一種ups電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種UPS電路，尤其涉及一種具有橋臂(phase leg)的UPS電路。
【背景技術】
[0002]UPS (Uninterruptible Power System,不間斷電源)是一種含有儲能裝置的交流電源。主要利用電池等儲能裝置在停電時向負載提供不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS將市電穩壓后供應給負載使用，當市電中斷(事故停電)時，UPS立即利用儲能裝置的電能向負載繼續供應交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。
[0003]為了實現電力的凈化功能，UPS常采用AC/DC/AC轉換的結構，以為負載提供純凈電力。其中AC/DC環節將交流市電轉化為平穩的直流母線BUS電壓，然后再提供能量給下一級的DC/AC環節。傳統AC/DC采用不控整流二極管或半控SCR實現，輸入功率因數較低，電流諧波較大，對電網污染較大；現代AC/DC采用主動型半導體器件，除平穩直流母線BUS電壓外，同時具有功率因數校正功能，可減少對電網的污染，確保綠色電網。DC/AC環節用于將AC/DC或電池能儲能裝置產生的直流母線BUS電壓轉化為純凈的正弦輸出電壓，確保負載的供電質量及不斷電需求。
[0004]圖1示出了一種具有單根相線L和中性線N的單相2線制的UPS電路，其從中可以看出該UPS電路中的AC/DC/AC轉換過程。如圖1所示，該單相2線制UPS電路具有用于整流的整流橋臂PLl和用于逆變的逆變橋臂PL2。門極驅動器G在PWM信號的作用下控制分別與其對應的整流橋臂PLl和逆變橋臂PL2。AC市電從輸入端Tin經由整流電感L_、整流橋臂PL1、逆變橋臂PL2以及逆變電感Linv后，從輸出端Twt輸出到UPS的負載。
[0005]圖2示出了一種具有三根相線L1、L2、L3的3相3線制的UPS電路，具有三個整流橋臂PLl和三個逆變橋臂PL2，其分別受到各自對應的門極驅動器G的控制。圖3示出了一種具有三根相線L1、L2、L3和一根中性線N的3相4線制的UPS電路，其與圖2所示的3相3線制的UPS電路結構相類似，與其相比多了一根中性線N。
[0006]對于UPS來說，可靠性和效率是兩項最重要的性能指標。目前，為了實現較高的系統效率，普遍將逆變橋臂設置為多電平變換拓撲結構。多電平變換拓撲結構需要數量更多的半導體器件，然而半導體器件越多，可靠性就越差，因此降低了逆變橋臂的可靠性。然而逆變橋臂是UPS的市電模式和電池模式所共用的模塊，因此其可靠性的降低嚴重影響了UPS整機的可靠性。
【發明內容】
[0007]因此，本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種UPS電路。
[0008]本發明提供一種UPS電路，包括:
[0009]用于整流的整流橋臂，用于將接收到的交流電轉化為直流電；
[0010]用于逆變的逆變橋臂，用于將所述整流橋臂輸出的直流電逆變為交流電；
[0011]故障檢測裝置，用于檢測所述逆變橋臂是否發生故障；
[0012]冗余逆變橋臂，其輸入端連接到所述整流橋臂的輸出端；
[0013]控制裝置，用于接收所述故障檢測裝置發出的信號，并用于在故障發生時使所述冗余逆變橋臂替換發生故障的逆變橋臂。
[0014]根據本發明提供的UPS電路，其中所述冗余逆變橋臂的結構與所述逆變橋臂的結構相同。
[0015]根據本發明提供的UPS電路，其中所述故障檢測裝置包括多個故障檢測模塊，每個故障檢測模塊用于檢測與其對應的逆變橋臂。
[0016]根據本發明提供的UPS電路，其中所述控制裝置中包括切換裝置，用于使所述冗余逆變橋臂連接到與發生故障的逆變橋臂對應的相線的輸出端，以替換所述發生故障的逆變橋臂。
[0017]根據本發明提供的UPS電路，其中切換裝置中包括一組或多組開關，當故障發生時，所述開關中的其中一組閉合以使所述冗余逆變橋臂連接到與發生故障的逆變橋臂對應的相線的輸出端，以替換所述發生故障的逆變橋臂
[0018]根據本發明提供的UPS電路，所述UPS電路為單相2線制、3相3線制或3相4線制。
[0019]根據本發明提供的單相2線制或3相4線制UPS電路，所述UPS電路具有中性線，當所述逆變橋臂中沒有故障發生時，所述冗余逆變橋臂連接到所述中性線上，用于對中性點注入零序分量。
[0020]根據本發明提供的單相2線制或3相4線制UPS電路，當所述逆變橋臂發生故障時，使所述冗余逆變橋臂從所述中性線斷開。
[0021]根據本發明提供的3相3線制UPS電路，當所述逆變橋臂中沒有故障發生時，所述冗余逆變橋臂用作平衡器以平衡直流母線的電壓。
[0022]本發明提供的UPS電路中，通過設置冗余逆變橋臂可大大提高可靠性，即使是采用半導體器件多、故障率高的多級逆變橋臂，也可以保證UPS整機的可靠性。因此可以在高可靠性的前提下提高效率。
【附圖說明】
[0023]以下參照附圖對本發明實施例作進一步說明，其中:
[0024]圖1為現有技術中的單相2線制UPS電路的結構示意圖；
[0025]圖2為現有技術中的3相3線制UPS電路的結構示意圖；
[0026]圖3為現有技術中的3相4線制UPS電路的結構示意圖；
[0027]圖4為根據本發明的一個實施例的3相3線制UPS電路的結構示意圖；
[0028]圖5為根據本發明的一個實施例的3相4線制UPS電路的結構示意圖；
[0029]圖6為根據本發明的一個實施例的單相2線制UPS電路的結構示意圖；
[0030]圖7a-圖7c示出了三種拓撲結構的逆變橋臂。
【具體實施方式】
[0031]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0032]本實施例提供一種具有三根相線L1、L2、L3的3相3線制UPS電路，其電路結構如圖4所示。該UPS電路包括三個用于整流的整流橋臂PLl和三個用于逆變的逆變橋臂PL21、PL22和PL23。各個門極驅動器G在邏輯控制模塊輸出的PWM信號的作用下，對各自對應的橋臂進行控制。AC市電從三根相線L1、L2、L3的輸入端Tin經由整流電感L_、整流橋臂PL1、逆變橋臂PL21、PL22和PL23以及逆變電感Linv后，從輸出端Ttjut輸出到UPS的負載。另外，每個逆變橋臂均具有與其對應的故障檢測模塊D。該故障檢測模塊D用于檢測與其對應的橋臂中是否發生故障。當故障檢測模塊D檢測到故障的發生時，向邏輯控制模塊發出故障信號FD。
[0033]此外，本實施例提供的UPS電路還具有一個額外的冗余逆變橋臂PL2a，其結構與逆變橋臂PL21、PL22和PL23的結構相同。該冗余逆變橋臂PL2a的輸入端的連接方式與逆變橋臂PL21、PL22和PL23的輸入端的連接方式相同，該冗余逆變橋臂PL2a的輸出端通過額外的冗余逆變電感Ln以及切換裝置SW中的三組開關1、2、3分別連接到三根相線L1、L2、L3的輸出端Twt。像逆變橋臂PL21、PL22和PL23 —樣，該冗余逆變橋臂PL2a也具有與其對應的門極驅動器G，且與其對應的門電極驅動器也受到邏輯控制模塊輸出的PWM信號的控制。
[0034]若某一逆變橋臂中的半導體器件失效導致該逆變橋臂發生故障，則與該發生故障的逆變橋臂相對應的故障檢測模塊D檢測到故障的發生后，向邏輯控制模塊發出故障信號FD。邏輯控制模塊根據故障信號FD判斷是哪一逆變橋臂發生了故障，并根據判斷結果停止對與該發生故障的逆變橋臂對應的門電極驅動G的控制，并向切換裝置SW發出控制信號Sff.CTRL,使切換裝置SW中的與發生故障的逆變橋臂對應的開關導通，從而使冗余逆變橋臂PL2a替代發生故障的逆變橋臂，以此確保UPS的正常運行。
[0035]例如，若逆變橋臂PL22發生故障，則與逆變橋臂PL22相對應的故障檢測模塊D向邏輯控制模塊發出故障信號H)。邏輯控制模塊根據故障信號FD判斷是逆變橋臂PL22發生了故障，并根據判斷結果向切換裝置SW發出控制信號SW_CTRL，使切換裝置SW中的開關2導通，從而使冗余逆變橋臂PL2a的輸出端連接到相線L2的輸出端，替代發生故障的逆變橋臂PL22。
[0036]如圖4所示，若逆變橋臂PL21發生故障，則邏輯控制模塊使切換裝置SW中的開關I導通，從而使冗余逆變橋臂PL2a的輸出端連接