CN1602572B

CN1602572B - 不停电电源装置

Info

Publication number: CN1602572B
Application number: CN038010674A
Authority: CN
Inventors: 天野功
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2010-05-05
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: EP1482621A4; JP3894195B2; WO2003075431A1; US7023109B2; EP1482621B1; DE60318402T2; JPWO2003075431A1; DE60318402D1; CN1602572A; US20040233687A1; EP1482621A1

Abstract

一个直流电源(3)，一个并联变换器(4)，和一个并联连接在一个电解电容器(Cdc)两端之间的串联变换器(6)，该电解电容器(Cdc)包括一对电容器(C1，C2)。一个输入端(Pin1)与电解电容器(Cdc)的一个中间点相连接。连接输入端(Pin1，Pout2)的电源线(1n)通过一个电抗器(Lin)与并联变换器(4)的开关元件间的结点相连接。并且串联变换器(6)的开关元件间的结点通过电抗器(Lout)与输出端(Pout1)相连。构成滤波器的电容器(C)和电抗器(L)以并联方式连接在所述输入端和输出端之间。当输入交流电发生任何异常时，启动并联变换器(4)，使得并联变换器电流(Ipara)可以与输出电流(Iout)相等，从而使电路操作相当于交流电源的输入侧被断开的情况。同时，启动串联变换器(6)，使得输出电压(Vout)可以与串联电压的指令值(Vout^*)相等。

Description

不停电电源装置

发明领域

本发明涉及一种可以持续提供电力的不停电电源装置，该不停电电源装置在发生电力中断时，利用电力蓄能装置中存储的电能，持续地给负载提供电力。

发明背景

根据上述的不停电电源装置，有一种基于所谓的备用电源(SPS)系统的不停电电源装置的方案，可以有效地满足电力操作。例如，图8提供了一个例子，其中从商用电源输入的交流电通过一个继电器开关71供给负载(未示出)。另外，一个半桥式(half-bridge-type)变换器72和一个直流电源73与电源线相连，用于与接收商用电源交流电的交流电输入端并联，为负载提供交流输入。另外，一个电抗器74被设置在电源线和变换器72之间。分别串联相连的一对开关元件和一对电容器，例如，分别与变换器72并联相连。另外，每个开关元件与一个二极管相连，用来形成一个反并联连接。

当交流电输入的供给正常时，继电器开关71控制在电导通状态下，把交流电输入供给负载。另一方面，当由于电力中断或类似情况造成交流电输入出现异常情况时，继电器开关71会被断开，使商用电源供应线从电源供用线断开。然后，利用直流电源73作为能量源，启动变换器72工作，使之作为逆变器，产生一定的交流电，最终供给负载。

由于以上的设置，即使在供电中断的情况下，交流电还可以正常地持续供给负载。

然而，在上述SPS式不停电电源装置的运行中，当供电中断时，SPS系统会瞬时响应，检测到这一故障，并且瞬时断开继电器开关71。但是从实际检测到发生供电中断的时间，到继电器开关71实际断开的时间，不可避免地存在着几个毫秒到超过10毫秒的一定时间间隔。

在这段时间中，就有可能由流过该短路任何部分的过电流而对不停电电源本身或连接在上述SPS系统上的装置造成的不良影响。

为解决这个问题，可以采用一种方法，即当发生供电中断时，变换器72的工作临时停止，以断开继电器开关71，然后再重新启动变换器72的工作。然而，这种方法转而产生新的问题，即由于变换器72在继电器开关71断开之前的临时中断工作，本应传送给负载的输出电压临时中断了。

为防止电压输出临时中断，必须使变换器72持续运行。然而，这转而又会因过电流而对所连接装置产生不良影响。

因此，需要提供任何有效的设备和方法来同时解决以上的两个问题。

所以，已创造了本发明用于解决以上存在的问题。本发明的目的是提供一种不停电电源装置，使其可以避免当交流电输入侧断开时，由于输入电压的下降，过电流对相应设备的不利影响，并且能够防止输出电压出现临时中断。

发明内容

为达到上述目的，根据本发明的第一方面的不停电电源装置包括以下装置：

电源线，其包括具有第一输入端和输出端的第一电源线，和具有第二输入端和输出端的第二电源线；一个置于上述第一电源线间的电源开关；一个设置于上述电源开关和上述第一电源线的输出端之间的，并与上述第一、第二电源线的输入端和各输出端并联连接的并联变换器；一个使在上述电源开关和上述并联变换器之间设置的上述第一电源线与第二电源线互连的导电通路；一个与上述并联变换器并联连接的电力蓄能装置；一个设置于上述第二电源线的上述输入端和一连接点之间的输入电抗器，上述连接点位于上述电源线上，并连接到将上述并联变换器的一对开关元件互连的导线；一个设置在上述并联变换器和上述输出端之间的与上述电源线串联连接的串联变换器，其中上述串联变换器利用上述电力蓄能装置作为能量源，适当地调节上述交流输出电压，使得上述输出端处的输出电压达到一个预定值；一个用来检测供给各上述输入端的交流电输入电压异常情况的电压异常检测装置；和一个根据上述电压异常检测装置检测的结果来控制上述电源开关和上述并联变换器的控制装置，

其中当上述电压异常检测装置没有检测到电压异常时，上述控制装置控制上述电源开关，使之电导通，并且也控制上述并联变换器，使得存储在上述电力蓄能装置中的电能可以达到一个预定的电压值；

其中当检测到电压状况异常时，上述控制装置断开上述电源开关，并且适当地控制上述并联变换器，使得流经上述并联变换器的电流值可以准确地成为所述输出端处的交流输出电流值。

另外，在根据本发明的不停电电源装置中，上述的控制装置利用上述电源开关的输出端与上述第二电源线的输入端之间的电压作为一个输入电压适当地控制并联变换器，以使上述输出端的交流输出电压达到在一个预定值。根据本发明的不停电电源装置还包括一个导电通路异常检测装置，用来检测上述电源开关的输出端与上述第二电源线的输入端之间的电压的异常状况。当导电通路异常检测装置实际检测到上述电源开关的输出端与上述第二电源线的输入端之间的电压的异常时，根据本发明的不停电电源装置使用预定的额定电压作为用于控制并联变换器的一个输入电压。

根据本发明的第一方面，当没有检测到交流电源提供的输入电压异常时，输入交流电就照此输出给负载。同时，与电源线串联连接的串联变换器进行适当调节操作，使得输出端的交流输出电压在输出给负载之前能够与一个预定值一致。当电力蓄能装置中存储的电能因串联变换器的电压调节操作而发生改变时，与电源线并联连接的并联变换器就启动调节存储在存储装置中的电能，使之达到一个预定值，从而使得存储在存储装置中的电能能保持在一个恒定的预定值。

另一方面，当由于电力中断或类似情况检测到交流电输入电压异常时，控制装置断开电源开关，使得流经并联变换器的交流电流值与其输出端的交流输出电流值完全一致。换句话说，执行一个操作使得交流电的输入电流成为零。因此，交流电的输入侧成为这样一种状态，即在控制并联变换器的工作时就从电源线上断开，使得在电源开关实际断开前，输入电流就变为零。另外，由于串联变换器的工作使得交流输出电压可以达到一个预定值，即使在电力中断的情况下也可以防止供电操作发生临时中断，从而可以稳定地输出预定电压值的交流输出电压。

根据本发明的第二方面的不停电电源装置包括：

电源线，其包括具有第一输入端和输出端的第一电源线，和具有第二输入端和输出端的第二电源线；一个设置于上述第一电源线间的电源开关；一个置于上述电源开关和上述第一电源线的输出端之间的，并与上述第一、第二电源线的输入端和上述第一电源线的输出端并联连接的并联变换器；一个使在上述电源开关和上述并联变换器之间设置的上述第一电源线与第二电源线互连的导电通路；一个与上述并联变换器并联连接的电力蓄能装置；一个设置于上述第二电源线的上述输入端和一连接点之间的输入电抗器，上述连接点位于上述第一电源线上，并连接到将上述并联变换器的一对开关元件互连的导线；一个在上述并联变换器和上述输出端之间设置的与上述第一电源线串联连接的串联变换器，其中，上述串联变换器利用上述电力蓄能装置作为能量源，适当地调节上述交流输出电压，使得上述输出端处的输出电压达到一个预定值；一个用来检测供给各上述输入端的交流电输入电压异常情况的电压异常检测装置；和一个根据上述电压异常检测装置检测的结果来控制上述电源开关和上述并联变换器的控制装置，

其中当电压异常检测装置没有检测到异常时，上述控制装置控制上述电源开关，使之电导通，并且控制上述并联变换器，使得存储在上述电力蓄能装置的电能可以达到一个预定的电压值；

其中当检测到电压状况异常时，上述控制装置断开上述电源开关，并且适当地控制上述并联变换器，使得上述输入端的交流输入电流值为零或相对于上述不停电电源装置的额定电流可完全忽略不计的电流值。

另外，在根据本发明的不停电电源装置中，上述的控制装置利用上述电源开关的输出端与上述第二电源线的输入端之间的电压作为一个输入电压适当地控制并联变换器，以使上述输出端的交流输出电压达到在一个预定值。根据本发明的不停电电源装置还包括一个导电通路异常检测装置，用来检测上述电源开关的输出端与上述第二电源线的输入端之间的电压的异常状况。当导电通路异常检测装置实际检测到电源开关的输出端与上述第二电源线的输入端之间的电压的异常时，根据本发明的不停电电源装置使用预定的额定电压作为用于控制并联变换器的一个输入电压。

另外，根据本发明的第三方面的不停电电源装置包含上述的控制装置，其适当地控制上述并联变换器的工作，使得当上述电压异常检测装置检测到异常时，上述交流输入电流的值变为零。

根据本发明的第二方面或第三方面，如果没有检测到交流电提供的输入电压异常，输入交流电由外部提供。同时，这样使得输出端的交流输出电压可以达到一个预定值，与电源线串联连接的串联变换器在最终输出交流电压前对其进行适当的调节。因此，根据本发明实施方式的不停电电源装置输出给负载一个预定的电压值。当电力蓄能装置中存储的电量因串联变换器执行的电压调节工作而发生改变时，与电源线并联连接的并联变换器就启动调节存储在存储装置中的电量，使之达到一个预定值，从而使得存储在存储装置中的电能能保持在一个恒定的预定值。

反之，当检测到交流电输入电压异常时，控制装置断开电源开关，使得输入端的交流输入电流值降到预定的允许值以下，例如降为零.因此，控制在并联变换器的工作使得电源开关实际断开前输入电流就变为零时，交流电的输入侧变为相当于从电源线上断开的状态.另外，由于串联变换器的工作使得交流输出电压可以达到一个预定指令值，即使在电力中断等的情况下也可以防止供电操作发生临时中断，从而可以稳定地输出具有预定电压值的交流输出电压.

应当指出的是，以上提到的允许电压并不一定为零；然而，应该包括任意可行的电流值，只要它不会对不停电电源本身或连接在类似不停电电源系统上的其它装置造成不良影响。

另外，在根据本发明的第四方面的不停电电源装置中，对于上述的预设额定电压，上述第一电源线的输出端与上述第二电源线的输出端之间的交流输出电压可以被调节到一个补偿电压范围中的特定值，该补偿电压范围是在电源开关的输出端与上述第二电源线的输入端之间的电压出现异常时，为上述串联变换器提供的。

另外，根据本发明的第五方面的不停电电源装置具有一个特征，即预设的额定电压对应于零伏。

根据本发明，控制装置利用设置在电源开关和并联变换器之间的电源线间的导电通路与连接着上述并联变换器的另一条电源线之间的电压作为一个输入电压，用于使上述输出端的交流输出电压达到在一个预定值，控制装置适当地控制并联变换器的工作。换句话说，控制装置根据输入电压和一个控制信号控制并联变换器，该控制信号用于执行一个控制操作，使得电力蓄能装置中存储的电能转变为一个预设的额定值。但是，执行控制操作使电力蓄能装置中存储的电能转变为预设额定值的控制信号的大小要小于输入电压的大小，从而使得控制装置执行一个控制操作，使上述控制信号可以转化为一个预定的输入电压。

在输入电压出现异常，造成交流电输入侧断开的情况下，检测到的并联变换器输出电压作为导电通路与连接着上述并联变换器的另一条电源线之间的电压。换句话说，由于并联变换器的输出电压被控制为一个目标电压，并联变换器的输出电压维持在一个基本上稳定的电压值。

因此，当此基本上稳定的电压值超出串联变换器可以补偿的范围时，串联变换器不再可能适当地调节交流输出电压以在输出端达到预定值，从而造成电压的下降。然而，当输入电压发生异常时，因为通过串联变换器，可以使并联变换器的输出电压被补偿成为一个作为输入电压的预定值，例如，以零为例，这种方法利用串联变换器补偿并联变换器的输出电压，使其达到一个预定值，从而使得交流输出电压保持在一个稳定的预定值。

附图简要说明

结合以下附图，参考下文的详细说明，可以充分了解本发明的要点。在以下附图中：

图1是用来说明根据本发明第一种实施方式的不停电电源装置实例的整体示意方框图；

图2是用来说明图1所示的并联变换器控制单元工作结构的简化示意方框图；

图3是用来说明串联变换器控制单元的工作结构的简化示意方框图；

图4是用来说明根据本发明第二种实施方式的不停电电源装置实例的整体示意方框图；

图5是用来说明图4所示的并联变换器控制单元的工作结构的简化示意方框图；

图6是用来说明根据本发明第三种实施方式的并联变换器控制单元的工作结构的简化示意方框图；

图7是用来说明根据本发明另一种实施方式的并联变换器控制单元的工作结构的简化示意方框图；和

图8是用来说明一个常规不停电电源装置实例的简化示意方框图。

具体实施方式

以下说明本发明的具体实施方式。首先说明本发明的第一种实施方式。

图1是根据本发明第一种实施方式的不停电电源装置的电路示意方框图。如图1中所示，这种不停电电源装置的设置使得从商用的电源输入的交流电通过一个继电器开关10供给一个负载(图中未示)。根据本发明第一个实施方式的不停电电源装置基本上包括：一个电解电容器Cdc，一个用来给电解电容器Cdc充电和放电的并联变换器4，和一个用来调节电压的串联变换器6，该串联变换器通过操作电解电容器Cdc和一个直流电源3，可使输出给负载的电压Vout转换为一个输出电压目标值Vout^*。

上述的并联变换器4是利用一个半桥(half-bridge)电路构成，其中一个二极管D1和另一个二极管D2分别与一个开关元件SW1和另一个开关元件SW2反并联连接，且开关元件SW1和另一个开关元件SW2串联连接。同样，上述串联变换器6也是利用一个半桥(half-bridge)电路构成，其中一个二极管D3和另一个二极管D4分别与一个开关元件SW3和另一个开关元件SW4反并联连接，且开关元件SW3和另一个开关元件SW4串联连接。

直流电源3，并联变换器4，以及串联变换器6串联地连接，并与电解电容器Cdc的两端并联。该电解电容器包括一个电容器C1和另一个电容器C2，它们串联地连接在一起，并且分别具有相同的电容容量值。电解电容器Cdc的一个中间点和一侧输入端Pin1通过继电器开关10连接在一起。电抗器Lin的一端与并联变换器4的开关元件SW1和SW2的连接点相连。电抗器Lin的另一端与连接另一个输入端Pin2和一个输出端Pout2的电源线101相连。

另外，一个电容器Cin在继电器开关10和电解电容器Cdc之间，以及输入端Pin2和电源供应线101的电抗器Lin之间的接合点上，与输入端Pin1和Pin2并联连接。电容器Cin和电抗器Lin一起构成了LC滤波器2。

串联变换器6的开关元件SW3和SW4的连接点通过一个电抗器Lout与一个输出端Pout1相连。一个电容器Cout在电抗器Lout和输出端Pout1之间的结合点上，以及电抗器Lin和电源线101的输出端Pout2之间的接合点上，与输出端Pout1和Pout2并联连接。电容器Cout和电抗器Lout一起构成了LC滤波器8。

此电路的设置使得并联变换器4，串联变换器6，以及继电器开关10被一个控制电路20单独地控制。

控制电路20包括：一个用来控制并联变换器4工作的并联变换器控制单元22，一个用来控制串联变换器6工作的串联变换器控制单元24，以及一个用来控制继电器开关10的开关控制单元26。

图2是一个简化的示意方框图，说明了并联变换器控制单元22的工作结构。如图2中所示，一个算术运算器41检测用来构成电解电容器Cdc两端电压的目标值的直流电压指令值Edc^*和被充电电压检测器33检测的上述电解电容器Cdc两端的直流电压Edc之间的差值.另外，一个电压调节器42执行例如控制程序指令(PI)的电压调节算术运算.算术运算器43将此算术运算的结果和参考正弦波信号sinωt相乘.需要指出的是，参考正弦波信号sinωt的相位与线间电压V_L同步，并且该参考正弦波信号的波幅可选择性确定，例如，可确定任选的波幅，使其与商用电源提供的输入电压Vin的额定电压一致。

利用一个转换开关44选择算术运算器43执行的上述相乘的结果或输出电流值Iout，然后把选择的数据输出到另一个算术运算器45。接下来，算术运算器45计算从利用转换开关44选择的上述算术运算器43执行的相乘的结果或输出电流Iout中减去电流量(currentcomponent)Ipara(以下称为“并联变换器电流)所得的差值，其中Ipara流经并联变换器4并被联变换器电流检测器35检测。相减的结果，即所得差值，输出至电流调节器46，使得和直流电压指令值Edc^*和直流电压Edc之间的差值对应的电流值与并联变换器电流Ipara的电流值一致，或者使得并联变换器电流Ipara的电流值与输出电流Iout的实际值一致，电流调节器46执行算术运算，以适当调节电流值。运算结果输入至另一个算术运算器47。算术运算器47还接收线间电压V_L(由线间电压检测器37a检测)的输入，此线间电压用作一个输入电压(下文中也称为反向电压)，用来提高并联变换器4控制操作的精确性。算术运算器47计算电流调节器46执行的运算操作的结果和线间电压V_L之间的差值。

接下来，根据算术运算器47执行算术运算的结果，PWM(脉冲宽度调制)产生一个脉冲信号。在这种情况下，脉冲信号的产生是为了启动并联变换器4以进行整流操作，而且也使得并联变换器电流Ipara能够获得与直流电压指令值Edc^*和直流电压Edc之间的差值对应的一个特定电流值，或者使得并联变换器电流Ipara能够变成与输出电流Iout的实际值相同。这样，此脉冲信号被输出，用以控制变换器4的开关元件SW1的操作。同时，PWM的信号输出也使得通过逻辑反演电路49得到的逻辑反转的信号能够适当地控制开关元件SW2的操作。

当输入电压检测器37检测的输入电压Vin保持在一个允许的预定范围内时，在此范围内输入电压Vin被认为是正常的，转换开关44把算术运算器43的运算结果传送给另一个算术运算器45。反之，当输入电压Vin超出允许范围时，即当输入电压Vin高于或低于允许范围时，转换开关44就把输出电流/电压检测器31检测的输出电流Iout值输出给算术运算器45。

换言之，当输入电压Vin正常时，并联变换器控制单元22启动并联变换器4工作，使其用作一个PWM整流器，通过从其反馈并联变换器电流Ipara，控制并联变换器4的工作，使得流经并联变换器4的电流，即并联变换器电流Ipara，能够达到与直流电压指令值Edc^*和直流电压Edc之间的差值对应的一个特定值。另一方面，如果检测出输入电压Vin不正常，并联变换器控制单元22适当地控制并联变换器4，使得并联变换器电流Ipara可以和输出电流Iout值匹配。

图3是一个简化的示意方框图，说明了串联变换器控制单元24的工作结构。如图3中所示，一个算术运算器51检测被输出电流/电压检测器31检测的输出电压Vout和用于输出给负载的指令值的Vout^*之间的差值。然后，根据检测到的差值，电压调节器52执行一个操作以控制编程指令(PI)。接下来，PWM控制单元53产生一个脉冲信号，然后此信号转化为控制串联变换器6的开关元件SW3操作的控制信号。同时，被逻辑反演电路54逻辑反转的脉冲信号转化为控制开关元件SW4操作的控制信号，从而控制开关元件SW3和SW4，实现脉冲宽度调制操作。

根据上述设置，串联变换器6可以执行用于控制数据反馈操作的过程，使得输出电压Vout能够与输出电压指令值Vout^*相一致。

当输入电压检测器37检测的输入电压Vin保持在一个允许的预定范围内时，在此范围内输入电压Vin被认为是正常的，上述开关控制单元26控制继电器开关10，使其电导通。反之，当输入电压Vin超出预定允许范围时，继电器开关保持在关闭的状态。

接下来，在以下说明根据本发明第一种实施方式的不停电电源装置的工作原理。

当通过商用电源提供的输入电压正常时，输入电压检测器37检测的输入电压Vin保持在预定的允许范围内，这样，控制电路20确定通过商用电源提供的输入电压Vin是正常的。因此，开关控制单元26使继电器开关10保持在电导通的状态。由于这样的设置，通过商用电源提供的交流电通过继电器开关10，LC滤波器2，串联变换器6，以及LC滤波器8这样的顺序供给负载(图中未示)。

同时，利用电解电容器Cdc和直流电源3作为能量源，串联变换器6适当补偿输入电压Vin，使得输出电压Vout变成输出电压指令值Vout^*。补偿后的输入电压Vin通过LC滤波器8供给负载。这样，具有一个与输出电压指令值Vout^*对应的特定电压值的交流电就供给负载。

另一方面，在引发转换开关44选择算术运算器43之后，并联变换器控制单元22把算术运算器43的数据输出传送给算术运算器45，从而让并联变换器4进行整流操作，使得对应直流电压指令值Edc^*和直流电压Edc之间的差值的一定电流流经并联变换器4。由于串联变换器6利用电解电容器Cdc和直流电源3作为能量源对输出电压Vout进行补偿，电解电容器Cdc两端的电压会发生变化，因而并联变换器4的工作使得直流电压指令值Edc^*与直流电压Edc恒定地匹配。

换言之，由于串联变换器6对输出电压Vout执行的补偿，即使电解电容器Cdc两端的电压发生变化，通过使并联变换器4给电解电容器Cdc以特定电压充电放电，电解电容器Cdc两端的电压能够保持在直流电压指令值Edc^*。

如果交流电源的输入侧发生有关短路的意外情况，从而造成输入电压Vin超出预定的允许范围，输入电压Vin下降。这种情况下，控制电路20确定输入电压Vin异常，串联变换器控制单元24继续控制串联变换器6的工作，这样，通过串联变换器6的工作使得输出电压Vout能够与输出电压指令值Vout^*匹配。另外，开关控制单元26执行控制操作，使继电器开关10保持在关闭的状态。

另一方面，当检测到输入电压Vin下降时，并联变换器控制单元22利用输出电流/电压检测器31检测的输出电流Iout值作为流经并联变换器4的电流的指令值，启动转换开关44以控制并联变换器4的工作。

当检测到输入电压Vin异常时，继电器开关10保持在关闭状态。这种情况下，在继电器开关10实际关闭的时间和交流电源输入侧实际断开的时间之间有一定的时间间隔。这时，由于并联变换器控制单元22适当地控制并联变换器4的工作，使得流经并联变换器4的电流能够在检测到输入电压Vin发生异常的实际时间始终与输出电流值Iout相匹配。这就意味着，对并联变换器4工作的可靠控制使得输入电流值可以为零。换言之，上述过程的结果能够满足在检测到输入电压Vin发生异常的实际时间，在继电器开关10达到关闭状态之前，切断交流电源的输入。

因此，由于不停电电源装置达到了一种状态，使其可以在检测到输入电压Vin发生异常的实际时间的同时断开交流电源的输入侧，所以就能够避免由于短路部分造成的过电流而对不停电电源本身或连接在与不停电电源相同的系统上的其它装置造成的不良影响，从而提高不停电电源装置的稳定性。

同样，由于串联变换器6的工作使得输出电压Vout能够成为输出电压指令值Vout^*，所以就能避免准备供给负载的输出电压出现临时中断，从而能够保证具有与输出电压指令值Vout^*准确一致的电压值的稳定交流电输出。

下页说明本发明第二种实施方式的实施形式。

图4显示的是根据本发明第二个实施方式的不停电电源装置的电路总体原理图。在第二个实施方式中，一个输入电抗器11沿着电源线101上与电容器Cin相连的中间部分，并沿着电源线101上使一对开关元件SW1和SW2互连的线设置，代替第一种实施方式所用的电抗器Lin，这样电容器Cin和输入电抗器11一起形成了一个LC滤波器2a。另外，电抗器Lout’沿着电源线101上与电容器Cout相连的中间部分，并沿着电源线101上使一对开关元件SW1和SW2互连的中间部分设置。电抗器Lout和Lout’以及电容器Cout一起构成了一个滤波电路8a。

正如本发明的第一种实施方式一样，继电器开关10和串联变换器6的工作分别由开关控制单元26和串联变换器控制单元24控制。同样，并联变换器4的工作是由并联变换器控制单元22a控制。请注意图4中所示第二个实施方式所用的元件采用与第一个实施方式相同的参考号码和图标，所以不再作进一步说明。

图5显示的是用来实现第二个实施方式的并联变换器控制单元的简化原理图。

如图5中所示，算术运算器51检测被充电电压检测器33检测的电解电容器Cdc两端的直流电压Edc和直流电压指令值Edc^*的差值。接下来，电压调节器52执行算术运算，包括如控制编程指令(PI)的过程，用来适当地调节电压。算术运算器53将此算术运算的结果和参考正弦波信号Sinωt相乘。需要指出的是，参考正弦波信号Sinωt的相位与线间电压V_L同步，并且该参考正弦波信号Sinωt的波幅可选择性确定，例如，可使其与商用电源提供的输入电压Vin的额定电压一致。

接下来，利用一个转换开关54把算术运算器53执行的上述相乘结果或指令值“0”选择地输出到另一个算术运算器55。然后，算术运算器55计算出算术运算器53得到的结果或指令值“0”与流经输入电抗器11并被输入电流/电压检测器38检测的输入电流Iin的差值。接下来，电流调节器56执行算术运算，用来适当调节电流，使得此差值为零。接着，另一个算术运算器57计算电流调节器56的运算结果和被一个线间电压检测器37a检测的线间电压V_L之间的差值。

接下来，根据运算的结果，PWM控制单元58产生一个用来控制并联变换器4工作的脉冲信号。同时，并联变换器4启动以进行整流操作，从而使PWM控制单元58产生的脉冲信号让输入电流Iin能够与和直流电压指令值Edc^*和直流电压Edc之间的差值对应的一个特定电流值匹配，或者使得输入电流Iin为零。接着，此脉冲信号被输出作为功能信号(functional signal)，用以控制并联变换器4的开关元件SW1的操作。同时，被逻辑反演电路59反转得到的逻辑脉冲信号生成的另一个信号被输出，用来控制并联变换器4的开关元件SW2的操作。

当输入电流/电压检测器38检测的输入电压Vin保持在一个预定的允许范围内时，在此范围内输入电压Vin被认为是正常的，转换开关54把算术运算器53的运算结果输出给算术运算器55。反之，当输入电压Vin超出预定的允许范围时，转换开关54就把指令值“0”输出给算术运算器55。

特别地，当输入电压Vin正常时，并联变换器控制单元22a适当地控制并联变换器4的工作，使得输入电流Iin与和直流电压指令值Edc^*和直流电压Edc之间的差值对应的一个电流值匹配。反之，当输入电压Vin不正常时，并联变换器控制单元22a控制并联变换器4的工作使得输入电流Iin为零。应当注意，输入电流Iin不应当总是为零。换言之，代替电流值为“0”，也可以引入相对于施加给图4中所示的不停电电源装置的额定电流可完全忽略不计的电流值，条件是不会因交流电源输入侧出现电力中断产生电流而对不停电电源装置或连接在与不停电电源装置相同的系统上的其它装置造成不良影响。然而，为保证不停电电源装置的高稳定性，输入电流应优选为“0”。

以下接着说明根据本发明第二个实施方式的不停电电源装置的工作原理。

当由商用电源提供的输入电压正常时，输入电压检测器38检测的输入电压Vin保持在预定的允许范围内，控制电路20确定输入电压Vin正常。因此，开关控制单元26控制继电器开关10保持在电导通的状态，从而使商用电源提供的输入电通过一个LC滤波器2a，继电器开关10，串联变换器6，以及滤波器8a这样的顺序供给负载(图中未示)。

同时，利用电解电容器Cdc和直流电源3作为能量源，串联变换器6适当地补偿商用电源提供的输入电压，使得输出电压Vout可以达到预定的输出电压指令值Vout^*。然后，补偿后的输入电压Vin通过滤波电路8a供给负载。因此，无论交流输入的实际电压值如何，这样的设置可使供给负载的交流电具有一个适当的电压值，能够与输出电压指令值Vout^*准确匹配。

另一方面，并联变换器控制单元22a操纵转换开关54以选择算术运算器53，然后算术运算器53输出的数据被传送给算术运算器55。并联变换器4随之使用对应直流电压指令值Edc^*和直流电压Edc的差值的一定电流作为输入电流Iin的指令值，进行整流操作。由于串联变换器6利用电解电容器Cdc和直流电源3作为能量源对输出电压Vout进行补偿，电解电容器Cdc两端的电压会发生变化，所以并联变换器4工作时使用一个对应于直流电压指令值Edc^*和直流电压Edc的差值的特定电流作为控制输入电流Iin的实际值。

因此，由于串联变换器6对输出电压Vout执行的补偿操作，即使当电解电容器Cdc两端的电压发生变化，通过使并联变换器4给电解电容器Cdc以一定电压充电放电，电解电容器Cdc两端的电压也能够稳定地保持在预定的直流电压指令值Edc^*。

在交流电源的输入侧发生涉及短路的意外情况下，会造成输入电压Vin的值超出预定的允许范围，输入电压Vin本身开始下降。这种情况下，控制电路20确定输入电压Vin出现异常，并且使串联变换器控制单元24继续适当控制串联变换器6的工作。这样，通过串联变换器6的工作使得输出电压Vout能够与输出电压指令值Vout^*准确匹配。

另一方面，当检测到输入电压Vin的实际下降时，并联变换器控制单元22a通过指定用于指令输入电流Iin的指令值“0”使得转换开关54适当地控制并联变换器4的工作。

当检测到输入电压Vin异常时，控制继电器开关10以进入完全关闭的状态.这种情况下，从继电器开关10达到关闭的时间到交流电源输入侧与继电器开关10完全断开的时间需要有一定的时间.然而在这种情况下，在检测到输入电压Vin发生异常的时间，并联变换器控制单元22适当地控制并联变换器4的工作，使得输入电流Iin为零.因此，这种设置能够达到一种状态，即在检测到输入电压Vin发生异常的时间，当交流电源输入侧与继电器开关10实际断开之前，就使得交流电源输入侧与继电器开关10断开.

因此，即使出现例如涉及短路的异常时，也能够避免由于短路部分造成的过电流而对不停电电源本身或连接在与不停电电源相同的系统上的其它装置造成的不良影响，从而提高不停电电源装置的稳定性。

在不停电电源工作时，串联变换器6利用电解电容器Cdc和直流电源3作为能量源工作，使得输出电压Vout能保持在输出电压指令值Vout^*。这样，一个与输出电压指令值Vout^*准确一致的交流电压持续地供给负载，从而避免了供给负载的输出电压出现临时性中断。

尽管上述说明中本发明第一和第二实施方式的具体情况是，并联变换器4和串联变换器6分别由一个半桥电路构成，该半桥电路包括以反并联连接方式相连的多个开关元件和多个二极管，需要指出的是本发明的实际范围并不局限于上述结构。实际上，并联变换器4和串联变换器6也可以采用全桥(full-bridge)电路构成。

在以上本发明的第一和第二实施方式中，其设置使得继电器开关10对应电源开关；并联变换器4对应并联变换器；电解电容器Cdc和直流电源3分别对应电力蓄能装置；串联变换器6和串联变换器控制单元24分别对应串联变换器；输入电压检测器37或输入电流/电压检测器38分别对应电压异常检测装置；开关控制单元26和并联变换器控制单元22或22a分别对应控制装置；输入电抗器11对应输入电抗器。

接下来，在下面说明本发明的第三种实施方式。

除了与本发明第一实施方式在使用的并联变换器控制单元22的构造上有所不同，根据本发明第一和第三实施方式的不停电电源装置的所有元件是相同的，因此这些相同元件以相同的参考数字表示，这里不再作进一步说明。

如图6中所示，与图2所示的第一实施方式使用的并联变换器控制单元22不同，第三实施方式采用的并联变换器控制单元22还配有一个PLL(锁相回路)电路61和一个限幅电路62。

PLL电路61输出一个被线间电压检测器37a检测的线间电压V_L，然后产生一个参考正弦波信号sinωt，此信号的相位与线间电压V_L同步。然后产生的参考正弦波信号传送给算术运算器43.

如图6所示，限幅电路62包括：一个把线间电压V_L和参考值“0”[V]作比较的比较器71；另一个把从PLL电路61输入的参考正弦波信号sinωt和参考值“0”作比较的比较器72；一个从比较器71和72输入比较数据，然后输出一个“异”的EOR电路73；一个把EOR电路73的输出数据反转的“或非”电路74；和一个执行输入电压Vin和“或非”电路74输出的反转数据相乘操作的算术运算器75。然后算术运算器75输出的相乘后的数据传送给另一个算术运算器47。

比较器71把线间电压V_L和参考值“0”[V]进行比较，如果线间电压V_L的值大于参考值“0”，比较器71就输出一个逻辑值“1”，而当线间电压V_L的值小于参考值“0”时，比较器71就输出一个逻辑值“0”.另一方面，比较器72把参考正弦波信号sinωt和参考值“0”进行比较，如果参考正弦波信号sinωt的值大于参考值“0”，比较器72就输出一个逻辑值“1”，而当参考正弦波信号sinωt的值小于参考值“0”时，比较器72就输出一个逻辑值“0”.

具体来说，当线间电压V_L的编码信号与参考正弦波信号sinωt的编码信号一致时，“或非”电路74输出一个逻辑值“1”，而当编码不一致时，“或非”电路74输出一个逻辑值“0”。因为当线间电压V_L的编码信号与参考正弦波信号sinωt的编码信号一致时，其中任一个与线间电压V_L相乘，线间电压V_L被传送给算术运算器47。如果这些编码信号不一致，“0”就输送给算术运算器47。

算术运算器47把算术运算器75输出的相乘后的电压数据转化为反向电压数据，以改变并联变换器控制单元22相对于并联变换器4的控制特性。算术运算器47计算出反向电压和电流调节器46输出的调节电压值之间的差值，然后把计算出的差值输出给一个PWM控制单元48。接着，根据运算得到的差值，PWM控制单元48产生一个脉冲信号传送给并联变换器4。

因此，在本发明的第三实施方式中，当商用电源提供的输入电压Vin保持正常时，控制继电器开关10在电导通的状态，输入电压Vin被作为线间电压V_L检测。经检测的线间电压V_L的编码信号与PLL电路61输出的参考正弦波信号sinωt完全一致。因此，如同本发明的第一实施方式的情况一样，线间电压V_L被送给算术运算器47作为反向电压。

另一方面，当交流电源的输入侧发生涉及短路的意外情况时，从而造成输入电压Vin超出预定的允许范围，输入电压Vin本身下降。这种情况下，控制电路20确定输入电压Vin出现异常，并且利用被输出电流/电压检测器31检测的输出电流值Iout作为指令流经并联变换器4的值，使得转换开关44适当地控制并联变换器4的工作。同时，控制电路20操纵继电器开关10，使其保持在完全关闭的状态。

这样就能够达到一种状态，即在检测到输入电压Vin发生异常的时间，当继电器开关10完全关闭之前，交流电源的输入端就被切断。

当输入电压Vin保持正常时，并联变换器控制单元22执行一个操作，用于控制直流电压指令值Edc^*和直流电压Edc之间的差值，电流调节器46输出的对应并联变换器电流Ipara差的输出电压值，和线间电压V_L(即作为反向电压的输入电压Vin)的和作为PWM控制单元48的控制值。在这种情况下，由于用来控制对应电流调节器46输出电压的电流的可调节电压可以忽略，并联变换器4实际输出的电压基本上等于反向电压，也就是说，基本上等于线间电压V_L。

在上述情况下，当交流电源的输入侧与继电器开关10断开时，并联变换器4的实际输出电压以线间电压V_L被检测，然后此线间电压作为反向电压被送给算术运算器47。因此，并联变换器控制单元22检测并联变换器4的实际电压输出，并控制并联变换器4使其还输出一个与检测电压相等的电压。这就使得并联变换器4能够始终稳定地输出电压。

在这种情况下，串联变换器6的工作使得输出电压Vout与输出电压指令值Vout^*一致。然而，在交流电源输入侧与继电器开关10断开的状态下，并联变换器4的输出电压以输出电压Vout被检测，这样串联变换器6执行一个补偿操作，使得输出电压Vout保持在一个基本上恒定的电压，成为交流输出电压指令值Vout^*.因此，当输出电压Vout(即并联变换器4的输出电压保持在基本上恒定的水平)保持在能够补偿串联变换器6电压输出的一个预定范围内时，串联变换器6能适当补偿这个值，使其成为输出电压指令值Vout^*。反之，当并联变换器4输出的电压超出了可以补偿串联变换器6电压输出的一个预定范围内时，就不能再满足输出电压指令值Vout^*，从而造成输出电压下降。特别地，假定能够补偿串联变换器6电压输出的实际范围是从0至±100％，在并联变换器4的电压输出保持为正(+)值，例如X[V]的情况下，例如要向负(-)侧完全补偿输出电压就不现实，从而造成输出电压Vout下降。

另一方面，限幅电路62对比检查检测的线间电压V_L是否被一个特定编码信号指定，此信号和与线间电压V_L同步的参考正弦波信号sinωt相同。如上所述，当交流电源输入侧与继电器开关10断开时，从而造成并联变换器4输出电压保持恒定，然后这个输出电压作为线间电压V_L被检测，从而避免参考正弦波信号sinωt和线间电压V_L一致。在这种情况下，电压0作为反向电压传送给算术运算器47。

因此，利用电流调节器46输出的适于电流控制操作的电压调节量(component)作为指令值，使得并联变换器控制单元22适当地控制并联变换器4的工作。然而，因为用于电流控制操作的电压调节量的值可以忽略，并联变换器4的实际电压输出基本上为零，从而使串联变换器6工作，以输出输出电压指令值Vout^*。

因此，当用于补偿串联变换器6电压输出的实际范围设定为从0至±100％，由于并联变换器4的电压输出维持在一个可以进行补偿的范围内，这个输出电压可以被串联变换器6完全补偿，从而使得可以适当地补偿供给负载的电压，使之成为输出电压指令值Vout^*。

上述的设置可以防止输出电压Vout下降。因此，即使在交流电源的输入侧出现异常的情况下，根据本发明的不停电电源装置也能稳定地提供电压。

以上对于本发明第三实施方式的说明仅涉及到第一实施方式所用的并联变换器控制单元22加上PLL电路61和限幅电路62的情况。然而，也可以给本发明的第二实施方式引入PLL电路61和限幅电路62。

在这种情况下，如图7中所示，在图5所示的第二实施方式所用的并联变换器控制单元22a中引入了PLL电路61和限幅电路62。当指定线间电压V_L的编码信号和参考正弦波信号sinωt一致时，线间电压V_L就作为一个反向电压输出给一个算术运算器57。反之，如果指定线间电压V_L的编码信号和参考正弦波信号sinωt不一致时，电压0就作为一个反向电压输出给算术运算器57。

因此，根据上述的实施方式，当交流电源的输入侧与继电器开关10断开时，并联变换器4的输出电压以线间电压V_L被检测，然后此线间电压作为反向电压被送给算术运算器47，从而使得并联变换器4能够持续地输出基本上恒定的电压。当基本上恒定的电压作为线间电压被检测时，并且当指定参考正弦波信号sinωt和线间电压V_L的编码信号不再一致时，电压0就作为一个反向电压传送给算术运算器47。

所以，并联变换器4的电压输出基本上变为零。由于串联变换器6可以充分校正并联变换器4的输出电压，使这个输出电压转化为输出电压指令值Vout^*，传送给负载的输出电压可以保持在输出电压指令值上。因此，即使在交流电源的输入侧出现异常的情况下，根据本发明的不停电电源装置也能稳定地提供给负载所需的电力，而不会造成电源临时性中断。

需要指出，以上对于本发明第三实施方式的说明仅涉及到当交流电源的输入侧出现异常时，电压0作为反向电压传送给算术运算器47的情况。然而，第三实施方式的范围并不仅局限于上述说明，适用的电压也可根据串联变换器6的部分的实际补偿范围来确定。本质上，当交流电源的输入侧与继电器开关10实际断开时，通过串联变换器6的工作(functional operation)，输出一个合适的反向电压，使并联变换器4的输出电压维持在一个特定值，以保证供给负载的输出电压Vout保持在预定的输出电压指令值Vout^*。

还需要说明的是，以上对于本发明第三实施方式的说明涉及到使限幅电路62产生反向电压传送给算术运算器47的情况。然而，第三实施方式的范围并不仅局限于这种效果。具体地，当反向电压不正常时，也就是说，当并联变换器4的输出电压被变化的反向电压所改变时，并且通过串联变换器6的工作，不再能适当控制输出电压Vout，使之保持在预定的输出电压指令值Vout^*时，也可以采用其它任何有效方式，检测上述瞬时故障并瞬时使相应电压变为零电压(0V)。

如上所述，根据本发明的不停电电源装置，当交流输入电压不正常时，不停电电源装置的设置可启动并联变换器工作，使实际流经该并联变换器的电流值保持在一个特定的交流电流输出值，并且适当地控制该并联变换器，使得交流输入电流的值为零，或者启动并联变换器工作，使交流输入电流的值小于一个预定的允许值，例如零，因而使得能够达到一个特定状态，此状态与交流电源输入侧被断开的状态完全一致。因此，当检测到交流输入发生异常后电源开关被断开，并联变换器的操作使交流输入电流为零时，就能够使交流电源的输入侧达到一种状态，也就是说，当交流电源输入侧从电源线断开的瞬时，并联变换器在电源开关断开之前就开始一个控制操作，使交流输入电流的值下降为零伏。上述设置能够避免由于短路部分造成的过电流而对不停电电源本身或连接在类似不停电电源系统上的其它装置造成的不良影响，从而提高稳定性。

另外，当上述过程运行时，由于串联变换器的工作使得交流输出电压成为交流电压指令值，根据本发明实施的不停电电源装置能够持续地输出具有预定电压值的交流电，从而有效地防止不停电电源装置出现供电操作的临时中断。

根据本发明的不停电电源装置，并联变换器的操作受到具有一个导电通路两端之间的反向电压的控制，该导电通路在电源开关和并联变换器之间的电源线间供给交流电。当导电通路两端之间的电压出现异常时，一个特定的额定电压用作反向电压代替在导电通路两端之间的电压。由于该特定额定电压被确定为一个特定值，它可以被串联变换器校正，使得并联变换器的输出电压(即在输出端的交流输出电压)可以保持在一个预定的值，例如零，同时电源开关保持关闭。这就使得本发明的不停电电源装置持续地输出具有一个预定值的交流电流，从而有效地防止不停电电源装置出现供电操作的临时中断。

Claims

1.一种不停电电源装置，其包括：

电源线，其包括具有第一输入端和输出端的第一电源线，和具有第二输入端和输出端的第二电源线；

一个置于所述第一电源线间的电源开关；

一个连接于所述电源开关和所述第一电源线的输出端之间的，并与所述第一、第二输入端和各所述输出端并联连接的第一变换器；

一个使在所述电源开关和所述第一变换器之间设置的所述第一电源线与第二电源线互连的导电通路；

一个与所述第一变换器并联连接的电力蓄能装置；

一个在所述第二电源线的所述输入端和一连接点之间设置的输入电抗器，所述连接点位于所述第一电源线上，并且连接到将所述第一变换器的一对开关元件互连的导线，

一个设置在所述第一变换器和所述输出端之间的与所述第一电源线串联连接的第二变换器，其中所述第二变换器利用所述电力蓄能装置作为能量源，调节交流输出电压，使得所述输出端的交流输出电压能够达到在一个预定值；

一个用来检测供给各所述输入端的交流电输入电压异常情况的电压异常检测装置；和

一个根据所述电压异常检测装置检测的结果来控制所述电源开关和所述第一变换器的控制装置；

其中，当所述电压异常检测装置没有检测到电压异常时，所述控制装置控制所述电源开关，使之电导通，并且控制所述第一变换器，使得存储在所述电力蓄能装置中的电能能够达到在一个预定的额定值；

其中，当电压异常检测装置检测到电压状况异常时，所述控制装置断开所述电源开关，并且同时控制所述第一变换器，使得流经所述第一变换器的电流值能够与所述输出端处的交流输出电流值一致；

所述控制装置利用所述电源开关的输出端与所述第二电源线的输入端之间的电压控制所述第一变换器，以使所述输出端的交流输出电压达到一个预定值；

其中所述不停电电源装置还包括一个导电通路电压异常检测装置，用来检测所述电源开关的输出端与所述第二电源线的输入端之间的所述电压的异常状况；其中，当所述导电通路异常检测装置检测到所述电源开关的输出端与所述第二电源线的输入端之间的所述电压的任何异常时，使用一个预定的额定电压作为用于控制所述第一变换器的所述输入电压。

2.一种不停电电源装置，其包括：

一个置于所述第一电源线间的电源开关；

一个连接于所述电源开关和所述第一电源线的输出端之间的，并与所述第一、第二输入端和所述第一电源线的输出端并联连接的第一变换器；

一个与所述第一变换器并联连接的电力蓄能装置；

一个设置于所述第二电源线的所述输入端和一连接点之间的输入电抗器，所述连接点位于所述第一电源线上，并且连接到将所述第一变换器的一对开关元件互连的导线；

一个设置在所述第一变换器和所述输出端之间的与所述第一电源线串联连接的第二变换器，其中所述第二变换器利用所述电力蓄能装置作为能量源，调节交流输出电压，使得所述输出端的所述交流输出电压能够达到在一个预定值；

其中，当电压异常检测装置没有检测到异常时，所述控制装置控制所述电源开关，使之电导通，并且控制所述第一变换器，使得存储在所述电力蓄能装置的电能能够达到在一个预定的额定值；

其中，当所述电压异常检测装置检测到电压状况异常时，所述控制装置断开所述电源开关，并且同时控制所述第一变换器，使得所述输入端的交流输入电流的值为零或相对于所述不停电电源装置的额定电流可完全忽略不计的电流值；

3.根据权利要求2所述的不停电电源装置，其中，当所述电压异常检测装置实际检测到任何异常时，所述控制装置控制所述第一变换器，使所述交流输入电流的值变为零。

4.根据权利要求3所述的不停电电源装置，其中，所述预定的额定电压被设定为一个特定值，使得在所述电源开关的输出端与所述第二电源线的输入端之间的所述电压出现异常时，所述第一电源线的输出端与所述第二电源线的输出端之间的交流输出电压获得在所述第二变换器允许的补偿电压范围内的一个特定值。

5.根据权利要求4所述的不停电电源装置，其中，所述预定的额定电压与零伏一致。