專利名稱：一種ups電源的系統(tǒng)增益控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及系統(tǒng)增益控制，更具體地說，涉及一種UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法。
背景技術(shù)：
諧振變換器以其大功率、高效率和高功率密度等優(yōu)點(diǎn)在開關(guān)電源技術(shù)應(yīng)用中得到廣泛的研究和關(guān)注，LLC串聯(lián)諧振變換電路作為一種特殊的電路拓?fù)?，既能夠滿足高頻化的要求，又能達(dá)到較高的變換效率，已經(jīng)被業(yè)界廣泛采用。工程上常用的LLC串聯(lián)諧振變換電路一般用在降壓場(chǎng)合，其應(yīng)用已經(jīng)較為成熟。LLC串聯(lián)諧振變換器具有輸入電壓范圍寬，輸出功率范圍寬的特點(diǎn)，然而UPS應(yīng)用一個(gè)重要的特性就是不間斷輸出，因而在工業(yè)應(yīng)用中其輸出功率范圍要廣的多，因而LLC 串聯(lián)諧振變換器的單調(diào)工作范圍能否能適應(yīng)寬工作范圍還是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。如圖2所示的為L(zhǎng)LC的增益曲線具有兩個(gè)諧振點(diǎn)，隨著負(fù)載和輸入電壓的不同，其電壓增益的變化趨勢(shì)不是同步的，尤其是當(dāng)負(fù)載較重，輸入電壓較低時(shí)，增益曲線很容易進(jìn)入zcs(零電流)區(qū)間，這個(gè)區(qū)間是系統(tǒng)正常運(yùn)行所不能接受的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的UPS電源中LLC串聯(lián)諧振變換器其增益存在從ZVS(零電壓)區(qū)域跨越到ZCS(零電流)區(qū)域等缺陷，提供一種UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法，用于對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行單調(diào)性調(diào)節(jié)，其包括以下步驟Sl 檢測(cè)PFC單元，以判斷是否啟動(dòng)LLC串聯(lián)諧振變換器，如果是，進(jìn)入步驟S2，否則，進(jìn)入步驟S8 ；S2 啟動(dòng)LLC串聯(lián)諧振變換器；S3 檢測(cè)市電，以判斷是否將市電切換到電池單元，如果是，進(jìn)入步驟S4，否則，進(jìn)入步驟S5 ；S4 在第一預(yù)設(shè)時(shí)間Tl內(nèi)，以大于諧振頻率一預(yù)設(shè)值的工作頻率，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，并將積分量清零；在第一預(yù)設(shè)時(shí)間Tl和第二預(yù)設(shè)時(shí)間T2之間，以等于諧振頻率的工作頻率，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，并將積分量清零，進(jìn)入步驟 S8 ；S5 判斷LLC串聯(lián)諧振變換器是否過載，如果是，進(jìn)入步驟S6，否則，進(jìn)入步驟S7 ；S6 以等于諧振頻率的工作頻率，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，并將積分量清零；進(jìn)入步驟S8 ；S7 對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行正常的PI調(diào)節(jié)；S8 結(jié)束。在本發(fā)明所述的UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法中，在所述步驟S4中，以大于諧振頻率15kHz的工作頻率，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，并將積分量清零。在本發(fā)明所述的UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法中，在所述步驟S5中，所述過載包括高壓過載和低壓過載。在本發(fā)明所述的UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法中，所述步驟S2包括以下步驟S21 判斷LLC串聯(lián)諧振變換器是否處于運(yùn)行狀態(tài)，如果是，進(jìn)入步驟S3 ；否則，進(jìn)入步驟S22 ；S22 對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器執(zhí)行軟啟動(dòng)。在本發(fā)明所述的UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法中，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間Tl為10 20毫秒，第二預(yù)設(shè)時(shí)間T2為30 40毫秒。實(shí)施本發(fā)明的UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法，具有以下有益效果在UPS電源運(yùn)行過程中，實(shí)時(shí)檢測(cè)PFC單元的運(yùn)行情況，在PFC單元出現(xiàn)異常時(shí)，啟動(dòng)LLC串聯(lián)諧振變換器， 并在LLC串聯(lián)諧振變換器工作過程中，實(shí)時(shí)檢測(cè)其負(fù)載情況，根據(jù)負(fù)載對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得系統(tǒng)增益保持在ZVS區(qū)域的單調(diào)下降區(qū)間。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是本發(fā)明UPS電源的系統(tǒng)框圖；圖2是圖1所示的LLC增益曲線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式對(duì)于采用單電壓環(huán)控制的LLC串聯(lián)諧振變換器，PI (積分比例)控制器本身對(duì)單調(diào)性的要求是非常嚴(yán)格的，一旦控制輸出跨越了增益曲線的非單調(diào)區(qū)間，那么原有的負(fù)反饋會(huì)變成正反饋，使得輸出徹底被拉垮，即母線輸出將被持續(xù)拉垮直到關(guān)機(jī)。但是LLC串聯(lián)諧振變換器的工作點(diǎn)跨越增益曲線的非單調(diào)區(qū)間的方式不是唯一的，以輸出過載為例，若將負(fù)載逐漸加重，則工作點(diǎn)可能隨著圖2中1所示的路線，若突加過載，則從動(dòng)態(tài)到穩(wěn)態(tài)的過渡過程可能以圖2中2所示的路線，這兩種不同的加載方式導(dǎo)致了兩種截然相反的結(jié)果。 本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于從LLC串聯(lián)諧振變換器的增益曲線的額定工作點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)不同的負(fù)載狀態(tài)，在其周圍設(shè)定了一系列的限定條件使得工作點(diǎn)不超出單調(diào)范圍。首先要明確LLC串聯(lián)諧振變換器工作的重載工況，對(duì)于UPS來說，LLC串聯(lián)諧振變換器的作用之一是在市電不能正常工作的情況下維持輸出，因此市電切電池工況對(duì)于LLC 串聯(lián)諧振變換器來說相當(dāng)于瞬態(tài)負(fù)載較重；另外，當(dāng)切到電池側(cè)后，電池電壓會(huì)逐漸降低， 若此時(shí)加過載，那么LLC串聯(lián)諧振變換器很容易進(jìn)入不單調(diào)區(qū)間；最后，若在電池側(cè)突加突卸過載，則動(dòng)態(tài)負(fù)載會(huì)更大。如圖1所示，在本發(fā)明的UPS電源中，在正常工作時(shí)，市電經(jīng)整流濾波電路1處理后，通過PFC單元2為逆變器3進(jìn)行供電。在該UPS電源的運(yùn)行過程中，控制電路4實(shí)時(shí)檢測(cè)PFC的工作狀態(tài)，當(dāng)PFC單元出現(xiàn)異常時(shí)，控制電路4檢測(cè)LLC串聯(lián)諧振變換器5是否已經(jīng)工作，即是否已經(jīng)處于運(yùn)行狀態(tài)，如果LLC串聯(lián)諧振變換器5還未工作，控制電路4將對(duì)其執(zhí)行軟啟動(dòng)，使其工作達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)；如果LLC串聯(lián)諧振變換器5已經(jīng)處于運(yùn)行狀態(tài)了，此時(shí)，控制電路4將檢測(cè)市電，例如市電電壓、電流、幅值、負(fù)載等等，以確定市電是否能進(jìn)行正常供電，如果未出現(xiàn)異常，則判斷市電可正常工作，此時(shí)，由市電和電池6聯(lián)合為逆變器3進(jìn)行供電；在市電和電池6聯(lián)合為逆變器3工作的過程中，實(shí)時(shí)檢測(cè)LLC串聯(lián)諧振變換器5是否存在過載，即高壓過載或低壓過載，當(dāng)LLC串聯(lián)諧振變換器5存在過載時(shí)，控制電路4將以等于LLC串聯(lián)諧振變換器5的諧振頻率的工作頻率，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器5 進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，同時(shí)積分量清零；當(dāng)LLC串聯(lián)諧振變換器5并未存在過載時(shí)，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器5進(jìn)行正常的PI調(diào)節(jié)；當(dāng)市電出現(xiàn)異常時(shí)，將市電切換到電池6單元，對(duì)逆變器3 進(jìn)行供電，此過程分為兩個(gè)階段第一階段為切換過程，第二階段為切換完成過程，其中，從市電切換到電池6單元側(cè)開始計(jì)時(shí)到第一預(yù)設(shè)時(shí)間Tl內(nèi)為切換過程，Tl的取值要保證諧振電流和電壓應(yīng)力較小；從第一預(yù)設(shè)時(shí)間Tl到第二預(yù)設(shè)時(shí)間T2為切換完成過程，其中，T2 的取值要保證切換過程的連續(xù)性；在一優(yōu)選實(shí)施例中，Tl為10 20毫秒，T2為30 40毫秒，在具體操作時(shí)，在第一階段，此時(shí)控制電路4將以大于LLC串聯(lián)諧振變換器5的諧振頻率的工作頻率，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器5進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，同時(shí)積分量清零；在第二階段，控制電路對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器5進(jìn)行正常的PI調(diào)節(jié)。通過以上的控制即可使得該UPS的系統(tǒng)增益僅在ZVS區(qū)域的單調(diào)遞減。如圖3所示，其具體工作步驟為Sl 檢測(cè)PFC單元2，以判斷是否啟動(dòng)LLC串聯(lián)諧振變換器5，如果是，進(jìn)入步驟S2， 否則，進(jìn)入步驟S8 ；啟動(dòng)LLC串聯(lián)諧振變換器5主要考慮市電切電池6前，系統(tǒng)(主要是母線電壓) 處于比較惡劣(即系統(tǒng)負(fù)載過重)的狀況，如果切到電池6側(cè)而LLC串聯(lián)諧振變換器5的驅(qū)動(dòng)電路不進(jìn)行特別處理(非PI調(diào)節(jié))，那么對(duì)于LLC串聯(lián)諧振變換器5來說將是非常惡劣的狀態(tài)(LLC負(fù)載過重)，有可能導(dǎo)致器件損壞等。其主要啟動(dòng)條件為以下兩種UPFC故障，當(dāng)PFC由于硬件電路斷開等原因?qū)е翽FC不能正常工作，母線電壓較低時(shí)，可啟動(dòng)LLC串聯(lián)諧振變換器；2、市電當(dāng)前電壓帶不起當(dāng)前負(fù)載，此時(shí)PFC沒有能力再繼續(xù)維持母線工作時(shí)，可啟動(dòng)LLC串聯(lián)諧振變換器5。S2 啟動(dòng)LLC串聯(lián)諧振變換器5 ；具體可包括S21 判斷LLC串聯(lián)諧振變換器5是否處于運(yùn)行狀態(tài)，如果是，進(jìn)入步驟S3 ；否則， 進(jìn)入步驟S22 ；S22 對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器5執(zhí)行軟啟動(dòng)；當(dāng)啟動(dòng)LLC串聯(lián)諧振變換器5后，市電和LLC串聯(lián)諧振變換器聯(lián)合為逆變器供電；S3 在市電和LLC串聯(lián)諧振變換器聯(lián)合為逆變器供電過程中，實(shí)時(shí)檢測(cè)市電，通過采樣市電電壓、市電電流、逆變電壓、逆變電流和母線電壓，再計(jì)算市電電壓有效值和頻率， 求取負(fù)載功率和母線電壓有效值，從而檢測(cè)出市電是處于正常工作狀態(tài)還是處于異常工作狀態(tài)，以此為依據(jù)，以判斷是否將市電切換到電池單元，如果是，進(jìn)入步驟S4，否則，進(jìn)入步驟S5 ；市電本振帶過載，市電本振工作時(shí)，母線電壓紋波較大，母線電壓瞬時(shí)值有可能會(huì)很低時(shí)，可進(jìn)行市電切電池。S4 當(dāng)開始計(jì)時(shí)到第一預(yù)設(shè)Tl時(shí)間內(nèi)，以大于諧振頻率一預(yù)設(shè)值的工作頻率，在一優(yōu)選實(shí)施例中，可選大于諧振頻率15kHz的工作頻率，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，并將積分量清零；當(dāng)達(dá)到第一預(yù)設(shè)時(shí)間Tl時(shí)到第二預(yù)設(shè)時(shí)間T2內(nèi)，以等于諧振頻率的工作頻率，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，并將積分量清零，進(jìn)入步驟S8 ；市電切電池需要定頻調(diào)節(jié)的條件是母線電壓較低，因此凡屬于母線電壓較低，需要切到電池側(cè)的工況都需要定頻調(diào)節(jié)。關(guān)于市電切到電池側(cè)后的定頻調(diào)節(jié)為1、切到電池側(cè)后定頻調(diào)節(jié)的時(shí)間，至少需要調(diào)節(jié)到可以保證LLC串聯(lián)諧振變換器工作在單調(diào)區(qū)間內(nèi)。2、切到電池后，系統(tǒng)就處在了電池側(cè)，因此市電切電池的這種狀態(tài)要轉(zhuǎn)換到純電池側(cè)狀態(tài)，因此應(yīng)考慮完全成為電池側(cè)工作的時(shí)間2. 1要保證時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則，LLC串聯(lián)諧振變換器的輸出會(huì)不適應(yīng)負(fù)載的切換；2. 2時(shí)間也不能太短，否則狀態(tài)的切換會(huì)導(dǎo)致LLC串聯(lián)諧振變換器的諧振電流和母線電壓輸出不連續(xù)。S5 判斷LLC串聯(lián)諧振變換器是否過載，如果是，進(jìn)入步驟S6，否則，進(jìn)入步驟S7 ；S6 以等于諧振頻率的工作頻率，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，并將積分量清零；進(jìn)入步驟S8 ；S7 對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行正常的PI調(diào)節(jié)；S8 結(jié)束。本發(fā)明是通過幾個(gè)具體實(shí)施例進(jìn)行說明的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變換及等同替代。另外，針對(duì)特定情形或具體情況，可以對(duì)本發(fā)明做各種修改，而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明不局限于所公開的具體實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)包括落入本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法，用于對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行單調(diào)性調(diào)節(jié)，其特征在于，包括以下步驟51檢測(cè)PFC單元，以判斷是否啟動(dòng)LLC串聯(lián)諧振變換器，如果是，進(jìn)入步驟S2，否則， 進(jìn)入步驟S8 ；52啟動(dòng)LLC串聯(lián)諧振變換器；53檢測(cè)市電，以判斷是否將市電切換到電池單元，如果是，進(jìn)入步驟S4,否則，進(jìn)入步驟S5 ；54在第一預(yù)設(shè)時(shí)間Tl內(nèi)，以大于諧振頻率一預(yù)設(shè)值的工作頻率，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，并將積分量清零；在第一預(yù)設(shè)時(shí)間Tl和第二預(yù)設(shè)時(shí)間T2之間，以等于諧振頻率的工作頻率，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，并將積分量清零，進(jìn)入步驟S8 ；55判斷LLC串聯(lián)諧振變換器是否過載，如果是，進(jìn)入步驟S6，否則，進(jìn)入步驟S7 ；56以等于諧振頻率的工作頻率，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，并將積分量清零；進(jìn)入步驟S8 ；57對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行正常的PI調(diào)節(jié)；58結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法，其特征在于，在所述步驟S4 中，以大于諧振頻率15kHz的工作頻率，對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，并將積分量清零。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法，其特征在于，在所述步驟S5 中，所述過載包括高壓過載和低壓過載。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一所述的UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法，其特征在于，所述步驟S2包括以下步驟521判斷LLC串聯(lián)諧振變換器是否處于運(yùn)行狀態(tài)，如果是，進(jìn)入步驟S3 ；否則，進(jìn)入步驟 S22 ；522對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器執(zhí)行軟啟動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一所述的UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間Tl為10 20毫秒，第二預(yù)設(shè)時(shí)間T2為30 40毫秒。
全文摘要
本發(fā)明的一種UPS電源的系統(tǒng)增益控制方法，其包括以下步驟S1檢測(cè)PFC單元，以判斷是否啟動(dòng)LLC，如果是，進(jìn)入步驟S2，否則，進(jìn)入步驟S7；S2啟動(dòng)LLC；S3檢測(cè)市電，以判斷是否將市電切換到電池，如果是，進(jìn)入步驟S4，否則，進(jìn)入步驟S5；S4在第一預(yù)設(shè)時(shí)間T1內(nèi)，以大于諧振頻率一預(yù)設(shè)值的工作頻率，對(duì)LLC進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，并將積分量清零；在第一預(yù)設(shè)時(shí)間T1和第二預(yù)設(shè)時(shí)間T2之間，對(duì)LLC進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，進(jìn)入步驟S8；S5判斷LLC是否過載，如果是，進(jìn)入步驟S6，否則，進(jìn)入步驟S7；S6以等于諧振頻率的工作頻率，對(duì)LLC進(jìn)行定頻調(diào)節(jié)，并將積分量清零；進(jìn)入S8；S7對(duì)LLC進(jìn)行正常的PI調(diào)節(jié)；S8結(jié)束。實(shí)時(shí)檢測(cè)PFC的運(yùn)行情況，在PFC出現(xiàn)異常時(shí)，啟動(dòng)LLC，并在LLC工作過程中，根據(jù)負(fù)載對(duì)LLC進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得系統(tǒng)增益保持在ZVS區(qū)域的單調(diào)下降區(qū)間。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102214944SQ201010162238
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者劉芳, 衛(wèi)中俊, 吳遜兵, 糜曉宇 申請(qǐng)人:力博特公司