一种UPS控制电路及控制方法

技术领域

本发明属于供电电源技术领域，具体地说，涉及一种UPS控制电路及控制方法。

背景技术

目前大多数工厂内的设备都使用市电进行供电，当市电出现故障导致断电时会影响设备正常工作，为工厂带来大量经济损失。为了应对市电故障，通常会设置备用电源，在市电发生故障导致断电后，切换至备用电源，通过备用电源进行供电，保证设备继续工作。但是设备的输入电源从市电切换为备用电源需要一定的时间，仍然无法满足部分设备的使用需求。例如在医院使用各种医疗机器对病人进行治疗，一旦发生断电现象医疗机器会停止工作，即使断电时间很短仍然可能会导致无法挽回的后果，因此需要减少备用电源的切换时间，保证断电后能够立即切换成备用电源，让设备正常工作。

UPS即不间断电源(Uninterruptible Power Supply)，是一种含有储能装置的不间断电源，同时UPS还具备稳压功能，主要用于给部分对电源稳定性要求较高的设备提供不间断电源。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后提供给负载，同时向UPS内的储能装置充电；当市电发生故障导致断电时，UPS将储能装置的直流电通过逆变器切换为交流电，继续向负载供电，保证负载正常工作。

现有的一篇中国专利公开了一种不间断电源的DC/DC电路，所述DC/DC电路为双向DC/DC电路，且所述双向DC/DC电路连接在母线和电池之间；在充电模式下，所述双向DC/DC电路从所述母线取电，并为所述电池充电；在放电模式下，所述双向DC/DC电路从所述电池取电，并为所述母线供电。

现有技术中，在市电正常工作时通过双向DC/DC电路给电池充电，此时双向DC/DC电路处于正向工作模式；当市电断电后通过双向DC/DC电路向母线供电，此时双向DC/DC电路处于反向工作模式。但是双向DC/DC电路从正向工作模式切换为反向工作模式需要一定的时间，UPS切换为备用电源存在一定的延时，通常双向DC/DC电路的切换时间高于UPS断电报警时间，在双向DC/DC电路切换完毕前UPS已经报出断电故障。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种UPS控制电路及控制方法，实现了UPS供电端无缝切换，避免了在交流电源断电后因双向DC/DC电源启用反向工作模式耗时过长而导致UPS发生断电故障，保证负载正常工作。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种UPS控制电路，包括UPS、电源转换器U1、双向DC/DC电源U2、超级电容模块C1，UPS交流输入端和电源转换器U1的输入端接交流电源，电源转换器U1的输出端与UPS直流输入端连接，双向DC/DC电源U2第一端与电源U1输出端连接，双向DC/DC电源U2第二端与超级电容模块C1连接，超级电容模块C1与UPS直流输入端连接。

优选的，超级电容模块C1和UPS直流输入端之间设有二极管D1，二极管D1正极接超级电容模块C1，二极管D1负极接UPS直流输入端。

优选的，电源转换器U1的输出电压高于超级电容模块C1的放电电压。

优选的，超级电容模块C1为单个超级电容；或者超级电容模块C1为多个超级电容串并联组成的超级电容组。

优选的，双向DC/DC电源U2具有升压电路。

本发明的另一目的在于提供一种UPS控制方法，当交流电源正常工作时，UPS向负载正常供电；当交流电源断电后，超级电容模块C1向UPS直流输入端供电。

优选的，当交流电源正常工作时，双向DC/DC电源U2启用正向工作模式，双向DC/DC电源U2第一端为输入端，双向DC/DC电源U2第二端为输出端，二极管D1关断，交流电源通过电源转换器U1和双向DC/DC电源U2向超级电容模块C1充电。

优选的，当交流电源断电时，二极管D1导通，超级电容模块C1通过二极管D1给UPS直流输入端供电。

优选的，当交流电源断电时，双向DC/DC电源U2启用反向工作模式，双向DC/DC电源U2第二端为输入端，双向DC/DC电源U2第一端为输出端，超级电容模块C1通过双向DC/DC电源U2向UPS直流输入端供电。

优选的，双向DC/DC电源U2开启反向工作模式后，超级电容C1给双向DC/DC电源U2供电、通过双向DC/DC电源U2升压后再向UPS直流输入端供电，二极管D1断开，超级电容模块C1停止通过二极管D1向UPS直流输入端供电。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明通过设置超级电容模块，在交流电源断电时通过超级电容模块给UPS供电，同时设置双向DC/DC电源，在交流电源断电后双向DC/DC电源切换为反向工作模式给UPS供电，保证UPS正常工作。本发明通过在超级电容模块和UPS直流输入端之间设置二极管，二极管正极与超级电容模块连接，二极管负极与UPS直流输入端连接，在交流电源断电时，二极管负极电压小于二极管正极电压，二极管处于导通状态，超级电容模块通过二极管向UPS供电，保证UPS正常工作。在双向DC/DC电源切换为反向工作模式后，超级电容模块给双向DC/DC电源供电，通过双向DC/DC电源升压后向UPS直流输入端供电，二极管关断；在交流电源正常工作时，二极管负极电压高于二极管正极电压，二极管处于关断状态，避免二极管在大电流条件下长时间工作导致损耗发热的问题，提高二极管的使用寿命。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明一种UPS控制电路图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例介绍了一种UPS控制电路，包括UPS、电源转换器U1、双向DC/DC电源U2、超级电容模块C1，UPS交流输入端和电源转换器U1的输入端接交流电源，电源转换器U1的输出端与UPS直流输入端连接，双向DC/DC电源U2第一端与电源U1输出端连接，DC/DC电源U2第二端与超级电容模块C1连接，超级电容模块C1与UPS直流输入端连接，UPS输出端接负载RL。

UPS具有双输入端，包括交流输入端和直流输入端，当UPS交流输入端和直流输入端同时通电时，UPS优先使用向交流输入端提供的交流电，在停止向UPS输入交流电后UPS启用直流输入。

本实施例中，交流电源为380V三相交流电，电源转换器U1为AC/DC转换器，电源转换器U1接收380V三相交流电，电源转换器U1输出230Vdc，超级电容模块C1放电电压为220Vdc。UPS交流输入端与交流电源连接，电源转换器U1的输入端接交流电源，电源转换器U1的输出端与UPS直流输入端连接。在交流电源正常工作时，UPS交流输入端接收到380V交流电，同时UPS直流输入端接收到电源转换器U1提供的230Vdc，此时UPS只使用380V交流电，380V交流电通过UPS转化为220Vac给负载供电，保证负载正常工作。

同时电源转换器U1的输出端与双向DC/DC电源U2第一端连接，双向DC/DC电源U2第二端与超级电容模块C1连接，在交流电源正常工作时，通过双向DC/DC电源U2向超级电容模块C1充电，此时双向DC/DC电源U2处于正向工作模式，双向DC/DC电源U2第一端为输入端，双向DC/DC电源U2第二端为输出端。当交流电源出现故障导致交流电源断电时，超级电容模块C1向UPS供电，同时超级电容模块C1给双向DC/DC电源U2供电，双向DC/DC电源U2启用反向工作模式，双向DC/DC电源U2第一端为输出端，双向DC/DC电源U2第二端为输入端，双向DC/DC电源U2检测到输入电压为220Vdc，超级电容模块C1给双向DC/DC电源U2供电，通过双向DC/DC电源U2升压为230Vdc再给UPS供电，实现UPS供电端无缝切换。

由于双向DC/DC电源U2由正向工作模式切换为反向工作模式需要一定的时间t1，而UPS在断电后经过时间t2会报出断电故障，且时间t2远小于时间t1，因此在双向DC/DC电源U2切换为反向工作模式给UPS供电前UPS已经报出断电故障，影响负载正常工作。本发明通过设置超级电容模块C1，在交流电源断电后立即通过超级电容模块C1给UPS直流输入端供电，同时让双向DC/DC电源U2启用反向工作模式给UPS供电，实现了UPS供电无缝切换。

如图1所示，本实施例中，超级电容模块C1和UPS直流输入端之间设有二极管D1，二极管D1正极接超级电容模块C1，二极管D1负极接UPS直流输入端，电源转换器U1的输出电压高于超级电容模块C1的放电电压。

本实施例中在交流电源正常工作时，电源转换器U1输出230Vdc，二极管D1负极接UPS直流输入端，二极管D1负极电压为230V，而超级电容模块C1放电电压为220V，电源转换器U1的输出电压高于超级电容模块C1的放电电压，二极管D1正极电压为220V。由于二极管D1具有单向导通特性，只有在二极管D1正极电压高于二极管D1负极电压时二极管D1才会导通，因此在交流电源正常工作时二极管D1处于关断状态，避免二极管D1在大电流条件下长时间工作导致损耗发热的问题，提高二极管D1的使用寿命。

在交流电源断电瞬间，电源转换器U1停止向UPS直流输入端供电，此时二极管D1负极电压为0V，而二极管D1正极电压为220V，二极管D1正极电压高于二极管D1负极电压，二极管D1导通，超级电容模块C1与UPS直流输入端连通，超级电容模块C1通过二极管D1向UPS供电，保证UPS正常工作。同时双向DC/DC电源U2启用反向工作模式，双向DC/DC电源U2第二端为输入端，双向DC/DC电源U2第一端为输出端，超级电容模块C1通过双向DC/DC电源U2向UPS直流输入端供电，双向DC/DC电源U2具有升压电路，双向DC/DC电源U2将超级电容模块C1输入的220Vdc升压为230Vdc向UPS直流输入端供电，此时二极管D1负极电压高于二极管D1正极电压，二极管D1关断，超级电容模块C1停止通过二极管D1向UPS直流输入端供电，超级电容模块C1只通过双向DC/DC电源U2向UPS直流输入端供电，实现UPS供电端的无缝切换，能够在交流电源因故障导致断电时继续向UPS供电，让UPS能够正常向负载供电，保证负载正常工作。

本发明实施例中超级电容模块C1可以为单个超级电容；超级电容模块C1还可以为多个超级电容串并联组成的超级电容组，将多个超级电容串联形成超级电容串联支路，将多个超级电容并联形成超级电容并联支路，将多个超级电容串联支路并联或者将多个超级电容并联支路串联组合成超级电容组。

本发明实施例介绍了一种UPS控制方法，当交流电源正常工作时，UPS向负载正常供电；当交流电源断电后，超级电容模块C1向UPS直流输入端供电。

本发明中交流电源为380V三相交流电，在交流电源正常工作时，UPS交流输入端接收到380V三相交流电，UPS将380V三相交流电转化为220Vac，向负载RL提供220Vac电源，保证负载正常工作。当交流电源断电后，通过超级电容模块C1向UPS直流输入端供电，UPS将接收到的直流电转化为220Vac，继续向负载RL提供220Vac电源，不影响负载正常工作。

本发明实施例中，当交流电源正常工作时，双向DC/DC电源U2启用正向工作模式，双向DC/DC电源U2第一端为输入端，双向DC/DC电源U2第二端为输出端，二极管D1关断，交流电源通过电源转换器U1和双向DC/DC电源U2向超级电容模块C1充电。

电源转换器U1将接收的380V三相交流电转化为230Vdc进行输出，通过双向DC/DC电源U2向超级电容模块C1充电。二极管D1负极电压为230V，电源转换器U1的输出电压高于超级电容模块C1的放电电压，超级电容模块C1放电电压为220V，二极管D1正极电压为220V，由于二极管D1具有单向导通特性，只有在二极管D1正极电压高于二极管D1负极电压时二极管D1才会导通，因此在交流电源正常工作时二极管D1处于关断状态，避免二极管D1在大电流条件下长时间工作导致损耗发热的问题，提高二极管D1的使用寿命。

本发明实施例中，当交流电源断电时，二极管D1导通，超级电容模块C1通过二极管D1给UPS直流输入端供电；同时双向DC/DC电源U2启用反向工作模式，双向DC/DC电源U2第二端为输入端，双向DC/DC电源U2第一端为输出端，超级电容模块C1通过双向DC/DC电源U2向UPS直流输入端供电。

在交流电源断电时，电源转换器U1停止向UPS直流输入端供电，此时二极管D1负极电压变为0V，而二极管D1正极电压为220V，二极管D1正极电压高于二极管D1负极电压，二极管D1导通，超级电容模块C1与UPS直流输入端连通，超级电容模块C1通过二极管D1向UPS供电，保证UPS正常工作。

同时双向DC/DC电源U2启用反向工作模式，双向DC/DC电源U2第二端为输入端，双向DC/DC电源U2第一端为输出端，超级电容模块C1通过双向DC/DC电源U2向UPS直流输入端供电，双向DC/DC电源U2具有升压电路，双向DC/DC电源U2将超级电容模块C1输入的220Vdc升压为230Vdc向UPS直流输入端供电，此时二极管D1负极电压高于二极管D1正极电压，二极管D1关断，超级电容模块C1停止通过二极管D1向UPS直流输入端供电，超级电容模块C1只通过双向DC/DC电源U2向UPS直流输入端供电，实现UPS供电端的无缝切换，能够在交流电源因故障导致断电时继续向UPS供电，让UPS能够正常向负载供电，保证负载正常工作。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，上述实施例中的实施方案也可以进一步组合或者替换，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。