一种具有有源滤波功能的UPS电源的制作方法

本实用新型涉及一种不间断供电电源领域，尤其涉及到一种具有有源滤波功能的UPS电源。

背景技术：

如今，市电负荷过重或者突发的意外状况，导致市电电压跌落或者电能中断等问题时常发生。尤其在医院、银行、数据管理中心等场合，工作设备的电源突然中断会造成严重的经济损失，甚至安全事故。另一方面，这些设备的电源系统中通常含有非线性电力电子装置，会给市电中引入谐波。市电中谐波的存在会导致设备的控制系统误动作，长时间将影响设备的寿命，造成不可挽回的损失。

目前，市场上的不间断供电电源UPS可以解决电能中断的问题，维持对设备的持续供电。但是，对于谐波问题却无能为力。尤其是应用广泛的离线式UPS，功能单一，而且在市电正常时，处于旁路状态，利用率差。本实用新型是在几乎不增加硬件成本的情况下，对离线式UPS进行改进，加入谐波治理的功能。

据统计，目前市场上的离线式UPS电源，存在以下两个问题：

（1）离线式UPS的一部分负载通常为非线性电力电子装置，而非线性电力电子装置产生的电流谐波会使UPS输出电压波形畸变，从而产生电压谐波。电压谐波的存在会影响到其他负载的正常工作。然而UPS没有对谐波问题进行处理。

（2）离线式UPS在市电电压中断时向负载提供功率，而在市电正常时在完成对蓄电池的充电后处于旁路状态。实际中，市电正常时常态，也即是说旁路状态是离线式UPS的常态。这样，UPS的利用率就大大地降低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种具有有源滤波功能的UPS电源，用于解决在离线式UPS使用场合的谐波问题。对离线式UPS进行改进，在不影响其不间断供电的同时，使其具有有源滤波功能，进行谐波的治理。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种具有有源滤波功能的UPS电源，包括：DC/AC逆变电路、充放电电路、AC/DC整流电路，所述充放电电路的输出端连接DC/AC逆变电路的输入端；所述AC/DC整流电路的输入端连接电网，所述AC/DC整流电路的输出端分别连接充放电电路、DC/AC逆变电路的输入端，其特殊之处在于，还包括：

主控制电路；

驱动电路，所述驱动电路的输入端连接主控制电路的输出端，所述驱动电路的输出端连接UPS电源；

检测电路，所述检测电路的输入端连接充放电电路的输出端，所述检测电路的输出端连接主控制电路的输入端。

上述的一种具有有源滤波功能的UPS电源，其特殊之处在于，所述AC/DC整流电路与DC/AC逆变电路之间设有控制滤波的第三开关。

上述的一种具有有源滤波功能的UPS电源，其特殊之处在于，所述充放电电路包括蓄电池及双向DC/DC电路，所述双向DC/DC电路的输入端连接AC/DC整流电路的输出端，所述双向DC/DC电路的输出端连接DC/AC逆变电路的输入端；所述蓄电池的输入、输出端分别连接双向DC/DC电路。

上述的一种具有有源滤波功能的UPS电源，其特殊之处在于，所述AC/DC整流电路与电网之间还设有隔离变压器。

上述的一种具有有源滤波功能的UPS电源，其特殊之处在于，所述AC/DC整流电路采用三相自然整流。

上述的一种具有有源滤波功能的UPS电源，其特殊之处在于，DC/AC逆变电路采用三相桥式逆变。

上述的一种具有有源滤波功能的UPS电源，其特殊之处在于，所述主控制电路采用数字信号处理器DSP。

上述的一种具有有源滤波功能的UPS电源，其特殊之处在于，所述检测电路采用电压、电流霍尔传感器及运放调理电路。

上述的一种具有有源滤波功能的UPS电源，其特殊之处在于，还包括为驱动电路、充放电电路、主控器电路以及检测电路提供所需运行电源的辅助电源电路。

上述的一种具有有源滤波功能的UPS电源，其特殊之处在于，所述辅助电源电路采用反激式开关电源。

上述的一种具有有源滤波功能的UPS电源，其特殊之处在于，所述反激式开关电源包括设置在电网与负载之间的第一开关，设置在DC/AC逆变电路与负载之间的第二开关，设置在AC/DC整流电路与DC/AC逆变电路之间的第三开关，设置在DC/AC逆变电路与双向DC/DC电路之间的第四开关；若第一开关、第二开关、第三开关闭合，系统处于APF模式；若第二开关、第四开关闭合，系统处于UPS模式。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过在系统中增加负载电流的检测电路，解决了离线式UPS电源在非线性负载下的谐波问题，并且使其在旁路状态时工作于APF模式，大大地提高了利用率。与现用的离线式UPS相比，其硬件成本几乎没有增加，功能却更加丰富，具有很好的性价比。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是具有有源滤波功能的UPS电源系统结构原理图。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

参照图1，一种具有有源滤波功能的UPS电源，包括：AC/DC整流电路、DC/AC逆变电路、驱动电路、充放电电路、主控制电路、检测电路，充放电电路的输出端连接DC/AC逆变电路的输入端；

主控制电路通过驱动电路控制UPS电源；

检测电路的输入端连接充放电电路的输出端，检测电路的输出端连接主控制电路的输入端；

AC/DC整流电路的输入端连接电网，AC/DC整流电路的输出端分别连接充放电电路、DC/AC逆变电路的输入端。

其中， AC/DC整流电路与DC/AC逆变电路之间设有控制滤波的第三开关，当第三开关闭合，AC/DC整流电路、DC/AC逆变电路接通，使整个电路具有有源滤波功能，从而UPS电源在离线状态下将对谐波进行治理。

其中，充放电电路包括蓄电池及双向DC/DC电路，双向DC/DC电路的输入端连接AC/DC整流电路的输出端，双向DC/DC电路的输出端连接DC/AC逆变电路的输入端；蓄电池的输入、输出端分别连接双向DC/DC电路。上述采用双向DC-DC电路，是为了在市电正常时，工作在充电状态，给蓄电池充电；在市电故障时，工作在放电状态，向逆变直流母线提供电压。

其中，AC/DC整流电路与电网之间还设有隔离变压器。

其中，AC/DC整流电路采用三相自然整流，三相自然整流将交流的市电变换为直流，一方面为逆变的直流母线提供电压，另一方面作为蓄电池充电电路的输入直流电压。

其中， DC/AC逆变电路是整个系统的核心，是APF与UPS的共用主电路。DC/AC逆变电路采用三相桥式逆变，将直流电压变换为交流，实现有功功率、补偿电流以及补偿电压的输出。

其中，驱动电路采用功率型驱动光耦，实现主控制器到逆变主电路之间的安规隔离以及控制信号功率放大。

其中，主控制电路采用数字信号处理器DSP，为整个系统的核心处理单元，进行电压电流信号的采集并运算，输出合适的控制信号。

其中，检测电路采用电压、电流霍尔传感器及运放调理电路，负责将实际的电压电流转换到主控制器AD可以采集的范围。

其中，还包括为驱动电路、充放电电路、主控器电路以及检测电路提供所需运行电源的辅助电源电路。辅助电源电路优选采用反激式开关电源，反激式开关电源包括设置在电网与负载之间的第一开关，设置在DC/AC逆变电路与负载之间的第二开关，设置在AC/DC整流电路与DC/AC逆变电路之间的第三开关，设置在DC/AC逆变电路与双向DC/DC电路之间的第四开关；若第一开关、第二开关、第三开关闭合，系统处于APF模式；若第二开关、第四开关闭合，系统处于UPS模式。

参照图1，本实用新型的技术方案如下：

具有有源滤波功能的UPS电源包含以下电路单元：AC/DC整流电路、DC/AC逆变电路、驱动电路、蓄电池及其充放电电路、主控制电路、检测电路以及辅助电源电路。

AC/DC整流电路，采用三相自然整流，将交流的市电变换为直流，一方面为逆变的直流母线提供电压，另一方面作为蓄电池充电电路的输入直流电压。

DC/AC逆变电路，整个设备的核心，是APF与UPS的共用主电路。采用三相桥式逆变，将直流电压变换为交流，实现有功功率、补偿电流以及补偿电压的输出。

驱动电路，采用功率型驱动光耦，实现主控制器到逆变主电路之间的安规隔离以及控制信号功率放大。

蓄电池及其充放电电路，采用双向DC-DC电路，在市电正常时，工作在充电状态，给蓄电池充电；在市电故障时，工作在放电状态，向逆变直流母线提供电压。

主控制器电路，采用数字信号处理器DSP，为整个系统的核心处理单元，进行电压电流信号的采集并运算，输出合适的控制信号。

检测电路，采用电压、电流霍尔传感器及运放调理电路，负责将实际的电压电流转换到主控制器AD可以采集的范围。

辅助电源电路，采用反激式开关电源，为驱动电路、充放电电路、主控器电路以及检测电路提供所需要的运行电源。

本实用新型具有有源滤波功能的UPS电源有两种工作模式：

（1）市电正常时，其工作于APF（有源电力滤波器）模式，一方面给蓄电池充电，另一方面补偿市电中的电流谐波。

（2）市电电压跌落或者中断时，其工作于UPS（不间断供电电源）模式，一方面给负载提供功率，另一方面补偿电压谐波。

具有有源滤波功能的UPS电源系统结构原理图如图1，其中：

实时检测市电电压，当电压正常时，K1、K2、K3闭合，设备工作在APF模式，采集市电电流，提取谐波电流信号，作为逆变器电流闭环的参考信号，输出补偿电流，对谐波进行补偿；与此同时，K4闭合，控制双向DC-DC电路，使其工作在BUCK状态，市电电压整流后给超级电容充电，充电完成后K4断开。

当市电电压跌落或者中断时，控制双向DC/DC电路，使其工作在BOOST状态，并闭合K4，断开K1、K3，蓄电池升压后给逆变器直流母线供电，此时设备工作在UPS模式，输出三相交流电压，向负载设备提供功率，保证其持续运行。与此同时，检测电压谐波，与输出的三相交流电压合成，作为总输出电压指令，使UPS在输出有功功率的情况下补偿电压谐波。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。