CN115967161A - 不间断电源电路、控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种不间断电源电路、控制方法及装置，本发明通过设置PFC模块来取代工频变压器，极大地减小了体积和整机重量，降低了运输维护成本，同时，基于PFC模块的功率因数校正能力，在市电稳定模式下，PFC模块的功率全部用于电池模块的充电，能够极大地改善通过市电进行大电流充电时，输入谐波过大的问题；在市电自动电压调节模式下，PFC模块的功率一部分用于电池模块的充电，一部分用于通过逆变模块的AVR调节为负载提供稳定电压，使得能够同时满足电池模块充电以及负载用电需求。

Description

不间断电源电路、控制方法及装置

技术领域

本发明涉及不间断电源领域，尤其涉及一种不间断电源电路、控制方法及装置。

背景技术

现有的在线互动式UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)主要采用工频变压器实现AVR(Automatic Voltage Regulator，自动电压调节)稳压。(1)传统的工频架构在线互动式UPS，市电稳压、电池逆变、电池充电均复用此工频变压器，但是逆变效率低，逆变波形畸变严重，输出谐波过大。市电模式大电流充电，干扰大，输入谐波大，严重影响电网。

(2)高频架构在线互动式UPS，解决了逆变时效率低的和输出电压谐波差的问题，但还是需要加入工频变压器进行市电稳压输出，无法去掉工频变压器。工频变压器体积较大且重，增加了运输维护成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种不间断电源电路、控制方法及装置，旨在解决现有技术中的在线互动式UPS采用工频变压器导致的体积过大、输入谐波过大的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种不间断电源电路，所述电路的输入端与市电连接，所述电路的输出端与负载连接；所述电路包括开关模块、PFC模块、逆变模块以及电池模块；所述开关模块的第一输入端作为所述电路的输入端，所述开关模块的第二输入端与所述逆变模块的输出端连接，所述开关模块的输出端作为所述电路的输出端，所述开关模块的第一输入端还与所述PFC模块的输入端连接，所述PFC模块的输出端分别与所述逆变模块的输入端以及所述电池模块连接；其中：

在市电电压处于第一区间时，运行模式为市电稳定模式，其中：

所述开关模块，用于导通所述市电与所述负载之间的连接，并断开所述逆变模块与所述负载之间的连接；

所述PFC模块，用于通过所述市电电压生成母线电压；

所述电池模块，用于通过所述母线电压进行充电；

在市电电压处于第二区间且不处于所述第一区间时，运行模式为市电自动电压调节模式，其中，所述第一区间包含于所述第二区间，所述市电自动电压调节模式包括：

所述开关模块，用于断开所述市电与所述负载之间的连接，并导通所述逆变模块与所述负载之间的连接；

所述PFC模块，用于通过所述市电电压生成母线电压；

所述电池模块，用于通过所述母线电压进行充电；

所述逆变模块，用于将对所述母线电压逆变后得到的交流市电电压输出至所述负载；

在市电电压不处于所述第二区间时，运行模式为电池模式，其中：

所述开关模块，用于断开所述市电与所述负载之间的连接，并导通所述逆变模块与所述负载之间的连接；

所述电池模块，用于生成母线电压；

所述逆变模块，用于将对所述母线电压逆变后得到的交流电池电压输出至所述负载。

可选地，所述电池模块包括电源电池、调压单元以及反激单元；所述调压单元连接在所述PFC模块的输出端与所述电源电池之间，所述反激单元的输入端与所述PFC模块的输出端连接，所述反激单元的输出端与所述电源电池连接；其中：

所述反激单元，用于通过所述母线电压对所述电源电池进行充电；

所述调压单元，用于对所述电源电池的电压进行调压得到母线电压。

可选地，所述调压单元为双向调压电路；其中：

在市电电压处于所述第二区间时：

所述调压单元，用于在所述电源电池的电池电压小于预设浮充电压时，通过所述母线电压对所述电源电池进行快速充电；

所述反激单元，用于在所述电源电池的电池电压大于或等于所述预设浮充电压时，通过所述母线电压对所述电源电池进行浮充；

在市电电压不处于所述第二区间时；

所述调压单元，用于对所述电源电池的电压进行调压得到母线电压。

可选地，所述反激单元包括第一变压器、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第一电阻以及第一开关管；其中：

所述第一变压器的原边第一端作为所述反激单元的输入端，所述第一变压器的原边第一端通过所述第一电容与所述第一二极管的负极连接，所述第一变压器的原边第二端与所述第一二极管的正极连接，所述第一变压器的原边第二端还通过所述第一开关管接地，所述第一电阻与所述第一电容并联；

所述第一变压器的副边第一端接地，所述第一变压器的副边第二端与所述第二二极管的正极连接所述第二二极管的负极作为所述反激单元的输出端，所述第二二极管的负极还通过所述第二电容接地了，所述原边第一端与所述副边第一端互为同名端。

可选地，所述开关模块包括第一继电器开关、第二继电器开关，第三继电器开关以及第四继电器开关；其中：

所述第一继电器开关的动触点作为所述开关模块的第一零线输入端，所述第一继电器开关的常闭触点分别作为所述开关模块的零线输出端以及第二零线输入端，所述第二继电器开关的动触点作为所述开关模块的第一火线输入端，所述第二继电器开关的常闭触点分别与所述第四继电器开关的常开触点以及所述第三继电器开关的常开触点连接，所述第四继电器开关的动触点作为所述开关模块的火线输出端，所述第三继电器开关的动触点作为所述开关模块的第二火线输入端。

可选地，所述电路还包括电压检测模块以及控制模块，所述电压检测模块连接在所述市电与所述负载之间，所述电压检测模块的输出端与所述控制模块的检测端连接，所述控制模块的输出端分别与所述开关模块的控制端、PFC模块的控制端、逆变模块的控制端以及所述电池模块的控制端连接；其中：

所述控制模块，用于根据所述电压检测模块检测到的市电电压确定所述运行模式为市电稳定模式、市电自动电压调节模式或电池模式，并根据确定的运行模式发送对应控制信号至所述开关模块、所述PFC模块、所述逆变模块以及所述电池模块。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种不间断电源电路控制方法，所述方法应用于如上所述的不间断电源电路，所述方法包括：

若所述市电电压处于第一区间，则将运行模式设置为市电稳定模式，市电稳定模式包括：通过开关模块导通市电与负载之间的连接，并断开逆变模块与负载之间的连接，通过PFC模块通过所述市电电压生成母线电压，通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电；

若所述市电电压处于所述第二区间且不处于所述第一区间，则将运行模式设置为市电自动电压调节模式，市电自动电压调节模式包括：通过所述开关模块断开所述市电与所述负载之间的连接，并导通所述逆变模块与所述负载之间的连接，通过所述PFC模块通过所述市电电压生成母线电压，通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电，通过所述逆变模块将对所述母线电压逆变后得到的交流市电电压输出至所述负载；

若所述市电电压不处于所述第二区间，则将运行模式设置为电池模式，电池模式包括：通过所述开关模块断开所述市电与所述负载之间的连接，并导通所述逆变模块与所述负载之间的连接，通过所述电池模块生成母线电压，通过所述逆变模块将对所述母线电压逆变后得到的交流电池电压输出至所述负载。

可选地，所述电池模块包括电源电池、调压单元以及反激单元；所述调压单元连接在所述PFC模块的输出端与所述电源电池之间，所述反激单元的输入端与所述PFC模块的输出端连接，所述反激单元的输出端与所述电源电池连接；所述通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电的步骤包括：

若所述电源电池的电池电压小于预设浮充电压，则通过所述调压单元基于所述母线电压对所述电源电池进行快速充电；

若所述电源电池的电池电压大于或等于预设浮充电压，则通过所述反激单元基于所述母线电压对所述电源电池进行浮充，且停止对所述调压单元以及所述PFC模块进行控制。

可选地，所述通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电的步骤包括：

在将所述运行模式设置为所述市电稳定模式或市电自动电压调节模式的持续时长达到预设延时时长之后，通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种不间断电源装置，所述装置包括壳体和如上所述的不间断电源电路，所述不间断电源电路设置于所述壳体内。

本发明提出的一种不间断电源电路、控制方法及装置，本发明通过设置PFC模块来取代工频变压器，极大地减小了体积和整机重量，降低了运输维护成本，同时，基于PFC模块的功率因数校正能力，在市电稳定模式下，PFC模块的功率全部用于电池模块的充电，能够极大地改善通过市电进行大电流充电时，输入谐波过大的问题；在市电自动电压调节模式下，PFC模块的功率一部分用于电池模块的充电，一部分用于通过逆变模块的AVR调节为负载以提供稳定电压，使得能够同时满足电池模块充电以及负载用电需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明不间断电源电路一实施例的功能模块图；

图2为本发明不间断电源电路应用在图1实施例中的电路结构图；

图3为本发明不间断电源电路另一实施例中调压单元的电路结构图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

附图标号说明：

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供一种不间断电源电路，应用于不间断电源装置中，请参见图1，图1为本发明不间断电源电路一实施例的功能模块图。在该实施例中，所述电路的输入端与市电连接，所述电路的输出端与负载连接；所述电路包括开关模块100、PFC模块200、逆变模块300以及电池模块400；所述开关模块100的第一输入端作为所述电路的输入端，所述开关模块100的第二输入端与所述逆变模块300的输出端连接，所述开关模块100的输出端作为所述电路的输出端，所述开关模块100的第一输入端还与所述PFC模块200的输入端连接，所述PFC模块200的输出端分别与所述逆变模块300的输入端以及所述电池模块400连接；其中：

在市电电压处于第一区间时，运行模式为市电稳定模式，其中：

所述开关模块100，用于导通所述市电与所述负载之间的连接，并断开所述逆变模块300与所述负载之间的连接；

所述PFC模块200，用于通过所述市电电压生成母线电压；

所述电池模块400，用于通过所述母线电压进行充电；

第一区间用以指示负载的额定电压要求，即当市电电压处于第一区间内时，认为当前市电的电压满足负载额定运行时的电压要求；一般地，将负载的额定电压±10％的范围作为第一区间，即第一区间为[90％额定电压，110％额定电压]，对于一些特殊场景下的负载而言，可以将负载的额定电压±8％或5％的范围作为第一区间，可以理解的是，前述10％、8％、5％仅为举例说明，第一区间的具体数值可以基于实际应用场景以及需要进行设置；此时负载直接由市电进行供电，同时市电经过PFC模块200进行整流、升压以及功率因数校正为母线电压后给电池模块400充电，此时PFC模块200的功率全部用于电池模块400的充电，能够极大地改善通过市电进行大电流充电时，输入谐波过大的问题，改善电网质量。

可以理解的是，母线电压为PFC模块200、逆变模块300以及电池模块400的连接点处电压。

在市电电压处于第二区间且不处于所述第一区间时，运行模式为市电自动电压调节模式，其中，所述第一区间包含于所述第二区间，所述市电自动电压调节模式包括：

所述开关模块100，用于断开所述市电与所述负载之间的连接，并导通所述逆变模块300与所述负载之间的连接；

所述PFC模块200，用于通过所述市电电压生成母线电压；

所述电池模块400，用于通过所述母线电压进行充电；

所述逆变模块300，用于将对所述母线电压逆变后得到的交流市电电压输出至所述负载；

第二区间用以指示负载的可运行电压要求，即当市电电压处于第二区间内时，认为当前市电的电压满足负载的可运行电压要求，第二区间的具体数值可以基于实际应用场景进行设置；可以理解的是，由于第二区间指示可运行电压，第一区间指示额定电压，因此第二区间包含第一区间，具体地，第一区间为normal电压段，第二区间中除第一区间之外的部分为AVR电压段，其中，第二区间的最小值至第一区间的最小值为AVR Boost电压段，第一区间的最大值至第二区间的最大值为AVR Buck电压段，第二区间外为AVR loss电压段。市电电压在AVR电压段时，负载不直接通过市电供电，市电经由PFC模块200进行整流以及功率因数校正，再经过逆变模块300逆变后为负载供电，同时电池模块400通过PFC模块200输出的母线电压进行充电，此时PFC模块200的功率一部分用于电池模块400的充电，一部分用于对逆变模块300的AVR调节，使得能够同时满足电池模块400充电以及负载用电需求。

在市电电压不处于所述第二区间时，运行模式为电池模式，其中：

所述开关模块100，用于断开所述市电与所述负载之间的连接，并导通所述逆变模块300与所述负载之间的连接；

所述电池模块400，用于生成母线电压；

所述逆变模块300，用于将对所述母线电压逆变后得到的交流电池电压输出至所述负载。

当市电电压不处于第二区间内时，认为当前市电无法支持负载运行，因此，需要通过电池模块400为负载供电，电池模块400输出的母线电压通过逆变模块300进行逆变后输出至负载；本实施例中摈弃了工频变压器，转而采用PFC模块200构建高频架构UPS，降低整机材料成本的同时也减少了整机重量，可进一步降低运输成本。

具体地，各模块的结构可以基于实际应用场景以及需要进行设置。

进一步地，后续一并参见图2，所述电池模块400包括电源电池BAT、调压单元420以及反激单元410；所述调压单元420连接在所述PFC模块200的输出端与所述电源电池BAT之间，所述反激单元410的输入端与所述PFC模块200的输出端连接，所述反激单元410的输出端与所述电源电池BAT连接；其中：

所述反激单元410，用于通过所述母线电压对所述电源电池BAT进行充电；

所述调压单元420，用于对所述电源电池BAT的电压进行调压得到母线电压。

可以理解的是，反激单元410在市电稳定模式以及市电自动电压调节模式下，对电源电池BAT进行充电，在电池模式下不对电源电池BAT进行充电；调压单元420在电池模式下，将电源电池BAT的电压通过DCDC变换为母线电压后输出至逆变模块300，在市电稳定模式以及市电自动电压调节模式下，不输出母线电压。

本实施例中的反激单元410包括第一变压器T1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1以及第一开关管Q1；其中：

所述第一变压器T1的原边第一端作为所述反激单元410的输入端，所述第一变压器T1的原边第一端通过所述第一电容C1与所述第一二极管D1的负极连接，所述第一变压器T1的原边第二端与所述第一二极管D1的正极连接，所述第一变压器T1的原边第二端还通过所述第一开关管Q1接地，所述第一电阻R1与所述第一电容C1并联；

所述第一变压器T1的副边第一端接地，所述第一变压器T1的副边第二端与所述第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的负极作为所述反激单元410的输出端，所述第二二极管D2的负极还通过所述第二电容C2接地了，所述原边第一端与所述副边第一端互为同名端。

当第一开关管Q1导通时，原边绕组电感电流上升，由于副边绕组同名端设置，此时第二二极管D2截止，副边绕组储存能量，负载，即电源电池BAT由第二电容C2提供能量；

当第一开关管Q1截止时，原边绕组电感电压反向，此时第二二极管D2导通，副边绕组能量输出至电源电池BAT，同时给第二电容C2充电。

其中第一电阻R1、第一电容C1与第一二极管D1构成钳位电路，用以抑制第一开关管Q1在关断时引起的电压尖峰。

需要说明的是，第一变压器T1可以设置多个副边绕组，以提供多路电压输出，如增加一路副边绕组为控制模块供电；需要说明的是，本实施例以及后续实施例中所述的开关管可以基于实际需要选择合适的开关器件，如MOS管、三极管、IGBT等。

需要说明的是，反激电路还可以基于实际需要，如实际安规要求、LVLE(LOWVOLTAGE LIMITED ENERGY，低压限制能量)要求等替换为其它的DCDC电路，如Buck电路。

本实施例中的调压单元420包括第二变压器T2、第一全桥电路F1以及推挽电路421，第二变压器T2第一原边绕组的第一端与推挽电路421的第一端连接，第二变压器T2第二原边绕组的第二端与推挽电路421的第二端连接，第二变压器T2第一原边绕组的第二端与第二原边绕组的第一端连接后与电源电池BAT的正极连接，第二变压器T2副边绕组的与第一全桥电路F1的交流端连接，第一全桥电路F1的正极输出端与PFC模块200连接，其中第二变压器T2第一原边绕组的第一端、第二原边绕组的第一端、副边绕组的第一端互为同名端；本实施例中的推挽电路421包括第二开关管Q2与第三开关管；第一全桥电路F1由快速恢复二极管构成；具体地：

通过控制推挽电路421中的两个开关管交替导通，将电源电池BAT的电压逆变为交流电压，并送至第二变压器T2原边，同时第二变压器T2副边耦合得到交流高频电压，再经过由快速恢复二极管构成的全桥整流进行整流后得到母线电压。

由于本实施例中的第一全桥电路F1由快速恢复二极管构成，因此，调压单元420只能实现由电源电池BAT输出供电，无法实现为电源电池BAT充电；在其它的实施例中，对第一全桥电路F1进行调整可以同时实现电源电池BAT输出供电以及为电源电池BAT充电。具体地，所述调压单元420为双向调压电路；其中：

在市电电压处于所述第二区间时：

所述调压单元420，用于在所述电源电池BAT的电池电压小于预设浮充电压时，通过所述母线电压对所述电源电池BAT进行快速充电；

所述反激单元410，用于在所述电源电池BAT的电池电压大于或等于所述预设浮充电压时，通过所述母线电压对所述电源电池BAT进行浮充；

在市电电压不处于所述第二区间时；

所述调压单元420，用于对所述电源电池BAT的电压进行调压得到母线电压。

若电池电压小于预设浮充电压，认为电源电池BAT的当前电量不足，此时，通过调压单元420为电源电池BAT进行大电流快速充电；若电池电压大于或等于预设浮充电压，则认为电源电池BAT的当前电量充足，只需进行浮充以保证电池电量，此时，通过反激单元410对电源电池BAT进行浮充。

具体地，参见图3，本实施例中的双向调压电路相比前述实施例中调压单元420，区别之处在于将第一全桥电路F1中的快速恢复二极管更改为开关管；由电源电池BAT输出供电的原理与前述实施例类似，在此不再赘述；在调压单元420对电源电池BAT进行大电流快速充电时，PFC模块200输出的母线电压经过第一全桥电路F1逆转换得到交流电，此时第二变压器T2副边绕组作为原边，第二变压器T2的原边绕组作为副边进行电能传输，同时通过推挽电路421整流后得到的直流电向电源电池BAT充电。

可以理解的是，若通过调压单元420直接对电源电池BAT进行浮充，由于调压单元420中的开关管较多，因此，损耗较大，同时充电效率低，因此，通过设置反激单元410对电源电池BAT进行浮充，从而能够降低损耗；进一步地在通过反激单元410对电源电池BAT进行浮充时，停止向调压单元420中的开关管输出控制信号，进一步降低损耗。

需要说明的是，在市电自动电压调节模式下对电源电池BAT进行大电流充电时，可以基于实际的负载需求对调压单元420的充电参数进行调整以对电源电压的充电电压进行降额，从而保证负载供电，由于市电自动电压调节模式持续的时间较短，因此，短时间的降额充电不会影响电池的快速充电。

可以理解的是，第一全桥电路F1由开关管构成时，调压单元420能够实现双向DCDC变换，同时能够保证充电电流；而第一全桥电路F1由快速恢复二极管构成时，调压单元420只能实现单向电压输出，但是成本降低，因此，可以根据实际应用需要具体设置第一全桥电路F1。

本实施例中的PFC模块200包括第二全桥电路F2、第一电感L1、第三二极管D3、第二开关管Q2以及第三电容C3；

第二全桥电路F2的交流输入端与市电连接，第二全桥电路F2的负极接地，第二全桥电路F2的正极通过与所述第一电感L1的第一端连接，第一电感L1的第二端通过第二开关管Q2接地，第一电感L1的第二端与第三二极管D3的正极连接，第三二极管D3的负极作为PFC模块200的输出端，第三二极管D3的负极还通过第三电容C3接地。

第二全桥电路F2由二极管构成，实现整流功能；第二全桥电路F2用以对市电电压进行整流得到母线电压，第一电感L1、第三二极管D3、第二开关管Q2以及第三电容C3用以实现对母线电压的功率因素校正。

可以理解的是，PFC模块200中的功率因数校正主要是为了消除在对电源电池BAT的大电流充电时输入谐波过大的问题，因此，在通过反激单元410对电源电池BAT进行浮充时，或调压单元420仅用于输出电池电压时，可以停止向PFC模块200中的开关器件输出控制信号以关闭PFC模块200，进一步降低损耗；在PFC模块200关闭时，反激单元410共用PFC模块200中的第二全桥电路F2以进行充电，同时第一电感L1与第三电容C3构成滤波器以降低电磁干扰。

本实施例中的逆变模块300包括第三全桥电路F3，第二电感L2、第三电感L3以及第四电容C4；

第三全桥电路F3的正极与PFC模块200的输出端连接，第三全桥电路F3的负极接地，第三全桥电路F3的第一交流端与第二电感L2的第一端连接，第三全桥电路F3的第二交流端与第三电感L3的第一端连接，第二电感L2的第二端作为逆变模块300的火线输出端，第三电感L3的第二端作为逆变模块300的零线输出端，第二电感L2的第二端通过第四电容C4与第三电感L3的第二端连接。

第三全桥电路F3由开关管构成，实现逆变功能，第三全桥电路F3用以对母线电压进行逆变输出正弦波至负载，第二电感L2与第三电感L3用以储存不同周期的能量。

可以理解的是，在市电稳定模式下，逆变模块300无需执行逆变功能，因此，可以停止向逆变模块300中的开关管输出控制信号以关闭逆变模块300，进一步降低损耗。

需要说明的是，可以根据实际应用需要设置对于市电电压的检测以及对于各模块的控制，如本实施例中，电路还包括电压检测模块以及控制模块，所述电压检测模块连接在所述市电与所述负载之间，所述电压检测模块的输出端与所述控制模块的检测端连接，所述控制模块的输出端分别与所述开关模块100的控制端、PFC模块200的控制端、逆变模块300的控制端以及所述电池模块400的控制端连接；其中：

所述控制模块，用于根据所述电压检测模块检测到的市电电压确定所述运行模式为市电稳定模式、市电自动电压调节模式或电池模式，并根据确定的运行模式发送对应控制信号至所述开关模块100、所述PFC模块200、所述逆变模块300以及所述电池模块400。

电压检测模块可以根据实际需要进行设置，本实施例中的电压检测模块采用电流传感器，还可以采用电压传感器等。

控制模块获取电压检测模块检测到的市电电压，并匹配市电电压所在的区间，基于匹配到的区间确定运行模式，并根据运行模式发送对应的控制信号至对应的模块。可以理解的是，不同的模块对应的控制信号类型不同，如开关模块100对应开关信号，逆变模块300、PFC模块200、电池模块400对应PWM信号，不同模块之间信号的具体参数同样存在差异，可以基于实际应用进行具体设置。

需要说明的是，控制模块还用于实现UPS运行中的其它相关信号处理以及模块控制，控制模块还可以外接显示器、上位机、报警装置、风扇等外部设置实现功能拓展。

进一步地，所述开关模块100包括第一继电器开关RB1、第二继电器开关RB2，第三继电器开关RK1以及第四继电器开关RK2；其中：

所述第一继电器开关RB1的动触点作为所述开关模块100的第一零线输入端，所述第一继电器开关RB1的常闭触点NC分别作为所述开关模块100的零线输出端以及第二零线输入端，所述第二继电器开关RB2的动触点作为所述开关模块100的第一火线输入端，所述第二继电器开关RB2的常闭触点NC分别与所述第四继电器开关RK2的常开触点NO以及所述第三继电器开关RK1的常开触点NO连接，所述第四继电器开关RK2的动触点作为所述开关模块100的火线输出端，所述第三继电器开关RK1的动触点作为所述开关模块100的第二火线输入端。

在市电稳定模式下，第一继电器开关RB1、第二继电器开关RB2以及第四继电器开关RK2闭合，导通市电与负载之间的直接连接；第三继电器开关RK1断开，使得逆变模块300与负载之间的连接断开；此时，负载由市电直接供电。

在市电自动电压调节模式或电池模式下，第一继电器开关RB1与第二继电器开关RB2断开，使得市电与负载之间的直接连接断开，第三继电器开关RK1与第四继电器开关RK2闭合，导通逆变模块300与负载之间的连接；此时，逆变模块300通过对母线电压进行逆变后为负载供电。

需要说明的是，由上述内容可知，第一继电器开关RB1与第二继电器开关RB2的状态切换保持一致，因此，可以在同一继电器的两组常闭触点上分别设置第一继电器开关RB1与第二继电器开关RB2。

可以理解的是，在市电稳定模式下第一继电器开关RB1、第二继电器开关RB2、第三继电器开关RK1保持未通电状态，对应的继电器无需高电平驱动，仅第四继电器开关RK2对应的继电器需高电平驱动，进一步减少了继电器驱动损耗。

进一步地，电路还可以在输入端与输出端分别设置电磁干扰滤波器FILTER，用以降低电磁干扰。

本实施例通过设置PFC模块200来取代工频变压器，极大地减小了体积和整机重量，降低了运输维护成本，同时，基于PFC模块200的功率因数校正能力，在市电稳定模式下，PFC模块200的功率全部用于电池模块400的充电，能够极大地改善通过市电进行大电流充电时，输入谐波过大的问题；在市电自动电压调节模式下，PFC模块200的功率一部分用于电池模块400的充电，一部分用于通过对逆变模块300的AVR调节为负载提供稳定电压，使得能够同时满足电池模块400充电以及负载用电需求。

此外，本发明还保护一种不间断电源电路控制方法，所述方法包括：

若所述市电电压处于第一区间，则将运行模式设置为市电稳定模式，市电稳定模式包括：通过开关模块导通市电与负载之间的连接，并断开逆变模块与负载之间的连接，通过PFC模块通过所述市电电压生成母线电压，通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电；

若所述市电电压处于所述第二区间且不处于所述第一区间，则将运行模式设置为市电自动电压调节模式，市电自动电压调节模式包括：通过所述开关模块断开所述市电与所述负载之间的连接，并导通所述逆变模块与所述负载之间的连接，通过所述PFC模块通过所述市电电压生成母线电压，通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电，通过所述逆变模块将对所述母线电压逆变后得到的交流市电电压输出至所述负载；

若所述市电电压不处于所述第二区间，则将运行模式设置为电池模式，电池模式包括：通过所述开关模块断开所述市电与所述负载之间的连接，并导通所述逆变模块与所述负载之间的连接，通过所述电池模块生成母线电压，通过所述逆变模块将对所述母线电压逆变后得到的交流电池电压输出至所述负载。

本实施例通过设置PFC模块来取代工频变压器，极大地减小了体积和整机重量，降低了运输维护成本，同时，基于PFC模块的功率因数校正能力，在市电稳定模式下，PFC模块的功率全部用于电池模块的充电，能够极大地改善通过市电进行大电流充电时，输入谐波过大的问题；在市电自动电压调节模式下，PFC模块的功率一部分用于电池模块的充电，一部分用于通过逆变模块的AVR调节为负载提供稳定电压，使得能够同时满足电池模块充电以及负载用电需求。

进一步地，所述电池模块包括电源电池、调压单元以及反激单元；所述调压单元连接在所述PFC模块的输出端与所述电源电池之间，所述反激单元的输入端与所述PFC模块的输出端连接，所述反激单元的输出端与所述电源电池连接；所述通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电的步骤包括：

若所述电源电池的电池电压小于预设浮充电压，则通过所述调压单元基于所述母线电压对所述电源电池进行快速充电；

若所述电源电池的电池电压大于或等于预设浮充电压，则通过所述反激单元基于所述母线电压对所述电源电池进行浮充，且停止对所述调压单元以及所述PFC模块进行控制。

可以理解的是，若通过调压单元直接对电源电池进行浮充，由于调压单元中的开关管较多，因此，损耗较大，同时充电效率低，因此，通过设置反激单元对电源电池进行浮充，从而能够降低损耗；进一步地，在通过反激单元对电源电池进行浮充时，停止向调压单元中的开关管输出控制信号，进一步降低损耗。

同理，PFC模块中的功率因数校正主要是为了消除在对电源电池的大电流充电时输入谐波过大的问题，因此，在通过反激单元对电源电池进行浮充时，或调压单元仅用于输出电池电压时，可以停止向PFC模块中的开关器件输出控制信号以关闭PFC模块，进一步降低损耗。

进一步地，所述通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电的步骤包括：

在将所述运行模式设置为所述市电稳定模式或市电自动电压调节模式的持续时长达到预设延时时长之后，通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电。

在由市电稳定模式或电池模式切换到市电自动电压调节模式，或由市电自动电压调节模式或电池模式转换到市电稳定模式时，首先恢复市电对于负载的供电，同时并不直接启动电源电池充电，若此时直接启动电源电池充电，则容易造成过电流的问题，因此需要待负载供电稳定后，再启动电源电池充电，具体地，设置预设延时时长，当模式切换的持续时长达到预设延时时长之后，认为负载供电稳定，此时启动电源电池充电，且充电逻辑与当前运行模式对应的充电逻辑一致。预设延时时长可以根据实际应用进行设置，如本实施例中预设延时时长设置为5秒。

本实施例通过延时启动电源电池充电，能够避免在运行模式切换时出现的过电流问题。

本方法应用于不间断电源电路，该不间断电源电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。其实现过程与前述结构实施例一致，可以参照执行。

本发明还保护一种不间断电源装置，该不间断电源装置包括壳体和不间断电源电路，该不间断电源电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的不间断电源装置采用了上述不间断电源电路的技术方案，因此该不间断电源装置具有上述不间断电源电路所有的有益效果。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本发明的优选实施例，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 (10)

1.一种不间断电源电路，其特征在于，所述电路的输入端与市电连接，所述电路的输出端与负载连接；所述电路包括开关模块、PFC模块、逆变模块以及电池模块；所述开关模块的第一输入端作为所述电路的输入端，所述开关模块的第二输入端与所述逆变模块的输出端连接，所述开关模块的输出端作为所述电路的输出端，所述开关模块的第一输入端还与所述PFC模块的输入端连接，所述PFC模块的输出端分别与所述逆变模块的输入端以及所述电池模块连接；其中：

在市电电压处于第一区间时，运行模式为市电稳定模式，其中：

所述开关模块，用于导通所述市电与所述负载之间的连接，并断开所述逆变模块与所述负载之间的连接；

所述PFC模块，用于通过所述市电电压生成母线电压；

所述电池模块，用于通过所述母线电压进行充电；

在市电电压处于第二区间且不处于所述第一区间时，运行模式为市电自动电压调节模式，其中，所述第一区间包含于所述第二区间，所述市电自动电压调节模式包括：

所述开关模块，用于断开所述市电与所述负载之间的连接，并导通所述逆变模块与所述负载之间的连接；

所述PFC模块，用于通过所述市电电压生成母线电压；

所述电池模块，用于通过所述母线电压进行充电；

所述逆变模块，用于将对所述母线电压逆变后得到的交流市电电压输出至所述负载；

在市电电压不处于所述第二区间时，运行模式为电池模式，其中：

所述开关模块，用于断开所述市电与所述负载之间的连接，并导通所述逆变模块与所述负载之间的连接；

所述电池模块，用于生成母线电压；

所述逆变模块，用于将对所述母线电压逆变后得到的交流电池电压输出至所述负载。

2.如权利要求1所述的不间断电源电路，其特征在于，所述电池模块包括电源电池、调压单元以及反激单元；所述调压单元连接在所述PFC模块的输出端与所述电源电池之间，所述反激单元的输入端与所述PFC模块的输出端连接，所述反激单元的输出端与所述电源电池连接；其中：

所述反激单元，用于通过所述母线电压对所述电源电池进行充电；

所述调压单元，用于对所述电源电池的电压进行调压得到母线电压。

3.如权利要求2所述的不间断电源电路，其特征在于，所述调压单元为双向调压电路；其中：

在市电电压处于所述第二区间时：

所述调压单元，用于在所述电源电池的电池电压小于预设浮充电压时，通过所述母线电压对所述电源电池进行快速充电；

所述反激单元，用于在所述电源电池的电池电压大于或等于所述预设浮充电压时，通过所述母线电压对所述电源电池进行浮充；

在市电电压不处于所述第二区间时；

所述调压单元，用于对所述电源电池的电压进行调压得到母线电压。

4.如权利要求2所述的不间断电源电路，其特征在于，所述反激单元包括第一变压器、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第一电阻以及第一开关管；其中：

所述第一变压器的原边第一端作为所述反激单元的输入端，所述第一变压器的原边第一端通过所述第一电容与所述第一二极管的负极连接，所述第一变压器的原边第二端与所述第一二极管的正极连接，所述第一变压器的原边第二端还通过所述第一开关管接地，所述第一电阻与所述第一电容并联；

所述第一变压器的副边第一端接地，所述第一变压器的副边第二端与所述第二二极管的正极连接所述第二二极管的负极作为所述反激单元的输出端，所述第二二极管的负极还通过所述第二电容接地了，所述原边第一端与所述副边第一端互为同名端。

5.如权利要求1所述的不间断电源电路，其特征在于，所述开关模块包括第一继电器开关、第二继电器开关，第三继电器开关以及第四继电器开关；其中：

所述第一继电器开关的动触点作为所述开关模块的第一零线输入端，所述第一继电器开关的常闭触点分别作为所述开关模块的零线输出端以及第二零线输入端，所述第二继电器开关的动触点作为所述开关模块的第一火线输入端，所述第二继电器开关的常闭触点分别与所述第四继电器开关的常开触点以及所述第三继电器开关的常开触点连接，所述第四继电器开关的动触点作为所述开关模块的火线输出端，所述第三继电器开关的动触点作为所述开关模块的第二火线输入端。

6.如权利要求1所述的不间断电源电路，其特征在于，所述电路还包括电压检测模块以及控制模块，所述电压检测模块连接在所述市电与所述负载之间，所述电压检测模块的输出端与所述控制模块的检测端连接，所述控制模块的输出端分别与所述开关模块的控制端、PFC模块的控制端、逆变模块的控制端以及所述电池模块的控制端连接；其中：

所述控制模块，用于根据所述电压检测模块检测到的市电电压确定所述运行模式为市电稳定模式、市电自动电压调节模式或电池模式，并根据确定的运行模式发送对应控制信号至所述开关模块、所述PFC模块、所述逆变模块以及所述电池模块。

7.一种不间断电源电路控制方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1～6中任一项所述的不间断电源电路，所述方法包括：

若所述市电电压处于第一区间，则将运行模式设置为市电稳定模式，市电稳定模式包括：通过开关模块导通市电与负载之间的连接，并断开逆变模块与负载之间的连接，通过PFC模块通过所述市电电压生成母线电压，通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电；

若所述市电电压处于所述第二区间且不处于所述第一区间，则将运行模式设置为市电自动电压调节模式，市电自动电压调节模式包括：通过所述开关模块断开所述市电与所述负载之间的连接，并导通所述逆变模块与所述负载之间的连接，通过所述PFC模块通过所述市电电压生成母线电压，通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电，通过所述逆变模块将对所述母线电压逆变后得到的交流市电电压输出至所述负载；

若所述市电电压不处于所述第二区间，则将运行模式设置为电池模式，电池模式包括：通过所述开关模块断开所述市电与所述负载之间的连接，并导通所述逆变模块与所述负载之间的连接，通过所述电池模块生成母线电压，通过所述逆变模块将对所述母线电压逆变后得到的交流电池电压输出至所述负载。

8.如权利要求7所述的不间断电源电路控制方法，其特征在于，所述电池模块包括电源电池、调压单元以及反激单元；所述调压单元连接在所述PFC模块的输出端与所述电源电池之间，所述反激单元的输入端与所述PFC模块的输出端连接，所述反激单元的输出端与所述电源电池连接；所述通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电的步骤包括：

若所述电源电池的电池电压小于预设浮充电压，则通过所述调压单元基于所述母线电压对所述电源电池进行快速充电；

若所述电源电池的电池电压大于或等于预设浮充电压，则通过所述反激单元基于所述母线电压对所述电源电池进行浮充，且停止对所述调压单元以及所述PFC模块进行控制。

9.如权利要求7所述的不间断电源电路控制方法，其特征在于，所述通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电的步骤包括：

在将所述运行模式设置为所述市电稳定模式或市电自动电压调节模式的持续时长达到预设延时时长之后，通过所述电池模块基于所述母线电压进行充电。

10.一种不间断电源电路控制装置，其特征在于，所述装置包括壳体和如权利要求1～6中任一项所述的不间断电源电路，所述不间断电源电路设置于所述壳体内。

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