CN212137355U - 一种ups的电池充电系统及ups - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种UPS的电池充电系统，包括交流输入电路、整流电路、充电电路及电池组，所述整流电路分别与所述交流输入电路以及所述充电电路电连接，所述充电电路分别与所述整流电路以及所述电池组电连接。本实用新型同时公开了一种具有该电池充电系统的UPS。通过本实用新型实施例的技术方案，交流输入电路输入的交流电经过整流电路后斩波升压到正负直流母线的电压值，在输入交流正半周波内，对正母线进行储能，在输入交流负半周波内，对负母线进行储能，充电电路输入端的储能器件从正负直流母线取电后，经Buck变换器的变换作用输出，对电池组进行充电。由于采用非隔离的Buck变换器对充电电池进行充电，单个Buck变换器就能实现较大的充电功率，其控制简单，成本低。

Description

一种UPS的电池充电系统及UPS

技术领域

本实用新型涉及电源技术，尤其涉及一种UPS的电池充电系统和具有该电池充电系统的UPS。

背景技术

在UPS系统中，电池充电器是一个重要的组成部分。充电器拓扑的选择对于UPS的成本有很大的影响。目前UPS的充电器大多采用隔离变换器，使用隔离变换器的拓扑方案主要有反激或正激变换器等，其缺点是效率低，功率转换受到限制。当需要大功率充电器时，则需要多个变换器并联，成本急剧上升。且使用隔离变换器拓扑的充电器大多充电电流和电压只能设定在某一个或两个值，充电电流和电压不能任意调整，无法实现充电器的数字化。

实用新型内容

本实用新型主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种控制方式简单，能以较低成本实现较大充电功率的UPS的电池充电系统。

本实用新型的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种具有以上优点的UPS。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种UPS的电池充电系统，包括交流输入电路、整流电路、充电电路及电池组，所述整流电路分别与所述交流输入电路以及所述充电电路电连接，所述充电电路分别与所述整流电路以及所述电池组电连接；其中：

当所述交流输入电路输入交流电时，所述交流电经过所述整流电路后斩波升压到正负直流母线的电压值，在输入交流正半周波内，对正母线进行储能，在输入交流负半周波内，对负母线进行储能，所述充电电路的输入端从所述正负直流母线取电后斩波降压对所述电池组进行充电。

本实用新型提供一种UPS的电池充电系统，所述整流电路包括第一可控开关管、第二可控开关管、第一电感、第二电感、第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容以及第二电容，所述第一可控开关管的阳极与所述第二可控开关管的阴极电连接，交点耦合到所述交流输入电路的交流输入火线，所述第一可控开关管的阴极与所述第一电感的第一端电连接，所述第一电感的第二端分别与所述第一开关管的漏极以及所述第一二极管的阳极电连接，所述第一二极管的阴极与所述第一电容的第一端以及所述正母线电连接，所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端、所述第一开关管的源极以及所述第二开关管的漏极同接至所述交流输入电路的交流输入中线，所述第二开关管的源极与所述第二二极管的阴极、所述第二电感的第一端电连接，所述第二二极管的阳极与所述第二电容的第二端以及所述负母线电连接，所述第二电感的第二端与所述第二可控开关管的阳极电连接。

在本实用新型提供的一种UPS的电池充电系统中，所述第一可控开关管、所述第二可控开关管为晶闸管或者IGBT，所述第一可控开关管以及所述第二可控开关管可对整流桥的通断进行控制。

在本实用新型提供的一种UPS的电池充电系统中，所述充电电路采用Buck变换器，所述Buck变换器具有储能器件，所述储能器件耦合在所述整流电路和所述正负直流母线之间，所述Buck变换器的输出端电连接到所述电池组。

在本实用新型提供的一种UPS的电池充电系统中，所述Buck变换器包括第三电容、第四电容、第三开关管、第四开关管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第三电感、第四电感、第五开关以及第六开关，所述第三电容的第一端与所述第三开关管的漏极以及所述正母线电连接，所述第三开关管的源极与所述第三电感的第一端以及所述第三二极管的阴极电连接，所述第三电感的第二端与所述第四电容的第一端以及所述第四二极管的阳极电连接，所述第四二极管的阴极与所述第五开关的第一端电连接，所述第五开关的第二端与所述电池组的正极电连接，所述第三电容的第二端与所述第四开关管的源极以及所述负母线电连接，所述第四开关管的漏极与所述第四电感的第一端以及所述第三二极管的阳极电连接，所述第四电感的第二端与所述第四电容的第二端以及所述第五二极管的阴极电连接，所述第五二极管的阳极与所述第六开关的第一端电连接，所述第六开关的第二端与所述电池组的负极电连接。

在本实用新型提供的一种UPS的电池充电系统中，通过调整所述第三开关管、所述第四开关管的占空比，可以方便地调整充电电流和充电电压。

在本实用新型提供的一种UPS的电池充电系统中，所述第五开关、第六开关是可控开关器件，所述可控开关器件为继电器、晶闸管、MOSFET或IGBT。与现有技术比较本实用新型的有益效果在于：当交流输入电路输入交流电时，交流电经过整流电路后斩波升压到正负直流母线的电压值，在输入交流正半周波内，对正母线进行储能，在输入交流负半周波内，对负母线进行储能，充电电路输入端的储能器件从正负直流母线取电后，经Buck变换器的变换作用输出，对电池组进行充电。由于采用非隔离的Buck变换器对充电电池进行充电，使用单个Buck变换器就能实现较大的充电功率，其控制方式简洁，结构简单，能有效降低产品成本。此外，充电电流和充电电压可通过控制第三开关管、第四开关管的占空比进行调整，能任意调整充电电流和充电电压，实现充电器的数字化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种UPS的电池充电系统的示意框图；

图2为本实用新型实施例提供的一种UPS的电池充电系统的电路图；

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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型实施例说明书中所使用的术语仅仅是处于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型实施例。如在本实用新型实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其他情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1所示，图1为本实用新型实施例提供的一种UPS的电池充电系统的示意框图，本实用新型提供一种UPS的电池充电系统，该充电系统用于，由图可知，该充电系统包括交流输入电路10、整流电路20、充电电路30及电池组40，各主要部件的说明如下：

整流电路20分别与交流输入电路10以及充电电路30电连接，整流电路20用于将交流输入电路10输入的交流电斩波升压到正负直流母线(BUS+、BUS-)的电压值，在输入交流正半周波内对正母线(BUS+)进行储存能量，在输入交流负半周波内对负母线(BUS-)进行储存能量。

充电电路30分别与整流电路20以及电池组40电连接，充电电路主要为Buck变换器，其中Buck变换器输入端具有储能器件，储能器件优选为电容器，储能器件耦合在整流电路20和正负直流母线(BUS+、BUS-)之间，从正负直流母线(BUS+、BUS-)取电之后，经Buck变换器的变换作用输出，经过Buck变换器输出端给电池组40充电。

通过本实施例的技术方案，交流电输入后通过整流电路进行斩波升压转化满足直流正负母线端电压值需求，充电电路的储能器件能够方便地从正负母线端取电，经过Buck变换作用斩波降压输出直接给电池组进行充电，不需要变压器隔离，单个Buck变换器就能做到较大的充电功率，成本低。

如图2所示，图2为本实用新型实施例提供的一种UPS的电池充电系统的电路图，整流电路20包括第一可控开关管S1、第二可控开关管S2、第一电感L1、第二电感L2、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2，第一可控开关管S1的阳极与第二可控开关管S2的阴极电连接，交点耦合到交流输入电路10的交流输入火线L，第一可控开关管S1的阴极与第一电感L1的第一端电连接，第一电感L1的第二端分别与第一开关管Q1的漏极以及第一二极管D1的阳极电连接，第一二极管D1的阴极与第一电容C1的第一端以及正母线(BUS+)电连接，第一电容C1的第二端、第二电容C2的第一端、第一开关管Q1的源极以及第二开关管Q2的漏极同接至交流输入电路10的交流输入中线N，第二开关管Q2的源极与第二二极管D2的阴极、第二电感L2的第一端电连接，第二二极管D2的阳极与第二电容C2的第二端以及负母线(BUS-)电连接，第二电感L2的第二端与第二可控开关管S2的阳极电连接。

进一步地，充电电路30选用Buck变换器，其中Buck变换器具有储能器件，储能器件耦合在整流电路20和正负直流母线(BUS+、BUS-)之间，储能器件优选为电容器，在本实施例中储能器件即为第三电容C3。

进一步地，充电电路30还包括第四电容C4、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第三电感L3、第四电感L4、第五开关S5以及第六开关S6，第三电容C3的第一端与第三开关管Q3的漏极以及正母线(BUS+)电连接，第三开关管Q3的源极与第三电感L3的第一端以及第三二极管D3的阴极电连接，第三电感L3的第二端与第四电容C4的第一端以及第四二极管D4的阳极电连接，第四二极管D4的阴极与第五开关S5的第一端电连接，第五开关S5的第二端与电池组40的正极电连接，第三电容C3的第二端与第四开关管Q4的源极以及负母线(BUS-)电连接，第四开关管Q4的漏极与第四电感L4的第一端以及第三二极管D3的阳极电连接，第四电感L4的第二端与第四电容C4的第二端以及第五二极管D5的阴极电连接，第五二极管D5的阳极与第六开关S6的第一端电连接，第六开关S6的第二端与电池组40的负极电连接。

进一步地，第一可控开关管S1、第二可控开关管S2为晶闸管或者I GBT,可以对整流桥的通断进行控制。

进一步地，第五开关S5、第六开关S6是可控开关器件，可控开关器件为继电器、晶闸管、MOSFET或IGBT。

其工作原理具体如下：

交流输入中性线N通过第二电容C2、第二二极管D2、第二电感L2、第二可控开关管S2、交流输入L线构成的回路给负母线(BUS-)充电。在输入交流正半周波内，第一开关管Q1进行斩波工作，第一开关管Q1闭合时，交流电输入L线通过第一可控开关管S1、第一电感L1、第一开关管Q1、交流输入中线N构成的回路给第一电感L1储能；第一开关管Q1关断时，通过第一电感L1、第一二极管D1、第一电容C1、交流输入中性线N、交流输入L线、第一可控开关管S1构成的回路给正母线(BUS+)充电。

在输入交流负半周波内，第二开关管Q2进行斩波工作，第二开关管Q2闭合时，交流电输入中性线N通过第二开关管Q2、第二电感L2、第二可控开关管S2、交流输入L线构成的回路给第二电感L2储能；第二开关管Q2关断时，交流输入中性线N通过第二电容C2、第二二极管D2、第二电感L2、第二可控开关管S2、交流输入L线构成的回路给负母线(BUS-)充电。

第三电容C3作为Buck变换器的输入源，从正负母线上取电。能够维持一定的电压，电能在经Buck变换器作用后由其输出端输至电池组正负极(BAT+、BAT-)。第三开关管Q3、第四开关管Q4开通时，第五开关S5、第六开关S6闭合，通过第三电容C3、第三开关管Q3、第三电感L3、第四二极管D4、第五开关S5、电池组、第六开关S6、第五二极管D5、第四电感L4、第四开关管Q4构成的回路给电池组充电；第三开关管Q3、第四开关管Q4关断时，第三电感L3、一方面通过第四二极管D4、第五开关S5、电池组、第六开关S6、第五二极管D5、第四电感L4的回路续流给电池组充电。另一方面，第三电感L3通过第四电容C4、第四电感L4、第三二极管D3的回路续流。第四电容C4上储存的能量也可通过第四二极管D2、第五开关S5、电池组、第六开关S6、第五二极管D5给电池组充电。更具体的，可参考已知的Buck变换器的工作原理。经上述过程完成对电池组40的充电。

进一步地，在充电过程中，充电电流与充电电压的大小也可以对第三开关管Q3、第四开关管Q4的占空比进行调节来控制。

由以上分析可以看到，本实用新型的电池充电系统采用非隔离的Buck变换器，与传统的方案相比较，本实用新型控制简单，无需以多个变换器相并联，采用单个Buck变换器即可以得到较大的充电功率，降低了UPS的成本。

另一方面，本实用新型还提供了一种具有该电池充电系统的UPS，该UPS带市电输入和充电电池输入，该电池充电系统可利用市电输入对电池进行充电。与传统的UPS相比，本实用新型UPS不同在于具有该改进的电池充电系统，在优选的方案中，本实用新型UPS具体的电路设置可参见以上实施例的电池充电系统。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，尚且本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种UPS的电池充电系统，其特征在于，包括交流输入电路、整流电路、充电电路及电池组，所述整流电路分别与所述交流输入电路以及所述充电电路电连接，所述充电电路分别与所述整流电路以及所述电池组电连接；其中：

当所述交流输入电路输入交流电时，所述交流电经过所述整流电路后斩波升压到正负直流母线的电压值，在输入交流正半周波内，对正母线进行储能，在输入交流负半周波内，对负母线进行储能，所述充电电路的输入端从所述正负直流母线取电后斩波降压对所述电池组进行充电。

2.根据权利要求1所述的UPS的电池充电系统，其特征在于，所述整流电路包括第一可控开关管、第二可控开关管、第一电感、第二电感、第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容以及第二电容，所述第一可控开关管的阳极与所述第二可控开关管的阴极电连接，交点耦合到所述交流输入电路的交流输入火线，所述第一可控开关管的阴极与所述第一电感的第一端电连接，所述第一电感的第二端分别与所述第一开关管的漏极以及所述第一二极管的阳极电连接，所述第一二极管的阴极与所述第一电容的第一端以及所述正母线电连接，所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端、所述第一开关管的源极以及所述第二开关管的漏极同接至所述交流输入电路的交流输入中线，所述第二开关管的源极与所述第二二极管的阴极、所述第二电感的第一端电连接，所述第二二极管的阳极与所述第二电容的第二端以及所述负母线电连接，所述第二电感的第二端与所述第二可控开关管的阳极电连接。

3.根据权利要求2所述的UPS的电池充电系统，其特征在于，所述第一可控开关管、所述第二可控开关管为晶闸管或者IGBT，所述第一可控开关管以及所述第二可控开关管可对整流桥的通断进行控制。

4.根据权利要求2所述的UPS的电池充电系统，其特征在于，所述充电电路采用Buck变换器，所述Buck变换器具有储能器件，所述储能器件耦合在所述整流电路和所述正负直流母线之间，所述Buck变换器的输出端电连接到所述电池组。

5.根据权利要求4所述的UPS的电池充电系统，其特征在于，所述Buck变换器包括第三电容、第四电容、第三开关管、第四开关管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第三电感、第四电感、第五开关以及第六开关，所述第三电容的第一端与所述第三开关管的漏极以及所述正母线电连接，所述第三开关管的源极与所述第三电感的第一端以及所述第三二极管的阴极电连接，所述第三电感的第二端与所述第四电容的第一端以及所述第四二极管的阳极电连接，所述第四二极管的阴极与所述第五开关的第一端电连接，所述第五开关的第二端与所述电池组的正极电连接，所述第三电容的第二端与所述第四开关管的源极以及所述负母线电连接，所述第四开关管的漏极与所述第四电感的第一端以及所述第三二极管的阳极电连接，所述第四电感的第二端与所述第四电容的第二端以及所述第五二极管的阴极电连接，所述第五二极管的阳极与所述第六开关的第一端电连接，所述第六开关的第二端与所述电池组的负极电连接。

6.根据权利要求5所述的UPS的电池充电系统，其特征在于，所述第五开关、第六开关是可控开关器件，所述可控开关器件为继电器、晶闸管、MOSFET或IGBT。

7.一种UPS，其特征在于，包括：

如权利要求1至6任一项所述UPS的电池充电系统。

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