專利名稱：一種ups模塊及ups系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ電子技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及ー種UPS模塊及UPS系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
UPS (Uninterruptible Power Supply,不間斷電源)廣泛應(yīng)用于電力、電信、金融、政府、制造等多個(gè)行業(yè)，它可以保障在停電之后繼續(xù)工作一段時(shí)間，使用戶不致因停電而影響工作或丟失數(shù)據(jù)，還可以消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源汚染”。圖I是現(xiàn)有技術(shù)的ー種UPS模塊的電路圖，該UPS模塊用于為蓄電池進(jìn)行充放電，且包括PFC單元100、逆變單元200、充電器300和DC/DC單元400，其中，PFC單元100包括整流電路和斬波電路。在交流市電正常吋，整流電路對(duì)交流市電電壓進(jìn)行整流，斬波電路通過(guò)改變開關(guān)管的通斷比將整流后的電壓轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定直流電壓，該斬波電路包括兩個(gè)橋臂，其中，斬波電路的上橋臂用于將交流市電的正半周整流后的電壓轉(zhuǎn)化為ー個(gè)穩(wěn)定直流電壓，斬波電路的下橋臂用于將交流市電的負(fù)半周整流后的電壓轉(zhuǎn)化為另ー個(gè)穩(wěn)定直流電壓，這兩個(gè)穩(wěn)定的直流電壓相加后即為該斬波電路最終輸出的穩(wěn)定直流電壓。逆變單元200對(duì)該穩(wěn)定直流電壓進(jìn)行逆變，以向負(fù)載供電且通過(guò)充電器300為蓄電池進(jìn)行充電。在交流市電異常吋，DC/DC單元400將蓄電池的輸出電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓，逆變單元200將該直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷海摻涣麟妷簽樨?fù)載供電。然而，在這種UPS系統(tǒng)中，PFC單元100和DC/DC單元400是完全隔離開的，雖然這種完全隔離的設(shè)計(jì)對(duì)于多個(gè)UPS模塊并聯(lián)以共用蓄電池的情況，可以提高系統(tǒng)的可靠性，但實(shí)際上，由于DC/DC單元400與PFC單元100完全隔離，沒(méi)有耦合回路，在交流市電異常吋，DC/DC単元400的需要功率較大，因此必然導(dǎo)致UPS模塊的成本和空間較大，且效率較低。下面以ー個(gè)例子來(lái)說(shuō)明假設(shè)該UPS模塊的負(fù)載的功率為P，PFC単元100的上橋臂的功率至少需要P/2，PFC單元100的下橋臂的功率也至少需要P/2，而DC/DC單元400的功率至少需要P，因此在設(shè)計(jì)DC/DC単元400吋，必然要求按照功率P來(lái)選擇元件，這樣必然導(dǎo)致UPS模塊的空間和成本都很大，而且效率很低。因此，這種完全隔離的UPS模塊從成本、空間和效率的角度來(lái)講都不是最優(yōu)的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在干，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述UPS模塊的完全隔離而導(dǎo)致成本高、空間大、效率低缺陷，提供一種成本低、空間小、效率高的UPS模塊。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造ー種UPS模塊，用于對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電，包括DC/DC單元、及依次連接的PFC單元、逆變單元和充電器，所述PFC單元包 括相連接的整流電路和斬波電路，在交流市電異常時(shí)，所述斬波電路的第一橋臂將所述蓄電池的輸出電壓轉(zhuǎn)化為第一直流電壓，并輸出至逆變單元的第一輸入端，所述DC/DC単元將所述蓄電池的輸出電壓轉(zhuǎn)化為第二直流電壓，并輸出至逆變單元的第二輸入端，所述逆變單元將所述第一直流電壓和第二直流単元逆變?yōu)榻涣麟妷?。在本發(fā)明所述的UPS模塊中，所述第一橋臂為上橋臂，所述第二橋臂為下橋臂；或，所述第一橋臂為下橋臂，所述第二橋臂為上橋臂。在本發(fā)明所述的UPS模塊中，所述斬波電路的上橋臂包括第一電感、第二ニ極管、第一電解電容和反并聯(lián)ニ極管的第一開關(guān)管；所述斬波電路的下橋臂包括第二電感、第三ニ極管、第二電解電容和反并聯(lián)ニ極管的第二開關(guān)管；所述斬波電路還包括開關(guān)，其中，
所述第一電感的第一端連接所述整流電路的第一輸出端，所述第一電感的第二端連接所述第二ニ極管的陽(yáng)極及第一開關(guān)管的第二端，所述第二ニ極 管的陰極連接第一電解電容的正端及逆變單元的第一輸入端，第一電解電容的負(fù)端及第一開關(guān)管的第三端一并連接中線，所述第二電感的第一端連接所述整流電路的第二輸出端，所述第二電感的第二端連接所述第三ニ極管的陰極及第ニ開關(guān)管的第三端，所述第三ニ極管的陽(yáng)極連接第二電解電容的負(fù)端及所述逆變単元的第二輸入端，第二電解電容的正端及第ニ開關(guān)管的第二端連接中線，
所述蓄電池的正端通過(guò)開關(guān)接所述第一電感的第一端，所述蓄電池的正端還連接所述DC/DC単元的第一輸入端，所述蓄電池的負(fù)端連接所述中線及所述DC/DC単元的第二輸入端，所述DC/DC単元的第一輸出端連接所述逆變単元的第二輸入端，所述DC/DC単元的第二輸出端連接所述中線。在本發(fā)明所述的UPS模塊中，所述斬波電路的上橋臂包括第一電感、第二ニ極管、第一電解電容和反并聯(lián)ニ極管的第一開關(guān)管；所述斬波電路的下橋臂包括第二電感、第三ニ極管、第二電解電容和反并聯(lián)ニ極管的第二開關(guān)管；所述斬波電路還包括開關(guān)，其中，
所述第一電感的第一端連接所述整流電路的第一輸出端，所述第一電感的第二端連接所述第二ニ極管的陽(yáng)極及第一開關(guān)管的第二端，所述第二ニ極管的陰極連接第一電解電容的正端及逆變單元的第一輸入端，第一電解電容的負(fù)端及第一開關(guān)管的第三端一并連接中線，所述第二電感的第一端連接所述整流電路的第二輸出端，所述第二電感的第二端連接所述第三ニ極管的陰極及第ニ開關(guān)管的第三端，所述第三ニ極管的陽(yáng)極連接第二電解電容的負(fù)端及所述逆變単元的第二輸入端，第二電解電容的正端及第ニ開關(guān)管的第二端連接中線，
所述蓄電池的負(fù)端通過(guò)開關(guān)接所述第二電感的第一端，所述蓄電池的負(fù)端還連接所述DC/DC単元的第二輸入端，所述蓄電池的正端連接所述中線及所述DC/DC単元的第一輸入端，所述DC/DC単元的第一輸出端連接所述逆變単元的第一輸入端，所述DC/DC単元的第二輸出端連接所述中線。在本發(fā)明所述的UPS模塊中，所述DC/DC単元包括反并聯(lián)ニ極管的第十一開關(guān)管、反并聯(lián)ニ極管的第十二開關(guān)管、第一變壓器、第四ニ極管、第五ニ極管、第五電容和第六電感，其中，
第十一開關(guān)管的第二端為DC/DC単元的第一輸入端，第十二開關(guān)管的第三端為DC/DC単元的第二輸入端，第十一開關(guān)管的第三端和第十二開關(guān)管的第二端一井接第一變壓器初級(jí)繞組的同名端，第一變壓器初級(jí)繞組的非同名端通過(guò)相串聯(lián)的第五電容和第六電感連接第十二開關(guān)管的第三端，第一變壓器第一次級(jí)繞組的同名端接第四ニ極管的陽(yáng)極，第一變壓器第二次級(jí)繞組的非同名端接第五ニ極管的陽(yáng)極，第四ニ極管的陰極和第五ニ極管的陰極ー并接中線，第一變壓器第一次級(jí)繞組的非同名端和第一變壓器第二次級(jí)繞組的同名端一井接逆變單元的輸入端。 在本發(fā)明所述的UPS模塊中，所述DC/DC単元包括反并聯(lián)ニ極管的第九開關(guān)管、反并聯(lián)ニ極管的第十開關(guān)管、反并聯(lián)ニ極管的第十一開關(guān)管、反并聯(lián)ニ極管的第十二開關(guān)管、第一變壓器、第四ニ極管、第五ニ極管、第五電容和第六電感，其中，
第九開關(guān)管的第二端與第十一開關(guān)管的第二端連接，且為DC/DC単元的第一輸入端，第十開關(guān)管的第三端與第十二開關(guān)管的第三端連接，且為DC/DC単元的第二輸入端，第九開關(guān)管的第三端和第十開關(guān)管的第二端一并通過(guò)相串聯(lián)的第六電感和第五電容連接第一變壓器初級(jí)繞組的非同名端，第十一開關(guān)管的第三端和第十二開關(guān)管的第二端一井接第一變壓器初級(jí)繞組的同名端，第一變壓器第一次級(jí)繞組的同名端接第四ニ極管的陽(yáng)極，第一變壓器第二次級(jí)繞組的非同名端接第五ニ極管的陽(yáng)極，第四ニ極管的陰極和第五ニ極管的陰極一井接中線，第一變壓器第一次級(jí)繞組的非同名端和第一變壓器第二次級(jí)繞組的同名端一井接逆變單元的輸入端。在本發(fā)明所述的UPS模塊中，所述充電器包括反并聯(lián)ニ極管的第七開關(guān)管、反并 聯(lián)ニ極管的第八開關(guān)管、第四電感、第五電感、第六ニ極管、第七ニ極管和第四電容，其中，
第七開關(guān)管的第二端接逆變單元的第一輸出端，第七開關(guān)管的第三端通過(guò)第四電感連接蓄電池的正端，蓄電池的負(fù)端接中線，第八開關(guān)管的第三端接逆變單元的第二輸出端，第八開關(guān)管的第二端通過(guò)第五電感接中線，第四電容的兩端分別連接蓄電池的正端及負(fù)端，第六ニ極管的陽(yáng)極連接中線，第六ニ極管的陰極連接第七開關(guān)管的第三端，第七ニ極管的陽(yáng)極接第八開關(guān)管的第三端，第七ニ極管的陰極接蓄電池的正端。在本發(fā)明所述的UPS模塊中，所述充電器包括反并聯(lián)ニ極管的第十三開關(guān)管、反并聯(lián)ニ極管的第十四開關(guān)管、第二變壓器、ニ極管整流橋、第六電感、第八ニ極管和第六電容，其中，
第十三開關(guān)管的第二端連接逆變單元的第一輸出端，第十四開關(guān)管的第三端接逆變単元的第二輸出端，第十三開關(guān)管的第三端和第十四開關(guān)管的第二端一井接第二變壓器初級(jí)繞組的同名端，第二變壓器的初級(jí)繞組的非同名端接中線，第二變壓器的次級(jí)繞組的同名端接ニ極管整流橋的第一輸入端，第二變壓器的次級(jí)繞組的非同名端接ニ極管整流橋的第二輸入端，ニ極管整流橋的第一輸出端通過(guò)第六電感接第八ニ極管的陽(yáng)極，第八ニ極管的陰極接蓄電池的正端，ニ極管整流橋的第二輸出端接中線，第六電解電容的正端連接第八ニ極管的陽(yáng)極，第六電解電容的負(fù)端連接中線。在本發(fā)明所述的UPS模塊中，所述逆變単元為兩電平逆變電路、I型三電平逆變電路或T型三電平逆變電路。本發(fā)明還構(gòu)造ー種UPS系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)相并聯(lián)的UPS模塊，其特征在于，所述UPS模塊為以上所述的UPS模塊。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，由于在交流市電異常時(shí)，可將蓄電池的輸出電壓，一路經(jīng)斬波電路的第一橋臂處理后輸出至逆變單元的第一輸入端，另一路經(jīng)DC/DC單元處理后輸出至逆變單元的第二輸入端，逆變單元對(duì)所輸入的電壓進(jìn)行逆變以向負(fù)載供電，采用這種不完全隔離的方式，可降低DC/DC単元的成本和空間，且提高了效率。下面以ー個(gè)例子來(lái)說(shuō)明假設(shè)該UPS模塊的負(fù)載的功率為P，PFC単元的上橋臂的功率至少需要P/2，PFC単元的下橋臂的功率也至少需要P/2，而DC/DC単元的功率至少只需要P/2，因此在設(shè)計(jì)DC/DC單元吋，必然要求按照功率P/2來(lái)選擇元件，相比現(xiàn)有技術(shù)中的按照功率P來(lái)選擇元件，所需要的成本和空間都將大大降低，且效率得到提高。另外，采用這種不完全隔離的方式，還可省去充電器中的變壓器(充電器中的變壓器起隔離作用)，也能提高效率，節(jié)省空間和成本；
最后，DC/DC單元采用由變壓器、第五電容和第六電感組成的LLC諧振電路，LLC諧振電路軟開關(guān)技術(shù)降低了損耗，提高了效率。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明，附圖中、 圖I是現(xiàn)有技術(shù)的ー種UPS模塊的電路 圖2是本發(fā)明UPS模塊實(shí)施例一的邏輯 圖3是本發(fā)明UPS模塊實(shí)施例一的電路 圖4是本發(fā)明UPS模塊實(shí)施例ニ的電路 圖5是本發(fā)明UPS模塊實(shí)施例三的電路 圖6是本發(fā)明UPS模塊實(shí)施例四的電路 圖7是本發(fā)明UPS模塊實(shí)施例五的電路圖。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，在本發(fā)明UPS模塊的邏輯圖中，該UPS模塊包括DC/DC單元400，及依次連接的PFC單元100、逆變單元200和充電器300，其中，PFC單元100包括整流電路和斬波電路。該UPS模塊在交流市電正常吋，交流市電通過(guò)整流電路整流得到直流電壓，該直流電壓經(jīng)斬波電路處理后，向逆變單元200輸出穩(wěn)定直流電壓，逆變單元200將該穩(wěn)定直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷?，以向?fù)載(未示出)供電及通過(guò)充電器300向蓄電池充電。該UPS模塊在交流市電異常時(shí)，斬波電路的第一橋臂將蓄電池的輸出電壓轉(zhuǎn)化為第一直流電壓，并輸出至逆變單兀200的第一輸入端,DC/DC單兀400將蓄電池的輸出電壓轉(zhuǎn)化為第二直流電壓，并輸出至逆變單元200的第二輸入端，逆變單元200將第一直流電壓和第二直流単元逆變?yōu)榻涣麟妷海韵蜇?fù)載供電。實(shí)施該實(shí)施例的技術(shù)方案，由于在交流市電異常時(shí)，可將蓄電池的輸出電壓，一路經(jīng)斬波電路的第一橋臂處理后輸出至逆變單元的第一輸入端，另一路經(jīng)DC/DC単元處理后輸出至逆變單元的第二輸入端，逆變單元對(duì)所輸入的電壓進(jìn)行逆變以向負(fù)載供電，采用這種不完全隔離的方式，可降低DC/DC単元的成本和空間，且提高了效率。下面以ー個(gè)例子來(lái)說(shuō)明假設(shè)該UPS模塊的負(fù)載的功率為P，PFC単元的上橋臂的功率至少需要P/2，PFC単元的下橋臂的功率也至少需要P/2，而DC/DC單元的功率至少只需要P/2，因此在設(shè)計(jì)DC/DC単元吋，必然要求按照功率P/2來(lái)選擇元件，相比現(xiàn)有技術(shù)中的DC/DC單元按照功率P來(lái)選擇元件，所需要的成本和空間都將大大降低，且效率得到提高。上述的斬波電路的第一橋臂可為上橋臂，則對(duì)應(yīng)的第二橋臂為下橋臂；或者，上述的斬波電路的第一橋臂可為下橋臂，則對(duì)應(yīng)的第二橋臂為上橋臂。
圖3是本發(fā)明UPS模塊實(shí)施例一的電路圖，在該UPS模塊中，整流電路為ニ極管整流橋Dl，下面著重說(shuō)明斬波電路、逆變單元200、充電器300和DC/DC單元400。I.斬波電路
該斬波電路的上橋臂包括第一電感LI、第二ニ極管D2、第一電解電容Cl、反并聯(lián)ニ極管的第一開關(guān)管Q1，斬波電路的下橋臂包括第二電感L2、第三ニ極管D3、第二電解電容C2、反并聯(lián)ニ極管的第二開關(guān)管Q2，該斬波電路還包括第一開關(guān)SI、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3。在該實(shí)施例中，第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2優(yōu)選IGBT管，開關(guān)管的第二端為其集電極，開關(guān)管的第三端為其發(fā)射極，開關(guān)管的第一端為其門極驅(qū)動(dòng)極，且連接控制電路 (未示出)。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，本申請(qǐng)所有實(shí)施例中的開關(guān)管的第一端都連接控制電路，該控制電路用于控制各個(gè)開關(guān)管的通斷頻率及通斷時(shí)間。在該斬波電路中，第一電感LI的第一端通過(guò)第一開關(guān)SI連接整流電路的第一輸出端，第一電感LI的第二端連接第二ニ極管D2的陽(yáng)極及第一開關(guān)管Ql的第二端，第二ニ極管D2的陰極連接第一電解電容Cl的正端及逆變單元200的第一輸入端，第一電解電容Cl的負(fù)端及第一開關(guān)管Ql的第三端ー并連接中線N，第二電感L2的第一端通過(guò)第二開關(guān)S2連接整流電路的第二輸出端，第二電感L2的第二端連接第三ニ極管D3的陰極及第ニ開關(guān)管Q2的第三端，第三ニ極管D3的陽(yáng)極連接第二電解電容C2的負(fù)端及逆變單元200的第二輸入端，第二電解電容C2的正端及第ニ開關(guān)管Q2的第二端連接中線N，蓄電池的正端BAT+通過(guò)第三開關(guān)S3接第一電感LI的第一端，蓄電池的負(fù)端連接中線N。2. 逆變單元2OO
該逆變単元200為T型逆變電路，包括反并聯(lián)ニ極管的第三開關(guān)管Q3、反并聯(lián)ニ極管的第四開關(guān)管Q4、反并聯(lián)ニ極管的第五開關(guān)管Q5、反并聯(lián)ニ極管的第六開關(guān)管Q6、第三電感L3和第三電容C3。在該實(shí)施例中，第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4、第五開關(guān)管Q5、第六開關(guān)管Q6優(yōu)選IGBT管，此時(shí)，開關(guān)管的第二端為其集電極，開關(guān)管的第三端為其發(fā)射扱。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，本發(fā)明并不限定第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4、第五開關(guān)管Q5、第六開關(guān)管Q6為IGBT管，在對(duì)開關(guān)頻率要求不太高的情況下，也可選用MOS管，此時(shí)，開關(guān)管的第二端為其漏扱，開關(guān)管的第三端為其源扱。在該逆變単元200中，第五開關(guān)管Q5的第二端為逆變単元200的第一輸入端，第六開關(guān)管Q6的第三端為逆變単元200的第二輸入端，第五開關(guān)管Q5的第三端連接第六開關(guān)管Q6的第二端、第四開關(guān)管Q4的第三端及第三電感L3的第一端，第四開關(guān)管Q4的第二端連接第三開關(guān)管Q3的第二端，第三開關(guān)管Q3的第三端接中線，第三電感L3的第二端通過(guò)第三電容接中線N。3.充電器 300
該充電器300包括反并聯(lián)ニ極管的第七開關(guān)管Q7、反并聯(lián)ニ極管的第八開關(guān)管Q8、第四電感L4、第五電感L5、第六ニ極管D6、第七ニ極管D7和第四電容C4。在該實(shí)施例中，第七開關(guān)管Q7、第八開關(guān)管Q8優(yōu)選IGBT管，此時(shí)，開關(guān)管的第二端為其集電極，開關(guān)管的第三端為其發(fā)射扱。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，本發(fā)明并不限定第七開關(guān)管Q7、第八開關(guān)管Q8為IGBT管，在對(duì)開關(guān)頻率要求不太高的情況下，也可選用MOS管，此時(shí)，開關(guān)管的第二端為其漏扱，開關(guān)管的第三端為其源扱。
在該充電器300中，第七開關(guān)管Q7的第二端接第五開關(guān)管Q5的第二端，第七開關(guān)管Q7的第三端通過(guò)第四電感L4連接蓄電池的正端BAT+，蓄電池的負(fù)端接中線N，第八開關(guān)管Q8的第三端接第六開關(guān)管Q6的第三端，第八開關(guān)管Q8的第二端通過(guò)第五電感L5接中線N，第四電容C4的兩端分別連接蓄電池的正端及負(fù)端，第六ニ極管D6的陽(yáng)極連接中線N，第六ニ極管D6的陰極連接第七開關(guān)管Q7的第三端，第七ニ極管D7的陽(yáng)極接第八開關(guān)管Q8的第二端，第七ニ極管D7的陰極接蓄電池的正端。4. DC/DC 單元 400
該DC/DC単元400包括反并聯(lián)ニ極管的第九開關(guān)管Q9、反并聯(lián)ニ極管的第十開關(guān)管Q10、反并聯(lián)ニ極管的第十一開關(guān)管Q11、反并聯(lián)ニ極管的第十二開關(guān)管Q12、變壓器Tl、第四ニ極管D4、第五ニ極管D5、第五電容C5和第六電感L6。在該實(shí)施例中，第九開關(guān)管Q9、第十開關(guān)管Q10、第i^一開關(guān)管Q11、第十二開關(guān)管Q12優(yōu)選MOS管，此時(shí)，開關(guān)管的第二端為其漏極，開關(guān)管的第三端為其源扱。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，本發(fā)明并不限定第九開關(guān)管Q9、第十 開關(guān)管Q10、第十一開關(guān)管Q11、第十二開關(guān)管Q12為MOS管，也可選用IGBT管，此時(shí)，開關(guān)管的第二端為其集電極，開關(guān)管的第三端為其發(fā)射扱。在該DC/DC單元400中，第九開關(guān)管Q9的第二端與第i^一開關(guān)管Qll的第二端連接，且為DC/DC単元400的第一輸入端，該第一輸入端連接蓄電池的正端BAT+，第十開關(guān)管QlO的第三端與第十二開關(guān)管Q12的第三端連接，且為DC/DC單元的第二輸入端，該第二輸入端連接蓄電池的負(fù)端，第九開關(guān)管Q9的第三端和第十開關(guān)管QlO的第二端一并通過(guò)相串聯(lián)的第六電感L6和第五電容C5連接變壓器Tl初級(jí)繞組的非同名端，第十一開關(guān)管Qll的第三端和第十二開關(guān)管Q12的第二端一井接變壓器Tl初級(jí)繞組的同名端，變壓器Tl第一次級(jí)繞組的同名端接第四ニ極管D4的陽(yáng)極，變壓器Tl第二次級(jí)繞組的非同名端接第五ニ極管D5的陽(yáng)極，第四ニ極管D4的陰極和第五ニ極管D5的陰極一井接中線N，變壓器Tl第一次級(jí)繞組的非同名端和變壓器Tl第二次級(jí)繞組的同名端一井接第六開關(guān)管Q6的第三端。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，本發(fā)明并不限定DC/DC単元400的變壓器Tl副邊的整流方式，可以是如上述實(shí)施例中所述的全波整流電路，也可以是全橋整流電路。下面說(shuō)明該UPS模塊的工作原理，當(dāng)交流市電正常時(shí)，第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2閉合，第三開關(guān)S3斷開，此吋，交流市電經(jīng)PFC単元100、逆變單元200后輸出交流電壓，該交流電壓為負(fù)載供電及通過(guò)充電器300向蓄電池充電。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能清楚在交流市電正常時(shí)各個(gè)単元的實(shí)現(xiàn)原理，在此不做贅述。下面僅說(shuō)明交流市電異常的情況，此時(shí)，斷開第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，閉合第三開關(guān)S3，蓄電池所輸出的電壓，一路經(jīng)斬波電路的上橋臂的處理(經(jīng)第一電感LI、第二ニ極管D2、第一開關(guān)管Ql為第一電容Cl充電)后輸出第一直流電壓，另一路經(jīng)DC/DC單兀200的處理后輸出第二直流電壓，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，該處理是通過(guò)控制第九開關(guān)管Q9、第十開關(guān)管Q10、第十一開關(guān)管Q11、第十二開關(guān)管Q12的兩兩互補(bǔ)導(dǎo)通，以產(chǎn)生交流電壓，變壓器Tl、第五電容C5和第六電感L6產(chǎn)生處于諧振的工作點(diǎn)，變壓器Tl所輸出的電壓向第二電容C2充電。分別在兩路中所產(chǎn)生第一直流電壓和第二直流電壓輸出至逆變單元200的兩輸入端，以產(chǎn)生交流電壓并為負(fù)載供電。
圖4是本發(fā)明UPS模塊實(shí)施例ニ的電路圖，相比圖3所示的UPS模塊的實(shí)施例一，本實(shí)施例中的UPS模塊所不同的僅是蓄電池接入PFC單元100的方式及DC/DC單元400的輸出端的連接方式，其它相同的部分這里不做贅述，以下僅說(shuō)明不同的部分
蓄電池的負(fù)端通過(guò)第三開關(guān)S3接第二電感L2的第一端，蓄電池的負(fù)端還連接DC/DC単元的第二輸入端，蓄電池的正端連接中線及DC/DC単元的第一輸入端，DC/DC単元的第一輸出端連接逆變單元的第一輸入端，即第五開關(guān)管Q5的第二端，DC/DC単元的第二輸出端連接中線。在該實(shí)施例中，當(dāng)交流電源異常時(shí)，蓄電池所輸出的電壓，一路經(jīng)斬波電路的下橋臂的處理(經(jīng)第二電感L2、第三ニ極管D3、第二開關(guān)管Q2為第二電容C2充電)后輸出第一直流電壓，另一路經(jīng)DC/DC単元200的處理后輸出第二直流電壓，變壓器Tl所輸出的電壓向第一電容Cl充電。分別在兩路中所產(chǎn)生第一直流電壓和第二直流電壓輸出至逆變單元200的兩輸入端，以產(chǎn)生交流電壓并為負(fù)載供電。圖5是本發(fā)明UPS模塊實(shí)施例三的電路圖，相比圖3所示的UPS模塊的實(shí)施例一， 本實(shí)施例中的UPS模塊所不同的僅是DC/DC単元中將蓄電池輸出的直流電壓轉(zhuǎn)化為交流電壓的方式，其它相同的部分這里不做贅述，以下僅說(shuō)明不同的部分
首先說(shuō)明的是，在該實(shí)施例中，第i^一開關(guān)管Qll和第十二開關(guān)管Q12優(yōu)選MOS管，此時(shí)，開關(guān)管的第二端為其漏極，開關(guān)管的第三端為其源扱。在該DC/DC単元400中，第十一開關(guān)管Qll的第二端為DC/DC単元的第一輸入端，第十二開關(guān)管Q12的第三端為DC/DC單元的第二輸入端，第十一開關(guān)管Qll的第三端和第十二開關(guān)管Q12的第二端一井接變壓器Tl初級(jí)繞組的同名端，變壓器Tl初級(jí)繞組的非同名端通過(guò)相串聯(lián)的第五電容C5和第六電 感L6連接第十二開關(guān)管Q12的第三端。圖6是本發(fā)明UPS模塊實(shí)施例四的電路圖，相比圖3所示的UPS模塊的實(shí)施例一，本實(shí)施例中的UPS模塊所不同的僅是逆變單元200的實(shí)現(xiàn)方式，其它相同的部分這里不做贅述，以下僅說(shuō)明不同的部分
首先說(shuō)明的是，在該實(shí)施例中，第五開關(guān)管Q5和第六開關(guān)管Q6優(yōu)選IGBT管，此時(shí)，開關(guān)管的第二端為其集電極，開關(guān)管的第三端為其發(fā)射扱。在該DC/DC単元400中，本實(shí)施例中的逆變單元200采用I型兩電平的半橋逆變電路，第五開關(guān)管Q5的第二端接第一電解電容Cl的正端，第六開關(guān)管Q6的第三端接第二電解電容的負(fù)端，第五開關(guān)管Q5的第三端與第六開關(guān)管Q6的第二端一并通過(guò)第三電感L3、第三電容C3連接中線N。另外，還應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上都僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，只用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明，半橋逆變、全橋逆變的其它逆變方式的逆變單元也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，如I型三電平逆變電路等。圖7是本發(fā)明UPS模塊實(shí)施例五的電路圖，相比圖3所示的UPS模塊的實(shí)施例一，本實(shí)施例中的UPS模塊所不同的僅是充電器300的實(shí)現(xiàn)方式，其它相同的部分這里不做贅述，以下僅說(shuō)明不同的部分
首先說(shuō)明的是，在該實(shí)施例中，第十三開關(guān)管Q13和第十四開關(guān)管Q14優(yōu)選IGBT管，此時(shí)，開關(guān)管的第二端為其集電極，開關(guān)管的第三端為其發(fā)射扱。在該充電器300中，第十三開關(guān)管Q13的第二端連接第五開關(guān)管Q5的第二端，第十四開關(guān)管Q14的第三端接第六開關(guān)管Q6的第三端，第十三開關(guān)管Q13的第三端和第十四開關(guān)管Q14的第二端一井接變壓器T2初級(jí)繞組的同名端，變壓器T2的初級(jí)繞組的非同名端接中線，變壓器Τ2的次級(jí)繞組的同名端接ニ極管整流橋D8的第一輸入端，變壓器Τ2的次級(jí)繞組的非同名端接ニ極管整流橋D8的第二輸入端，ニ極管整流橋D8的第一輸出端通過(guò)第六電感L6接第八ニ極管D8的陽(yáng)極，第八ニ極管D8的陰極接蓄電池的正端，ニ極管整流橋D8的第二輸出端接中線，第六電解電容C6 的正端連接第八ニ極管D8的陽(yáng)極，第六電解電容C6的負(fù)端連接中線。另外，充電器300的電路結(jié)構(gòu)并不限定上述實(shí)施例中的電路結(jié)構(gòu)，可采用Boost、Buck、Boost-Buck、半橋或全橋隔離電路或其中幾種電路的組合，這也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，本發(fā)明也不限定上述各個(gè)實(shí)施例中PFC単元、逆變單元、充電單元和DC/DC單元的組合關(guān)系，例如，圖4中的蓄電池的連接方式也可與圖5中的DC/DC單元和/或圖6中的逆變單元和/或圖7中的充電器相組合，這也沒(méi)有脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明還構(gòu)造ー種UPS系統(tǒng)，該UPS系統(tǒng)包括至少兩個(gè)UPS模塊，每個(gè)UPS模塊都可采用上述方案，該至少兩個(gè)UPS模塊并聯(lián)為蓄電池充電。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種UPS模塊，用于對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電，包括DC/DC單元、及依次連接的PFC單元、逆變單元和充電器，所述PFC単元包括相連接的整流電路和斬波電路，其特征在于，在交流市電異常時(shí)，所述斬波電路的第一橋臂將所述蓄電池的輸出電壓轉(zhuǎn)化為第一直流電壓，并輸出至逆變單元的第一輸入端，所述DC/DC單元將所述蓄電池的輸出電壓轉(zhuǎn)化為第二直流電壓，并輸出至逆變單元的第二輸入端，所述逆變単元將所述第一直流電壓和第二直流單元逆變?yōu)榻涣麟妷骸?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的UPS模塊，其特征在干， 所述第一橋臂為上橋臂，所述第二橋臂為下橋臂；或 所述第一橋臂為下橋臂，所述第二橋臂為上橋臂。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的UPS模塊，其特征在于，所述斬波電路的上橋臂包括第一電感(LI)、第二ニ極管(D2)、第一電解電容(Cl)和反并聯(lián)ニ極管的第一開關(guān)管(Ql);所述斬波電路的下橋臂包括第二電感(L2)、第三ニ極管(D3)、第二電解電容(C2)和反并聯(lián)ニ極管的第二開關(guān)管(Q2);所述斬波電路還包括開關(guān)(S3)，其中， 所述第一電感(LI)的第一端連接所述整流電路的第一輸出端，所述第一電感(LI)的第二端連接所述第二ニ極管(D2)的陽(yáng)極及第一開關(guān)管(Ql)的第二端，所述第二ニ極管(D2)的陰極連接第一電解電容(Cl)的正端及逆變單元的第一輸入端，第一電解電容(Cl)的負(fù)端及第一開關(guān)管(Ql)的第三端ー并連接中線，所述第二電感(L2)的第一端連接所述整流電路的第二輸出端，所述第二電感(L2)的第二端連接所述第三ニ極管(D3)的陰極及第二開關(guān)管(Q2)的第三端，所述第三ニ極管(D3)的陽(yáng)極連接第二電解電容(C2)的負(fù)端及所述逆變単元的第二輸入端，第二電解電容(C2)的正端及第ニ開關(guān)管(Q2)的第二端連接中線， 所述蓄電池的正端通過(guò)開關(guān)(S3)接所述第一電感(LI)的第一端，所述蓄電池的正端還連接所述DC/DC単元的第一輸入端，所述蓄電池的負(fù)端連接所述中線及所述DC/DC単元的第二輸入端，所述DC/DC単元的第一輸出端連接所述逆變単元的第二輸入端，所述DC/DC単元的第二輸出端連接所述中線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的UPS模塊，其特征在于，所述斬波電路的上橋臂包括第一電感(LI)、第二ニ極管(D2)、第一電解電容(Cl)和反并聯(lián)ニ極管的第一開關(guān)管(Ql);所述斬波電路的下橋臂包括第二電感(L2)、第三ニ極管(D3)、第二電解電容(C2)和反并聯(lián)ニ極管的第二開關(guān)管(Q2);所述斬波電路還包括開關(guān)(S3)，其中， 所述第一電感(LI)的第一端連接所述整流電路的第一輸出端，所述第一電感(LI)的第二端連接所述第二ニ極管(D2)的陽(yáng)極及第一開關(guān)管(Ql)的第二端，所述第二ニ極管(D2)的陰極連接第一電解電容(Cl)的正端及逆變單元的第一輸入端，第一電解電容(Cl)的負(fù)端及第一開關(guān)管(Ql)的第三端ー并連接中線，所述第二電感(L2)的第一端連接所述整流電路的第二輸出端，所述第二電感(L2)的第二端連接所述第三ニ極管(D3)的陰極及第二開關(guān)管(Q2)的第三端，所述第三ニ極管(D3)的陽(yáng)極連接第二電解電容(C2)的負(fù)端及所述逆變単元的第二輸入端，第二電解電容(C2)的正端及第ニ開關(guān)管(Q2)的第二端連接中線， 所述蓄電池的負(fù)端通過(guò)開關(guān)(S3)接所述第二電感(L2)的第一端，所述蓄電池的負(fù)端還連接所述DC/DC単元的第二輸入端，所述蓄電池的正端連接所述中線及所述DC/DC単元的第一輸入端，所述DC/DC単元的第一輸出端連接所述逆變単元的第一輸入端，所述DC/DC単元的第二輸出端連接所述中線。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的UPS模塊，其特征在于，所述DC/DC単元包括反并聯(lián)ニ極管的第十一開關(guān)管(Q11)、反并聯(lián)ニ極管的第十二開關(guān)管(Q12)、第一變壓器(Tl)、第四ニ極管(D4)、第五ニ極管(D5)、第五電容(C5)和第六電感(L6)，其中， 第i^一開關(guān)管(Qll)的第二端為DC/DC単元的第一輸入端，第十二開關(guān)管(Q12)的第三端為DC/DC単元的第二輸入端，第十一開關(guān)管(Qll)的第三端和第十二開關(guān)管(Q12)的第ニ端一井接第一變壓器(Tl)初級(jí)繞組的同名端，第一變壓器(Tl)初級(jí)繞組的非同名端通過(guò)相串聯(lián)的第五電容(C5)和第六電感(L6)連接第十二開關(guān)管(Q12)的第三端，第一變壓器(Tl)第一次級(jí)繞組的同名端接第四ニ極管(D4)的陽(yáng)極，第一變壓器(Tl)第二次級(jí)繞組的非同名端接第五ニ極管(D5)的陽(yáng)極，第四ニ極管(D4)的陰極和第五ニ極管(D5)的陰極ー并接中線，第一變壓器(Tl)第一次級(jí)繞組的非同名端和第一變壓器(Tl)第二次級(jí)繞組的同名端一井接逆變單元的輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的UPS模塊，其特征在干，所述DC/DC単元包括反并聯(lián)ニ極管的第九開關(guān)管(Q9)、反并聯(lián)ニ極管的第十開關(guān)管(Q10)、反并聯(lián)ニ極管的第十一開關(guān)管(Q11)、反并聯(lián)ニ極管的第十二開關(guān)管(Q12)、第一變壓器(Tl)、第四ニ極管(D4)、第五ニ極管(D5)、第五電容(C5)和第六電感(L6),其中， 第九開關(guān)管(Q9)的第二端與第十一開關(guān)管(Qll)的第二端連接，且為DC/DC単元的第ー輸入端，第十開關(guān)管(QlO)的第三端與第十二開關(guān)管(Q12)的第三端連接，且為DC/DC單元的第二輸入端，第九開關(guān)管(Q9)的第三端和第十開關(guān)管(QlO)的第二端一并通過(guò)相串聯(lián)的第六電感(L6)和第五電容(C5)連接第一變壓器(Tl)初級(jí)繞組的非同名端，第十一開關(guān)管(Qll)的第三端和第十二開關(guān)管(Q12)的第二端一井接第一變壓器(Tl)初級(jí)繞組的同名端，第一變壓器(Tl)第一次級(jí)繞組的同名端接第四ニ極管(D4)的陽(yáng)極，第一變壓器(Tl)第二次級(jí)繞組的非同名端接第五ニ極管(D5)的陽(yáng)極，第四ニ極管(D4)的陰極和第五ニ極管(D5)的陰極一井接中線，第一變壓器(Tl)第一次級(jí)繞組的非同名端和第一變壓器(Tl)第二次級(jí)繞組的同名端一井接逆變單元的輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的UPS模塊，其特征在于，所述充電器包括反并聯(lián)ニ極管的第七開關(guān)管(Q7)、反并聯(lián)ニ極管的第八開關(guān)管(Q8)、第四電感(L4)、第五電感(L5)、第六ニ極管(D6)、第七ニ極管(D7)和第四電容(C4)，其中， 第七開關(guān)管(Q7)的第二端接逆變單元的第一輸出端，第七開關(guān)管(Q7)的第三端通過(guò)第四電感(L4)連接蓄電池的正端，蓄電池的負(fù)端接中線，第八開關(guān)管(Q8)的第三端接逆變単元的第二輸出端，第八開關(guān)管(Q8)的第二端通過(guò)第五電感(L5)接中線，第四電容(C4)的兩端分別連接蓄電池的正端及負(fù)端，第六ニ極管(D6)的陽(yáng)極連接中線，第六ニ極管(D6)的陰極連接第七開關(guān)管(Q7)的第三端，第七ニ極管(D7)的陽(yáng)極接第八開關(guān)管(Q8)的第三端，第七ニ極管(D7)的陰極接蓄電池的正端。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的UPS模塊，其特征在于，所述充電器包括反并聯(lián)ニ極管的第十三開關(guān)管(Q13)、反并聯(lián)ニ極管的第十四開關(guān)管(Q14)、第二變壓器(T2)、ニ極管整流橋(D8)、第六電感(L6)、第八ニ極管(D8)和第六電容(C6)，其中， 第十三開關(guān)管(Q13)的第二端連接逆變單元的第一輸出端，第十四開關(guān)管(Q14)的第三端接逆變單元的第二輸出端，第十三開關(guān)管(Q13)的第三端和第十四開關(guān)管(Q14)的第ニ端一井接第二變壓器(T2)初級(jí)繞組的同名端，第二變壓器(T2)的初級(jí)繞組的非同名端接中線，第二變壓器(T2)的次級(jí)繞組的同名端接ニ極管整流橋(D8)的第一輸入端，第二變壓器(T2)的次級(jí)繞組的非同名端接ニ極管整流橋(D8)的第二輸入端，ニ極管整流橋(D8)的第一輸出端通過(guò)第六電感(L6)接第八ニ極管(D8)的陽(yáng)極，第八ニ極管(D8)的陰極接蓄電池的正端，ニ極管整流橋(D8)的第二輸出端接中線，第六電解電容(C6)的正端連接第八ニ極管(D8)的陽(yáng)極，第六電解電容(C6)的負(fù)端連接中線。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的UPS模塊，其特征在于，所述逆變単元為兩電平逆變電路、I型三電平逆變電路或T型三電平逆變電路。
10.ー種UPS系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)相并聯(lián)的UPS模塊，其特征在于，所述UPS模塊為權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的UPS模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種UPS模塊及UPS系統(tǒng)，該UPS模塊包括DC/DC單元、及依次連接的PFC單元、逆變單元和充電器，所述PFC單元包括相連接的整流電路和斬波電路，其特征在于，在交流市電異常時(shí)，所述斬波電路的第一橋臂將所述蓄電池的輸出電壓轉(zhuǎn)化為第一直流電壓，并輸出至逆變單元的第一輸入端，所述DC/DC單元將所述蓄電池的輸出電壓轉(zhuǎn)化為第二直流電壓，并輸出至逆變單元的第二輸入端，所述逆變單元將所述第一直流電壓和第二直流單元逆變?yōu)榻涣麟妷骸?shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，提高了效率，節(jié)省了空間和成本。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102723744SQ20111007651
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者馮尚民, 林清森, 肖學(xué)禮, 路亞新, 陳勇兵 申請(qǐng)人:力博特公司