一種多制式UPS電源及其實現方法

《一種多制式UPS電源及其實現方法》是廣東志成冠軍集團有限公司於2007年1月22日申請的發明專利，該專利的申請號為2007100264508，公布號為CN101068083，公布日為2007年11月7日，發明人是周志文、李民英。

《一種多制式UPS電源及其實現方法》所述UPS電源主要由三路單相PFC整流電路、三路單相逆變電路、集中旁路部分、蓄電池組、DSP處理器和制式選擇輸入裝置組成，其中用戶通過制式選擇輸入裝置輸入用戶指令給DSP處理器，該用戶指令經解碼分析出需要的控制參數後，由DSP處理器控制相應的輸出電壓、輸出相位、輸出頻率，最後輸出逆變驅動信號給三路單相逆變電路，經其中的三相逆變器逆變後，通過集中旁路部分輸出正弦波交流電，該發明具有多種工作制式，能滿足所有用戶的供電要求。

2014年11月6日，《一種多制式UPS電源及其實現方法》獲得第十六屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種多制式UPS電源及其實現方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種多制式UPS電源及其實現方法
• 公布號：CN101068083
• 公布日：2007年11月7日
• 申請號：2007100264508
• 申請日：2007年1月22日
• 申請人：廣東志成冠軍集團有限公司
• 地址：廣東省東莞市塘廈鎮田心工業區廣東志成冠軍集團有限公司
• 發明人：周志文、李民英
• 分類號：H02J7/00(2007.01);H02M7/48(2007.01)
• 代理機構：廈門市新華專利商標代理有限公司
• 類別：發明專利
• 代理人：彭長久

專利背景

截至2007年1月，UPS電源從產生到現在已經經歷了近40年時間，從技術方面來講已經是非常成熟。但是從用戶使用角度看，通常一種機型並不能滿足所有用戶的供電需求。不同的用戶根據用電環境的不同，對各種用電參數，如輸入電壓、輸入頻率、輸出電壓、輸出頻率、輸入相數、輸出相數等的要求是不同的。所以，必須有不同的產品以適應不同的客戶要求，這樣給UPS生產商以及用戶帶來諸多不便。並且隨著用電環境的改變，用戶的機型必須做相應的改變，無形中增加了用戶的投入成本。

發明內容

專利目的

《一種多制式UPS電源及其實現方法》的目的在於提供一種可以滿足不同輸入、輸出電壓，輸入、輸出頻率和輸入、輸出相數等用電參數要求的多制式UPS電源和實現多制式選擇的方法。

技術方案

《一種多制式UPS電源及其實現方法》所述一種多制式UPS電源，主要由三路單相PFC整流電路、三路單相逆變電路、集中旁路部分、蓄電池組、DSP處理器和制式選擇輸入裝置組成，其中用戶通過制式選擇輸入裝置輸入用戶指令給DSP處理器，該用戶指令經解碼分析出需要的控制參數後，由DSP處理器控制相應的輸出電壓、輸出相位、輸出頻率，最後輸出逆變驅動信號給三路單相逆變電路，經其中的逆變器逆變後，通過集中旁路部分輸出正弦波交流電。

在一種多制式UPS電源中實現多制式選擇的方法，包括以下步驟：

1、開機前用戶通過制式選擇輸入裝置輸入所需的輸入輸出相數、輸入輸出電壓和輸入輸出頻率等參數；

2、UPS模組中的DSP處理器在上電初始化時，按用戶輸入的指令初始化相應變數初始值；然後依次設定輸出頻率、輸出電壓和輸出相位；最後輸出逆變驅動信號給三路單相逆變電路，經其中的逆變器逆變後，通過集中旁路部分輸出正弦波交流電。

改善效果

該發明利用了特有的拓撲電路結構，可以解決用戶對電網供電的不一致性及對功率的不確定性，該產品可以滿足所有用戶供電的需求。這樣方便了用戶的選擇、也減少了生產商的生產過程。產品可以適應不同輸入、輸出電壓、輸入、輸出頻率等特點，方便產品的出口，可以解決因不同國家對供電要求的不相同。而不用因為以往的供電電壓不同、供電頻率不同、輸入輸出方式不一樣而產生的選型不便。

附圖說明

圖1為該發明多制式UPS電源的電路連線框圖；

圖2為該發明多制式UPS電源制式選擇實現框圖；

圖3為該發明單相輸入、單相輸出的電流路徑示意圖；

圖4為該發明三相輸入、單相輸出的電流路徑示意圖；

圖5為該發明三相輸入、三相輸出的電流路徑示意圖；

圖6為該發明單相輸入、三相輸出的電流路徑示意圖；

圖7為發明實現多制式選擇的流程圖；

圖8為該發明可實現的制式組合圖表。

權利要求

1、一種多制式UPS電源，其特徵在於：主要由三路單相PFC整流電路、三路單相逆變電路、集中旁路部分、蓄電池組、DSP處理器和制式選擇輸入裝置組成，其中用戶通過制式選擇輸入裝置輸入用戶指令給DSP處理器，該用戶指令經解碼分析出需要的控制參數後，由DSP處理器控制相應的輸出電壓、輸出相位、輸出頻率，最後輸出逆變驅動信號給三路單相逆變電路，經其中的三相逆變器逆變後，通過集中旁路部分輸出正弦波交流電。

2、在權利要求1所述的一種多制式UPS電源上實現多制式選擇的方法，其特徵在於包括以下步驟：

（1）開機前用戶通過制式選擇輸入裝置輸入所需的輸入輸出相數、輸入輸出電壓和輸入輸出頻率；

（2）UPS模組中的DSP處理器在上電初始化時，按用戶輸入的指令初始化相應變數初始值；然後依次設定輸出頻率、輸出電壓和輸出相位；最後輸出逆變驅動信號給三路單相逆變電路，經其中的三相逆變器逆變後，通過集中旁路部分輸出正弦波交流電。

實施方式

如圖1、2所示，該發明一種多制式UPS電源，主要由三路單相PFC整流電路1、三路單相逆變電路2、集中旁路部分3、蓄電池組4、DSP處理器5和制式選擇輸入裝置6組成，其中用戶通過制式選擇輸入裝置6輸入用戶指令給DSP處理器5，該用戶指令經解碼分析出需要的控制參數後，由DSP處理器5控制逆變器相應的輸出電壓、輸出相位、輸出頻率，最後輸出逆變驅動信號給三路單相逆變電路2，經其中的逆變器逆變後，通過集中旁路部分3輸出正弦波交流電。

如圖1所示，三路單相PFC整流電路1由三路單相PFC電路並聯組成，輸入交流端可以取用單相交流電或三相交流電，當使用單相輸入時只需將三路輸入並聯即可。輸入的交流電通過PFC整流電路1變換成穩定平滑的直流電，並提高了交流輸入側的功率因數和輸出直流電壓，最後接入公共的直流母線。另外由於用戶要求的輸入、輸出電壓範圍不同，經PFC整流後的直流母線電壓值也會不同。PFC升壓後的直流母線電壓受DSP處理器5發出的給定信號控制，所以只需更改DSP處理器5內部PWM的寬度就可完成母線電壓的設定，以適應不同交流輸出電壓所需的不同母線電壓值。

所述的三路單相逆變電路2中三路單相逆變器互相獨立，即Y形輸出的三相逆變器，該三路逆變器的控制信號均由DSP處理器5內部的定時器產生，因此更改DSP處理器5內部的相應定時參數就可以控制輸出交流電壓的幅值、頻率等參數。若要輸出三相交流電只要將三路輸出交流電壓的相位差改為120度；若要輸出單相交流電則需將三路輸出交流電壓的相位差改為0度，在旁路輸出端將三路輸出短路就可形成單相輸出。由於逆變器本身具有均流控制功能，所以不必擔心並聯後輸出電流不均的現象，輸出頻率的改變只需更改DSP處理器5內部定時器的周期值。

由於採用了集中旁路切換方式，所以非常適合多種制式的轉換。在單相輸入時，將集中旁路的旁路輸入、UPS輸入、UPS輸出的R、S、T相併聯，就可以完成單相輸入、單相輸出；在三相輸入單相輸出時，只需將集中旁路的旁路輸入、UPS輸出的R、S、T相併聯，UPS輸入不變，就可以完成三相輸入、單相輸出的功能。

該發明一種UPS電源實現多制式選擇的方法，包括以下步驟：

1、開機前用戶通過制式選擇輸入裝置6輸入所需的輸入輸出相數、輸入輸出電壓和輸入輸出頻率；

2、UPS模組中的DSP處理器5在上電初始化時，按用戶輸入的指令初始化相應變數初始值；然後依次設定輸出頻率、輸出電壓和輸出相位，最後輸出逆變驅動信號給三路單相逆變電路2，經其中的逆變器逆變後，通過集中旁路部分3輸出正弦波交流電。

現詳細描述不同制式下的實現方法；

1、三相輸入、三相輸出的實現方法：DSP處理器5檢測到用戶輸入的指令，將用戶指令解碼分析後，改變三路輸出電壓相位使三路均相差120度，並將輸出電壓、輸出頻率等參數設定為相應值，由於輸入端三相與單相通用，所以不用設定輸入參數直接將三相交流輸入即可，工作電流走向如圖5所示；

2、三相輸入、單相輸出的實現方法：DSP處理器5檢測到用戶輸入的指令，將用戶指令解碼分析後，改變輸出電壓相位使三路均相差0度，並使能輸出相間均流程式，將輸出電壓、輸出頻率等參數設定為相應值；由於輸入端三相與單相通用，所以不用設定輸入參數直接將三相交流輸入即可；在集中旁路的UPS輸出端將三相交流輸出並聯，使其輸出單相電源，工作電流走向如圖4所示；

3、單相輸入、單相輸出的實現方法：DSP處理器5檢測到用戶輸入的指令，將用戶指令解碼分析後，改變輸出電壓相位使三路均相差0度，並使能輸出相間均流程式，將輸出電壓、輸出頻率等參數設定為相應值；由於輸入端三相與單相通用，所以不用設定輸入參數直接將三相交流輸入端並聯即可；在集中旁路的UPS輸出端將三相交流輸出並聯，使其輸入、輸出單相電源；工作電流走向如圖3所示；

4、單相輸入、三相輸出的實現方法：DSP處理器5檢測到用戶輸入的指令，將用戶指令解碼分析後，改變輸出電壓相位使三路均相差120度，將輸出電壓、輸出頻率等參數設定為相應值；由於輸入端三相與單相通用，所以不用設定輸入參數直接將三相交流輸入端並聯即可，使其輸入單相電源，輸出三相電源；工作電流走向如圖6所示；

如圖7所示，為該發明的可實現多制式選擇的具體實施方式。在設定參數的步驟中，先選擇設定輸出頻率50赫茲或者60赫茲；然後選擇設定輸出電壓為220伏、230伏或者240伏；再選擇輸出相位是單相或者三相。最後可獲得如圖8所示的可滿足不同國家的供電要求的24種工作制式。

該發明既適用於單模組的UPS電源，也適用於多模組的UPS電源，如圖2所示的模組1~模組n則為多個UPS模組。

該發明的發明精神在於：用戶在開機前選擇好所需的工作制式及輸入輸出電壓和頻率，UPS模組中的DSP處理器在上電初始化時，按用戶要求初始化相應數據，由DSP處理器控制相應的輸出電壓、輸出相位、輸出頻率，最後輸出逆變驅動信號給三路單相逆變電路，經逆變器逆變後，通過集中旁路部分輸出正弦波交流電。DSP控制逆變輸出電壓，是依靠改變正弦脈寬調製（SPWM）的調製比來實現的，調製比的改變也應改變了SPWM的調製脈寬，也就改變了輸出電壓的幅值；DSP控制逆變輸出頻率，是改變了SPWM的載波周期來實現的，在正弦表不變的情況下，載波頻率的改變實際就是改變了正弦波的輸出頻率；DSP控制逆變輸出相位是，改變了三路逆變器正弦表的查表起始值來實現的，當在同一載波周期，三路正弦值都為一樣時，表示三路輸出電壓相位相差0°，當在同一載波周期，三路正弦值相差120°時，表示三路輸出電壓相位相差120°，也就是輸出三相電壓。

在該發明中，配合了單路三相整流器和單路三相逆變器，才能根據用戶輸入的用電的制式要求，包括輸入所需的輸入輸出相數、輸入輸出電壓和輸入輸出頻率等參數，通過DSP處理器的控制，實現多制式的目的。

榮譽表彰

2014年11月6日，《一種多制式UPS電源及其實現方法》獲得第十六屆中國專利優秀獎。