專利名稱：在線式不間斷電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不間斷電源裝置，尤指 一種改進(jìn)的在線式不間斷電源裝置。
背景技術(shù)：
不間斷電源(UPS)是一種交流電源裝置。目前，公知的在線式不間斷 電源裝置，采用交流-直流、直流-交流的雙轉(zhuǎn)換裝置。如圖2所示，市電輸 入先由濾波裝置111進(jìn)行濾波，再經(jīng)過保險(xiǎn)絲112過載保護(hù)，再由三相全橋 整流裝置113整流，經(jīng)電容濾波裝置115濾成直流電壓，電池裝置114也經(jīng) 過三相全橋整流裝置113提供直流電壓，經(jīng)過保險(xiǎn)絲116送到逆變裝置117， 將直流電壓采用SPWM ( SINE WAVE PULSE WIDTH MODULATION )控制 技術(shù)經(jīng)工頻變壓器隔離升壓產(chǎn)生正弦波電壓，經(jīng)過繼電裝置118切換輸出凈 化的交流電源再經(jīng)過濾波裝置119濾波后輸出到客戶端供電。但是目前公知 的在線式不間斷電源裝置UPS存在以下幾個(gè)問題(1 )整機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行效率 約80%,輕載時(shí)效率更低；(2)輸入采用全波整流，輸入功率因子(POWER FACTER,簡稱PF )只有0.6; ( 3 )在系統(tǒng)中產(chǎn)生4艮高的諧波電流影響電網(wǎng) 電力質(zhì)量。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種在線式不間斷電源裝置，其包含一個(gè) 由處理裝置控制的直流/交流轉(zhuǎn)換裝置，根據(jù)輸出端檢測到的電流諧波來產(chǎn) 生諧波電流注入市電輸出端，以抵消所檢測到的電流諧波，從而降低系統(tǒng) 中的諧波電壓與諧波電流，使之符合電力法規(guī)的規(guī)定，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明的在線式不間斷電源裝置包括一第一濾波裝置，設(shè)置于市電輸入端，用來對所輸入的市電進(jìn)行濾波；一電池裝置，用于提供直流電壓；一交流/直流轉(zhuǎn)換裝置，其輸入端電連接于所述第一濾波裝置，用于將 經(jīng)濾波的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓輸出；一直流/交流轉(zhuǎn)換裝置，其輸入端電連接于所述交流/直流轉(zhuǎn)換裝置的輸出端，并且與電池裝置的輸出端電連接，用來將交流/直流轉(zhuǎn)換裝置或電 池裝置輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓；一第二濾波裝置，設(shè)置于市電輸出端，用來對所輸出的市電進(jìn)行濾波; 一電源，用來提供電源給該在線式不間斷電源裝置的控制電路及驅(qū)動 電3各；以及一處理裝置；其中所述直流/交流轉(zhuǎn)換裝置包括一低通濾波器，以及兩個(gè)自關(guān)斷電力半導(dǎo) 體器件；所述處理裝置，利用數(shù)字信號處理器(DSP)或微處理器(MPU) 來提供PWM信號，在輸出端檢測到電流諧波時(shí)，控制所述直流/交流轉(zhuǎn)換 裝置的兩個(gè)自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件交替開關(guān)切換以產(chǎn)生諧波電流注入市 電輸出端，從而抵消所4企測到的電流諧波。本發(fā)明的另一目的在于提供一種改進(jìn)的在線式不間斷電源裝置，其包 含一個(gè)由處理裝置控制的交流/直流轉(zhuǎn)換裝置，根據(jù)輸入電流波形及輸出電 壓反饋，來調(diào)整輸入電流的波形，使輸出電流接近正弦波，從而提供輸入 功率因子修正。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，該在線式不間斷電源裝置的所述交流/直流 轉(zhuǎn)換裝置包括 一低通濾波器， 一用于儲能的電感，兩個(gè)自關(guān)斷電力半導(dǎo)的電容；所述處理裝置根據(jù)所述交流/直流轉(zhuǎn)換裝置的輸入電流波形及輸出 電壓反饋，控制所述交流/直流轉(zhuǎn)換裝置的兩個(gè)自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件交替 開關(guān)切換以使輸出電流的波形接近正弦波。該在線式不間斷電源裝置由于采用上述技術(shù)方案，利用數(shù)字化處理裝 置控制交流/直流轉(zhuǎn)換裝置及直流交流轉(zhuǎn)換裝置，釆用混合運(yùn)作控制，降低 總的能量的損耗，降低待機(jī)功率損耗，并提高輸入功率因子，降低總諧波 電流及總諧波電壓，在較寬市電電壓波動范圍內(nèi)可滿載運(yùn)行，提高供電電 源質(zhì)量與整機(jī)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的在線式不間斷電源裝置的結(jié)構(gòu)方塊示意圖；以及 圖2是現(xiàn)有的在線式不間斷電源裝置結(jié)構(gòu)方塊示意圖。
具體實(shí)施方式
請參閱圖1，為本發(fā)明在線式不間斷電源裝置一較佳具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)方塊示意圖。該在線式不間斷電源裝置包括一三相平衡開關(guān)裝置l,由兩個(gè)獨(dú)立的第五開關(guān)裝置11、第六開關(guān)裝置12組成，設(shè)置于市電輸入端，用來根據(jù)所述的處理裝置17檢測到市電 輸入端的三相電壓對所述第五開關(guān)裝置11或者第六開關(guān)裝置12進(jìn)行控 制，從而可選擇地電連接較輕負(fù)荷的單相電源，以平衡三相供電；一第一開關(guān)裝置8，設(shè)置于市電輸入端與輸出端之間，用來連接或斷 開市電供應(yīng)與市電輸出端的連接；一第一濾波裝置2，設(shè)置于市電輸入端，用來對所輸入的市電進(jìn)行濾波；一電池裝置18,用于提供直流電壓；一直流/直流轉(zhuǎn)換裝置19，設(shè)置于所述電池裝置18與直流/交流轉(zhuǎn)換 裝置7之間，用來在低電池電壓時(shí)將直流低電壓升壓為直流高電壓；一交流/直流轉(zhuǎn)換裝置6,其輸入端電連接于所述第一濾波裝置2,用 于將經(jīng)濾波的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓輸出；一第一保護(hù)裝置3，設(shè)置于所述的第一濾波裝置2與交流/直流轉(zhuǎn)換裝 置6之間，防止電路過載及短路保護(hù)；一限流保護(hù)裝置4，設(shè)置于所述第一濾波裝置2與交流/直流轉(zhuǎn)換裝置 6之間，該限流保護(hù)裝置4包括兩個(gè)以并聯(lián)方式電連接的兩個(gè)獨(dú)立第三開 關(guān)裝置41、第四開關(guān)裝置42，以及與所述第四開關(guān)裝置42串聯(lián)電連接的 電阻43，用以限制該在線式不間斷電源裝置的啟動電流，并在電池供電時(shí) 完全切離該在線式不間斷電源控制裝置與系統(tǒng)電網(wǎng)的連接避免UPS的電 磁干擾與電f茲兼容的問題；一直流/交流轉(zhuǎn)換裝置7,其輸入端電連接于所述交流/直流轉(zhuǎn)換裝置6 的輸出端，并且與電池裝置18的輸出端電連接，用來將交流/直流轉(zhuǎn)換裝 置6或電池裝置18輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓；一第二保護(hù)裝置5，設(shè)置于所述的第一濾波裝置2與第二濾波裝置10 之間，防止電^各過載及短蹈"呆護(hù)；一第二開關(guān)裝置9，設(shè)置于直流/交流轉(zhuǎn)換裝置7與市電輸出端之間， 用來連接或斷開直流/交流轉(zhuǎn)換裝置7與市電輸出端的連接；一第二濾波裝置10，設(shè)置于市電輸出端，用來對所輸出的市電進(jìn)行濾波；一電源20,用來提供電源給該不間斷電源裝置的控制電路及驅(qū)動電7路；以及一處理裝置17。所述的第一保護(hù)裝置3、第二保護(hù)裝置5可采用保險(xiǎn)絲或斷路器。 上述的直流/直流轉(zhuǎn)換裝置19，由DSP控制器產(chǎn)生PWM (PULSE WIDTH MODULATION )控制信號，來控制直流/直流轉(zhuǎn)換裝置19內(nèi)部的 自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件，將電池直流電壓升壓轉(zhuǎn)換成高直流電壓，檢測輸 出直流高電壓上電壓反饋信號121、 122調(diào)整PWM寬度，產(chǎn)生固定的直 流高電壓輸出，該裝置只在電池供電直交變換輸出模式下才會工作，有市 電時(shí)不工作。上述的交流/直流轉(zhuǎn)換裝置6，當(dāng)市電接入時(shí)由所述限流保護(hù)裝置4限 制啟動電流，利用半導(dǎo)體器件64， 65內(nèi)置的旁路二極管組成半橋全波整 流電路，市電正半周經(jīng)半導(dǎo)體器件64內(nèi)置的旁路二極管對第二電容66充 電濾成正直力t電壓，市電負(fù)半周經(jīng)半導(dǎo)體器件65內(nèi)置的旁路二極管對第 三電容67充電濾成負(fù)直流電壓，市電零線電壓成為直流電壓的零伏端， 等啟動電流穩(wěn)定后由DSP控制器產(chǎn)生PWM控制信號，來控制自關(guān)斷電力 半導(dǎo)體器件64、 65交替開關(guān)切換，又DSP控制器通過電感器63所組成的 升壓電路;險(xiǎn)測輸入電流波形62,及輸出直流電壓反饋信號121、 122以調(diào) 整PWM寬度，使輸入電流波形接近正弦波并提供固定的輸出直流高電壓， 使市電輸入功率因子接近1。上述的直流/交流轉(zhuǎn)換裝置7，是一典型的半橋逆變(INVERTER)裝 置，由自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件71、 72，第三電感74，第四電容75所組成 的可向用戶端市電注入諧波電流的諧波發(fā)生器，可以產(chǎn)生相位頻率幅值可 調(diào)的諧波電流，將這些諧波電流注入系統(tǒng)，以^t氐消原有的諧波；也可以采 用正弦脈沖寬度調(diào)制控制方式產(chǎn)生固定電壓固定頻率的純凈正弦波電壓， 由DSP控制器產(chǎn)生控制信號，來控制自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件71、 72做交 替開關(guān)切換?？刂颇Ｊ椒譃閮煞N 一種是正弦脈沖調(diào)變信號運(yùn)行模式，由 DSP控制器產(chǎn)生正弦脈沖調(diào)變信號(SPWM)將直流電壓轉(zhuǎn)換后經(jīng)第三電 感74,第四電容75，濾成工頻的正弦波電壓，并4全測輸出電壓反饋信號 77調(diào)整SPWM信號產(chǎn)生固定電壓固定頻率的純凈正弦波電壓； 一種是主 動濾波(Active- Filtrate)運(yùn)行模式，由DSP控制器檢測輸出端諧波電流 78,產(chǎn)生反向諧波電流注入到輸出端，檢測所產(chǎn)生的諧波電流73,抵消客 戶端設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流，讓輸出端的電流波形78接近正弦波電流，降低總諧波電流符合電力法規(guī)的要求。上述電源20,輸入電源主要交流/直流轉(zhuǎn)換裝置6輸出端做為電源的輸入，并有一電池供電回路可啟動控制電源，在無市電下可以實(shí)現(xiàn)由電池供電，起動UPS輸出供電。另有一充電回路除了在電池供電運(yùn)行模式不工 作外，其它模式都能對電池充電，并由DSP控制器檢測電池電壓，充電電 壓，充電電流，電池放電時(shí)間及次數(shù)管理，電池使用年限到期通知等智能 化管理。本發(fā)明的該較佳具體實(shí)施例的在線式不間斷電源裝置的具體工作模 式如下模式一市電旁路輸出模式在市電電力供電質(zhì)量良好且客戶端的設(shè)備有功因提升裝置使功率因 子接近1時(shí)，市電從三相平衡開關(guān)裝置1經(jīng)過第一濾波裝置2,第一電感 21,第二保護(hù)裝置5，第一開關(guān)裝置8，第二濾波裝置10,將市電輸出給 用戶的設(shè)備，本機(jī)實(shí)時(shí)4全測輸出電壓將反4f電壓76,輸出電流波形78接 入處理裝置17， DSP根據(jù)市電供電質(zhì)量的狀況調(diào)整運(yùn)行模式，此模式該在 線式不間斷電源裝置整機(jī)滿載運(yùn)行效率>97%。才莫式二主動濾波運(yùn)4于纟莫式在市電電力供電質(zhì)量在電力法規(guī)規(guī)定的電壓，頻率，范圍內(nèi)，同市電 旁路輸出一樣將市電從三相平衡開關(guān)裝置1經(jīng)過第一濾波裝置2,第一電 感21,第二保護(hù)裝置5，第一開關(guān)裝置8，第二濾波裝置IO,將市電輸出 給用戶的設(shè)備，此時(shí)第二開關(guān)裝置9導(dǎo)通，直流/交流轉(zhuǎn)換裝置7將會工作。 由DSP控制器檢測78輸出端電流波形，送出PWM信號供71， 72自關(guān)斷 電力半導(dǎo)體器件做交替開關(guān)切換，產(chǎn)生高頻諧波電流經(jīng)73電流波形檢測， 第三電感74，第四電容75組成的低通濾波器，經(jīng)第二開關(guān)裝置9注入到 輸出端，抵消客戶端設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流，讓輸出端的電流波形變成正弦 波電流，純阻性負(fù)載，提高功率因子接近1，并降低總諧波電壓(<3%) 與諧波電流(<3%)符合電力法規(guī)的要求，由于直流/交流轉(zhuǎn)換裝置7采用 補(bǔ)償并聯(lián)運(yùn)行，該在線式不間斷電源整機(jī)滿載運(yùn)行效率〉93%。模式三交直交雙變換輸出模式由電壓才企測器16沖全測市電輸入電壓，在市電電力供電質(zhì)量超出電力 法規(guī)規(guī)定的電壓、頻率范圍時(shí)，將市電從三相平衡開關(guān)裝置l經(jīng)過第一濾 波裝置2,第一電感21,第一保護(hù)裝置3,限流保護(hù)裝置4, 交流/直流轉(zhuǎn)換裝置6，直流/交流轉(zhuǎn)換裝置7，第二開關(guān)裝置9，第二濾波裝置10輸出純凈的電源給用戶的設(shè)備，第一開關(guān)裝置8斷開。第一電感21,第一電 容61組成低通濾波電^各后，經(jīng)電流波形纟全測62，第二電感63與自關(guān)斷電 力半導(dǎo)體器件64,自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件65組成的交流/直流轉(zhuǎn)換裝置6, 由DSP控制器檢測62輸出端電流波形及輸出端電壓反饋121, 122，調(diào)整 PWM信號控制自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件65,自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件64做 交替開關(guān)切換，使輸入電流接近正弦波，將輸入功率因子修正到接近1， 并轉(zhuǎn)換成直流高電壓經(jīng)第二電容66,第三電容67濾波作為正負(fù)直流電壓， 作為直流/交流轉(zhuǎn)換裝置7的輸入電源。直流/交流轉(zhuǎn)換裝置7，由71, 72 自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件組成半橋逆變器，由DSP控制器產(chǎn)生正弦脈沖調(diào)變 信號(SPWM)將直流電壓由71， 72切換開關(guān)，經(jīng)第三電感74,第四電 容75將高頻諧波濾除成為純凈的正弦波電源輸出，輸出電壓反饋77與電 流波形73檢測來提供給控制裝置調(diào)整SPWM信號，輸出產(chǎn)生固定電壓固 定頻率的純凈正弦波電壓，并檢測電流波形73做過載與輸出短路保護(hù)。 模式四電池供電直交變換輸出模式市電停電或瞬斷時(shí)，交流/直流轉(zhuǎn)換裝置6將停止工作，直流/直流轉(zhuǎn) 換裝置19將電池電壓升壓轉(zhuǎn)換提供直流電壓經(jīng)第二電容66,第三電容67 電容濾波輸出到直流母線，由DSP控制器產(chǎn)生脈沖調(diào)變信號(PWM)并 控制自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件做交替開關(guān)切換，輸出電壓檢測反饋121， 122 送回DSP控制器調(diào)整PWM寬度做閉回路數(shù)字化控制。直流/交流轉(zhuǎn)換裝 置7工作方式同模式三的輸出模式。在該種模式下，該在線式不間斷電源 以不間斷的狀態(tài)繼續(xù)提供純凈的正弦波電源，直到電池低能量關(guān)機(jī)。
權(quán)利要求
1、一種在線式不間斷電源裝置，包括一第一濾波裝置(2)，設(shè)置于市電輸入端，用來對所輸入的市電進(jìn)行濾波；一電池裝置(18)，用于提供直流電壓；一交流/直流轉(zhuǎn)換裝置(6)，其輸入端電連接于所述第一濾波裝置(2)，用于將經(jīng)濾波的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓輸出；一直流/交流轉(zhuǎn)換裝置(7)，其輸入端電連接于所述交流/直流轉(zhuǎn)換裝置(6)的輸出端，并且與電池裝置(18)的輸出端電連接，用來將交流/直流轉(zhuǎn)換裝置(6)或電池裝置(18)輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓；一第二濾波裝置(10)，設(shè)置于市電輸出端，用來對所輸出的市電進(jìn)行濾波；一電源(20)，用來提供電源給該不間斷電源裝置的控制電路及驅(qū)動電路；以及一處理裝置(17)；其特征在于所述直流/交流轉(zhuǎn)換裝置(7)包括一電感(74)與一電容(75)組成的低通濾波器，以及兩個(gè)自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件(71、72)；所述處理裝置(17)在輸出端檢測到電流諧波時(shí)，控制所述直流/交流轉(zhuǎn)換裝置(7)的兩個(gè)自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件(71、72)交替開關(guān)切換以產(chǎn)生諧波電流注入市電輸出端，從而抵消所檢測到的電流諧波。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線式不間斷電源裝置，其特征在于所 述交流/直流轉(zhuǎn)換裝置(6)包括由一電感(21)與一電容(61)組成的 低通濾波器， 一用于儲能的電感(63),兩個(gè)自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件(64、 65)，以及用于分別對通過所述自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件(64、 65)的電壓 進(jìn)行濾波的電容(66、 67);所述處理裝置(17)根據(jù)所述交流/直流轉(zhuǎn)換裝置(6)的輸入電流波 形及輸出電壓反饋，控制所述交流/直流轉(zhuǎn)換裝置(6)的兩個(gè)自關(guān)斷電力 半導(dǎo)體器件(64、 65)交替開關(guān)切換以使輸入電流的波形接近正弦波。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在線式不間斷電源裝置，其特征在于 還包括一第一開關(guān)裝置(8),設(shè)置于市電輸入端與輸出端之間，在市電輸入 超出設(shè)定的電壓或頻率范圍時(shí)，由所述處理裝置(17)控制所述第一開關(guān)裝置(8)斷開，否則，由所述處理裝置(17)控制所述第一開關(guān)裝置(8) 閉合。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在線式不間斷電源裝置，其特征在于 還包括一直流/直流轉(zhuǎn)換裝置(19)，設(shè)置于所述電池裝置(18)與直流/交流 轉(zhuǎn)換裝置(7)之間，用來在低電池電壓時(shí)將直流低電壓升壓為直流高電壓。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在線式不間斷電源裝置，其特征在于 還包括一第一保護(hù)裝置(3)，設(shè)置于所述的第一濾波裝置(2)與交流/直流 轉(zhuǎn)換裝置(6)之間，防止電路過載及短路保護(hù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在線式不間斷電源裝置，其特征在于 還包括一第二保護(hù)裝置(5),設(shè)置于所述的第一濾波裝置(2)與第二濾波 裝置(10)之間，防止電路過載及短路保護(hù)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在線式不間斷電源裝置，其特征在于 還包括一限流保護(hù)裝置(4)，電連接于所述第一濾波裝置(2)與交流/直流 轉(zhuǎn)換裝置(6)之間，包括兩個(gè)以并聯(lián)方式電連接的兩個(gè)獨(dú)立第三開關(guān)裝 置(41)、第四開關(guān)裝置(42),以及與所述第四開關(guān)裝置(42)串聯(lián)電連 接的電阻(43)，用以限制該在線式不間斷電源裝置的啟動電流，并在電 池供電時(shí)完全切離該在線式不間斷電源裝置與系統(tǒng)電網(wǎng)的連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在線式不間斷電源裝置，其特征在于 還包括一個(gè)由兩個(gè)獨(dú)立的第五開關(guān)裝置(11 )和第六開關(guān)裝置(12)組成的 三相平衡開關(guān)裝置(1 )，設(shè)置于市電輸入端，用來根據(jù)所述的處理裝置(17) 檢測到市電輸入端的三相電壓對所述第五開關(guān)裝置(11 )或者第六開關(guān)裝 置(12)進(jìn)行控制，從而可選擇地電連接較輕負(fù)荷的單相電源，以平衡三 相供電。
9、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在線式不間斷電源裝置，其特征在于所述處理裝置(17)可以為數(shù)字信號處理器或者微處理器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在線式不間斷電源裝置，包括濾波裝置、電池、交流/直流轉(zhuǎn)換裝置、直流/交流轉(zhuǎn)換裝置、以及處理裝置；其中所述直流/交流轉(zhuǎn)換裝置包括低通濾波器和兩個(gè)自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件；所述交流/直流轉(zhuǎn)換裝置包括低通濾波器、用于儲能的電感、兩個(gè)自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件、以及用于濾波的電容；所述處理裝置在輸出端檢測到電流諧波時(shí)，控制所述直流/交流轉(zhuǎn)換裝置的自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件交替開關(guān)切換以產(chǎn)生諧波電流注入市電輸出端，以抵消所檢測到的電流諧波；并根據(jù)所述交流/直流轉(zhuǎn)換裝置的輸入電流波形及輸出電壓反饋，控制所述交流/直流轉(zhuǎn)換裝置的兩個(gè)自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件交替開關(guān)切換以使輸入電流的波形接近正弦波。
文檔編號H02M3/335GK101521393SQ20081003404
公開日2009年9月2日 申請日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日
發(fā)明者王慶文 申請人:德觀電子(上海)有限公司