專利名稱：一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及不間斷電源，尤其涉及一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源。
背景技術(shù)：
在線式不間斷電源一般分為兩種，工頻在線式不間斷電源和高頻在線式不間斷電源。工頻不間斷電源由于內(nèi)部具有一個隔離變壓器，此變壓器在拓撲設計上是必不可少的，變壓器是全橋逆變不可分割的一部分。而高頻不間斷電源一般采用半橋逆變電路設計，無輸出隔離變壓器，但是具有BOOST PFC校正電路。傳統(tǒng)工頻不間斷電源的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括整流器、蓄電池、充電器、逆變器、輸出隔離變壓器，其中整流器為可控硅整流，逆變器為IGBT逆變器。新型高頻不間斷電源基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括整流器、DC/DC倍壓環(huán)節(jié)、蓄電池、充電器和逆變器，其中整流器為不控整流。高頻不間斷電源相對于工頻不間斷電源而言，具有以下突出優(yōu)點:重量輕、體積小、輸入功率因數(shù)高、綠色環(huán)保；而工頻不間斷電源具有更好的過載能力、抗沖擊能力等。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，IGBT整流技術(shù)的應用越來越廣泛，不間斷電源的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大的變化。目前比較流行的大中型不間斷電源結(jié)構(gòu)由原來的老式結(jié)構(gòu)(6脈整流或12脈整流)逐漸轉(zhuǎn)向更為合理的IGBT整流新型結(jié)構(gòu)?？煽毓枵鞯淖畲笕秉c就是對電網(wǎng)的干擾問題，由于輸入斬波產(chǎn)生的回潰污染，通常只能采用附加的輸入功率因數(shù)補償環(huán)節(jié)或濾波器，增加整流器的脈沖數(shù)。這樣不但增加了購買不間斷電源的費用，同時效果也不理想，無形中又增加了一個故障點。而新型的全IGBT整流可輕易地將功率因數(shù)提高到接近1，從根本上解決·了對電網(wǎng)回潰干擾的問題。但是，對于中小功率不間斷電源而言，采用IGBT整流技術(shù)成本高昂，控制電路復
雜、穩(wěn)定性差。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種具有功率因素校正功能的工頻在線式不間斷電源，該電源保留工頻不間斷電源優(yōu)點的同時，解決了傳統(tǒng)中小功率不間斷電源輸入功率因數(shù)低，諧波污染嚴重的問題。為達此目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源，包括整流器、蓄電池、充電器和逆變器，還包括功率因數(shù)校正電路，所述整流器和蓄電池的輸出端耦合到功率因數(shù)校正電路的輸入端，所述充電器和逆變器的輸入端耦合到功率因數(shù)校正電路的輸出端。其中，還包括DSP芯片，所述整流器、功率因數(shù)校正電路和逆變器通過DSP芯片控制。其中，所述DSP芯片為高速DSP控制芯片。[0013]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 ;市電輸入L與第一整流可控硅SCRl的陽極、第四整流可控硅SCR4的陰極耦合在一起；市電輸入N與第二整流可控硅SCR2的陽極、第三整流可控硅SCR3的陰極耦合在一起；第一整流可控硅SCRl的陰極、第二整流可控硅SCR2的陰極耦合在一起；第三整流可控硅SCR3的陽極、第四整流可控硅SCR4的陽極和蓄電池的負極耦合在一起。其中，所述功率因數(shù)電路是一種單BOOST的架構(gòu)，包括電感L、二極管D、第一控制開關(guān)二極管Dl、第一絕緣柵雙極性晶體管Ql、母線電容Cl，電感L的輸入端與第二整流可控硅SCR2的陰極耦合在一起，電感L的輸出端、二極管D的陽極、第一控制開關(guān)二極管Dl的陰極和第一絕緣柵雙極性晶體管Ql的集電極耦合在一起；第一控制開關(guān)二極管Dl的陽極、第一絕緣柵雙極性晶體管Ql的發(fā)射極、母線電容Cl的一端和蓄電池的負極耦合在一起，母線電容Cl的另一端和二極管D的陰極耦合在一起。其中，所述逆變器包括第二控制開關(guān)二極管D2、第二絕緣柵雙極性晶體管Q2、第三控制開關(guān)二極管D3、第三絕緣柵雙極性晶體管Q3、第四控制開關(guān)二極管D4、第四絕緣柵雙極性晶體管Q4、第五控制開關(guān)二極管D5、第五絕緣柵雙極性晶體管Q5 ;所述第二控制開關(guān)二極管D2的陰極、第二絕緣柵雙極性晶體管Q2的集電極、第四控制開關(guān)二極管D4的陰極、第四絕緣柵雙極性晶體管Q4的集電極和二極管D的陰極耦合在一起；所述第二控制開關(guān)二極管D2的陽極、第二絕緣柵雙極性晶體管Q2的發(fā)射極、第三控制開關(guān)二極管D3的陰極、第三絕緣柵雙極性晶體管Q3的集電極耦合在一起；所述第四控制開關(guān)二極管D4的陽極、第四絕緣柵雙極性晶體管Q4的發(fā)射極、第五控制開關(guān)二極管D5的陰極、第五絕緣柵雙極性晶體管Q5的集電極耦合在一起；所述第三控制開關(guān)二極管D3的陽極、第三絕緣柵雙極性晶體管Q3的發(fā)射 極、第五控制開關(guān)二極管D5的陽極、第五絕緣柵雙極性晶體管Q5的發(fā)射極和蓄電池的負極稱合在一起。其中，還包括繼電器RELAYl和可控電池開關(guān)可控硅SCR5，所述可控電池開關(guān)可控娃SCR5的陰極、繼電器RELAYl的常開點與電感L的輸入端稱合在一起；可控電池開關(guān)可控硅SCR5的陽極、繼電器RELAYl的常閉點與蓄電池的正極耦合在一起。本實用新型的有益效果為:本實用新型提出的改進結(jié)構(gòu)的工頻在線式不間斷電源，該結(jié)構(gòu)不間斷電源在傳統(tǒng)工頻不間斷電源結(jié)構(gòu)基礎上增加一級功率因數(shù)校正電路，市電經(jīng)整流后經(jīng)過功率因數(shù)校正電路DC/DC升壓，再經(jīng)由逆變器逆變輸出。由于采用了功率因數(shù)校正技術(shù)，輸入功率因數(shù)達0.99以上，有效降低輸入電流諧波THDI值，大大的消除了不間斷電源回饋電網(wǎng)的諧波污染，同時也提高了對電網(wǎng)的利用率，降低不間斷電源的運行成本。同時又保留了工頻不間斷電源帶載能力強、抗沖擊能力強等特點。

圖1是傳統(tǒng)工頻不間斷電源的原理方框圖；圖2是新型高頻不間斷電源的原理方框圖；圖3是本實用新型一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源的原理方框圖；圖4是本實用新型一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源的電路圖；圖5是本實用新型一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源的整流電路的電路圖；圖6是本實用新型一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源的功率因數(shù)校正電路的電路圖；圖7是本實用新型一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源的逆變電路的電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本實用新型的技術(shù)方案。本實用新型一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源的第一實施例如圖3所示，包括整流器、蓄電池、充電器和逆變器，還包括功率因數(shù)校正電路，所述整流器和蓄電池的輸出端耦合到功率因數(shù)校正電路的輸入端，所述充電器和逆變器的輸入端耦合到功率因數(shù)校正電路的輸出端。對比圖1和圖3，本實用新型在傳統(tǒng)工頻不間斷電源結(jié)構(gòu)基礎上增加一級功率因數(shù)校正電路，市電經(jīng)整流后經(jīng)過功率因數(shù)校正電路DC/DC升壓，再經(jīng)由逆變器逆變輸出。由于采用了功率因數(shù)校正技術(shù)，輸入功率因數(shù)達0.99以上，有效降低輸入電流諧波THDI值，大大的消除了不間斷電源回饋電網(wǎng)的諧波污染，同時也提高了對電網(wǎng)的利用率，降低不間斷電源的運行成本。同時又保留了工頻不間斷電源帶載能力強、抗沖擊能力強等特點。作為一種優(yōu)選的實施方式，本實用新型一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源還包括DSP芯片，所述不間斷電源的各個部分包括所述整流器、功率因數(shù)校正電路和逆變器通過DS P芯片完成控制。所述DSP芯片為高速DSP控制芯片。所述不間斷電源整流器、功率因數(shù)校正電路、逆變器的控制全部采用高速DSP芯片完成控制，速度快、精度高，控制電路簡單，可靠、穩(wěn)定。作為另一種優(yōu)選的實施方式，本實用新型一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源的電路原理圖如圖4至圖7所示。所述整流器的整流電路包括第一整流可控硅SCRl、第二整流可控硅SCR2、第三整流可控硅SCR3、第四整流可控硅SCR4 ；市電輸入L與第一整流可控硅SCRl的陽極、第四整流可控硅SCR4的陰極耦合在一起；市電輸入N與第二整流可控硅SCR2的陽極、第三整流可控硅SCR3的陰極耦合在一起；第一整流可控硅SCRl的陰極、第二整流可控硅SCR2的陰極耦合在一起；第三整流可控硅SCR3的陽極、第四整流可控硅SCR4的陽極和蓄電池的負極耦合在一起。所述功率因數(shù)電路是一種單BOOST的架構(gòu)，包括電感L、二極管D、第一控制開關(guān)二極管D1、第一絕緣柵雙極性晶體管Q1、母線電容Cl，電感L的輸入端與第二整流可控硅SCR2的陰極耦合在一起，電感L的輸出端、二極管D的陽極、第一控制開關(guān)二極管Dl的陰極和第一絕緣柵雙極性晶體管Ql的集電極耦合在一起；第一控制開關(guān)二極管Dl的陽極、第一絕緣柵雙極性晶體管Ql的發(fā)射極、母線電容Cl的一端和蓄電池的負極耦合在一起，母線電容Cl的另一端和二極管D的陰極耦合在一起。所述逆變器的逆變電路包括第二控制開關(guān)二極管D2、第二絕緣柵雙極性晶體管Q2、第三控制開關(guān)二極管D3、第三絕緣柵雙極性晶體管Q3、第四控制開關(guān)二極管D4、第四絕緣柵雙極性晶體管Q4、第五控制開關(guān)二極管D5、第五絕緣柵雙極性晶體管Q5 ;所述第二控制開關(guān)二極管D2的陰極、第二絕緣柵雙極性晶體管Q2的集電極、第四控制開關(guān)二極管D4的陰極、第四絕緣柵雙極性晶體管Q4的集電極和二極管D的陰極耦合在一起；所述第二控制開關(guān)二極管D2的陽極、第二絕緣柵雙極性晶體管Q2的發(fā)射極、第三控制開關(guān)二極管D3的陰極、第三絕緣柵雙極性晶體管Q3的集電極耦合在一起；所述第四控制開關(guān)二極管D4的陽極、第四絕緣柵雙極性晶體管Q4的發(fā)射極、第五控制開關(guān)二極管D5的陰極、第五絕緣柵雙極性晶體管Q5的集電極耦合在一起；所述第三控制開關(guān)二極管D3的陽極、第三絕緣柵雙極性晶體管Q3的發(fā)射極、第五控制開關(guān)二極管D5的陽極、第五絕緣柵雙極性晶體管Q5的發(fā)射極和蓄電池的負極稱合在一起。所述不間斷電源還包括繼電器RELAYl和可控電池開關(guān)可控硅SCR5，所述可控電池開關(guān)可控娃SCR5的陰極、繼電器RELAYl的常開點與電感L的輸入端稱合在一起；可控電池開關(guān)可控硅SCR5的陽極、繼電器RELAYl的常閉點與蓄電池的正極耦合在一起。在本實施例中，所述不間斷電源在傳統(tǒng)不間斷電源的基礎上增加了一級功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)，每一個絕緣柵雙極性晶體管和編號對應的二極管組成一個控制開關(guān)，故電路中有第一控制開關(guān)K1、第二控制開關(guān)K2、第三控制開關(guān)K3、第四控制開關(guān)K4和第五控制開關(guān)K5，第一控制開關(guān)Kl其中第二控制開關(guān)K2、第三控制開關(guān)K3、第四控制開關(guān)K4和第五控制開關(guān)K5屬于逆變電路，現(xiàn)結(jié)合不間斷電源的現(xiàn)有技術(shù)將其整體工作原理說明如下:正常工作模式:市電輸入經(jīng)整流電路AC/DC變換，后進入功率因數(shù)校正電路實現(xiàn)DC/DC升壓；然后通過逆變器DC/AC轉(zhuǎn)換，后經(jīng)隔離變壓器輸出到負載。在這個過程中，同時通過充電器給蓄電池充電。電池模式:在正常的交流輸入電源超出不間斷電源設計輸入范圍或掉電時，由蓄電池經(jīng)過功率因數(shù)校正電路實現(xiàn)DC/DC升壓。然后通過逆變器DC/AC轉(zhuǎn)換，后經(jīng)隔離變壓器輸出到負載。當交流電源恢復正常時，不間斷電源自動轉(zhuǎn)為市電工作模式；并對電池再充電。 靜態(tài)旁路模式:當不間斷電源故障時(包括過載、過溫等)，并且在有市電的情況下，不間斷電源自動轉(zhuǎn)入靜態(tài)旁路模式；市電輸入經(jīng)過靜態(tài)旁路開關(guān)STS輸出到負載。維修旁路模式:當不間斷電源需要維護或維修時，可以通過手動開關(guān)S將負載切換到維修旁路，從而保證用戶負載不斷電。所述不間斷電源的維修旁路、靜態(tài)旁路、輸出隔離變壓器的連接方式與現(xiàn)有技術(shù)完全相同或類似，故不再贅述。以上結(jié)合具體實施例描述了本實用新型的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本實用新型的原理，而不能以任何方式解釋為對本實用新型保護范圍的限制。基于此處的解釋，本領域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本實用新型的其它具體實施方式
，這些方式都將落入本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源，包括整流器、蓄電池、充電器和逆變器，其特征在于，包括功率因數(shù)校正電路，所述整流器和蓄電池的輸出端耦合到功率因數(shù)校正電路的輸入端，所述充電器和逆變器的輸入端耦合到功率因數(shù)校正電路的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源，其特征在于，還包括DSP芯片，所述整流器、功率因數(shù)校正電路和逆變器通過DSP芯片控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源，其特征在于，所述DSP芯片為高速DSP控制芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源，其特征在于，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 ;市電輸入L與第一整流可控硅SCRl的陽極、第四整流可控硅SCR4的陰極耦合在一起；市電輸入N與第二整流可控硅SCR2的陽極、第三整流可控硅SCR3的陰極耦合在一起；第一整流可控硅SCRl的陰極、第二整流可控硅SCR2的陰極耦合在一起；第三整流可 控硅SCR3的陽極、第四整流可控硅SCR4的陽極和蓄電池的負極耦合在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源，其特征在于，所述功率因數(shù)電路是一種單BOOST的架構(gòu)，包括電感L、二極管D、第一控制開關(guān)二極管Dl、第一絕緣柵雙極性晶體管Ql、母線電容Cl，電感L的輸入端與第二整流可控硅SCR2的陰極耦合在一起，電感L的輸出端、二極管D的陽極、第一控制開關(guān)二極管Dl的陰極和第一絕緣柵雙極性晶體管Ql的集電極耦合在一起；第一控制開關(guān)二極管Dl的陽極、第一絕緣柵雙極性晶體管Ql的發(fā)射極、母線電容Cl的一端和蓄電池的負極耦合在一起，母線電容Cl的另一端和二極管D的陰極耦合在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源，其特征在于，所述逆變器包括第二控制開關(guān)二極管D2、第二絕緣柵雙極性晶體管Q2、第三控制開關(guān)二極管D3、第三絕緣柵雙極性晶體管Q3、第四控制開關(guān)二極管D4、第四絕緣柵雙極性晶體管Q4、第五控制開關(guān)二極管D5、第五絕緣柵雙極性晶體管Q5 ;所述第二控制開關(guān)二極管D2的陰極、第二絕緣柵雙極性晶體管Q2的集電極、第四控制開關(guān)二極管D4的陰極、第四絕緣柵雙極性晶體管Q4的集電極和二極管D的陰極耦合在一起；所述第二控制開關(guān)二極管D2的陽極、第二絕緣柵雙極性晶體管Q2的發(fā)射極、第三控制開關(guān)二極管D3的陰極、第三絕緣柵雙極性晶體管Q3的集電極耦合在一起；所述第四控制開關(guān)二極管D4的陽極、第四絕緣柵雙極性晶體管Q4的發(fā)射極、第五控制開關(guān)二極管D5的陰極、第五絕緣柵雙極性晶體管Q5的集電極耦合在一起；所述第三控制開關(guān)二極管D3的陽極、第三絕緣柵雙極性晶體管Q3的發(fā)射極、第五控制開關(guān)二極管D5的陽極、第五絕緣柵雙極性晶體管Q5的發(fā)射極和蓄電池的負極稱合在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源，其特征在于，還包括繼電器RELAYl和可控電池開關(guān)可控硅SCR5，所述可控電池開關(guān)可控硅SCR5的陰極、繼電器RELAYl的常開點與電感L的輸入端稱合在一起；可控電池開關(guān)可控娃SCR5的陽極、繼電器RELAYl的常閉點與蓄電池的正極耦合在一起。
專利摘要本實用新型公開了一種具有功率因數(shù)校正功能的工頻在線式不間斷電源，該不間斷電源包括整流器、蓄電池、充電器和逆變器，還包括功率因數(shù)校正電路，所述整流器和蓄電池的輸出端耦合到功率因數(shù)校正電路的輸入端，所述充電器和逆變器的輸入端耦合到功率因數(shù)校正電路的輸出端。由于采用了功率因數(shù)校正技術(shù)，輸入功率因數(shù)達0.99以上，有效降低輸入電流諧波THDI值，大大的消除了不間斷電源回饋電網(wǎng)的諧波污染，同時也提高了對電網(wǎng)的利用率，降低不間斷電源的運行成本。
文檔編號H02J7/00GK203135507SQ20132011234
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者裴少華 申請人:廣東易事特電源股份有限公司