不间断电源的放电装置的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种不间断电源的放电装置。

背景技术：

ups(uninterruptiblepowersystem/supply，不间断电源装置)是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。合理使用和维护ups，使之保持在良好的运行状态，是延长ups寿命和提高直流电源可靠性的关键。ups长时间存放不使用，将导致电池亏电，电池容量降低。因此，在ups使用和维护的过程中，为了活化ups，必须定期进行放电实验。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种不间断电源的放电装置，能够使不间断电源恒流方法及减少能量消耗。所述技术方案如下：

本发明提供了一种不间断电源的放电装置，其特征在于，所述放电装置包括：直流电dc/dc变换电路、脉冲宽度调制pwm整流逆变电路、以及控制单元，

所述dc/dc变换电路用于，将不间断电源输出的直流电转换为目标直流电；

所述pwm整流逆变电路用于，将所述目标直流电转换为目标交流电并输出至电网；

所述控制单元用于，控制所述dc/dc变换电路输出的目标直流电的电流大小为恒定电流大小、和控制所述pwm整流逆变电路输出的交流电的波形为目标波形。

可选地，所述dc/dc变换电路包括：全桥逆变电路、变压器、第一电容、全桥整流电路、第一电阻、以及第二电容，

所述全桥逆变电路包括第一三极管至第四三极管和第一二极管至第四二极管，

所述全桥整流电路包括第五二极管至第八二极管，

所述第一三极管的发射极与所述第一二极管的正极电连接并形成第一连接点，所述第一三极管的集电极与所述第一二极管的负极电连接并形成第二连接点，所述第二三极管的发射极与所述第二二极管的正极电连接并形成第三连接点，所述第二三极管的集电极与所述第二二极管的负极电连接并形成第四连接点，所述第三三极管的发射极与所述第三二极管的正极电连接并形成第五连接点，所述第三三极管的集电极与所述第三二极管的负极电连接并形成第六连接点，所述第四三极管的发射极与所述第四二极管的正极电连接并形成第七连接点，所述第四三极管的集电极与所述第四二极管的负极电连接并形成第八连接点，

所述第一连接点与所述第四连接点电连接形成第九连接点，所述第三连接点与所述第五连接点电连接形成第十连接点，所述第六连接点与所述第七连接点电连接形成第十一连接点，所述第八连接点与所述第二连接点电连接形成第十二连接点，

所述第九连接点与所述第一电容的第一端电连接，所述第十连接点与所述第十二连接点分别与所述不间断电源的两端电连接，所述第十一连接点与所述变压器的第一初级端电连接，所述第一电容的第二端与所述变压器的第二初级端电连接，

所述第五二极管的正极与所述第六二极管的负极电连接并形成第十三连接点，所述第六二极管的正极与所述第七二极管的正极电连接并形成第十四连接点，所述第七二极管的负极与所述第八二极管的正极电连接并形成第十五连接点，所述第八二极管的负极与所述第五二极管的负极电连接并形成第十六连接点，所述变压器的两次级端分别与所述第十三连接点和所述第十五连接点电连接，

所述第一电阻的第一端与所述第二电容的第一端电连接，所述第十六连接点与所述第一电阻的第二端电连接并形成第十七连接点，所述第十四连接点与所述第二电容的第二端电连接并形成第十八连接点。

可选地，所述pwm整流逆变电路包括：第五三极管至第八三极管和第九二极管至第十二二极管，

所述第五三极管的发射极与所述第九二极管的正极电连接并形成第十九连接点，所述第五三极管的集电极与所述第九二极管的负极电连接并形成第二十连接点，所述第六三极管的发射极与所述第十二极管的正极电连接并形成第二十一连接点，所述第六三极管的集电极与所述第十二极管的负极电连接并形成第二十二连接点，所述第七三极管的发射极与所述第十一二极管的正极电连接并形成第二十三连接点，所述第七三极管的集电极与所述第十一二极管的负极电连接并形成第二十四连接点，所述第八三极管的发射极与所述第十二二极管的正极电连接并形成第二十五连接点，所述第八三极管的集电极与所述第十二二极管的负极电连接并形成第二十六连接点，

所述第十九连接点与所述第二十二连接点电连接并形成第二十七连接点，所述第二十一连接点与所述第二十三连接点电连接并形成第二十八连接点，所述第二十四连接点与所述第二十五连接点电连接并形成第二十九连接点，所述第二十连接点与所述第二十六连接点电连接并形成第三十连接点，

所述第十七连接点与所述第三十连接点电连接，

所述第十八连接点与所述第二十八连接点电连接，

所述第二十七连接点和所述第二十九连接点分别与所述电网的两端电连接。

可选地，所述控制单元包括：第一电流检测电路、第二电流检测电路、第一比较器、第二比较器、第一比例积分pi调节器、第二pi调节器、控制器和第一至第八驱动电路，

所述第一电流检测电路用于，检测所述第十七连接点与所述第十八连接点之间的电流，

所述第二电流检测电路用于，检测所述第二十七连接点和所述第二十九连接点之间的电流，

所述第一比较器用于，比较所述第一电流检测电路检测的电流值与第一目标电流大小，

所述第二比较器用于，比较所述第二电流检测电路检测的电流值与第二目标电流大小，

所述第一pi调节器用于，对所述第一比较器输出的差值进行比例积分运算，

所述第二pi调节器用于，对所述第二比较器输出的差值进行比例积分运算，

所述控制器用于，基于所述第一pi调节器输出的比例积分运算值，分别控制所述第一至第四驱动电路，基于所述第二pi调节器输出的比例积分运算值，分别控制所述第五至第八驱动电路，

所述第一至第八驱动电路分别与所述第一三极管至所述第八三极管的基极电连接，所述第一至第八驱动电路用于，在所述控制器的控制下，向对应的基极输出驱动电流或者停止输出驱动电流。

可选地，所述控制单元还包括：电压检测电路、第三比较器、第三pi调节器和第四比较器，

所述电压检测电路用于，检测所述第十七连接点与所述第十八连接点之间的电压，

所述第三比较器用于，比较所述电压检测电路检测的电压值与目标电压大小，

所述第三pi调节器用于，对所述第三比较器输出的差值进行比例积分运算，

所述第四比较器用于，比较所述第一pi调节器输出的比例积分运算值与所述第三pi调节器输出的比例积分运算值，

所述控制器用于，基于所述第四比较器输出的差值，分别控制所述第一至第四驱动电路。

可选地，所述放电装置还包括：第一保护电路，

所述第一保护电路包括第一电感和第三电容，

所述第十二连接点通过所述第一电感与所述不间断电源的第一端电连接，

所述第三电容的第一端连在所述第十二连接点与所述第一电感之间，所述第三电容的第二端连在所述第十连接点与所述不间断电源的第二端之间。

可选地，所述放电装置还包括：位于所述不间断电源与所述第一保护电路之间的第一过滤电路，

所述第一过滤电路包括第二电阻、第一开关、第二电感和第四电容，

所述第二电阻与所述第一开关并联并形成第三十一连接点，所述第三十一连接点与所述不间断电源的第一端电连接，所述第三十二连接点与所述第二电感的第一端电连接，所述第一电感的第一端与所述第二电感的第二端电连接，所述第四电容的第一端连在所述第一电感与所述第二电感之间，所述第四电容的第二端连在所述第十连接点与所述不间断电源的第二端之间。

可选地，所述放电装置还包括：第二保护电路，

所述第二保护电路包括第三电感和第五电容，

所述第十七连接点通过所述第三电感与所述第三十连接点电连接，

所述第五电容的第一端连在所述第十七连接点与所述第三电感之间，所述第五电容的第二端连在所述第十八连接点与所述第二十八连接点之间。

可选地，所述放电装置还包括：位于所述pwm整流逆变电路与所述电网之间的第二过滤电路，

所述第二过滤电路包括电磁干扰emi滤波器、第四电感和、和第六电容，

所述第二十七连接点与所述第四电感的第一端电连接，所述第二十九连接点与所述第五电感的第一端电连接，所述emi滤波器的两输入端分别与所述第四电感和所述第五电感的第二端电连接，所述emi滤波器的两输出端分别与所述电网的两端电连接，所述第六电容的第一端连在所述emi滤波器与所述第四电感之间，所述第六电容的第二端连在所述emi滤波器与所述第五电感之间。

可选地，所述第二过滤电路还包括：第三电阻和第二开关，

所述emi滤波器的第一输出端通过所述第三电阻与所述电网的正极电连接，

所述第二开关的第一端连在所述emi滤波器与所述第三电阻之间，所述第二开关的第二端连在所述第三电阻与所述电网之间。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过控制单元控制dc/dc变换电路输出的目标直流电的电流大小为恒定电流大小，即dc/dc变换电路将不间断电源输出的直流转换为恒定电流大小的直流电，能够使不间断电源处于恒流放电状态，能够确保设备及人员安全；通过控制单元控制pwm整流逆变电路输出的交流电的波形为目标波形，目标波形可以近似正弦波，这样，pwm整流逆变电路可以将目标直流电转换为近似正弦波的目标交流电输出至电网，减少了能源消耗，同时还使流入电网的电流接近正弦波，极大地降低了放电装置对电网的谐波干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种不间断电源的放电装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的dc/dc变换电路和pwm整流逆变电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的控制单元的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种不间断电源的放电装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了本发明实施例提供的一种不间断电源的放电装置。参见图1，该放电装置包括：dc(directcurrent，直流电)/dc变换电路101、pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)整流逆变电路102、以及控制单元103。

dc/dc变换电路101用于，将不间断电源输出的直流电转换为目标直流电。

pwm整流逆变电路102用于，将目标直流电转换为目标交流电并输出至电网。

控制单元103用于，控制dc/dc变换电路输出的目标直流电的电流大小为恒定电流大小、和控制pwm整流逆变电路输出的交流电的波形为目标波形。

本发明实施例通过控制单元控制dc/dc变换电路输出的目标直流电的电流大小为恒定电流大小，即dc/dc变换电路将不间断电源输出的直流转换为恒定电流大小的直流电，能够使不间断电源处于恒流放电状态，能够确保设备及人员安全；通过控制单元控制pwm整流逆变电路输出的交流电的波形为目标波形，目标波形可以近似正弦波，这样，pwm整流逆变电路可以将目标直流电转换为近似正弦波的目标交流电输出至电网，减少了能源消耗，同时还使流入电网的电流接近正弦波，极大地降低了放电装置对电网的谐波干扰。

示例性地，该不间断电源可以包括1个或多个(大于或等于2)蓄电池，多个蓄电池可以串联。蓄电池的输出可以是220v直流。

在本实施例中，dc/dc变换电路101和pwm整流逆变电路102均可以为，采用igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)器件形成的电路。下面结合图2介绍一下dc/dc变换电路101和pwm整流逆变电路102的示例结构。

示例性地，参见图2，dc/dc变换电路101包括：全桥逆变电路、变压器tr、第一电容c1、全桥整流电路、第一电阻r1、以及第二电容c2。

全桥逆变电路包括第一三极管t1至t4和第一二极管d1至d4，

全桥整流电路包括第五二极管d5至d8，

第一三极管t1的发射极与第一二极管d1的正极电连接并形成第一连接点，第一三极管t1的集电极与第一二极管d1的负极电连接并形成第二连接点，第二三极管t2的发射极与第二二极管d2的正极电连接并形成第三连接点，第二三极管t2的集电极与第二二极管d2的负极电连接并形成第四连接点，第三三极管t3的发射极与第三二极管d3的正极电连接并形成第五连接点，第三三极管t3的集电极与第三二极管d3的负极电连接并形成第六连接点，第四三极管t4的发射极与第四二极管d4的正极电连接并形成第七连接点，第四三极管t4的集电极与第四二极管d4的负极电连接并形成第八连接点，

第一连接点与第四连接点电连接形成第九连接点x1，第三连接点与第五连接点电连接形成第十连接点x2，第六连接点与第七连接点电连接形成第十一连接点x3，第八连接点与第二连接点电连接形成第十二连接点x4，

第九连接点x1与第一电容c1的第一端电连接，第十连接点x2与第十二连接点x4分别与不间断电源的两端电连接，第十一连接点x3与变压器tr的第一初级端电连接，第一电容c1的第二端与变压器tr的第二初级端电连接，

第五二极管d5的正极与第六二极管d6的负极电连接并形成第十三连接点m1，第六二极管d6的正极与第七二极管d7的正极电连接并形成第十四连接点m2，第七二极管d7的负极与第八二极管d8的正极电连接并形成第十五连接点m3，第八二极管d8的负极与第五二极管d5的负极电连接并形成第十六连接点m4，变压器tr的两次级端分别与第十三连接点m1和第十五连接点m3电连接，

第一电阻r1的第一端与第二电容c2的第一端电连接，第十六连接点m4与第一电阻r1的第二端电连接并形成第十七连接点m5，第十四连接点m2与第二电容c2的第二端电连接并形成第十八连接点m6。

其中，dc/dc变换电路101采用全桥移相软开关技术，有效降低了电路的开关损耗和开关噪声，减少了器件开关过程中产生的电磁干扰，使得模块效率进一步提高。具体的，由开关器件中第一三极管t1～t4及其反并联第一二极管d1～d4组成的全桥逆变电路首先将不间断电源的放电直流电压ed逆变成高频交流电压，通过高频变压器tr隔离后，再由开关器件中第五二极管d5～d8组成的全桥整流电路变换成pwm整流逆变电路所需要的直流电压。

示例性地，参见图2，pwm整流逆变电路102包括：第五三极管t5至t8和第九二极管d9至d12。

第五三极管t5的发射极与第九二极管d9的正极电连接并形成第十九连接点，第五三极管t5的集电极与第九二极管d9的负极电连接并形成第二十连接点，第六三极管t6的发射极与第十二极管d10的正极电连接并形成第二十一连接点，第六三极管t6的集电极与第十二极管d10的负极电连接并形成第二十二连接点，第七三极管t7的发射极与第十一二极管d11的正极电连接并形成第二十三连接点，第七三极管t7的集电极与第十一二极管d11的负极电连接并形成第二十四连接点，第八三极管t8的发射极与第十二二极管d12的正极电连接并形成第二十五连接点，第八三极管t8的集电极与第十二二极管d12的负极电连接并形成第二十六连接点，

第十九连接点与第二十二连接点电连接并形成第二十七连接点y1，第二十一连接点与第二十三连接点电连接并形成第二十八连接点y2，第二十四连接点与第二十五连接点电连接并形成第二十九连接点y3，第二十连接点与第二十六连接点电连接并形成第三十连接点y4，

第十七连接点m5与第三十连接点y4电连接，

第十八连接点m6与第二十八连接点y2电连接，

第二十七连接点y1和第二十九连接点y3分别与电网的两端电连接。

其中，开关器件中第五三极管t5～t8及其反并联第九二极管d9～d12共同组成单相pwm整流逆变电路102，用于，将不间断电源释放的能量反送回电网。

示例性地，参见图3，控制单元103包括：第一电流检测电路21、第二电流检测电路22、第一比较器23、第二比较器24、第一比例积分pi调节器25、第二pi调节器26、控制器27和第一至第八驱动电路28a～28h。

第一电流检测电路21用于，检测第十七连接点m5与第十八连接点m6之间的电流。

第二电流检测电路22用于，检测第二十七连接点y1和第二十九连接点y3之间的电流。

第一比较器23用于，比较第一电流检测电路检测的电流值与第一目标电流大小。

第二比较器24用于，比较第二电流检测电路检测的电流值与第二目标电流大小。

第一pi调节器25用于，对第一比较器输出的差值进行比例积分运算。

第二pi调节器26用于，对第二比较器输出的差值进行比例积分运算。

控制器27用于，基于第一pi调节器输出的比例积分运算值，分别控制第一至第四驱动电路，基于第二pi调节器输出的比例积分运算值，分别控制第五至第八驱动电路。

第一至第八驱动电路28a～28h分别与t1至t8的基极电连接，第一至第八驱动电路28a～28h用于，在控制器的控制下，向对应的基极输出驱动电流或者停止输出驱动电流。

其中，dc/dc变换电路101的作用是在控制单元103的控制下，使不间断电源恒流放电，同时将不间断电源电压变换成pwm整流逆变电路102所需要的电压。通过控制第一至第四驱动电路28a～28d分别与第一三极管t1～t4的基极之间的连通与截止完成不间断电源恒流放电的控制。

同时，pwm整流逆变电路102的作用是在控制单元103的控制下，输出近似正弦波的交流电至电网。通过控制第五至第八驱动电路28e～28h分别与第五三极管t5～t8的基极之间的连通与截止使流入电网的电流的波形近似正弦波。

参见图3，放电给定电流idg与实际的放电电流id(dc/dc变换电路输出电流)相比较后，其误差信号经第一pi调节器后送入控制器，控制器产生pwm信号，该pwm信号再经第一至第四驱动电路去控制dc/dc变换电路中的开关器件t1至t4，便可使实际的放电电流跟踪给定电流，从而达到恒流放电的目的。具体地，当idg小于id时，通过第一至第四驱动电路减小t1至t4的导通时间；反之，当idg大于id时，通过第一至第四驱动电路增加t1至t4的导通时间。

而给定正弦波电流与实际流入电网电流相比较后，其误差信号经第二pi调节器后送入控制器产生pwm信号，再经第五至第八驱动电路去控制整流逆变电路中开关器件t5至t8，使流入电网的电流波形接近正弦波。由于正弦波形电流在周期内是变化的，基于此，送入第二比较器24的第二目标电流大小是随第二电流检测电路22的检测周期变化的，其变化对应正弦波形电流值的变化。这样，让实际流入电网电流的波形近似于正弦波。其控制原理与恒流放电的控制原理相同。

当pwm整流逆变电路102发生故障不能向电网回送能量时，如果dc/dc变换电路101仍然处于恒流放电工作状态，则会引起直流侧电压升高。为了防止过压的产生，引入了直流电压限压控制环。示例性地，参见图3，控制单元还包括：电压检测电路29、第三比较器30、第三pi调节器31和第四比较器32。

电压检测电路29用于，检测第十七连接点m5与第十八连接点m6之间的电压。

第三比较器30用于，比较电压检测电路检测的电压值与目标电压大小。

第三pi调节器31用于，对第三比较器输出的差值进行比例积分运算。

第四比较器32用于，比较第一pi调节器输出的比例积分运算值与第三pi调节器输出的比例积分运算值。

控制器27用于，基于第四比较器输出的差值，分别控制第一至第四驱动电路28a～28d。

其中，电压检测电路29、第三比较器30、第三pi调节器31和第四比较器32构成直流电压限压控制环。当直流侧电压高于设定值时，dc/dc变换电路101立即从恒流控制转为恒压控制，此时直流输出电压给定信号udg和实际的直流电压ud(dc/dc变换电路101输出电压)比较后的误差信号经第三pi调节器31后送入控制器27，控制器27产生pwm信号，该pwm信号再经第一至第四驱动电路28a～28d去控制dc/dc变换电路181中的第一三极管t1至t4，从而达到恒压控制的目的。具体地，限压控制原理与恒流放电的控制原理类似，当udg小于ud时，通过第一至第四驱动电路减小t1至t4的导通时间；反之，当udg大于ud时，通过第一至第四驱动电路增加t1至t4的导通时间。

示例性地，参见图2，放电装置还包括：第一保护电路。第一保护电路包括第一电感l1和第三电容c3。

第十二连接点x4通过第一电感l1与不间断电源的第一端电连接，

第三电容c3的第一端连在第十二连接点x4与第一电感l1之间，第三电容c3的第二端连在第十连接点x2与不间断电源的第二端之间。

其中，第三电容c3为高频无感电容，用于吸收直流母线上的电压尖峰，起到保护dc/dc变换电路101开关器件的作用。

示例性地，参见图2，放电装置还包括：位于不间断电源与第一保护电路之间的第一过滤电路。第一过滤电路包括第二电阻r2、第一开关j1、第二电感l2和第四电容c4。

第二电阻r2与第一开关j1并联并形成第三十一连接点，第三十一连接点与不间断电源的第一端电连接，第三十二连接点与第二电感l2的第一端电连接，第一电感l1的第一端与第二电感l2的第二端电连接，第四电容c4的第一端连在第一电感l1与第二电感l2之间，第四电容c4的第二端连在第十连接点x2与不间断电源的第二端之间。

第二电阻r2和第一开关j1共同组成启动限流电路，用于抑制直流输入合闸浪涌电流，以保护滤波第四电容c4。

第二电感l2和第四电容c4构成滤波器，用于滤去dc/dc变换电路101产生的高频开关噪声。

示例性地，参见图2，放电装置还包括：第二保护电路。第二保护电路包括第三电感l3和第五电容c5。

第十七连接点m5通过第三电感l3与第三十连接点y4电连接，

第五电容c5的第一端连在第十七连接点m5与第三电感l3之间，第五电容c5的第二端连在第十八连接点m6与第二十八连接点y2之间。

第五电容c5为高频无感电容，用于吸收直流母线上的电压尖峰，起到保护pwm整流逆变电路102中开关器件的作用。

示例性地，参见图2，放电装置还包括：位于pwm整流逆变电路与电网之间的第二过滤电路。第二过滤电路包括emi(electromagneticinterference，电磁干扰)滤波器、第四电感l4和l5、和第六电容c6。

第二十七连接点y1与第四电感l4的第一端电连接，第二十九连接点y3与第五电感l5的第一端电连接，emi滤波器的两输入端分别与第四电感l4和l5的第二端电连接，emi滤波器的两输出端分别与电网的两端电连接，第六电容c6的第一端连在emi滤波器与第四电感l4之间，第六电容c6的第二端连在emi滤波器与第五电感l5之间。

第二过滤电路用于滤去pwm整流电路102产生的高频开关噪声。

示例性地，参见图2，第二过滤电路还包括：第三电阻r3和第二开关j2。emi滤波器的第一输出端通过第三电阻r3与电网的正极电连接，第二开关j2的第一端连在emi滤波器与第三电阻r3之间，第二开关j2的第二端连在第三电阻r3与电网之间。

第三电阻r3和第二开关j2用于抑制交流输出合闸浪涌电流。

示例性地，参见图4，该放电装置还包括单片机104，单片机104分别与控制单元103和上位机(图未示出)电连接，单片机104用于，接收上位机的控制指令，基于控制指令，控制控制单元103。

具体地，单片机104与控制器27电连接。例如，单片机104可以向控制单元103输入目标电流大小的值、以及目标波形的值。

当不间断电源处于恒流放电状态时，还能测量不间断电源的输出电压ed，以此计算不间断电源的放电容量。基于此，控制单元103还用于，测量不间断电源的输出电压ed。相应地，该单片机104还用于，周期性记录一次控制单元103测量得到的电压ed，以实现不间断电源的放电容量的自动化监控。例如，单片机104可以每隔5分钟记录一次。

示例性地，参见图4，该放电装置还包括显示屏105。单片机104还用于，接收控制单元103输出的参数并进行模数转换，参数至少包括不间断电源的输出电压ed。

显示屏104用于，显示单片机模数转换后的参数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。