CN211046564U - 电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电源装置。电源装置包括不间断电源和频率控制电路；所述不间断电源用于生成交流电压；所述频率控制电路与所述不间断电源电连接，用于控制所述不间断电源生成的交流电压的频率。解决现有技术中在确保不间断电源在连接变压器负载时能够正常工作时采用的方法使得硬件成本显示增加的问题。

Description

电源装置

技术领域

本实用新型涉及供电技术领域，尤其涉及一种电源装置。

背景技术

基于UPS(Uninterrupted Power Supply，不间断电源)应用正在变得越来越广泛，一些终端用户需要使用UPS来连接工业变压器负载。在现有的UPS中，当输出连接到工业变压器负载时，变压器的励磁电流将导致UPS故障，诸如DC(直流)总线过电压或者总线电压不平衡。

在现有技术中，为了确保UPS在连接变压器负载时能够正常工作，通常提高总线电容器的电容值和额定电压，同时增大开关器件的额定电流，然而现有的方法使得硬件成本显著增加。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种电源装置，解决现有技术中在确保UPS在连接变压器负载时能够正常工作时采用的方法使得硬件成本显示增加的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种电源装置，包括不间断电源和频率控制电路；

所述不间断电源用于生成交流电压；

所述频率控制电路与所述不间断电源电连接，用于控制所述不间断电源生成的交流电压的频率。

实施时，所述不间断电源包括正总线电容、负总线电容、第一开关电路、第二开关电路、电感和存储电容；

所述正总线电容的第一极板与所述第一开关电路的第一端电连接，所述正总线电容的第二极板与所述负总线电容的第一极板电连接；

所述第一开关电路的控制端与第一开关控制端电连接，所述第一开关电路的第二端与所述电感的第一端电连接，所述第一开关电路用于在所述第一开关控制端提供的第一开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述正总线电容的第一极板与所述电感的第一端之间的连接；

所述第二开关电路的控制端与第二开关控制端电连接，所述第二开关电路的第一端与所述电感的第一端电连接，所述第二开关电路的第二端与所述负总线电容的第二极板电连接；所述第二开关电路用于在所述第二开关控制端提供的第二开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述电感的第一端与所述负总线电容的第二极板之间的连接；

所述电感的第二端与所述存储电容的第一极板电连接，所述存储电容的第二极板与所述负总线电容的第一极板电连接；

所述存储电容两端的电压为所述交流电压。

实施时，所述频率控制电路分别与所述第一开关控制端和所述第二开关控制端电连接，用于通过控制所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号，以控制所述交流电压的频率。

实施时，所述第一开关电路包括第一开关晶体管，所述第二开关电路包括第二开关晶体管；

所述第一开关晶体管的控制极与所述第一开关控制端电连接，所述第一开关晶体管的第一极与所述正总线电容的第一极板电连接，所述第一开关晶体管的第二极与所述电感的第一端电连接；

所述第二开关晶体管的控制极与所述第二开关控制端电连接，所述第二开关晶体管的第一极与所述电感的第一端电连接，所述第二开关晶体管的第二极与所述负总线电容的第二极板电连接。

实施时，所述不间断电源包括正总线电容、负总线电容、第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路、第一导通控制电路、第二导通控制电路、电感和存储电容；

所述正总线电容的第一极板与所述第一开关电路的第一端电连接，所述正总线电容的第二极板与所述负总线电容的第一极板电连接；

所述第一开关电路的控制端与第一开关控制端电连接，所述第一开关电路的第二端与所述第二开关电路的第一端电连接；所述第一开关电路用于在第一开关控制端提供的第一开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述正总线电容的第一极板与所述第二开关电路的第一端之间的连接；

所述第二开关电路的控制端与第二开关控制端电连接，所述第二开关电路的第二端与所述电感的第一端电连接；所述第二开关电路用于在所述第二开关控制端提供的第二开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述第一开关电路的第二端与所述电感的第一端之间的连接；

所述第三开关电路的控制端与第三开关控制端电连接，所述第三开关电路的第一端与所述电感的第一端电连接，所述第三开关电路的第二端与所述第四开关电路的第一端电连接；所述第三开关电路用于在第三开关控制端提供的第三开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述电感的第一端与所述第四开关电路的第一端之间的连接；

所述第四开关电路的控制端与第四开关控制端电连接，所述第四开关电路的第二端与所述负总线电容的第二极板电连接；所述第四开关电路用于在所述第四开关控制端提供的第四开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述第三开关电路的第二端与所述负总线电容的第二极板之间的连接；

所述第一导通控制电路设置于所述正总线电容的第二极板与所述第一开关电路的第一端之间，所述第一导通控制电路用于仅允许从所述正总线电容的第二极板流向所述第一开关电路的第一端的电流通过；

所述第二导通控制电路设置于所述第三开关电路的第二端与所述正总线电容的第二极板之间，所述第二导通控制电路用于仅允许从所述第三开关电路的第二端与所述正总线电容的第二极板的电流通过；

所述电感的第二端与所述存储电容的第一极板电连接，所述存储电容的第二极板与地端电连接，所述正总线电容的第二极板与地端电连接；

所述存储电容两端的电压为所述交流电压。

实施时，所述频率控制电路分别与所述第一开关控制端、所述第二开关控制端、所述第三开关控制端和所述第四开关控制端电连接，用于通过控制所述第一开关控制信号、所述第二开关控制信号、所述第三开关控制信号和所述第四开关控制信号，以控制所述交流电压的频率。

实施时，所述第一导通控制电路包括第一导通控制二极管，所述第二导通控制电路包括第二导通控制二极管；

所述第一导通控制二极管的阳极与所述正总线电容的第二极板电连接，所述第一导通控制二极管的阴极与所述第一开关电路的第二端电连接；

所述第二导通控制二极管的阳极与所述第三开关电路的第二端电连接，所述第二导通控制二极管的阴极与所述正总线电容的第二极板电连接。

实施时，所述第一开关电路包括第一开关晶体管，所述第二开关电路包括第二开关晶体管，所述第三开关电路包括第三开关晶体管，所述第四开关电路包括第四开关晶体管；

所述第一开关晶体管的控制极与第一开关控制端电连接，所述第一开关晶体管的第一极与所述正总线电容的第一极板电连接，所述第一开关晶体管的第二极与所述第二开关晶体管的第一极电连接；

所述第二开关晶体管的控制极与第二开关控制端电连接，所述第二开关晶体管的第二极与所述电感的第一端电连接；

所述第三开关晶体管的控制极与第三开关控制端电连接，所述第三开关晶体管的第一极与所述电感的第一端电连接，所述第三开关晶体管的第二极与所述第四开关晶体管的第一极电连接；

所述第四开关晶体管的控制极与第四开关控制端电连接，所述第四开关晶体管的第二极与所述负总线电容的第二极板电连接。

与现有技术相比，本实用新型所述的电源装置采用频率控制电路，用于控制所述不间断电源生成的交流电压的频率，通过控制所述频率来避免UPS中的电容器件和开关器件故障，提高UPS的可靠性和稳定性，并能够不增加硬件成本。

附图说明

图1a是现有的变压器的示意图；

图1b是在现有技术中，不间断电源生成的交流电压Vp与时间t之间的关系示意图；

图1c是在现有技术中，变压器的初级线圈的励磁电流Im与时间t之间的关系示意图；

图2是本实用新型实施例所述的电源装置的结构图；

图3是本实用新型另一实施例所述的电源装置的结构图；

图4是本实用新型所述的电源装置的一具体实施例的电路图；

图5是本实用新型如图4所示的电源装置的具体实施例的工作时序图；

图6A和图6B示出了图4所示的电源装置的实施例在正半周期的电流路径；

图7A和图7B示出了图4所示的电源装置的实施例在负半周期的电流路径；

图8是本实用新型又一实施例所述的电源装置的结构图；

图9是本实用新型所述的电源装置的另一具体实施例的电路图；

图10是本实用新型如图9所示的的电源装置的具体实施例的工作时序图；

图11A和图11B示出了图9所示的电源装置的实施例在正半周期的电流路径；

图12A和图12B示出了图9所示的电源装置的实施例在负半周期的电流路径；

图13是在不间断电源为变压器的初级线圈提供交流电压后的频率转换过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型所有实施例中采用的晶体管均可以为三极管、薄膜晶体管或场效应管或其他特性相同的器件。在本实用新型实施例中，为区分晶体管除控制极之外的两极，将其中一极称为第一极，另一极称为第二极。

在实际操作时，当所述晶体管为三极管时，所述控制极可以为基极，所述第一极可以为集电极，所述第二极可以发射极；或者，所述控制极可以为基极，所述第一极可以为发射极，所述第二极可以集电极。

在实际操作时，当所述晶体管为薄膜晶体管或场效应管时，所述控制极可以为基极，所述第一极可以为漏极，所述第二极可以为源极；或者，所述控制极可以为基极，所述第一极可以为源极，所述第二极可以为漏极。

在相关技术中，变压器通过建立磁场来传递能量，当UPS提供的交流电压最初被提供至变压器的初级线圈时，变压器的初级侧将出现大的励磁电流。该励磁电流在正半周期和负半周期之间很不平衡，并且该励磁电流将会逐渐减小。

如图1a所示，变压器T的初级线圈刚被施加交流电压Vp，变压器T的初级线圈的励磁电流Im开始会特别大，使得励磁电流Im在正半周期和负半周期之间很不平衡，并且励磁电流Im会逐渐减小。

图1b是在现有技术中，Vp与时间t之间的关系示意图，图1c是在现有技术中，Im与时间t之间的关系示意图，大的非平衡的励磁电流将导致UPS工作异常。在严重情况下，UPS将会损坏。时间t是UPS向变压器的初级线圈提供交流电压Vp的持续的时间。

基于此，本实用新型实施例所述的电源装置采用频率控制电路，用于控制所述不间断电源生成的交流电压的频率，通过控制所述频率来避免UPS中的电容器件和开关器件故障，避免UPS中的DC总线故障，提高UPS的可靠性和稳定性。

在本实用新型实施例中，所述正半周期可以指Vp大于0的周期，所述负半周期可以指Vp小于0的周期，但不以此为限。

如图2所示，本实用新型实施例所述的电源装置包括不间断电源U1和频率控制电路20；

所述不间断电源U1用于生成交流电压Vp；

所述频率控制电路20与所述不间断电源U1电连接，用于控制所述不间断电源U1生成的交流电压Vp的频率。

本实用新型实施例所述的电源装置在工作时，不间断电源U1提供所述交流电压Vp至变压器的初级线圈；在所述不间断电源U1提供所述交流电压Vp至变压器的初级线圈开始预定时间内，所述频率控制电路20控制逐渐降低所述交流电压的频率，直至所述交流电压的频率降至预定频率，这样可以在U1刚开始向变压器的初级线圈提供交流电压Vp时，减小变压器的初级线圈的磁通量，进而会减小变压器的初级线圈的励磁电流，因此避免不间断电源U1中的电容器件和开关器件故障，避免不间断电源U1中的DC总线故障，提高不间断电源U1的可靠性和稳定性。

根据一种具体实施方式，所述不间断电源可以包括正总线电容、负总线电容、第一开关电路、第二开关电路、电感和存储电容；

所述正总线电容的第一极板与所述第一开关电路的第一端电连接，所述正总线电容的第二极板与所述负总线电容的第一极板电连接；

所述第一开关电路的控制端与第一开关控制端电连接，所述第一开关电路的第二端与所述电感的第一端电连接，所述第一开关电路用于在所述第一开关控制端提供的第一开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述正总线电容的第一极板与所述电感的第一端之间的连接；

所述第二开关电路的控制端与第二开关控制端电连接，所述第二开关电路的第一端与所述电感的第一端电连接，所述第二开关电路的第二端与所述负总线电容的第二极板电连接；所述第二开关电路用于在所述第二开关控制端提供的第二开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述电感的第一端与所述负总线电容的第二极板之间的连接；

所述电感的第二端与所述存储电容的第一极板电连接，所述存储电容的第二极板与所述负总线电容的第一极板电连接；

所述存储电容两端的电压为所述交流电压。

具体的，所述频率控制电路可以用于通过控制所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号，以控制所述交流电压的频率。

如图3所示，所述不间断电源的一实施例可以包括正总线电容C1、负总线电容C1、第一开关电路31、第二开关电路32、电感L和存储电容C；

所述正总线电容C1的第一极板与所述第一开关电路31的第一端电连接，所述正总线电容C1的第二极板与所述负总线电容C2的第一极板电连接；

C1的第二极板与地端GND电连接；

所述第一开关电路31的控制端与第一开关控制端S1电连接，所述第一开关电路31的第二端与所述电感L的第一端电连接，所述第一开关电路31用于在所述第一开关控制端S1提供的第一开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述正总线电容C1的第一极板与所述电感L的第一端之间的连接；

所述第二开关电路32的控制端与第二开关控制端S2电连接，所述第二开关电路32的第一端与所述电感L的第一端电连接，所述第二开关电路32的第二端与所述负总线电容C2的第二极板电连接；所述第二开关电路32用于在所述第二开关控制端S2提供的第二开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述电感L的第一端与所述负总线电容C2的第二极板之间的连接；

所述电感L的第二端与所述存储电容C的第一端电连接，所述存储电容C的第二端与所述负总线电容C2的第一极板电连接；

所述存储电容C两端的电压为所述交流电压；

所述频率控制电路20分别与所述第一开关控制端S1和所述第二开关控制端S2电连接，用于通过控制所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号，以控制所述交流电压的频率。

在图3所示的电源装置的实施例中，电感L和存储电容C形成两电平低通滤波器。

在图3中，标号为L1的为负载，所述负载L1可以为变压器负载。

具体的，所述第一开关电路可以包括第一开关晶体管，所述第二开关电路可以包括第二开关晶体管；

所述第一开关晶体管的控制极与所述第一开关控制端电连接，所述第一开关晶体管的第一极与所述正总线电容的第一极板电连接，所述第一开关晶体管的第二极与所述电感的第一端电连接；

所述第二开关晶体管的控制极与所述第二开关控制端电连接，所述第二开关晶体管的第一极与所述电感的第一端电连接，所述第二开关晶体管的第二极与所述负总线电容的第二极板电连接。

更具体的，所述第一开关电路还可以包括第一二极管，所述第二开关电路还可以包括第二二极管；

所述第一二极管的阳极与所述第一开关晶体管的第二极电连接，所述第一二极管的阴极与所述第一开关晶体管的第一极电连接；

所述第二二极管的阳极与所述第二开关晶体管的第二极电连接，所述第二二极管的阴极与所述第二开关晶体管的第一极电连接。

如图4所示，在图3所示的电源装置的实施例的基础上，

所述第一开关电路包括第一开关晶体管Q1和第一二极管D41，所述第二开关电路包括第二开关晶体管Q2的第二二极管D42；

所述第一开关晶体管Q1的基极与所述第一开关控制端S1电连接，所述第一开关晶体管Q1的集电极与所述正总线电容C1的第一极板电连接，所述第一开关晶体管Q1的发射极与所述电感L的第一端电连接；

所述第二开关晶体管Q2的基极与所述第二开关控制端S2电连接，所述第二开关晶体管Q2的集电极与所述电感L的第一端电连接，所述第二开关晶体管Q2的发射极与所述负总线电容C2的第二极板电连接；

所述第一二极管D41的阳极与所述第一开关晶体管Q1的发射极电连接，所述第一二极管D41的阴极与所述第一开关晶体管Q1的集电极电连接；

所述第二二极管D42的阳极与所述第二开关晶体管Q2的发射极电连接，所述第二二极管D42的阴极与所述第二开关晶体管Q2的集电极电连接；

负载L1与存储电容C并联。

在图4所示的实施例中，Q1和Q2都为npn型三极管，但不以此为限。

在具体实施时，Q1和Q2也可以都为pnp型三极管。

在图4所示的实施例中，所述负载L1为变压器的初级线圈，但不以此为限。在图4所示的实施例中，流过L1的电流即为变压器的初级线圈的励磁电流Im。

在实际操作时，Q1和Q2还可以为其他类型的晶体管，例如，可以为薄膜晶体管或场效应晶体管，此时，控制极可以为栅极，第一极可以为源极或漏极，第二极可以为漏极或源极，但不以此为限。

在图4所示的电源装置的实施例中，C1、C2、Q1、Q2、L和C组成UPS中的两电平半桥逆变器。

如图5所示，标号为TP的为正半周期，标号为TN的为负半周期；

在正半周期TP，S1提供PWM(脉宽调制)信号，S2提供低电平信号；在负半周期TN，S1提供低电平信号，S2提供PWM信号。

在具体实施时，在不间断电源刚开始为变压器负载提供交流电压Vp时，所述频率控制电路20可以通过控制逐渐提升TP持续的时间和TN持续的时间，以控制逐渐降低所述交流电压Vp的频率。

在实际操作时，在图5中，在正半周期TP，第二开关控制信号也可以与第一开关控制信号反相，在负半周期TN，第一开关控制信号也可以与第二开关控制信号反相，但不以此为限。

图4所示的电源装置的实施例在工作时，所述频率控制电路20可以通过控制第一开关控制信号和第二开关控制信号，控制不间断电源生成的交流电压Vp的频率。

图6A和图6B示出了图4所示的电源装置的实施例在正半周期的电流路径。

如图6A所示，在正半周期，当Q1导通，Q2截止时，电流路径为依次流经C1、Q1、L，再流经C和L1。

如图6B所示，在正半周期，当Q1截止，Q2导通时，电流路径为依次流经L、C和L1、C2、Q2。

如图6A和图6B所示，负载L1为变压器负载(也即C与变压器的初级线圈并联)，当Q1导通时，C1将向负载L1提供能量，并C1两端的电压会降低；当Q2截止时，由于变压器负载的性质，流经L的电流方向不变，变压器负载的能量将会释放，因此C2两端的电压会相应的升高。

图7A和图7B示出了图4所示的电源装置的实施例在负半周期的电流路径。

如图7A所示，在负半周期，当Q2导通，Q1截止时，电流路径为依次流经C2、C和L1、L、Q2。

如图7B所示，在负半周期，当Q2截止，Q1导通时，电流路径为依次流经L、Q1、C1、C和L1。

如图7A和图7B所示，在负半周期，当Q2导通，Q1截止时，C2两端的电压会降低；当Q2截止，Q1导通时，C1两端的电压会升高。

图4所示的电源装置的实施例在工作时，如果负载电流(当负载L1为变压器负载时，负载电流为变压器的初级线圈的励磁电流)在正半周期和负半周期之间平衡，则正DC总线电压(正DC总线电压为C1两端的电压)和负DC总线电压(负DC总线电压为C2两端的电压)也将保持平衡状态；而如果负载电流在正半周期和负半周期之间不平衡(如图1b中的变压器的初级线圈的励磁电流的波形，正半周期的励磁电流大于负半周期的励磁电流)，负DC总线电压会快速升高，最终，负DC总线电压降超过C2的额定电压，还会给UPS带来风险；此外，短时间内的大的非平衡电流还会造成对Q1和Q2的电流压力；基于此，本实用新型实施例所述的电源装置通过采用频率控制电路20，通过在不间断电源刚为变压器负载提供交流电压时，控制交流电压的频率逐渐降低，可以使得变压器的初级线圈的励磁电流在正半周期和负半周期相差不大，从而可以降低负DC总线电压，也不会对Q1和Q2造成大的电流压力，提升不间断电源的可靠性和稳定性。

根据另一种具体实施方式，所述不间断电源包括正总线电容、负总线电容、第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路、第一导通控制电路、第二导通控制电路、电感和存储电容；

所述正总线电容的第一极板与所述第一开关电路的第一端电连接，所述正总线电容的第二极板与所述负总线电容的第一极板电连接；

所述第一开关电路的控制端与第一开关控制端电连接，所述第一开关电路的第二端与所述第二开关电路的第一端电连接；所述第一开关电路用于在第一开关控制端提供的第一开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述正总线电容的第一极板与所述第二开关电路的第一端之间的连接；

所述第二开关电路的控制端与第二开关控制端电连接，所述第二开关电路的第二端与所述电感的第一端电连接；所述第二开关电路用于在所述第二开关控制端提供的第二开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述第一开关电路的第二端与所述电感的第一端之间的连接；

所述第三开关电路的控制端与第三开关控制端电连接，所述第三开关电路的第一端与所述电感的第一端电连接，所述第三开关电路的第二端与所述第四开关电路的第一端电连接；所述第三开关电路用于在第三开关控制端提供的第三开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述电感的第一端与所述第四开关电路的第一端之间的连接；

所述第四开关电路的控制端与第四开关控制端电连接，所述第四开关电路的第二端与所述负总线电容的第二极板电连接；所述第四开关电路用于在所述第四开关控制端提供的第四开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述第三开关电路的第二端与所述负总线电容的第二极板之间的连接；

所述第一导通控制电路设置于所述正总线电容的第二极板与所述第一开关电路的第一端之间，所述第一导通控制电路用于仅允许从所述正总线电容的第二极板流向所述第一开关电路的第一端的电流通过；

所述第二导通控制电路设置于所述第三开关电路的第二端与所述正总线电容的第二极板之间，所述第二导通控制电路用于仅允许从所述第三开关电路的第二端与所述正总线电容的第二极板的电流通过；

所述电感的第二端与所述存储电容的第一极板电连接，所述存储电容的第二极板与地端电连接，所述正总线电容的第二极板与地端电连接；

所述存储电容两端的电压为所述交流电压。

具体的，所述频率控制电路可以用于通过控制所述第一开关控制信号、所述第二开关控制信号、所述第三开关控制信号和所述第四开关控制信号，以控制所述交流电压的频率。

如图8所示，所述不间断电源包括正总线电容C1、负总线电容C2、第一开关电路31、第二开关电路32、第三开关电路33、第四开关电路34、第一导通控制电路81、第二导通控制电路82、电感L和存储电容C；

所述正总线电容C1的第一极板与所述第一开关电路31的第一端电连接，所述正总线电容C1的第二极板与所述负总线电容C1的第一极板电连接；

所述第一开关电路31的控制端与第一开关控制端S1电连接，所述第一开关电路31的第二端与所述第二开关电路32的第一端电连接；所述第一开关电路31用于在第一开关控制端S1提供的第一开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述正总线电容C1的第一极板与所述第二开关电路32的第一端之间的连接；

所述第二开关电路32的控制端与第二开关控制端S2电连接，所述第二开关电路32的第二端与所述电感L的第一端电连接；所述第二开关电路32用于在所述第二开关控制端S2提供的第二开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述第一开关电路31的第二端与所述电感L的第一端之间的连接；

所述第三开关电路33的控制端与第三开关控制端S3电连接，所述第三开关电路33的第一端与所述电感L的第一端电连接，所述第三开关电路33的第二端与所述第四开关电路34的第一端电连接；所述第三开关电路33用于在第三开关控制端S3提供的第三开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述电感L的第一端与所述第四开关电路34的第一端之间的连接；

所述第四开关电路34的控制端与第四开关控制端S4电连接，所述第四开关电路34的第二端与所述负总线电容C2的第二极板电连接；所述第四开关电路34用于在所述第四开关控制端S4提供的第四开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述第三开关电路33的第二端与所述负总线电容C2的第二极板之间的连接；

所述第一导通控制电路81设置于所述正总线电容C1的第二极板与所述第一开关电路31的第一端之间，所述第一导通控制电路81用于仅允许从所述正总线电容C1的第二极板流向所述第一开关电路31的第一端的电流通过；

所述第二导通控制电路82设置于所述第三开关电路33的第二端与所述正总线电容C1的第二极板之间，所述第二导通控制电路82用于仅允许从所述第三开关电路33的第二端与所述正总线电容C1的第二极板的电流通过；

所述电感L的第二端与所述存储电容C的第一极板电连接，所述存储电容C的第二极板与地端GND电连接，所述正总线电容C1的第二极板与地端GND电连接；

所述存储电容C两端的电压为所述交流电压Vp；

所述频率控制电路20分别与所述第一开关控制端S1、所述第二开关控制端S2、所述第三开关控制端S3和所述第四开关控制端S4电连接，用于通过控制所述第一开关控制信号、所述第二开关控制信号、所述第三开关控制信号和所述第四开关控制信号，以控制所述交流电压的频率。

具体的，所述第一导通控制电路可以包括第一导通控制二极管，所述第二导通控制电路可以包括第二导通控制二极管；

所述第一导通控制二极管的阳极与所述正总线电容的第二极板电连接，所述第一导通控制二极管的阴极与所述第一开关电路的第二端电连接；

所述第二导通控制二极管的阳极与所述第三开关电路的第二端电连接，所述第二导通控制二极管的阴极与所述正总线电容的第二极板电连接。

具体的，所述第一开关电路可以包括第一开关晶体管，所述第二开关电路可以包括第二开关晶体管，所述第三开关电路可以包括第三开关晶体管，所述第四开关电路可以包括第四开关晶体管；

所述第一开关晶体管的控制极与第一开关控制端电连接，所述第一开关晶体管的第一极与所述正总线电容的第一极板电连接，所述第一开关晶体管的第二极与所述第二开关晶体管的第一极电连接；

所述第二开关晶体管的控制极与第二开关控制端电连接，所述第二开关晶体管的第二极与所述电感的第一端电连接；

所述第三开关晶体管的控制极与第三开关控制端电连接，所述第三开关晶体管的第一极与所述电感的第一端电连接，所述第三开关晶体管的第二极与所述第四开关晶体管的第一极电连接；

所述第四开关晶体管的控制极与第四开关控制端电连接，所述第四开关晶体管的第二极与所述负总线电容的第二极板电连接。

更具体的，所述第一开关电路还可以包括第一二极管，所述第二开关电路还可以包括第二二极管，所述第三开关电路还可以包括第三二极管，所述第四开关电路还可以包括第四二极管；

所述第一二极管的阳极与第一开关晶体管的第二极电连接，所述第一二极管的阴极与第一开关晶体管的第一极电连接；

所述第二二极管的阳极与第二开关晶体管的第二极电连接，所述第二二极管的阴极与第二开关晶体管的第一极电连接；

所述第三二极管的阳极与第三开关晶体管的第二极电连接，所述第三二极管的阴极与第三开关晶体管的第一极电连接；

所述第四二极管的阳极与第四开关晶体管的第二极电连接，所述第四二极管的阴极与第四开关晶体管的第一极电连接。

如图9所示，在图8所示的电源装置的实施例的基础上，

所述第一开关电路包括第一开关晶体管Q1和第一二极管D41，所述第二开关电路包括第二开关晶体管Q2和第二二极管D42，所述第三开关电路包括第三开关晶体管Q3和第三二极管D43，所述第四开关电路包括第四开关晶体管Q4和第四二极管D44；

所述第一开关晶体管Q1的基极与第一开关控制端S1电连接，所述第一开关晶体管Q1的集电极与所述正总线电容C1的第一极板电连接，所述第一开关晶体管Q2的发射极与所述第二开关晶体管Q2的集电极电连接；

D41的阳极与Q1的发射极电连接，D41的阴极与Q1的集电极电连接；

所述第二开关晶体管Q2的基极与第二开关控制端S2电连接，所述第二开关晶体管Q2的发射极与所述电感L的第一端电连接；

D42的阳极与Q2的发射极电连接，D42的阴极与Q2的集电极电连接；

所述第三开关晶体管Q3的基极与第三开关控制端S3电连接，所述第三开关晶体管Q3的集电极与所述电感L的第一端电连接，所述第三开关晶体管Q3的发射极与所述第四开关晶体管Q4的集电极电连接；

D43的阳极与Q3的发射极电连接，D43的阴极与Q3的集电极电连接；

所述第四开关晶体管Q4的基极与第四开关控制端S4电连接，所述第四开关晶体管Q4的发射极与所述负总线电容C2的第二极板电连接；

D44的阳极与Q4的发射极电连接，D44的阴极与Q4的集电极电连接；

所述第一导通控制电路包括第一导通控制二极管D1，所述第二导通控制电路可以包括第二导通控制二极管D2；

所述第一导通控制二极管D1的阳极与所述正总线电容C1的第二端电连接，所述第一导通控制二极管D1的阴极与所述第一开关晶体管Q1的发射极电连接；

所述第二导通控制二极管D2的阳极与所述第三开关晶体管Q3的发射极电连接，所述第二导通控制二极管D2的阴极与所述正总线电容C1的第二极板电连接。

在图9中，标号为L1的为负载，L1与C并联。

在图9所示的电源装置的实施例中，Q1、Q2、Q3和Q4都为npn型三极管，但不以此为限。

在具体实施时，Q1、Q2、Q3和Q4也可以为pnp型三极管。

在具体实施时，以上各晶体管也可以为薄膜晶体管或场效应晶体管，此时，控制极为栅极，第一极为源极或漏极，第二极为漏极或源极。

图10是图9所示的电源装置的实施例在工作时，S1提供的第一开关控制信号的波形图、S2提供的第二开关控制信号的波形图、S3提供的第三开关控制信号的波形图，以及，S4提供的第四开关控制信号的波形图。

在图10中，标号为TP的为正半周期，标号为TN的为负半周期，本实用新型如图9所示的电源装置的实施例在工作时，当L1为变压器负载时，也即C与变压器的初级线圈并联时，频率控制电路20可以通过控制TP持续的时间和TN持续的时间，以控制所述交流电压Vp的频率；

在具体实施时，在不间断电源刚开始为变压器负载提供交流电压Vp时，所述频率控制电路20可以通过控制逐渐提升TP持续的时间和TN持续的时间，以控制逐渐降低所述交流电压Vp的频率。

如图10所示，在正半周期TP，Q1提供的第一开关控制信号和Q3提供的第三开关控制信号为PWM(脉宽调制)信号，Q2提供的第二开关控制信号为高电平信号，Q4提供的第四开关控制信号为低电平信号，所述第一开关控制信号和所述第三开关控制信号反相；

在负半周期TN，Q2提供的第二开关控制信号和Q4提供的第四开关控制信号为PWM(脉宽调制)信号，Q1提供的第二开关控制信号为低电平信号，Q3提供的第三开关控制信号为高电平信号，所述第二开关控制信号和所述第四开关控制信号反相。

在图9所示的电源装置的实施例中，不间断电源包括三电平半桥逆变器。

在图9所示的电源装置的实施例中，L1为变压器负载，C与变压器的初级线圈并联，流过L1的电流为变压器的初级线圈的励磁电流Im。

如图11A所示，在正半周期，当Q1导通，Q2导通，Q3和Q4截止时，电流路径为依次流经C1、Q1、Q2、L、C和L1；

如图11B所示，在正半周期，当Q1截止、Q2导通时，电流路径为依次流经D1、Q2、L、C和L1。

如图12A所示，在负半周期，当Q1截止，Q2截止，Q3导通，Q4导通时，此时，电流路径为依次流经Q3、Q4、C2、C和L1、L；

如图12B所示，在负半周期，当Q2导通，Q1截止，Q4截止，Q3导通时，电流路径为依次流经Q3、D2、C和L1、L；

图9所示的电源装置的实施例在工作时，如果负载电流(当负载L1为变压器负载时，负载电流为变压器的初级线圈的励磁电流)在正半周期和负半周期之间平衡，则正DC总线电压(正DC总线电压为C1两端的电压)和负DC总线电压(负DC总线电压为C2两端的电压)也将保持平衡状态；而如果负载电流在正半周期和负半周期之间不平衡(如图1b中的变压器的初级线圈的励磁电流的波形，正半周期的励磁电流大于负半周期的励磁电流)，负DC总线电压会快速升高，最终，负DC总线电压降超过C2的额定电压，还会给UPS带来风险；此外，短时间内的大的非平衡电流还会造成对Q1、Q2、Q3和Q4的电流压力；基于此，本实用新型实施例所述的电源装置通过采用频率控制电路20，通过在不间断电源刚为变压器负载提供交流电压时，控制交流电压的频率逐渐降低，可以使得变压器的初级线圈的励磁电流在正半周期和负半周期相差不大，从而可以降低负DC总线电压，也不会对Q1、Q2、Q3和Q4造成大的电流压力，提升不间断电源的可靠性和稳定性。

本实用新型实施例提供了一种电源装置的新的控制方法，其能够通过UPS连接变压器时逐渐改变UPS输出的交流电压的频率，来减小变压器的初级线圈的励磁电流，这种方法能够有效解决DC总线电压过大而超过相应的电容的额定电压的问题，并能减小开关器件的电流压力，并且不会增加硬件成本并且不影响输出电压性能。

在实际操作时，当UPS提供交流电压至变压器的初级线圈时，初级线圈的磁通量Φ如下：

Φ＝Φ_msinωt；其中，Φ_m为最大磁通量，ω是交流电压的相位角；

感应电动势e₁的公式如下:

其中，e₁为变压器的初级线圈的感应电动势，

其中，N₁是变压器的初级线圈的匝数，E_1m等于ωN₁Φ_m；E_1m是最大感应电动势；

e₁的RMS值(均方根值)E₁如下：

其中，f为UPS输出的交流电压的频率；

如果忽略变压器的阻抗损失：

U₁≈E₁＝4.44fN₁Φ_m。

其中，U₁是变压器的初级线圈输出的电压。

根据磁路欧姆定律中磁场与励磁电流之间的关系，能够确定通过减小磁通量将会降低励磁电流，磁通量与变压器运转时变压器工作频率相关，所述变压器工作频率也即UPS提供至变压器的初级线圈的交流电压的频率。升高频率能够减小磁通量，因此，变压器的初级线圈的励磁电流随着所述交流电压的频率的升高而降低。本实用新型实施例基于励磁电流与交流电压的功率之间的关系，在UPS启动并开始为变压器负载提供交流电压后，频率控制电路逐渐降低所述交流电压的频率，直至将该频率降为标称频率；所述交流电压的RMS值在频率变化期间保持恒定。

整个频率转换过程可以如图13所示，在图13中，纵轴是交流电压Vp，横轴是UPS为变压器负载提供交流电压Vp的时间t。

如图13所示，交流电压Vp的频率在六个逆变周期内依次降低，第一逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率为100赫兹；在第二逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率为83.3赫兹；在第三逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率为71.4赫兹；在第四逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率为62.5赫兹；在第五逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率为55.5赫兹；在第六逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率为50赫兹。

在图13中，第一逆变周期持续的时间为10ms，第二逆变周期持续的时间为12ms，第三逆变周期持续的时间为14ms，第四逆变周期持续的时间为16ms，第五逆变周期持续的时间为18ms，第六逆变周期持续的时间为20ms，但不以此为限。

在具体实施时，在第六逆变周期之后，所述频率控制电路可以控制维持所述交流电压的频率为50赫兹。

通过上述对交流电压的频率的调整，可以在UPS刚为变压器负载提供交流电压时，改善变压器的初级绕组的励磁电流在正半周期和负半周期的不平衡性，从而可以降低负DC总线电压，也不会对开关器件造成大的电流压力，提升不间断电源的可靠性和稳定性。

本实用新型实施例所述的电源装置在工作时，不间断电源生成交流电压，频率控制电路控制所述不间断电源生成的交流电压的频率。

具体的，不间断电源提供所述交流电压至变压器的初级线圈；

在所述不间断电源提供所述交流电压至变压器的初级线圈开始预定时间内，所述频率控制电路控制逐渐降低所述交流电压的频率。

具体的，在所述不间断电源提供所述交流电压至变压器的初级线圈开始预定时间后，所述频率控制电路控制维持所述交流电压的频率。

在具体实施时，所述预定时间可以根据实际情况选定。

根据一种具体实施方式，所述预定时间可以为六个逆变周期；

所述在所述不间断电源提供所述交流电压至变压器的初级线圈开始预定时间内，所述频率控制电路控制逐渐降低所述交流电压的频率的具体步骤可以如下：

在第一逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率大于或等于100赫兹而小于或等于150赫兹；

在第二逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率为大于或等于78赫兹而小于或等于90赫兹；

在第三逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率大于或等于70赫兹而小于或等于73赫兹；

在第四逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率为大于或等于60赫兹而小于或等于65赫兹；

在第五逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率大于或等于54赫兹而小于或等于58赫兹；

在第六逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率大于或等于48赫兹而小于或等于52赫兹。

更具体的，在第一逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率可以为100赫兹；

在第二逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率可以为83.3赫兹；

在第三逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率可以为71.4赫兹；

在第四逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率可以为62.5赫兹；

在第五逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率可以为55.5赫兹；

在第六逆变周期，所述频率控制电路控制所述交流电压的频率可以为50赫兹。

以上列举的频率控制电路控制降低交流电压的频率的具体实施例，以及预定时间的取值仅用于举例，并不对本实用新型的范围进行限定。

本实用新型实施例所提供的显示装置可以为手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种电源装置，其特征在于，包括不间断电源和频率控制电路；

所述不间断电源用于生成交流电压；

所述频率控制电路与所述不间断电源电连接，用于控制所述不间断电源生成的交流电压的频率。

2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述不间断电源包括正总线电容、负总线电容、第一开关电路、第二开关电路、电感和存储电容；

所述正总线电容的第一极板与所述第一开关电路的第一端电连接，所述正总线电容的第二极板与所述负总线电容的第一极板电连接；

所述第一开关电路的控制端与第一开关控制端电连接，所述第一开关电路的第二端与所述电感的第一端电连接，所述第一开关电路用于在所述第一开关控制端提供的第一开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述正总线电容的第一极板与所述电感的第一端之间的连接；

所述第二开关电路的控制端与第二开关控制端电连接，所述第二开关电路的第一端与所述电感的第一端电连接，所述第二开关电路的第二端与所述负总线电容的第二极板电连接；所述第二开关电路用于在所述第二开关控制端提供的第二开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述电感的第一端与所述负总线电容的第二极板之间的连接；

所述电感的第二端与所述存储电容的第一极板电连接，所述存储电容的第二极板与所述负总线电容的第一极板电连接；

所述存储电容两端的电压为所述交流电压。

3.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述频率控制电路分别与所述第一开关控制端和所述第二开关控制端电连接，用于通过控制所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号，以控制所述交流电压的频率。

4.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述第一开关电路包括第一开关晶体管，所述第二开关电路包括第二开关晶体管；

所述第一开关晶体管的控制极与所述第一开关控制端电连接，所述第一开关晶体管的第一极与所述正总线电容的第一极板电连接，所述第一开关晶体管的第二极与所述电感的第一端电连接；

所述第二开关晶体管的控制极与所述第二开关控制端电连接，所述第二开关晶体管的第一极与所述电感的第一端电连接，所述第二开关晶体管的第二极与所述负总线电容的第二极板电连接。

5.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述不间断电源包括正总线电容、负总线电容、第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路、第一导通控制电路、第二导通控制电路、电感和存储电容；

所述正总线电容的第一极板与所述第一开关电路的第一端电连接，所述正总线电容的第二极板与所述负总线电容的第一极板电连接；

所述第一开关电路的控制端与第一开关控制端电连接，所述第一开关电路的第二端与所述第二开关电路的第一端电连接；所述第一开关电路用于在第一开关控制端提供的第一开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述正总线电容的第一极板与所述第二开关电路的第一端之间的连接；

所述第二开关电路的控制端与第二开关控制端电连接，所述第二开关电路的第二端与所述电感的第一端电连接；所述第二开关电路用于在所述第二开关控制端提供的第二开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述第一开关电路的第二端与所述电感的第一端之间的连接；

所述第三开关电路的控制端与第三开关控制端电连接，所述第三开关电路的第一端与所述电感的第一端电连接，所述第三开关电路的第二端与所述第四开关电路的第一端电连接；所述第三开关电路用于在第三开关控制端提供的第三开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述电感的第一端与所述第四开关电路的第一端之间的连接；

所述第四开关电路的控制端与第四开关控制端电连接，所述第四开关电路的第二端与所述负总线电容的第二极板电连接；所述第四开关电路用于在所述第四开关控制端提供的第四开关控制信号的控制下，控制导通或断开所述第三开关电路的第二端与所述负总线电容的第二极板之间的连接；

所述第一导通控制电路设置于所述正总线电容的第二极板与所述第一开关电路的第一端之间，所述第一导通控制电路用于仅允许从所述正总线电容的第二极板流向所述第一开关电路的第一端的电流通过；

所述第二导通控制电路设置于所述第三开关电路的第二端与所述正总线电容的第二极板之间，所述第二导通控制电路用于仅允许从所述第三开关电路的第二端与所述正总线电容的第二极板的电流通过；

所述电感的第二端与所述存储电容的第一极板电连接，所述存储电容的第二极板与地端电连接，所述正总线电容的第二极板与地端电连接；

所述存储电容两端的电压为所述交流电压。

6.如权利要求5所述的电源装置，其特征在于，所述频率控制电路分别与所述第一开关控制端、所述第二开关控制端、所述第三开关控制端和所述第四开关控制端电连接，用于通过控制所述第一开关控制信号、所述第二开关控制信号、所述第三开关控制信号和所述第四开关控制信号，以控制所述交流电压的频率。

7.如权利要求5所述的电源装置，其特征在于，所述第一导通控制电路包括第一导通控制二极管，所述第二导通控制电路包括第二导通控制二极管；

所述第一导通控制二极管的阳极与所述正总线电容的第二极板电连接，所述第一导通控制二极管的阴极与所述第一开关电路的第二端电连接；

所述第二导通控制二极管的阳极与所述第三开关电路的第二端电连接，所述第二导通控制二极管的阴极与所述正总线电容的第二极板电连接。

8.如权利要求5所述的电源装置，其特征在于，所述第一开关电路包括第一开关晶体管，所述第二开关电路包括第二开关晶体管，所述第三开关电路包括第三开关晶体管，所述第四开关电路包括第四开关晶体管；

所述第一开关晶体管的控制极与第一开关控制端电连接，所述第一开关晶体管的第一极与所述正总线电容的第一极板电连接，所述第一开关晶体管的第二极与所述第二开关晶体管的第一极电连接；

所述第二开关晶体管的控制极与第二开关控制端电连接，所述第二开关晶体管的第二极与所述电感的第一端电连接；

所述第三开关晶体管的控制极与第三开关控制端电连接，所述第三开关晶体管的第一极与所述电感的第一端电连接，所述第三开关晶体管的第二极与所述第四开关晶体管的第一极电连接；

所述第四开关晶体管的控制极与第四开关控制端电连接，所述第四开关晶体管的第二极与所述负总线电容的第二极板电连接。

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