专利名称：一种不间断电源的整流器拓扑结构的制作方法
技术领域：
本发明公开一种整流器拓扑，特别是一种不间断电源的整流器拓扑结构。
背景技术：
不间断电源，简称为UPS，UPS整流器是不间断电源中必不可少的部分，UPS整流器通常需要实现以下两个功能1、将交流电转变为直流，给逆变器和电池组提供能量；2、在无市电输入的情况下，将电池组的能量变化到直流母线上。由于高频整流器，能够最大限度减少对电网的谐波干扰，因此，其在UPS中的应用越来越广泛。在现有技术中的高频整流电路中，有多种拓扑结构可以实现，各种拓扑结构各有其优缺点，要么成本偏高，要么控制方式复杂，要么性能指标偏低等等。本发明介绍一种整流拓扑，能较好实现成本、控制方式和性能指标之间的平衡。
发明内容
针对上述提到的现有技术中的UPS整流器存在的缺点，本发明提供一种新的不间断电源的整流器拓扑结构，其将三相交流输入市电中的一项先通过斩波电感后再经过可控硅整流，解决上述问题。本发明解决其技术问题采用的技术方案是一种不间断电源整流器的拓扑结构， 拓扑结构包括市电部分和电池部分，所述的市电部分采用三相交流市电输入，其中两相输入线为常规输入线，每条常规输入线分别分成两路，其中一路上依次通过串联连接的正向整流可控硅和斩波电感后输出至直流母线电容Cl的正极上，为正半波输入线，另一路上依次通过串联连接的反向整流可控硅和斩波电感后输出至直流母线电容C2的负极上，为负半波输入线；直流母线电容Cl的负极与直流母线电容C2的正极连接，其公共端与常规输入线上的每个斩波电感之间分别跨接有一个开关管；三相交流市电输入中的另外一相输入线为简单输入线，简单输入线先经过斩波电感后再分成两路，一路通过串联连接的正向整流可控硅输出至直流母线电容上，另一路通过串联连接的反向整流可控硅输出至直流母线电容上，整流可控硅与直流母线电容的公共端之间分别跨接有一个开关管；
所述的电池部分包括正组电池和负组电池，正组电池输出分成两路，其中一路通过一个串联的隔离可控硅连接至一条常规输入线的正半波输入线上，另一路通过一个串联的隔离可控硅连接至另一条常规输入线的正半波输入线上；负组电池输出也分成两路，其中一路通过一个串联的隔离可控硅连接至一条常规输入线的负半波输入线上，另一路通过一个串联的隔离可控硅连接至另一条常规输入线的负半波输入线上。本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括
市电输入的地线输入与直流母线电容的公共端连接，所述的三相交流市电的每条相线输入线与市电输入的地线输入之间分别跨接有一个滤波电容。
所述的每个斩波电感后级分别串接有一个电流传感器。所述的常规输入线上的每个斩波电感与直流母线电容之间串联连接有整流二极管。所述的简单输入线上的每个整流可控硅与直流母线电容之间串联连接有整流二极管。所述的正组电池和负组电池的输出线上分别串联连接有一个保险管。所述的三相交流市电的每条相线输入线上分别串接有一个保险管。所述的三相交流市电的每条相线输入线上分别串接有一个电感。本发明的有益效果是通过本发明的拓扑结构可以减少元器件的数量，节约产品生产成本，同时还具有很高的性能指标，降低了电流噪声。下面将结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。
图1为本发明的拓扑结构图。图2为本发明电路中软启动的等效电路图。图3为本发明电路中电池放电interleave的波形图。
具体实施例方式本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。请参看附图1，本发明中的整流电路拓扑结构如图1所示。本发明中的电路主要包括两部分，即市电部分和电池部分。本实施例中，市电部分主要由SCR(Silicon Controlled Rectifier,即可控硅整流器，简称可控硅)整流器与6组BOOST电路组成，其中，每组BOOST 电路都包括一个开关管和一个斩波电感(也可称为续流电感)，本实施例中，与每个开关管还串联连接有一个二极管。电池部分也由SCR整流器与4组BOOST电路组成。本发明中采用的市电为三相交流市电，本实施例中，分别将其定义为A相、B相和C 相，本实施例中，将A相和C相定义为常规输入线，将B相定义为简单输入线，其中A相输入后先分成两路，其中一路(本实施例中定义为正半波输入线)上依次串联连接有正向连接的可控硅Sl和斩波电感H2 (其中可控硅Sl的负极与电感H2连接)，然后连接至直流母线电容Cl的正极，直流母线电容Cl的正极连接整流器的正极输出线，同时，斩波电感H2输出端与整流器的参考地输出之间连接有开关管Ql，A相输入的另一路(本实施例中定义为负半波输入线)上依次串联连接有反向连接的可控硅S3和斩波电感H5 (其中可控硅S3的正极与电感H5连接)，然后连接至直流母线电容C2的负极，直流母线电容C2的负极连接整流器的负极输出线，直流母线电容Cl的负极与直流母线电容C2的正极连接，其公共端连接整流器的参考地输出，同时，斩波电感H5输出端与整流器的参考地输出之间连接有开关管Q4;C 相输入后也先分成两路，其中一路(本实施例中定义为正半波输入线)上依次串联连接有正向连接的可控硅S2和斩波电感H3 (其中可控硅S2的负极与电感H3连接)，然后连接至直流母线电容Cl的正极，同时斩波电感H3出端与整流器的参考地输出之间连接有开关管Q3， C相输入的另一路(本实施例中定义为负正半波输入线)上依次串联连接有反向连接的可控硅S4和斩波电感H4 (其中可控硅S4的正极与电感H4连接)，然后连接至直流母线电容C2 的负极，同时，斩波电感H4输出端与整流器的参考地输出之间连接有开关管Q6 ；B相输入后先经过串联的斩波电感Hl后再分成两路，其中一路通过正向串联连接的可控硅S5后与母线电容Cl的正极连接，可控硅S5的输出端与整流器的参考地输出线之间连接有开关管Q2， 另一路通过反向串联连接的可控硅S6后与母线电容C2的负极连接，可控硅S6的输出端与整流器的参考地输出线之间连接有开关管Q6，由于B相电路设计为先经过续流电感再通过可控硅S5、可控硅S6分成正负两部分进行斩波，因此在B相连接中可节约一个电感。其中可控硅Si、可控硅S2、可控硅S3、可控硅S4、可控硅S5和可控硅S6组成的全桥整流器为市电部分专用，本实施例中，将可控硅Si、可控硅S2、可控硅S3、可控硅S4、可控硅S5和可控硅S6定义为整流可控硅。本实施例中，每个电感后级都串联有一个电流传感器，在每个电感与母线电容之间分别串联有一个二极管，防止直流母线电容的电能倒流回斩波电感。本实施例中，为了防止电流过大，在A、B、C三条相线上分别串联有一个交流保险管，本实施例中，在交流保险管前级还分别串接有一个滤波电感，以防止整流器产生的纹波流入电网中， 本实施例中，还在A、B、C三条相线与市电输入地线之间分别跨接有一个滤波电容，市电输入地线连接整流器的参考地输出线。本发明中的电池部分的输入端包括正组电池、负组电池和电池地线输入，其中，电池地线输入、市电输入地线及整流器的参考地输出均与直流母线电容Cl、直流母线电容C2 的公共端相连，本实施例中，正组电池输入线和负组电池输入线上分别串接有一个保险管。 正组电池输入后分成两路，其中一路通过可控硅S7连接至斩波电感H2输入端上，另一路通过可控硅S8连接至斩波电感H3输入端上，其中可控硅S7和可控硅S8均为正向连接(其中可控硅S7的负极与电感H2连接，可控硅S8的负极与电感H3连接)；负组电池输入后也分成两路，其中一路通过可控硅S9连接至斩波电感H5输入端上，另一路通过可控硅SlO连接至斩波电感H4输入端上，可控硅S9和可控硅SlO均为反向连接(其中可控硅S9的正极与电感H5连接，可控硅SlO的正极与电感H4连接)，本实施例中可控硅S7、可控硅S8、可控硅 S9和可控硅SlO主要起隔离作用，本实施例中，将其定义为隔离可控硅。本发明在使用时，可控硅Si、可控硅S2、可控硅S3、可控硅S4、可控硅S5、可控硅 S6、可控硅S7、可控硅S8、可控硅S9和可控硅SlO以及开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6连接在控制芯片上，受控制芯片控制，工作过程包括下述几种情况
当市电正常时，A相输入的正半波和B相输入的负半波，通过可控硅Si、可控硅S2、可控硅S3和可控硅S4组成的SCR软启动电路，逐渐给母线电容充电，充电时的软启动等效电路如图2所示。通过控制晶闸管的导通相位角，来逐渐给母线电容充电，逐渐提升母线电压，避免直接给直流母线电容充电，造成母线电流过大。软启动完成后，A相输入通过可控硅Sl得到一个正相半波波头，此波头作为开关管Ql的BOOST电路输入，经过BOOST电路的斩波作用，并通过BOOST电路中的电感滤波后， 生成带有开关频率纹波的直流量。同理，经过A相输入通过可控硅S3的负半波，经过开关管Q4组成的负BOOST电路斩波成直流，给母线电容提供能量。C相输入的工作模式与A相输入相同。B相输入与A相输入和C相输入稍有不同，其先通过共用的斩波电感，再通过可控硅S5和可控硅S6分成正负两部分进行斩波，B相电路如此不同的设计，可以节约一个电感和一个电流传感器。当市电异常，整流器会转入电池工作模式。正组电池通过可控硅S7和可控硅S8 形成两路，然后分别经过开关管Ql和开关管Q3斩波升压为直流；负组电池通过可控硅S9 和可控硅SlO形成两路，经过开关管Q4和开关管Q6斩波升压为直流。本发明中，为了与市电共用BOOST电路，以及IGBT (即开关管)型号上完全匹配，特意将正组电池和负组电池分开成正负两路，本发明中采用的市电电压为380V，而本发明中的单边电池组电压为MOV 时，将电池组分为2路，其IGBT热损耗与电流应力等刚好与市电下IGBT的参数相同；同时， 为了控制电池放电模式下的电池端口纹波电压，将正组电池和负组电池分开成正负两路进行升压，可以在控制上，将两路的斩波脉冲错位180度，完全实现电池供电时的interleave (即交错并联)控制，这样相当于开关频率提高一倍，纹波下降一半。interleave控制波形图如图3所示。本发明的拓扑结构，很好的实现了市电与电池模式下，共用BOOST斩波电路，同时具备了实现电池模式下interleave控制的硬件条件，通过将电路中主功率器件的复用性大大提高，减少了主功率器件，能较大降低产品生产成本，同时还具有很高的性能指标，降低了电流噪声。
权利要求
1.一种不间断电源整流器的拓扑结构，其特征是所述的拓扑结构包括市电部分和电池部分，所述的市电部分采用三相交流市电输入，其中两相输入线为常规输入线，每条常规输入线分别分成两路，其中一路上依次通过串联连接的正向整流可控硅和斩波电感后输出至直流母线电容Cl的正极上，为正半波输入线，另一路上依次通过串联连接的反向整流可控硅和斩波电感后输出至直流母线电容C2的负极上，为负半波输入线；直流母线电容Cl的负极与直流母线电容C2的正极连接，其公共端与常规输入线上的每个斩波电感之间分别跨接有一个开关管；三相交流市电输入中的另外一相输入线为简单输入线，简单输入线先经过斩波电感后再分成两路，一路通过串联连接的正向整流可控硅输出至直流母线电容上， 另一路通过串联连接的反向整流可控硅输出至直流母线电容上，整流可控硅与直流母线电容的公共端之间分别跨接有一个开关管；所述的电池部分包括正组电池和负组电池，正组电池输出分成两路，其中一路通过一个串联的隔离可控硅连接至一条常规输入线的正半波输入线上，另一路通过一个串联的隔离可控硅连接至另一条常规输入线的正半波输入线上；负组电池输出也分成两路，其中一路通过一个串联的隔离可控硅连接至一条常规输入线的负半波输入线上，另一路通过一个串联的隔离可控硅连接至另一条常规输入线的负半波输入线上。
2.根据权利要求1所述的不间断电源整流器的拓扑结构，其特征是市电输入的地线输入与直流母线电容的公共端连接，所述的三相交流市电的每条相线输入线与市电输入的地线输入之间分别跨接有一个滤波电容。
3.根据权利要求1所述的不间断电源整流器的拓扑结构，其特征是所述的每个斩波电感后级分别串接有一个电流传感器。
4.根据权利要求1或2或3所述的不间断电源整流器的拓扑结构，其特征是所述的常规输入线上的每个斩波电感与直流母线电容之间串联连接有整流二极管。
5.根据权利要求1或2或3所述的不间断电源整流器的拓扑结构，其特征是所述的简单输入线上的每个整流可控硅与直流母线电容之间串联连接有整流二极管。
6.根据权利要求1或2或3所述的不间断电源整流器的拓扑结构，其特征是所述的正组电池和负组电池的输出线上分别串联连接有一个保险管。
7.根据权利要求1或2或3所述的不间断电源整流器的拓扑结构，其特征是所述的三相交流市电的每条相线输入线上分别串接有一个保险管。
8.根据权利要求1或2或3所述的不间断电源整流器的拓扑结构，其特征是所述的三相交流市电的每条相线输入线上分别串接有一个电感。
全文摘要
本发明公开一种不间断电源的整流器拓扑结构，包括市电部分和电池部分，三相交流市电输入中的两相输入线为常规输入线，每条常规输入线分别分成两路，每路上依次通过串联连接的整流可控硅和斩波电感后分别输出至直流母线电容上；市电输入中的另外一相输入线为简单输入线，简单输入线先经过斩波电感后再分成两路，每路通过串联连接的整流可控硅输出至直流母线电容上；电池部分中正组电池输出分成两路，分别通过一个串联的隔离可控硅连接至一条常规输入线的正半波输入线；负组电池输出也分成两路，分别通过一个串联的隔离可控硅连接至一条常规输入线的负半波输入线上。本发明的拓扑结构可以减少元器件的数量，节约产品生产成本。
文档编号H02J7/10GK102386787SQ20111002428
公开日2012年3月21日 申请日期2011年1月22日 优先权日2011年1月22日
发明者刘兆燊, 夏小荣, 徐辉, 杨成林 申请人:深圳市英威腾电源有限公司