本實用新型涉及電源領(lǐng)域，特別涉及一種不間斷電源及其控制方法。

背景技術(shù)：

如今不間斷電源（UPS）已經(jīng)廣泛應(yīng)用與電力、金融、政府、醫(yī)院、制造等各行各業(yè)中，它可以保障其所連接的設(shè)備在停電之后繼續(xù)工作一段時間，保障用戶不因突然停電而影響工作或丟失數(shù)據(jù)等，而且還能消除市電上如電涌、瞬間高壓等“電源污染”，提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的輸出電壓給所連接的負載。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展及市場上對提升輸出效率、提高功率因素、降低成本的要求也越來越高。

不間斷電源核心部件或電路通常包含:整流升壓、逆變、充電以及控制電路等?，F(xiàn)今不間斷電源的控制技術(shù)趨向于數(shù)字化控制、提高功率密度和效率的同時降低成本。

如圖1，在現(xiàn)有技術(shù)中，UPS整流升壓拓撲比較常用的是先整流再Boost升壓，該拓撲的功率回路PN結(jié)較多，轉(zhuǎn)換效率較低。

如圖2，逆變拓撲根據(jù)直流母線是雙母線還是單母線，可以選擇半橋拓撲或全橋拓撲，還有三電平等。雙母線通常選擇半橋逆變拓撲：該拓撲相對三電平，輸出的dv/dt大，逆變電感損耗大，效率相對低；單母線通常選擇全橋拓撲，該拓撲不適用交流輸入與輸出共零線的應(yīng)用，需增加隔離變壓器，同樣效率相對低。

如圖3，充電拓撲較常用的是先市電整流流再反激降壓，或者直接通過母線輸入再做反激降壓，該拓撲因帶有變壓器，轉(zhuǎn)換效率低。

此外，從電路控制角度考慮，整流升壓、逆變、充電傳統(tǒng)的由專用電源控制芯片(如3845，3854)或模擬電路，或MCU/DSP對各個拓撲分別進行控制，控制系統(tǒng)復(fù)雜，集成度不高，易受外圍電路眾多的分立器件溫漂等特性的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種不間斷電源及其控制方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是：一種不間斷電源，包括一儲能單元、一三電平逆變電路、一升壓電路、第一晶閘管、第二晶閘管、第三晶閘管、第三開關(guān)器件、第一電容和第二電容；所述升壓電路包括第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第一電感、第二電感、第一二極管以及第二二極管；

所述第一晶閘管的陽極連接至所述儲能單元的正極，所述第三開關(guān)器件的一端連接至所述儲能單元的負極，所述第一晶閘管的陰極分別接至所述第二晶閘管的陰極及所述第一電感的一端，所述第二晶閘管的陽極分別接至市電輸入的火線及第三晶閘管的陰極，所述第三晶閘管的陽極分別接至第三開關(guān)器件的另一端及第二電感的一端，所述第一開關(guān)器件的一端分別連至所述第一電感的另一端及所述第一二極管的陽極，所述第二開關(guān)器件的另一端分別連至所述第二電感的另一端及所述第二二極管的陰極，所述第一二極管的陰極與所述第一電容的正極相連接并連至一正母線，所述三電平逆變電路的正輸入端與所述正母線相連，所述第二二極管的陽極與所述第二電容的負極相連接并連至一負母線，所述三電平逆變電路的負輸入端與所述負母線相連，市電輸入的零線分別接至所述第一開關(guān)器件的另一端、所述第二開關(guān)器件的一端、所述第一電容的負極、所述第二電容的正極及三電平逆變電路的中點。

在本實用新型一實施例中，還包括一充電電路；所述充電電路的正輸入端連接至所述正母線，負輸入端連接至所述負母線；所述充電電路的正輸出端連接至所述儲能單元正極，負輸出端連接至所述儲能單元負極；

所述充電電路包括：第四開關(guān)器件、第三二極管、第三電容、第三電感、第一單向?qū)щ娖骷约暗谖彘_關(guān)器件；所述充電電路的正輸入端為所述第四開關(guān)器件的一端；所述第四開關(guān)器件的另一端分別連接至所述第三二極管的陰極、所述第三電容的正極以及所述第一單向?qū)щ娖骷年枠O；所述充電電路的正輸出端為所述第一單向?qū)щ娖骷年帢O；所述第五開關(guān)器件的一端分別連接至所述第三二極管的陽極和所述第三電感的一端；所述充電電路的負輸入端為第五開關(guān)器件的另一端；所述充電電路的負輸出端為所述第三電感的另一端與所述第三電容的陰極連接點。

在本實用新型一實施例中，所述三電平逆變電路為T型三電平逆變電路或I型三電平逆變電路。

在本實用新型一實施例中，所述第三開關(guān)器件為繼電器或晶閘管。

在本實用新型一實施例中，所述第一晶閘管至所述第三晶閘管、所述三電平逆變電路、所述升壓電路、所述第三開關(guān)器件的控制端均連接到一控制單元，所述控制單元采用一控制芯片。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下有益效果：

1、本發(fā)明的整流升壓拓撲中的PN結(jié)較少，PN結(jié)損耗較小，降低成本，轉(zhuǎn)換效率較高；

2、本發(fā)明采用的充電電路無需變壓器，提高了轉(zhuǎn)換效率；

3、本發(fā)明由于采用同一控制單元對各個電路進行控制，其硬件控制電路簡單，較少的分立器件，故不易受溫度特性的影響；集成度高，控制靈活，更改控制策略易于實現(xiàn)。

4、本發(fā)明的方案提升了輸出效率、降低成本。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中涉及的不間斷電源的整流升壓拓撲。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中涉及的不間斷電源的逆變拓撲。

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中涉及的不間斷電源的充電拓撲。

圖4為本實用新型中的不間斷電源電路拓撲。

圖5為本實用新型中的不間斷電源的充電電路。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案進行具體說明。

進一步的，如圖4，本實用新型提供了一種不間斷電源，包括一儲能單元、一三電平逆變電路、一升壓電路、第一晶閘管SCR1、第二晶閘管SCR2、第三晶閘管SCR3、第三開關(guān)器件Q3、第一電容C1和第二電容C2；升壓電路包括第一開關(guān)器件Q1、第二開關(guān)器件Q2、第一電感L1、第二電感L2、第一二極管D1、第二二極管D2。

第一晶閘管SCR1的陽極連接至儲能單元BAT的正極，第三開關(guān)器件Q3的一端連接至儲能單元BAT的負極，第一晶閘管SCR1的陰極分別接至第二晶閘管SCR2的陰極及第一電感L1的一端，第二晶閘管SCR2的陽極分別接至市電輸入的火線及第三晶閘管SCR3的陰極，第三晶閘管SCR3的陽極分別接至第三開關(guān)器件Q3的另一端及第二電感L2的一端，第一開關(guān)器件Q1的一端分別連至第一電感L1的另一端及第一二極管D1的陽極，第二開關(guān)器件Q2的另一端分別連至第二電感L2的另一端及第二二極管D2的陰極，第一二極管D1的陰極與第一電容C1的正極相連接并連至正母線BUS+，三電平逆變電路的正輸入端與正母線BUS+相連，第二二極管D2的陽極與第二電容C2的負極相連接并連至負母線BUS-，三電平逆變電路的負輸入端與負母線BUS-相連，市電輸入的零線分別接至第一開關(guān)器件Q1的另一端、第二開關(guān)器件Q2的一端、第一電容C1的負極、第二電容C2的正極及三電平逆變電路的中點。

進一步的，如圖5，不間斷電源還包括一充電電路，充電電路的正輸入端連接到正母線BUS+，充電電路的負輸入端連接至負母線BUS-，充電電路的正輸出端連接至儲能單元BAT正極，充電電路的負輸出端連接至儲能單元BAT負極。

第四開關(guān)器件Q4的一端作為充電電路的正輸入端，第四開關(guān)器件Q4的另一端連接至第三二極管D3的陰極、第三電容C3的正極和第一單向?qū)щ娖骷D1的陽極，第一單向?qū)щ娖骷D1的陰極作為充電電路的正輸出端，第五開關(guān)器件Q5的一端連接至第三二極管D3的陽極和第三電感L3的一端，第五開關(guān)器件Q5的另一端作為充電電路的負輸入端，第三電感L3的另一端連接至第三電容C3的陰極并作為充電電路的負輸出端。

在本實施例中，第一單向?qū)щ娖骷D1為晶閘管，當母線電壓低于電池電壓時，控制關(guān)斷晶閘管SD1，防止電池通過第四開關(guān)器件Q4、第三電容C3、第五開關(guān)器件Q5的體內(nèi)二極管及第三電感L3構(gòu)成不控的回路，當充電電壓穩(wěn)定后，再控制晶閘管SD1導(dǎo)通。

進一步的，在本實施例中，第一開關(guān)器件Q1、第二開關(guān)器件Q2以及第五開關(guān)器件Q5的一端均為開關(guān)管的漏極或集電極，另一端為開關(guān)管的源極或發(fā)射極。

進一步的，三電平逆變電路為T型三電平逆變電路或I型三電平逆變電路。

進一步的，第三開關(guān)器件Q3為繼電器或晶閘管。

進一步的，第一至第三晶閘管SCR3、三電平逆變電路、升壓電路、第三開關(guān)器件Q3的控制端均連接到同一控制單元。

進一步的，在本實施例中，為了讓本領(lǐng)域技術(shù)人員進一步了解本實用新型所提出的技術(shù)方案，還提供一種不間斷電源的控制方法進行說明。在該說明過程中所涉及的現(xiàn)有的軟件或控制方法均不是本實用新型所保護的客體，本實用新型僅保護該電路的結(jié)構(gòu)及其連接關(guān)系。

進一步的，當市電正常時，控制第二晶閘管SCR2和第三晶閘管SCR3導(dǎo)通，控制第一晶閘管SCR1和第三開關(guān)器件Q3關(guān)斷，控制不間斷電源工作于市電運行模式；

當市電異常時，控制第二晶閘管SCR2和第三晶閘管SCR3關(guān)斷，控制第一晶閘管SCR1和第三開關(guān)器件Q3導(dǎo)通，控制不間斷電源工作于電池運行模式。

進一步的，不間斷電源工作于市電運行模式的控制方式包括以下階段：

當市電處于正半周期時，控制第二開關(guān)器件Q2處于關(guān)斷狀態(tài)；第一階段，控制第一開關(guān)器件Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)，市電電壓經(jīng)過第二晶閘管SCR2、第一電感L1、第一開關(guān)器件Q1組成的回路對第一電感L1儲存電能；第二階段，控制第一開關(guān)器件Q1處于關(guān)斷狀態(tài)，第一電感L1續(xù)流，市電電壓經(jīng)過第二晶閘管SCR2、第一電感L1、第一二極管D1、第一電容C1組成的回路對第一電容C1充電；

當市電處于負半周期時，控制第一開關(guān)器件Q1處于關(guān)斷狀態(tài)；第三階段，控制第二開關(guān)器件Q2處于導(dǎo)通狀態(tài)，市電電壓經(jīng)過第二開關(guān)器件Q2、第二電感L2、第三晶閘管SCR3組成的回路給第二電感L2儲存電能；第四階段，控制第二開關(guān)器件Q2處于關(guān)斷狀態(tài)，第二電感L2續(xù)流，市電電壓經(jīng)第二電容C2、第二二極管D2、第二電感L2和第三晶閘管SCR3組成的回路給第二電容C2充電。

進一步的，不間斷電源工作于電池運行模式的控制方式包括以下階段：

控制第二開關(guān)器件Q2處于持續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)，第一階段，控制第一開關(guān)器件Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)，儲能單元BAT通過儲能單元BAT正極、第一晶閘管SCR1、第一電感L1、第一開關(guān)器件Q1、第二開關(guān)器件Q2、第二電感L2、第三開關(guān)器件Q3和儲能單元BAT負極組成的回路對第一電感L1、第二電感L2儲存能量；第二階段，控制第一開關(guān)器件Q1處于關(guān)斷狀態(tài)，儲能單元BAT通過儲能單元BAT正極、第一晶閘管SCR1、第一電感L1、第一二極管D1、第一電容C1、第二開關(guān)器件Q2、第二電感L2、第三開關(guān)器件Q3和儲能單元BAT負極組成的回路對第一電容C1充電。

控制第一開關(guān)器件Q1處于持續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)，第三階段，控制第二開關(guān)器件Q2處于導(dǎo)通狀態(tài)，儲能單元BAT通過儲能單元BAT正極、第一晶閘管SCR1、第一電感L1、第一開關(guān)器件Q1、第二開關(guān)器件Q2、第二電感L2、第三開關(guān)器件Q3和儲能單元BAT負極組成的回路對第一電感L1、第二電感L2儲存能量；第四階段，控制第二開關(guān)器件Q2處于關(guān)斷狀態(tài)，儲能單元BAT通過儲能單元BAT正極、第一晶閘管SCR1、第一電感L1、第一開關(guān)器件Q1、第二電容C2、第二二極管D2、第二電感L2、第三開關(guān)器件Q3和儲能單元BAT負極組成的回路對第二電容C2充電。

進一步的，當充電電路工作于市電運行模式時，儲能單元BAT充電控制方法包括以下階段：

控制第四開關(guān)器件Q4和第一單向?qū)щ娖骷D1處于導(dǎo)通狀態(tài)，第一階段，控制第五開關(guān)器件Q5處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流通過正母線BUS+、第四開關(guān)器件Q4、第三電容C3、第三電感L3、第五開關(guān)器件Q5和負母線BUS-組成的回路對第三電容C3和第五開關(guān)器件Q5儲存能量，同時向儲能單元BAT充電；第二階段，控制第五開關(guān)器件Q5處于斷開狀態(tài)，電流通過第三電感L3、第三二極管D3和第三電容C3組成的回路使第三電容C3和第三電感L3釋放能量對儲能單元BAT充電。

以上是本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本實用新型技術(shù)方案的范圍時，均屬于本實用新型的保護范圍。