CN206922498U - 单电池组挂接的不间断电源 - Google Patents

Abstract

单电池组挂接的不间断电源，包括整流电路，整流电路的输出端分别连接双电感充电器的输入端和逆变器的输入端；双电感充电器的输出端连接电池的输入端，电池的输出端连接放电电路的输入端，放电电路的输出端连接逆变器的输入端。能够使用双电感充电器进行充电，多个在线式不间断电源能够共用单组电池，解决了电池负极相对N线高频跳动的EMC问题，电路简单，器件少，节省了成本。

Description

单电池组挂接的不间断电源

技术领域

本实用新型属于不间断电源技术领域，涉及一种单电池组挂接的不间断电源。

背景技术

在线式不间断电源(在线式UPS)已经广泛应用于各种供电场合，在线式UPS电路一般包括四部分：

第一部分，将交流电压转化为直流电压的整流电路；

第二部分，将直流电压转交流电压的逆变电路；

第三部分，将电池电压转换成逆变电路所需直流电压的直流转直流电路；

第四部分，为UPS所挂接的电池充电的充电电路。

对于单电池组的挂接，一般为直接挂在电路的两个电感前端，一个UPS只能挂接一组电池，无法满足多个UPS需要共用一个外置大电池的领域的需求，而且还会带来电池负级相对N线高频跳动的EMC问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种在线式不间断电源，能够使用双电感充电器进行充电，多个在线式不间断电源能够共用单组电池。

本实用新型所采用的技术方案是，单电池组挂接的不间断电源，包括整流电路，整流电路的输出端分别连接双电感充电器的输入端和逆变器的输入端；双电感充电器的输出端连接电池的输入端，电池的输出端连接放电电路的输入端，放电电路的输出端连接逆变器的输入端。

整流电路的具体结构为：包括第一二极管，第一二极管的正极与第二二极管的负极连接，第一二极管的负极和第一电感的A端连接，第一电感的B端分别与第四二极管的正极、第一开关管的集电极连接，第四二极管的负极与第一电容的A端连接，第一开关管的发射极与第一电容的B端连接；

第二二极管的正极和第二电感的A端连接，第二电感的B端分别与第五二极管的负极、第二开关管的发射极连接，第五二极管的正极与第二电容的A端连接，第二开关管的集电极与第三二极管的负极连接，第三二极管的正极与第二电容的B端连接；第一电容的B端和第二电容的B端连接。

双电感充电器的具体结构为：包括第三开关管和第四开关管，第三开关管的集电极与第四二极管的负极连接，第三开关管的发射极与第三电感的A端连接，第三电感的B端与电池的正极连接；

第四开关管的发射极与第五二极管的正极连接，第四开关管的集电极分别与第六二极管的正极、第四电感的A端连接，第六二极管的负极与第三开关管的发射极连接，第四电感的B端分别与第三电容的B端、电池的负极连接，第三电容的A端与第三电感的B端连接，电池的负极与第一电容的B端连接；

第四二极管的负极、第五二极管的正极共同与双电感充电器的输入端连接，第四二极管的负极、第五二极管的正极共同与逆变器的输入端连接。

放电电路的具体结构为：包括第一电感和第二电感，第一电感的A端与电池的正极连接，第一电感的B端分别与第四二极管的正极、第一开关管的集电极连接，第四二极管的负极与第一电容的A端连接，第一电容的B端与电池的负极连接，第一开关管的发射极与电池的负极连接；

第二电感的A端与电池的负极连接，第二电感的B端分别与第五二极管的负极、第二开关管的发射极连接，第二开关管的集电极与电池的正极连接，第五二极管的正极与第二电容的A端连接，第二电容的B端与电池的负极连接。

第一电感的A端与电池的正极之间串联有第二继电器，第二开关管的集电极与电池的正极之间串联有第三继电器，第二电感的A端与电池的正极之间还串联有第四继电器；

第三电感的B端与电池的正极之间串联有第五继电器，第四电感的B端与电池的负极之间串联有第六继电器。

本实用新型的有益效果是，单电池组挂接的不间断电源，直接短接电池负极和N线，使得多个UPS能够共用一个电池，并且解决了电池负极相对N线高频跳动的EMC问题；使用双电感BUCK充电器代替单电感BUCK充电器，不会因短接电池负和N线而导致正母线与电池正BAT+短接，进而导致正母线电感C1通过电池短路的问题；也不会因电池负极和N线直接短接所带来的必须用隔离充电器的问题，采用双电感BUCK充电器，直接给电池充电，相对于隔离充电器拓扑来说，电路简单，器件少，节省了成本。

附图说明

图1是单电池组挂接的不间断电源的结构示意图；

图2是单电池组挂接的不间断电源的电路示意图；

图3是单电池组挂接的不间断电源工作在市电模式下的电路示意图；

图4是单电池组挂接的不间断电源工作在电池模式下的电路示意图；

图5是现有技术中的不间断电源的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，单电池组挂接的不间断电源，包括整流电路，整流电路的输出端分别连接双电感充电器的输入端和逆变器的输入端；双电感充电器的输出端连接电池的输入端，电池的输出端连接放电电路的输入端，放电电路的输出端连接逆变器的输入端。

如图2所示(图中未给出逆变器的电路结构)，整流电路的具体结构为：包括第一二极管D1，第一二极管D1的正极与第二二极管D2的负极连接，第一二极管D1的负极和第一电感L1的A端连接，第一电感L1的B端分别与第四二极管D4的正极、第一开关管Q1的集电极连接，第四二极管D4的负极与第一电容C1的A端连接，第一开关管Q1的发射极与第一电容C1的B端连接；

第二二极管D2的正极和第二电感L2的A端连接，第二电感L2的B端分别与第五二极管D5的负极、第二开关管Q2的发射极连接，第五二极管D5的正极与第二电容C2的A端连接，第二开关管Q2的集电极与第三二极管D3的负极连接，第三二极管D3的正极与第二电容C2的B端连接；第一电容C1的B端和第二电容C2的B端连接；

第四二极管D4的负极、第五二极管D5的正极共同与双电感充电器的输入端连接，第四二极管D4的负极、第五二极管D5的正极共同与逆变器的输入端连接。

双电感充电器的具体结构为：包括第三开关管Q3和第四开关管Q4，第三开关管Q3的集电极与第四二极管D4的负极连接，第三开关管Q3的发射极与第三电感L3的A端连接，第三电感L3的B端与电池的正极连接；

第四开关管Q4的发射极与第五二极管D5的正极连接，第四开关管Q4的集电极分别与第六二极管D6的正极、第四电感L4的A端连接，第六二极管D6的负极与第三开关管Q3的发射极连接，第四电感L4的B端分别与第三电容C3的B端、电池的负极连接，第三电容C3的A端与第三电感L3的B端连接，电池的负极与第一电容C1的B端连接。

放电电路的具体结构为：包括第一电感L1和第二电感L2，第一电感L1的A端与电池的正极连接，第一电感L1的B端分别与第四二极管D4的正极、第一开关管Q1的集电极连接，第四二极管D4的负极与第一电容C1的A端连接，第一电容C1的B端与电池的负极连接，第一开关管Q1的发射极与电池的负极连接；

第二电感L2的A端与电池的负极连接，第二电感L2的B端分别与第五二极管D5的负极、第二开关管Q2的发射极连接，第二开关管Q2的集电极与电池的正极连接，第五二极管D5的正极与第二电容C2的A端连接，第二电容C2的B端与电池的负极连接。

第一电感L1的A端与电池的正极之间串联有第二继电器S2，第二开关管Q2的集电极与电池的正极之间串联有第三继电器S3，第二电感L2的A端与电池的正极之间还串联有第四继电器S4；

第三电感L3的B端与电池的正极之间串联有第五继电器S5，第四电感L4的B端与电池的负极之间串联有第六继电器S6。

单电池组挂接的不间断电源的工作原理如下：

使用时，将整流电路的输入端通过第一继电器S1与L线连接，即第一二极管D1的正极、第二二极管D2的负极分别与第一继电器S1的一端连接，第一继电器S1的另一端与L线连接。如图3所示，闭合第一继电器S1、第五继电器S5、第六继电器S6，断开第二继电器S2、第三继电器S3、第四继电器S4，单电池组挂接的不间断电源工作在市电模式下，整流电路将市电电网提供的交流电转换为直流电，并将直流电输出给双电感充电器和逆变器，双电感充电器为电池充电，逆变器将从整流电路获得的直流电逆变为交流电，为负载供电；

整流电路工作过程：

在市电输入的正半周期，给整流电路的正母线上的第一电容C1升压：

第一开关管Q1导通时，第一电感L1储能，电流流向为：L线—第一二极管D1—第一电感L1—第一开关管Q1—N线；

根据正母线电压情况控制为第一电感L1储能的时间，关断第一开关管Q1，第一电感L1储能结束，给整流电路的正母线上的第一电容C1升压，电流流向为：L线—第一二极管D1—第一电感L1—第四二极管D4—第一电容C1—N线；

在市电输入的负半周期，给整流电路的负母线上的第二电容C2升压：

首先，导通第二开关管Q2，第二电感L2储能，电流流向为：N线—第三二极管D3—第二开关管Q2—第二电感L2—第二二极管D2—L线；

根据负母线电压情况控制为第二电感L2储能的时间，关断第二开关管Q2，第二电感L2储能结束，给负母线上的第二电容C2升压，电流流向为：N线—第二电容C2—第五二极管D5—第二电感L2—第二二极管D2—L线；

双电感充电器的工作过程：

第三开关管Q3、第四开关管Q4导通时，利用整流电路输出的电能给电池充电电流流向：

正母线BUS+—第三开关管Q3—第三电感L3—第五继电器S5—电池正极BAT+—电池负极BAT-—第六继电器S6—第四电感L4—第四开关管Q4—负母线BUS-；

第三开关管Q3、第四开关管Q4关断时，利于第三电感L3、第四电感L4存储的电能给电池充电，电流流向：

第三电感L3—第五继电器S5—电池正极BAT+—电池负极BAT-—第六继电器S6—第四电感L4—第六二级管D6—第三电感L3；

如图4所示，闭合第二继电器S2、第三继电器S3、第四继电器S4，断开第一继电器S1、第五继电器S5、第六继电器S6，单电池组挂接的不间断电源工作在电池模式下，电池放电，放电电路将电池输出的电压升压后输出给逆变器，逆变器将从放电电路获得的直流电逆变为交流电，并为负载供电；

放电电路通过BOOST电路给正母线升压：

第一开关管Q1导通时，第一电感L1储能，电流流向：电池正极BAT+—第二继电器S2—第一电感L1—第一开关管Q1—电池负极BAT-；

根据正母线电压情况控制为第一电感L1储能的时间，关断第一开关管Q1，第一电感L1储能结束，给正母线升压过程，电流流向：电池正极BAT+—第二继电器S2—第一电感L1—第四二级管D4—第一电感C1—电池负极BAT-。

放电电路通过BUCKBOOST电路给负母线升压：

第二开关管Q2导通时，第二L2电感储能，电流流向：电池正极BAT+—第三继电器S3—第二开关管Q2—第二电感L2—第四继电器S4—电池负极BAT-；

根据负母线电压情况控制为第二电感L2储能的时间，关断第二开关管Q2，第二电感L2储能结束，给负母线升压过程，电流流向：第二电感L2—继电器S4—第二电容C2—第五二级管D5—第二电感L2。

如图5所示，现有技术中的不间断电源，使用单电感BUCK充电器充电；电池组直接挂在第一电感L1和第二电感L2前端，为了实现多个UPS共用一组电池，将N线与电池负极短接，导致正母线与电池正极也直接短接，正母线上的电感C1被电池短路了，必须使用更复杂的隔离充电器拓扑来解决上述问题。

通过上述方式，本实用新型单电池组挂接的不间断电源，使用双电感充电器代替单电感BUCK充电器，不会因短接电池负极和N线而导致正母线与电池正BAT+短接，进而导致正母线电感C1通过电池短路的问题；也不会因电池负极和N线直接短接所带来的必须用隔离充电器的问题，采用双电感充电器直接给电池充电，相对于隔离充电器拓扑来说，电路简单，器件少，节省了成本；

双电感充电器隔离了正母线与电池正极，使用时电池的负极和N线直接短接，使得多个UPS能够共用一个电池，也因为电池的负极和N线能够直接短接，彻底解决了电池负极相对N线高频跳动的EMC问题。

Claims (5)

1.单电池组挂接的不间断电源，其特征在于，包括整流电路，所述整流电路的输出端分别连接双电感充电器的输入端和逆变器的输入端；所述双电感充电器的输出端连接电池的输入端，电池的输出端连接放电电路的输入端，放电电路的输出端连接逆变器的输入端。

2.根据权利要求1所述的单电池组挂接的不间断电源，其特征在于，所述整流电路的具体结构为：包括第一二极管(D1)，第一二极管(D1)的正极与第二二极管(D2)的负极连接，第一二极管(D1)的负极和第一电感(L1)的A端连接，第一电感(L1)的B端分别与第四二极管(D4)的正极、第一开关管(Q1)的集电极连接，第四二极管(D4)的负极与第一电容(C1)的A端连接，第一开关管(Q1)的发射极与第一电容(C1)的B端连接；

所述第二二极管(D2)的正极和第二电感(L2)的A端连接，第二电感(L2)的B端分别与第五二极管(D5)的负极、第二开关管(Q2)的发射极连接，第五二极管(D5)的正极与第二电容(C2)的A端连接，第二开关管(Q2)的集电极与第三二极管(D3)的负极连接，第三二极管(D3)的正极与第二电容(C2)的B端连接；第一电容(C1)的B端和第二电容(C2)的B端连接；

第四二极管(D4)的负极、第五二极管(D5)的正极共同与双电感充电器的输入端连接，第四二极管(D4)的负极、第五二极管(D5)的正极共同与逆变器的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的单电池组挂接的不间断电源，其特征在于，所述双电感充电器的具体结构为：包括第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)，第三开关管(Q3)的集电极与第四二极管(D4)的负极连接，第三开关管(Q3)的发射极与第三电感(L3)的A端连接，第三电感(L3)的B端与电池的正极连接；

所述第四开关管(Q4)的发射极与第五二极管(D5)的正极连接，第四开关管(Q4)的集电极分别与第六二极管(D6)的正极、第四电感(L4)的A端连接，第六二极管(D6)的负极与第三开关管(Q3)的发射极连接，第四电感(L4)的B端分别与第三电容(C3)的B端、电池的负极连接，第三电容(C3)的A端与第三电感(L3)的B端连接，电池的负极与第一电容(C1)的B端连接。

4.根据权利要求3所述的单电池组挂接的不间断电源，其特征在于，所述放电电路的具体结构为：包括第一电感(L1)和第二电感(L2)，第一电感(L1)的A端与电池的正极连接，第一电感(L1)的B端分别与第四二极管(D4)的正极、第一开关管(Q1)的集电极连接，第四二极管(D4)的负极与第一电容(C1)的A端连接，第一电容(C1)的B端与电池的负极连接，第一开关管(Q1)的发射极与电池的负极连接；

所述第二电感(L2)的A端与电池的负极连接，第二电感(L2)的B端分别与第五二极管(D5)的负极、第二开关管(Q2)的发射极连接，第二开关管(Q2)的集电极与电池的正极连接，第五二极管(D5)的正极与第二电容(C2)的A端连接，第二电容(C2)的B端与电池的负极连接。

5.根据权利要求4所述的单电池组挂接的不间断电源，其特征在于，所述第一电感(L1)的A端与电池的正极之间串联有第二继电器(S2)，第二开关管(Q2)的集电极与电池的正极之间串联有第三继电器(S3)，第二电感(L2)的A端与电池的正极之间还串联有第四继电器(S4)；

所述第三电感(L3)的B端与电池的正极之间串联有第五继电器(S5)，第四电感(L4)的B端与电池的负极之间串联有第六继电器(S6)。