专利名称：一种ups模块及ups系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力电子技术，尤其涉及一种UPS模块及UPS系统。
背景技术：
UPS (Uninterruptible Power Supply,不间断电源)广泛应用于电力、电信、金融、政府、制造等多个行业，它可以保障在停电之后继续工作一段时间，使用户不致因停电而影响工作或丢失数据，还可以消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”。目前，在中小功率的UPS系统设计中，为了解决多个UPS模块并联时共用电池组的问题，如图1所示，传统的方法是将DC/DC变换单元300设计为隔离升压电路，例如采用图1中的隔离变压器Tl进行升压后，直接输出至直流母线，然后经逆变单元200逆变后输出至负载。这种方案的好处的DC/DC变换单元300与PFC整流单元100完全隔离开来而没有耦合，提高系统的可靠性。但实际上，这种完全隔离方案从成本、空间和效率角度来讲都不是最优的选择，其主要缺点在于:
1、DC/DC变换单元300采用传统的推挽电路，工作频率低，变压器Tl的体积和损耗增大、效率低；
2、DC/DC变换单元300与PFC整流单元100完全隔离，没有耦合回路，DC模式时无法利用PFC整流单元100，成本和效率无法做到最优；
3、这种完全隔离就导致变压器Tl的数量和体积增加，既占用了空间又增加了成本，这也与开关电源的小型化趋势相违背。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述UPS模块成本大、空间大，且工作效率低的缺陷，提供一种成本小、空间小且工作效率高的UPS模块。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种UPS模块，用于对电池组进行充放电，所述UPS模块包括依次连接的PFC整流单元和逆变单元，且所述PFC整流单元用于在交流市电正常时为正、负母线进行充电，所述UPS模块还包括DC/DC变换单元，所述DC/DC变换单元包括BUCK-BOOST电路，在交流市电异常时，所述DC/DC变换单元通过所述PFC整流单元为正母线充电，且通过所述BUCK-BOOST电路为负母线充电。在本发明所述的UPS模块中，所述DC/DC变换单元还包括第一开关，所述BUCK-B00ST电路包括第五开关管、二极管D5和储能电感L3，其中，第一开关的第一端连接电池组的正极，电池组的负极接中线，第一开关的第二端连接所述PFC整流单元的输入端，第五开关管的第二端接电池组的正极，第五开关管的第三端连接储能电感L3的第一端，储能电感L3的第二端接中线，二极管D5的正极连接负母线，二极管D5的负极连接储能电感L3的第二端。在本发明所述的UPS模块中，所述第一开关为继电器开关。
在本发明所述的UPS模块中，所述交流市电为两相，所述PFC整流单元包括储能电感L1、储能电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、反并联二极管的第一开关管、反并联二极管的第二开关管、反并联二极管的第三开关管、反并联二极管的第四开关管、滤波电容Cl，滤波电容C2 ;其中，储能电感LI的第一端连接第一相交流市电的输出端，储能电感LI的第二端分别连接二极管Dl的正极和二极管D3的负极，储能电感L2的第一端连接第二相交流市电的输出端，储能电感L2的第二端分别连接二极管D2的正极和二极管D4的负极，二极管Dl的负极和二极管D2的负极分别接正母线，二极管D3的正极和二极管D4的正极分别接负母线，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线，第一开关管的第二端连接二极管Dl的正极，第二开关管的第二端连接中线，第一开关管的第三端和第二开关管的第三端相连，第三开关管的第二端连接二极管D4的负极，第四开关管的第二端连接中线，第三开关管的第三端和第四开关管的第三端相连。在本发明所述的UPS模块中，所述PFC整流单元包括储能电感L1、二极管Dl、二极管D2、反并联二极管的第一开关管、反并联二极管的第二开关管、滤波电容Cl，滤波电容C2 ;其中，储能电感LI的第一端连接交流市电的输出端，储能电感LI的第二端分别连接二极管Dl的正极和二极管D2的负极，二极管Dl的负极接正母线，二极管D2的正极接负母线，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线，第一开关管的第二端连接二极管Dl的正极，第二开关管的第二端连接中线，第一开关管的第三端和第二开关管的第三端相连。在本发明所述的UPS模块中，所述PFC整流单元包括储能电感L1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、第一开关管、第二开关管、滤波电容Cl，滤波电容C2 ;其中，储能电感LI的第一端连接交流市电的输出端，储能电感LI的第二端分别连接二极管Dl的正极和二极管D2的负极，二极管Dl的负极接二极管D3的正极，二极管D3的负极正母线，二极管D2的正极接二极管D4的负极，二极管D4的正极接负母线，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线，第一开关管的第二端连接二极管Dl的负极，第二开关管的第三端接二极管D2的正极，第一开关管的第三端和第二开关管的第二端一并接中线。在本发明所述的UPS模块中，所述PFC整流单元包括储能电感L1、二极管整流桥、二极管D1、二极管D2、反并联二极管的第一开关管、滤波电容Cl、滤波电容C2 ;其中，储能电感LI的第一端连接交流市电的输出端，储能电感LI的第二端分别连接二极管整流桥的第二端、二极管Dl的正极及二极管D2的负极，二极管整流桥的第二端、第四端连接中线，二极管整流桥的第一端连接第一开关管的第二端，第一开关管的第三端连接二极管整流桥的第四端，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线。在本发明所述的UPS模块中，所述交流市电为三相，所述PFC整流单元包括三相二极管整流桥、储能电感L1、储能电感L2、二极管D1、二极管D2、第一开关管、第二开关管、滤波电容Cl，滤波电容C2 ;其中，所述三相二极管整流桥的三相输入端分别连接三相交流市电，三相二极管整流桥的第一输出端连接储能电感LI的第一端，储能电感LI的第二端连接二极管Dl的正极，二极管Dl的负极连接正母线，三相二极管整流桥的第二输出端连接储能电感L2的第一端，储能电感L2的第二端连接二极管D2的负极，二极管D2的正极连接负母线，第一开关管的第二端连接二极管Dl的正极，第二开关管的第三端连接二极管D2的负极，第一开关管的第三端和第二开关管的第二端一并接中线，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线。在本发明所述的UPS模块中，所述逆变单元为两电平逆变电路、I型三电平逆变电路或T型三电平逆变电路。本发明还构造一种UPS系统，包括电池组及一个UPS模块或至少两个相并联的UPS模块，所述UPS模块为以上所述的UPS模块。实施本发明的技术方案，在交流市电正常或异常时，PFC整流单元是共用的，因此PFC整流单元与DC/DC变换单元有耦合回路，也即为非隔离的，这就使得UPS模块在使用电池组时，无需采用隔离升压变压器，节省了空间和成本，顺应了开关电源小型化的趋势，且减小了损耗，提高了效率。另外，DC/DC变换单元与PFC整流单元因为有耦合回路，利用部分PFC整流单元器件，节省了成本，提高了效率。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
图1是现有技术的一种UPS |吴块的电路 图2是本发明UPS模块实施例一的逻辑结构 图3是本发明UPS模块实施例二的电路 图4是本发明UPS模块实施例三的电路 图5是本发明UPS模块实施例四的电路 图6是本发明UPS模块实施例五的电路 图7是本发明UPS模块实施例六的电路图。
具体实施例方式如图2所示，在本发明UPS模块实施例一的逻辑结构图中，该UPS模块包括PFC整流单元100、逆变单元200和DC/DC变换单元300。DC/DC变换单元300包括BUCK-BOOST电路 301。当交流市电正常时，交流市电(LINE)通过PFC整流单元100整流得到直流电压，逆变单元200将该直流电压逆变为交流电压，以向负载(未示出)供电及通过充电器(未示出)向电池组充电。当交流市电异常时，DC/DC变换单元300通过PFC整流单元100为正母线充电，且通过BUCK-BOOST电路301为负母线充电。实施该技术方案，在交流市电正常或异常时，PFC整流单元是共用的，因此PFC整流单元100与DC/DC变换单元300有耦合回路，也即为非隔离的，这就使得UPS模块在使用电池组时，无需采用隔离升压变压器，节省了空间和成本，顺应了开关电源小型化的趋势，且减小了损耗，提高了效率。另外，DC/DC变换单元300与PFC整流单元100因为有耦合回路，利用部分PFC整流单元器件，节省了成本，提高了效率。图3是本发明UPS模块实施例二的电路图，在该实施例中，交流市电为两相，且该UPS模块包括PFC整流单元100、逆变单元200、DC/DC变换单元300。下面分别说明每个部分:
1、PFC整流单元100
在该PFC整流单元100中，PFC整流单元包括储能电感L1、储能电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、反并联二极管的第一开关管、反并联二极管的第二开关管、反并联二极管的第三开关管、反并联二极管的第四开关管、滤波电容Cl，滤波电容C2。在此说明的是，本发明所提及的所有开关管均可选用IGBT管，例如，本实施例中的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管选用IGBT管Q1、Q2、Q3、Q4。当然，在功率要求较低的其它实施例中，也可选用MOS管。当开关管选用IGBT管时，开关管的第二端为其集电极，开关管的第三端为其发射极，开关管的第一端为其门极驱动极，且连接控制电路(未示出)，该控制电路用于控制各个开关管的通断频率及通断时间。在该PFC整流单元100中，第一相交流市电的输出端(LINEl)通过开关SI连接储能电感LI的第一端，第二相交流市电的输出端(LINE2)通过开关S2连接储能电感L2的第一端。储能电感LI的第二端分别连接二极管Dl的正极和二极管D3的负极，储能电感L2的第二端分别连接二极管D2的正极和二极管D4的负极，二极管Dl的负极和二极管D2的负极分别接正母线(BUS+)，二极管D3的正极和二极管D4的正极分别接负母线(BUS-)，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线(NEUTRAL)，第一开关管的第二端连接二极管Dl的正极，第二开关管的第二端连接中线，第一开关管的第三端和第二开关管的第三端相连，第三开关管的第二端连接二极管D4的负极，第四开关管的第二端连接中线，第三开关管的第三端和第四开关管的第三端相连；
2、逆变单元200
该逆变单元200包括反并联二极管的第六开关管、反并联二极管的第七开关管、反并联二极管的第八开关管、反并联二极管的第九开关管、储能电感L4、储能电感L5、滤波电容C3、滤波电容C4。在该实施例中，第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管分别选用IGBT管Q6、Q7、Q8、Q9。在该逆变单元中，第六开关管的第二端和第八开关管的第二端分别接正母线，第七开关管的第三端和第九开关管的第三端分别接负母线，第六开关管的第三端和第七开关管的第二端相连接，第八开关管的第三端和第九开关管的第二端相连接，储能电感L4的第一端连接第六开关管的第三端，储能电感L4的第二端为所述UPS模块的第一相交流输出端(0UT-LINE1)，储能电感L5的第一端连接第八开关管的第三端，储能电感L5的第二端为所述UPS模块的第二相交流输出端(0UT-LINE2)，滤波电容C3的第一端连接储能电感L4的第二端，滤波电容C4的第一端连接储能电感L5的第一端，滤波电容C3的第二端和滤波电容C4的第二端一并接中线。因此，该逆变单元200两相输出的逆变单元；
3、DC/DC变换单元300
该DC/DC变换单元300包括开关S3和BUCK-BOOST电路，其中，BUCK-BOOST电路包括反并联二极管的第五开关管、二极管D5和储能电感L3。当然，在另一个实施例中，与第五开关管反并联的二极管可省去。在该实施例中，第五开关管选用IGBT管Q5。在该DC/DC变换单元300中，开关S3的第一端连接电池组的正极，电池组的负极接中线，开关S3的第二端连接储能电感LI的第一端，第五开关管的第二端接电池组的正极，第五开关管的第三端连接储能电感L3的第一端,储能电感L3的第二端接中线,二极管D5的正极连接负母线,二极管D5的负极连接储能电感L3的第二端。
下面说明该实施例的UPS模块的工作原理:
当交流市电正常时，闭合开关S1、S2，断开开关S3，由交流市电通过整流、逆变后为负载供电，具体为:在整流阶段，对于第一相的交流市电，有以下四个阶段:(I)第一相的交流市电(LINEl)的正半周时，IGBT管Ql开通，交流市电通过开关S1、IGBT管Q1、与IGBT管Q2反并联的二极管为储能电感LI储能；(2)第一相的交流市电(LINEl)的正半周时，IGBT管Ql关断，交流市电通过开关S1、二极管Dl为滤波电容Cl充电；(3)第一相的交流市电(LINEl)的负半周时，IGBT管Q2开通，交流市电通过IGBT管Q2、与IGBT管Ql反并联的二极管、开关SI为储能电感LI储能；(4)第一相的交流市电(LINEl)的负半周时，IGBT管Q2关断，交流市电通过二极管D3、开关SI为滤波电容C2充电。同样地，对于第二相的交流市电(LINE2)，也有以下四个阶段:(I)第二相的交流市电(LINE2)的正半周时，IGBT管Q3开通，交流市电通过开关S2、IGBT管Q3、与IGBT管Q4反并联的二极管为储能电感L2储能；(2 )第二相的交流市电(LINE2 )的正半周时，IGBT管Q3关断，交流市电通过开关S2、二极管D2为滤波电容Cl充电；(3)第二相的交流市电(LINE2)的负半周时，IGBT管Q4开通，交流市电通过IGBT管Q4、与IGBT管Q3反并联的二极管、开关S2为储能电感L2储能；(4)第二相的交流市电(LINE2)的负半周时，IGBT管Q4关断，交流市电通过二极管D4、开关S2为滤波电容C2充电。在逆变阶段，对于第一相的输出交流电(0UT-LINE1)，有以下四个阶段:
(I)输出交流电的正半周，IGBT管Q6开通，滤波电容Cl通过IGBT管Q6、滤波电容Cl通过IGBT管Q6、滤波电容C3个储能电感L4储能；(2)输出交流电的正半周，IGBT管Q6关断，储能电感L4通过与IGBT管Q7反并联的二极管、滤波电容C2、C3续流；(3)输出交流电的负半周，IGBT管Q7开通，滤波电容C2通过IGBT管Q7、滤波电容C3为储能电感L4储能；(4)输出交流电的负半周，IGBT管Q7关断，储能电感L4通过与IGBT管Q6反并联的二极管、滤波电容Cl、滤波电容C3续流。第二相输出交流电(0UT-LINE1)的逆变原理与第一相的输出交流电的逆变原理相同，在此不做赘述。当交流市电异常时，此时断开开关S1、S2，闭合开关S3，由电池组通过整流、逆变后为负载供电，应当说明的是，电池组供电时(交流市电异常时)与交流市电供电时(交流市电正常时)在逆变阶段的工作过程一样，在此不做赘述，以下仅说明电池组供电时在整流阶段的工作过程，共有以下几个阶段:(I) IGBT管Q5保持关断，IGBT管Ql开通，电池组输出的直流电通过开关S3、IGBT管Q1、与IGBT管Q2反并联的二极管为储能电感LI储能；(2)IGBT管Q5保持关断，IGBT管Ql关断，电池组输出的直流电通过开关S3、二极管Dl给滤波电容Cl充电；(3) IGBT管Q5开通时，电池组输出的直流电通过IGBT管Q5为储能电感L3储能；(4)在IGBT管Q5关断时，储能电感L3通过二极管D5为滤波电容C2充电。图4是本发明UPS模块实施例三的电路图，在该实施例中，交流市电为单相，且该UPS模块包括PFC整流单元100、逆变单元200、DC/DC变换单元300。在此说明的是，该实施例中的DC/DC变换单元300的电路结构与图3所示的实施例二中的DC/DC变换单元的电路结构相同，在此不做赘述，以下仅说明不同的地方:
在该PFC整流单元100中，PFC整流单元100包括储能电感L1、二极管D1、二极管D2、反并联二极管的第一开关管、反并联二极管的第二开关管、滤波电容Cl，滤波电容C2。在该实施例中，第一开关管、第二开关管分别选用IGBT管Q1、Q2。其中，储能电感LI的第一端连接交流市电的输出端，储能电感LI的第二端分别连接二极管Dl的正极和二极管D2的负极，二极管Dl的负极接正母线，二极管D2的正极接负母线，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线，第一
开关管的第二端连接二极管Dl的正极，第二开关管的第二端连接中线，第一开关管的第三端和第二开关管的第三端相连。在该逆变单元200中，逆变单元200包括反并联二极管的第六开关管、反并联二极管的第七开关管、储能电感L4、滤波电容C3。在该实施例中，第六开关管、第七开关管分别选用IGBT管Q6、Q7。在该逆变单元中，第六开关管的第二端接正母线，第七开关管的第三端接负母线，第六开关管的第三端和第七开关管的第二端相连接，储能电感L4的第一端连接第六开关管的第三端，储能电感L4的第二端为所述UPS模块的交流输出端(0UT-LINE)，滤波电容C3的第一端连接储能电感L4的第二端，滤波电容C3的第二端接中线。下面说明该实施例的UPS模块的工作原理，在此首先说明的是，该实施例中的逆变单元的工作原理与图3所示的实施例中的逆变单元的其中一相交流输出的工作原理相同，在此不做赘述，以下仅说明在交流市电正常和异常时整流阶段的工作过程:
当交流市电正常时，此时闭合开关SI，断开开关S3，整流有以下四个阶段:(I)交流市电(LINE)的正半周时，IGBT管Ql开通，交流市电通过开关SUIGBT管Ql、与IGBT管Q2反并联的二极管为储能电感LI储能；(2)交流市电(LINE)的正半周时，IGBT管Ql关断，交流市电通过开关S1、二极管Dl为滤波电容Cl充电；(3)交流市电(LINE)的负半周时，IGBT管Q2开通，交流市电通过IGBT管Q2、与IGBT管Ql反并联的二极管、开关SI为储能电感LI储能；(4)交流市电(LINE)的负半周时，IGBT管Q2关断，交流市电通过二极管D2、开关SI为滤波电容C2充电。当交流市电异常时，此时断开开关SI，闭合开关S3，整流共有以下四个阶段:(I)IGBT管Q5保持关断，IGBT管Ql开通，电池组输出的直流电通过开关S3、IGBT管Ql、与IGBT管Q2反并联的二极管为储能电感LI储能；(2)IGBT管Q5保持关断，IGBT管Ql关断，电池组输出的直流电通过开关S3、二极管Dl给滤波电容Cl充电；(3) IGBT管Q5开通时，电池组输出的直流电通过IGBT管Q5为储能电感L3储能；(4)在IGBT管Q5关断时，储能电感L3通过二极管D5为滤波电容C2充电。图5是本发明UPS模块实施例四的电路图，在该实施例中，交流市电为单相，且该UPS模块包括PFC整流单元100、逆变单元200、DC/DC变换单元300。在此说明的是，该实施例中的DC/DC变换单元300的电路结构与图3所示的实施例二中的DC/DC变换单元的电路结构相同，逆变单元300与图4所示的实施例三种的逆变单元的电路结构相同，在此不做赘述，以下仅说明不同的地方:
在该PFC整流单元100中，PFC整流单元100包括储能电感L1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、反并联二极管的第一开关管、反并联二极管的第二开关管、滤波电容Cl，滤波电容C2。当然，在另一个实施例中，与第一开关管和第二开关管反并联的二极管可省去。在该实施例中，第一开关管、第二开关管分别选用IGBT管Q1、Q2。在该PFC整流单元100中，储能电感LI的第一端连接交流市电(LINE)的输出端，储能电感LI的第二端分别连接二极管Dl的正极和二极管D2的负极，二极管Dl的负极接二极管D3的正极，二极管D3的负极正母线，二极管D2的正极接二极管D4的负极，二极管D4的正极接负母线，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线，第一开关管的第二端连接二极管Dl的负极，第二开关管的第三端接二极管D2的正极，第一开关管的第三端和第二开关管的第二端一并接中线。下面说明该实施例的UPS模块的工作原理，在此首先说明的是，该实施例中的逆变单元的工作原理与图4所示的实施例中的逆变单元的工作原理相同，在此不做赘述，以下仅说明在交流市电正常和异常时整流阶段的工作过程:
当交流市电正常时，此时闭合开关SI，断开开关S3，整流有以下四个阶段:(I)交流市电(LINE)的正半周时，IGBT管Ql开通，交流市电通过开关S1、二极管Dl、IGBT管Ql为储能电感LI储能；(2)交流市电(LINE)的正半周时，IGBT管Ql关断，交流市电通过开关S1、二极管D1、二极管D3为滤波电容Cl充电；(3)交流市电(LINE)的负半周时，IGBT管Q2开通，交流市电通过IGBT管Q2、二极管D2、开关SI为储能电感LI储能；(4)交流市电(LINE)的负半周时，IGBT管Q2关断，交流市电通过二极管D4、二极管D2、开关SI为滤波电容C2充电。当交流市电异常时，此时断开开关SI，闭合开关S3，整流共有以下四个阶段:(I)IGBT管Q5保持关断，IGBT管Ql开通，电池组输出的直流电通过开关S3、二极管Dl、IGBT管Ql为储能电感LI储能；(2)IGBT管Q5保持关断，IGBT管Ql关断，电池组输出的直流电通过开关S3、二极管Dl、二极管D3给滤波电容Cl充电；(3)IGBT管Q5开通时，电池组输出的直流电通过IGBT管Q5为储能电感L3储能；(4)在IGBT管Q5关断时，储能电感L3通过二极管D5为滤波电容C2充电。图6是本发明UPS模块实施例五的电路图，在该实施例中，交流市电为单相，且该UPS模块包括PFC整流单元100、逆变单元200、DC/DC变换单元300。在此说明的是，该实施例中的DC/DC变换单元300的电路结构与图3所示的实施例二中的DC/DC变换单元的电路结构相同，逆变单元300与图4所示的实施例三种的逆变单元的电路结构相同，在此不做赘述，以下仅说明不同的地方:
在该PFC整流单元100中，PFC整流单元100包括储能电感L1、二极管整流桥B1、二极管D1、二极管D2、反并联二极管的第一开关管、滤波电容Cl、滤波电容C2。在该实施例中，第一开关管选用IGBT管Ql。在该PFC整流单元100中，储能电感LI的第一端连接交流市电的输出端(LINE)，储能电感LI的第二端连接二极管整流桥BI的第二端、二极管Dl的正极及二极管D2的负极，二极管整流桥BI的第二端、第四端连接中线，二极管整流桥BI的第一端连接第一开关管的第二端，第一开关管的第三端连接二极管整流桥BI的第四端，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线。下面说明该实施例的UPS模块的工作原理，在此首先说明的是，该实施例中的逆变单元的工作原理与图4所示的实施例中的逆变单元的工作原理相同，在此不做赘述，以下仅说明在交流市电正常和异常时整流阶段的工作过程:
当交流市电正常时，此时闭合开关SI，断开开关S3，整流有以下四个阶段:(I)交流市电(LINE)的正半周时，IGBT管Ql开通，交流市电通过开关S1、二极管整流桥BUIGBT管Ql为储能电感LI储能；(2)交流市电(LINE)的正半周时，IGBT管Ql关断，交流市电通过开关S1、二极管Dl为滤波电容Cl充电；(3)交流市电(LINE)的负半周时，IGBT管Ql开通，交流市电通过二极管整流桥B1、IGBT管Q1、开关SI为储能电感LI储能；(4)交流市电(LINE)的负半周时，IGBT管Ql关断，交流市电通过二极管D2、开关SI为滤波电容C2充电。当交流市电异常时，此时断开开关SI，闭合开关S3，整流共有以下四个阶段:(I)IGBT管Q5保持关断，IGBT管Ql开通，电池组输出的直流电通过开关S3、二极管整流桥B1、IGBT管Ql为储能电感LI储能；(2) IGBT管Q5保持关断，IGBT管Ql关断，电池组输出的直流电通过开关S3、二极管Dl给滤波电容Cl充电；(3) IGBT管Q5开通时，电池组输出的直流电通过IGBT管Q5为储能电感L3储能；(4)在IGBT管Q5关断时，储能电感L3通过二极管D5为滤波电容C2充电。图7是本发明UPS模块实施例六的电路图，在该实施例中，交流市电为三相，且该UPS模块包括PFC整流单元100、逆变单元200、DC/DC变换单元300。在此说明的是，该实施例中的DC/DC变换单元300的电路结构与图3所示的实施例二中的DC/DC变换单元的电路结构相同，逆变单元300与图4所示的实施例三种的逆变单元的电路结构相同，在此不做赘述，以下仅说明不同的地方:
在该PFC整流单元100中，PFC整流单元100包括三相二极管整流桥BlBl、储能电感L1、储能电感L2、二极管D1、二极管D2、反并联二极管的第一开关管、反并联二极管的第二开关管、滤波电容Cl，滤波电容C2。在该实施例中，第一开关管、第二开关管分别选用IGBT管Q1、Q2。当然，在另一个实施例中，与第一开关管和第二开关管反并联的二极管可省去。在该PFC整流单元100中，三相二极管整流桥BI的三相输入端分别通过开关S1、S2、S4连接三相交流市电(LINE1、LINE2、LINE3)，三相二极管整流桥BI的第一输出端连接储能电感LI的第一端，储能电感LI的第二端连接二极管Dl的正极，二极管Dl的负极连接正母线，三相二极管整流桥的第二输出端连接储能电感L2的第一端，储能电感L2的第二端连接二极管D2的负极，二极管D2的正极连接负母线，第一开关管的第二端连接二极管Dl的正极，第二开关管的第三端连接二极管D2的负极，第一开关管的第三端和第二开关管的第二端一并接中线，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线。下面说明该实施例的UPS模块的工作原理，在此首先说明的是，该实施例中的逆变单元的工作原理与图4所示的实施例中的逆变单元的工作原理相同，在此不做赘述，以下仅说明在交流市电正常和异常时整流阶段的工作过程:
当交流市电正常时，此时闭合开关S1、S2、S4，断开开关S3，整流有以下四个阶段:(I)三相交流市电的正半周时，IGBT管Ql开通，三相交流市电分别通过各自对应的开关、三相二极管整流桥B1、IGBT管Ql为储能电感LI储能；(2)三相交流市电的正半周时，IGBT管Ql关断，三相交流市电分别通过开关S1、S2、S4、二极管Dl为滤波电容Cl充电；(3)三相交流市电的负半周时，IGBT管Q2开通，三相交流市电通过IGBT管Q2、三相二极管整流桥B1、各自对应的开关为储能电感LI储能；(4)三相交流市电的负半周时，IGBT管Q2关断，三相交流市电通过二极管D2、三相二极管整流桥B1、各自对应的开关为滤波电容C2充电。当交流市电异常时，此时断开开关S1、S2、S4，闭合开关S3，整流共有以下四个阶段:(1) IGBT管Q5保持关断，IGBT管Ql开通，电池组输出的直流电通过开关S3、IGBT管Ql为储能电感LI储能；(2) IGBT管Q5保持关断，IGBT管Ql关断，电池组输出的直流电通过开关S3、二极管Dl给滤波电容Cl充电；(3) IGBT管Q5开通时，电池组输出的直流电通过IGBT管Q5为储能电感L3储能；(4)在IGBT管Q5关断时，储能电感L3通过二极管D5为滤波电容C2充电。以上只是本发明的几个具体实施例，仅用于解释权利要求，并不用于限定本发明的范围，例如，逆变单元可采用两电平、T型或I型三电平结构的单相、双相或三相输出的逆变单元。且不同结构的逆变单元可与不同结构的PFC整流单元进行多种组合，这也在本发明的保护范围。另外，本发明所提及的所有开关都可优选继电器开关。本发明还构造一种UPS系统，包括电池组及UPS模块，该UPS模块可为上述任一实施例中的UPS模块，该UPS系统中的UPS模块的数量可为一个，也可为多个，在UPS模块的数量为多个时，该多个UPS并联设置，且共用该电池组。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种UPS模块，用于对电池组进行充放电，所述UPS模块包括依次连接的PFC整流单元和逆变单元，且所述PFC整流单元用于在交流市电正常时为正、负母线进行充电，其特征在于，所述UPS模块还包括DC/DC变换单元，所述DC/DC变换单元包括BUCK-BOOST电路，在交流市电异常时，所述DC/DC变换单元通过所述PFC整流单元为正母线充电，且通过所述BUCK-BOOST电路为负母线充电。
2.根据权利要求1所述的UPS模块，其特征在于，所述DC/DC变换单元还包括第一开关(S3)，所述BUCK-BOOST电路包括第五开关管、二极管D5和储能电感L3，其中，第一开关(S3)的第一端连接电池组的正极，电池组的负极接中线，第一开关(S3)的第二端连接所述PFC整流单元的输入端，第五开关管的第二端接电池组的正极，第五开关管的第三端连接储能电感L3的第一端，储能电感L3的第二端接中线，二极管D5的正极连接负母线，二极管D5的负极连接储能电感L3的第二端。
3.根据权利要求2所述的UPS模块，其特征在于，所述第一开关(S3)为继电器开关。
4.根据权利要求1-3任一项所述的UPS模块，其特征在于，所述交流市电为两相，所述PFC整流单元包括储能电感L1、储能电感L2、二极管Dl、二极管D2、二极管D3、二极管D4、反并联二极管的第一开关管、反并联二极管的第二开关管、反并联二极管的第三开关管、反并联二极管的第四开关管、滤波电容Cl，滤波电容C2 ;其中，储能电感LI的第一端连接第一相交流市电的输出端，储能电感LI的第二端分别连接二极管Dl的正极和二极管D3的负极，储能电感L2的第一端连接第二相交流市电的输出端,储能电感L2的第二端分别连接二极管D2的正极和二极管D4的负极，二极管Dl的负极和二极管D2的负极分别接正母线，二极管D3的正极和二极管D4的正极分别接负母线，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线，第一开关管的第二端连接二极管Dl的正极，第二开关管的第二端连接中线，第一开关管的第三端和第二开关管的第三端相连，第三开关管的第二端连接二极管D4的负极，第四开关管的第二端连接中线，第三开关管的第三端和第四开关管的第三端相连。
5.根据权利要求1-3任一项所述的UPS模块，其特征在于，所述PFC整流单元包括储能电感L1、二极管D1、二极管D2、反并联二极管的第一开关管、反并联二极管的第二开关管、滤波电容Cl，滤波电容C2 ;其中，储能电感LI的第一端连接交流市电的输出端，储能电感LI的第二端分别连接二极管Dl的正极和二极管D2的负极，二极管Dl的负极接正母线，二极管D2的正极接负母线，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线，第一开关管的第二端连接二极管Dl的正极，第二开关管的第二端连接中线，第一开关管的第三端和第二开关管的第三端相连。
6.根据权利要求1-3任一项所述的UPS模块，其特征在于，所述PFC整流单元包括储能电感L1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、第一开关管、第二开关管、滤波电容Cl，滤波电容C2 ;其中，储能电感LI的第一端连接交流市电的输出端，储能电感LI的第二端分别连接二极管Dl的正极和二极管D2的负极，二极管Dl的负极接二极管D3的正极，二极管D3的负极正母线，二极管D2的正极接二极管D4的负极，二极管D4的正极接负母线，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线，第一开关管的第二端连接二极管Dl的负极，第二开关管的第三端接二极管D2的正极，第一开关管的第三端和第二开关管的第二端一并接中线。
7.根据权利要求1-3任一项所述的UPS模块，其特征在于，所述PFC整流单元包括储能电感L1、二极管整流桥、二极管D1、二极管D2、反并联二极管的第一开关管、滤波电容Cl、滤波电容C2 ;其中，储能电感LI的第一端连接交流市电的输出端，储能电感LI的第二端分别连接二极管整流桥的第二端、二极管Dl的正极及二极管D2的负极，二极管整流桥的第二端、第四端连接中线，二极管整流桥的第一端连接第一开关管的第二端，第一开关管的第三端连接二极管整流桥的第四端，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线。
8.根据权利要求1-3任一项所述的UPS模块，其特征在于，所述交流市电为三相，所述PFC整流单元包括三相二极管整流桥、储能电感L1、储能电感L2、二极管D1、二极管D2、第一开关管、第二开关管、滤波电容Cl，滤波电容C2 ;其中，所述三相二极管整流桥的三相输入端分别连接三相交流市电，三相二极管整流桥的第一输出端连接储能电感LI的第一端，储能电感LI的第二端连接二极管Dl的正极，二极管Dl的负极连接正母线，三相二极管整流桥的第二输出端连接储能电感L2的第一端,储能电感L2的第二端连接二极管D2的负极，二极管D2的正极连接负母线，第一开关管的第二端连接二极管Dl的正极，第二开关管的第三端连接二极管D2的负极，第一开关管的第三端和第二开关管的第二端一并接中线，滤波电容Cl的正极接正母线，滤波电容C2的负极接负母线，滤波电容Cl的负极和滤波电容C2的正极一并接中线。
9.根据权利要求1所述的UPS模块，其特征在于，所述逆变单元为两电平逆变电路、I型三电平逆变电路或T型三电平逆变电路。
10.一种UPS系统，包括电池组及一个UPS模块或至少两个相并联的UPS模块，其特征在于，所述UPS模块为权利要求1-9 任一项所述的UPS模块。
全文摘要
本发明公开了一种UPS模块及UPS系统，该UPS模块包括依次连接的PFC整流单元和逆变单元，且所述PFC整流单元用于在交流市电正常时为正、负母线进行充电，所述UPS模块还包括DC/DC变换单元，所述DC/DC变换单元包括BUCK-BOOST电路，在交流市电异常时，所述DC/DC变换单元通过所述PFC整流单元为正母线充电，且通过所述BUCK-BOOST电路为负母线充电。实施本发明的技术方案，在交流市电正常或异常时，PFC整流单元的上桥臂是共用的，这就使得UPS模块在使用电池组时，无需采用隔离升压变压器，节省了空间和成本，顺应了开关电源小型化的趋势，且减小了损耗。另外，DC/DC变换单元与PFC整流单元因为有耦合回路，利用部分PFC整流单元器件，节省了成本，提高了效率。
文档编号H02J9/00GK103187785SQ201110443890
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者沈宝山, 陈宗辉 申请人:力博特公司