专利名称：一种不间断电源及其输入电压范围的提高方法
技术领域：
本发明涉及一种不间断电源(UPS)及其输入电压范围的提高方法，尤其是带有功率因数校正电路(PFC)的一种不间断电源及其输入电压范围的提高方法。
图1所示是一种采用平均值注入控制的不间断电源系统，包括交流输入端U、V、W、整流电路、电池支路、功率因数校正支路、逆变支路，整流电路的输入端与交流输入端U、V、W相连，逆变支路的输入端并联于功率因数校正支路直流侧正负两端，输出端为单相交流输出；功率因数校正支路位于电池支路和逆变支路之间，它包括正负升压变换器电路、功率因数校正驱动信号产生电路以及正负直流母线电容C1、C2；所述正负升压变换器分别包括电感L1、L2、L4、L5、正向二极管D1-D4和正负升压变换器开关管Q9-Q12，所述正负升压变换器的电感L1、L2、L4、L5和二极管D1-D4分别依次串联于正负直流母线上，正直流母线电容C1和正升压变换器开关管Q9、Q10分别跨接于正直流母线和中线上，位于正升压变换器的二极管D1的后面和前面，负直流母线电容C2和负升压变换器开关管Q11、Q12分别跨接于负直流母线和中线上，位于负升压变换器的二极管D4的后面和前面；功率因数校正驱动信号产生电路的输入端分别接输入电压整流后正负电压输出采样信号REC1、REC2、正负直流母线电容电压反馈信号V1、V2、正负升压变换器电感电流采样信号I1、I2，其输出端分别接正负升压变换器的开关管Q9、Q11的控制端。
但是，由于采用平均值控制时，需要反馈输入电压的有效值作为控制信号，当输入电压波动范围大时，该信号波动也较大，将会使控制电路工作不稳定。这个缺点严重限制了平均值控制电路的输入电压范围。
本发明的另一目的是提出了一种解决升压变换器并联的均流方法。本发明通过控制两路并联升压变换器开关管驱动信号脉宽保持一致，使得两开关管电流基本相等，完全解决了两开关管并联均流问题，显著提高了系统可靠性。
本发明的又一目的是改善系统的动态响应性能。
为实现上述目的，本发明提出一种不间断电源及其输入电压范围的提高方法。
所述不间断电源包括交流输入端、整流电路、电池支路、正负功率因数校正支路、逆变支路，整流电路的输入端与交流输入端相连，电池支路并联于整流电路直流输出侧正负两端，逆变支路的输入端并联于功率因数校正支路直流输出侧正负两端，输出端为单相交流输出；功率因数校正支路位于电池支路和逆变支路之间；其特征是还包括直流电源(DC)和切换开关(S1、S2)，所述切换开关(S1、S2)分别有一端可在输入电压整流后正负电压输出采样信号(REC1、REC2)和直流电源(DC)之间切换，另一端为共同端，它与功率因数校正驱动信号产生电路的电压输入端相连。
所述不间断电源输入电压范围的提高方法是功率因数校正驱动信号产生电路的电压输入信号可在输入电压整流后正负电压输出采样信号(REC1、REC2)和直流电源(DC)之间切换。
在一个具体的实施例中，所述负功率因数校正支路采用两个对称的负升压变换器并联，在功率因数校正驱动信号产生电路之后除设有驱动脉宽移位电路，还设有驱动脉宽保持电路，该电路将驱动信号进行相位调整的同时，进行脉宽保持。
在另一个实施例中，所述负功率因数校正支路采用两个对称的负升压变换器并联，所述正负功率因数校正支路中的正负升压变换器电感电流采样信号(I1、I2)分别取自相互并联的正升压变换器电路中电感(L1、L2)中的一个和负升压变换器电路中电感(L3、L4)中的一个，该信号与功率因数校正驱动信号产生电路的电流输入端相连。
由于采用了以上的方案，设置了直流电源和切换开关，当三相市电均正常时，控制电路前馈市电整流电压，使得输入电流波形跟随整流电压波形，此时可使输入谐波电流最小；当输入电压过低或者缺相(却一相或却二相)时平均值控制电路开始工作不稳定，此时将开关(s1和s2)切换到前馈直流电压，此时输入电流为矩形波电流，虽然谐波电流比较大，但是此种方法却可以大大提高输入电压范围。
同时，对于所述负功率因数校正支路采用两个对称的负升压变换器并联的情况，如果在脉宽移位的基础上增加脉宽保持电路，就可以使并联的两个升压变换器的开关管电流保持基本一致，提高系统可靠性；而如果所述正负功率因数校正支路中的正负升压变换器电感电流采样信号分别取自相互并联的正升压变换器电路中电感中的一个和负升压变换器电路中电感中的一个，而不是采样两个并联电感的总电流，这样使得电流环工作在单一升压变换器状态，提高控制系统带宽，可明显提高输出电压瞬态响应。
图2是本发明实施例电路示意图。
图3是本发明脉宽保持移位电路方框示意图。
图4是本发明脉宽保持移位电路具体电路示意图。
具体实施例方式下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
图2是本发明一个典型的实施方式，与图1类似，其基本原理是通过检测电感电流信号，并且前馈整流桥后电压波形(即电压整流后正负电压输出采样信号(REC1、REC2))，以实现高质量的输入电流波形，降低输入谐波电流。其电路结构与传统的平均值控制技术相类似，可称为平均值电流注入控制方案。该方案可以是单相平均值电流注入控制，也可以是整流电路和交流输入端为三相四线制的三相平均值电流注入控制，图2中仅是三相时的示例。将正负升压变换器电感电流采样信号(I1、I2)、输入电压整流后正负电压输出采样信号(REC1、REC2)、正负直流母线电容电压反馈信号(V1、V2)，通过平均值控制电路(功率因数校正驱动信号产生电路的一种)，产生两路驱动信号(DRV1、DRV2)，分别用于驱动正负升压变换器。
但图2在图1的基础上为提高输入电压范围又所了改进，其中平均值控制电路前馈电压形式不是直接接三相市电整流后波形，即输入电压整流后正负电压输出采样信号(REC1、REC2)，而是在三相市电整流后波形和直流之间切换，它是通过如图2中所示的下述电路实现的增设直流电源(DC)和切换开关(S1、S2)，所述切换开关(S1、S2)分别有一端可在输入电压整流后正电压输出采样信号(REC1、REC2)和直流电源(DC)之间切换，另一端为共同端，它与功率因数校正驱动信号产生电路的输入端相连。
这样做的好处是当三相市电均正常时，控制电路前馈市电整流电压，使得输入电流波形跟随整流电压波形，此时可使输入谐波电流最小；当输入电压过低或者缺相(却一相或却二相)时平均值控制电路开始工作不稳定，此时将开关(s1和s2)切换到前馈直流电压，此时输入电流为矩形波电流，虽然谐波电流比较大，但是此种方法却可以大大提高输入电压范围。
本发明的另一个不同点是，所述正负升压变换器均由两个对称的升压变换器电路并联而成，每路均包括电感(L1或L2或L4或L5)、正向二极管(D1或D2或D3或D4)和开关管(Q9或Q10或Q11或Q12)；在功率因数校正驱动信号产生电路之后还设有驱动移位电路，该电路将驱动信号的相位进行调整，其输入端和输出端的信号分别送到并联的两个正升压变换器开关管(Q9、Q10)或负升压变换器开关管(Q11、Q12)的控制端。正负升压变换器的电感电流采样信号(I1、I2)不是取全部电感电流，而是取自其中一个电感电流(L1与L2取其一，L3与L4取其一)。这样可减少电流环放大倍数，从而电流环带宽增加，可提高系统的瞬态响应时间。
本发明与现有技术的再一个不同是，除采用两个对称的boost电路并联、控制电路中增加了驱动脉宽移位电路外，控制电路中还增加了驱动脉宽保持电路，不但巧妙的实现了开关频率倍频，显著的降低了直流母线电容的纹波电流，而且使并联升压变换器的两开关管电流基本一致，提高了提高可靠性。它是将两路驱动信号(DRV1、DRV2)送入驱动脉宽保持移位电路，产生另外两路脉宽相同但是相位可调整的驱动信号(DRV3、DRV4)，此两路信号分别用于驱动分别与上述正负升压变换器对称并联的另两路升压变换器。它是用如下具体电路实现的如图3、4，功率因数校正驱动信号产生电路产生两路驱动信号(DRV1、DVR2)，分别用于驱动正负功率因数校正支路中开关管(Q9、Q11)的驱动；同时将该两路驱动信号(DRV1、DVR2)进行脉宽保持和移位，分别用于驱动正负功率因数校正支路中与前述开关管(Q9、Q11)对称并联的开关管(Q10、Q12)的驱动。图4中，3854是指UC3854，它是一个平均值控制芯片；4557是指MC14557，是一个移位寄存器；4013是指CD4013，它是D触发器。
各图中，开关管(Q13、Q14)和电感(L3)构成逆变器，完成(DC/AC)的变换，产生稳压稳频的交流输出电压(V3)，驱动信号(DRV5)用于驱动逆变器开关管(Q13)，驱动信号(DRV6)用于驱动逆变器开关管(Q14)，V3是逆变输出电压反馈，I3是逆变器电感电流采样。
权利要求
1.一种不间断电源，包括交流输入端、整流电路、电池支路、正负功率因数校正支路、逆变支路，整流电路的输入端与交流输入端相连，电池支路并联于整流电路直流输出侧正负两端，逆变支路的输入端并联于功率因数校正支路直流输出侧正负两端，输出端为单相交流输出；功率因数校正支路位于电池支路和逆变支路之间；其特征是还包括直流电源(DC)和切换开关(S1、S2)，所述切换开关(S1、S2)分别有一端可在输入电压整流后正负电压输出采样信号(REC1、REC2)和直流电源(DC)之间切换，另一端为共同端，它与功率因数校正驱动信号产生电路的电压输入端相连。
2.如权利要求1所述的不间断电源，其特征是所述正功率因数校正支路采用两个对称的正升压变换器并联，所述负功率因数校正支路采用两个对称的负升压变换器并联；在功率因数校正驱动信号产生电路之后还设有驱动脉宽保持移位电路，该电路将驱动信号的脉宽进行保持并将其相位进行调整，其输入端和输出端的信号分别送到并联的两个正升压变换器开关管(Q9、Q10)或负升压变换器开关管(Q11、Q12)的控制端。
3.如权利要求1或2所述的不间断电源，其特征是所述正功率因数校正支路采用两个对称的正升压变换器并联，所述负功率因数校正支路采用两个对称的负升压变换器并联；所述正负功率因数校正支路中的正负升压变换器电感电流采样信号(I1、I2)分别取自相互并联的正升压变换器电路中电感(L1、L2)中的一个和负升压变换器电路中电感(L3、L4)中的一个，该信号与功率因数校正驱动信号产生电路的电流输入端相连。
4.一种不间断电源输入电压范围的提高方法，适用带有功率因数校正支路的不间断电源系统，其特征是功率因数校正驱动信号产生电路的电压输入信号可在输入电压整流后正负电压输出采样信号(REC1、REC2)和直流电源(DC)之间切换。
5.如权利要求4所述的不间断电源输入电压范围的提高方法，其特征是所述负功率因数校正支路采用两个对称的负升压变换器并联，功率因数校正驱动信号产生电路产生两路驱动信号(DRV1、DVR2)，分别用于驱动正负功率因数校正支路中开关管(Q9、Q11)的驱动；同时将该两路驱动信号(DRV1、DVR2)进行脉宽保持和移位，分别用于驱动正负功率因数校正支路中与前述开关管(Q9、Q11)对称并联的开关管(Q10、Q12)的驱动。
6.如权利要求4或5所述的不间断电源输入电压范围的提高方法，其特征是所述负功率因数校正支路采用两个对称的负升压变换器并联，所述正负功率因数校正支路中的正负升压变换器电感电流采样信号(I1、I2)分别取自相互并联的正升压变换器电路中电感(L1、L2)中的一个和负升压变换器电路中电感(L3、L4)中的一个。
全文摘要
一种不间断电源及其输入电压范围的提高方法,其特征是,功率因数校正驱动信号产生电路的电压输入信号可在输入电压整流后正负电压输出采样信号(REC1、REC2)和直流电源(DC)之间切换。当三相市电均正常时,控制电路前馈市电整流电压,使得输入电流波形跟随整流电压波形,此时可使输入谐波电流最小;当输入电压过低或者缺相(却一相或却二相)时平均值控制电路开始工作不稳定,此时将开关(s1和s2)切换到前馈直流电压,此时输入电流为矩形波电流,虽然谐波电流比较大,但是此种方法却可以大大提高输入电压范围。
文档编号H02M1/12GK1363975SQ0211481
公开日2002年8月14日 申请日期2002年1月28日 优先权日2002年1月28日
发明者杨戈戈 申请人:深圳安圣电气有限公司