專利名稱：一種ups的電池充電裝置及ups的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源技術(shù)，具體涉及一種UPS (Uninterrupted Power Supply,即不間斷電源)的電池充電裝置和具有該電池充電裝置的UPS。
背景技術(shù)：
在UPS系統(tǒng)中，電池充電器是一個(gè)重要的組成部分。充電器拓?fù)溥x擇 對(duì)于UPS的成本有很大的影響。目前對(duì)于中小功率UPS充電器主要都是市
電輸入取電，經(jīng)過隔離變換器，送給電池。隔離變換器的拓?fù)浞桨钢饕?反激或者正激變換器等。由于隔離變換器中變壓器的存在，功率轉(zhuǎn)換受到 了限制，如果需要較大的充電功率，則采用多個(gè)變換器并聯(lián)，會(huì)導(dǎo)致成本 急劇上升。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種控制方式簡(jiǎn)
單，能以較低成本實(shí)現(xiàn)較大充電功率的UPS的電池充電裝置。
本發(fā)明的主要目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種具有以上優(yōu)
點(diǎn)的UPS。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種UPS的電池充電裝置，包括與交流輸入火線和交流輸入中線相耦 合的PFC (Power Factor Correction,即功率因素校正)模塊，所述PFC 模塊包括整流電路和開關(guān)變換電路，其特征在于，還包括Buck變換器，所 述Buck變換器具有儲(chǔ)能器件，所述儲(chǔ)能器件耦合在所述整流電路和所述 開關(guān)變換電路之間，所述Buck變換器的輸出端耦合到充電電池。
優(yōu)選地
所述整流電路包括第一電感、第一二極管和第二二極管，所述開關(guān)變 換電路包括第一開關(guān)管和第二開關(guān)管，所述儲(chǔ)能器件為第三電容，所述第 一電感的一端耦合到所述交流輸入火線，另一端與所述第一二極管的陽極 和所述第二二極管的陰極相接，所述第一二極管的陰極接所述第一開關(guān)管 的漏極，所述第二二極管的陽極接所述第二開關(guān)管的源極，所述第一開關(guān) 管的源極與所述第二開關(guān)管的漏極同接至所述交流輸入中線，所述第三電
4容通過充電開關(guān)耦合在所述第一開關(guān)管的漏極和第二開關(guān)管的源極之間。
所述Buck變換器包括第二電感、第三開關(guān)管、第四電容、第五二極 管以及所述第三電容，所述第三電容的一端接所述第三開關(guān)管的漏極，其 另一端與所述第二二極管及所述第五二極管的陽極同接至充電電池負(fù)極， 所述第三開關(guān)管的源極與所述第五二極管的陰極同接至所述第二電感的 一端，所述第二電感的另一端接充電電池正極，所述第四電容接在所述第 二電感的另一端與所述第五二極管陽極之間。
所述Buck變換器包括第二電感、第三開關(guān)管、第四電容、第五二極 管以及所述第三電容，所述第三電容的一端接所述第三開關(guān)管的源極，其 另一端與所述第一二極管及所述第五二極管的陰極同接至充電電池正極， 所述第三開關(guān)管的漏極與所述第五二極管的陽極同接至所述第二電感的 一端，所述第二電感的另一端接充電電池負(fù)極，所述第四電容接在所述第 二電感的另一端與所述第五二極管的陰極之間。
一種帶市電輸入和充電電池輸入的UPS，包括電池充電裝置，其包括 與交流輸入火線和交流輸入中線相耦合的PFC模塊，所述PFC模塊包括整 流電路和開關(guān)變換電路，其特征在于，所述電池充電裝置還包括Buck變換 器，所述Buck變換器具有儲(chǔ)能器件，所述儲(chǔ)能器件耦合在所述整流電路 和所述開關(guān)變換電路之間，所述Buck變換器的輸出端耦合到充電電池。
優(yōu)選地
所述整流電路包括第一電感、第一二極管和第二二極管，所述開關(guān)變 換電路包括第一開關(guān)管和第二開關(guān)管，所述儲(chǔ)能器件為第三電容，所述第 一電感的一端耦合到所述交流輸入火線，另一端與所述第一二極管的陽極 和所述第二二極管的陰極相接，所述第一二極管的陰極接所述第一開關(guān)管 的漏極，所述第二二極管的陽極接所述第二開關(guān)管的源極，所述第一開關(guān) 管的源極與所述第二開關(guān)管的漏極同接至所述交流輸入中線，所述第三電 容通過充電開關(guān)耦合在所述第一開關(guān)管的漏極和第二開關(guān)管的源極之間。
所述Buck變換器包括第二電感、第三開關(guān)管、第四電容、第五二極 管以及所述第三電容，所述第三電容的一端接所述第三開關(guān)管的漏極，其 另一端與所述第二二極管及所述第五二極管的陽極同接至充電電池負(fù)極， 所述第三開關(guān)管的源極與所述第五二極管的陰極同接至所述第二電感的 一端，所述第二電感的另一端接充電電池正極，所述第四電容接在所述第 二電感的另一端與所述第五二極管陽極之間。
所述Buck變換器包括第二電感、第三開關(guān)管、第四電容、第五二極管以及所述第三電容，所述第三電容的一端接所述第三開關(guān)管的源極，其 另一端與所述第一二極管及所述第五二極管的陰極同接至充電電池正極， 所述第三開關(guān)管的漏極與所述第五二極管的陽極同接至所述第二電感的 一端，所述第二電感的另一端接充電電池負(fù)極，所述第四電容接在所述第 二電感的另一端與所述第五二極管的陰極之間。 本發(fā)明有益的技術(shù)效果是
本發(fā)明UPS的電池充電裝置包括與交流輸入線L、 N相接的PFC模塊 以及Buck變換器，Buck變換器具有儲(chǔ)能器件，其耦合在PFC模塊的整流 電路和開關(guān)變換電路之間，儲(chǔ)能器件優(yōu)選為電容器，該電容器在交流輸入 正負(fù)半周充電，從PFC模塊獲取電能后，經(jīng)Buck變換器的變換作用輸出， 對(duì)充電電池進(jìn)行充電。由于采用非隔離的Buck變換器對(duì)充電電池進(jìn)行充 電，使用單個(gè)Buck變換器就能實(shí)現(xiàn)較大的充電功率，其控制方式簡(jiǎn)潔，結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，能有效降低產(chǎn)品成本。
圖1為本發(fā)明UPS的電池充電裝置實(shí)施例一的電路原理圖； 圖2為本發(fā)明UPS的電池充電裝置實(shí)施例二的電路原理圖； 本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一
請(qǐng)參考圖1， UPS的電池充電裝置包括與交流輸入線L、 N相接的PFC 模塊以及Buck(降壓)變換器，該P(yáng)FC模塊包括整流電路和開關(guān)變換電路， 該開關(guān)變換電路采用Boost (升壓)斬波電路。Buck變換器具有儲(chǔ)能器件 C3，該儲(chǔ)能器件C3按照能從PFC模塊取電的方式耦合在整流電路和開關(guān)變 換電路之間，Buck變換器的輸出端耦合到充電電池BATTERY的正負(fù)極。
整流電路包括第一電感L1、第一二極管D1和第二二極管D2，開關(guān)變 換電路包括第一開關(guān)管Ql、第二開關(guān)管Q2、第三二極管D3、第四二極管 D4、第一電解電容C1以及第二電解電容C2，其中，第一開關(guān)管Q1、第二 開關(guān)管Q2具有反并聯(lián)二極管，第一電感Ll的一端通過市電輸入開關(guān) AC_RLY耦合到交流輸入火線L，第一電感Ll的另一端與第一二極管Dl的 陽極和第二二極管D2的陰極相接，第一二極管Dl的陰極接第一開關(guān)管Ql 的漏極和第三二極管D3的陽極，第一開關(guān)管Ql的源極與第二開關(guān)管Q2 的漏極同接至交流輸入中線N，第三二極管D3的陰極與第一電解電容Cl的正極相接，第一電解電容C1的負(fù)極與第二電解電容C2的正極同接至交 流輸入中線N，第二電解電容C2的負(fù)極與第四二極管D4的陽極相接，第 四二極管D4的陰極與第二開關(guān)管Q2的源極同接至第二二極管D2的陽極。 Bnck變換器包括第二電感L2、第三開關(guān)管Q3、第四電容C4、第五二 極管D5以及作為儲(chǔ)能器件的第三電解電容C3，第三開關(guān)管Q3具有反并聯(lián) 二極管，第四電容C4為無極性電容，第三電解電容C3為Buck變換器充電 輸入電容，第三電解電容C3的正極接第三開關(guān)管Q3的漏極，第三電解電 容C3的負(fù)極與第二二極管D2及第五二極管D5的陽極同接至充電電池負(fù) 極，第三開關(guān)管Q3的源極與第五二極管D5的陰極同接至第二電感L2的一 端，第二電感L2的另一端接充電電池正極，第四電容C4接在第二電感L2 的另一端與第五二極管D5的陽極之間(即充電電池的正負(fù)極之間)，第三 電解電容C3的正極還通過充電開關(guān)CHA一RLY耦合到第一開關(guān)管Q1的漏極， 第三電解電容C3的負(fù)極還耦合到第二開關(guān)管Q2的源極。此外，充電電池 Battery的正極還通過電池供電開關(guān)BAT—RLY耦合到第一電感Ll接市電輸 入的一端。充電開關(guān)CHA一RLY、市電輸入開關(guān)AC一RLY、電池供電開關(guān)BAT一RLY 均可采用繼電器。
由圖1可見，Buck變換器的充電輸入取自交流輸入整流的第一二極管 Dl之后，PFC Boost斬波電路的第三二極管D3之前，第二二極管D2的陽 極與充電電池的負(fù)極相連，因此不需要變壓器隔離。
其工作原理具體如下
1)充電時(shí)先閉合充電開關(guān)CHG一RLY，輸入交流正半周波內(nèi)，第一開關(guān) 管Q1進(jìn)行PFC斬波工作，第一開關(guān)管Q1閉合時(shí)，市電輸入通過市電輸入 開關(guān)AC—RLY、第一電感L1，第一二極管D1、第一開關(guān)管Q1、交流輸入中 線N構(gòu)成的回路給第一電感L1充電；第一開關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí)，第一電感L1 首先通過第一電感L1、第一二極管D1、充電開關(guān)CHG—RLY、第三電解電容 C3、第二開關(guān)管Q2的反并聯(lián)二極管、交流輸入中線N、市電輸入開關(guān)AC—RLY 構(gòu)成的回路給第三電解電容C3充電。
第三電解電容C3作為Buck變換器的輸入源，能夠維持一定的正向電 壓，電能在經(jīng)Buck變換器作用后由其輸出端輸至充電電池Battery。第三 開關(guān)管Q3開通時(shí)，通過第三電解電容C3、第三開關(guān)管Q3、第二電感L2、 充電電池battery或第四電容C4構(gòu)成的回路給第二電感L2充電，第三開 關(guān)管Q3關(guān)斷時(shí)，第二電感L2通過第二電感L2、充電電池Battery或第四電容C4、第五二極管D5構(gòu)成的回路續(xù)流。更具體的，可參考已知的Buck 變換器的工作原理。經(jīng)上述過程完成對(duì)充電電池Battery的充電。
充電過程中，當(dāng)?shù)谌娊怆娙軨3的電壓高于正母線電壓時(shí)，第一電 感Ll通過第一電感Ll、第一二極管D"第三二極管D3、第一電解電容Cl， 交流輸入中線N、市電輸入開關(guān)AC—RLY構(gòu)成的回路給母線上的第一電解電 容C1充電。
2)輸入交流負(fù)半周波內(nèi)，第二開關(guān)管Q2進(jìn)行PFC斬波工作，第二開 關(guān)管Q2閉合時(shí)，市電輸入通過市電輸入開關(guān)AC—RLY 、交流輸入中線N、 第二開關(guān)管Q2、第二二極管D2、第一電感L1構(gòu)成的回路給電感L1充電； 第二開關(guān)管Q2關(guān)斷時(shí)，第一電感L1首先通過第一電感L1、市電輸入開關(guān) AC_RLY、交流輸入中線N、第一開關(guān)管Ql的反并聯(lián)二極管、充電開關(guān) CHG一RLY 、第三電解電容C3、第二二極管D2構(gòu)成的回路給第三電解電容 C3充電。第三電解電容C3獲得的電能通過Buck變換器作用后輸出，對(duì)充 電電池Battery進(jìn)行充電，此過程與輸入交流正半周波的電池充電過程類 似。
充電過程中，當(dāng)?shù)谌娊怆娙軨3電壓高于負(fù)母線電壓時(shí)，第一電感 L1通過第一電感L1、市電輸入開關(guān)AC—RLY、交流輸入中線N線、第二電 解電容C2、第四二極管D4、第二二極管D2構(gòu)成的回路給母線上的第二電 解電容C2充電。
由以上分析知，在交流輸入的正負(fù)半周第一電感Ll都會(huì)給第三電解 電容C3充電。工作中，Buck變換器的輸入功率取自PFC模塊，因此占用 PFC模塊一定的容量?？梢钥吹剑景l(fā)明的電池充電裝置采用非隔離的BUCK 變換器，與傳統(tǒng)的方案相比較，本發(fā)明控制簡(jiǎn)單，無需以多個(gè)變換器相并 聯(lián)，采用單個(gè)BUCK變換器即可以得到較大的充電功率。
實(shí)施例二
在實(shí)施例一中，充電電池Battery的負(fù)極連接在第二二極管D2的陽 極，充電器輸入取電端在第一二極管D1的陰極，而本實(shí)施例根據(jù)電路對(duì)稱 性而變型，采用負(fù)Buck變換器，將充電電池的正極連接在第一二極管Dl 的陰極。具體地，如圖2所示，與實(shí)施例一不同在于第三電解電容C3 的正極與第一二極管Dl及第五二極管D5的陰極同接至充電電池Battery 的正極，第三電解電容C3的負(fù)極接第三開關(guān)管Q3的源極，第三開關(guān)管Q3 的漏極與第五二極管D5的陰極同接至第二電感L2的一端，第二電感L2的另一端接充電電池Battery的負(fù)極，充電電池Battery的負(fù)極還通過電 池供電開關(guān)BAT—RLY耦合到第一電感LI接市電輸入的一端。本實(shí)施例電池 充電裝置的工作原理與實(shí)施例一類似。
另外，以上實(shí)施例中的第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2既可以是自身 具有反并聯(lián)二極管的開關(guān)管，也可以是不帶反并聯(lián)二極管的開關(guān)管，對(duì)于 后一種情形，還在第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2的外部分別反并聯(lián)連接 一個(gè)二極管，同樣能達(dá)到本發(fā)明的目的。
在另一方面，本發(fā)明還提供了一種具有該電池充電裝置的UPS，該UPS 帶市電輸入和充電電池輸入，該電池充電裝置可利用市電輸入對(duì)電池進(jìn)行 充電。與傳統(tǒng)的UPS相比，本發(fā)明UPS不同在于具有該改進(jìn)的電池充電裝 置，在優(yōu)選的方案中，本發(fā)明UPS具體的電路設(shè)置可參見以上實(shí)施例的電 池充電裝置。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說 明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種UPS的電池充電裝置，包括與交流輸入火線(L)和交流輸入中線(N)相耦合的PFC模塊，所述PFC模塊包括整流電路和開關(guān)變換電路，其特征在于，還包括Buck變換器，所述Buck變換器具有儲(chǔ)能器件，所述儲(chǔ)能器件耦合在所述整流電路和所述開關(guān)變換電路之間，所述Buck變換器的輸出端耦合到充電電池。
2. 如權(quán)利要求1所述的UPS的電池充電裝置，其特征在于，所述整 流電路包括第一電感(Ll)、第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)，所述 開關(guān)變換電路包括第一開關(guān)管(Ql)和第二開關(guān)管(Q2)，所述儲(chǔ)能器件 為第三電容(C3)，所述第一電感(LI)的一端耦合到所述交流輸入火線 (L)，其另一端與所述第一二極管(Dl)的陽極和所述第二二極管(D2) 的陰極相接，所述第一二極管(Dl)的陰極接所述第一開關(guān)管(Ql)的漏 極，所述第二二極管(D2)的陽極接所述第二開關(guān)管(Q2)的源極，所述 第一開關(guān)管(Ql)的源極與所述第二開關(guān)管(Q2)的漏極同接至所述交流 輸入中線(N)，所述第三電容(C3)通過充電開關(guān)(CHA—RLY)耦合在所 述第一開關(guān)管(Ql)的漏極和第二開關(guān)管(Q2)的源極之間。
3. 如權(quán)利要求2所述的UPS的電池充電裝置，其特征在于，所述 Buck變換器包括第二電感(L2)、第三開關(guān)管(Q3)、第四電容(C4)、第 五二極管(D5)以及所述第三電容(C3)，所述第三電容(C3)的一端接 所述第三開關(guān)管(Q3)的漏極，其另一端與所述第二二極管(D2)及所述 第五二極管(D5)的陽極同接至充電電池負(fù)極，所述第三開關(guān)管(Q3)的 源極與所述第五二極管(D5)的陰極同接至所述第二電感(L2)的一端， 所述第二電感(L2)的另一端接充電電池正極，所述第四電容(C4)接在 所述第二電感(L2)的另一端與所述第五二極管(D5)陽極之間。
4. 如權(quán)利要求2所述的UPS的電池充電裝置，其特征在于，所述 Buck變換器包括第二電感(L2)、第三開關(guān)管(Q3)、第四電容(C4)、第 五二極管(D5)以及所述第三電容(C3)，所述第三電容(C3)的一端接 所述第三開關(guān)管(Q3)的源極，其另一端與所述第一二極管(Dl)及所述 第五二極管(D5)的陰極同接至充電電池正極，所述第三開關(guān)管(Q3)的 漏極與所述第五二極管(D5)的陽極同接至所述第二電感(L2)的一端， 所述第二電感(L2)的另一端接充電電池負(fù)極，所述第四電容(C4)接在 所述第二電感(L2)的另一端與所述第五二極管(D5)的陰極之間。
5. —種帶市電輸入和充電電池輸入的UPS，包括電池充電裝置，其 包括與交流輸入火線(L)和交流輸入中線(N)相耦合的PFC模塊，所述 PFC模塊包括整流電路和開關(guān)變換電路，其特征在于，所述電池充電裝置還 包括Buck變換器，所述Buck變換器具有儲(chǔ)能器件，所述儲(chǔ)能器件耦合在 所述整流電路和所述開關(guān)變換電路之間，所述Buck變換器的輸出端耦合 到充電電池。
6. 如權(quán)利要求5所述的UPS，其特征在于，所述整流電路包括第一 電感(Ll)、第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)，所述開關(guān)變換電路包 括第一開關(guān)管(Ql)和第二開關(guān)管(Q2)，所述儲(chǔ)能器件為第三電容(C3)，所述第一電感ai)的一端耦合到所述交流輸入火線a)，另一端與所述第一二極管(Dl)的陽極和所述第二二極管(D2)的陰極相接，所述第一 二極管(Dl)的陰極接所述第一開關(guān)管(Ql)的漏極，所述第二二極管(D2) 的陽極接所述第二開關(guān)管(Q2)的源極，所述第一開關(guān)管(Ql)的源極與 所述第二開關(guān)管(Q2)的漏極同接至所述交流輸入中線(N)，所述第三電 容(C3)通過充電開關(guān)(CHA—RLY)耦合在所述第一開關(guān)管(Ql)的漏極 和第二開關(guān)管(Q2)的源極之間。
7. 如權(quán)利要求6所述的UPS，其特征在于，所述Buck變換器包括第 二電感(L2)、第三開關(guān)管(Q3)、第四電容(C4)、第五二極管(D5)以 及所述第三電容(C3)，所述第三電容(C3)的一端接所述第三開關(guān)管(Q3) 的漏極，其另一端與所述第二二極管(D2)及所述第五二極管(D5)的陽 極同接至充電電池負(fù)極，所述第三開關(guān)管(Q3)的源極與所述第五二極管(D5)的陰極同接至所述第二電感(L2)的一端，所述第二電感(L2)的 另一端接充電電池正極，所述第四電容(C4)接在所述第二電感(L2)的 另一端與所述第五二極管(D5)陽極之間。
8. 如權(quán)利要求6所述的UPS，其特征在于，所述Buck變換器包括 第二電感(L2)、第三開關(guān)管(Q3)、第四電容(C4)、第五二極管(D5) 以及所述第三電容(C3)，所述第三電容(C3)的一端接所述第三開關(guān)管(Q3)的源極，其另一端與所述第一二極管(Dl)及所述第五二極管(D5) 的陰極同接至充電電池正極，所述第三開關(guān)管(Q3)的漏極與所述第五二 極管(D5)的陽極同接至所述第二電感(L2)的一端，所述第二電感(L2) 的另一端接充電電池負(fù)極，所述第四電容(C4)接在所述第二電感(L2) 的另一端與所述第五二極管(D5)的陰極之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種UPS的電池充電裝置，包括與交流輸入火線(L)和交流輸入中線(N)相耦合的PFC模塊，PFC模塊包括整流電路和開關(guān)變換電路，還包括Buck變換器，Buck變換器具有儲(chǔ)能器件，該儲(chǔ)能器件耦合在整流電路和開關(guān)變換電路之間，Buck變換器的輸出端耦合到充電電池。本發(fā)明同時(shí)公開了一種具有該電池充電裝置的UPS。由于采用非隔離的Buck變換器對(duì)充電電池進(jìn)行充電，單個(gè)Buck變換器就能實(shí)現(xiàn)較大的充電功率，其控制簡(jiǎn)單，成本低。
文檔編號(hào)H02J7/02GK101667746SQ20081014910
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者原 周, 彬 崔, 張學(xué)杰, 肖學(xué)禮, 陽 邴 申請(qǐng)人:力博特公司