一种模块化UPS系统的制作方法

一种模块化ups系统
技术领域
1.本实用新型涉及电力电子领域，特别涉及一种模块化ups系统。


背景技术：

2.当前模块化ups(uninterruptible power supply，不间断电源)的应用中，为了实现高功率密度，大多采用了igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)单管方案。在一些中小功率的模块化ups中，其母线电容数量较少，一旦某一模块中逆变器的单管igbt发生故障短路，母线电容的能量无法让该igbt开路，此时该逆变器呈现出短路特性，从而与该模块并联的其他ups模块的输出电流将流入故障ups模块，由于ups模块的输出限流，如果并联的ups模块较少，流入故障ups模块的电流也无法冲断故障igbt和逆变器保险，将导致ups控制器将该短路误判为ups短路，常规的ups短路保护为等待200ms后切换到旁路供电，因此igbt单管故障断路后的200ms内ups模块将出现输出掉载现象。
3.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种能够实现逆变器故障的快速保护的模块化ups系统。其具体方案如下：
5.一种模块化ups系统，包括多个ups模块，每个所述ups模块包括动作子模块和控制子模块，其中，
6.所述动作子模块包括：依次连接的整流器、整流器母线电容、快速熔断器、逆变器和继电器，所述快速熔断器中通过所述整流器到所述逆变器的电流，当所述电流超过预设电流值，所述快速熔断器熔断；
7.所述控制子模块包括：
8.用于检测所述快速熔断器两端的熔断器电压、当所述熔断器电压超过预设电压值时发出保护信号的电压检测电路；
9.用于接收所述保护信号并根据所述保护信号输出断开信号的逆变控制器；
10.用于接收所述断开信号并根据所述断开信号控制所述继电器断开的继电器驱动电路。
11.优选的，所述电压检测电路包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、稳压二极管和光耦单元，其中：
12.所述第一电阻的第一端与所述快速熔断器的第一端连接，所述第二电阻的第一端与所述快速熔断器的第二端连接；
13.所述第一电阻的第二端与所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极分别连接；所述第二电阻的第二端与所述第三二极管的阳极、所述第四二极管的阴极分别连接；
14.所述第一二极管的阴极与所述第三二极管的阴极、所述稳压二极管的阴极分别连
接，所述稳压二极管的阳极与所述光耦单元的输入侧第一端连接；
15.所述第二二极管的阳极与所述第四二极管的阳极、所述光耦单元的输入侧第二端分别连接；
16.所述光耦单元的输出侧输出所述保护信号。
17.优选的，所述控制子模块还包括：用于接收所述保护信号并根据所述保护信号将所有待驱动所述逆变器的驱动信号接地的脉冲封锁电路。
18.优选的，所述脉冲封锁电路包括：
19.转换子电路，用于接收所述保护信号，并根据所述保护信号在输出端输出接地信号；
20.多个封锁二极管，每个所述封锁二极管的阴极均与所述转换子电路的输出端连接并接收所述接地信号，多个所述封锁二极管的阳极与所有输出所述驱动信号的输出引脚一一连接。
21.优选的，所述动作子模块还包括：位于所述快速熔断器和所述逆变器之间的逆变器母线电容。
22.优选的，所述整流器母线电容包括第一电容和第二电容，所述第一电容的两端分别与所述整流器的三相输出端的第一相输出端和第二相输出端连接，所述第二电容的两端分别与所述整流器的三相输出端的所述第二相输出端和第三相输出端连接，所述第二相输出端为所述整流器的中间相输出端。
23.优选的，所述整流器的任一相输出端通过所述快速熔断器与所述逆变器对应的某一相输入端连接；
24.所述整流器的其余两相输出端直接与所述逆变器对应的其余两相输入端连接。
25.优选的，所述快速熔断器包括第一熔断器和第二熔断器；
26.所述整流器的任两相输出端分别通过所述第一熔断器和所述第二熔断器与所述逆变器对应的某两相输入端连接；
27.所述整流器的剩余一相输出端直接与所述逆变器对应的剩余一相输入端连接；
28.所述控制子模块包括两个所述电压检测电路，分别用于检测所述第一熔断器、所述第二熔断器的熔断器电压；
29.当所述逆变控制器收到任一所述电压检测电路的所述保护信号，则输出断开信号。
30.优选的，所述整流器的第一相输出端、第三相输出端分别通过所述第一熔断器和所述第二熔断器与所述逆变器的第一相输入端、第三相输入端连接；
31.所述整流器的第二相输出端直接与所述逆变器的第二相输入端连接。
32.优选的，所述快速熔断器包括第一熔断器、第二熔断器和第三熔断器；
33.所述整流器的三相输出端分别通过所述第一熔断器、所述第二熔断器、所述第三熔断器与所述逆变器的三相输入端连接；
34.所述控制子模块包括三个所述电压检测电路，分别用于检测所述第一熔断器、所述第二熔断器、所述第三熔断器的熔断器电压；
35.当所述逆变控制器收到任一所述电压检测电路的所述保护信号，则输出断开信号。
36.本技术公开了一种模块化ups系统，包括多个ups模块，每个所述ups模块包括动作子模块和控制子模块，其中，所述动作子模块包括：依次连接的整流器、整流器母线电容、快速熔断器、逆变器和继电器，所述快速熔断器中通过所述整流器到所述逆变器的电流，当所述电流超过预设电流值，所述快速熔断器熔断；所述控制子模块包括：用于检测所述快速熔断器两端的熔断器电压、当所述熔断器电压超过预设电压值时发出保护信号的电压检测电路；用于接收所述保护信号并根据所述保护信号输出断开信号的逆变控制器；用于接收所述断开信号并根据所述断开信号控制所述继电器断开的继电器驱动电路。本技术中当逆变器故障其电流使快速熔断器熔断，初步实现电路保护，紧接着电压检测电路发出保护信号，使逆变控制器输出断开信号，从而控制继电器驱动电路将继电器断开，达到完整的电路保护，保护过程迅速，能够及时完成故障模块的隔离，避免总系统输出掉载的情况发生。
附图说明
37.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
38.图1为本实用新型实施例中一种模块化ups系统的结构分布图；
39.图2为本实用新型实施例中一种电压检测电路的结构分布图；
40.图3为本实用新型实施例中一种脉冲封锁电路的结构分布图；
41.图4为本实用新型实施例中一种继电器驱动电路的结构分布图；
42.图5为本实用新型实施例中一种具体的动作子模块的结构分布图。
具体实施方式
43.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
44.本实用新型实施例公开了一种模块化ups系统，参见图1所示，包括多个ups模块1-n，每个ups模块包括动作子模块和控制子模块，其中，
45.动作子模块包括：依次连接的整流器11、整流器母线电容c01、快速熔断器f、逆变器12和继电器13，快速熔断器f中通过整流器11到逆变器12的电流，当电流超过预设电流值，快速熔断器f熔断；
46.控制子模块包括：
47.用于检测快速熔断器f两端的熔断器电压、当熔断器电压超过预设电压值时发出保护信号的电压检测电路21；
48.用于接收保护信号并根据保护信号并输出断开信号的逆变控制器22；
49.用于接收断开信号并根据断开信号控制继电器13断开的继电器驱动电路23。
50.具体的，整流器母线电容c01的两端与整流器11的两个输出端连接，常规情况下逆变器12的输入端与整流器11的输出端相应连接，快速熔断器f则位于逆变器12与整流器11
的连接线上并通过整流器11向逆变器12发送的电流，继电器13与逆变器12的输出端连接。
51.对于一个ups模块，如果其内部逆变器12的igbt管发生故障断路，逆变器12与快速熔断器f、整流器母线电容c01的电流回路上，电流会明显增大，当电流超出预设电流值，该预设电流值通常为令本质为快熔保险丝的快速熔断器f熔断的额定熔断电流值，电压检测电路21产生保护信号，使逆变控制器22输出断开信号，继电器驱动电路23根据该断开信号控制继电器13断开，从而实现整个ups模块的故障隔离，使得其系统输出的间断时间不超过10ms，避免了输出掉载现象。
52.进一步的，动作子模块还包括：位于快速熔断器f和逆变器12之间的逆变器母线电容c02，该逆变器母线电容c02的两端与逆变器12的两个输入端连接。
53.进一步的，参见图2所示，电压检测电路21包括第一电阻r1、第二电阻r2、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、稳压二极管zd1和光耦单元u1，其中：
54.第一电阻r1的第一端与快速熔断器f的第一端连接，第二电阻r2的第一端与快速熔断器f的第二端连接；
55.第一电阻r1的第二端与第一二极管d1的阳极、第二二极管d2的阴极分别连接；第二电阻r2的第二端与第三二极管d3的阳极、第四二极管d4的阴极分别连接；
56.第一二极管d1的阴极与第三二极管d3的阴极、稳压二极管zd1的阴极分别连接，稳压二极管zd1的阳极与光耦单元u1的输入侧第一端连接；
57.第二二极管d2的阳极与第四二极管d4的阳极、光耦单元u1的输入侧第二端分别连接；
58.光耦单元u1的输出侧输出保护信号。
59.具体的，光耦单元u1内部包括一个发光二极管和一个光敏二极管，发光二极管的阳极作为输入侧第一端，阴极作为输入侧第二端，光敏二极管位于发光二极管的发光区域内，光敏二极管的两端作为光耦单元u1的输出侧输出端。
60.可以理解的是，第一电阻r1和第二电阻r2的具体阻值设置，可以调控发送到光耦单元u1的电压值，从而实现光耦单元u1的输入侧的熔断器电压超过预设电压值时光耦单元u1的输出侧输出保护信号的目的。
61.二极管d1-d4则形成一个全桥，不论输入电压的方向正负，该电压检测电路21均能够实现电压幅值的大小比较。
62.进一步的，控制子模块还包括：用于接收保护信号并根据保护信号将所有待驱动逆变器12的驱动信号接地的脉冲封锁电路24。
63.进一步的，参见图3所示，脉冲封锁电路24包括：
64.转换子电路u2，用于接收保护信号，并根据保护信号在输出端输出接地信号；
65.多个封锁二极管d0，每个封锁二极管d0的阴极均与转换子电路u2的输出端连接并接收接地信号，多个封锁二极管d0的阳极与所有输出驱动信号的输出引脚一一连接。
66.具体的，输出引脚可包括：inv_a1_ah、inv_a4_ah、inv_b1_ah、inv_b4_ah、inv_c01_ah和inv_c4_ah，用于发出驱动信号以驱动逆变器12中的igbt管。
67.当转换子电路u2收到光耦单元u1发送的保护信号，内部进行信号转换和放大，将输出一个低电平的接地信号，以使所有的封锁二极管d0导通，强制所有驱动信号的输出引脚接地，从而逆变器12只能收到零脉冲的驱动信号，从而实现了脉冲封锁。
68.进一步的，继电器驱动电路23的具体实施电路有多种方案，例如图4所示的电路方案，其输入引脚d接收断开信号，继电器控制端为relay_a_dr 和relay_a_dr-，当输入引脚d的电平为1，则开关管q1导通，两个继电器控制端之间存在大电压，继电器13闭合，当输入引脚d的电平为0，也即收到断开信号，开关管q1关断，两个继电器控制端之间无电压，继电器13断开。
69.可以理解的是，以上描述仅为某一电路方案的相关举例，动作子模块和控制子模块中的每个单元电路的具体结构，均可以根据实际需求相应设置和调整，每个单元电路都存在多种可选方案，并没有唯一电路的限制。
70.本技术实施例中当逆变器故障其电流使快速熔断器熔断，初步实现电路保护，紧接着电压检测电路发出保护信号，使逆变控制器输出断开信号，从而控制继电器驱动电路将继电器断开，达到完整的电路保护，保护过程迅速，能够及时完成故障模块的隔离，避免总系统输出掉载的情况发生。
71.本实用新型实施例公开了一种具体的模块化ups系统，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：
72.参见图5所示，图5为一个ups模块的动作子模块的三相转换的具体结构，其中整流器11及相关电路包括l1-l9、c1-c3、q1-q6、d1-d6、q13-18，逆变器12及相关电路包括q19-q30、l10-l12、c6-c8，继电器13包括ry1-ry3，f1-f3为输入保护熔断器，f7-f9为输出保护熔断器。
73.进一步的，整流器母线电容c01包括第一电容c4和第二电容c5，第一电容c4的两端分别与整流器11的三相输出端的第一相输出端和第二相输出端连接，第二电容c5的两端分别与整流器11的三相输出端的第二相输出端和第三相输出端连接，第二相输出端为整流器11的中间相输出端。
74.此时，快速熔断器f可选择1-3个熔断器实现，具体的：
75.若只有一个熔断器，则该熔断器为图5中的f4或f5或f6，整流器11的任一相输出端通过快速熔断器f与逆变器12对应的某一相输入端连接；整流器11的其余两相输出端直接与逆变器12对应的其余两相输入端连接。
76.若快速熔断器f由两个熔断器实现，则这两个熔断器为图5中f4-f6这三个熔断器中的某两个，具体的，快速熔断器f包括第一熔断器和第二熔断器，整流器11的任两相输出端分别通过第一熔断器和第二熔断器与逆变器12对应的某两相输入端连接，整流器11的剩余一相输出端直接与逆变器12对应的剩余一相输入端连接；此时控制子模块包括两个电压检测电路21，分别用于检测第一熔断器、第二熔断器的熔断器电压；当逆变控制器22收到任一电压检测电路21的保护信号，则输出断开信号。
77.进一步的，在两个熔断器的方案中，通常选择f4和f6接入，也即：整流器11的第一相输出端、第三相输出端分别通过第一熔断器和第二熔断器与逆变器12的第一相输入端、第三相输入端连接；
78.整流器11的第二相输出端直接与逆变器12的第二相输入端连接。
79.若快速熔断器f由三个熔断器实现，也即图5中f4-f5这三个熔断器，此时快速熔断器f包括第一熔断器、第二熔断器和第三熔断器；整流器11的三相输出端分别通过第一熔断器、第二熔断器、第三熔断器与逆变器12的三相输入端连接；此时控制子模块包括三个电压
检测电路21，分别用于检测第一熔断器、第二熔断器、第三熔断器的熔断器电压；当逆变控制器22收到任一电压检测电路21的保护信号，则输出断开信号。
80.可以理解的是，快速熔断器f中熔断器的个数根据实际需求从1-3个中进行选择，不同的熔断器个数对应不同的保护范围和器件成本，同时每个熔断器对应一个电压检测电路21，逆变控制器22收到任何一个电压检测电路21的保护信号，都将输出断开信号，该断开信号同时控制所有继电器ry1-ry3断开。
81.本技术中当逆变器故障其电流使快速熔断器熔断，初步实现电路保护，紧接着电压检测电路发出保护信号，使逆变控制器输出断开信号，从而控制继电器驱动电路将继电器断开，达到完整的电路保护，保护过程迅速，能够及时完成故障模块的隔离，避免总系统输出掉载的情况发生。
82.对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。