一种电能转换电路系统及不间断电源的制作方法

本实用新型涉及不间断电源技术领域，尤其涉及一种电能转换电路系统及不间断电源。

背景技术：

UPS(Uninterruptible Power System，不间断电源)用于给计算机、服务器、网络系统或其它关键设备提供稳定、可靠、纯净的不间断电力供应。现有的UPS的电能转换电路系统主要由主路输入电路和旁路输入电路组成，其中，主路输入电路包括主供电单元、辅助供电单元、逆变单元以及切换开关。在主路输入电路正常工作时，主供电单元以及逆变单元输出稳定和高质量的电压给负载供电，同时主供电单元给辅助供电单元充电；当主路输入电路欠压或者掉电时，辅助供电单元放电，保证逆变单元继续为负载提供不间断供电；当逆变单元发生故障时，可切换旁路输入电路为负载继续供电。其中，主供电单元的容量与逆变单元的容量相当，且逆变单元具有短时过载150％的能力，一般智能维持在1s以内。

而常见的医用设备，如电子计算机断层扫描仪(computed tomography，CT)、磁共振成像仪(Magnetic Resonance Imaging，MRI)的典型输入电流具有以下特点：

1、峰值电流高，设备工作时，峰值电流可达到其平均有效值电流的150％-200％，峰值比>3.2；

2、峰值电流持续时间长，一般持续10-100s；

3、视检查部位不同，可能连续出现1-3次峰值电流；

4、谐波畸变率THD>45％，有明显的直流分量、三相不平衡以及超前功率因数。

可见，利用现有的UPS为医用设备供电存在不匹配的问题，这将导致医用设备供电系统的可靠性降低。现有技术为了解决上述问题，往往需要扩大配电容量以及UPS容量，但这将大大增加医用设备供电系统的成本。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种电能转换电路系统及不间断电源，用以解决现有的不间断电源无法与医用设备相匹配的问题。

本实用新型实施例提供了一种电能转换电路系统，包括主路输入电路和旁路输入电路，其中，主路输入电路包括主供电单元、辅助供电单元、逆变单元以及第一切换开关，旁路输入电路包括旁路供电单元以及第二切换开关，所述旁路输入电路用于在负载功率高于所述逆变单元的容量时为负载供电，所述主路输入电路用于在负载功率不高于所述逆变单元的容量时为负载供电，其中：

所述主供电单元，用于在负载功率不高于所述主供电单元的容量时，为所述逆变单元提供直流电能，并为所述辅助供电单元充电；在负载功率高于所述主供电单元的容量时，为所述逆变单元提供第一功率的直流电能；

所述辅助供电单元，用于在负载功率不高于所述主供电单元的容量时，储存所述主供电单元为所述辅助供电单元提供的电能；在负载功率高于所述主供电单元的容量时，为所述逆变单元提供第二功率的直流电能，所述第二功率与所述第一功率之和等于负载功率；

所述逆变单元，用于将接收到的直流电能转化为交流电能并为负载供电；

其中，所述逆变单元的容量大于所述主供电单元的容量。

相应地，本实用新型实施例还提供了一种不间断电源，所述不间断电源包括上述的电能转换电路系统，

本实用新型有益效果如下：

本实用新型实施例提供了一种电能转换电路系统及不间断电源，可通过扩大逆变单元的容量，使得逆变单元的容量高于主供电单元的容量；以及，当负载功率不高于主供电单元的容量时，由主供电单元为逆变单元提供电能，并为辅助供电单元充电；当负载功率高于主供电单元的容量时，由辅助供电单元辅助主供电单元共同为逆变单元提供电能。也就是说，当负载功率/输出电流瞬时增高并持续时间较长时，逆变单元的容量足够大即可不进行过载保护；且辅助供电单元可与主供电单元共同为逆变单元提供电能，可保证充足的能量以带动负载；因此，可在不增加配电容量和保证供电的可靠性的前提下，适应于医用设备的供电需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1所示为本实用新型实施例中的电能转换电路系统的结构示意图；

图2所示为本实用新型实例一中的电能转换电路系统的结构示意图；

图3所示为本实用新型实例二中的电能转换电路系统的结构示意图；

图4所示为本实用新型实例三中的另一种电能转换电路系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

本实用新型实施例提供了一种电能转换电路系统，具体地，如图1所示，其为本实用新型实施例中所述电能转换电路系统的结构示意图，可包括主路输入电路和旁路输入电路，其中，主路输入电路可包括主供电单元11、辅助供电单元12、逆变单元13以及第一切换开关14，旁路输入电路可包括旁路供电单元21以及第二切换开关22，所述旁路输入电路用于在负载功率高于所述逆变单元的容量时为负载供电，所述主路输入电路用于在负载功率不高于所述逆变单元的容量时为负载供电，其中：

所述主供电单元11，用于在负载功率不高于所述主供电单元11的容量时，为所述逆变单元13提供直流电能，并为所述辅助供电单元12充电；在负载功率高于所述主供电单元11的容量时，为所述逆变单元13提供第一功率的直流电能；

所述辅助供电单元12，用于在负载功率不高于所述主供电单元11的容量时，储存所述主供电单元11为所述辅助供电单元12提供的电能；在负载功率高于所述主供电单元11的容量时，为所述逆变单元13提供第二功率的直流电能，所述第二功率与所述第一功率之和等于负载功率；

所述逆变单元13，用于将接收到的直流电能转化为交流电能并为负载供电；

其中，所述逆变单元13的容量大于所述主供电单元11的容量。

也就是说，本实用新型实施例提供的电能转换电路系统，可通过扩大逆变单元的容量，使得逆变单元的容量高于主供电单元的容量；以及，当负载功率不高于主供电单元的容量时，由主供电单元为逆变单元提供电能，并为辅助供电单元充电；当负载功率高于主供电单元的容量时，由辅助供电单元辅助主供电单元共同为逆变单元提供电能。也就是说，当负载功率/输出电流瞬时增高并持续时间较长时，逆变单元的容量足够大即可不进行过载保护；且辅助供电单元可与主供电单元共同为逆变单元提供电能，可保证充足的能量以带动负载；因此，可在不增加配电容量和保证供电的可靠性的前提下，适应于医用设备的供电需求。

需要说明的是，所述主供电单元11可包括主路输入端口以及整流器，主路输入端口可用于与市电相连，市电通过整流器被转换为稳定的直流电能，此处不再赘述。

可选地，所述电能转换电路系统还可包括控制电路(图1中未示出)，所述控制电路可用于确定负载功率；以及，若确定负载功率不高于所述主供电单元11的容量，则根据负载功率，控制所述主供电单元11输出第三功率的直流电能，所述第三功率不小于负载功率；若确定负载功率高于所述主供电单元11的容量，则根据所述负载功率，控制所述主供电单元11为所述逆变单元13提供第一功率的直流电能。

相应地，所述辅助供电单元12可包括储能装置，所述储能装置用于根据所述主供电单元11输出的第三功率的直流电能以及负载功率，存储所述主供电单元11输出的第四功率的直流电能，所述第四功率与负载功率之和等于所述第三功率；或根据所述主供电单元11输出的第一功率的直流电能以及负载功率，为所述逆变单元13提供第二功率的直流电能。

也就是说，可将仅包括储能装置的辅助供电单元12直接挂接到主供电单元11与逆变单元13之间的直流母线上。由于逆变单元13的功率由负载功率决定，因此控制电路可通过检测逆变单元13的输出电流以及输出电压或逆变单元13的输入电流以及输入电压来确定逆变单元13的功率，因此确定负载功率。

若控制电路确定负载功率不高于主供电单元11的容量，则可根据负载功率，控制主供电单元11输出第三功率的直流电能，第三功率不小于负载功率，直接挂接到主供电单元11与逆变单元13之间的直流母线上的储能装置即可将多余的电能存储，即，存储主供电单元11输出的第四功率的直流电能(第四功率与负载功率之和等于第三功率)；

若控制电路确定负载功率高于主供电单元11的容量，则可根据负载功率，控制主供电单元11为逆变单元13提供第一功率的直流电能，由于第一功率的直流电能无法满足逆变单元13的能量需求，直接挂接到主供电单元11与逆变单元13之间的直流母线上的储能装置即可辅助主供电单元11为逆变单元13提供电能，即，为逆变单元13提供第二功率的直流电能(第二功率与第一功率之和等于负载功率)。

储能装置直接挂接到主供电单元与逆变单元之间的直流母线上，可加快储能装置在放电状态和充电状态之间的切换，因此不仅能够使得储能装置可以最大允许功率进行能量的即时补充，即利用医用设备的非峰值电流工作间隙进行能量补充；而且，当负载功率瞬时升高(输出电流出现峰值电流)时，储能装置可进行快速放电，辅助主供电单元为逆变单元提供直流电能。

进一步可选地，所述电能转换电路系统还可包括控制电路(图1中未示出)，所述控制电路可用于确定负载功率；以及，若确定负载功率不高于所述主供电单元11的容量，则根据负载功率，控制所述主供电单元11输出第五功率的直流电能，所述第五功率不小于负载功率；以及控制所述辅助供电单元12储存所述主供电单元11输出的第六功率的直流电能，所述第六功率与负载功率之和等于所述第五功率；若确定负载功率高于所述主供电单元11的容量，则根据负载功率，控制所述主供电单元11为所述逆变单元13提供第一功率的直流电能，以及控制所述辅助供电单元12为所述逆变单元13提供第二功率的直流电能。

相应地，所述辅助供电单元12可包括储能装置以及变换器，其中：

所述变换器，用于接收所述控制电路的控制指令；根据接收到的第一控制指令控制所述储能装置充电；或，根据接收到的第二控制指令控制所述储能装置放电；

所述储能装置，用于储存所述主供电单元11输出的第六功率的直流电能，或为所述逆变单元13提供第二功率的直流电能。

也就是说，可将储能装置通过变换器连接在主供电单元11与逆变单元13之间的直流母线上，例如，可将铅蓄电池通过电池变换器连接在主供电单元11与逆变单元13之间的直流母线上。由于逆变单元13的功率由负载功率决定，因此控制电路可通过检测逆变单元13的输出电流以及输出电压或逆变单元13的输入电流以及输入电压来确定逆变单元的功率，因此确定负载功率。

若控制电路确定负载功率不高于主供电单元11的容量，则可根据负载功率，控制主供电单元11输出第五功率的直流电能，第五功率不小于负载功率，并向变换器发送第一控制指令，以使得变换器控制储能装置充电，进而使得储能装置储存主供电单元11输出的第六功率的直流电能(第六功率与负载功率之和等于第五功率)；

若控制电路确定负载功率高于主供电单元11的容量，则可根据负载功率，控制主供电单元11为逆变单元13提供第一功率的直流电能，并向变换器发送第二控制指令，以使得变换器控制储能装置放电，进而使得储能装置为逆变单元13提供第二功率的直流电能(第二功率与第一功率之和等于负载功率)。

另外，需要说明的是，可采用高效率的变换器，以加快储能装置在放电状态和充电状态之间的切换，因此不仅能够使得储能装置可以最大允许功率进行能量的即时补充，即利用医用设备的非峰值电流工作间隙进行能量补充；而且，当负载功率瞬时升高(输出电流出现峰值电流)时，储能装置可进行快速放电，辅助主供电单元为逆变单元提供直流电能。

另外，需要说明的是，控制电路也可用于当确定储能装置的容量已满且确定负载功率不高于主供电单元11的容量，则根据负载功率，控制主供电单元11输出与负载功率相当的直流电能，即，当储能装置的容量已满时，主供电单元11可无需为辅助供电单元12充电，此处不再赘述。

进一步的，所述第一功率可为主供电单元11的最大功率(即第一功率为主供电单元11的容量)，所述第一功率也可小于主供电单元11的最大功率。也就是说，在负载功率高于主供电单元11的容量时，主供电单元11可以最大功率为逆变单元13提供直流电能，也可以低于自身容量的功率为逆变单元13提供直流电能，在辅助供电单元12的辅助下可共同为逆变单元提供可带动负载的电能即可。

需要说明的是，所述储能装置可包括动力电池、超级电容以及飞轮储能装置中的任意一种，本实施例在此不作任何限定。

另外，本实施例还提供一种不间断电源，所述不间断电源可包括上述电能转换电路系统。

下面将以具体实例对本实用新型实施例提供的电能转换电路系统进行详细说明：

实例一：

如图2所示，其为电能转换电路系统的一种结构示意图，可包括主路输入电路和旁路输入电路，其中，主路输入电路可包括主供电单元、辅助供电单元、逆变单元以及第一切换开关，旁路输入电路可包括旁路供电单元以及第二切换开关，旁路输入电路用于在负载功率高于逆变单元的容量时为负载供电，主路输入电路用于在负载功率不高于逆变单元的容量时为负载供电，其中：

主供电单元，用于在负载功率不高于主供电单元的容量时，为逆变单元提供直流电能，并为辅助供电单元充电；在负载功率高于主供电单元的容量时，为逆变单元提供第一功率的直流电能；

辅助供电单元，用于在负载功率不高于主供电单元的容量时，储存主供电单元为辅助供电单元提供的电能；在负载功率高于主供电单元的容量时，为逆变单元提供第二功率的直流电能，第二功率与第一功率之和等于负载功率；

逆变单元，用于将接收到的直流电能转化为交流电能并为负载供电；

其中，逆变单元的容量大于主供电单元的容量。

其中，逆变单元具体为逆变器。主供电单元包括主路输入端口以及整流器，主路输入端口用于与市电相连，市电通过整流器被转换为稳定的直流电能。

该电能转换电路系统还包括控制电路(图2中未示出)，控制电路用于确定负载功率；以及，若确定负载功率不高于整流器的容量，则根据负载功率，控制整流器输出第三功率的直流电能，第三功率不小于负载功率；若确定负载功率高于整流器的容量，则根据负载功率，控制整流器为逆变器提供第一功率的直流电能。

辅助供电单元包括蓄电池，直接挂接到整流器与逆变器之间的直流母线上，用于根据整流器输出的第三功率的直流电能以及负载功率，存储整流器输出的第四功率的直流电能，第四功率与负载功率之和等于第三功率；或根据整流器输出的第一功率的直流电能以及负载功率，为逆变器提供第二功率的直流电能。

实例二：

如图3所示，其为电能转换电路系统的另一种结构示意图，可包括主路输入电路和旁路输入电路，其中，主路输入电路可包括主供电单元、辅助供电单元、逆变单元以及第一切换开关，旁路输入电路可包括旁路供电单元以及第二切换开关，旁路输入电路用于在负载功率高于逆变单元的容量时为负载供电，主路输入电路用于在负载功率不高于逆变单元的容量时为负载供电，其中：

主供电单元，用于在负载功率不高于主供电单元的容量时，为逆变单元提供直流电能，并为辅助供电单元充电；在负载功率高于主供电单元的容量时，为逆变单元提供第一功率的直流电能；

辅助供电单元，用于在负载功率不高于主供电单元的容量时，储存主供电单元为辅助供电单元提供的电能；在负载功率高于主供电单元的容量时，为逆变单元提供第二功率的直流电能，第二功率与第一功率之和等于负载功率；

逆变单元，用于将接收到的直流电能转化为交流电能并为负载供电；

其中，逆变单元的容量大于主供电单元的容量。

其中，逆变单元具体为逆变器。主供电单元包括主路输入端口以及整流器，主路输入端口用于与市电相连，市电通过整流器被转换为稳定的直流电能。

该电能转换电路系统还包括控制电路(图3中未示出)，控制电路用于确定负载功率；以及，若确定负载功率不高于整流器的容量，则根据负载功率，控制整流器输出第五功率的直流电能，第五功率不小于负载功率；以及控制辅助供电单元储存整流器输出的第六功率的直流电能，第六功率与负载功率之和等于第五功率；若确定负载功率高于整流器的容量，则根据负载功率，控制整流器为逆变器提供第一功率的直流电能，以及控制辅助供电单元为逆变器提供第二功率的直流电能。

辅助供电单元包括蓄电池以及变换器，蓄电池通过变换器连接在整流器与逆变器之间的直流母线上，其中：变换器用于接收控制电路的控制指令；根据接收到的第一控制指令控制蓄电池充电；或，根据接收到的第二控制指令控制蓄电池放电；蓄电池用于根据变换器的控制储存整流器输出的第六功率的直流电能，或为逆变器提供第二功率的直流电能。

实例三：

如图4所示，本实例提供另一种电能转换电路系统，蓄电池的放电端口与整流器的电能输入端口相连，蓄电池的充电端口通过充电器连接在整流器与逆变器之间的直流母线上。

蓄电池用于在市电欠压，整流器的输出功率无法达到额定的输出功率时，为整流器提供足够的电能，以达到稳定整流器的输出的目的；或用于在负载功率不高于整流器的容量时，存储整流器为其提供的电能。

综上所述，本实用新型实施例提供的电能转换电路系统及不间断电源，可通过扩大逆变单元的容量，使得逆变单元的容量高于主供电单元的容量；以及，当负载功率不高于主供电单元的容量时，由主供电单元为逆变单元提供电能，并为辅助供电单元充电；当负载功率高于主供电单元的容量时，由辅助供电单元辅助主供电单元共同为逆变单元提供电能。也就是说，当负载功率/输出电流瞬时增高并持续时间较长时，逆变单元的容量足够大即可不进行过载保护；且辅助供电单元可与主供电单元共同为逆变单元提供电能，可保证充足的能量以带动负载；因此，可在不增加配电容量和保证供电的可靠性的前提下，适应于医用设备的供电需求。

另外，可将储能装置直接挂接到主供电单元与逆变单元之间的直流母线上，或将储能装置通过高效率的变换器连接在主供电单元与逆变单元之间的直流母线上，从而可加快储能装置在放电状态和充电状态之间的切换，因此不仅能够使得储能装置可以最大允许功率进行能量的即时补充，即利用医用设备的非峰值电流工作间隙进行能量补充；而且，当负载功率瞬时升高(输出电流出现峰值电流)时，储能装置可进行快速放电，辅助主供电单元为逆变单元提供直流电能。

此外，附图和说明书中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。