專利名稱：不間斷電源中母線電壓軟啟動方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不間斷電源(UPS)中母線電壓軟啟動方法及裝置。
UPS業(yè)界內(nèi)各種具有UPS直流母線電壓軟啟動功能的產(chǎn)品都是從市電側(cè)供電實(shí)現(xiàn)軟啟動功能。方案通常有以下兩種1、串聯(lián)熱敏電阻在母線電容的充電回路中串聯(lián)熱敏電阻，利用熱敏電阻的負(fù)溫度特性，實(shí)現(xiàn)母線電壓的軟啟動功能，如

圖1所示。該方案的缺點(diǎn)是只能應(yīng)用在小功率場合。
2、限流電阻加繼電器組合在母線電容的充電回路中串聯(lián)限流電阻，且有繼電器與限流電阻并聯(lián)。當(dāng)母線電壓軟啟動時繼電器觸點(diǎn)斷開，由限流電阻限流對母線電容充電；充電結(jié)束后繼電器觸點(diǎn)吸合，將限流電阻短接，進(jìn)入正常工作狀態(tài)，如圖2所示。該方案的缺點(diǎn)是需要加入限流電阻，不僅增加了成本，而且可靠性下降。
本發(fā)明的目的就是為了解決以上問題，提供一種不間斷電源中母線電壓軟啟動方法及裝置，降低成本，提高可靠性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種不間斷電源中母線電壓軟啟動方法，包括如下步驟能量經(jīng)過功率變換后傳輸?shù)秸?fù)母線上，對母線電容軟啟動充電；充電結(jié)束，由市電提供的能量經(jīng)過功率變換后給逆變器供電，進(jìn)入正常工作狀態(tài)，產(chǎn)生逆變電壓輸出，其特征在于軟啟動所需能量由電池提供。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出一種不間斷電源中母線電壓軟啟動裝置，包括DC/DC電路，正負(fù)母線，DC/DC電路的正負(fù)輸出端分別接在正負(fù)母線上，其特征在于還包括數(shù)字控制模塊，所述數(shù)字控制模塊控制DC/DC電路，使正負(fù)母線的電壓完成軟啟動。
由于采用了以上的方案，通過在逆變電壓正常輸出前，將電池的能量進(jìn)行功率變換輸出到直流母線上來實(shí)現(xiàn)軟啟動，再由市電給逆變器供電，所用到的電路(如“DC/DC電路”和“數(shù)字控制模塊”)是數(shù)字控制的UPS的基本單元，不是為了實(shí)現(xiàn)軟啟動功能而額外增加的，無需額外的元器件，降低了成本，提高了可靠性；而數(shù)字控制的軟啟動過程可以根據(jù)需要靈活設(shè)計(jì)軟啟動曲線，達(dá)到滿意的軟啟動特性，減小對母線電容的沖擊，提高了可靠性。
此外，由于軟啟動過程還與電池性能直接相關(guān)，這樣在軟啟動過程中，數(shù)字控制模塊還可以順帶判斷出電池的性能。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中限流電阻加繼電器組合方案示意圖。
圖3是本發(fā)明軟啟動方案示意圖。
圖4是本發(fā)明一個應(yīng)用實(shí)例示意圖。
圖5是本發(fā)明的一個流程圖實(shí)例。
圖6是閉環(huán)控制示意圖。
圖7是開環(huán)控制示意圖。
圖8是反正規(guī)律的軟啟動曲線示意圖
具體實(shí)施例方式下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
見圖3是本發(fā)明軟啟動方案示意圖，其中，電池負(fù)極與市電零線連接。DC/DC電路將電池的能量經(jīng)過功率變換后傳輸?shù)秸?fù)母線上。該電路受數(shù)字控制模塊的控制。數(shù)字控制模塊檢測輸出電壓作為反饋值，然后按照一定的軟啟動規(guī)律(曲線)控制DC/DC電路的驅(qū)動信號，使母線電壓按照設(shè)計(jì)的規(guī)律變化，從而實(shí)現(xiàn)軟啟動功能。
數(shù)字控制模塊的主要控制方法是設(shè)定一個給定的電壓Vref，使其滿足軟啟動規(guī)律，然后通過具體的控制使得母線電壓跟蹤Vref的形狀，達(dá)到軟啟動的目的。可以用閉環(huán)控制，也可是開環(huán)控制，閉環(huán)控制的效果更好，分別見圖6、7所示。
通過數(shù)字控制算法的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)各種軟啟動曲線(即給定的電壓Vref滿足軟啟動規(guī)律)，使得母線電壓達(dá)到滿意的軟啟動特性，降低對母線電容的沖擊，提高可靠性?？赡艿能泦忧€有直線、多段折線、指數(shù)曲線、反正切曲線等。實(shí)現(xiàn)方法是用程序控制母線電壓給定值隨時間的變化規(guī)律，然后將母線電壓作為控制器的反饋值，通過一定算法決定功率電路的驅(qū)動信號，使母線電壓的真實(shí)變化規(guī)律與程序控制的母線電壓給定值隨時間變化的規(guī)律一致。
例如為了控制算法簡單，可以采取直線型的軟啟動曲線。如果實(shí)際的母線電壓變化規(guī)律與設(shè)定的直線不符合，則可以判斷某些環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障；采取多段折線或者反正切曲線，可以使母線電容電壓很低時充電速度很慢，從而減少對濾波電容充電的沖擊電流。母線電容電壓上升到一定程度后充電速度上升，以保證整個軟啟動過程的時間長度不至于太長。根據(jù)設(shè)計(jì)者的功能需求不同可以靈活選擇。
本發(fā)明不但能實(shí)現(xiàn)軟啟動，還可以對電池性能及相關(guān)裝置的性能進(jìn)行檢測。當(dāng)UPS市電輸入處于正常狀態(tài)時系統(tǒng)啟動DC/DC電路，將電池的能量轉(zhuǎn)換到母線上去，同時檢測正負(fù)母線電壓及電池電壓的值。如果軟啟動過程中母線電壓的瞬時值與軟啟動給定電壓的差值在允許范圍內(nèi)，且電池電壓處于正常變化范圍內(nèi)，則認(rèn)為電池和DC/DC電路均處于正常狀態(tài)；如果軟啟動過程中母線電壓上升同時電池電壓異常下跌，根據(jù)下跌情況可以判斷是電池未接入或者電池性能嚴(yán)重下降；如果軟啟動過程中電池電壓沒有明顯下跌而且母線電壓沒有正常上升趨勢，可以判定為DC/DC電路損壞，不能完成功率轉(zhuǎn)換功能。上述控制和判斷功能均由數(shù)字控制模塊完成，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和智能化程度。圖5是本發(fā)明的一個流程圖實(shí)例。
圖4為數(shù)字控制的通過電池側(cè)DC/DC電路實(shí)現(xiàn)直流母線電壓軟啟動功能的應(yīng)用實(shí)例。其中，DC/DC電路采用的是具有雙路副邊輸出的推挽電路，將電池電壓升壓并直流濾波后分別給正負(fù)母線通過能量；數(shù)字控制模塊采用了DSP，該芯片通過A/D通道對正負(fù)母線電壓Vbus_P、Vbus_N和電池電壓Vbatt進(jìn)行檢測和數(shù)字濾波。軟啟動開始時，DSP按照一定的算法調(diào)節(jié)輸出的DC/DC驅(qū)動信號DRV_P和DRV_N，使正負(fù)母線電壓按照設(shè)定規(guī)律上升。在軟啟動過程中，DSP還根據(jù)檢測的參數(shù)按照一定的邏輯對電池和DC/DC電路的狀態(tài)進(jìn)行判斷，得出相應(yīng)的邏輯推斷結(jié)果，用于系統(tǒng)控制。
本發(fā)明已得到實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。在一個實(shí)驗(yàn)電路中，軟啟動采用如圖8所示曲線，在3秒內(nèi)完成軟啟動過程，用儀器測量軟啟動電流時，可見軟啟動電流值在器件設(shè)計(jì)范圍內(nèi)并滿足器件指標(biāo)要求。無須為了承受過大的沖擊電流而提高器件的額定電流值。用儀器測量軟啟動電壓時，曲線與設(shè)計(jì)的曲線變化規(guī)律完美重合。如果出現(xiàn)較大偏差，則可以根據(jù)上述方法判斷出電池或DC/DC電路等的故障。
權(quán)利要求
1.不間斷電源中母線電壓軟啟動方法，包括如下步驟能量經(jīng)過功率變換后傳輸?shù)秸?fù)母線上，對母線電容軟啟動充電；充電結(jié)束，由市電提供的能量經(jīng)過功率變換后給逆變器供電，進(jìn)入正常工作狀態(tài)，產(chǎn)生逆變電壓輸出；其特征在于軟啟動所需能量由電池提供。
2.如權(quán)利要求1所述的不間斷電源中母線電壓軟啟動方法，其特征是在充電過程中，檢測經(jīng)過功率變換后的輸出電壓作為反饋值，按照設(shè)定的軟啟動規(guī)律控制功率變換電路的驅(qū)動信號，使母線電壓按照設(shè)計(jì)的規(guī)律變化，從而使母線電容按設(shè)計(jì)的規(guī)律充電；
3.如權(quán)利要求2所述的不間斷電源中母線電壓軟啟動方法，其特征是通過對正負(fù)母線電壓的檢測實(shí)現(xiàn)對功率變換電路的狀態(tài)檢測。
4.如權(quán)利要求2或3所述的不間斷電源中母線電壓軟啟動方法，其特征是同時還檢測電池電壓的值，實(shí)現(xiàn)對電池狀態(tài)的檢測。
5.如權(quán)利要求4所述的不間斷電源中母線電壓軟啟動方法，其特征是功率變換電路和電池狀態(tài)的判斷方法如下如果軟啟動過程中母線電壓的瞬時值與軟啟動給定電壓的差值在允許范圍內(nèi)，且電池電壓處于正常變化范圍內(nèi)，則認(rèn)為電池和功率變換電路均處于正常狀態(tài)；如果軟啟動過程中母線電壓上升同時電池電壓異常下跌，根據(jù)下跌情況可以判斷是電池未接入或者電池性能嚴(yán)重下降；如果軟啟動過程中電池電壓沒有明顯下跌而且母線電壓沒有正常的上升趨勢，可以判定為功率變換電路損壞，不能完成功率轉(zhuǎn)換功能。
6.如權(quán)利要求2或3所述的不間斷電源中母線電壓軟啟動方法，其特征是所述軟啟動規(guī)律即母線電壓給定值隨時間變化的規(guī)律，包括直線、多段折線、指數(shù)曲線、反正切曲線中的任一種。
7.不間斷電源中母線電壓軟啟動裝置，包括DC/DC電路，正負(fù)母線，DC/DC電路的正負(fù)輸出端分別接在正負(fù)母線上，其特征在于還包括數(shù)字控制模塊，所述數(shù)字控制模塊控制DC/DC電路，使正負(fù)母線的電壓完成軟啟動。
8.如權(quán)利要求7所述的不間斷電源中母線電壓軟啟動裝置，其特征是DC/DC電路采用的是具有雙路副邊輸出的推挽電路，其中包含有升壓和直流濾波裝置。
9.如權(quán)利要求7所述的不間斷電源中母線電壓軟啟動裝置，其特征是數(shù)字控制模塊采用了數(shù)字信號處理器，它通過A/D通道對正負(fù)母線電壓(Vbus_P、Vbus_N)和電池電壓(Vbatt)進(jìn)行檢測和數(shù)字濾波；軟啟動開始時，它按照設(shè)定的算法調(diào)節(jié)輸出的用于控制電路DC/DC電路的驅(qū)動信號(DRV_P、DRV_N)，使正負(fù)母線電壓按照設(shè)定規(guī)律上升。
10.如權(quán)利要求9所述的不間斷電源中母線電壓軟啟動裝置，其特征是數(shù)字控制模塊中還有狀態(tài)判斷裝置，用于在軟啟動過程中，根據(jù)檢測的參數(shù)對電池和DC/DC電路的狀態(tài)進(jìn)行判斷，得出相應(yīng)的邏輯推斷結(jié)果，用于系統(tǒng)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開一種不間斷電源中母線電壓軟啟動方法及裝置，將電池的能量經(jīng)過功率變換后傳輸?shù)秸?fù)母線上，對母線電容充電；在充電過程中，檢測經(jīng)過功率變換后的輸出電壓作為反饋值，按照設(shè)定的軟啟動規(guī)律控制功率變換電路的驅(qū)動信號，使母線電壓按照設(shè)計(jì)的規(guī)律變化，從而使母線電容按設(shè)計(jì)的規(guī)律充電；充電結(jié)束后接通市電輸入，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。所用到的“DC/DC電路”和“數(shù)字控制模塊”是數(shù)字控制的UPS的基本單元，無需額外的元器件，降低了成本，提高了可靠性；而數(shù)字控制的軟啟動過程可以根據(jù)需要靈活設(shè)計(jì)軟啟動曲線，達(dá)到滿意的軟啟動特性，減小對母線電容的沖擊，提高了可靠性。在軟啟動的同時還可以對電池和DC/DC電路等裝置的性能進(jìn)行檢測。
文檔編號H02J7/04GK1479427SQ02134649
公開日2004年3月3日 申請日期2002年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月31日
發(fā)明者劉代兵 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司