Ups市電電池切換輔助電路的製作方法
2023-11-10 20:02:42 2
Ups市電電池切換輔助電路的製作方法
【專利摘要】本發明實施例提供一種UPS市電電池切換輔助電路。本發明UPS市電電池切換輔助電路，包括：相互串聯的第一功率管和第二功率管，所述第一功率管的第一端子與正負母線的正極連接，所述第二功率管的第二端子與所述正負母線的負極以及電池電路的負極連接，所述第一功率管的第二端子和所述第二功率管的第一端子在第一連接點處連接；還包括，相互串聯的第一電感和第一開關，所述第一電感的一端連接在第一連接點處，另一端與所述電池電路的正極連接；還包括第二開關，所述第二開關的一端連接在所述第一電感和所述第一開關之間，另一端連接在所述正負母線的正負極之間相互串聯的第一電容和第二電容的第二連接點處。
【專利說明】UPS市電電池切換輔助電路
【技術領域】
[0001]本發明實施例涉及電子技術，尤其涉及一種UPS市電電池切換輔助電路。
【背景技術】
[0002]不間斷電源(Uninterruptible Power Supply,簡稱UPS),是一種含有儲能裝置，以整流器、逆變器為主要組成部分的穩壓穩頻的交流電源。主要利用電池等儲能裝置在停電時給計算機/伺服器、存儲設備、網絡設備等計算機、通信網絡系統或工業控制系統、需要持續運轉的工業設備等提供不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS將市電穩壓後供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流式電穩壓器，同時它還向儲能裝置如電池組進行充電；當市電中斷時，UPS立即將儲能裝置(如電池組或飛輪儲能系統)的電能，通過逆變轉換的方法向負載繼續供應交流電，使負載維持正常工作並保護負載軟、硬體不受損壞。UPS設備通常對電壓過大和電壓太低都提供保護。
[0003]UPS有很多不同種類，在雙直流母線UPS產品中，拓撲架構為市電PFC與電池升壓共用boost升壓電路時，正負母線電壓分別有各自的反饋系統，DSP晶片控制可以維持正負母線的均衡。拓撲架構為雙向可逆變換架構時，市電PFC與電池升壓不能直接共用電路，此時電池升壓通過雙向boost電路實現對正負母線充電。因正負母線電容串聯，一般情況下，正負母線電壓的平均值會因為某些原因而不相等，此時需要加入額外的電路來平衡正負母線電壓(母線均壓)。
[0004]現有技術方案的電池升壓部分使用獨立的雙向boost電路，用來實現在電池模式下的升壓功能，以及在市電模式下的充電功能，同時，使用了獨立的母線均壓電路實現母線電壓平衡，圖1為現有技術中實現電池充電/升壓以及母線均壓的電路示意圖，如圖1所示，當處於電池模式下時，因為boost電路的直流輸出直接加在正負母線之間相互串聯的電容上，需要考慮串聯情況下正負母線不均壓的問題，所以必須加入獨立的母線均壓電路，如圖1中左側方框內電路。而這部分電路包括功率管、電感以及散熱部件等器件。此部分電路的存在限制了功率密度的提高，增加了產品成本。
【發明內容】
[0005]本發明實施例提供一種UPS市電電池切換輔助電路。
[0006]第一方面,本發明實施例提供一種UPS市電電池切換輔助電路,包括:
[0007]相互串聯的第一功率管和第二功率管，所述第一功率管的第一端子與正負母線的正極連接，所述第二功率管的第二端子與所述正負母線的負極以及電池電路的負極連接，所述第一功率管的第二端子和所述第二功率管的第一端子在第一連接點處連接；
[0008]還包括，相互串聯的第一電感和第一開關，所述第一電感的一端連接在第一連接點處，另一端與所述電池電路的正極連接；
[0009]還包括第二開關，所述第二開關的一端連接在所述第一電感和所述第一開關之間，另一端連接在所述正負母線的正負極之間相互串聯的第一電容和第二電容的第二連接點處。
[0010]結合第一方面，在第一方面的第一種可能的實現方式中，所述第一功率管和所述第二功率管均為IGBT ;所述第一端子為集電極，所述第二端子為發射極。
[0011]第二方面，本發明實施例提供一種利用第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式的UPS市電電池切換輔助電路對電池進行充電的方法，包括:
[0012]閉合所述第一開關，同時斷開所述第二開關，控制所述第一功率管導通，控制第二功率管關斷，形成由所述正負母線、所述第一功率管、所述第一電感以及所述電池電路所組成的第一充電迴路，通過所述第一充電迴路對所述電池電路進行充電，所述第一電感儲存倉;
[0013]當達到第一預設時間間隔，則控制所述第一功率管關斷，所述第二功率管導通，形成由所述第二功率管、所述第一電感和所述電池電路所組成的第二充電迴路，所述第一電感釋放能量，通過所述第二充電迴路對所述電池電路進行充電。
[0014]第三方面，本發明實施例提供一種利用第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行升壓的方法，包括:
[0015]閉合所述第一開關，同時斷開所述第二開關，控制所述第一功率管關斷，控制所述第二功率管導通，形成由所述電池電路、所述第一電感以及所述第二功率管所組成的第一升壓迴路，通過所述第一升壓迴路所述第一電感存儲能量；
[0016]當到達第二預設時間間隔，則控制所述第一功率管導通，控制所述第二功率管關斷，形成由所述電池電路、所述第一電感、所述第一功率管以及所述正負母線所組成的第二升壓迴路，通過所述第二升壓迴路所述第一電感釋放能量對所述正負母線的兩端電壓進行升壓。
[0017]第四方面，本發明實施例提供一種利用第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式的UPS市電電池切換輔助電路進行對正負母線進行均壓的方法，包括:
[0018]斷開所述第一開關，同時閉合所述第二開關；
[0019]獲取所述第一電容兩端的第一電壓，同時獲取所述第二電容兩端的第二電壓，以及所述第一電壓和所述第二電壓的大小關係；
[0020]若所述第一電壓大於所述第二電壓，則控制所述第一功率管導通，控制所述第二功率管關斷，形成由所述第一電容、所述第一功率管以及所述第一電感所組成的第一均壓迴路，通過所述第一均壓迴路，所述第一電容釋放能量，所述第一電感儲存能量；
[0021]當到達第三預設時間間隔，則控制所述第一功率管關斷，控制所述第二功率管導通，形成由所述第二電容、所述第二功率管以及所述第一電感所組成的第二均壓迴路，通過所述第二均壓迴路，所述第一電感釋放能量，所述第二電容儲存能量。
[0022]結合第四方面，在第四方面的第一種可能的實現方式中，所述方法還包括:
[0023]若所述第一電壓小於所述第二電壓，則控制所述第一功率管關斷，控制所述第二功率管導通，形成由所述第二電容、所述第一電感以及所述第二功率管所組成的第三均壓迴路，通過所述第三均壓迴路，所述第二電容釋放能量，所述第一電感儲存能量；
[0024]當達到所述第四預設時間間隔，則控制所述第一功率管導通，控制所述第二功率管關斷，形成由所述第一電容、所述第一電感以及所述第一功率管所組成的第四均壓迴路，通過所述第四均壓迴路，所述第一電感釋放能量，所述第一電容儲存能量。
[0025]本發明實施例UPS市電電池切換輔助電路，通過相互串聯的第一功率管和第二功率管，所述第一功率管的第一端子與正負母線的正極連接，所述第二功率管的第二端子與所述正負母線的負極以及電池電路的負極連接，所述第一功率管的第二端子和所述第二功率管的第一端子在第一連接點處連接；相互串聯的第一電感和第一開關，所述第一電感的一端連接在第一連接點處，另一端與所述電池電路的正極連接；還包括第二開關，所述第二開關的一端連接在所述第一電感和所述第一開關之間，另一端連接在所述正負母線的正負極之間相互串聯的第一電容和第二電容的第二連接點處。本發明實施例的UPS市電電池切換輔助電路將充電電路、母線均壓電路、電池升壓電路整合，通過開關切換來實現共用功率器件和電路拓撲的條件下，實現了三種功能，提高了電路的有效利用率；通過共用拓撲中器件在不同工況下實現不同功能，減少了功率器件數量，提高了電路的功率密度；在市電電池切換過程中，通過本發明UPS市電電池切換輔助電路對母線電容進行充電，能夠有效的減小維持母線電壓穩定的電容容值和數量，從而降低電路成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1為現有技術中實現電池充電/升壓以及母線均壓的電路示意圖；
[0028]圖2為本發明UPS市電電池切換輔助電路實施例一的電路示意圖；
[0029]圖3為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對電池進行充電的方法的實施例一的流程圖；
[0030]圖4為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對電池進行充電的方法的等效電路不意圖；
[0031]圖5為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行升壓的方法的實施例一的流程圖；
[0032]圖6為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行升壓的方法的等效電路不意圖；
[0033]圖7為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行均壓的方法的實施例一的流程圖；
[0034]圖8為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行均壓的方法的實施例一等效電路不意圖；
[0035]圖9為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行均壓的方法的實施例二的流程圖；
[0036]圖10為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行均壓的方法的實施例二的等效電路示意圖。
【具體實施方式】
[0037]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0038]圖2為本發明UPS市電電池切換輔助電路實施例一的電路示意圖，如圖2所示，本實施的UPS市電電池切換輔助電路可以包括:
[0039]第一功率管Q1、第二功率管Q2、第一電感L1、第一開關SI以及第二開關S2。
[0040]具體的連接關係，其中，第一功率管Ql和第二功率管Q2相互串聯，第一功率管Ql的第一端子與正負母線的正極DC+連接，第二功率管Q2的第二端子與正負母線的負極DC-連接，第一功率管Ql的第二端子和第二功率管的第一端子在第一連接點NI處連接。
[0041]第一電感LI和第一開關SI相互串聯，第一電感的一端連接在第一連接點NI處，另一端與電池電路的正極連接。
[0042]其中，該電池電路中包括一電磁幹擾濾波器(EMI濾波器)。
[0043]第二開關S2的一端連接在第一電感LI和第一開關SI之間，另一端連接在正負母線的正負極之間相互串聯的第一電容Cl和第二電容C2的第二連接點N2處。第二連接點N2為電容中點。
[0044]進一步地，本實施例中的第一功率管Ql和第二功率管Q2可以均為IGBT，對應的，第一端子為集電極，第二端子為發射極，第三端子為柵極，即第一功率管Ql的集電極與正負母線的正極連接，其發射極與第二功率管Q2的集電極連接，第二功率管Q2的發射極與正負母線的負極連接。
[0045]可選的，本實施例中的第一功率管Ql和第二功率管Q2也可以為mos管，對應的，第一端子為漏極，第二端子為源極，第三端子為柵極，即第一功率管Ql的漏極與正負母線的正極連接，其源極與第二功率管Q2的漏極連接，第二功率管Q2的源極與正負母線的負極連接。
[0046]利用本實施例的UPS市電電池切換輔助電路可以實現市電模式下的充電功能，市電模式切換為電池模式時的升壓功能，以及電池模式下的均壓功能。下面通過四個實施例對具體利用本實施例的UPS市電電池切換輔助電路對電池進行充電的方法、對正負母線進行升壓的方法、以及對正負母線進行均壓的方法進行詳細說明。
[0047]圖3為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對電池進行充電的方法的實施例一的流程圖，圖4為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對電池進行充電的方法的等效電路示意圖，如圖3所示，本實施例的方法可以包括:
[0048]步驟301、閉合第一開關SI，同時斷開第二開關S2，控制第一功率管Ql導通，控制第二功率管Q2關斷，形成由正負母線、第一功率管Q1、第一電感LI以及電池電路所組成的第一充電迴路H1，通過所述第一充電迴路Hl對所述電池電路進行充電，第一電感LI儲存能量。
[0049]當UPS工作在交流模式下時，本實施例使用如圖2所示的UPS市電電池切換輔助電路實現在市電模式下對電池電路進行充電，閉合第一開關SI，同時斷開第二開關S2，則該UPS市電電池切換輔助電路中的第一功率管Q1、第二功率管Q2以及第一電感LI組成buck電路(降壓式變換電路)，正負母線之間相互串聯的第一電容Cl和第二電容C2通過此buck電路對電池電路進行充電，這使得該UPS市電電池切換輔助電路作為充電器實現充電功能，其等效電路如圖4所示。具體實現充電功能為，閉合第一開關SI，同時斷開第二開關S2之後，首先控制第一功率管Ql導通，控制第二功率管Q2關斷，形成圖4所示的第一充電迴路H1，其電流方向如圖4中Hl所示，由正母線DC+流向第一功率管Ql再流向第一電感LI，通過電池電路回到負母線DC-，由市電提供的正負母線電壓DC+和DC-對電池電路進行充電，此時第一電感LI儲存能量。
[0050]步驟302、當達到第一預設時間間隔，則控制所述第一功率管Ql關斷，所述第二功率管Q2導通，形成由第二功率管Q2、所述第一電感LI和所述電池電路所組成的第二充電迴路，所述第一電感LI釋放能量，通過所述第二充電迴路對所述電池電路進行充電。
[0051]其中，第一預設時間間隔可以為I μ S，當達到第一預設時間間隔時，則控制第一功率管Ql關斷，控制第二功率管Q2導通，形成如圖4所示的第二充電迴路Η2，其電流方向如圖4中Η2所示，由第二功率管Q2流向第一電感LI再通過電池電路，此時第一電感LI釋放能量，對電池電路進行充電。
[0052]其中，步驟301中控制第一功率管Ql導通，控制第二功率管Q2關斷，和步驟302中控制第一功率管Ql關斷，控制第二功率管Q2導通，這兩種狀態是在不斷切換的，其切換時間間隔為第一預設時間間隔。
[0053]本實施例，通過閉合第一開關SI，同時斷開第二開關S2，控制第一功率管Ql導通，控制第二功率管Q2關斷，形成由正負母線、第一功率管Q1、第一電感LI以及電池電路所組成的第一充電迴路Η1，通過所述第一充電迴路Hl對所述電池電路進行充電，所述第一電感LI儲存能量；當達到第一預設時間間隔，則控制所述第一功率管Ql關斷，所述第二功率管Q2導通，形成由第二功率管Q2、所述第一電感LI和所述電池電路所組成的第二充電迴路，所述第一電感LI釋放能量，通過所述第二充電迴路對所述電池電路進行充電，從而通過利用本發明UPS市電電池切換輔助電路實現在市電模式下對電池電路進行充電。
[0054]在上述圖3所示實施例中，可以通過在第一功率管Ql和第二功率管Q2上分別施加控制信號以控制其導通或者關斷，當所施加的控制信號的脈寬結束電平翻轉時，實現該第一功率管Ql和第二功率管Q2的導通或者關斷的狀態轉換。
[0055]圖5為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行升壓的方法的實施例一的流程圖，圖6為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行升壓的方法的等效電路示意圖，如圖5所示，本實施例的方法可以包括:
[0056]步驟501、閉合所述第一開關SI，同時斷開所述第二開關S2，控制所述第一功率管Ql關斷，控制所述第二功率管Q2導通，形成由所述電池電路、所述第一電感LI以及所述第二功率管Q2所組成的第一升壓迴路，通過所述第一升壓迴路所述第一電感LI存儲能量；
[0057]當UPS由市電供電切換為電池供電時，中間短時過程由本發明圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線兩端電壓進行升壓，閉合第一開關Si，同時斷開第二開關S2，則該UPS市電電池切換輔助電路中的第一功率管Ql、第二功率管Q2以及第一電感LI組成boost電路，電池電路通過此boost電路給正負母線之間串聯的第一電容Cl和第二電容C2進行充電，從而使得該UPS市電電池切換輔助電路作為放電器實現瞬間升壓功能，以維持市電供電到電池供電過程中的正負母線電壓穩定，其等效電路如圖6所示。具體實現升壓功能為，閉合第一開關SI，同時斷開第二開關S2之後，首先控制第一功率管Ql關斷，控制第二功率管Q2導通，形成圖6所示的第一升壓迴路H1，其電路方向如圖6中Hl所示，由電池電路的正極經過第一電感LI再流向第二功率管回到電池電路的負極，此時第一電感儲存能量。
[0058]步驟502、當到達第二預設時間間隔，則控制所述第一功率管Ql導通，控制所述第二功率管Q2關斷，形成由所述電池電路、所述第一電感L1、所述第一功率管Ql以及所述正負母線所組成的第二升壓迴路，通過所述第二升壓迴路所述第一電感LI釋放能量對所述正負母線的兩端電壓進行升壓。
[0059]其中，第二預設時間間隔可以為I μ S，當達到第二預設時間間隔時，則控制第一功率管Ql導通，控制第二功率管Q2關斷，形成如圖6所示的第二升壓迴路Η2，其電流方向如圖6中Η2所示，由電池電路正極通過第一電感LI流向第一功率管Q1，進而通過正母線電容Cl、負母線電容C2，回到電池電路負極，此時第一電感LI通過迴路Η2續流釋放能量，對正負母線之間的電容充電，從而實現升壓。
[0060]其中，步驟501中控制第一功率管Ql關斷，控制第二功率管Q2導通，和步驟502中控制第一功率管Ql導通，控制第二功率管Q2關斷，這兩種狀態是在不斷切換的，其切換時間間隔為第二預設時間間隔。
[0061]本實施例，通過閉合所述第一開關SI，同時斷開所述第二開關S2，控制所述第一功率管Ql關斷，控制所述第二功率管Q2導通，形成由所述電池電路、所述第一電感LI以及所述第二功率管Q2所組成的第一升壓迴路，通過所述第一升壓迴路所述第一電感LI存儲能量；當到達第二預設時間間隔，則控制所述第一功率管Ql導通，控制所述第二功率管Q2關斷，形成由所述電池電路、所述第一電感L1、所述第一功率管Ql以及所述正負母線所組成的第二升壓迴路，通過所述第二升壓迴路所述第一電感LI釋放能量對所述正負母線的兩端電壓進行升壓，從而通過利用本發明UPS市電電池切換輔助電路實現在市電供電切換為電池供電時對正負母線兩端電壓進行升壓。
[0062]在上述圖5所示實施例中，可以通過在第一功率管Ql和第二功率管Q2上分別施加控制信號以控制其關斷或者導通，當所施加的控制信號的脈寬結束電平翻轉時，實現第一功率管Ql和第二功率管Q2的關斷或者導通的狀態轉換。
[0063]圖7為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行均壓的方法的實施例一的流程圖，圖8為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行均壓的方法的等效電路示意圖，如圖7所示，本實施例的方法可以包括:
[0064]步驟701、斷開所述第一開關SI，同時閉合所述第二開關S2。
[0065]當UPS工作在電池模式下時，本實施使用如圖2所示的UPS市電電池切換輔助電路實現在電池模式下對正負母線進行均壓，斷開第一開關SI，同時閉合第二開關S2，則該UPS市電電池切換輔助電路中的第一功率管Q1、第二功率管Q2以及第一電感LI組成buck-boost 電路。
[0066]步驟702、獲取所述第一電容Cl兩端的第一電壓，同時獲取所述第二電容C2兩端的第二電壓，以及所述第一電壓和所述第二電壓的大小關係。
[0067]通過步驟701使得本發明UPS市電電池切換輔助電路中的第一功率管Q1、第二功率管Q2以及第一電感LI組成buck-boost電路，根據步驟702獲取正負母線的電壓關係通過控制脈衝寬度調製(Pulse Width Modulat1n,簡稱PWM)可以實現正負母線電壓不同時正負母線之間串聯的第一電容Cl和第二電容C2之間的能量互換，從而實現正負母線均壓，其等效電路如圖8所示，具體通過以下步驟實現正負母線均壓。
[0068]步驟703、若所述第一電壓大於所述第二電壓，則控制所述第一功率管Ql導通，控制所述第二功率管Q2關斷，形成由所述第一電容Cl、所述第一功率管Ql以及所述第一電感LI所組成的第一均壓迴路，通過所述第一均壓迴路，所述第一電容Cl釋放能量，所述第一電感LI儲存能量。
[0069]具體地，可以通過在第一功率管Ql和第二功率管Q2上施加控制信號以使其導通或者關斷。
[0070]其中，當第一電壓大於第二電壓時，則控制第一功率管Ql的佔空比Dutyl大於第二功率管Q2的佔空比Duty2，即第一功率管Ql導通時間大於第二功率管Q2導通時間，當控制第一功率管Ql導通，控制第二功率管Q2關斷時，形成圖8所示的第一均壓迴路H1，該第一均壓迴路Hl由第一電容Cl放電釋放能量，其電流方向如圖8中Hl所示，由正母線DC+流向第一功率管Ql再通過第一電感LI，此時第一電感LI儲存能量，進而通過第二開關S2回到第一電容的另一端(正負母線之間串聯的電容中點)。
[0071]步驟704、當到達第三預設時間間隔，則控制所述第一功率管Ql關斷，控制所述第二功率管Q2導通，形成由所述第二電容C2、所述第二功率管Q2以及所述第一電感LI所組成的第二均壓迴路，通過所述第二均壓迴路，所述第一電感LI釋放能量，所述第二電容C2
儲存能量。
[0072]其中，第三預設時間間隔可以根據第一電容Ql的佔空比Dutyl和第二電容Q2的佔空比Duty2獲取，當達到第三預設時間間隔時(即控制信號的脈寬結束電平翻轉時)，則控制第一功率管Ql關斷，第二功率管Q2導通，形成如圖8所示的第二均壓迴路H2，其電路方向如圖8中H2所示，由第二電容C2的負極通過第二功率管Q2流向第一電感LI，再通過第二開關S2回到第二電容C2的正極，此時第一電感LI釋放能量，對第二電容C2進行充電，從而實現第一電容Cl和第二電容C2之間的能量交換，實現正負母線均壓。
[0073]本實施例，通過斷開所述第一開關SI，同時閉合所述第二開關S2，通過採樣獲取所述第一電容Cl兩端的第一電壓，同時採樣獲取所述第二電容C2兩端的第二電壓，比較所述第一電壓和所述第二電壓的大小關係若所述第一電壓大於所述第二電壓，則控制所述第一功率管Ql導通，控制所述第二功率管Q2關斷，形成由所述第一電容Cl、所述第一功率管Ql以及所述第一電感LI所組成的第一均壓迴路，通過所述第一均壓迴路，所述第一電容Cl釋放能量，所述第一電感LI儲存能量；當到達第三預設時間間隔，則控制所述第一功率管Ql關斷，控制所述第二功率管Q2導通，形成由所述第二電容C2、所述第二功率管Q2以及所述第一電感LI所組成的第二均壓迴路，通過所述第二均壓迴路，所述第一電感LI釋放能量，所述第二電容C2儲存能量，從而通過利用本發明UPS市電電池切換輔助電路實現在電池模式下正負母線均壓功能。
[0074]圖9為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行均壓的方法的實施例二的流程圖，圖10為本發明利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行均壓的方法的實施例二的等效電路示意圖，本實施在圖7所述實施例的基礎上，利用圖2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行均壓的方法，在步驟702還包括:
[0075]步驟901、若所述第一電壓小於所述第二電壓，則控制所述第一功率管Ql關斷，控制所述第二功率管Q2導通，形成由所述第二電容C2、所述第一電感LI以及所述第二功率管Q2所組成的第三均壓迴路，通過所述第三均壓迴路，所述第二電容C2釋放能量，所述第一電感LI儲存能量。
[0076]其中，當第一電壓小於所述第二電壓時，則控制第一功率管Ql的佔空比Dutyl小於第二功率管Q2的佔空比Duty2，即第一功率管Ql導通時間小於第二功率管Q2導通時間，當控制第一功率管Ql關斷，控制第二功率管Q2導通時，形成圖10所示的第三均壓迴路H3，該第三均壓迴路H3由第二電容C2放電釋放能量，其電流方向如圖10中H3所示，由第二電容C2的正極經過第二開關S2流向第一電感LI，再通過第二功率管Q2回到第二電容C2的負極。
[0077]具體地，可以通過在第一功率管Ql和第二功率管Q2上施加控制信號以使其導通或者關斷。
[0078]步驟902、當達到所述第四預設時間間隔，則控制所述第一功率管Ql導通，控制所述第二功率管Q2關斷，形成由所述第一電容Cl、所述第一電感LI以及所述第一功率管Ql所組成的第四均壓迴路，通過所述第四均壓迴路，所述第一電感LI釋放能量，所述第一電容Cl儲存能量。
[0079]其中，第四預設時間間隔可以根據第一電容Ql的佔空比Dutyl和第二電容Q2的佔空比Duty2獲取，當達到第四預設時間間隔時(即控制信號的脈寬結束電平翻轉時)，則控制第一功率管Ql導通，第二功率管Q2關斷，形成如圖10所示的第四均壓迴路H4，其電路方向如圖10中H4所示，由第一電容Cl的負極(正負母線之間串聯的電容中點)通過第二開關S2流向第一電感LI，再通過第一功率管Q1，回到第一電容Cl的正極，此時第一電感LI續流釋放能量，對第一電容Cl進行充電，從而實現第一電容Cl和第二電容C2之間的能量交換，實現正負母線均壓。
[0080]本實施例，在圖7所述實施例的基礎上，通過若所述第一電壓小於所述第二電壓，則控制所述第一功率管Ql關斷，控制所述第二功率管Q2導通，形成由所述第二電容C2、所述第一電感LI以及所述第二功率管Q2所組成的第三均壓迴路，通過所述第三均壓迴路，所述第二電容C2釋放能量，所述第一電感LI儲存能量；當達到所述第四預設時間間隔，則控制所述第一功率管Ql導通，控制所述第二功率管Q2關斷，形成由所述第一電容Cl、所述第一電感LI以及所述第一功率管Ql所組成的第四均壓迴路，通過所述第四均壓迴路，所述第一電感LI釋放能量，所述第一電容Cl儲存能量，從而通過利用本發明UPS市電電池切換輔助電路實現在電池模式下正負母線均壓功能。
[0081]上述各實施例中所涉及的本發明UPS市電電池切換輔助電路在硬體設計時需考慮以下兩個方面:
[0082](I)當本發明UPS市電電池切換輔助電路作為充電電路和均壓電路使用時，硬體功率設計需滿足穩定運行的要求。
[0083](2)當本發明UPS市電電池切換輔助電路作為市電電池切換的升壓電路使用時，硬體功率設計需滿足短時超額功率輸出的要求，維持短時工作。只需功率器件規格加大，不需要增加額外的散熱成本。在市電電池切換時，本發明UPS市電電池切換輔助電路給母線電容提供能量與主升壓電路共同維持母線電壓的穩定，從而減少母線電容的數量。
[0084]通過上述實施例對本發明UPS市電電池切換輔助電路的電路組成，以及可以實現的各種功能進行了詳細的說明，可以看出本發明UPS市電電池切換輔助電路將充電電路、母線均壓電路、電池升壓電路整合，通過開關切換來實現共用功率器件和電路拓撲的條件下，實現了三種功能，提高了電路的有效利用率；通過共用拓撲中器件在不同工況下實現不同功能，減少了功率器件數量，提高了電路的功率密度；在市電電池切換過程中，通過本發明UPS市電電池切換輔助電路對母線電容進行充電，能夠有效的減小維持母線電壓穩定的電容容值和數量，從而降低電路成本。
[0085]最後應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。
【權利要求】
1.一種UPS市電電池切換輔助電路，其特徵在於，包括: 相互串聯的第一功率管和第二功率管，所述第一功率管的第一端子與正負母線的正極連接，所述第二功率管的第二端子與所述正負母線的負極以及電池電路的負極連接，所述第一功率管的第二端子和所述第二功率管的第一端子在第一連接點處連接； 還包括，相互串聯的第一電感和第一開關，所述第一電感的一端連接在第一連接點處，另一端與所述電池電路的正極連接； 還包括第二開關，所述第二開關的一端連接在所述第一電感和所述第一開關之間，另一端連接在所述正負母線的正負極之間相互串聯的第一電容和第二電容的第二連接點處。
2.根據權利要求1所述的輔助電路，其特徵在於，所述第一功率管和所述第二功率管均為IGBT ;所述第一端子為集電極，所述第二端子為發射極。
3.一種利用如權利要求1或2所述的UPS市電電池切換輔助電路對電池進行充電的方法，其特徵在於，包括: 閉合所述第一開關，同時斷開所述第二開關，控制所述第一功率管導通，控制所述第二功率管關斷，形成由所述正負母線、所述第一功率管、所述第一電感以及所述電池電路所組成的第一充電迴路，通過所述第一充電迴路對所述電池電路進行充電，所述第一電感儲存倉; 當達到第一預設時間間隔，則控制所述第一功率管關斷，所述第二功率管導通，形成由所述第二功率管、所述第一電感和所述電池電路所組成的第二充電迴路，所述第一電感釋放能量，通過所述第二充電迴路對所述電池電路進行充電。
4.一種利用如權利要求1或2所述的UPS市電電池切換輔助電路對正負母線進行升壓的方法，其特徵在於，包括: 閉合所述第一開關，同時斷開所述第二開關，控制所述第一功率管關斷，控制所述第二功率管導通，形成由所述電池電路、所述第一電感以及所述第二功率管所組成的第一升壓迴路，通過所述第一升壓迴路所述第一電感存儲能量； 當到達第二預設時間間隔，則控制所述第一功率管導通，控制所述第二功率管關斷，形成由所述電池電路、所述第一電感、所述第一功率管以及所述正負母線所組成的第二升壓迴路，通過所述第二升壓迴路所述第一電感釋放能量對所述正負母線的兩端電壓進行升壓。
5.一種利用如權利要求1或2所述的UPS市電電池切換輔助電路進行對正負母線進行均壓的方法，其特徵在於，包括: 斷開所述第一開關，同時閉合所述第二開關； 獲取所述第一電容兩端的第一電壓，同時獲取所述第二電容兩端的第二電壓，以及所述第一電壓和所述第二電壓的大小關係； 若所述第一電壓大於所述第二電壓，則控制所述第一功率管導通，控制所述第二功率管關斷，形成由所述第一電容、所述第一功率管以及所述第一電感所組成的第一均壓迴路，通過所述第一均壓迴路，所述第一電容釋放能量，所述第一電感儲存能量； 當到達第三預設時間間隔，則控制所述第一功率管關斷，控制所述第二功率管導通，形成由所述第二電容、所述第二功率管以及所述第一電感所組成的第二均壓迴路，通過所述第二均壓迴路，所述第一電感釋放能量，所述第二電容儲存能量。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括: 若所述第一電壓小於所述第二電壓，則控制所述第一功率管關斷，控制所述第二功率管導通，形成由所述第二電容、所述第一電感以及所述第二功率管所組成的第三均壓迴路，通過所述第三均壓迴路，所述第二電容釋放能量，所述第一電感儲存能量； 當到達所述第四預設時間間隔，則控制所述第一功率管導通，控制所述第二功率管關斷，形成由所述第一電容、所述第一電感以及所述第一功率管所組成的第四均壓迴路，通過所述第四均壓迴路，所述第一電感釋放能量，所述第一電容儲存能量。
【文檔編號】H02J9/06GK104167809SQ201410176863
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】蔡雄兵, 章陶 申請人:華為技術有限公司