一种不间断电源的电路的制作方法_4

文档序号:9729701阅读:来源:国知局
流入Lr的电流在Qr导通时经过Qr,使Qr上电流缓慢上升,在Qr关断时,市电输入模块210输出的交流电不会流入Lr,Qr上电流为零,Lr上的电能会通过D1给Cr充电。因此,Qr在导通瞬间的电流为零,能够实现零电流开通。
[0074]需要说明的是,谐振模块270中D1用于控制电流的方向,使得Qr关断时,电流由Lr—Dl—Cr,以保证Cr的两端压降在近母线电容端高,在远母线电容端低。
[0075]还需要说明的是,当Lr对Cr进行充电时,很容易使Cr的电压充至上千伏,通过在谐振模块270中加入D2,是D2的正极连接于Cr的第二端,D2的负极连接于C1的正极,对Lr流入Cr的电流分流,以使Cr的电压与C1的电压相同时,不再对Cr充电,而不致于造成Cr的电压升到太高,为Cr选用较大的容值,增加成本。本发明实施例通过D2的控制,使得Cr中的电压充至与C1两端压降相同时便不再向Cr充电,从而便于确定与选用Cr的容值,避免因压降太高而造成Cr的电容很大造成的不必要的成本。
[0076]还需要说明的是,D3、D4和D5分别用于隔离各桥臂的电流,以使第一桥臂的电流经D3流入Lr,第二桥臂的电流经D4流入Lr,第三桥臂的电流经D5流入Lr。
[0077]因此,本发明实施例的UPS的电路,通过在PFC模块并联谐振模块,使得PFC模块在开关器件实现零电压开关,从而进一步降低开关器件的功率损耗,提高UPS转换效率,降低运营成本。
[0078]可选地,该第一开关器件Q1、第二开关器件Q2、第三开关器件Q9和第四开关器件Q10还可以包含谐振电容,该谐振电容可以为Q1、Q2、Q9和Q10的寄生电容,也可以是分别并联在Q1、Q2、Q9和Q10两端的电容。谐振电容可以用于在Q1、Q2、Q9和Q10导通时充电,在Q1、Q2、Q9和Q10关断时放电,进一步延长各开关器件维持零压差的时间,以更好的实现零电压开关,降低开关的功率损耗,提尚UPS转换效率。
[0079]可选地,逆变模块240包括第二耦合电感L5、第七开关器件Q5、第八开关器件Q6、第九开关器件Q11、第十开关器件Q12和滤波电容C2,第二耦合电感L5包括反向耦合的第四线圈和第五线圈,第四线圈的第一端与第五线圈的第一端经滤波电容C2接入参考地N,第七开关器件Q5的第一端与第九开关器件Q11的第一端连接于母线电容C1的正极,第七开关器件Q5的第二端与第八开关器件Q6的第一端连接于第四线圈的第二端,第九开关器件Q11的第二端与第十开关器件Q12的第一端连接于第五线圈的第二端,第八开关器件Q6的第二端与第十开关器件Q12的第二端连接于母线电容C1的负极,以使第七开关器件Q5的电流与第九开关器件Q11的电流的方向相反,或者,第八开关器件Q6的电流与第十开关器件Q12的电流的方向相反。
[0080]具体而言,Q5和Q6串联构成第四桥臂,Q7和Q8串联构成第五桥臂,L5包括反向耦合的第四线圈和第五线圈,其中,第四线圈接入第四桥臂的中点,第五线圈接入第五桥臂的中点,以使得第四桥臂和第五桥臂在同一时刻的电流方向相反,以实现在逆变模块240中交错180°工作,从而使得原来纹波较大的两路电流叠加在一起。从总体上看,纹波电流减小,使输出的电流连续性更好,从而就可以减小第一桥臂和第二桥臂中各开关器件的开关频率。而开关频率与功率损耗密切相关,减少开关频率,即降低了功率损耗,因此,进一步地降低了开关的功率损耗,提高UPS转换功率。
[0081]应理解,以上所述的谐振模块也可以用于逆变模块中,以实现逆变模块中各开关器件的零电压开关,本发明对此并未特别限定。
[0082]因此,本发明实施例的UPS的电路,通过在逆变模块中加入耦合电感,使桥臂之间交错工作,以减少开关频率,减低功率损耗,提高UPS转换效率。
[0083]可选地,PFC模块220还包括第十一开关器件Q3、第十二开关器件Q4、第十三开关器件Q13和第十四开关器件Q14,第十一开关器件Q3与第十三开关器件Q13并联,第十二开关器件Q4与第十四开关器件Q14并联,第十一开关器件Q3的第一端与第十三开关器件Q13的第一端连接于母线电容C1的正极,第^ 开关器件Q3的第二端、第十二开关器件Q4的第一端、第十三开关器件Q13的第二端与第十四开关器件Q14的第一端连接于参考地N,第十二开关器件Q4的第二端与第十四开关器件Q14的第二端连接于母线电容C1的负极。
[0084]具体而言,该Q3、Q4和Q13、Q14可以对应于图1中的Q3和Q4,S卩,可以理解为在图1中的Q3和Q4并联了两个开关器件Q13、Q14。通过并联的方式可以降低开关器件的阻抗,当电路中电流不变时,可以降低功率损耗,进一步提高UPS转换效率。
[0085]可选地,以上列举的第一开关器件至第十四开关器件均可以为IGBT或者M0SFET。应理解,IGBT和M0SFET仅为示例而非限定,其他用于实现控制电路开关的元件或开关组件均落入本发明的保护范围。
[0086]还应理解,上述列举的二极管仅为示例性说明,不应对本发明构成任何限定,本发明也不应限于此。其他用于实现单向导通的器件(包括独立的器件或多个元件组成的器件)均落入本发明的保护范围内。
[0087]还应理解,上述的开关器件及其连接关系仅为示例性说明,不应对本发明构成任何限定,每一个开关器件可以为一个独立的开关器件,也可以为并联的多个元件组成的开关器件,本发明对此并未特别限定。其他用于控制电路的开关器件,均落入本发明的保护范围。
[0088]因此,本发明实施例的UPS的电路,通过耦合电感产生反向耦合电流,使各桥臂之间交错工作,以减少纹波电流,从而减少开关频率,降低开关器件的功率损耗,提高UPS转换功率,降低运营成本。
[0089]以上结合图2至图4详细说明了根据本发明实施例的一种UPS的电路。以下,结合图5详细说明本发明又一实施例的一种UPS的电路。
[°09°]图5是根据本发明又一实施例的一种UPS的电路的不意图。如图5所不,该电路包括:市电输入(AC)模块310、功率因数校正PFC模块320、谐振模块330、逆变模块340、充电器模块350和电池组(BAT)模块360,其中,
[0091]市电输入模块310的输出端连接于PFC模块的输入端,用于向PFC模块输出初始交流电;
[0092 ] PFC模块320用于对初始交流电进行升压、整流,以输出直流电,PFC模块第一电感L1、第一开关器件Q1、第二开关器件Q2和母线电容C1,该母线电容C1用于储存市电输入模块310或电池组模块360通过PFC模块320送入的电能,并向逆变模块340释放该电能,该第一电感L1用于对该初始交流电进行升压,该第一电感L1的第一端连接于市电输入模块210的输出端,该第一开关器件Q1的第一端连接于该母线电容C1的正极,该第一开关器件的Q1第二端与该第二开关器件Q2的第一端连接于第一电感L1的第二端,该第二开关器件Q2的第二端连接于该母线电容C1的负极;
[0093]谐振模块330包括:谐振电感Lr、谐振电容Cr、第一二极管D1和谐振开关器件Qr,该谐振电感Lr的第一端和该谐振电容Cr的第一端连接于第一电感L1的第二端,该第一二极管D1的正极连接于该谐振电感L1的第二端,该第一二极管D1的负极连接于该谐振电容Cr的第二端,该谐振开关器件Qr的第一端连接于该谐振电感Lr的第二端,该谐振开关器件Qr的第二端连接于该母线电容C1的负极,以使电流在该谐振开关器件Qr导通状态经过该谐振开关器件Qr流入第二开关器件Q2,在该谐振开关器件Qr断开状态经过该第一二极管D1流入该谐振电容Cr;
[0094]逆变模块340的输入端连接于PFC模块220的输出端,用于将该直流电转换为目标交流电;
[0095 ]充电器模块350的输入端连接于PFC模块3 20的输出端,用于在市电输入模块310供电时向电池组模块360充电;
[0096]电池组模块360的输出端连接于PFC模块320的输入端,用于在市电输入模块310断电时供电。
[0097]具体而言,市电输入模块310连续地向PFC模块320输入初始交流电。该PFC模块320包括第一开关器件Q1和第二开关器件Q2,Q1和Q2串联连接,构成第一桥臂。在该初始交流电的正周期,该PFC模块320中的Q14关断,Q2导通,电流通过该Q2给C1充电;在该初始交流电的负半周,该PFC模块320中的Q2关断,Q1导通,电流通过Q1给C1充电。
[0098]本发明实施例中,在该UPS电路中加入了谐振模块330,该谐振模块330包括Lr、Cr、D1和Qr,该Lr的第一端和该Cr的第一端连接于L1的第二端。也就是说,PFC模块320的输入端和谐振模块330的输入端汇于一点,S卩L1的第二端,市电输入模块310的输出端可以直接或者间接地接入L1的第二端。D1的正极连接于Lr的第二端,D1的负极连接于Cr的第二端,以使电流从Lr经该D1流向Cr。也就是说,D1和Lr串联后,再和Cr并联,使电流在Lr—Dl—Cr之间形成回路。Qr的第一端连接于Lr的第二端,Qr的第二端连接于C1的负极,以使电流在Qr导通状态流入该Qr,在Qr断开状态经过D1流入Cr,给Cr充电。
[0099]以下以Q2为例详细说明谐振模块330分别在市电供电模式和电池组供电模式用于降低开关器件功率损耗的具体过程。
[0100]在市电供电模式的正半周,电流首先由Q1的二极管流入,使得Q2两端压降为C1两端压降,在Q2导通前,首先导通Qr,使电流从Lr流入,此时的电流流向为Lr—Qr—Q2 (二极管),从而在Q2两端的压差降下来直至为零时,导通Q2,电流从Q2流入,电流流向为L1—Q2—Q4(二极管)—N。在Q2导通的瞬间,虽然有电流流入,但因压降为零,功率仍为零,因此实现了零电压开通,减少了功率损耗。
[0101]在Q2导通时关断Qr,使由Lr流入的电流经D1给Cr充电,在Cr上储存电能,直至与C1两端压降相同(例如,400V)。
[0102]在Q2关断时刻,由于通过Cr上储存的电能放电,使电流在Cr—Cl—Q2(二极管D1之间形成回路。由此可以使得Q2两端压降仍保持在零,从而实现零电压关断。
[0103]因此,本发明实施例的UPS的电路,通过在PFC模块并联谐振模块,使得PFC模块中的开关器件实现零电压开关,从而减低开关器件的功率损耗,提高UPS转换功率,降低运营成本。
[0104]可选地,该谐振模块330还包括第二二极管D2,该第二二极管D2的正极连接于该谐振电容Cr的第二端,该第二二极管D2的负极连接于该母线电容C1的正极。
[0105]在本发明实施例中,当Lr对Cr进行充电时,很容易使Cr的电压充至上千伏,通过在该谐振模块330中加入D2,使D2的正极连接于该Cr的第二端,第D2的负极连接于C1的正极,对Lr流入Cr的电流分流,以使Cr的电压与C1的电压相同,而不致于造成Cr的电压升到太高,从而需要为Cr选用电容较大的元件,增加成本。
[0106]因此,本发明实施例通过D2的控制,使得Cr中的电压充至与C1两端压降相同时便不再向Cr充电,从而便于确定与选用Cr的
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