一种单电池组在线不间断电源UPS电路及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种单电池组在线UPS电路及其控制方法，本发明专利技术在挂接单电池组时仅增加了第二开关器件和第六开关器件，第二开关器件一端连接在第一开关器件和第三开关器件之间，另一端与BAT的一端连接，第六开关器件一端连接在第五开关器件和第二电容之间，另一端与BAT负端连接，或者所述第六开关器件一端连接在第四开关器件和第一电容之间，另一端与BAT正端连接。本发明专利技术实现了电池模式给双母线提供能量，实现了单电池组并机，以很小的硬件资源消耗，有效抑制电磁干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电源电路
，尤其涉及一种单电池组在线不间断电源UPS电路及其控制方法。
技术介绍
追求低成本、高效率、高功率密度、高可靠性一直是不间断电源UPS设计的目标。单电感无桥PFC电源电路在成本、电感利用率、效率及高功率密度方面具有优势。但是在单相UPS系统中，在无桥Vienna-like结构中挂接单电池组比较困难。如图1所示，在无桥Vienna-like结构中不挂接单电池组时通过AC供电时，将开关K1接通交流电源AC，开关K2断开，在AC的正半周，Q1、Q3处于导通状态，则电流流向为AC正-L1-Q1-Q3-AC负，为电感L1储能；储能过程结束后，关断Q1，则电流流向为AC正-L1-D1-C1-AC负，实现为正母线(BUS+和零线N)储能；在AC的负半周，Q3、Q1处于导通状态，则电流流向为AC正-Q3-Q1-L1-AC负，为电感L1储能；储能过程结束后，关断Q3，则电流流向为AC正-C2-D2-L1-AC负，实现为负母线(BUS+和零线N)储能。目前在无桥Vienna-like结构中挂接单电池组有两种方式，一种方式为将Vienna-like结构与BUCK-BOOST电路组合，另一种方式为采用两套无桥的Vienna-like电路。如图1所示为将Vienna-like结构与BUCK-BOOST电路组合的方式，即在原来电路结构上增加了由单电池组BAT、开关管Q2、二极管D3和电感L2组成的电路。将K1与电池组BAT接通且关闭开关K2时，关断开关管Q2，Q1、Q3导通，电流流向为BAT正-L1-Q1-Q3-BAT负，实现电感L1储能；储能结束后，关断Q1，则电流流向为BAT正-L1-D1-C1-BAT负，实现为正母线储能；之后关断Q1，驱动Q2导通，则电流流向为BAT正-Q2-L2-BAT负，实现为电感L2储能；储能结束后关断Q2，电流流向为L2正-C2-D3-L2负，实现为负母线储能。如图2所示为采用两套无桥的Vienna-like电路，即在原来电路结构上增加了由单电池组BAT、开关管Q2、开关管Q5、二极管D3、二极管D4，二极管D3、二极管D3’和电感L2组成的电路。通过单电池组BAT供电时，将K1、K2与单电池组BAT接通，Q1、Q3、Q2、Q5导通，电流流向为BAT正-L1-Q1-Q3-Q5-Q2-L2-BAT负，实现电感L1和电感L2储能；储能结束后，关断Q1，则电流流向为BAT正-L1-D1-C1-Q5-Q2-L2-BAT负，实现为正母线储能；之后关断Q5，使Q1、Q3导通，则电流流向为BAT正-L1-Q1-Q3-C2-D4-L2-BAT负，实现为负母线储能。对于第一种单电池组挂接方式，虽然可以实现并机共用单电池组，但BUCK_BOOST增加了系统的成本，功率密度难以做到最优；对于第二种单电池组挂接方式，采用增加一套PFC电路完成单电池组挂接，此拓扑在两相系统中有很大的优势，因为PFC和DC/DC完全共用，PFC和DC/DC容量设计相对比较一致，但此拓扑单相市电输入，单相市电被拆分两相，市电设计的容量只有电池DC/DC设计容量的一半就可以满足要求，但是为了完全的共用，每一路的容量必须设计到电池容量的要求，并且无法实现电池组共用，电池模式电磁干扰问题较大，成本和功率密度的设计难实现最优设计。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种单电池组在线不间断电源UPS电路及其控制方法，既降低了硬件资源消耗，又可以有效抑制电磁干扰。本专利技术提供一种单电池组在线不间断电源UPS电路，包括交流电源AC、单电池组BAT、开关K1、电感、第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第一电容和第二电容，所述开关K1一端与电感连接，另一端与AC一端连接或与BAT一端连接；所述开关K1另一端与AC一端连接时，所述AC、开关K1、电感、第一开关器件和第三开关器件依次串联形成第一回路；所述第四开关器件和第一电容依次串联形成第一支路，第一开关器件和第三开关器件依次串联形成第二支路，第五开关器件和第二电容依次串联形成第三支路，所述第一支路、第二支路和第三支路并联连接，其中，第四开关器件、第一开关器件、第五开关器件位于同一连接点并与电感的一端连接，第一电容、第三开关器件、第二电容位于同一连接点并与AC的一端连接；该UPS电路还包括：第二开关器件和第六开关器件，其中：所述第二开关器件一端连接在第一开关器件和第三开关器件之间，另一端与BAT负端连接，第六开关器件一端连接在第五开关器件和第二电容之间，另一端与BAT负端连接；或者，所述第二开关器件一端连接在第一开关器件和第三开关器件之间，另一端与BAT正端连接，所述第六开关器件一端连接在第四开关器件和第一电容之间，另一端与BAT正端连接。优选地，所述第二开关器件另一端与BAT负端连接，第六开关器件一端连接在第五开关器件和第二电容之间，另一端与BAT负端连接，则所述开关K1另一端与BAT正端连接时，在正半周周期内，导通第一开关器件和第二开关器件为电感储能，储能结束后，关断第一开关器件并导通第三开关器件、第四开关器件为第一电容充电，在负半周周期内，导通第一开关器件和第二开关器件为电感储能，储能结束后，关断第二开关器件，导通第三开关器件和第六开关器件为第二电容充电；或者所述第二开关器件另一端与BAT正端连接，所述第六开关器件一端连接在第四开关器件和第一电容之间，另一端与BAT正端连接，则所述开关K1另一端与BAT负端连接时，在正半周周期内，导通第二开关器件和第一开关器件为电感储能，储能结束后，关断第二开关器件，导通第六开关器件、第三开关器件为第一电容充电，在负半周周期内，导通第二开关器件和第一开关器件为电感储能，储能结束后，关断第一开关器件并导通第三开关器件、第五开关器件为第二电容充电。优选地，所述第六开关器件的两端还并联连接有电容。优选地，第一开关器件、第三开关器件为实现整流和高频斩波功能的电路，所述第二开关器件为由外部驱动控制斩波的高频开关管。优选地，所述第一开关器件、第三开关器件为带体内二极管的绝缘栅双极型晶体管IGBT，或为金属氧化物半导体场效应管MOSFET，或为如下任意多个器件的组合：IGBT、MOSFET、二极管。优选地，所述第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件为二极管，或为包含二极管的开关管。本专利技术还提供一种单电池组在线不间断电源UP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单电池组在线不间断电源UPS电路，包括交流电源AC、单电池组BAT、开关K1、电感、第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第一电容和第二电容，所述开关K1一端与电感连接，另一端与AC一端连接或与BAT一端连接；所述开关K1另一端与AC一端连接时，所述AC、开关K1、电感、第一开关器件和第三开关器件依次串联形成第一回路；所述第四开关器件和第一电容依次串联形成第一支路，第一开关器件和第三开关器件依次串联形成第二支路，第五开关器件和第二电容依次串联形成第三支路，所述第一支路、第二支路和第三支路并联连接，其中，第四开关器件、第一开关器件、第五开关器件位于同一连接点并与电感的一端连接，第一电容、第三开关器件、第二电容位于同一连接点并与AC的一端连接；其特征在于，还包括：第二开关器件和第六开关器件，其中：所述第二开关器件一端连接在第一开关器件和第三开关器件之间，另一端与BAT负端连接，第六开关器件一端连接在第五开关器件和第二电容之间，另一端与BAT负端连接；或者，所述第二开关器件一端连接在第一开关器件和第三开关器件之间，另一端与BAT正端连接，所述第六开关器件一端连接在第四开关器件和第一电容之间，另一端与BAT正端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种单电池组在线不间断电源UPS电路，包括交流电源AC、单电池
组BAT、开关K1、电感、第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第
五开关器件、第一电容和第二电容，所述开关K1一端与电感连接，另一端与
AC一端连接或与BAT一端连接；所述开关K1另一端与AC一端连接时，所
述AC、开关K1、电感、第一开关器件和第三开关器件依次串联形成第一回路；
所述第四开关器件和第一电容依次串联形成第一支路，第一开关器件和第三开
关器件依次串联形成第二支路，第五开关器件和第二电容依次串联形成第三支
路，所述第一支路、第二支路和第三支路并联连接，其中，第四开关器件、第
一开关器件、第五开关器件位于同一连接点并与电感的一端连接，第一电容、
第三开关器件、第二电容位于同一连接点并与AC的一端连接；其特征在于，
还包括：
第二开关器件和第六开关器件，其中：
所述第二开关器件一端连接在第一开关器件和第三开关器件之间，另一端
与BAT负端连接，第六开关器件一端连接在第五开关器件和第二电容之间，
另一端与BAT负端连接；
或者，所述第二开关器件一端连接在第一开关器件和第三开关器件之间，
另一端与BAT正端连接，所述第六开关器件一端连接在第四开关器件和第一
电容之间，另一端与BAT正端连接。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述第二开关器件另一端与BAT负端连接，第六开关器件一端连接在第
五开关器件和第二电容之间，另一端与BAT负端连接，则所述开关K1另一端
与BAT正端连接时，在正半周周期内，导通第一开关器件和第二开关器件为
电感储能，储能结束后，关断第一开关器件并导通第三开关器件、第四开关器
件为第一电容充电，在负半周周期内，导通第一开关器件和第二开关器件为电
感储能，储能结束后，关断第二开关器件，导通第三开关器件和第六开关器件

\t为第二电容充电；
或者
所述第二开关器件另一端与BAT正端连接，所述第六开关器件一端连接
在第四开关器件和第一电容之间，另一端与BAT正端连接，则所述开关K1另
一端与BAT负端连接时，在正半周周期内，导通第二开关器件和第一开关器
件为电感储能，储能结束后，关断第二开关器件，导通第六开关器件、第三开
关器件为第一电容充电，在负半周周期内，导通第二开关器件和第一开关器件
为电感储能，储能结束后，关断第一开关器件并导通第三开关器件、第五开关
器件为第二电容充电。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第六开关器件的两端还
并联连接有电容。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，第一开关器件、第三开关器
件为实现整流和高频斩波功能的电路，所述第二开关器件为由外部驱动控制斩
波的高频开关管。
5.如权利要求4所述的电路，所述第一开关器件、第三开关器件为带体
内二极管的绝缘栅双极型晶体管IGBT，或为金属氧化物半导体场效应管
MOSFET，或为如下任意多个器件的组合：
IGBT、MOSFET、二极管。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第四开关器件、第五开
关器件和第六开关器件为二极管，或为包含二极管的开关管。
7.一种单电池组在线不间断电源UPS电路，包括一个单电池组BAT和至
少两个不间断电源UPS模块，每个UPS模块包括：交流电源AC、开关K1、
电感、第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第一电
容和第二电容，其中，对于每个UPS模块：所述开关K1一端与电感连接，另
一端与AC的一端或与BAT的一端连接；所述开关K1另一端与AC一端连接
时，所述AC、开关、电感、第一开关器件和第三开关器件依次串联形成第一

\t回路；所述第四开关器件和第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘中伟，卢军，刘顺超，沈宝山，
申请(专利权)人：力博特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US