CN104882913A - 一种ups电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种UPS电路，具有低频变压器和电池，所述低频变压器具有一次侧绕组和连接到所述电池的二次侧绕组，其中所述一次侧绕组通过开关装置连接到市电回路，所述开关装置可工作在斩波模式。
Description
技术领域
本发明涉及一种UPS电路，尤其涉及一种具有低频变压器的UPS电路。
背景技术
UPS（Uninterruptible Power System，不间断电源）是一种含有储能装置的交流电源。主要利用电池等储能装置在停电时向负载提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，当市电中断(事故停电)时,UPS立即利用储能装置的电能向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
UPS的基本电路结构如图1所示，具有从市电接收AC电能的输入端Tin以及向负载提供AC电能的输出端Tout。输入端Tin与输出端Tout之间具有电磁干扰滤波器EMI、开关SW1、SW2、SW3和SW4以及低频变压器TX。在市电模式下，SW3、SW4闭合，AC电能从输入端Tin被输送到输出端Tout，同时低频变压器TX的二次侧向可实现AC/DC转换的电路模块AD提供AC电能，该电路模块AD将AC电能整流为DC电能后向电池B充电。当市电中断、UPS工作在电池模式下时，电路模块AD工作在逆变模式下，将电池B提供的DC电能转换为AC电能并提供给变压器TX的二次侧，TX的一次侧将该AC电能提供到UPS电路的输出端Tout。其中开关SW1和SW2的作用是，当市电电压过高或者过低时，对市电电压进行调整。
但是随着对于环保加强，特别是EPA Energy star的提出，对于UPS的能效要求越来越高。此种类型的UPS电路中，损耗很大，很难通过Energystar标准效率要求。
在市电模式下，即使在电池充饱的条件下，机器仍旧有很大的自身损耗。损耗主要包括：1）整个线路的导通能量损耗以及市电之间元件的损耗；2）为了维持整个控制系统运行以及开关元件工作损耗；3）低频变压器的励磁损耗。其中励磁损耗占到整个空载损耗的60%以上，也是主要的空载损耗来源。
为了降低低频变压器的励磁损耗，可使用磁损损耗更低的铁芯材料，但这需要增加更高的成本来实现，而且改善的效果有限。另外一种降低励磁损耗的方法是，在市电模式下将低频变压器从市电回路中断开。理论上说，在市电模式下，当电池B充饱情况下，低频变压器无需向电池B提供电能，断开低频电压器对UPS电路并无影响。然而，实际上，电池具有自放电效应，即使电池不向负载提供电能，其储存的电能也会慢慢损耗。另外，一些控制电路也需要从电池获取少量电能。因此，需要低频变压器不断地向电池充电。所以断开低频变压器的方法虽然可以完全去掉低频变压器的励磁损耗，但是由于电池自放电以及控制电路仍旧需要取自市电能量来维持，因此需求额外增加单独的电源来提供这部分能量，而增加的单独电源要求较高的成本来实现。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种UPS电路。
本发明提供了一种UPS电路，具有低频变压器和电池，所述低频变压器具有一次侧绕组和连接到所述电池的二次侧绕组，其中所述一次侧绕组通过开关装置（SW）连接到市电回路，所述开关装置（SW）可工作在斩波模式。
根据本发明提供的UPS电路，其中所述二次侧绕组通过可实现AC/DC转换的电路模块与所述电池连接。
根据本发明提供的UPS电路，其中所述开关装置还具有导通工作模式，当所述电池被充电时，所述开关装置工作在所述导通模式下。
根据本发明提供的UPS电路，其中所述电池被充饱后，所述开关装置可被选择为工作在所述斩波模式下。
根据本发明提供的UPS电路，其中在所述斩波模式下，所述开关装置间歇性地导通。
根据本发明提供的UPS电路，其中在所述斩波模式下，所述开关装置周期性地导通和关断。
根据本发明提供的UPS电路，其中所述开关装置导通和关断的周期与输入到所述UPS电路的电压的周期相同。
根据本发明提供的UPS电路，其中所述开关装置的导通与关断是非周期性的。
根据本发明提供的UPS电路，其中所述二次侧绕组包括第一子绕组和第二子绕组，所述第一子绕组和第二子绕组分别通过逆变电路模块和整流电路模块连接到所述电池。
本发明提供的具有低频变压器的UPS电路中，在低频变压器的一次侧绕组与市电回路之间设置开关SW，并使开关SW间歇性地导通，从而在满足电池B和控制电路的电量需求的前提下，大大降低了低频变压器的励磁损耗，进而降低了UPS电路的整体损耗。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1为现有技术中的UPS电路的结构示意图；
图2为根据本发明的一个实施例的UPS电路的结构示意图；
图3-图5示出了输入到低频变压器TX的电压的三种波形；
图6为根据本发明的又一个实施例的UPS电路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例提供一种UPS电路，其结构如图2所示，包括从市电接收AC电能的输入端Tin以及向负载提供AC电能的输出端Tout。输入端Tin与输出端Tout之间具有电磁干扰滤波器EMI、开关SW1、SW2、SW3和SW4以及低频变压器TX。其中开关SW3用于当UPS利用其电池B向输出端Tout供电时，使低频变压器TX从市电断开。开关SW1和SW2配合使用，用于当市电电压过高或者过低时，对市电电压进行调整。
当市电电压正常时，SW1的触点1与触点2接通，SW2的触点1与触点2接通，即图2中所示的情况。当市电电压过高时，SW1的触点1与触点2接通，SW2的触点1与触点3接通，从而进行降压调节。当市电电压过低时，SW1的触点1与触点3接通，SW2的触点1与触点2接通，从而进行升压。开关SW4作为UPS的输出开关，用于控制UPS是否向负载输出电压。低频变压器TX的二次侧通过可实现AC/DC转换的电路模块AD与电池B连接。在电池的充电过程中，可实现AC/DC转换的电路模块AD将低频变压器TX的二次侧绕组输出的AC电能整流为DC电能后向电池B充电。当需要电池B供电时，该电路模块AD工作在逆变模式下，将电池B提供的DC电能转换成AC电能后提供给低频变压器TX的二次侧绕组，并由此将AC电能提供给UPS的输出端Tout。低频变压器TX的一次侧通过开关SW与市电回路相连接，即通过开关SW连接到UPS电路的输入端Tin。
其中该开关SW具有导通模式和斩波模式。在导通模式下，开关SW一直处于导通状态。在斩波模式下，开关SW在导通状态和关断状态之间不断切换，以控制输入到低频变压器TX的电压的波形，使低频变压器TX的伏秒积降低。通过使开关SW在导通状态和关断状态之间不断地反复切换，可以使输入到低频变压器TX的电压的波形如图3-图5中任一附图所示。图3-图5中的正弦波为市电向低频变压器TX输入的电压的波形，其中实线部分代表开关SW导通的时间段，虚线部分代表开关SW关断的时间段。
当UPS刚开始启动时，使开关SW工作在导通模式下，这时，市电经由输入端Tin向输出端Tout提供电能的同时，通过低频变压器TX和电路模块AD对电池B充电。当电池B被充饱后，无需市电对其持续的充电，此时使开关SW工作在斩波模式下，使开关SW在导通状态和关断状态之间不断地反复切换，即使开关SW间歇性地导通。通过这种方式，既可以补充电池B的自放电损耗，满足控制电路的电量需求，同时还可以减小输入到低频变压器TX的伏秒积，从而降低低频变压器的励磁损耗。
当市电电压过高或过低，需要SW1和SW2配合使用以对市电电压进行调整时，使开关SW工作在导通模式，以使低频变压器的一次侧绕组实现升压或降压的作用。
另外，图3-图5仅示出了三种示例性的输入到低频变压器TX的电压的波形，而并非限制性的。本领域技术人员可以根据实际需要而改变输入到低频变压器TX的电压的波形。例如，本领域技术人员可以根据电池B的自放电的速度以及控制电路的电量需求量而适当地设置开关SW的导通时间、导通频率等。
此外，由于UPS通常由市电供电，而市电通常为正弦波，因此图3-图5中均以正弦波为例对本发明的技术方案进行说明。但本领域技术人员可以理解的是，采用了根据本发明的技术方案的UPS同样适用于其它波形的供电电源。
根据本发明的其它实施例，其中开关SW的导通与关断可以是周期性的，即每间隔固定的关断时间段则进行另一固定的导通时间段。开关SW的导通与关断也可以是非周期性的，即关断时间段与导通时间段非周期性地出现。对于周期性的导通与关断，开关SW的周期可以与市电正弦波的周期相同，也可以不同。
根据本发明的其它实施例，其中低频变压器并不限于上述实施例中所述的类型，其它类型的低频变压器同样可以采用根据本发明的技术方案而达到降低励磁损耗的目的，例如图6中所示的具有两个二次侧绕组的低频变压器。在图6所示类型的低频变压器中，具有第一二次侧绕组TX1和第二二次侧绕组TX2，二次侧绕组TX1和TX2分别通过逆变电路模块DC-AC和整流电路模块AC-DC连接到电池B。在电池的充电过程中，低频变压器通过二次侧绕组TX2以及整流电路模块AC-DC向电池B充电。当需要电池B供电时，逆变电路模块DC-AC将电池B提供的DC电能转换成AC电能后提供给二次侧绕组TX1并由此将AC电能提供给UPS的输出端Tout。
本发明的UPS电路中，所述开关SW可以为各种类型的开关，只要是能够实现间歇性的导通的开关类型即可，本领域技术人员可以根据实际需要而做种各种选择。
综上，本发明提供了一种具有低频变压器的UPS电路，通过在低频变压器的一次侧绕组与市电回路之间设置开关SW，并使开关SW间歇性地导通，从而在满足电池B和控制电路的电量需求的前提下，大大降低了低频变压器的励磁损耗。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种UPS电路，具有低频变压器和电池，所述低频变压器具有一次侧绕组和连接到所述电池的二次侧绕组，其中所述一次侧绕组通过开关装置（SW）连接到市电回路，所述开关装置（SW）可工作在斩波模式。
2.根据权利要求1所述的UPS电路，其中所述二次侧绕组通过可实现AC/DC转换的电路模块与所述电池连接。
3.根据权利要求1所述的UPS电路，其中所述开关装置还具有导通工作模式，当所述电池被充电时，所述开关装置工作在所述导通模式下。
4.根据权利要求1所述的UPS电路，其中所述电池被充饱后，所述开关装置可被选择为工作在所述斩波模式下。
5.根据权利要求1所述的UPS电路，其中在所述斩波模式下，所述开关装置间歇性地导通。
6.根据权利要求1所述的UPS电路，其中在所述斩波模式下，所述开关装置周期性地导通和关断。
7.根据权利要求6所述的UPS电路，其中所述开关装置导通和关断的周期与输入到所述UPS电路的电压的周期相同。
8.根据权利要求1所述的UPS电路，其中所述开关装置的导通与关断是非周期性的。
9.根据权利要求1所述的UPS电路，其中所述二次侧绕组包括第一子绕组和第二子绕组，所述第一子绕组和第二子绕组分别通过逆变电路模块和整流电路模块连接到所述电池。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150902 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |