一種離線式不間斷電源系統技術方案

本發明專利技術涉及離線式不間斷電源系統，包含主電源輸入連接、蓄電裝置、微控制器、直流-直流轉換器、逆變器、逆變器輸出連接、負載連接、切換元件、充電器，主電源輸入連接用于連接到主電源，蓄電裝置存儲電能及供給直流電壓，微控制器生成參考弦波信號并對逆變器進行控制，直流-直流轉換器進行直流-直流轉換，逆變器接收來自直流-直流轉換器的直流電壓并將之轉換為交流電壓，逆變器輸出連接接收來自逆變器的交流電壓，負載連接用于連接到負載，切換元件有選擇地將主電源輸入連接和逆變器輸出連接中的一個耦合到負載連接，充電器在主電源輸入連接耦合到負載連接時對蓄電裝置充電，在逆變器輸出連接耦合到負載連接時將多余電能回收到蓄電裝置。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及不間斷電源(UPS)領域，特別涉及離線式不間斷電源。
技術介紹
為了在主電源(例如市電網)故障時確保例如計算機等電子設備和系統正常工 作，通常使用不間斷電源系統。不間斷電源是一種交流電源供應設備，其可在主電源不正常 時瞬間提供交流電力供應，確保電子設備或系統能以緊急電源供電。當主電源出現故障時， 不間斷電源將系統從主電源運行轉換為備用電源運行，而在主電源重新開始工作時，從備 用電源運行轉換為主電源運行。按照工作方式劃分，不間斷電源系統可分為在線(on-line)式不間斷電源系統和 離線(off-line)式不間斷電源系統。離線式UPS又稱為后備式或脫機式UPS，其特點在于 UPS中的逆變器只在市電中斷或失常狀態下(典型地，在市電電壓低于UPS投入電壓時)才 工作并向負載供電，而在平時不工作，處于備用或脫機的狀態。美國專利技術專利US 6，094，363A(下面稱為“專利文獻I”)公開了一種可輸出弦波 電壓并能回收多余能量的離線式不間斷電源，其全部內容并入此處作為參考。專利文獻 I所公開的離線式不間斷電源的原理框圖如圖1所示，該離線式不間斷電源能用簡單的直 流-直流轉換器11和逆變器13將DC電池電壓轉換為AC弦波輸出電壓，其中，能量回收充 電器能將多余的不必要的能量回收到電池，藉以提供高品質且高效率的電力供應。離線式不間斷電源系統仍存在改進的空間。
技術實現思路
開發本專利技術以解決上面提到的問題。根據本專利技術一實施形態，一種不間斷電源UPS 系統包含主電源輸入連接、蓄電裝置、微控制器、直流-直流轉換器、逆變器、逆變器輸出連 接、負載連接、切換元件以及充電器。其中，主電源輸入連接包含主電源輸入火線和主電源輸入零線，用于連接到主電 源。其中，蓄電裝置用于存儲電能以及供給直流電壓。其中，微控制器用于生成參考弦波信號，并對逆變器中的開關元件進行控制，所述 參考弦波信號表征用于直流-直流轉換的參考弦波電壓。其中，直流-直流轉換器用于接收來自蓄電裝置的直流電壓，并進行直流-直流轉 換。其中，逆變器接收來自直流-直流轉換器的直流電壓，并將之轉換為交流電壓。其中，逆變器輸出連接包含逆變器輸出火線和逆變器輸出零線，用于接收來自逆 變器的交流電壓。其中，負載連接包含負載連接火線和負載連接零線，用于連接到負載。其中，切換元件用于有選擇地將主電源輸入連接和逆變器輸出連接中的一個耦合到負載連接。其中，充電器用于接收負載連接上的交流電壓，在主電源輸入連接被耦合到負載 連接時對蓄電裝置進行充電，以及在逆變器輸出連接被耦合到負載連接時將多余的電能回 收到蓄電裝置中。其中，在逆變器輸出連接被耦合到負載連接的情況下，跟隨來自微控制器的參考 弦波信號，直流-直流轉換器對來自蓄電裝置的直流電壓進行直流-直流轉換，并通過充電 器的協調配合，在直流-直流轉換器的輸出端產生弦波形狀的直流電壓，逆變器對所述弦 波形狀的直流電壓進行反轉，以形成弦波形狀的交流電壓。其中，切換元件連接在主電源輸入火線、逆變器輸出火線以及負載連接火線之間， 且主電源輸入零線和逆變器輸出零線共同直接連接到負載連接零線；或者，切換元件連接 在主電源輸入零線、逆變器輸出零線以及負載連接零線之間，且主電源輸入火線和逆變器 輸出火線共同直接連接到負載連接火線。其中，逆變器的接地點與充電器的接地點相互隔離，以切斷在主電源輸入火線和 主電源輸入零線之間經由逆變器和充電器形成的對于主電源高壓脈沖的電氣路徑。借助本專利技術提出的不間斷電源系統，可以以與專利文獻I的不間斷電源系統相比 較為低廉的成本實現更為可靠的性能。附圖說明附圖并入說明書并構成說明書的一部分，其示出了本專利技術的實施例，并與上面給 出的對本專利技術的一般介紹以及下面給出的對實施例的詳細描述一起，用于闡釋本專利技術的原 理。在附圖中圖1示出了現有技術中的一種離線式UPS系統的原理框圖2示出了當僅僅使用一個繼電器時在離線式UPS系統主線路中可能存在的高壓 脈沖電氣路徑；圖3示出了根據本專利技術的離線式UPS系統的示意性原理框圖4示出了根據本專利技術一實施例的離線式UPS系統的主線路的原理圖5示出了根據圖4所示實施例的離線式UPS系統的控制線路的原理框圖6示出了根據本專利技術另一實施例的離線式UPS系統的主線路的原理圖；以及圖7示出了根據圖6所示實施例的離線式UPS系統的控制線路的原理框圖。具體實施方式下面參照附圖介紹根據本專利技術的優選實施方式，在附圖中，類似的參考標號表示 類似的元件，因此不再重復對其詳細進行介紹。圖1示出了專利文獻I所公開的離線式不間斷電源系統的原理框圖。該不間斷電 源主要包括直流-直流轉換器11、能量回收充電器12、逆變器13、微控制器14、交流濾波 器15、繼電器16以及電池17等組成部分，其中，交流濾波器15在作為主電源的市電正常 時對市電進行濾波，再經繼電器16向負載供給電力。為了在市電不正常時提供電力，跟隨 來自微控制器14的參考弦波信號，直流-直流轉換器11對電池17輸出的直流電壓進行直 流-直流轉換，并通過能量回收充電器12的能量回收作用進行波形調整，在直流-直流轉換器11的輸出端上形成弦波形狀的DC電壓。接著，逆變器13將此弦波形狀的DC電壓進行適當的反轉，產生弦波形狀的AC電壓，使得負載獲得弦波AC電力供應。能量回收充電器 12在市電正常時將負載端子上的AC電壓轉換為電池17的充電電壓，對電池17進行充電； 而當市電不正常且UPS利用電池17進行能量輸出時，能將多余的不希望的能量回收到電池 17，以增進系統整體的效率。由圖1可見，所公開的離線式UPS系統在火線和零線上必須各串接一個繼電器 (即，總共使用兩組可切換觸點對)，用于市電模式和電池模式之間的切換，這是為了切斷市電回路與電池回路的連接，避免市電中可能含有的高壓脈沖串入逆變器，導致逆變器開關元件損壞。相反，如果僅僅使用一個繼電器，則可能在市電輸入火線和市電輸入零線之間形成對于高壓脈沖的電氣路徑。圖2示例性地示出了當僅僅使用一個繼電器時在離線式UPS系統主線路中可能存在的高壓脈沖電氣路徑。如圖2所示，在繼電器切合在a、b兩點之間的情況下，也就是說，在系統運行在市電模式的情況下，當市電含有高壓脈沖時，圖 2中處于逆變器下臂的開關元件M4將會因高壓脈沖施加在源極和漏極之間而導致超壓擊穿，由此引發線路的短路以及其他某些開關元件的過流擊穿。根據本專利技術的構思，能夠克服現有的離線式UPS系統在主線路結構上存在的前述缺陷和限制，僅僅使用一個繼電器(也就是說，僅僅使用一組可切換觸點對)進行市電模式和電池模式之間的轉換。圖3示出了根據本專利技術的離線式UPS系統的示意性原理框圖， 如圖3所示，單個繼電器耦合在市電輸入火線I/P-L、逆變器輸出火線INV-L和負載連接火線0/P-L之間，市電輸入零線I/P-N、逆變器輸出零線INV-N和負載連接零線0/Ρ-Ν直接連通，且逆變器的接地點與充電器的接地點隔離開來。圖3示出的是UPS系統處于電池運行模式的情況，來自電池的直流電壓被輸出到直流-直流轉換器，經由直流-直流轉換器的直流-直流轉換，并借助充電器的能量回收作用進行波形調整，在直流-直流轉換器的輸出端形成弦波形狀的直流電壓，此弦波形狀的直流電壓由逆變器反轉為弦波形狀的交流電壓， 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種不間斷電源UPS系統，其特征在于包含主電源輸入連接、蓄電裝置、微控制器、直流?直流轉換器、逆變器、逆變器輸出連接、負載連接、切換元件以及充電器，其中，主電源輸入連接包含主電源輸入火線和主電源輸入零線，用于連接到主電源；其中，蓄電裝置用于存儲電能以及供給直流電壓；其中，微控制器用于生成參考弦波信號，并對逆變器中的開關元件進行控制，所述參考弦波信號表征用于直流?直流轉換的參考弦波電壓；其中，直流?直流轉換器用于接收來自蓄電裝置的直流電壓，并進行直流?直流轉換；其中，逆變器接收來自直流?直流轉換器的直流電壓，并將之轉換為交流電壓；其中，逆變器輸出連接包含逆變器輸出火線和逆變器輸出零線，用于接收來自逆變器的交流電壓；其中，負載連接包含負載連接火線和負載連接零線，用于連接到負載；其中，切換元件用于有選擇地將主電源輸入連接和逆變器輸出連接中的一個耦合到負載連接；其中，充電器用于接收負載連接上的交流電壓，在主電源輸入連接被耦合到負載連接時對蓄電裝置進行充電，以及在逆變器輸出連接被耦合到負載連接時將多余的電能回收到蓄電裝置中；其中，在逆變器輸出連接被耦合到負載連接的情況下，跟隨來自微控制器的參考弦波信號，直流?直流轉換器對來自蓄電裝置的直流電壓進行直流?直流轉換，并通過充電器的協調配合，在直流?直流轉換器的輸出端產生弦波形狀的直流電壓，逆變器對所述弦波形狀的直流電壓進行反轉，以形成弦波形狀的交流電壓；其中，切換元件連接在主電源輸入火線、逆變器輸出火線以及負載連接火線之間，且主電源輸入零線和逆變器輸出零線共同直接連接到負載連接零線；或者，切換元件連接在主電源輸入零線、逆變器輸出零線以及負載連接零線之間，且主電源輸入火線和逆變器輸出火線共同直接連接到負載連接火線；且其中，逆變器的接地點與充電器的接地點相互隔離，以切斷在主電源輸入火線和主電源輸入零線之間經由逆變器和充電器形成的對于主電源高壓脈沖的電氣路徑。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝凱軍，胡武華，
申請(專利權)人：聯正電子深圳有限公司，
類型：發明
國別省市：