[发明专利]一种单电池组在线不间断电源UPS电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电源电路技术领域，尤其涉及一种单电池组在线不间断电源 UPS电路及其控制方法。

背景技术

追求低成本、高效率、高功率密度、高可靠性一直是不间断电源UPS设 计的目标。单电感无桥PFC电源电路在成本、电感利用率、效率及高功率密度 方面具有优势。但是在单相UPS系统中，在无桥Vienna-like结构中挂接单电 池组比较困难。

如图1所示，在无桥Vienna-like结构中不挂接单电池组时通过AC供电时， 将开关K1接通交流电源AC，开关K2断开，在AC的正半周，Q1、Q3处于 导通状态，则电流流向为AC正-L1-Q1-Q3-AC负，为电感L1储能；储能过程 结束后，关断Q1，则电流流向为AC正-L1-D1-C1-AC负，实现为正母线(BUS+ 和零线N)储能；在AC的负半周，Q3、Q1处于导通状态，则电流流向为AC 正-Q3-Q1-L1-AC负，为电感L1储能；储能过程结束后，关断Q3，则电流流 向为AC正-C2-D2-L1-AC负，实现为负母线(BUS+和零线N)储能。

目前在无桥Vienna-like结构中挂接单电池组有两种方式，一种方式为将 Vienna-like结构与BUCK-BOOST电路组合，另一种方式为采用两套无桥的 Vienna-like电路。

如图1所示为将Vienna-like结构与BUCK-BOOST电路组合的方式，即在 原来电路结构上增加了由单电池组BAT、开关管Q2、二极管D3和电感L2组 成的电路。将K1与电池组BAT接通且关闭开关K2时，关断开关管Q2，Q1、 Q3导通，电流流向为BAT正-L1-Q1-Q3-BAT负，实现电感L1储能；储能结 束后，关断Q1，则电流流向为BAT正-L1-D1-C1-BAT负，实现为正母线储能； 之后关断Q1，驱动Q2导通，则电流流向为BAT正-Q2-L2-BAT负，实现为电 感L2储能；储能结束后关断Q2，电流流向为L2正-C2-D3-L2负，实现为负 母线储能。

如图2所示为采用两套无桥的Vienna-like电路，即在原来电路结构上增加 了由单电池组BAT、开关管Q2、开关管Q5、二极管D3、二极管D4，二极管 D3、二极管D3’和电感L2组成的电路。通过单电池组BAT供电时，将K1、 K2与单电池组BAT接通，Q1、Q3、Q2、Q5导通，电流流向为BAT正 -L1-Q1-Q3-Q5-Q2-L2-BAT负，实现电感L1和电感L2储能；储能结束后，关 断Q1，则电流流向为BAT正-L1-D1-C1-Q5-Q2-L2-BAT负，实现为正母线储 能；之后关断Q5，使Q1、Q3导通，则电流流向为BAT正 -L1-Q1-Q3-C2-D4-L2-BAT负，实现为负母线储能。

对于第一种单电池组挂接方式，虽然可以实现并机共用单电池组，但 BUCK_BOOST增加了系统的成本，功率密度难以做到最优；对于第二种单电 池组挂接方式，采用增加一套PFC电路完成单电池组挂接，此拓扑在两相系统 中有很大的优势，因为PFC和DC/DC完全共用，PFC和DC/DC容量设计相 对比较一致，但此拓扑单相市电输入，单相市电被拆分两相，市电设计的容量 只有电池DC/DC设计容量的一半就可以满足要求，但是为了完全的共用，每 一路的容量必须设计到电池容量的要求，并且无法实现电池组共用，电池模式 电磁干扰问题较大，成本和功率密度的设计难实现最优设计。

发明内容

本发明实施例提供一种单电池组在线不间断电源UPS电路及其控制方法， 既降低了硬件资源消耗，又可以有效抑制电磁干扰。

本发明提供一种单电池组在线不间断电源UPS电路，包括交流电源AC、 单电池组BAT、开关K1、电感、第一开关器件、第三开关器件、第四开关器 件、第五开关器件、第一电容和第二电容，所述开关K1一端与电感连接，另 一端与AC一端连接或与BAT一端连接；所述开关K1另一端与AC一端连接 时，所述AC、开关K1、电感、第一开关器件和第三开关器件依次串联形成第 一回路；所述第四开关器件和第一电容依次串联形成第一支路，第一开关器件 和第三开关器件依次串联形成第二支路，第五开关器件和第二电容依次串联形 成第三支路，所述第一支路、第二支路和第三支路并联连接，其中，第四开关 器件、第一开关器件、第五开关器件位于同一连接点并与电感的一端连接，第 一电容、第三开关器件、第二电容位于同一连接点并与AC的一端连接；该 UPS电路还包括：