專利名稱：一種不間斷電源及其瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間的改善方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不間斷電源(UPS)及其瞬態(tài)晌應(yīng)時(shí)間的改善方法，尤其是帶有功率因數(shù)校正電路(PFC)的不間斷電源及其瞬態(tài)晌應(yīng)時(shí)間的改善方法。


圖1所示是一種采用平均值注入控制的不間斷電源系統(tǒng)，包括交流輸入端U、V、W、整流電路、電池支路、功率因數(shù)校正支路、逆變支路，整流電路的輸入端與交流輸入端U、V、W相連，逆變支路的輸入端并聯(lián)于功率因數(shù)校正支路直流側(cè)正負(fù)兩端，輸出端為單相交流輸出；功率因數(shù)校正支路位于電池支路和逆變支路之間，它包括正負(fù)升壓變換器電路、功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路以及正負(fù)直流母線電容C1、C2；所述正負(fù)升壓變換器分別包括電感L1、L2、L4、L5、正向二極管D1-D4和正負(fù)升壓變換器開關(guān)管Q9-Q12，所述正負(fù)升壓變換器的電感L1、L2、L4、L5和二極管D1-D4分別依次串聯(lián)于正負(fù)直流母線上，正直流母線電容C1和正升壓變換器開關(guān)管Q9、Q10分別跨接于正直流母線和中線上，位于正升壓變換器的二極管D1的后面和前面，負(fù)直流母線電容C2和負(fù)升壓變換器開關(guān)管Q11、Q12分別跨接于負(fù)直流母線和中線上，位于負(fù)升壓變換器的二極管D4的后面和前面；功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路的輸入端分別接輸入電壓整流后正負(fù)電壓輸出采樣信號(hào)REC1、REC2、正負(fù)直流母線電容電壓反饋信號(hào)V1、V2、正負(fù)升壓變換器電感電流采樣信號(hào)I1、I2，其輸出端分別接正負(fù)升壓變換器的開關(guān)管Q9、Q11的控制端，所述正負(fù)升壓變換器均由兩個(gè)對(duì)稱的升壓變換器電路并聯(lián)而成，每路均包括電感(L1或L2或L4或L5)、正向二極管(D1或D2或D3或D4)和開關(guān)管(Q9或Q10或Q11或Q12)。在功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路之后還設(shè)有驅(qū)動(dòng)移位電路，該電路將驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)整，其輸入端和輸出端的信號(hào)分別送到并聯(lián)的兩個(gè)正升壓變換器開關(guān)管(Q9、Q10)或負(fù)升壓變換器開關(guān)管(Q11、Q12)的控制端。
但是，由于其中正負(fù)升壓變換器電感電流采樣信號(hào)I1、I2采樣的是兩個(gè)并聯(lián)電感(L1、L2或L3、L4)的電流總和，由于它們之間的相互影響以及受到其他支路的影響，采樣的電流不能準(zhǔn)確反映流過各電感的實(shí)際電流，這樣就會(huì)導(dǎo)致瞬態(tài)響應(yīng)性能下降。
本發(fā)明的另一目的是使得兩開關(guān)管電流基本相等，完全解決了兩開關(guān)管并聯(lián)均流問題，顯著提高了系統(tǒng)可靠性。
本發(fā)明的又一目的是提高輸入電壓范圍。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種不間斷電源及其瞬態(tài)晌應(yīng)時(shí)間的改善方法。
所述不間斷電源包括交流輸入端、整流電路、電池支路、正負(fù)功率因數(shù)校正支路、逆變支路，整流電路的輸入端與交流輸入端相連，電池支路并聯(lián)于整流電路直流輸出側(cè)正負(fù)兩端，逆變支路的輸入端并聯(lián)于功率因數(shù)校正支路直流輸出側(cè)正負(fù)兩端，輸出端為單相交流輸出；功率因數(shù)校正支路位于電池支路和逆變支路之間；所述正功率因數(shù)校正支路采用兩個(gè)對(duì)稱的正升壓變換器并聯(lián)，所述負(fù)功率因數(shù)校正支路采用兩個(gè)對(duì)稱的負(fù)升壓變換器并聯(lián)；其特征是所述正負(fù)功率因數(shù)校正支路中的正負(fù)升壓變換器電感電流采樣信號(hào)分別取自相互并聯(lián)的正升壓變換器電路中電感中的一個(gè)和負(fù)升壓變換器電路中電感中的一個(gè)，該信號(hào)與功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路的電流輸入端相連。
所述不間斷電源瞬態(tài)晌應(yīng)時(shí)間的改善方法的特征是所述正負(fù)功率因數(shù)校正支路中的正負(fù)升壓變換器電感電流采樣信號(hào)(I1、I2)分別取自相互并聯(lián)的正升壓變換器電路中電感(L1、L2)中的一個(gè)和負(fù)升壓變換器電路中電感(L3、L4)中的一個(gè)。
在一個(gè)具體的實(shí)施例中，在功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路之后除設(shè)有驅(qū)動(dòng)脈寬移位電路，還設(shè)有驅(qū)動(dòng)脈寬保持電路，該電路將驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)整的同時(shí)，進(jìn)行脈寬保持。
在另一個(gè)實(shí)施例中，還設(shè)置了直流電源和切換開關(guān)，所述切換開關(guān)分別有一端可在輸入電壓整流后正電壓輸出采樣信號(hào)和直流電源之間切換，另一端為共同端，它與功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路的輸入端相連。
由于采用了以上的方案，所述正負(fù)功率因數(shù)校正支路中的正負(fù)升壓變換器電感電流采樣信號(hào)分別取自相互并聯(lián)的正升壓變換器電路中電感中的一個(gè)和負(fù)升壓變換器電路中電感中的一個(gè)，而不是采樣兩個(gè)并聯(lián)電感的總電流，這樣可減少電流環(huán)放大倍數(shù)，從而電流環(huán)帶寬增加，可提高系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。
同時(shí)，如果如果增加脈寬保持電路，就可使得兩開關(guān)管電流基本相等，完全解決了兩開關(guān)管并聯(lián)均流問題，顯著提高了系統(tǒng)可靠性。
而如果再設(shè)置直流電源和切換開關(guān)，則能大大提高輸入電壓的范圍。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例電路示意圖。
圖3是本發(fā)明脈寬保持移位電路方框示意圖。
圖4是本發(fā)明脈寬保持移位電路具體電路示意圖。
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(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖2是本發(fā)明一個(gè)典型的實(shí)施方式，與圖1相似，其基本原理是通過檢測(cè)電感電流信號(hào)，并且前饋整流橋后電壓波形(即電壓整流后正負(fù)電壓輸出采樣信號(hào)(REC1、REC2))，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的輸入電流波形，降低輸入諧波電流。其電路結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的平均值控制技術(shù)相類似，可稱為平均值值電流注入控制方案。該方案可以是單相平均值值電流注入控制，也可以是整流電路和交流輸入端為三相四線制的三相平均值值電流注入控制，圖2中僅是三相時(shí)的示例。將正負(fù)升壓變換器電感電流采樣信號(hào)(I1、I2)、輸入電壓整流后正負(fù)電壓輸出采樣信號(hào)(REC1、REC2)、正負(fù)直流母線電容電壓反饋信號(hào)(V1、V2)，通過平均值控制電路(功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路的一種)，產(chǎn)生兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)(DRV1、DRV2)，分別用于驅(qū)動(dòng)正負(fù)升壓變換器。
但圖2又在圖1的基礎(chǔ)上為提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)作了變化，正負(fù)升壓變換器的電感電流采樣信號(hào)(I1、I2)不再取全部電感電流，而是取自其中一個(gè)電感電流(L1與L2取其一，L3與L4取其一)。這樣可減少電流環(huán)放大倍數(shù)一倍，從而電流環(huán)帶寬增加，可提高系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。
本發(fā)明的另一個(gè)不同點(diǎn)是，其中平均值控制電路前饋電壓形式不是直接接三相市電整流后波形，即輸入電壓整流后正負(fù)電壓輸出采樣信號(hào)(REC1、REC2)，而是在三相市電整流后波形和直流之間切換，如圖2中所示就是這樣增設(shè)直流電源(DC)和切換開關(guān)(S1、S2)，所述切換開關(guān)(S1、S2)分別有一端可在輸入電壓整流后正電壓輸出采樣信號(hào)(REC1、REC2)和直流電源(DC)之間切換，另一端為共同端，它與功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路的輸入端相連。其好處是當(dāng)三相市電均正常時(shí)，控制電路前饋市電整流電壓，使得輸入電流波形跟隨整流電壓波形，此時(shí)可使輸入諧波電流最??；當(dāng)輸入電壓過低或者缺相(卻一相或卻二相)時(shí)平均值控制電路開始工作不穩(wěn)定，此時(shí)將開關(guān)(s1和s2)切換到前饋直流電壓，此時(shí)輸入電流為矩形波電流，雖然諧波電流比較大，但是此種方法卻可以大大提高輸入電壓范圍。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的再一個(gè)不同是，除采用兩個(gè)對(duì)稱的boost電路并聯(lián)、控制電路中增加了驅(qū)動(dòng)脈寬移位電路外，控制電路中還增加了驅(qū)動(dòng)脈寬保持電路，如圖3、4所示，不但巧妙的實(shí)現(xiàn)了開關(guān)頻率倍頻，顯著的降低了直流母線電容的紋波電流，而且使得兩開關(guān)管電流基本相等，完全解決了兩開關(guān)管并聯(lián)均流問題，顯著提高了系統(tǒng)可靠性。它是將兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)(DRV1、DRV2)送入驅(qū)動(dòng)脈寬保持移位電路，產(chǎn)生另外兩路脈寬相同但是相位可調(diào)整的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(DRV3、DRV4)，此兩路信號(hào)分別用于驅(qū)動(dòng)分別與上述正負(fù)升壓變換器對(duì)稱并聯(lián)的另兩路升壓變換器。圖4中，3854是指UC3854，它是一個(gè)平均值控制芯片；4557是指MC14557，是一個(gè)移位寄存器；4013是指CD4013，它是D觸發(fā)器。
各圖中，開關(guān)管(Q13、Q14)和電感(L3)構(gòu)成逆變器，完成(DC/AC)的變換，產(chǎn)生穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流輸出電壓(V3)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)(DRV5)用于驅(qū)動(dòng)逆變器開關(guān)管(Q13)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)(DRV6)用于驅(qū)動(dòng)逆變器開關(guān)管(Q14)，V3是逆變輸出電壓反饋，I3是逆變器電感電流采樣。
權(quán)利要求
1.一種不間斷電源，包括交流輸入端、整流電路、電池支路、正負(fù)功率因數(shù)校正支路、逆變支路，整流電路的輸入端與交流輸入端相連，電池支路并聯(lián)于整流電路直流輸出側(cè)正負(fù)兩端，逆變支路的輸入端并聯(lián)于功率因數(shù)校正支路直流輸出側(cè)正負(fù)兩端，輸出端為單相交流輸出；功率因數(shù)校正支路位于電池支路和逆變支路之間所述正功率因數(shù)校正支路采用兩個(gè)對(duì)稱的正升壓變換器并聯(lián)，所述負(fù)功率因數(shù)校正支路采用兩個(gè)對(duì)稱的負(fù)升壓變換器并聯(lián)；其特征是所述正負(fù)功率因數(shù)校正支路中的正負(fù)升壓變換器電感電流采樣信號(hào)(I1、I2)分別取自相互并聯(lián)的正升壓變換器電路中電感(L1、L2)中的一個(gè)和負(fù)升壓變換器電路中電感(L3、L4)中的一個(gè)，該信號(hào)與功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路的電流輸入端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的不間斷電源，其特征是在功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路之后還設(shè)有驅(qū)動(dòng)脈寬保持移位電路，該電路將驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈寬進(jìn)行保持并將其相位進(jìn)行調(diào)整，其輸入端和輸出端的信號(hào)分別送到并聯(lián)的兩個(gè)正升壓變換器開關(guān)管(Q9、Q10)負(fù)升壓變換器開關(guān)管(Q11、Q12)的控制端。
3.如權(quán)利要求1或2所述的不間斷電源，其特征是還包括直流電源(DC)和切換開關(guān)(S1、S2)，所述切換開關(guān)(S1、S2)分別有一端可在輸入電壓整流后正負(fù)電壓輸出采樣信號(hào)(REC1、REC2)和直流電源(DC)之間切換，另一端為共同端，它與功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路的電壓輸入端相連。
4.一種不間斷電源瞬態(tài)晌應(yīng)時(shí)間的改善方法，適用于正負(fù)功率因數(shù)校正支路均采用兩個(gè)對(duì)稱的升壓變換器并聯(lián)的不間斷電源系統(tǒng)，其特征是所述正負(fù)功率因數(shù)校正支路中的正負(fù)升壓變換器電感電流采樣信號(hào)(I1、I2)分別取自相互并聯(lián)的正升壓變換器電路中電感(L1、L2)中的一個(gè)和負(fù)升壓變換器電路中電感(L3、L4)中的一個(gè)。
5.如權(quán)利要求4所述的不間斷電源瞬態(tài)晌應(yīng)時(shí)間的改善方法，其特征是功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)(DRV1、DVR2)，分別用于驅(qū)動(dòng)正負(fù)功率因數(shù)校正支路中開關(guān)管(Q9、Q11)的驅(qū)動(dòng)；同時(shí)將該兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)(DRV1、DVR2)進(jìn)行脈寬保持和移位，分別用于驅(qū)動(dòng)正負(fù)功率因數(shù)校正支路中與前述開關(guān)管(Q9、Q11)對(duì)稱并聯(lián)的開關(guān)管(Q10、Q12)的驅(qū)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的不間斷電源瞬態(tài)晌應(yīng)時(shí)間的改善方法，其特征是功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路的電壓輸入信號(hào)可在輸入電壓整流后正負(fù)電壓輸出采樣信號(hào)(REC1、REC2)和直流電源(DC)之間切換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不間斷電源(UPS)及其瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間的改善方法,其特征是所述正負(fù)功率因數(shù)校正支路中的正負(fù)升壓變換器電感電流采樣信號(hào)(I1、I2)分別取自相互并聯(lián)的正升壓變換器電路中電感(L1、L2)中的一個(gè)和負(fù)升壓變換器電路中電感(L3、L4)中的一個(gè)。而不是采樣兩個(gè)并聯(lián)電感的總電流,這樣可減少電流環(huán)放大倍數(shù),從而電流環(huán)帶寬增加,可提高系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。
文檔編號(hào)H02M1/12GK1363976SQ0211481
公開日2002年8月14日 申請(qǐng)日期2002年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月28日
發(fā)明者楊戈戈 申請(qǐng)人:深圳安圣電氣有限公司