专利名称：一种不间断电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种不间断电、源(Uninterruptible Power Supply,简称 UPS)。
背景技术：
现有的中小功率段的单相ups，绝大多少拓扑单相维也纳整流器加两
电平的逆变器结构，充电器使用隔离变换器。这种结构中，逆变部分由于
是两电平，具有明显的缺点开关管的电压应力较大，必须选用高耐压的 管子；逆变电感感量较大，而且逆变效率难以做高。加上散热器等因素， 综合成本较高。而充电器由于使用隔离变换器，功率难以做大，如需要大 功率充电器，则要多个并联，成本急剧上升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服以上的不足，提出了一种低 成本的不间断电源。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决
一种不间断电源，包括功率因数校正器、充电器、二次电池、逆变器； 所述充电器对二次电池进行充电，所述逆变器为三电平结构，用于把直流 母线电压逆变成交流电压，所述功率因数校正器在市电正常时将市电整流 成直流电压加在直流母线上并对充电器进行充电，在市电异常时将电池上 的电压升压到直流母线上。
所述功率因数校正器包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第 四二极管、第一电容、第二电容、第一开关管、第二开关管和第一电感； 所述第一电感第一端与火线相耦合、第二端与第一二极管阳极、第二二极 管阴极分别相耦合，所述第一二极管阴极与第一开关管第一端、第三二极 管阳极分别相连，所述第三二极管阴极与第一电容第一端相连，所述第一 电容第二端与零线相耦合，所述第一开关管第二端与零线相耦合；所述第 二二极管阳极与第四二极管阴极、第二开关管第二端分别相连，所述第四 二极管阳极与第二电容第一端相连，所述第二电容第二端与零线相耦合， 所述第二开关管第一端与零线相耦合。所述充电器包括第一开关、第三电容、BUCK变换器，所述第一开关 和第三电容相连后跨接在第一开关管第一端和第二开关管第一端之间，所 述BUCK变换器耦合在第三电容与二次电池之间。
所述BUCK变换器包括第三开关管、第二电感、第四电容和第五二极
管；所述第三开关管第一端与第三电容第一端相连，所述第三开关管第二 端与第五二极管阴极相连，所述第五二极管阳极与第三电容第二端、第四
二极管阴极分别相连，所述第二电感和第四电容相连后跨接在第五二极管 两端。
所述BUCK变换器包括第三开关管、第二电感、第四电容和第五二极 管；所述第三开关管第二端与第三电容第一端相连，所述第三开关管第一 端与第五二极管阳极相连，所述第五二极管阴极与第三电容第二端、第三 二极管阳极分别相连，所述第二电感和第四电容相连后跨接在第五二极管 两端。
所述逆变器包括第二辅助开关、第五开关管、第六开关管、第三电感 和第五电容；所述第二辅助开关第一端连接在第一电容与第二电容之间， 第二端与第五开关管第二端、第六开关管第一端、第三电感第一端分别相
连，所述第三电感第二端经第五电容与零线相连，所述第五开关管第一端 与第一电容第一端相连，所述第六开关管第二端与第二电容第一端相连。
所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关 管、第六开关管分别为场效应管或绝缘栅双极型功率管或三极管。
本发明与现有技术对比的有益效果是:本发明的UPS的充电器是非隔 离的，控制简单，容易做到较大的功率。本发明省去了现有技术中的隔离 变压器，降低了UPS的成本，特别可以降低大功率UPS的成本。
图1是本发明具体实施方式
一的结构示意图； 图2是本发明具体实施方式
二的结构示意图。
具体实施例方式
下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
一
如图1所示， 一种不间断电源，包括功率因数校正(Power Factor Correction,简称PFC)器、充电器、二次电池(BATTERY)、逆变器。所 述充电器对二次电池进行充电，所述逆变器为三电平结构，用于把直流母线电压逆变成交流电压，所述功率因数校正器在市电正常时将市电整流成 直流电压加在直流母线上并对充电器进行充电，在市电异常时将电池上的 电压升压到直流母线上。本发明的充电器的输入功率取自功率因数校正器。 如图1所示，所述功率因数校正器包括第一二极管Dl、第二二极管
D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、第一 开关管Q1、第二开关管Q2和第一电感L1。所述第一电感L1第一端与火 线L相耦合，即经第三开关与火线L相连；所述第一电感L1第二端与第 一二极管D1阳极、第二二极管D2阴极分别相耦合。所述第一二极管D1 阴极与第一开关管Ql第一端、第三二极管D3阳极分别相连。所述第三二 极管D3阴极与第一电容Cl第一端相连，所述第一电容Cl第二端与零线 N相耦合。所述第一开关管Q1第二端与零线N相耦合，所述第一开关管 Ql第三端接有控制信号。所述第二二极管D2阳极与第四二极管D4阴极、 第二开关管Q2第二端分别相连，所述第四二极管D4阳极与第二电容C2 第一端相连，所述第二电容C2第二端与零线N相耦合，所述第二开关管 Q2第一端与零线N相耦合，所述第二开关管Q2第三端接有控制信号。
如图l所示，所述充电器包括第一开关S1、第三电容C3、 BUCK变 换器。所述第一开关Sl和第三电容C3相连后跨接在第一开关管Ql第一 端和第二开关管Q2第一端之间，所述BUCK变换器耦合在第三电容C3 与二次电池之间。
所述BUCK变换器包括第三开关管Q3、第二电感L2、第四电容C4 和第五二极管D5。所述第三开关管Q3第一端与第三电容C3第一端相连， 所述第三开关管Q3第二端与第五二极管D5阴极相连，所述第五二极管 D5阳极与第三电容C3第二端、第四二极管D4阴极分别相连，所述第二 电感L2和第四电容C4相连后跨接在第五二极管D5两端。
充电器的工作原理简述如下
充电时，第一开关S1闭合。输入交流正半周波内，第一开关管Q1进 行PFC斩波工作。第一开关管Q1闭合时，市电输入通过火线(L)、第三 开关S3、第一电感L1、第一二极管D1、第一开关管Q1，零线(N)组成 的回路给第一电感L1充电。第一开关管Q1关断时，第一电感L1首先通 过第一电感L1、第一二极管D1、第一开关S1、第三电容C3、第二开关 管Q2寄生的反向并联二极管(如果所使用的开关管没有寄生二极管，则 可以自主加上)、N线、L线、第三开关S3组成的回路给第三电容C3充电，当第三电容C3上的电压高于正母线电压时，第一电感L1通过L1， Dl， D3， Cl， N线，AC—RLY， U回路给母线电容Cl充电。
输入交流负半周波内，第二开关管Q2进行PFC斩波工作，第二开关 管Q2闭合时，市电输入通过N线、第二开关管Q2、第二二极管D2、第 一电感L1、第三开关S3、 L线组成的回路给第一电感L1充电。第二开关 管Q2关断时，第一电感L1首先通过第一电感L1、第三开关S3、 L线、 N线、第一开关管Q1寄生的反向并联二极管(如果所使用的开关管没有 寄生二极管，则可以自主加上)、第一开关S1、第三电容C3、第二二极管 D2组成的回路给第三电容C3充电。当第三电容C3上的电压高于负母线 电压时，第一电感Ll通过第一电感Ll、第三开关S3、 N线、第二电容 C2、第二二极管D2、第一电感L1回路给母线电容C2充电。
综上可知，交流输入的正负半周第一电感L1都会给第三电容C3充电， 第三电容C3上能够维持一定的正相电压，第三电容C3可以作为buck充 电器的输入源。
第三电容对电池充电的过程如下第三开关管Q3开通时，通过第三 开关管Q3、第二电感L2、第四电容C4 (也包括二次电池)、第三电容C3、 第三开关管Q3回路给第二电感L2充电。第三开关管Q3关断时，第二电 感L2通过第二电感L2、第四电容C4 (也包括二次电池)、第五二极管D5 回路续流。
本发明的充电器是非隔离的，控制简单，容易做到较大的功率。本发 明省去了现有技术中的隔离变压器，降低了UPS的成本，特别可以降低大 功率UPS的成本。
所述逆变器包括第二辅助开关S2、第五开关管Q5、第六开关管Q6、 第三电感L3和第五电容C5。所述第二辅助开关S2第一端连接在第一电 容C1与第二电容C2之间，第二端与第五开关管Q5第二端、第六开关管 Q6第一端、第三电感L3第一端分别相连，所述第三电感L3第二端经第 五电容C5与零线N相连，所述第五开关管Q5第一端与第一电容Cl第一 端相连，所述第六开关管Q6第二端与第二电容第一端相连。第二辅助开 关S2按照设定的算法发出开关脉冲。逆变器的原理简述如下逆变输出 正半波时，第五开关管Q和第二辅助开关S2互补发波，发出+和0;逆 变输出负半波时，第六开关管Q6和第二辅助开关S2互补发波，发出一和 0。本发明逆变器采用三电平结构，管子耐压小，效率高，而且需要的电感较小，综合成本较低。
在图1中，所述第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第 四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6分别都是场效应管。但上 述开关管使用其他可被控制开通、关断的开关管也可，例如绝缘栅双极 型功率管或三极管。
具体实施方式
二
如图2所示，本具体实施方式
与具体实施方式
一的不同之处在于充电 器的接法，本具体实施方式
中，二次电池正连接在D1的阴极。具体结构 为所述充电器包括第一开关S1、第三电容C3、 BUCK变换器。所述第 一开关Sl和第三电容C3相连后跨接在第一开关管Ql第一端和第二开关 管Q2第一端之间，所述BUCK变换器耦合在第三电容C3与二次电池之 间。所述BUCK变换器包括第三开关管Q3、第二电感L2、第四电容C4 和第五二极管D5;所述第三开关管Q3第二端与第三电容C3第一端相连， 所述第三开关管Q3第一端与第五二极管D5阳极相连，所述第五二极管 D5阴极与第三电容C3第二端、第三二极管D3阳极分别相连，所述第二 电感L2和第四电容C4相连后跨接在第五二极管D5两端。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一歩详细说 明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种不间断电源，其特征在于包括功率因数校正器、充电器、二次电池、逆变器；所述充电器对二次电池进行充电，所述逆变器为三电平结构，用于把直流母线电压逆变成交流电压，所述功率因数校正器在市电正常时将市电整流成直流电压加在直流母线上并对充电器进行充电，在市电异常时将电池上的电压升压到直流母线上。
2. 根据权利要求1所述的不间断电源，其特征在于所述功率因数校正器包括第一二极管(Dl)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极 管(D4)、第一电容(Cl)、第二电容(C2)、第一开关管(Ql)、第二开 关管(Q2)和第一电感(Ll);所述第一电感(Ll)第一端与火线(L) 相耦合、第二端与第一二极管(Dl)阳极、第二二极管(D2)阴极分别相 耦合，所述第一二极管(Dl)阴极与第一开关管(QO第一端、第三二极 管(D3)阳极分别相连，所述第三二极管(D3)阴极与第一电容(Cl) 第一端相连，所述第一电容(Cl)第二端与零线(N)相耦合，所述第一 开关管(Ql)第二端与零线(N)相耦合；所述第二二极管(D2)阳极与 第四二极管(D4)阴极、第二开关管(Q2)第二端分别相连，所述第四二 极管(D4)阳极与第二电容(C2)第一端相连，所述第二电容(C2)第 二端与零线(N)相耦合，所述第二开关管(Q2)第一端与零线(N)相规入 袖1=1 o
3. 根据权利要求2所述的不间断电源，其特征在于所述充电器包括第一开关(SO、第三电容(C3)、 BUCK变换器，所述第一开关(Sl)和第三 电容(C3)相连后跨接在第一开关管(Ql)第一端和第二开关管(Q2) 第一端之间，所述BUCK变换器耦合在第三电容(C3)与二次电池之间。
4. 根据权利要求3所述的不间断电源，其特征在于所述BUCK变换器 包括第三开关管(Q3)、第二电感(L2)、第四电容(C4)和第五二极管(D5);所述第三开关管(Q3)第一端与第三电容(C3)第一端相连，所 述第三开关管(Q3)第二端与第五二极管(D5)阴极相连，所述第五二极 管(D5)阳极与第三电容(C3)第二端、第四二极管(D4)阴极分别相 连，所述第二电感(L2)和第四电容(C4)相连后跨接在第五二极管(D5)两端o
5. 根据权利要求3所述的不间断电源，其特征在于所述BUCK变换器包括第三开关管(Q3)、第二电感(L2)、第四电容(C4)和第五二极管 (D5);所述第三开关管(Q3)第二端与第三电容(C3)第一端相连，所 述第三开关管(Q3)第一端与第五二极管(D5)阳极相连，所述第五二极 管(D5)阴极与第三电容(C3)第二端、第三二极管(D3)阳极分别相 连，所述第二电感(L2)和第四电容(C4)相连后跨接在第五二极管(D5) 两端。
6. 根据权利要求2-5任一所述的不间断电源，其特征在于所述逆变器包 括第二辅助开关(S2)、第五开关管(Q5)、第六开关管(Q6)、第三电感(L3)和第五电容(C5);所述第二辅助开关(S2)第一端连接在第一电 容(Cl)与第二电容(C2)之间，第二端与第五开关管(Q5)第二端、 第六开关管(Q6)第一端、第三电感(L3)第一端分别相连，所述第三电 感(L3)第二端经第五电容(C5)与零线(N)相连，所述第五开关管(Q5) 第一端与第一电容(Cl)第一端相连，所述第六开关管(Q6)第二端与第 二电容第一端相连。
7. 根据权利要求6所述的不间断电源，其特征在于所述第一开关管(Q1)、 第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)、第四开关管(Q4)、第五开关管(Q5)、 第六开关管(Q6)分别为场效应管或绝缘栅双极型功率管或三极管。
全文摘要
本发明公开了一种不间断电源，包括功率因数校正器、充电器、二次电池、逆变器；所述充电器对二次电池进行充电，所述逆变器为三电平结构，用于把直流母线电压逆变成交流电压，所述功率因数校正器在市电正常时将市电整流成直流电压加在直流母线上并对充电器进行充电，在市电异常时将电池上的电压升压到直流母线上。本发明的UPS的充电器是非隔离的，控制简单，容易做到较大的功率。本发明省去了现有技术中的隔离变压器，降低了UPS的成本，特别可以降低大功率UPS的成本。
文档编号H02J7/00GK101685973SQ20081016856
公开日2010年3月31日 申请日期2008年9月26日 优先权日2008年9月26日
发明者原 周, 肖学礼, 阳 邴 申请人:力博特公司