专利名称：不间断电源系统突加冲击性负载的动态切换控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源系统突加冲击性负载的动态切换控制装置，尤其是不间断电源系
统突加冲击性负载的动态切换控制装置。
背景技术：
不间断供电电源(UPS)越来越广泛的应用于各种重要负载的供电以及停电保护 中，随着用户对电源可靠性要求的不断提高，对UPS系统突加RCD(整流型)负载、电动机 (感性)负载等冲击性负载时的瞬时电能质量提出了严格的要求。 在突加冲击性负载瞬时保证UPS系统仍输出标准的正弦电压不仅是用电客户的 实际需求，也是UPS电源设计工程师必须解决的难题。 根据UPS设计准则，逆变器功率模块能承受的最大电流为额定负载电流的2 3 倍。在UPS系统突加冲击性负载时，负载电流会达到正常稳态电流的5 7倍。因此根据 UPS设计准则，某一容量的UPS在突加50%以上额定负载容量的冲击性负载时仍靠逆变供 电，必定引起逆变器功率模块保护，造成输出电压暂降或中断。现有的UPS生产厂家应对突 加RCD(整流型)负载、电动机(感性)负载等冲击性负载产生的冲击性电流多用增加UPS 容量的方法，即UPS系统在突加冲击性负载时，UPS仍然工作在逆变状态，依靠增大逆变器 功率模块的容量来抵抗冲击电流。采用加大UPS容量的办法应对冲击性负载，必然会增加 产品成本，降低产品的市场竞争力。
发明内容
本发明的目的是提供一种在不增加设备成本的情况下可以在突加冲击性负载时 保证负载供电质量和UPS系统本身可靠工作的切换控制装置。 本发明的不间断电源系统突加冲击性负载的动态切换控制装置，包括主电路和控 制电路，主电路包括输入开关、功率因数校正电路、逆变器、旁路可控硅、LC滤波器、逆变输 出接触器和输出开关，输入开关的一端接市电电源，另一端依次连接功率因数校正电路、逆 变器、LC滤波器、逆变输出接触器和输出开关的一端，输出开关的另一端接负载，旁路可控
硅跨接在输入开关与功率因数校正电路的连接端和输出开关与逆变输出接触器的连接端 之间，控制电路包括霍尔电流传感器、电流滤波器、电流采样电路、触点检测环节、接触器线 圈驱动环节、减法器、比较器、切换顺序控制器、P丽驱动电路和旁路可控硅驱动电路，霍尔 电流传感器的一端连接负载，另一端与电流滤波器的输入端相连，电流滤波器的输出端与 电流采样电路的输入端相连，电流采样电路输出端信号io_s送给减法器的正极性输入端， 减法器的负极性输入端连接固定电平io—ref，减法器的输出端连接比较器的输入端，比较 器的输出端与切换顺序控制器的第一个输入端相连，触点检测环节的输入端与逆变输出接 触器的辅助触点相连，触点检测环节的输出端与切换顺序控制器的第二个输入端相连，接 触器线圈驱动环节的输入端与切换顺序控制器的第一个输出端连接，接触器线圈驱动环节 的输出端与逆变输出接触器的线圈相连，切换顺序控制器的第二个输出端与P丽驱动电路的使能端连接，P丽驱动电路为逆变器的开关管提供P丽驱动信号，切换顺序控制器的第三 个输出端与旁路可控硅驱动电路的使能端连接，旁路可控硅驱动电路为旁路可控硅提供驱 动信号。 本发明的不间断电源系统突加冲击性负载的动态切换控制装置，能在不增加设备 成本的情况下，通过控制电路实现主电路瞬时快速切换，有效地解决UPS系统突加冲击性 负载时输出电压的暂降或电压中断问题。
图1是本发明装置原理图； 图2是切换顺序控制器切换顺序图。
具体实施例方式
参照图l，本发明的不间断电源系统突加冲击性负载的动态切换控制装置，包括主 电路和控制电路，主电路包括输入开关2、功率因数校正电路3、逆变器4、旁路可控硅5、 LC 滤波器6、逆变输出接触器7和输出开关8，输入开关2的一端接市电电源1，另一端依次连 接功率因数校正电路3、逆变器4、 LC滤波器6、逆变输出接触器7和输出开关8的一端，输 出开关8的另一端接负载9，旁路可控硅5跨接在输入开关2与功率因数校正电路3的连接 端和输出开关8与逆变输出接触器7的连接端之间，控制电路包括霍尔电流传感器10、电流 滤波器11、电流采样电路12、触点检测环节13、接触器线圈驱动环节14、减法器15、比较器 16、切换顺序控制器17、P丽驱动电路18和旁路可控硅驱动电路19，霍尔电流传感器10的 一端连接负载9，另一端与电流滤波器11的输入端相连，电流滤波器11的输出端与电流采 样电路12的输入端相连，电流采样电路12输出端信号io_s送给减法器15的正极性输入 端，减法器15的负极性输入端连接固定电平io—ref，减法器15的输出端连接比较器16的 输入端，比较器16的输出端与切换顺序控制器17的第一个输入端相连，触点检测环节13 的输入端与逆变输出接触器7的辅助触点相连，触点检测环节13的输出端与切换顺序控制 器17的第二个输入端相连，接触器线圈驱动环节14的输入端与切换顺序控制器17的第一 个输出端连接，接触器线圈驱动环节14的输出端与逆变输出接触器7的线圈相连，切换顺 序控制器17的第二个输出端与P丽驱动电路18的使能端连接，P丽驱动电路18为逆变器 4的开关管提供P丽驱动信号，切换顺序控制器17的第三个输出端与旁路可控硅驱动电路 19的使能端连接，旁路可控硅驱动电路19为旁路可控硅5提供驱动信号。
在本发明装置的控制电路中，霍尔电流传感器用来变换输出电流，使变换后电流 等级和后面的电流采样电路相匹配。电流滤波器用来滤除采样信号中的高频成分。电流采 样电路用来做A/D转换，一个开关周期采样一次(开关周期是指逆变器的开关管由导通状 态变为断开状态的时间)。减法器用来比较输出电流采样值和给定基准值。比较器用来把 输出电流采集值和给定基准值的差值与数值零进行比较，当差值大于零时输出高电平给顺 序切换控制器。触点检测环节用来检测逆变输出接触器辅助触点的通、断状态。P丽驱动电 路用来为逆变器的功率开关管提供P丽信号，在切换顺序控制器发出的控制信号作用下可 以使能或禁止P丽。旁路可控硅驱动电路为旁路可控硅提供驱动信号，在切换顺序控制器 作用下可以使能或禁止旁路可控硅。接触器线圈驱动环节用来为接触器线圈提供+24V电源，在切换顺序控制器作用下可以使接触器线圈上电或断电。电流滤波器、电流采样电路、 减法器、比较器、接触器线圈驱动环节、P丽驱动电路和旁路可控硅驱动电路可以采用相应 的运算放大器电路来实现。电流滤波器、电流采样电路、减法器、比较器也可以由数字信号 处理器或单片机(MCU)的软件实现。切换顺序控制器用来控制UPS系统逆变和旁路之间的 切换顺序(切换顺序如图2所示)，每个开关周期(开关周期是指逆变器的开关管由导通 状态变为断开状态的时间)读取一次比较器送来的信号，当连续三个开关周期均接收到高 电平时，切换顺序控制器发信号给旁路可控硅驱动电路，关旁路，同时发信号给接触器线圈 驱动环节使接触器线圈失电。当接收到触点断开的信号(来自触点检测环节)时，发信号 给P丽驱动电路，封锁P丽脉冲关逆变。切换顺序控制器可以由数字信号处理器或单片机 (MCU)实现。 本发明的不间断电源系统突加冲击性负载的动态切换控制装置通过霍尔电流传 感器、电流滤波器和电流采样电路对主电路负载电流进行采样，把输出电流采集值io_s和 给定基准值io_ref进行代数和后送给比较器，给定基准值io_s设定为主电路额定负载电 流的3倍。当在三个开关周期(开关周期是指逆变器的开关管由导通状态变为断开状态的 时间)内电流采集值io_s连续三次大于给定基准值io_ref时，切换顺序控制器发出开旁 路信号送给旁路可控硅驱动电路，开通主电路旁路可控硅，同时发出信号给接触器线圈驱 动环节使接触器线圈断电，实现旁路和逆变同时供电；当触点检测环节检测到逆变输出接 触器触点断开时发信号给切换顺序控制器，切换顺序控制器发信号给P丽驱动电路封锁脉 冲，实现旁路独立供电。本发明通过快速检测输出电流瞬时值，把瞬时值和给定基准进行比 较，当满足条件时立刻开通旁路，实现由逆变供电到旁路和逆变共同供电的快速切换来抵 抗冲击性电流，能在不增加设备成本的情况下，有效解决输出电压的暂降或电压中断问题。
切换顺序控制器用来控制UPS系统逆变和旁路之间的切换顺序，如图2所示，其中 图2(a)是P丽使能信号图，图2(b)是逆变输出接触器线圈状态图，图2(c)是旁路可控硅 驱动使能信号图，图2(d)是逆变输出接触器触点状态图。 0 t0时间段主电路工作在逆变状态，此时逆变器4的P丽使能信号为1 (高电 平)，逆变输出接触器线圈状态为1 (逆变输出接触器线圈通电)，旁路双向可控硅使能信号 为O，旁路双向可控硅关断，逆变输出接触器触点状态为O，逆变输出接触器闭合。
tO时刻，控制电路检测到在三个开关周期内电流采集值连续三次大于给定基准值 时，切换顺序控制器发出使能信号给旁路可控硅驱动电路，旁路可控硅驱动信号变为1 (高 电平)，立刻开通主电路的旁路可控硅，同时发出信号给接触器线圈驱动环节，使接触器线 圈断电，逆变输出接触器线圈状态由1变为0 (低电平)，实现旁路和逆变同时供电。
t0 tl时间段，是旁路和逆变同时供电状态。 tl时刻，触点检测环节检测到逆变输出接触器的触点断开，逆变输出接触器触点 状态为1 (触点断开)，切换顺序控制器发出信号给P丽驱动电路封锁脉冲，P丽使能信号变 为0(低电平)实现主电路的旁路独立供电。从而完成突加冲击性负载时UPS系统的瞬时 快速切换。
权利要求
不间断电源系统突加冲击性负载的动态切换控制装置，其特征是包括主电路和控制电路，主电路包括输入开关(2)、功率因数校正电路(3)、逆变器(4)、旁路可控硅(5)、LC滤波器(6)、逆变输出接触器(7)和输出开关(8)，输入开关(2)的一端接市电电源(1)，另一端依次连接功率因数校正电路(3)、逆变器(4)、LC滤波器(6)、逆变输出接触器(7)和输出开关(8)的一端，输出开关(8)的另一端接负载(9)，旁路可控硅(5)跨接在输入开关(2)与功率因数校正电路(3)的连接端和输出开关(8)与逆变输出接触器(7)的连接端之间，控制电路包括霍尔电流传感器(10)、电流滤波器(11)、电流采样电路(12)、触点检测环节(13)、接触器线圈驱动环节(14)、减法器(15)、比较器(16)、切换顺序控制器(17)、PWM驱动电路(18)和旁路可控硅驱动电路(19)，霍尔电流传感器(10)的一端连接负载(9)，另一端与电流滤波器(11)的输入端相连，电流滤波器(11)的输出端与电流采样电路(12)的输入端相连，电流采样电路(12)输出端信号io_s送给减法器(15)的正极性输入端，减法器(15)的负极性输入端连接固定电平io_ref，减法器(15)的输出端连接比较器(16)的输入端，比较器(16)的输出端与切换顺序控制器(17)的第一个输入端相连，触点检测环节(13)的输入端与逆变输出接触器(7)的辅助触点相连，触点检测环节(13)的输出端与切换顺序控制器(17)的第二个输入端相连，接触器线圈驱动环节(14)的输入端与切换顺序控制器(17)的第一个输出端连接，接触器线圈驱动环节(14)的输出端与逆变输出接触器(7)的线圈相连，切换顺序控制器(17)的第二个输出端与PWM驱动电路(18)的使能端连接，PWM驱动电路(18)为逆变器(4)的开关管提供PWM驱动信号，切换顺序控制器(17)的第三个输出端与旁路可控硅驱动电路(19)的使能端连接，旁路可控硅驱动电路(19)为旁路可控硅(5)提供驱动信号。
2. 根据权利要求1所述的不间断电源系统突加冲击性负载的动态切换控制装置，其特 征是切换顺序控制器(17)为数字信号处理器或为单片机。
全文摘要
本发明公开的不间断电源系统突加冲击性负载的动态切换控制装置，包括主电路和控制电路，控制电路包括霍尔电流传感器、电流滤波器、电流采样电路、触点检测环节、接触器线圈驱动环节、减法器、比较器、切换顺序控制器、PWM驱动电路和旁路可控硅驱动电路，当在三个开关周期内电流采集值连续三次大于给定基准值时，切换顺序控制器发出信号开通旁路可控硅，同时发出信号使接触器线圈断电，实现主电路旁路和逆变同时供电；当触点检测环节检测到接触器触点断开时，切换顺序控制器发信号封锁PWM脉冲，实现主电路旁路独立供电。本发明能在不增加设备成本的情况下实现不间断电源突加冲击性负载时瞬时快速切换，可以有效解决输出电压的暂降或电压中断问题。
文档编号H02J9/06GK101697428SQ200910154439
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者于玮, 何国锋, 徐德鸿 申请人:浙江大学;