CN217427758U - 不间断电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种不间断电源，包括：交流输入端，其被配置为连接至市电；交流输出端，其被配置为连接至负载；依次连接在交流输入端和交流输出端之间的整流器和逆变器，整流器和逆变器之间连接有直流母线；电容元件，其连接在直流母线的正极和负极之间；以及可充电电池和双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器连接在可充电电池和直流母线之间，还包括直流母线充放电模块，其包括开关组件和至少一个电阻，开关组件包括放电开关和至少一个充电开关，其中，至少一个充电开关被配置为使得供电电源通过至少一个电阻给直流母线预充电；放电开关被配置为单独地或者与至少一个充电开关配合地使得直流母线通过所述至少一个电阻放电。

Description

不间断电源

技术领域

本实用新型属于电力电源领域，尤其涉及一种不间断电源。

背景技术

不间断电源(UPS)是一种向负载提供不间断、优质、可靠的交流电能，并具有实时保护和监控供电状态功能的供电设备，对改善供电质量、保证设备正常运行有着重要的作用。参见图1所示的一种现有技术的UPS的电路拓扑图，其主要包括整流器101、逆变器102、电池B和双向DC/DC变换器103。当市电输入正常时，市电通过整流器101和逆变器102给负载供电，同时，通过双向DC/DC变换器103给诸如电池B的存储设备存储电能；当市电中断时，UPS立即切换至电池模式继续运行；而当UPS故障时，转换至旁路支路继续给负载供电，从而实现不间断供电。继续参见图1，在交流输入端相线L1和交流输出端相线L2之间设置有输入开关K1和输出开关K3，在交流输入端中性线N1和交流输出端中性线N2之间设置有输入开关K2和输出开关K4，在电池B和双向DC/DC变换器103之间设置有开关K8和K9，在整流器101和逆变器102之间的正直流母线+BUS和负直流母线-BUS之间设置有电容C1和电容C2。对于这种类型的UPS，UPS在启动之前需要对直流母线进行预充电，也即给直流母线端的电容C1和C2充电，在UPS断电之后直流母线需要放电，即电容C1和C2需要放电。目前，直流母线预充电通常采用市电和电池进行预充电，通常称为UPS的“市电和电池冷启动功能”。如图1所示，预充电电路包括交流输入端二极管D1和D2，电池B正负端二极管D3和D4，正直流母线+BUS和电池B的正极之间设置的电阻R3和开关K5，以及在负直流母线-BUS和电池B的负极之间设置的电阻R4和开关K6。在UPS启动之前，先闭合开关K5和K6，市电和电池B同时给直流母线充电。具体地，市电充电电路依次通过输入端相线L1、二极管D1、电阻R3、电容C1、C2、电阻R4、二极管D2以及中性线N1构成充电回路，从而为电容C1、C2充电；电池充电电路依次通过电池B正极、二极管D3、电阻R3、电容C1、C2、电阻R4、二极管D4以及电池B负极构成充电回路，从而为电容C1、C2充电。而对于直流母线放电，如图1所示，在正直流母线+BUS和负直流母线-BUS之间设置彼此串联的电阻R1和R2作为放电电路，在UPS断电之后，母线电容C1和C2中存储的能量分别通过电阻R1和R2释放。具体地，电容C1的正极侧的电荷经过电阻R1到达其负极，电容C2的正极侧的电荷经电阻R2到达其负极。然而，图1所示的直流母线预充电电路和直流母线放电电路都需要专门设置的电阻器，而电阻器的设置会增加UPS的空间占用和功率消耗，使得UPS的体积增大、效率降低。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种不间断电源，包括：

交流输入端，其被配置为连接至市电；

交流输出端，其被配置为连接至负载；

依次连接在所述交流输入端和所述交流输出端之间的整流器和逆变器，所述整流器和所述逆变器之间连接有直流母线；

电容元件，其连接在所述直流母线的正极和负极之间；以及

可充电电池和双向DC/DC变换器，所述双向DC/DC变换器连接在所述可充电电池和所述直流母线之间，

还包括直流母线充放电模块，其包括开关组件和至少一个电阻，所述开关组件包括放电开关和至少一个充电开关，其中，所述至少一个充电开关被配置为使得供电电源通过所述至少一个电阻给所述直流母线预充电；所述放电开关被配置为单独地或者与所述至少一个充电开关配合地使得所述直流母线通过所述至少一个电阻放电。

根据本实用新型的不间断电源，优选地，所述供电电源包括市电和可充电电池中的至少一个。

根据本实用新型的不间断电源，优选地，所述供电电源包括市电，所述直流母线充放电模块还包括设置在所述交流输入端和所述开关组件之间的整流电路。

根据本实用新型的不间断电源，优选地，所述供电电源还包括可充电电池，所述可充电电池和所述开关组件之间设置有至少一个单向开关以防止市电反向流动至所述可充电电池。

根据本实用新型的不间断电源，优选地，所述单向开关为二极管。

根据本实用新型的不间断电源，优选地，所述至少一个充电开关包括第一充电开关和第二充电开关，所述放电开关的两端分别连接至所述第一充电开关的一端和所述第二充电开关的一端。

根据本实用新型的不间断电源，优选地，所述至少一个电阻包括第一电阻和第二电阻，其中，所述第一充电开关和所述第一电阻依次连接在所述供电电源的正极和所述直流母线的正极之间，所述第二充电开关和所述第二电阻依次连接在所述供电电源的负极和所述直流母线的负极之间。

根据本实用新型的不间断电源，优选地，所述放电开关的一端连接至所述第一充电开关和所述第一电阻之间的节点，所述放电开关的另一端连接至所述第二充电开关和所述第二电阻之间的节点。

根据本实用新型的不间断电源，优选地，所述开关组件还包括与所述放电开关串联的保险丝元件。

根据本实用新型的不间断电源，优选地，所述充电开关和所述放电开关为机械开关。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：节约了电阻器的使用数量，减小了UPS的占用空间，提高了UPS的工作效率。

附图说明

以下参照附图对本实用新型实施例作进一步说明，其中：

图1为一种现有技术的UPS的电路拓扑图；

图2为根据本实用新型的UPS的结构框图；

图3为根据本实用新型第一实施例的UPS的电路拓扑图；

图4示出本实用新型第一实施例的UPS的直流母线预充电电路；

图5示出根据本实用新型第一实施例的UPS的直流母线放电电路；

图6为根据本实用新型第二实施例的UPS的电路拓扑图；以及

图7为根据本实用新型第三实施例的UPS的电路拓扑图。

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，以下结合附图通过具体实施例对本实用新型进一步详细说明。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。

参见图2所述的根据本实用新型的UPS的结构框图。本实用新型的UPS包括设置在交流输入端I和交流输出端O之间的整流器1和逆变器2，整流器1和逆变器2之间连接有直流母线，正负直流母线之间连接有电容C，双向DC/DC变换器3连接在直流母线和可充电电池4之间。在市电模式，市电通过整流器1和逆变器2给负载供电，同时通过双向DC/DC变换器3给可充电电池4充电；在电池模式，可充电电池4通过双向DC/DC变换器3和逆变器2给负载供电。另外，本实用新型的UPS还包括开关组件5和至少一个电阻R，开关组件5包括充电开关和放电开关，当充电开关闭合时，供电电源通过至少一个电阻R给电容C预充电；当放电开关闭合时，放电开关单独地或者与充电开关配合地使得电容C和至少一个电阻R构成回路，从而使得电容C通过至少一个电阻R放电。在本实用新型中，给正负直流母线之间的电容C预充电也称为“直流母线预充电”，相应的电容C的放电也称为“直流母线放电”。优选地，市电或者可充电电池或者两者直接通过至少一个电阻R给直流母线预充电。当采用市电给直流母线预充电时，市电和开关组件5之间需要设置至少一个整流二极管，如果同时再用可充电电池4给直流母线充电，在可充电电池4和开关组件5之间需要设置单向开关，优选地设置二极管，以保证不会出现从市电到可充电电池4的反向电流。当然，也可以采用其他的电源给直流母线预充电，例如采用不间断电源中的辅助电源给直流母线预充电。本实用新型共享了不间断电源的直流母线充电电路和放电电路，通过不同开关的切换，实现直流母线的充放电，节约了电阻器的使用数量，减小了UPS的占用空间，提高了UPS的工作效率。下面通过具体实施例来介绍本实用新型的UPS。

第一实施例

参见图3所示的根据本实用新型第一实施例的UPS的电路拓扑图，其包括交流输入端和交流输出端以及连接在交流输入端和交流输出端之间的整流器101和逆变器102，整流器101的输入端与交流输入端之间设置有相线输入开关K1和中性线输入开关K2，逆变器102的输出端与交流输出端之间设置有相线输出开关K3和中性线输出开关K4，整流器101和逆变器102之间的正直流母线+BUS和负直流母线-BUS之间设置有彼此串联的第一电容C1和第二电容C2。另外，UPS还包括可充电电池B和双向DC/DC变换器103。双向DC/DC变换器103的第一DC端连接至正直流母线+BUS和负直流母线-BUS，第二DC端连接至可充电电池B的两端。双向DC/DC变换器103一方面可以将整流器101输出的直流电电压变换之后给可充电电池B充电，另一方面可以将可充电池B提供的直流电电压变换之后提供给逆变器102以转换为交流电，并继而给负载供电。可充电电池B的正负极和双向DC/DC变换器103的正负端之间分别设置有开关K8、K9。另外，该实施例的UPS还包括直流母线充放电模块，其包括依次串联在可充电电池B的正极和正直流母线+BUS之间的电池端二极管D3、充电开关K5和电阻R3，依次串联在可充电电池B的负极和负直流母线-BUS之间的电池端二极管D4、充电开关K6和电阻R4，以及放电开关K7，其中，二极管D3的正极连接至可充电电池B的正极，二极管D4的负极连接至可充电电池B的负极，开关K7的一端连接至电阻R3和开关K5之间的节点，另一端连接至电阻R4和开关K6之间的节点。另外，该实施例的直流母线充放电模块还包括市电端二极管D1和D2，二极管D1的正极连接至交流输入端相线L1，负极连接至二极管D3和开关K5之间的节点，二极管D2的正极连接至二极管D4和开关K6之间的节点，负极连接至交流输入端中性线N1。在该实施例中，市电端二极管D1和D2的作用是整流，本领域技术人员能够理解，整流二极管可以采用其他本领域已知的整流电路。电池端二极管D3和D4的作用是防止在预充电过程中市电反向流动至可充电电池B，同样的，防市电反灌二极管也并非必须采用两个，一个或者多于两个都可以。

该实施例的UPS的工作模式如下：

直流母线预充电模式：

在UPS启动之前，先对直流母线进行预充电。开关K5和K6闭合，开关K1、K2、K3、K4、K7、K8和K9断开，此时，市电通过二极管D1、D2整流后经由R3和R4给第一电容C1和第二电容C2充电，同时电池B通过二极管D3、D4经由R3和R4给第一电容C1和第二电容C2充电，从而实现直流母线的预充电，充电回路如图4所示。在预充电之后，闭合开关K1、K2、K3和K4，UPS正式启动。

市电模式：

市电通过逆变支路给负载供电。具体地，整流器101将市电交流输入转换为直流输出，逆变器102将整流器101的直流输出转换为稳定的交流输出提供给负载。与此同时，市电通过双向DC/DC变换器103给可充电电池B充电。

电池模式：

市电故障时，可充电电池B单独地给负载1供电。此时，双向DC/DC变换器103将来自可充电电池B的较不稳定的直流电转换为稳定的直流输出，再通过逆变器102转换为交流输出提供给负载。

旁路模式：

当UPS故障时，市电直接通过旁路支路给负载供电。

直流母线放电模式：

断开开关K1-K4，UPS停止工作，此时，断开开关K5、K6，闭合开关K7，此时，第一电容C1和第二电容C2存储的电能通过电阻R3和电阻R4释放，放电回路如图5所示。

在图3中，开关组件中的开关K7的两端分别连接至开关K5的右端点和开关K6的右端点。本领域技术人员能够理解，开关K7的两端还可以分别连接至开关K5和K6的左端点，分别连接至开关K5的左端点和开关K6的右端点，或者分别连接至开关K5的右端点和开关K6左端点，也即开关K7的两端分别连接至开关K5的一个端点和开关K7的一个端点，并不限定具体连接至哪一个端点。区别就是在直流母线放电模式，开关K5、K6和K7的断开闭合逻辑不同，目的是使得电容C1、C2和电阻R3、R4构成回路。例如，如果开关K7的两端分别连接至开关K5和K6的左端点，在直流母线放电模式，开关K5、K6和K7都闭合，也即，放电开关K7与充电开关K5和K6配合地使得直流母线通过电阻R3和电阻R4放电。

第二实施例

参见图6所示的根据本实用新型第二实施例的UPS的电路拓扑图，其与第一实施例的UPS的电路拓扑的区别就在于取消了市电预充电部分，仅采用电池进行直流母线预充电。具体地，在UPS启动之前，先对直流母线进行预充电。开关K5和K6闭合，开关K1、K2、K3、K4、K7、K8和K9断开，此时，电池B通过二极管D3、D4经由R3和R4给第一电容C1和第二电容C2充电，从而实现直流母线的预充电。本领域技术人员能够理解，在该实施例中，由于没有市电介入，所以二极管D3和D4不是必需的，可以去除。

第三实施例

参见图7所示的根据本实用新型第三实施例的UPS的电路拓扑图，其与第一实施例的UPS的电路拓扑的区别就在于取消了电池预充电部分，仅采用市电进行直流母线预充电。具体地，在UPS启动之前，先对直流母线进行预充电。开关K5和K6闭合，开关K1、K2、K3、K4、K7、K8和K9断开，此时，市电通过二极管D1、D2整流后经由R3和R4给第一电容C1和第二电容C2充电，从而实现直流母线的预充电。

在本实用新型中，图2-7所示的开关K7还可以串联一个保险丝元件来提高安全性。另外，开关K7需要满足UPS的系统要求。

本实用新型中的开关可以采用本领域公知的任何开关元件，例如机械开关、继电器、接触器等。

在本实用新型中，电阻R3和电阻R4也可以本领域公知的电阻元件来替代，还可以采用多个电阻来实现，例如多个电阻构成的串联电路。

在本实用新型中，第一电容和第二电容也可以采用单独的一个电容或者多于两个电容。

虽然本实用新型已经通过优选实施例进行了描述，然而本实用新型并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本实用新型范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (10)

1.一种不间断电源，包括：

交流输入端，其被配置为连接至市电；

交流输出端，其被配置为连接至负载；

依次连接在所述交流输入端和所述交流输出端之间的整流器和逆变器，所述整流器和所述逆变器之间连接有直流母线；

电容元件，其连接在所述直流母线的正极和负极之间；以及

可充电电池和双向DC/DC变换器，所述双向DC/DC变换器连接在所述可充电电池和所述直流母线之间，

其特征在于，还包括直流母线充放电模块，其包括开关组件和至少一个电阻，所述开关组件包括放电开关和至少一个充电开关，其中，所述至少一个充电开关被配置为使得供电电源通过所述至少一个电阻给所述直流母线预充电；所述放电开关被配置为单独地或者与所述至少一个充电开关配合地使得所述直流母线通过所述至少一个电阻放电。

2.根据权利要求1所述的不间断电源，其特征在于，所述供电电源包括市电和可充电电池中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的不间断电源，其特征在于，所述供电电源包括市电，所述直流母线充放电模块还包括设置在所述交流输入端和所述开关组件之间的整流电路。

4.根据权利要求3所述的不间断电源，其特征在于，所述供电电源还包括可充电电池，所述可充电电池和所述开关组件之间设置有至少一个单向开关以防止市电反向流动至所述可充电电池。

5.根据权利要求4所述的不间断电源，其特征在于，所述单向开关为二极管。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的不间断电源，其特征在于，所述至少一个充电开关包括第一充电开关和第二充电开关，所述放电开关的两端分别连接至所述第一充电开关的一端和所述第二充电开关的一端。

7.根据权利要求6所述的不间断电源，其特征在于，所述至少一个电阻包括第一电阻和第二电阻，其中，所述第一充电开关和所述第一电阻依次连接在所述供电电源的正极和所述直流母线的正极之间，所述第二充电开关和所述第二电阻依次连接在所述供电电源的负极和所述直流母线的负极之间。

8.根据权利要求7所述的不间断电源，其特征在于，所述放电开关的一端连接至所述第一充电开关和所述第一电阻之间的节点，所述放电开关的另一端连接至所述第二充电开关和所述第二电阻之间的节点。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的不间断电源，其特征在于，所述开关组件还包括与所述放电开关串联的保险丝元件。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的不间断电源，其特征在于，所述充电开关和所述放电开关为机械开关。

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