CN201393078Y - 一种不间断电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于电源技术领域，提供了一种不间断电源，不间断电源包括逆变器，与其连接的逆变器控制电路，还包括分别与所述逆变器和逆变器控制电路的输入端连接的过流保护电路，其根据所述逆变器的电流变化，控制逆变器控制电路对逆变器采取先限流，后关闭的方式进行保护。在本实用新型中，不间断电源的过流保护电路采取先限流，后关闭逆变器的方式对逆变器的IGBT进行保护，这样使得逆变器可以采用额定电流小的IGBT分立单管取代额定电流较大的IGBT功率模块，降低成本。
Description
技术领域
本实用新型属于电源的技术领域，尤其涉及一种不间断电源。
背景技术
目前，工频双转换在线式不间断电源(Uninterruptible Power System，UPS)的逆变器主要采用PWM脉宽调制方式，其逆变开关管主要采用IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型功率管)。
由于工频双转换在线式不间断电源的直流电压不高，因而流过IGBT的平均电流比高频在线式不间断电源要大得多。
在工频双转换在线式不间断电源的IGBT配置选择中，不能仅考虑流过IGBT的平均电流，还要考虑瞬时的尖峰大电流对IGBT所造成的突发性冲击。为了确保IGBT的安全，通常要按实际平均电流的2～3倍来考虑IGBT的额定电流容量。
即便是考虑到了2～3倍的电流容量，由于负载启动冲击电流有可能瞬时大到数十倍于稳态电流，单靠增加电流容量并不能保证IGBT不损坏，因此，还需要采取一定的过流保护措施，目前的不间断电源产品中虽然会采用一定的过流保护措施，但多采用比较单一的“硬性保护”动作，即当电流超过一定幅度时，相关的保护电路立即动作，以关闭逆变器，停止逆变电压输出。由于“硬性保护”动作对输出影响较大，通常要接近IGBT最大允许电流时，才采取保护动作，这使得以往所选择的IGBT额定电流要预留出更大的电流容量。
目前，IGBT模块额定电流多在100A～400A，而IGBT分立单管的最大额定电流则在80A以下，如果采用多个IGBT分立单管并联的方式，由于均流效果的原因，并联数量又不宜太多，通常最多3个并联。鉴于上述的IGBT额定电流要求，目前在5KVA以上容量的工频双转换在线式不间断电源中，基本采用额定电流较大的IGBT功率模块，但是IGBT功率模块成本比较高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种不间断电源，旨在解决现有的不间断电源的逆变器存在必须采用成本高昂的IGBT功率模块的问题。
本实用新型是这样实现的一种不间断电源，包括逆变器，与所述逆变器连接的逆变器控制电路，所述不间断电源还包括分别与所述逆变器和逆变器控制电路的输入端连接的过流保护电路，所述过流保护电路根据所述逆变器的电流变化，控制逆变器控制电路对逆变器采取先限流，后关闭的方式进行保护。
在本实用新型中，不间断电源的过流保护电路采取先限流，后关闭逆变器的方式对逆变器的IGBT进行保护，这样使得逆变器可以采用额定电流小的IGBT分立单管取代额定电流较大的IGBT功率模块，降低成本。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的不间断电源的结构图；
图2是本实用新型实施例提供的过流保护电路的输出限流保护电路的电路示例图；
图3是本实用新型实施例提供的过流保护电路的直流限流保护电路的电路示例图；
图4是本实用新型实施例提供的过流保护电路的饱和压降锁机电路的电路示例图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1示出了本实用新型实施例提供的不间断电源的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。
不间断电源包括逆变器100，与逆变器100连接的逆变器控制电路200，不间断电源还包括分别与逆变器100和逆变器控制电路200的输入端连接的过流保护电路，过流保护电路根据逆变器100的电流变化，控制逆变器控制电路200对逆变器100采取先限流，后关闭的方式进行保护，逆变器100采用IGBT分立单管，过流保护电路包括：分别与逆变器100的输出火线L和逆变器控制电路200的输入端连接的输出限流保护电路301；与逆变器100的直流母线电容和直流母线负极的连线，以及逆变器控制电路200的输入端连接的直流限流保护电路302；分别与逆变器100的输出线和逆变器控制电路200的输入端连接的饱和压降锁机电路303。本实用新型实施例提供的不间断电源为功率在5KVA以上容量的工频双转换在线式不间断电源。
图2示出了本实用新型实施例提供的过流保护电路的输出限流保护电路的结构，作为本实用新型一实施例，输出限流保护电路301包括输出电流互感器CT1、桥式整流电路、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2和第一运算放大器U1，输出电流互感器CT1套在逆变器100输出火线L上，输出电流互感器CT1的输出两端分别接桥式整流电路的两输入端，桥式整流电路的输出端一路通过第一电阻R1接地，另一路通过第二电阻R2接第一运算放大器U1的反相输入端，第一运算放大器U1的反相输入端还通过第一二极管D1接电源Vcc、通过并联的第三电阻R3和第一电容C1接地，第一运算放大器U1的同相输入端一路通过第六电阻R6接参考电压端Vref，另一路通过第五电阻R5接第一运算放大器U1的输出端，第一运算放大器U1的输出端一路通过第四电阻R4接电源Vcc，另一路通过第二二极管D2接逆变器控制电路200。
图3示出了本实用新型实施例提供的过流保护电路的直流限流保护电路的结构，作为本实用新型一实施例，直流限流保护电路302包括直流母线电流互感器CT2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第二电容C2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第二运算放大器U2，直流母线电流互感器CT2套在逆变器100的直流母线电容和直流母线负极的连线上，直流母线电流互感器CT2与第七电阻R7并联，第七电阻R7的第一端接地，第七电阻R7的第二端通过串联的第三二极管D3和第八电阻R8接第二运算放大器U2的反相输入端，第二运算放大器U2的反相输入端通过第四二极管D4接电源Vcc，通过并联的第九电阻R9和第二电容C2接地，第二运算放大器U2的同相输入端一路通过第十电阻R10接地，通过第十一电阻R11接电源Vcc，另一路通过第十二电阻R12接第二运算放大器U2的输出端，第二运算放大器U2的输出端一路通过第十三电阻R13接电源Vcc，另一路通过第五二极管D5接逆变器控制电路200。
图4示出了本实用新型实施例提供的过流保护电路的饱和压降锁机电路的结构，作为本实用新型一实施例，饱和压降锁机电路303包括饱和压降过高检测电路、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第三电容C3、第四电容C4、第六二极管D6、第一三极管Q1、第三运算放大器U3和第四运算放大器U4，饱和压降过高检测电路与逆变器100的输出线连接，饱和压降过高检测电路的输出端接第三运算放大器U3的反相输入端，反相输入端还通过第二十一电阻R21接电源Vcc，通过并联的第十四电阻R14和第三电容C3接地，第三运算放大器U3的同相输入端接参考电源Vref，第三运算放大器U3的输出端一路通过第十五电阻R15接电源Vcc，另一路通过第十六电阻R16接第十七电阻R17的第一端和第一三极管Q1的基极，第十七电阻R17的第二端接电源Vcc，第一三极管Q1的发射极接电源Vcc，第一三极管Q1的集电极通过第十八电阻R18接第四运算放大器U4的同相输入端，同相输入端还通过并联的第十九电阻R19和第四电容C4接地，第四运算放大器U4的反相输入端接参考电源Vref，第四运算放大器U4的输出端一路通过第二十电阻R20接电源Vcc，另一路通过第六二极管D6接逆变器控制电路200。
在本实用新型实施例中，采取三种类型的过流保护电路，通过调整输出限流保护电路301的第一电阻R1、直流限流保护电路302的第七电阻R7、饱和压降锁机电路303的第十四电阻R14的电阻值，调整各过流保护电路的动作启动点，输出限流保护电路301和直流限流保护电路302用于限制流过逆变器100的IGBT分立单管的电流，当流过IGBT分立单管的电流持续增加，或大电流持续时间较长，以至于突破了前面两重过流保护电路的限流保护，在达到IGBT分立单管的安全极限前，饱和压降锁机电路303关闭逆变器100，确保IGBT分立单管不被损坏。
过流保护电路的工作过程为：
当出现负载大电流冲击时，输出限流保护电路301的输出电流互感器CT1检出的大电流信号，输出限流保护电路301提前开始动作，通过输出“INVEN”控制脉冲信号控制逆变器控制电路200快速短暂地中断输出若干个逆变器驱动脉冲信号，使逆变器100的输出电压相应下降，起到限流作用，但不关闭逆变器100。同时，利用输出电流互感器CT1的磁饱和特性，使限流保护动作点逐渐推高，整个大电流过程中，IGBT分立单管得到持续的限流保护。
当负载电流持续一定时间，或负载电流不大而IGBT分立单管上出现来自其他方面的大电流时，直流限流保护电路302的直流母线电流互感器CT2检出的大电流信号，直流限流保护电路302开始动作，并通过输出“INVEN”控制脉冲信号控制逆变器控制电路200快速短暂地中断输出若干个逆变器驱动脉冲信号，使逆变器100的输出电压相应下降，起到限流作用，但不关闭逆变器100。
当流过IGBT分立单管的电流持续增加，或大电流持续时间较长，以至于突破了前面两重过流保护电路的限流保护，在达到IGBT分立单管的安全极限前，饱和压降过高检测电路送出“Vsat-”控制电平信号，使饱和压降锁机电路303及时动作，并通过输出“FAULT”信号控制逆变器控制电路200控制逆变器100关闭，确保IGBT分立单管不至损坏。
在本实用新型实施例中，不间断电源的过流保护电路采取先限流，后关闭逆变器的方式对逆变器的IGBT进行保护，这样使得逆变器可以采用额定电流小的IGBT分立单管取代额定电流较大的IGBT功率模块，降低成本。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1、一种不间断电源，包括逆变器，与所述逆变器连接的逆变器控制电路，其特征在于，所述不间断电源还包括分别与所述逆变器和逆变器控制电路的输入端连接的过流保护电路，所述过流保护电路根据所述逆变器的电流变化，控制逆变器控制电路对逆变器采取先限流，后关闭的方式进行保护。
2、如权利要求1所述的不间断电源，其特征在于，所述逆变器采用IGBT分立单管。
3、如权利要求1所述的不间断电源，其特征在于，所述过流保护电路包括：
分别与所述逆变器的输出火线和逆变器控制电路的输入端连接的输出限流保护电路；
与所述逆变器的直流母线电容和直流母线负极的连线，以及逆变器控制电路的输入端连接的直流限流保护电路；以及
分别与所述逆变器的输出线和逆变器控制电路的输入端连接的饱和压降锁机电路。
4、如权利要求3所述的不间断电源，其特征在于，所述输出限流保护电路包括输出电流互感器、桥式整流电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第一二极管、第二二极管和第一运算放大器，所述输出电流互感器套在逆变器输出火线上，输出电流互感器的输出两端分别接桥式整流电路的两输入端，桥式整流电路的输出端一路通过所述第一电阻接地，另一路通过所述第二电阻接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的反相输入端还通过第一二极管接电源、通过并联的第三电阻和第一电容接地，所述第一运算放大器的同相输入端一路通过第六电阻接参考电压端，另一路通过第五电阻接第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端一路通过第四电阻接电源，另一路通过第二二极管接所述逆变器控制电路。
5、如权利要求3所述的不间断电源，其特征在于，所述直流限流保护电路包括直流母线电流互感器、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第二电容、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第二运算放大器，所述直流母线电流互感器套在逆变器的直流母线电容和直流母线负极的连线上，所述直流母线电流互感器与第七电阻并联，所述第七电阻的第一端接地，第七电阻的第二端通过串联的第三二极管和第八电阻接第二运算放大器的反相输入端，第二运算放大器的反相输入端通过第四二极管接电源，通过并联的第九电阻和第二电容接地，第二运算放大器的同相输入端一路通过第十电阻接地，通过第十一电阻接电源，另一路通过第十二电阻接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端一路通过第十三电阻接电源，另一路通过第五二极管接所述逆变器控制电路。
6、如权利要求3所述的不间断电源，其特征在于，所述饱和压降锁机电路包括饱和压降过高检测电路、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第三电容、第四电容、第六二极管、第一三极管、第三运算放大器和第四运算放大器，所述饱和压降过高检测电路与逆变器的输出线连接，所述饱和压降过高检测电路的输出端接所述第三运算放大器的反相输入端，所述反相输入端还通过第二十一电阻接电源，通过并联的第十四电阻和第三电容接地，所述第三运算放大器的同相输入端接参考电源，所述第三运算放大器的输出端一路通过第十五电阻接电源，另一路通过第十六电阻接第十七电阻的第一端和第一三极管的基极，第十七电阻的第二端接电源，第一三极管的发射极接电源，第一三极管的集电极通过第十八电阻接第四运算放大器的同相输入端，所述同相输入端还通过并联的第十九电阻和第四电容接地，第四运算放大器的反相输入端接参考电源，第四运算放大器的输出端一路通过第二十电阻接电源，另一路通过第六二极管接所述逆变器控制电路。
7、如权利要求1所述的不间断电源，其特征在于，所述不间断电源为功率在5KVA以上容量的工频双转换在线式不间断电源。
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