一种单母线UPS电路及其控制方法与流程

本发明涉及ups电路，更具体地说是指一种单母线ups电路及其控制方法。

背景技术：

1、ups(不间断电源，英文全称：un i nterrupt i b l e power system)电路，作为供电系统中的重要组成部分，因其能够提供稳定、不间断的电力供应而广泛应用于各类关键负载的供电保障中。而三相ups，作为ups电路的一种扩展应用形式，通常由三个单相的ups电路构成，但三个单相电路之间存在一定的相位差，使得三相电路对供电设备的相位匹配能力提出了更高的协调性需求。

2、单相ups主要分为双母线ups和单母线ups两种类型，其中单母线ups因其结构简单、成本低廉、运行效率高，而更具性价比，占据了市场主流地位。现有的单母线ups电路常采用三桥臂pfc(功率因数校正，英文全称：power factor correct i on)及逆变器拓扑进行供电，而三桥臂拓扑需严格保证市电输入与输出相位同步，若出现输入和输出相位不一致，供电系统内则会产生较大的回路电流，致使中线与地线之间的交流电压激增，影响供电系统的安全性和稳定性。因此，传统的输入输出同步的三桥臂拓扑结构并不适用于三相电力系统的供电需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种单母线ups电路及其控制方法，以解决现有的单母线ups电路不能扩展至三相的应用场合的技术问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种单母线ups电路，其包括依次相连的pfc模块、直流母线及逆变模块，所述pfc模块用于将交流市电转换成直流电压并为所述直流母线充电，所述逆变模块用于将所述直流母线的电压逆变为交流电并为负载供电；

3、所述直流母线包括：母线电容cbus；

4、所述pfc模块包括：电感l1、电感l2、开关管q1、开关管q2、二极管d1及二极管d2；所述开关管q1及所述开关管q2相连，且并联于所述母线电容cbus；所述电感l1的一端用于连接市电输入线，另一端连接于所述开关管q1及所述开关管q2的中间节点；所述二极管d1及所述二极管d2同向串联，并与所述母线电容cbus并联，所述电感l2的一端用于连接市电中线，另一端连接于所述二极管d1及所述二极管d2的中间节点；

5、所述逆变模块包括：开关管q3、开关管q4、开关管q5、开关管q6、电感l3、电感l4；所述开关管q3、开关管q4、开关管q5及开关管q6为全桥连接，所述开关管q3及开关管q5形成上半桥，所述开关管q4及开关管q6形成下半桥；所述上半桥及所述下半桥连接于所述母线电容cbus；所述电感l3一端连接于所述开关管q5及开关管q6的中间节点，另一端用于连接市电输出线；所述电感l4的一端连接于所述开关管q3及开关管q4的中间节点，另一端用于连接市电中线。

6、其中，所述开关管q3、开关管q4、开关管q5及开关管q6为igbt或mosfet；所述开关管q3的第二端连接于所述开关管q4的第一端，所述开关管q5的第二端连接于所述开关管q6的第一端；所述开关管q3的第一端及所述开关管q5的第一端连接于所述母线电容cbus的正极，所述开关管q4的第二端及所述开关管q6的第二端连接于所述母线电容cbus的负极；所述电感l3的点端连接于所述开关管q5的第二端及所述开关管q6的第一端，另一端用于连接市电输出线；所述电感l4的点端连接于所述开关管q3的第二端及所述开关管q4的第一端，另一端用于连接市电中线。

7、其中，所述开关管q1及开关管q2为igbt或mosfet；所述开关管q1的第二端连接于所述开关管q2的第一端，所述二极管d1的正极连接于所述二极管d2的负极；所述二极管d1的负极连接于所述开关管q1的第一端及母线电容cbus的正极,所述二极管d2的正极连接于所述开关管q2的第二端及母线电容cbus的负极；所述电感l1的点端用于连接市电输入线，另一端连接于所述开关管q1的第二端及所述开关管q2的第一端；所述电感l2的点端用于连接市电中线，另一端连接于所述二极管d1的正极及所述二极管d2的负极。

8、其中，所述电感l1与所述电感l2相互独立或相互耦合；所述电感l3与所述电感l4相互独立或相互耦合。

9、其中，所述开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4、开关管q5及开关管q6为集成反并联体二极管的开关管。

10、其中，所述二极管d1为所述开关管q3的体二极管，所述二极管d2为所述开关管q4的体二极管；所述电感l2连接于所述开关管q3的第二端及所述开关管q4的第一端。

11、其中，所述pfc模块还包括：电容c1；所述电容c1的正极连接于所述电感l1的点端，另一极连接于所述电感l2的点端。

12、根据权利要求2所述的单母线ups电路，其特征在于，所述逆变模块还包括：电容c2；所述电容c2的正负极分别用于连接市电输出线及市电中线；所述电感l3及所述电感l4分别连接于所述电容c2的正负极。

13、第二方面，本发明实施例还提供了一种单母线ups电路的控制方法，该方法由上述的单母线ups电路执行，其包括整流控制步骤；

14、所述整流控制步骤包括：

15、监测交流市电输入所述pfc模块的输入电压，当输入电压为正半周时依次执行第一阶段及第二阶段，当输入电压为负半周时依次执行第三阶段及第四阶段；

16、第一阶段，导通所述开关管q2，使所述电感l1及电感l2储能，此时电流由市电输入线依次流入所述电感l1、所述开关管q2、所述二极管d2、所述电感l2及市电中线；

17、第二阶段，关断所述开关管q2，使所述电感l1及电感l2释放能量，为所述母线电容cbus充电，此时电流由市电输入线依次流入所述电感l1、所述开关管q1、所述母线电容cbus、所述二极管d2、所述电感l2及市电中线；

18、第三阶段，导通所述开关管q1，使所述电感l1及电感l2储能，此时电流由市电中线依次流入所述电感l2、所述二极管d1、所述开关管q1、所述电感l1及市电输入线；

19、第四阶段，关断所述开关管q1，使所述电感l1及电感l2释放能量，为所述母线电容cbus充电，此时电流由市电中线依次流入所述电感l2、所述二极管d1、所述母线电容cbus、所述开关管q2、所述电感l1及市电输入线；

20、其中，所述开关管q1及所述开关管q2为常关状态。

21、所述的单母线ups电路的控制方法还包括逆变控制步骤；

22、所述逆变控制步骤包括：

23、监测由所述逆变模块输出负载的输出电压，当输出电压为正半周时依次执行第五阶段及第六阶段，当输出电压为负半周时依次执行第七阶段及第八阶段；

24、第五阶段，导通所述开关管q5及开关管q4，使所述电感l3及电感l4储能，此时电流由所述母线电容cbus的正极依次流入所述开关管q5、所述电感l3、市电输出线、市电中线、所述电感l4、所述开关管q4及所述母线电容的cbus的负极；

25、第六阶段，关断所述开关管q5，所述开关管q4维持导通状态，使所述电感l3及电感l4释放能量，此时电流由市电中线依次流入所述电感l4、所述开关管q4、所述开关管q6、所述电感l3及市电输出线；

26、第七阶段，导通所述开关管q6及开关管q3，使所述电感l3及电感l4储能，此时电流由所述母线电容cbus的正极依次流入所述开关管q3、所述电感l4、市电中线、市电输出线、所述电感l3、所述开关管q6及所述母线电容的cbus的负极；

27、第八阶段，关断所述开关管q6，所述开关管q3维持导通状态，使所述电感l3及电感l4释放能量，此时电流由市电输出线依次流入所述电感l3、所述开关管q5、所述开关管q3、所述电感l4及市电中线；

28、其中，所述开关管q3、开关管q4、开关管q5及开关管q6为常关状态。

29、本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的pfc模块设置了具有储能及释放能量特性的电感l1和电感l2，以及具有单向导通特性的二极管d1及二极管d2，以使得pfc模块在正半周及负半周时，随着其内部开关管器件在导通与关断状态的切换，形成电感储能回路及电感续流回路，逆变模块设置了具有储能及释放能量特性的电感l3及电感l4，也能够使得逆变模块在输出正半周及负半周时，随着其内部开关管器件在导通与关断状态的切换，形成电感储能回路及电感续流回路，进而使得pfc模块与逆变模块能够相互独立工作，当pfc模块处于正半周或负半周时，逆变模块可以处于相反的相位，有助于促进单母线ups电路在三相电力系统中的应用，拓宽了单母线ups电路的适用范围；且电感l1、电感l2、电感l3、电感l4具有平衡电流及隔离pfc模块与逆变模块电位的功能，保障了各相之间功率分配及电流流动的均衡性，提高单母线ups电路应对负载变化或外部干扰的能力，有助于达到多相电路要求的稳定性和可靠性。

30、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。