一种单电池组在线不间断电源ups电路及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电源电路技术领域，尤其涉及一种单电池组在线不间断电源UPS电路及其控制方法。
【背景技术】
[0002]追求低成本、高效率、高功率密度、高可靠性一直是不间断电源UPS设计的目标。单电感无桥PFC电源电路在成本、电感利用率、效率及高功率密度方面具有优势。但是在单相UPS系统中,在无桥Vienna-1ike结构中挂接单电池组比较困难。
[0003]如图1所示，在无桥Vienna-1ike结构中不挂接单电池组时通过AC供电时，将开关Kl接通交流电源AC，开关K2断开，在AC的正半周，Ql、Q3处于导通状态，则电流流向为AC正-L1-Q1-Q3-AC负，为电感LI储能；储能过程结束后，关断Ql，则电流流向为AC正-Ll-Dl-Cl-AC负，实现为正母线(BUS+和零线N)储能；在AC的负半周，Q3、Q1处于导通状态，则电流流向为AC正-Q3-Q1-L1-AC负，为电感LI储能；储能过程结束后，关断Q3，则电流流向为AC正-C2-D2-L1-AC负，实现为负母线(BUS+和零线N)储能。
[0004]目前在无桥Vienna-1ike结构中挂接单电池组有两种方式，一种方式为将Vienna-1ike结构与BUCK-B00ST电路组合,另一种方式为采用两套无桥的Vienna-1ike电路。
[0005]如图1所示为将Vienna-1ike结构与BUCK-B00ST电路组合的方式，即在原来电路结构上增加了由单电池组BAT、开关管Q2、二极管D3和电感L2组成的电路。将Kl与电池组BAT接通且关闭开关K2时，关断开关管Q2，Q1、Q3导通，电流流向为BAT正-L1-Q1-Q3-BAT负，实现电感LI储能；储能结束后，关断Ql，则电流流向为BAT正-Ll-Dl-Cl-BAT负，实现为正母线储能；之后关断Q1，驱动Q2导通，则电流流向为BAT正-Q2-L2-BAT负，实现为电感L2储能；储能结束后关断Q2，电流流向为L2正-C2-D3-L2负，实现为负母线储能。
[0006]如图2所示为采用两套无桥的Vienna-1ike电路，即在原来电路结构上增加了由单电池组BAT、开关管Q2、开关管Q5、二极管D3、二极管D4，二极管D3、二极管D3’和电感L2组成的电路。通过单电池组BAT供电时，将K1、K2与单电池组BAT接通，QU Q3、Q2、Q5导通，电流流向为BAT正-L1-Q1-Q3-Q5-Q2-L2-BAT负，实现电感LI和电感L2储能；储能结束后，关断QlJj电流流向为BAT正-L1-D1-C1-Q5-Q2-L2-BAT负，实现为正母线储能；之后关断Q5，使Ql、Q3导通，则电流流向为BAT正-L1-Q1-Q3-C2-D4-L2-BAT负，实现为负母线储倉泛。
[0007]对于第一种单电池组挂接方式，虽然可以实现并机共用单电池组,但BUCK_B00ST增加了系统的成本，功率密度难以做到最优；对于第二种单电池组挂接方式，采用增加一套PFC电路完成单电池组挂接，此拓扑在两相系统中有很大的优势，因为PFC和DC/DC完全共用，PFC和DC/DC容量设计相对比较一致，但此拓扑单相市电输入，单相市电被拆分两相，市电设计的容量只有电池DC/DC设计容量的一半就可以满足要求，但是为了完全的共用，每一路的容量必须设计到电池容量的要求，并且无法实现电池组共用，电池模式电磁干扰问题较大，成本和功率密度的设计难实现最优设计。
【发明内容】
[0008]本发明实施例提供一种单电池组在线不间断电源UPS电路及其控制方法，既降低了硬件资源消耗，又可以有效抑制电磁干扰。
[0009]本发明提供一种单电池组在线不间断电源UPS电路，包括交流电源AC、单电池组BAT、开关K1、电感、第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第一电容和第二电容，所述开关Kl 一端与电感连接,另一端与AC—端连接或与BAT —端连接；所述开关Kl另一端与AC—端连接时，所述AC、开关K1、电感、第一开关器件和第三开关器件依次串联形成第一回路；所述第四开关器件和第一电容依次串联形成第一支路，第一开关器件和第三开关器件依次串联形成第二支路，第五开关器件和第二电容依次串联形成第三支路，所述第一支路、第二支路和第三支路并联连接，其中，第四开关器件、第一开关器件、第五开关器件位于同一连接点并与电感的一端连接，第一电容、第三开关器件、第二电容位于同一连接点并与AC的一端连接；该UPS电路还包括:
[0010]第二开关器件和第六开关器件，其中:
[0011]所述第二开关器件一端连接在第一开关器件和第三开关器件之间，另一端与BAT负端连接，第六开关器件一端连接在第五开关器件和第二电容之间，另一端与BAT负端连接;
[0012]或者，所述第二开关器件一端连接在第一开关器件和第三开关器件之间，另一端与BAT正端连接，所述第六开关器件一端连接在第四开关器件和第一电容之间，另一端与BAT正端连接。
[0013]优选地，所述第二开关器件另一端与BAT负端连接，第六开关器件一端连接在第五开关器件和第二电容之间，另一端与BAT负端连接，则所述开关Kl另一端与BAT正端连接时，在正半周周期内，导通第一开关器件和第二开关器件为电感储能，储能结束后，关断第一开关器件并导通第三开关器件、第四开关器件为第一电容充电，在负半周周期内，导通第一开关器件和第二开关器件为电感储能，储能结束后，关断第二开关器件，导通第三开关器件和第六开关器件为第二电容充电；
[0014]或者
[0015]所述第二开关器件另一端与BAT正端连接，所述第六开关器件一端连接在第四开关器件和第一电容之间，另一端与BAT正端连接，则所述开关Kl另一端与BAT负端连接时，在正半周周期内，导通第二开关器件和第一开关器件为电感储能，储能结束后，关断第二开关器件，导通第六开关器件、第三开关器件为第一电容充电，在负半周周期内，导通第二开关器件和第一开关器件为电感储能，储能结束后，关断第一开关器件并导通第三开关器件、第五开关器件为第二电容充电。
[0016]优选地，所述第六开关器件的两端还并联连接有电容。
[0017]优选地，第一开关器件、第三开关器件为实现整流和高频斩波功能的电路，所述第二开关器件为由外部驱动控制斩波的高频开关管。
[0018]优选地，所述第一开关器件、第三开关器件为带体内二极管的绝缘栅双极型晶体管IGBT，或为金属氧化物半导体场效应管M0SFET，或为如下任意多个器件的组合:
[0019]IGBT、MOSFET、二极管。
[0020]优选地，所述第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件为二极管，或为包含二极管的开关管。
[0021]本发明还提供一种单电池组在线不间断电源UPS电路，包括一个单电池组BAT和至少两个不间断电源UPS模块，每个UPS模块包括:交流电源AC、开关K1、电感、第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第一电容和第二电容，其中，对于每个UPS模块:所述开关Kl 一端与电感连接，另一端与AC的一端或与BAT的一端连接；所述开关Kl另一端与AC—端连接时，所述AC、开关、电感、第一开关器件和第三开关器件依次串联形成第一回路；所述第四开关器件和第一电容依次串联形成第一支路，所述第一开关器件和第三开关器件依次串联形成第二支路，所述第五开关器件和第二电容依次串联形成第三支路，所述第一支路、第二支路和第三支路并联连接，其中，第四开关器件、第一开关器件、第五开关器件位于同一连接点并与电感的一端连接，第一电容、第三开关器件、第二电容位于同一连接点并与AC的一端连接，其特征在于，对于每个UPS模块，还包括:
[0022]第二开关器件和第六开关器件，其中:
[0023]所述第二开关器件一端连接在第一开关器件和第三开关器件之间，另一端与BAT负端连接，第六开关器件一端连接在第五开关器件和第二电容之间，另一端与BAT负端连接;
[0024]或者，所述第二开关器件一端连接在第一开关器件和第三开关器件之间，另一端与BAT正端连接，所述第六开关器件一端连接在第四开关器件和第一电容之间，另一端与BAT正端连接。
[0025]优选地，所述第二开关器件另一端与BAT负端连接，第六开关器件一端连接在第五开关器件和第二电容之间，另一端与BAT负端连接，则所述开关Kl另一端与BAT正端连接时，在正半周周期内，导通第一开关器件和第二开关器件为电感储能，储能结束后，关断第一开关器件并导通第三开关器件、第四开关器件为第一电容充电，在负半周周期内，导通第一开关器件和第二开关器件为电感储能，储能结束后，关断第二开关器件，导通第三开关器件和第六开关器件为第二电容充电；
[0026]或者
[0027]所述第二开关器件另一端与BAT正端连接，所述第六开关器件一端连接在第四开关器件和第一电容之间，另一端与BAT正端连接，则所述开关Kl另一端与BAT负端连接时，在正半周周期内，导通第二开关器件和第一开关器件为电感储能，储能结束后，关断第二开关器件，导通第六开关器件、第三开关器件为第一电容充电，在负半周周期内，导通第二开关器件和第一开关器件为电感储能，储能结束后，关断第一开关器件并导通第三开关器件、第五开关器件为第二电容充电。
[0028]本发明还提供一种基于上述UPS电路的控制方法，包括:
[0029]将开关Kl与电感和BAT正端连接；
[0030]在正半周周期内，导通第一开关器件和第二开关器件为电感储能，储能结束后，关断第一开关器件并导通第三开关器件、第四开关器件为第一电容充电；
[0031]在负半周周期内，导通第一开关器件和第二开关器件为电感储能，储能结束后，关断第二开关器件，导通第三开关器件和第六开关器件为第二电容充电；
[0032]或者