一种UPS前级升压电路的限流保护方法及其装置与流程

本发明涉及不间断电源技术领域，特别是涉及一种UPS前级升压电路的限流保护方法及其装置。

背景技术：

不间断电源UPS广泛应用于电力、金融、政府、医院、制造等。它可以保证其连接的设备在市电掉电时还能运行一段时间，它还可以净化电网电源，抑制电网中的电涌、瞬间高压等电源污染。

目前常用的一种改进型的UPS拓扑市电电池共用升压电路，参见图1所示，通过晶闸管SCR1、SCR2、SCR3及开关器件Q3进行市电态及电池态切换的控制。而为了保障过流器件的电流均在器件耐流范围内，当输出负载为冲击性负载或者输出短路引起大电流时，往往通过采样升压的电感电流进行限流控制。当采样的电流值超过设定的电流值时，通过硬件电路关断升压开关管驱动来达到限流的目的。

这种器件保护应用与图1的电路中时，由于图1中的电路工作在电池态时，电流流通情况如图2所示，逆变正半波时：Q1采用高频开关驱动、Q2常开。Q1开通时电流走向为：BAT+-SCR1-L1-Q1-Q2-L2-BAT-电感储能，Q1关断时电流走向为：BAT+-SCR1-L1-D1-C1-Q2-L2-BAT-电感续流给正母线电容C1充电。逆变负半波时：Q2高频开关、Q1常开。Q2开通时电流走向为：BAT+-SCR1-L1-Q1-Q2-L2-BAT-电感储能，Q2关断时电流走向为：BAT+-SCR1-L1-Q1-C2-D2-L2-BAT-电感续流给负母线电容C2充电。这就使得若Q1/Q2上流过大电流时，会导致Q1/Q2同时限流关断，电感电流将会同时给正负母线电容充电。但是同时给正负母线电容充电的话，由于单边母线带载，另一边不带载，不带载的母线电压升高，长期累积导致单边母线出现过压故障。

因此，如何提供一种能够避免单边母线带载的UPS前级升压电路的限流保护方法及其装置是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种UPS前级升压电路的限流保护方法及其装置，保证在电池态下，避免出现电感电流同时给正负母线电容充电的情况，进而避免单边母线带载的情况。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种UPS前级升压电路的限流保护方法，包括：

对所述UPS前级升压电路中双Boost电路中的上臂和下臂中的电感的电流进行采样；

当所述UPS前级升压电路对正母线进行升压时，对下臂的电流采样信号进行衰减使其不超出预设限流阈值；当所述UPS前级升压电路对负母线进行升压时，对上臂的电流采样信号进行衰减使其不超出所述预设限流阈值；

将衰减处理后的上臂和下臂的电流采样信号与所述预设限流阈值进行比较，并依据比较结果生成相应的上臂和下臂驱动信号，驱动上臂中的升压开关管或下臂中的升压开关管的通断。

优选地，对所述上臂和下臂中的电感的电流进行采样后，对所述电流采样信号进行衰减前，还包括：

对所述电流采样信号进行放大处理。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种UPS前级升压电路的限流保护装置，包括：

结构相同的上臂电路和下臂电路以及分别连接所述上臂电路和所述下臂电路的信号衰减电路；

所述上臂电路和所述下臂电路均包含电流采样电路、限流比较电路以及驱动封锁电路；

所述电流采样电路，用于依据自身所处位置，对所述UPS前级升压电路中双Boost电路中的上臂或下臂中的电感的电流进行采样；

所述信号衰减电路，用于当所述UPS前级升压电路对正母线进行升压时，对下臂的电流采样信号进行衰减使其不超出预设限流阈值；当所述UPS前级升压电路对负母线进行升压时，对上臂的电流采样信号进行衰减使其不超出预设限流阈值；并将自身处理后的信号输入所述上臂电路和所述下臂电路中的所述限流比较电路内；

所述限流比较电路，用于将衰减处理后的上臂和下臂的电流采样信号与预设限流阈值进行比较，依据比较结果输出相应的限流信号至相应的驱动封锁电路；

所述所述驱动封锁电路，用于依据所述限流信号生成驱动信号，相应的驱动上臂或下臂中的开关管的通断。

优选地，所述上臂电路和所述下臂电路还分别包括：

信号放大电路，用于对所述电流采样电路输出的电流采样信号进行放大处理，并将处理后的信号发送至所述信号衰减电路。

优选地，所述电流采样电路包括第一电流互感器、第二电流互感器、第一双向稳压管、第二双向稳压管、第一二极管、第二二极管和第一电阻；

所述第一双向稳压管并接于所述第一电流互感器的次级线圈的两端，所述第二电流互感器并接于所述第二电流互感器的次级线圈的两端；所述第一双向稳压管的第一端连接所述第一二极管的阴极，所述第二双向稳压管的第一端连接所述第二二极管的阴极；所述第一双向稳压管的第二端连接所述第二双向稳压管的第二端后与所述第一电阻的第二端连接；所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阳极连接后连接所述第一电阻的第一端；所述第一电阻的两端作为所述电流采样电路的输出端。

优选地，所述信号放大电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一运放；

所述第二电阻连接于所述第一电阻的第一端与所述第一运放的负输入端之间；所述第三电阻连接于所述第一电阻的第二端与所述第一运放的正输入端之间；所述第一运放的负输入端与其输出端之间通过所述第五电阻连接；所述第一运放的正输入端通过所述第四电阻接地。

优选地，所述限流比较电路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻和第一比较器；

所述第一比较器的负输入端通过所述第六电阻连接所述第一运放的输出端；所述第一比较器的负输入端还相应的连接所述信号衰减电路的上臂输出端或下臂输出端；所述第一比较器的正输入端接收限流比较基准电压并连接所述第七电阻的第一端；所述第七电阻的第二端分别连接所述第一比较器的输出端以及所述第八电阻的第一端；所述第八电阻的第二端连接电源正极；所述第一比较器的输出端作为所述限流比较电路的输出端。

优选地，所述驱动封锁电路包括与门电路；

所述与门电路的第一输入端相应的接收上臂或下臂中升压开关管的驱动信号；所述与门电路的第二输入端连接所述限流比较电路的输出端。

优选地，所述信号衰减电路包括上臂信号衰减电路和下臂信号衰减电路；

所述上臂信号衰减电路包括第九电阻、第十电阻和开关管；所述第九电阻串接于所述上臂电路中的第一比较器的负输入端与所述开关管的集电极之间；所述第十电阻的第一端接收输入的上臂选通信号，所述第十电阻的第二端连接所述开关管的基极，所述开关管的发射极接地；

所述下臂信号衰减电路包括第十一电阻和第二比较器；所述第十一电阻串接于所述下臂电路中的第一比较器的负输入端与所述第二比较器的输出端之间；所述第二比较器的正输入端接收输入的下臂选通信号；所述第二比较器的负输入端接收定值电压。

本发明提供了一种UPS前级升压电路的限流保护方法及其装置，在对正母线进行升压时，对下臂的电流信号进行衰减使其不超出预设限流阈值，这样在后续限流过程中，下臂中的升压开关管就不会被限流关断，即在对正母线进行升压时，本发明能够保证下臂中的升压开关管导通，仅关断上臂中的升压开关管，进而使得此时电感电流仅为正母线电容充电。同理，对负母线进行升压时，对上臂的电流信号进行衰减使其不超出预设限流阈值，保证上臂中的升压开关管导通，仅关断下臂中的升压开关管，使电感电流仅为负母线电容充电。可见，本发明能够避免正负母线电容同时充电的情况，进而避免了单边母线带载可能带来的故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为目前常用的一种改进型的UPS拓扑市电电池共用升压电路的结构示意图；

图2为图1中的电路在电池态的工作情况；

图3为本发明提供的一种UPS前级升压电路的限流保护方法的过程的流程图；

图4为本发明提供的一种UPS前级升压电路的限流保护装置的结构示意图；

图5为本发明提供的一种UPS前级升压电路的限流保护装置的电路示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种UPS前级升压电路的限流保护方法及其装置，保证在电池态下，避免出现电感电流同时给正负母线电容充电的情况，进而避免单边母线带载的情况。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种UPS前级升压电路的限流保护方法，参见图3所示，图3为本发明提供的一种UPS前级升压电路的限流保护方法的过程的流程图；该方法包括：

步骤s1：对UPS前级升压电路中双Boost电路中的上臂和下臂中的电感的电流进行采样；

步骤s2：当UPS前级升压电路对正母线进行升压时，对下臂的电流采样信号进行衰减使其不超出预设限流阈值；当UPS前级升压电路对负母线进行升压时，对上臂的电流采样信号进行衰减使其不超出预设限流阈值；

步骤s3：将衰减处理后的上臂和下臂的电流采样信号与预设限流阈值进行比较，并依据比较结果生成相应的上臂和下臂驱动信号，驱动上臂中的升压开关管或下臂中的升压开关管的通断。

可以理解的是，参见图2所示的电路，当正母线进行升压时，选通信号为低电平时将下臂电流采样信号进行衰减甚至拉低至0V，使得下臂的采样电流不会超出预设限流阈值，因此下臂不限流，即Q2不关断，此时限流仅关断Q1，续流回路：BAT+-SCR1-L1-D1-C1-Q2-L2-S2A-BAT-电感续流，只给正母线充电，如图2右侧电路的导通情况所示；当负母线进行升压时，选通信号为高电平时将上臂电流采样信号进行衰减甚至拉低至0V，使得上臂的采样电流不会超出预设限流阈值，因此下臂不限流，即Q1不关断，此时限流仅关断Q2，续流回路：BAT+-SCR1-L1-Q1-C2-D2-L2-S2A-BAT-电感续流，只给负母线充电。因此，本发明能够避免正负母线同时充电的情况出现，进而避免单边母线过压的情况。

作为优选地，对上臂和下臂中的电感的电流进行采样后，对电流采样信号进行衰减前，还包括：

对电流采样信号进行放大处理。

本发明提供了一种UPS前级升压电路的限流保护方法，在对正母线进行升压时，对下臂的电流信号进行衰减使其不超出预设限流阈值，这样在后续限流过程中，下臂中的升压开关管就不会被限流关断，即在对正母线进行升压时，本发明能够保证下臂中的升压开关管导通，仅关断上臂中的升压开关管，进而使得此时电感电流仅为正母线电容充电。同理，对负母线进行升压时，对上臂的电流信号进行衰减使其不超出预设限流阈值，保证上臂中的升压开关管导通，仅关断下臂中的升压开关管，使电感电流仅为负母线电容充电。可见，本发明能够避免正负母线电容同时充电的情况，进而避免了单边母线带载可能带来的故障。

本发明还提供了一种UPS前级升压电路的限流保护装置，参见图4所示，图4为本发明提供的一种UPS前级升压电路的限流保护装置的结构示意图；该装置包括：

结构相同的上臂电路1和下臂电路2以及分别连接上臂电路1和下臂电路2的信号衰减电路3；

上臂电路1和下臂电路2均包含电流采样电路11、限流比较电路13以及驱动封锁电路14；

电流采样电路11，用于依据自身所处位置，对UPS前级升压电路中双Boost电路中的上臂或下臂中的电感的电流进行采样；

信号衰减电路3，用于当UPS前级升压电路对正母线进行升压时，对下臂的电流采样信号进行衰减使其不超出预设限流阈值；当UPS前级升压电路对负母线进行升压时，对上臂的电流采样信号进行衰减使其不超出预设限流阈值；并将自身处理后的信号输入上臂电路1和下臂电路2中的限流比较电路13内；

限流比较电路13，用于将衰减处理后的上臂和下臂的电流采样信号与预设限流阈值进行比较，依据比较结果输出相应的限流信号至相应的驱动封锁电路14；

驱动封锁电路14，用于依据限流信号生成驱动信号，相应的驱动上臂或下臂中的开关管的通断。

作为优选地，上臂电路1和下臂电路2还分别包括：

信号放大电路12，用于对电流采样电路11输出的电流采样信号进行放大处理，并将处理后的信号发送至信号衰减电路3。

具体的，参见图5所示，图5为本发明提供的一种UPS前级升压电路的限流保护装置的电路示意图。

电流采样电路11包括第一电流互感器CT1A、第二电流互感器CT1B、第一双向稳压管TVS1、第二双向稳压管TVS2、第一二极管D1、第二二极管D2和第一电阻R1；

第一双向稳压管TVS1并接于第一电流互感器CT1A的次级线圈的两端，第二电流互感器CT1B并接于第二电流互感器CT1B的次级线圈的两端；第一双向稳压管TVS1的第一端连接第一二极管D1的阴极，第二双向稳压管TVS2的第一端连接第二二极管D2的阴极；第一双向稳压管TVS1的第二端连接第二双向稳压管TVS2的第二端后与第一电阻R1的第二端连接；第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阳极连接后连接第一电阻R1的第一端；第一电阻R1的两端作为电流采样电路11的输出端。

具体的，信号放大电路12包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第一运放IC1；

第二电阻R2连接于第一电阻R1的第一端与第一运放IC1的负输入端之间；第三电阻R3连接于第一电阻R1的第二端与第一运放IC1的正输入端之间；第一运放IC1的负输入端与其输出端之间通过第五电阻R5连接；第一运放IC1的正输入端通过第四电阻R4接地。

具体的，限流比较电路13包括第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第一比较器IC2；

第一比较器IC2的负输入端通过第六电阻R6连接第一运放IC1的输出端；第一比较器IC2的负输入端还相应的连接信号衰减电路3的上臂输出端或下臂输出端；第一比较器IC2的正输入端接收限流比较基准电压并连接第七电阻R7的第一端；第七电阻R7的第二端分别连接第一比较器IC2的输出端以及第八电阻R8的第一端；第八电阻R8的第二端连接电源正极；第一比较器IC2的输出端作为限流比较电路13的输出端。

具体的，驱动封锁电路14包括与门电路IC4；

与门电路IC4的第一输入端相应的接收上臂或下臂中升压开关管的驱动信号；与门电路IC4的第二输入端连接限流比较电路13的输出端。

具体的，信号衰减电路3包括上臂信号衰减电路和下臂信号衰减电路；

上臂信号衰减电路包括第九电阻R9、第十电阻R10和开关管Q；第九电阻R9串接于上臂电路1中的第一比较器IC2的负输入端与开关管Q的集电极之间；第十电阻R10的第一端接收输入的上臂选通信号，第十电阻R10的第二端连接开关管Q的基极，开关管Q的发射极接地；

下臂信号衰减电路包括第十一电阻R11和第二比较器IC3；第十一电阻R11串接于下臂电路2中的第一比较器IC2的负输入端与第二比较器IC3的输出端之间；第二比较器IC3的正输入端接收输入的下臂选通信号；第二比较器IC3的负输入端接收定值电压。

其中，Vref为限流比较基准，CS1分别为上下臂的衰减选通信号(该信号可由控制芯片根据升压上下臂的时序发出，也可根据市电/逆变电压的正负半波得到)，DR1、DR2分别为升压开关管Q1、Q2当前的驱动信号，DR1+、DR2+分别为最终输入值升压开关管Q1、Q2的驱动信号。

为方便理解，以下为图5所示的电路的工作过程：

市电供电时：

1、市电正半波时，BOOST电路通过SCR2、L1、Q1、D11对正母线进行升压。上臂电路1中的互感器CT1A、CT1B分别采样到D11、Q1的电流。当采样到的电流经过差分电路放大后的值超过限流比较基准Vref，上臂电路1中的第一比较器IC2IC2输出低电平，与门IC4将Q1的驱动DR1封锁。

2、市电负半波时，BOOST电路通过SCR3、L2、Q2、D12对负母线进行升压。下臂电路2中的互感器CT1A、CT1B分别采样到Q2、D12的电流。当采样到的电流经过差分电路放大后的值超过限流比较基准Vref，下臂电路2中的第一比较器IC2IC2输出低电平，与门IC4将Q2的驱动DR2封锁。

电池供电时：

1、逆变正半波。BOOST电路通过SCR1、L1、L2、Q1、Q2、D11对正母线进行升压。当有大电流时，上臂电路1中的第一比较器IC2IC2输出低电平将将Q1的驱动DR1封锁，此时CS1发出低电平，将下臂电流采样信号拉低，Q2的驱动DR2不会被误封锁

2、逆变负半波。BOOST电路通过SCR4、L1、L2、Q1、Q2、D12对负母线进行升压。当有大电流时，下臂电路2中的第一比较器IC2IC2输出低电平将将Q2的驱动DR2封锁，此时CS1发出高电平，将上臂电流采样信号拉低，Q1的驱动DR1不会被误封锁

本发明提供了一种UPS前级升压电路的限流保护装置，在对正母线进行升压时，对下臂的电流信号进行衰减使其不超出预设限流阈值，这样在后续限流过程中，下臂中的升压开关管就不会被限流关断，即在对正母线进行升压时，本发明能够保证下臂中的升压开关管导通，仅关断上臂中的升压开关管，进而使得此时电感电流仅为正母线电容充电。同理，对负母线进行升压时，对上臂的电流信号进行衰减使其不超出预设限流阈值，保证上臂中的升压开关管导通，仅关断下臂中的升压开关管，使电感电流仅为负母线电容充电。可见，本发明能够避免正负母线电容同时充电的情况，进而避免了单边母线带载可能带来的故障。

以上的几种具体实施方式仅是本发明的优选实施方式，以上几种具体实施例可以任意组合，组合后得到的实施例也在本发明的保护范围之内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，相关专业技术人员在不脱离本发明精神和构思前提下推演出的其他改进和变化，均应包含在本发明的保护范围之内。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。