CN205509843U - 一种不间断电源的直流母线电压补偿电路 - Google Patents

Abstract

一种不间断电源的直流母线电压补偿电路；包括正母线直流电容C1、负母线直流电容C2、开关管Q1、开关管Q2、滤波电感L和滤波电容C；所述正母线直流电容C1和开关管Q1串接为第一支路，所述负母线直流电容C2和开关管Q2串接为第二支路；正母线直流电容C1的一端接于负母线直流电容C2形成a连接点，开关管Q1的一端接于开关管Q2的一端形成b连接点，使得所述第一支路与所述第二支路并联连接，所述a连接点为接地端；所述滤波电感L与所述滤波电容C串联组成干路，所述滤波电感L的一端接于b连接点，所述滤波电容C的一端为接地端。通过对正负母线电压实现解耦补偿，能够极大地提高输出电压的稳定性。

Description

一种不间断电源的直流母线电压补偿电路

技术领域

本实用新型涉及不间断电源的逆变控制技术，特别是一种不间断电源的直流母线电压补偿电路。

背景技术

不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。

半桥逆变是一种广泛应用的逆变拓扑方案，具有原件少，可靠性高的优点。半桥逆变的输出电压与占空比调制波形和输入正负直流母线电压相关，直流母线电压的波动直接影响输出电压的波形。反馈控制能够实现输出电压的稳定控制，但是它是一种误差纠正技术，即实际电压与期望电压发生偏差，反馈控制才起作用，使用不方便，反馈不及时。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型的目的在于提出一种不间断电源的直流母线电压补偿电路，通过对正负母线电压实现解耦补偿，能够极大地提高输出电压的稳定性。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种不间断电源的直流母线电压补偿电路；包括正母线直流电容C1、负母线直流电容C2、开关管Q1和开关管Q2；

所述正母线直流电容C1和开关管Q1串接为第一支路，所述负母线直流电容C2和开关管Q2串接为第二支路；正母线直流电容C1的一端接于负母线直流电容C2形成a连接点，开关管Q1的一端接于开关管Q2的一端形成b连接点，使得所述第一支路与所述第二支路并联连接，所述a连接点为接地端；

还包括滤波电感L和滤波电容C，所述滤波电感L与所述滤波电容C串联组成干路，所述滤波电感L的一端接于b连接点，所述滤波电容C的一端为接地端。

优选的，所述开关管Q1为MOS管Q1，所述开关管Q2为MOS管Q2。

优选的，所述开关管Q1/开关管Q2采用高频PWM调制。

对于半桥逆变，正负直流母线电压对输出电压有影响，且存在耦合关系，通过本实用新型中的电路连接关系实现解耦补偿，消除直流母线不平衡或直流母线电压波动对输出电压的影响，增加输出电压的稳定性，改善输出电压质量。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例的电路图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，一种不间断电源的直流母线电压补偿电路；包括正母线直流电容C1、负母线直流电容C2、开关管Q1、开关管Q2、滤波电感L和滤波电容C；

所述正母线直流电容C1和开关管Q1串接为第一支路，所述负母线直流电容C2和开关管Q2串接为第二支路；正母线直流电容C1的一端接于负母线直流电容C2形成a连接点，开关管Q1的一端接于开关管Q2的一端形成b连接点，使得所述第一支路与所述第二支路并联连接，所述a连接点为接地端；所述滤波电感L与所述滤波电容C串联组成干路，所述滤波电感L的一端接于b连接点，所述滤波电容C的一端为接地端；

本实施例中，所述开关管Q1为MOS管Q1，所述开关管Q2为MOS管Q2；MOS管Q1的漏极与正母线直流电容C1的一端连接，MOS管Q1的栅极外接于电压驱动源，为正母线电压的测定点，MOS管Q1的源极与MOS管Q2的源极连接形成b连接点，MOS管Q2的漏极与负母线直流电容C2的一端连接，MOS管Q1的栅极外接于电压驱动源，为负母线电压的测定点。

所述滤波电感L和滤波电容C1/Q2驱动互补，当开关管Q1导通，开关管Q2关闭，滤波电感L左侧电压等于正母线电压；当开关管Q1关闭，开关管Q2导通，滤波电感L左侧电压等于负母线电压。

所述开关管Q1/开关管Q2采用高频PWM调制，滤波电感L左侧就得到频率一致，但幅值为正负母线电压的脉冲电压，该脉冲电压经过LC二阶滤波，得到正弦电压。

开关管Q1驱动与开关管Q2互补，D为开关管Q1的占空比，则1-D为开关管Q2的占空比。T为PWM占空比周期。占空比0≤D≤1。

当开关管Q1导通，开关管Q2关闭时，滤波电感L左侧电压

V_D1＝V_dc1,0≤t≤DT (1)

其中V_dc1为正直流母线电压瞬时值。

当Q1关闭，Q2导通时，电感L左侧电压

V_D2＝-V_dc2,DT≤t≤T (2)

其中V_dc2为负直流母线电压瞬时值。

那么，在整个PWM周期内，电感L左侧电压的平均值为：

V_D＝V_dc1*D-(1-D)*V_dc2 (3)

在正负直流母线电压相等的情况下，电感L左侧电压的平均值为：

V_D＝V_dc*D-(1-D)*V_dc＝(2*D-1)*V_dc,

V_dc＝V_dc2＝V_dc1 (4)

设计占空比D的表达式为：

$D=\frac{V_C}{2V_{dc}}+\frac{1}{2},---\left(5\right)$

V_c为期望输出的正弦电压，Vdc为补偿电压。把(5)代入(4)，那么，电感L左侧的电压平均值为：

V_D＝V_C (6)

可以看到，电感左侧的电压已经和直流母线电压无关，实现了前馈补偿。高频电压V_D经过LC惯性环节的滤波，就得到了期望的正弦波电压，实现了逆变的功能。

事实上，由于负载特性、输入不对称、直流电容容值有限及逆变半桥本身特性等原因，使得直流母线电压有波动，正负直流母线电压瞬时值不可能实时相等。

定义如下：

Vavg为正负直流母线电压平均值 (7)

Verr为正负直流母线电压差值 (8)

那么可以得到：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{dc1}=V_{avg}+V_{err}\\ V_{dc2}=V_{avg}-V_{err}\end{array}\right.---\left(9\right)$

那么(3)式可以重新改写为：

V_D＝2V_avg*D-V_avg+V_err (3)

业界目前有两种直流母线补偿方法：

1用正负直流电压平均值来补偿

2在输出电压正半周(D>0.5)，用正直流母线电压来补偿，在输出电压负半周(D<0.5)，用负直流母线电压来补偿。

这两种方法都无法完全消除直流母线电压对输出电压的影响。证明过程如下：

当补偿电压为正负直流母线平均值电压时：

$D=\frac{V_C}{2V_{avg}}+\frac{1}{2}---\left(10\right)$

把(10)代入改写后的(3)，得到：

$\begin{array}{c}{V}_D=2V_{avg}*(\frac{V_C}{2V_{avg}}+\frac{1}{2})-V_{avg}+V_{err}\\ =V_C+V_{err}\end{array}---\left(11\right)$

可以看到，实际输出电压等于期望的输出电压加上正负直流母线的误差电压值，无法消除直流母线对输出电压的影响。

当补偿电压为正直流母线电压值时，

$D=\frac{V_C}{2V_{dc1}}+\frac{1}{2}---\left(12\right)$

把(12)代入(3)，得到：

$\begin{array}{c}{V}_D=2V_{avg}*(\frac{V_C}{2V_{dc1}}+\frac{1}{2})-V_{avg}+V_{err})\\ =\frac{V_{avg}}{V_{avg}+V_{err}}{V}_C+V_{err}\end{array}---\left(13\right)$

当补偿电压为负直流母线电压值时，

$D=\frac{V_C}{2V_{dc2}}+\frac{1}{2}---\left(14\right)$

将(14)重新代入(3)，得到：

$\begin{array}{c}{V}_D=2V_{avg}*(\frac{V_C}{2V_{dc2}}+\frac{1}{2})-V_{avg}+V_{err}\\ =\frac{V_{avg}}{V_{avg}-V_{err}}{V}_C+V_{err}\end{array}---\left(15\right)$

从(11)(13)(15)可以看到，这两种补偿方法都无法消除直流母线电压对输出电压的影响。

重新定义占空比D的补偿方法为：

$D=\frac{V_C}{2V_{avg}}+\frac{1}{2}-\frac{V_{err}}{2V_{avg}}---\left(16\right)$

把(16)代入改写后的(3)式，可以得到：

$\begin{array}{c}{V}_D=2V_{avg}*(\frac{V_C}{2V_{avg}}+\frac{1}{2}-\frac{V_{err}}{2V_{avg}})-V_{avg}+V_{err}\\ =V_C\end{array}$

可以看到，修正后的占空比，能够完全抵消正负直流母线电压对输出电压的影响，获得高质量的输出正弦电压，即，对于半桥逆变，正负直流母线电压对输出电压有影响，且存在耦合关系，通过本实用新型中的电路连接关系实现解耦补偿，消除直流母线不平衡或直流母线电压波动对输出电压的影响，增加输出电压的稳定性，改善输出电压质量。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种不间断电源的直流母线电压补偿电路，其特征在于：包括正母线直流电容C1、负母线直流电容C2、开关管Q1和开关管Q2；

所述正母线直流电容C1和开关管Q1串接为第一支路，所述负母线直流电容C2和开关管Q2串接为第二支路；正母线直流电容C1的一端接于负母线直流电容C2形成a连接点，开关管Q1的一端接于开关管Q2的一端形成b连接点，使得所述第一支路与所述第二支路并联连接，所述a连接点为接地端；

还包括滤波电感L和滤波电容C，所述滤波电感L与所述滤波电容C串联组成干路，所述滤波电感L的一端接于b连接点，所述滤波电容C的一端为接地端。

2.根据权利要求1所述的一种不间断电源的直流母线电压补偿电路，其特征在于：所述开关管Q1为MOS管Q1，所述开关管Q2为MOS管Q2。

3.根据权利要求1或2所述的一种不间断电源的直流母线电压补偿电路，其特征在于：所述开关管Q1驱动与开关管Q2互补，设置D为开关管Q1的占空比，则1-D为开关管Q2的占空比，所述占空比D的补偿方法为：

4.根据权利要求1所述的一种不间断电源的直流母线电压补偿电路，其特征在于：所述开关管Q1/开关管Q2采用高频PWM调制。