一种具有功率因数校正功能的工频在线式不间断电源

摘要

本发明公开了一种具有功率因数校正功能的工频在线式不间断电源，该不间断电源包括整流器、蓄电池、充电器和逆变器，还包括功率因数校正电路，所述整流器和蓄电池的输出端耦合到功率因数校正电路的输入端，所述充电器和逆变器的输入端耦合到功率因数校正电路的输出端。由于采用了功率因数校正技术，输入功率因数达0.99以上，有效降低输入电流谐波THDI值，大大的消除了不间断电源回馈电网的谐波污染，同时也提高了对电网的利用率，降低不间断电源的运行成本。

说明书

技术领域

本发明涉及不间断电源，尤其涉及一种具有功率因数校正功能的工频在线 式不间断电源。

背景技术

在线式不间断电源一般分为两种，工频在线式不间断电源和高频在线式不 间断电源。工频不间断电源由于内部具有一个隔离变压器，此变压器在拓扑设 计上是必不可少的，变压器是全桥逆变不可分割的一部分。而高频不间断电源 一般采用半桥逆变电路设计，无输出隔离变压器，但是具有BOOST PFC校正电 路。

传统工频不间断电源的基本结构如图1所示，包括整流器、蓄电池、充电 器、逆变器、输出隔离变压器，其中整流器为可控硅整流，逆变器为IGBT逆变 器。

新型高频不间断电源基本结构如图2所示，包括整流器、DC/DC倍压环节、 蓄电池、充电器和逆变器，其中整流器为不控整流。

高频不间断电源相对于工频不间断电源而言，具有以下突出优点：重量轻、 体积小、输入功率因数高、绿色环保；而工频不间断电源具有更好的过载能力、 抗冲击能力等。

随着电力电子技术的不断发展，IGBT整流技术的应用越来越广泛，不间断 电源的结构也发生了很大的变化。目前比较流行的大中型不间断电源结构由原 来的老式结构（6脉整流或12脉整流）逐渐转向更为合理的IGBT整流新型结 构。可控硅整流的最大缺点就是对电网的干扰问题，由于输入斩波产生的回溃 污染，通常只能采用附加的输入功率因数补偿环节或滤波器，增加整流器的脉 冲数。这样不但增加了购买不间断电源的费用，同时效果也不理想，无形中又 增加了一个故障点。而新型的全IGBT整流可轻易地将功率因数提高到接近1， 从根本上解决了对电网回溃干扰的问题。

但是，对于中小功率不间断电源而言，采用IGBT整流技术成本高昂，控制 电路复杂、稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有功率因素校正功能的工频在线式不间断 电源，该电源保留工频不间断电源优点的同时，解决了传统中小功率不间断 电源输入功率因数低，谐波污染严重的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有功率因数校正功能的工频在线式不间断电源，包括整流器、蓄电 池、充电器和逆变器，还包括功率因数校正电路，所述整流器和蓄电池的输出 端耦合到功率因数校正电路的输入端，所述充电器和逆变器的输入端耦合到功 率因数校正电路的输出端。

其中，还包括DSP芯片，所述整流器、功率因数校正电路和逆变器通过DSP 芯片控制。

其中，所述DSP芯片为高速DSP控制芯片。

其中，所述整流器包括第一整流可控硅SCR1、第二整流可控硅SCR2、第 三整流可控硅SCR3、第四整流可控硅SCR4；市电输入L与第一整流可控硅SCR1 的阳极、第四整流可控硅SCR4的阴极耦合在一起；市电输入N与第二整流可 控硅SCR2的阳极、第三整流可控硅SCR3的阴极耦合在一起；第一整流可控硅 SCR1的阴极、第二整流可控硅SCR2的阴极耦合在一起；第三整流可控硅SCR3 的阳极、第四整流可控硅SCR4的阳极和蓄电池的负极耦合在一起。

其中，所述功率因数电路是一种单BOOST的架构，包括电感L、二极管D、 第一控制开关二极管D1、第一绝缘栅双极性晶体管Q1、母线电容C1，电感L 的输入端与第二整流可控硅SCR2的阴极耦合在一起，电感L的输出端、二极 管D的阳极、第一控制开关二极管D1的阴极和第一绝缘栅双极性晶体管Q1 的集电极耦合在一起；第一控制开关二极管D1的阳极、第一绝缘栅双极性 晶体管Q1的发射极、母线电容C1的一端和蓄电池的负极耦合在一起，母线 电容C1的另一端和二极管D的阴极耦合在一起。

其中，所述逆变器包括第二控制开关二极管D2、第二绝缘栅双极性晶体管 Q2、第三控制开关二极管D3、第三绝缘栅双极性晶体管Q3、第四控制开关二 极管D4、第四绝缘栅双极性晶体管Q4、第五控制开关二极管D5、第五绝缘 栅双极性晶体管Q5；所述第二控制开关二极管D2的阴极、第二绝缘栅双极性 晶体管Q2的集电极、第四控制开关二极管D4的阴极、第四绝缘栅双极性晶 体管Q4的集电极和二极管D的阴极耦合在一起；所述第二控制开关二极管 D2的阳极、第二绝缘栅双极性晶体管Q2的发射极、第三控制开关二极管D3 的阴极、第三绝缘栅双极性晶体管Q3的集电极耦合在一起；所述第四控制开 关二极管D4的阳极、第四绝缘栅双极性晶体管Q4的发射极、第五控制开关 二极管D5的阴极、第五绝缘栅双极性晶体管Q5的集电极耦合在一起；所述 第三控制开关二极管D3的阳极、第三绝缘栅双极性晶体管Q3的发射极、第 五控制开关二极管D5的阳极、第五绝缘栅双极性晶体管Q5的发射极和蓄电 池的负极耦合在一起。

其中，还包括继电器RELAY1和可控电池开关可控硅SCR5，所述可控电池 开关可控硅SCR5的阴极、继电器RELAY1的常开点与电感L的输入端耦合在 一起；可控电池开关可控硅SCR5的阳极、继电器RELAY1的常闭点与蓄电池 的正极耦合在一起。

本发明的有益效果为：本发明提出的改进结构的工频在线式不间断电源， 该结构不间断电源在传统工频不间断电源结构基础上增加一级功率因数校正电 路，市电经整流后经过功率因数校正电路DC/DC升压，再经由逆变器逆变输出。 由于采用了功率因数校正技术，输入功率因数达0.99以上，有效降低输入电流 谐波THDI值，大大的消除了不间断电源回馈电网的谐波污染，同时也提高了对 电网的利用率，降低不间断电源的运行成本。同时又保留了工频不间断电源带 载能力强、抗冲击能力强等特点。

附图说明

图1是传统工频不间断电源的原理方框图；

图2是新型高频不间断电源的原理方框图；

图3是本发明一种具有功率因数校正功能的工频在线式不间断电源的原理 方框图；

图4是本发明一种具有功率因数校正功能的工频在线式不间断电源的电路 图；

图5是本发明一种具有功率因数校正功能的工频在线式不间断电源的整流 电路的电路图；

图6是本发明一种具有功率因数校正功能的工频在线式不间断电源的功率 因数校正电路的电路图；

图7是本发明一种具有功率因数校正功能的工频在线式不间断电源的逆变 电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明一种具有功率因数校正功能的工频在线式不间断电源的第一实施例 如图3所示，包括整流器、蓄电池、充电器和逆变器，还包括功率因数校正电 路，所述整流器和蓄电池的输出端耦合到功率因数校正电路的输入端，所述充 电器和逆变器的输入端耦合到功率因数校正电路的输出端。

对比图1和图3，本发明在传统工频不间断电源结构基础上增加一级功率因 数校正电路，市电经整流后经过功率因数校正电路DC/DC升压，再经由逆变器 逆变输出。由于采用了功率因数校正技术，输入功率因数达0.99以上，有效降 低输入电流谐波THDI值，大大的消除了不间断电源回馈电网的谐波污染，同时 也提高了对电网的利用率，降低不间断电源的运行成本。同时又保留了工频不 间断电源带载能力强、抗冲击能力强等特点。

作为一种优选的实施方式，本发明一种具有功率因数校正功能的工频在线 式不间断电源还包括DSP芯片，所述不间断电源的各个部分包括所述整流器、 功率因数校正电路和逆变器通过DSP芯片完成控制。

所述DSP芯片为高速DSP控制芯片。

所述不间断电源整流器、功率因数校正电路、逆变器的控制全部采用高 速DSP芯片完成控制，速度快、精度高，控制电路简单，可靠、稳定。

作为另一种优选的实施方式，本发明一种具有功率因数校正功能的工频在 线式不间断电源的电路原理图如图4至图7所示。所述整流器的整流电路包括 第一整流可控硅SCR1、第二整流可控硅SCR2、第三整流可控硅SCR3、第四 整流可控硅SCR4；市电输入L与第一整流可控硅SCR1的阳极、第四整流可控 硅SCR4的阴极耦合在一起；市电输入N与第二整流可控硅SCR2的阳极、第 三整流可控硅SCR3的阴极耦合在一起；第一整流可控硅SCR1的阴极、第二整 流可控硅SCR2的阴极耦合在一起；第三整流可控硅SCR3的阳极、第四整流可 控硅SCR4的阳极和蓄电池的负极耦合在一起。

所述功率因数电路是一种单BOOST的架构，包括电感L、二极管D、第一 控制开关二极管D1、第一绝缘栅双极性晶体管Q1、母线电容C1，电感L的输 入端与第二整流可控硅SCR2的阴极耦合在一起，电感L的输出端、二极管D 的阳极、第一控制开关二极管D1的阴极和第一绝缘栅双极性晶体管Q1的集 电极耦合在一起；第一控制开关二极管D1的阳极、第一绝缘栅双极性晶体 管Q1的发射极、母线电容C1的一端和蓄电池的负极耦合在一起，母线电容 C1的另一端和二极管D的阴极耦合在一起。

所述逆变器的逆变电路包括第二控制开关二极管D2、第二绝缘栅双极性晶 体管Q2、第三控制开关二极管D3、第三绝缘栅双极性晶体管Q3、第四控制 开关二极管D4、第四绝缘栅双极性晶体管Q4、第五控制开关二极管D5、第五 绝缘栅双极性晶体管Q5；所述第二控制开关二极管D2的阴极、第二绝缘栅双 极性晶体管Q2的集电极、第四控制开关二极管D4的阴极、第四绝缘栅双极 性晶体管Q4的集电极和二极管D的阴极耦合在一起；所述第二控制开关二 极管D2的阳极、第二绝缘栅双极性晶体管Q2的发射极、第三控制开关二极 管D3的阴极、第三绝缘栅双极性晶体管Q3的集电极耦合在一起；所述第四 控制开关二极管D4的阳极、第四绝缘栅双极性晶体管Q4的发射极、第五控 制开关二极管D5的阴极、第五绝缘栅双极性晶体管Q5的集电极耦合在一起； 所述第三控制开关二极管D3的阳极、第三绝缘栅双极性晶体管Q3的发射极、 第五控制开关二极管D5的阳极、第五绝缘栅双极性晶体管Q5的发射极和蓄 电池的负极耦合在一起。

所述不间断电源还包括继电器RELAY1和可控电池开关可控硅SCR5，所述 可控电池开关可控硅SCR5的阴极、继电器RELAY1的常开点与电感L的输入端 耦合在一起；可控电池开关可控硅SCR5的阳极、继电器RELAY1的常闭点与蓄 电池的正极耦合在一起。

在本实施例中，所述不间断电源在传统不间断电源的基础上增加了一级功 率因数校正环节，每一个绝缘栅双极性晶体管和编号对应的二极管组成一个 控制开关，故电路中有第一控制开关K1、第二控制开关K2、第三控制开关 K3、第四控制开关K4和第五控制开关K5，第一控制开关K1其中第二控制 开关K2、第三控制开关K3、第四控制开关K4和第五控制开关K5属于逆变 电路，现结合不间断电源的现有技术将其整体工作原理说明如下：

正常工作模式：市电输入经整流电路AC/DC变换，后进入功率因数校正电 路实现DC/DC升压；然后通过逆变器DC/AC转换，后经隔离变压器输出到负 载。在这个过程中，同时通过充电器给蓄电池充电。

电池模式：在正常的交流输入电源超出不间断电源设计输入范围或掉电时， 由蓄电池经过功率因数校正电路实现DC/DC升压。然后通过逆变器DC/AC转 换，后经隔离变压器输出到负载。当交流电源恢复正常时，不间断电源自动转 为市电工作模式；并对电池再充电。

静态旁路模式：当不间断电源故障时（包括过载、过温等），并且在有市电 的情况下，不间断电源自动转入静态旁路模式；市电输入经过静态旁路开关STS 输出到负载。

维修旁路模式：当不间断电源需要维护或维修时，可以通过手动开关S将 负载切换到维修旁路，从而保证用户负载不断电。

所述不间断电源的维修旁路、静态旁路、输出隔离变压器的连接方式与现 有技术完全相同或类似，故不再赘述。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本 发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的 解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具 体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。