电路210、补偿电路220和转换电路230工作时，会在UPS的配电电路200中产生不同的电磁信号。UPS的配电电路200与其它电路或器件电连接后，UPS的配电电路200的电磁信号会干扰其它电路或器件，从而降低UPS的配电电路200的实用性。第一端口1、第二端口2和第三端口3分别电连接EMC电路250。UPS的配电电路200的电磁信号无法传输到其它电路或器件中，不会干扰电路或器件正常工作。电路或器件的电磁信号无法传输到UPS的配电电路200中，保证UPS的配电电路200不受电路或器件的干扰。
如图2所示，EMC电路250包括两个电容和一个共模电感。两个电容分别并联在共模电感的两端。在一个实施例中，第一端口1的交流电从第一端口1的EMC电路250的一端输入时，电容和共模电感对交流电进行滤波，消除交流电中携带的电磁信号。交流电从第一端口1的EMC电路250的另一端输出后，交流电中不携带有电磁信号，或者，携带的电磁信号很弱。第一端口1的EMC电路250可以消除外接的其它电路或器件对UPS的配电电路200的干扰。
在一个实施例中，UPS的配电电路200的交流电从第二端口2的EMC电路250的一端输入时，电容和共模电感对交流电进行滤波，消除交流电中携带的电磁信号。交流电从第二端口2EMC电路250的另一端输出后，交流电中不携带有电磁信号，或者，携带的电磁信号很弱。第二端口2的EMC电路250可以消除UPS的配电电路200对第二端口2的负载的干扰。
在一个实施例中，第三端口3的直流电从第三端口3的EMC电路250的一端输入时，电容和共模电感对直流电进行滤波，消除直流电中携带的电磁信号。直流电从第三端口3的EMC电路250的另一端输出后，直流电中不携带有电磁信号，或者，携带的电磁信号很弱。第三端口3的EMC电路250可以消除外接的其它电路或器件对UPS的配电电路200的干扰。
在一个实施例中，UPS的配电电路200的直流电从第三端口3的EMC电路250的一端输入时，电容和共模电感对直流电进行滤波，消除直流电中携带的电磁信号。直流电从第三端口3的EMC电路250的另一端输出后，直流电中不携带有电磁信号，或者，携带的电磁信号很弱。第三端口3的EMC电路250可以消除UPS的配电电路200对第三端口3的其它电路或器件的干扰。
本申请实施例中，第一端口1通过开关电路210与第二端口2电连接。第三端口3通过补偿电路220耦合在开关电路210的两端。第三端口3通过转换电路230耦合在第一端口1与第二端口2之间的电路上。当第一端口1的输入电压小于第二端口2的负载的额定电压时，第三端口3的输入电压输入到补偿电路220。补偿电路220将直流电转换成交流电，让补偿电路220输出的交流电与第一端口1的输入电压一并为第二端口2的负载供电。相比较现有的UPS的配电电路，不需要变压器，可以降低UPS的配电电路200的体积。
第一端口的输入电信号可以输入到转换电路230。转换电路230可以将交流电转换成设定电压的直流电，为第三端口3的电池模组提供供电。当第一端口1没有输入电信号时，第三端口3的输入电压输入到转换电路230。转换电路230可以将直流电转换成设定电压的交流电，为第二端口2的负载提高电能。转换电路230可以提高不间断电源的配电电路200的转换效率。
图4为本申请实施例中提供的UPS的配电电路的一种工作模式的示意图。如图4所示，控制单元240获取开关电路210的电压，检测第一端口1的输入电压Vin。控制单元240确定第一端口1的输入电压Vin不小于第二端口2的负载的额定电压时，控制单元240可以让补偿电路220和转换电路230不工作。
UPS的配电电路200中，第一端口1的输入电压Vin不小于第二端口2的负载的额定电压时，第一端口1的输入电压Vin通过第一端口1的EMC电路250，消除交流电的电磁信号。输入电压Vin通过开关电路210后，输入到第二端口2的EMC电路250。第二端口2的EMC电路250消除交流电的电磁信号后，输入到第二端口2。第一端口1的输入电压Vin可以直接为第二端口2的负载提供交流电。
图5为本申请实施例中提供的UPS的配电电路的一种工作模式的示意图。如图5所示，控制单元240获取开关电路210的电压，检测第一端口1的输入电压Vin。控制单元240确定第一端口1的输入电压Vin小于第二端口2的负载的额定电压时，控制单元240可以让补偿电路220工作。第三端口3可以通过补偿电路220为第二端口2的负载提供交流电。
UPS的配电电路200中，第一端口1的输入电压Vin通过第一端口1的EMC电路250，消除交流电的电磁信号。输入电压Vin通过开关电路210后，输入到第二端口2的EMC电路250。第二端口2的EMC电路250消除交流电的电磁信号后，输入到第二端口2。
第三端口3的输入电压Vdc通过第三端口3的EMC电路250，消除直流电的电磁信号。输入电压Vdc输入到补偿电路210后，补偿电路210将直流电转换成设定电压的交流电，并将交流电并入到第二端口2的EMC电路250。第二端口2的EMC电路250消除交流电的电磁信号后，输入到第二端口2。补偿电路210输出的交流电与第一端口1的输入电压Vin之和为第二端口2的负载的额定电压，让UPS的配电电路200可以正常地为第二端口2的负载提供交流电。
本申请实施例中，补偿电路220输出的交流电的电压为第二端口2的负载的额定电压与第一端口1的输入电压Vin之间的差值。补偿电路220输出的交流电的电压的大小与补偿电路220的第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4的控制逻辑有关。
在一个实施例中，控制单元240获取第一端口1的输入电压Vin、第二端口2的负载的额定电压和第三端口3的输入电压Vdc。控制单元240可以根据第一端口1的输入电压Vin和第二端口2的负载的额定电压，计算出补偿电路220需要补偿的输出电压。控制单元240可以根据第三端口3的输入电压Vdc与补偿电路220的输出电压，确定出第一开关Q1的MOS晶体管、第二开关Q2的MOS晶体管、第三开关Q3的MOS晶体管和第四开关Q4的MOS晶体管的PWM信号。控制单元240可以向补偿电路220的各个开关的MOS晶体管发送PWM信号，实现将第三端口3的输入电压Vdc转换成补偿电路220的输出电压。
图6为本申请实施例中提供的UPS的配电电路的一种工作模式的示意图。如图6所示，控制单元240获取开关电路210的电压，检测第一端口1的输入电压Vin。控制单元240确定第一端口1的输入电压Vin不小于第二端口2的负载的额定电压时，控制单元240可以让转换电路230工作。第一端口1可以通过转换电路230为第三端口3提供直流电。
UPS的配电电路200中，第一端口1的输入电压Vin通过第一端口1的EMC电路250，消除交流电的电磁信号。输入电压Vin通过开关电路210后，输入到第二端口2的EMC电路250。第二端口2的EMC电路250消除交流电的电磁信号后，输入到第二端口2。第一端口1的输入电压Vin可以直接为第二端口2的负载提供交流电。
第一端口1的输入电压Vin输入到转换电路230后，转换电路230将交流电转换成设定电压的直流电，并将直流电输入到第三端口3的EMC电路250。第三端口3的EMC电路250消除直流电的电磁信号后，输入到第三端口3，并为第三端口3的电池模组提供供电。
在一个实施例中，控制单元240获取第一端口1的输入电压Vin和第三端口3的输入电压Vdc。控制单元240可以根据第一端口1的输入电压Vin与第三端口3的输入电压Vdc，确定出第五开关Q5的MOS晶体管、第六开关Q6的MOS晶体管、第七开关Q7的MOS晶体管、第八开关Q8的MOS晶体管、第九开关Q9的MOS晶体管、第十开关Q10的MOS晶体管、第十一开关Q11的MOS晶体管、第十二开关Q12的MOS晶体管、第十三开关Q13的MOS晶体管和第十四开关Q14的MOS晶体管的PWM信号。控制单元240可以向转换电路230的各个开关的MOS晶体管发送PWM信号，实现将第一端口1的输入电压Vin转换成第三端口3的输入电压Vdc。
图7为本申请实施例中提供的UPS的配电电路的一种工作模式的示意图。如图7所示，控制单元240获取开关电路210的电压，检测第一端口1的输入电压Vin。控制单元240确定第一端口1的输入电压Vin为零时，控制单元240可以让转换电路230工作。第三端口3可以通过转换电路230为第二端口2的负载提供交流电。
UPS的配电电路200中，第三端口3的输入电压Vdc通过第三端口3的EMC电路250，消除直流电的电磁信号。直流电输入到转换电路230后，转换电路230将直流电转换成设定电压的交流电，并将交流电输入到第二端口2的EMC电路250。第二端口2的EMC电路250消除交流电的电磁信号后，输入到第二端口2。第三端口3的输入电压Vdc可以直接为第二端口2的负载提供交流电。
在一个实施例中，控制单元240获取第三端口3的输入电压Vdc和第二端口2的负载的额定电压。控制单元240可以根据第三端口3的输入电压Vdc和第二端口2的负载的额定电压，确定出第五开关Q5的MOS晶体管、第六开关Q6的MOS晶体管、第七开关Q7的MOS晶体管、第八开关Q8的MOS晶体管、第九开关Q9的MOS晶体管、第十开关Q10的MOS晶体管、第十一开关Q11的MOS晶体管、第十二开关Q12的MOS晶体管、第十三开关Q13的MOS晶体管和第十四开关Q14的MOS晶体管的PWM信号。控制单元240可以向转换电路230的各个开关的MOS晶体管发送PWM信号，实现将第三端口3的输入电压Vdc转换成第二端口2的负载的额定电压。
图8为本申请实施例中提供的UPS的配电电路的一种工作模式的示意图。如图8所示，控制单元240获取开关电路210的电压，检测第一端口1的输入电压Vin。控制单元240确定第一端口1的输入电压Vin小于第二端口2的负载的额定电压时，控制单元240可以让补偿电路220和转换电路230工作。第一端口1可以通过转换电路230为第三端口3提供直流电。第三端口3可以通过补偿电路220为第二端口2的负载提供交流电。
UPS的配电电路200中，第一端口1的输入电压Vin通过第一端口1的EMC电路250，消除交流电的电磁信号。输入电压Vin通过开关电路210后，输入到第二端口2的EMC电路250。第二端口2的EMC电路250消除交流电的电磁信号后，输入到第二端口2。
第三端口3的输入电压Vdc通过第三端口3的EMC电路250，消除直流电的电磁信号。输入电压Vdc输入到补偿电路210后，补偿电路210将直流电转换成设定电压的交流电，并将交流电并入到第二端口2的EMC电路250。第二端口2的EMC电路250消除交流电的电磁信号后，输入到第二端口2。补偿电路210输出的交流电与第一端口1的输入电压Vin之和为第二端口2的负载的额定电压，让UPS的配电电路200可以正常地为第二端口2的负载提供交流电。
第一端口1的输入电压Vin输入到转换电路230后，转换电路230将交流电转换成设定电压的直流电，并将直流电输入到第三端口3的EMC电路250。第三端口3的EMC电路250消除直流电的电磁信号后，输入到第三端口3，并为第三端口3的电池模组提供供电。
本申请实施例提供了一种供电系统，该供电系统包括交流电源、直流电源、至少一个负载和至少一个UPS的配电电路。交流电源可以分别与至少一个UPS的配电电路中的交流电输入端耦合，用于提供交流电。直流电源可以分别与至少一个UPS的配电电路中的直流电输入端耦合，用于提供直流电。至少一个负载可以分别与至少一个UPS的配电电路的负载输入端耦合，用于接收交流电。UPS的配电电路可以为如图2-图8和上述对应保护方案中记载的UPS的配电电路，由于该供电系统包括该UPS的配电电路，因此该供电系统具有该UPS的配电电路的所有或至少部分优点。其中，交流电源可以是市电系统、光伏供电系统以及其它交流系统。直流电源可以是蓄电池、锂电池或其它电池模组。供电系统可以应用在数据中心、户外机柜、基站等用电设备中，也可以应用在银行网点、中小型企业、小型化数据中心等场景，本申请在此不作限定。
本申请实施例提供的UPS的配电电路中元器件的数量、元器件的种类等不限于上述实施例，凡在本申请原理下实现的技术方案均在本方案保护范围之内。说明书中任何的一个或多个实施例或图示，以适合的方式结合的技术方案均在本方案保护范围之内。
本申请实施例提供的供电系统中元器件的数量、元器件的种类等不限于上述实施例，凡在本申请原理下实现的技术方案均在本方案保护范围之内。说明书中任何的一个或多个实施例或图示，以适合的方式结合的技术方案均在本方案保护范围之内。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，其依然可以对前述各实施例中所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例中技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种不间断电源的配电电路，其特征在于，包括：
第一端口，与交流电源耦合，用于接收交流电；
第二端口，与负载耦合，用于为所述负载供电；
第三端口，与直流电源耦合，用于输入和/或输出直流电；
开关电路，耦合于所述第一端口与所述第二端口之间，用于控制所述第一端口向所述第二端口输出交流电；
补偿电路，耦合于所述第三端口与所述开关电路之间，用于在所述第一端口输入的交流电的电压小于所述第二端口的负载的额定电压时，将所述第三端口输入的直流电转换交流电，并为所述第二端口的负载提供补偿电压；
转换电路，耦合于所述第三端口与所述第二端口之间，用于将所述第三端口输入的直流电转换成设定电压的交流电，并为所述第二端口的负载提供交流电；和/或，将所述第一端口输入的交流电转换成设定电压的直流电，并为所述第三端口的直流电源提供直流电。
2.根据权利要求1所述的不间断电源的配电电路，其特征在于，所述补偿电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电感和第一电容，
所述第一开关与所述第二开关串联在一个支路上，所述第三开关与所述第四开关串联在一个支路上；所述第一开关与所述第二开关所在的支路和所述第三开关与所述第四开关所在的支路并联在所述第三端口的两端上；
所述第一开关与所述第二开关之间的节点通过所述第一电感耦合在所述开关电路的一端上，所述第三开关与所述第四开关之间的节点耦合在所述开关电路的另一端上；所述第一电容电连接在所述开关电路的两端。
3.根据权利要求2所述的不间断电源的配电电路，其特征在于，所述转换电路包括LLC双向转换电路和逆变/整流电路，
所述LLC双向转换电路的一端与所述第三端口耦合，另一端与所述逆变/整流电路的一端耦合，用于将直流电转换成设定电压的直流电；
所述逆变/整流电路的另一端与所述第二端口耦合，用于进行直流电和交流电之间的转换。
4.根据权利要求3所述的不间断电源的配电电路，其特征在于，所述LLC双向转换电路包括：第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、第九开关、第十开关、变压器、第二电容、第三电容、第四电容和第二电感，
所述第五开关与所述第六开关串联在一个支路上，所述第七开关与所述第八开关串联在一个支路上；所述第五开关与所述第六开关所在的支路和所述第七开关与所述第八开关所在的支路并联；
所述第五开关与所述第六开关之间的节点耦合在所述变压器的原边绕组的一个端口上，所述第七开关与所述第八开关之间的节点耦合在所述变压器的原边绕组的另一个端口上；
所述第九开关与所述第十开关串联在一个支路上，所述第三电容和所述第四电容串联在一个支路上；所述第九开关与所述第十开关所在的支路和所述第三电容与所述第四电容所在的支路并联；
所述第九开关与所述第十开关之间的节点依次通过所述第二电容和所述第二电感耦合在所述变压器的副边绕组的一个端口上；所述第三电容和所述第四电容之间的节点耦合在所述变压器的副边绕组的另一个端口上。
5.根据权利要求3或4任意一项所述的不间断电源的配电电路，其特征在于，所述逆变/整流电路包括：第十一开关、第十二开关、第十三开关、第十四开关、第三电感和第五电容，
所述第十一开关与所述第十二开关串联在一个支路上，所述第十三开关与所述第十四开关串联在一个支路上；所述第十一开关与所述第十二开关所在的支路和所述第十三开关与所述第十四开关所在的支路并联；
所述第十一开关与所述第十二开关之间的节点通过所述第三电感耦合在所述第二端口的一个端口上；所述第十三开关与所述第十四开关之间的节点耦合在所述第二端口的另一个端口上；所述第五电容电连接在所述第十三开关与所述第十四开关之间的节点与所述第三电感之间。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的不间断电源的配电电路，其特征在于，所述补偿电压为所述第二端口的负载的额定电压与所述第一端口输入的交流电的电压之间的差值。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的不间断电源的配电电路，其特征在于，所述不间断电源的配电电路还包括多个电磁兼容性电路，
所述多个电磁兼容性电路分别耦合于所述第一端口、所述第二端口和所述第三端口，用于隔离所述不间断电源的配电电路与其它电路或器件之间的电磁信号。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的不间断电源的配电电路，其特征在于，所述第三端口还与负载耦合，用于为所述负载供电。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的不间断电源的配电电路，其特征在于，所述不间断电源的配电电路还包括控制单元，
所述控制单元与所述开关电路、所述补偿电路和所述转换电路电连接，用于检测所述开关电路的状态；以及
当所述开关电路处在第一状态时，向所述转换电路发送第一控制信号，所述第一状态为所述开关电路让所述第一端口与所述第二端口之间处于导通的状态，所述第一控制信号用于指示所述转换电路将所述第一端口输入的交流电转换成直流电。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的不间断电源的配电电路，其特征在于，所述不间断电源的配电电路还包括控制单元，
所述控制单元，还用于当所述第一端口输入的交流电的电压小于所述第二端口的负载的额定电压时，向所述补偿电路发送第二控制信号，所述第二控制信号用于指示所述补偿电路将所述第三端口输入的直流电转换交流电。
11.根据权利要求1-10任意一项所述的不间断电源的配电电路，其特征在于，所述不间断电源的配电电路还包括控制单元，
所述控制单元，还用于当所述开关电路处在第二状态时，向所述转换电路发送第三控制信号，所述第二状态为所述开关电路让所述第一端口与所述第二端口之间处于断路的状态，所述第三控制信号用于指示所述转换电路将所述第三端口输入的直流电转换成交流电。
12.一种供电系统，其特征在于，包括：
至少一个如权利要求1-11所述的不间断电源的配电电路，
交流电源，与所述不间断电源的配电电路中的第一端口耦合，用于提供交流电；
直流电源，与所述不间断电源的配电电路中的第三端口耦合，用于提供直流电或接收直流电；
至少一个负载，与所述不间断电源的配电电路的第二端口耦合，用于接收交流电。
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