一種不間斷電源的直流母線電壓補(bǔ)償電路的制作方法
【專利摘要】一種不間斷電源的直流母線電壓補(bǔ)償電路；包括正母線直流電容C1、負(fù)母線直流電容C2、開關(guān)管Q1、開關(guān)管Q2、濾波電感L和濾波電容C；所述正母線直流電容C1和開關(guān)管Q1串接為第一支路，所述負(fù)母線直流電容C2和開關(guān)管Q2串接為第二支路；正母線直流電容C1的一端接于負(fù)母線直流電容C2形成a連接點(diǎn)，開關(guān)管Q1的一端接于開關(guān)管Q2的一端形成b連接點(diǎn)，使得所述第一支路與所述第二支路并聯(lián)連接，所述a連接點(diǎn)為接地端；所述濾波電感L與所述濾波電容C串聯(lián)組成干路，所述濾波電感L的一端接于b連接點(diǎn)，所述濾波電容C的一端為接地端。通過對(duì)正負(fù)母線電壓實(shí)現(xiàn)解耦補(bǔ)償，能夠極大地提高輸出電壓的穩(wěn)定性。
【專利說明】
一種不間斷電源的直流母線電壓補(bǔ)償電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及不間斷電源的逆變控制技術(shù)，特別是一種不間斷電源的直流母線 電壓補(bǔ)償電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 不間斷電源，是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間 斷電源。主要用于給單臺(tái)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備提供不間斷的電力 供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流市電 穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷(事故停電）時(shí)，UPS立即將機(jī)內(nèi)電池的電能， 通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬 件不受損壞。UPS設(shè)備通常對(duì)電壓過大和電壓太低都提供保護(hù)。
[0003] 半橋逆變是一種廣泛應(yīng)用的逆變拓?fù)浞桨?，具有原件少，可靠性高的?yōu)點(diǎn)。半橋逆 變的輸出電壓與占空比調(diào)制波形和輸入正負(fù)直流母線電壓相關(guān)，直流母線電壓的波動(dòng)直接 影響輸出電壓的波形。反饋控制能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定控制，但是它是一種誤差糾正技 術(shù)，即實(shí)際電壓與期望電壓發(fā)生偏差，反饋控制才起作用，使用不方便，反饋不及時(shí)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)上述缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提出一種不間斷電源的直流母線電壓補(bǔ)償 電路，通過對(duì)正負(fù)母線電壓實(shí)現(xiàn)解耦補(bǔ)償，能夠極大地提高輸出電壓的穩(wěn)定性。
[0005] 為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種不間斷電源的直流母線電壓補(bǔ)償電路;包括正母線直流電容C1、負(fù)母線直流 電容C2、開關(guān)管Q1和開關(guān)管Q2;
[0007] 所述正母線直流電容C1和開關(guān)管Q1串接為第一支路，所述負(fù)母線直流電容C2和開 關(guān)管Q2串接為第二支路;正母線直流電容C1的一端接于負(fù)母線直流電容C2形成a連接點(diǎn)，開 關(guān)管Q1的一端接于開關(guān)管Q2的一端形成b連接點(diǎn)，使得所述第一支路與所述第二支路并聯(lián) 連接，所述a連接點(diǎn)為接地端；
[0008] 還包括濾波電感L和濾波電容C，所述濾波電感L與所述濾波電容C串聯(lián)組成干路， 所述濾波電感L的一端接于b連接點(diǎn)，所述濾波電容C的一端為接地端。
[0009] 優(yōu)選的，所述開關(guān)管Q1為M0S管Q1，所述開關(guān)管Q2為M0S管Q2。
[00?0]優(yōu)選的，所述開關(guān)管Q1/開關(guān)管Q2米用尚頻PWM調(diào)制。
[0011]對(duì)于半橋逆變，正負(fù)直流母線電壓對(duì)輸出電壓有影響，且存在耦合關(guān)系，通過本實(shí) 用新型中的電路連接關(guān)系實(shí)現(xiàn)解耦補(bǔ)償，消除直流母線不平衡或直流母線電壓波動(dòng)對(duì)輸出 電壓的影響，增加輸出電壓的穩(wěn)定性，改善輸出電壓質(zhì)量。
【附圖說明】
[0012 ]圖1是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0014] 如圖1所示，一種不間斷電源的直流母線電壓補(bǔ)償電路;包括正母線直流電容C1、 負(fù)母線直流電容C2、開關(guān)管Q1、開關(guān)管Q2、濾波電感L和濾波電容C;
[0015] 所述正母線直流電容C1和開關(guān)管Q1串接為第一支路，所述負(fù)母線直流電容C2和開 關(guān)管Q2串接為第二支路;正母線直流電容C1的一端接于負(fù)母線直流電容C2形成a連接點(diǎn)，開 關(guān)管Q1的一端接于開關(guān)管Q2的一端形成b連接點(diǎn)，使得所述第一支路與所述第二支路并聯(lián) 連接，所述a連接點(diǎn)為接地端;所述濾波電感L與所述濾波電容C串聯(lián)組成干路，所述濾波電 感L的一端接于b連接點(diǎn)，所述濾波電容C的一端為接地端；
[0016] 本實(shí)施例中，所述開關(guān)管Q1為M0S管Q1，所述開關(guān)管Q2為M0S管Q2 ;M0S管Q1的漏極 與正母線直流電容C1的一端連接，M0S管Q1的柵極外接于電壓驅(qū)動(dòng)源，為正母線電壓的測(cè)定 點(diǎn)，M0S管Q1的源極與M0S管Q2的源極連接形成b連接點(diǎn)，M0S管Q2的漏極與負(fù)母線直流電容 C2的一端連接，M0S管Q1的柵極外接于電壓驅(qū)動(dòng)源，為負(fù)母線電壓的測(cè)定點(diǎn)。
[0017]所述濾波電感L和濾波電容C1/Q2驅(qū)動(dòng)互補(bǔ)，當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通，開關(guān)管Q2關(guān)閉，濾波 電感L左側(cè)電壓等于正母線電壓；當(dāng)開關(guān)管Q1關(guān)閉，開關(guān)管Q2導(dǎo)通，濾波電感L左側(cè)電壓等于 負(fù)母線電壓。
[0018]所述開關(guān)管Q1/開關(guān)管Q2采用高頻PWM調(diào)制，濾波電感L左側(cè)就得到頻率一致，但幅 值為正負(fù)母線電壓的脈沖電壓，該脈沖電壓經(jīng)過LC二階濾波，得到正弦電壓。
[0019] 開關(guān)管Q1驅(qū)動(dòng)與開關(guān)管Q2互補(bǔ)，D為開關(guān)管Q1的占空比，則1-D為開關(guān)管Q2的占空 比。T為PWM占空比周期。占空比0彡DS1。
[0020] 當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通，開關(guān)管Q2關(guān)閉時(shí)，濾波電感L左側(cè)電壓
[0021] VDi = Vdci,0^t^DT (1)
[0022] 其中Vdcl為正直流母線電壓瞬時(shí)值。
[0023]當(dāng)Q1關(guān)閉，Q2導(dǎo)通時(shí)，電感L左側(cè)電壓
[0024] VD2 = -Vdc2,DT^t^T (2)
[0025] 其中Vdc2為負(fù)直流母線電壓瞬時(shí)值。
[0026] 那么，在整個(gè)PWM周期內(nèi)，電感L左側(cè)電壓的平均值為：
[0027] VD = Vdci*D-(l-D)*Vdc2 (3)
[0028] 在正負(fù)直流母線電壓相等的情況下，電感L左側(cè)電壓的平均值為：
[0029] Vd = Vdc*D- (1-D) *Vdc = (2*D-1) *Vdc,
[0030] Vdc = Vdc2 = Vdd (4)
[0031] 設(shè)計(jì)占空比D的表達(dá)式為：
[0032]
[0033] V。為期望輸出的正弦電壓，Vdc為補(bǔ)償電壓。把（5)代入(4)，那么，電感L左側(cè)的電 壓平均值為：
[0034] Vd = Vc (6)
[0035] 可以看到，電感左側(cè)的電壓已經(jīng)和直流母線電壓無關(guān)，實(shí)現(xiàn)了前饋補(bǔ)償。高頻電壓 VD經(jīng)過LC慣性環(huán)節(jié)的濾波，就得到了期望的正弦波電壓，實(shí)現(xiàn)了逆變的功能。
[0036]事實(shí)上，由于負(fù)載特性、輸入不對(duì)稱、直流電容容值有限及逆變半橋本身特性等原 因，使得直流母線電壓有波動(dòng)，正負(fù)直流母線電壓瞬時(shí)值不可能實(shí)時(shí)相等。
[0037] 定義如下：
[0038]/avg為正負(fù)直流母線電壓平均值（7)
^ .，
[0039]Verr為正負(fù)直流母線電壓差值（8)
- ，+
[0040] 那么可以得到：
[0041]
[0042] 那么（3)式可以重新改寫為：
[0043] VD=2Vavg*D-Vavg+Verr (3)
[0044]業(yè)界目前有兩種直流母線補(bǔ)償方法：
[0045] 1用正負(fù)直流電壓平均值來補(bǔ)償
[0046] 2在輸出電壓正半周(D>0.5)，用正直流母線電壓來補(bǔ)償，在輸出電壓負(fù)半周(D〈 0.5)，用負(fù)直流母線電壓來補(bǔ)償。
[0047] 這兩種方法都無法完全消除直流母線電壓對(duì)輸出電壓的影響。證明過程如下：
[0048]當(dāng)補(bǔ)償電壓為正負(fù)直流母線平均值電壓時(shí)：
[0049] 叫
v XU /
[0050] 把(10)代入改寫后的（3)，得到：
[0051] 夂 c〃
VII/
[0052] 可以看到，實(shí)際輸出電壓等于期望的輸出電壓加上正負(fù)直流母線的誤差電壓值， 無法消除直流母線對(duì)輸出電壓的影響。
[0053] 當(dāng)補(bǔ)償電壓為正直流母線電壓值時(shí)，
[0054]
[0055] 把(12)代入(3)，得到：
[0056]
[0057]當(dāng)補(bǔ)償電壓為負(fù)直流母線電壓值時(shí)，
[0058]
一 」一 171 ；
[0059] 將(14)重新代入(3)，得到：
[0060]
[0061]從（11)(13)(15)可以看到，這兩種補(bǔ)償方法都無法消除直流母線電壓對(duì)輸出電壓 的影響。
[0062]重新定義占空比D的補(bǔ)償方法為：
[0063]
u ι，&. V L U y
[0064] 把(16)代入改寫后的（3)式，可以得到：
[0065]
[0066] 可以看到，修正后的占空比，能夠完全抵消正負(fù)直流母線電壓對(duì)輸出電壓的影響， 獲得高質(zhì)量的輸出正弦電壓，即，對(duì)于半橋逆變，正負(fù)直流母線電壓對(duì)輸出電壓有影響，且 存在耦合關(guān)系，通過本實(shí)用新型中的電路連接關(guān)系實(shí)現(xiàn)解耦補(bǔ)償，消除直流母線不平衡或 直流母線電壓波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響，增加輸出電壓的穩(wěn)定性，改善輸出電壓質(zhì)量。
[0067]以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本實(shí)用新型的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本實(shí) 用新型的原理，而不能以任何方式解釋為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制?；诖颂幍慕忉?， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)即可聯(lián)想到本實(shí)用新型的其它【具體實(shí)施方式】， 這些方式都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種不間斷電源的直流母線電壓補(bǔ)償電路，其特征在于:包括正母線直流電容CU負(fù) 母線直流電容C2、開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q2; 所述正母線直流電容Cl和開關(guān)管Ql串接為第一支路，所述負(fù)母線直流電容C2和開關(guān)管 Q2串接為第二支路;正母線直流電容Cl的一端接于負(fù)母線直流電容C2形成a連接點(diǎn)，開關(guān)管 Ql的一端接于開關(guān)管Q2的一端形成b連接點(diǎn)，使得所述第一支路與所述第二支路并聯(lián)連接， 所述a連接點(diǎn)為接地端； 還包括濾波電感L和濾波電容C，所述濾波電感L與所述濾波電容C串聯(lián)組成干路，所述 濾波電感L的一端接于b連接點(diǎn)，所述濾波電容C的一端為接地端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不間斷電源的直流母線電壓補(bǔ)償電路，其特征在于:所述 開關(guān)管Ql為MOS管Ql，所述開關(guān)管Q2為MOS管Q2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種不間斷電源的直流母線電壓補(bǔ)償電路，其特征在于： 所述開關(guān)管Ql驅(qū)動(dòng)與開關(guān)管Q2互補(bǔ)，設(shè)置D為開關(guān)管Ql的占空比，則I-D為開關(guān)管Q2的占空 比，所述占空比D的補(bǔ)償方法爻4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不間斷電源的直流母線電壓補(bǔ)償電路，其特征在于:所述 開關(guān)管Ql/開關(guān)管Q2米用尚頻PWM調(diào)制。
【文檔編號(hào)】H02M7/537GK205509843SQ201620359801
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】封寧波, 林為, 尹曉娟, 向延釗, 聶文強(qiáng), 白維, 楊國(guó)偉, 鐘立亮, 李靜靜, 劉振
【申請(qǐng)人】佛山市新光宏銳電源設(shè)備有限公司