專利名稱：具有多工作模式的ups系統(tǒng)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源設(shè)備以及操作方法，更具體地涉及UPS(不間斷電源)設(shè)備以及操作方法。
背景技術(shù)：
各種不同的結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用在UPS中，包括在線、備用以及在線交互式結(jié)構(gòu)。這樣的UPS結(jié)構(gòu)在例如Johnson的美國專利6,314,007中作了描述。
典型的在線UPS包括由DC(直流)鏈路進行連接的整流器和逆變器的組合。AC(交流)公共電源典型地耦合到整流器，所述整流器響應(yīng)性地在DC鏈路上產(chǎn)生DC電壓。逆變器典型地從DC鏈路的DC電壓產(chǎn)生用于受保護的負(fù)載的AC輸出電壓。輔助DC電源典型地耦合到DC鏈路，以在AC公共電源失效的時候提供電能到逆變器。
一些在線UPS可以包括旁路電路，所述旁路電路可以用來直接地將AC公共電源耦合到負(fù)載。旁通電路可以用于例如，當(dāng)整流器和/或逆變器失效時，停止整流器和/和逆變器以進行維修操作和/或提供電力到負(fù)載。這樣的旁通電路也可以用于提供“高效”工作模式，所述“高效”工作模式在Faria等人的美國專利6,295,215中作了描述。如Faria等人的美國專利6,295,215和Taimela的美國專利6,906,933中所描述的，在線UPS也可以在旁通模式中使用整流器和/或逆變器提供功率調(diào)節(jié)(例如，功率因數(shù)修正)。
為了減少UPS輸入電流的諧波畸變和/或改善UPS的功率因數(shù)，已經(jīng)提出了多種技術(shù)。例如，Oughton的PCT國際申請公開WO 94/14228描述了操作脈寬調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)，其中轉(zhuǎn)換器輸入電流的凹陷部分的出現(xiàn)被確定，響應(yīng)于PWM轉(zhuǎn)換器的多個雙向開關(guān)的切換產(chǎn)生控制信號，以便輸入電流僅在凹陷部分被調(diào)節(jié)。該電流可以被調(diào)節(jié)成通常的正弦波形狀以便輸入電流的整個諧波畸變受限制。Raddi等人的美國專利6,262,899、6,400,586以及6,661,678描述了用于UPS系統(tǒng)的各種功率因數(shù)修正電路。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一些實施例中，電源系統(tǒng)包括被配置為耦合到AC電源的AC輸入；被配置為耦合到負(fù)載的AC輸出；UPS，具有耦合到AC輸入的輸入和耦合到AC輸出的輸出；以及旁路電路，其耦合在AC輸入和AC輸出之間，并且被配置為斷開和閉合AC輸入和AC輸出之間的旁路通道。該系統(tǒng)進一步包括被配置為控制UPS和旁路電路的控制器，這樣當(dāng)AC輸入為第一輸入電壓幅度情況時，UPS作為在線UPS工作，當(dāng)AC輸入為第二輸入電壓幅度情況時，UPS作為備用UPS工作。第一電壓幅度情況可以包括AC輸入上的輸入電壓具有大于預(yù)定閾值的幅度，第二輸入電壓幅度情況可以包括AC輸入上的輸入電壓具有小于預(yù)定閾值的幅度。在一些實施例中，控制器被配置為當(dāng)UPS作為備用UPS工作時，將該UPS作為線路電流調(diào)節(jié)器進行操作。
本發(fā)明的進一步實施例中，UPS可以包括整流器，具有耦合到AC輸入的輸入；逆變器，具有耦合到AC輸出的輸出；以及DC鏈路，將整流器的輸出耦合到逆變器的輸入。UPS進一步包括耦合到DC鏈路的電池，并且該控制器被配置為當(dāng)UPS作為備用UPS工作時，使逆變器提供電流對電池充電。UPS進一步包括將電池耦合到DC鏈路的轉(zhuǎn)換器，并且控制器被配置為當(dāng)UPS作為在線UPS工作時，操作轉(zhuǎn)換器以控制UPS輸入的電流?？刂破饕部梢员慌渲脼楫?dāng)UPS作為在線UPS工作時，使逆變器調(diào)節(jié)AC輸出的AC電壓。
根據(jù)本發(fā)明的其他方面，UPS包括AC輸入；AC輸出；二極管電橋整流器，其具有耦合到AC輸入的輸入；逆變器，其具有耦合到AC輸出的輸出，以及DC鏈路，將整流器的輸出耦合到逆變器的輸入。UPS進一步包括多模式轉(zhuǎn)換器，其耦合到DC鏈路并且被配置為可選擇地耦合到電池和AC輸入，在UPS第一和第二工作模式中分別相應(yīng)地支持電池轉(zhuǎn)換和AC輸入上的電流控制。
該多模式轉(zhuǎn)換器可以被配置為在AC輸入的AC電壓波形的選定周期中傳導(dǎo)AC輸入的電流。該選定周期可以包括例如將AC輸入耦合到DC鏈路的二極管電橋中的二極管被反向偏置的周期。例如，該選定周期可以包括AC電壓波形半周的開頭和結(jié)尾部分。
在進一步的實施例中，該多模式轉(zhuǎn)換器包括半臂電路(half-legcircuit)，所述半臂電路包括串聯(lián)耦合在DC鏈路的第一和第二總線之間的第一和第二晶體管；耦合到半臂電路的中間抽頭并且被配置為耦合到AC輸入的電感器；以及被配置為控制第一和第二晶體管的控制器。在一些實施例中，當(dāng)電感器耦合到AC輸入時，控制器可以被配置為在AC輸入上的輸入電壓的相應(yīng)正和負(fù)半周內(nèi)分別操作第一和第二開關(guān)。在一些實施例中，當(dāng)電感器耦合到AC輸入時，控制器可以被配置為在AC輸入上的輸入電壓的每個負(fù)和正半周內(nèi)互補地操作晶體管第一和第二晶體管。該控制器可以是開環(huán)或閉環(huán)控制器。
本發(fā)明的其他的實施例提供操作電源系統(tǒng)和UPS的相關(guān)方法。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的電源設(shè)備和方法。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明進一步的實施例的電源設(shè)備和方法。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的附加實施例的UPS，其包括用于電池轉(zhuǎn)換和輸入電流控制的多模式轉(zhuǎn)換器。
圖4-6示出根據(jù)本發(fā)明的附加實施例的多模式轉(zhuǎn)換器的示例性操作，所述多模式轉(zhuǎn)換器用于電池轉(zhuǎn)換和輸入電流控制。
圖7-8示出根據(jù)本發(fā)明的附加的實施例的多模式轉(zhuǎn)換器的控制結(jié)構(gòu)，所述多模式轉(zhuǎn)換器用于電池轉(zhuǎn)換和輸入電流控制。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖介紹本發(fā)明的特定示例性實施例。然而，本發(fā)明可以用許多不同的形式實施，并且不局限于此處闡明的實施例；提供這些實施例是為了詳盡地完全地公開本發(fā)明，并且向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。對于表示在附圖中的特定示例性實施例的詳細(xì)說明的術(shù)語并不是對本發(fā)明的限定。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記是指相同的單元。
此處使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”也包括復(fù)數(shù)形式，除非另有說明。此外應(yīng)當(dāng)理解，用在本說明書中的術(shù)語“包括”、“包含”和/或“含有”，指定了一定特征、整體、步驟、操作、單元和/或元件的存在，并不排除一個或多個結(jié)構(gòu)、整體、步驟、操作、單元、元件和/或其組成的組的存在或增加。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)單元被稱為“連接”或“耦合”到另一個單元時，它可以是直接和另一個單元連接或耦合，也可以存在中間單元。此外，此處所指的“連接”或“耦合”包括無線連接或耦合。此處使用的術(shù)語“和/或”包括一個或以上所列相關(guān)項目的任意和全部組合。
除非另有說明，此處使用的所有術(shù)語(包括科技術(shù)語)對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員具有通常的理解的含義。另外，可以理解，諸如以通常使用的詞典限定的術(shù)語，應(yīng)被理解成與其相關(guān)領(lǐng)域的語境的具有一致的含義，而不應(yīng)被理解成理想化的或過于正式的意義，除非另有說明。
本發(fā)明的一些實施例來自現(xiàn)實需求，即，在一些應(yīng)用中，例如信息技術(shù)(IT)應(yīng)用中，UPS供電的負(fù)載可以具有電源功率因數(shù)修正能力和/或承受相對寬的電壓和頻率變化。所以，這樣的負(fù)載可以不必要求在輸入電壓的相當(dāng)顯著的包絡(luò)上調(diào)整電壓和頻率?？墒?，這樣的負(fù)載仍然可以要求備用電源和電壓幅度限制，并且也可以同時受益于線路調(diào)節(jié)(例如，諧波抑制)，即使其輸入電壓未被緊密地調(diào)節(jié)。
在本發(fā)明的一些實施例中，UPS系統(tǒng)包括UPS、旁路電路和控制器，所述控制器控制UPS和旁路電路以提供操作狀態(tài)(regime)，其中當(dāng)AC輸入上的輸入電壓幅度為第一情況時，UPS作為在線UPS工作，當(dāng)AC輸入上的輸入電壓幅度為第二情況時，UPS作為備用UPS工作。例如，當(dāng)連接到UPS的AC電源的AC輸入電壓幅度超過閾值(例如，與連接到UPS的負(fù)載的最高工作電壓的限制有關(guān))，UPS可以作為在線UPS工作，當(dāng)AC輸入電壓幅度小于該閾值UPS可以作為備用UPS工作。當(dāng)以在線模式從AC電源操作時，UPS可以操作以限制施加到負(fù)載的電壓。使用這樣的方法，該系統(tǒng)可以在相對大范圍的輸入電壓情況下，以更高效率的備用模式工作，因此可以提供更大的功率密度、更高的效率。雖然在備用模式中，在旁路上從AC電源給負(fù)載供電，UPS的逆變器可以用來提供線路調(diào)節(jié)和/或提供充電電流到UPS的電池。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的UPS系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括UPS101，UPS 101包括整流器110(具有多個二極管D的二極管電橋)、逆變器120(包括多個絕緣柵雙極晶體管(IGBT)Q布置在半橋電路上)、平衡電路130、電池轉(zhuǎn)換器140和電池170。整流器110被配置為響應(yīng)于施加到該整流器110的輸入的AC電壓，在DC鏈路(導(dǎo)軌)112a、112b上(例如通過對儲存電容器C進行充電)產(chǎn)生正和負(fù)DC電壓+VDC、-VDC。在控制器180控制下，逆變器120被配置為從DC電壓+VDC、-VDC產(chǎn)生AC輸出電壓va’、vb’、vc’。在控制器180的控制下，平衡電路130調(diào)節(jié)DC電壓+VDC、-VDC的相對幅度。電池轉(zhuǎn)換器140以電池供電工作模式從電池170提供電力到DC鏈路112a、112b，并且可操作地從DC鏈路112a、112b提供充電電流到電池170。系統(tǒng)100進一步包括旁路電路160(此處顯示的是包括多個半導(dǎo)體開關(guān)的可控硅整流器SCR)，它也被控制器180控制。電流接觸器(繼電器)150被配置為耦合或去耦合系統(tǒng)100和AC電源，此處三相公共電源具有在控制器180控制下的三相電壓va、vb、vc。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，控制器180可以配置為控制UPS101和旁路電路160提供工作狀態(tài)，其中在AC輸入電壓va、vb、vc為第一幅度情況時，UPS101作為在線UPS工作，在AC輸入電壓va、vb、vc為第二幅度情況時，UPS作為備用UPS工作。例如，當(dāng)輸入電壓va、vb、vc的幅度小于預(yù)定閾值時，例如閾值設(shè)定成接近或小于耦合到逆變器120的負(fù)載的電壓幅度限制，可以通過閉合穿過旁通電路160的旁路通道提供電力到負(fù)載，這樣該系統(tǒng)100的AC輸入直接耦合到負(fù)載。在該工作模式，UPS 101可以作為“備用”UPS，即UPS 101處于準(zhǔn)備從電池170供應(yīng)電力到負(fù)載的狀態(tài)，但是不調(diào)節(jié)施加到負(fù)載的電壓va’、vb’、vc’，即逆變器120不調(diào)節(jié)輸出電壓va’、vb’、vc’。
當(dāng)以這種備用模式提供來自AC電源va、vb、vc的電力時，控制器180可以例如用與上述Taimela的美國專利6,906,933中所描述的方式類似的方式將逆變器120作為線路調(diào)節(jié)器操作，該專利中公開的內(nèi)容在此引入作為參考。另外，當(dāng)以備用模式從AC電源va、vb、vc操作時，控制器180也可以使用逆變器120供應(yīng)電流到DC鏈路112a、112b，并且這樣，提供充電電流到電池轉(zhuǎn)換器140用于電池170的充電。萬一AC輸入故障，控制器180可以使用旁通電路160斷開旁路通道，并且開始使用電池轉(zhuǎn)換器140和逆變器120從電池170產(chǎn)生輸出電壓va’、vb’、vc’。
當(dāng)UPS系統(tǒng)101處于備用模式時，響應(yīng)于超過上述閾值的AC輸入電壓va、vb、vc的電壓幅度，控制器180可以轉(zhuǎn)變工作UPS 101為在線方式。特別地，控制器180可以使用旁路電路160斷開旁路通道，并且開始使用逆變器120從DC電壓+VDC、-VDC產(chǎn)生輸出電壓va’、vb’、vc’。特別地，在線模式中，控制器180可以操作逆變器120使得輸出電壓va’、vb’、vc’維持在低于閾值的電平上。在線模式中，響應(yīng)于到整流器110的AC輸入的故障，控制器180可以直接地轉(zhuǎn)變到電池供電工作而不再次閉合旁路電路160。如果AC輸入恢復(fù)，但在低于上述閾值電平，控制器可以閉合旁路電路160并轉(zhuǎn)變UPS 101到備用工作模式。如果AC輸入恢復(fù)到閾值電平以上，控制器180可以將UPS保持為在線模式。
可以理解，雖然圖1示出三相結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還包括單相的實施例。單相實施例可以使用，例如具有單個半橋的逆變器和具有單個半橋或全橋的整流器。可以理解，控制器180可以使用任意不同類型的電路實現(xiàn)，包括模擬電路、數(shù)字電路(例如，微處理器或微控制器)或其組合。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例的UPS系統(tǒng)100’。系統(tǒng)100’包括圖1系統(tǒng)100中示出的許多元件，相同的附圖標(biāo)記代表相同的元件。系統(tǒng)100’的不同之處在于包括UPS101’，圖1中的平衡電路130和電池轉(zhuǎn)換器140被組合的電池逆變器/平衡器210取代，210被改進的控制器180’控制。可以理解，系統(tǒng)100’以上述參照圖1描述的方式工作。
根據(jù)本發(fā)明進一步的實施例，UPS電源具有諸如圖1示出的整流器110的二極管電橋整流器，多模式轉(zhuǎn)換器電路可以分別在第一和第二模式提供相應(yīng)的電池轉(zhuǎn)換器和輸入電流控制功能。特別地，在本發(fā)明的一些實施例中，當(dāng)UPS的整流器和逆變器以在線模式工作時，多模式轉(zhuǎn)換器可以被配置為在AC輸入的AC電壓波形的選定周期，傳導(dǎo)整流器的AC輸入上的電流。該選定周期可以是在耦合AC輸入到DC鏈路的二極管電橋中的二極管被反向偏置的周期。該選定周期可以是AC電壓波形半周的開頭和結(jié)尾部分。使用這樣的轉(zhuǎn)換器，振幅因數(shù)、電流諧波(例如，總諧波畸變(THD))和/或中性線路電流可以減少并且輸入功率因數(shù)可以增加，不需要過多數(shù)量的附加部分。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例的UPS300。UPS300可以包括附圖1、2所示的UPS系統(tǒng)100、100′線路上的UPS系統(tǒng)。UPS電源300包括二極管電橋整流器310，310包括二極管D1、D2...D6。UPS300還包括通過DC鏈路(導(dǎo)軌)312a、312b耦合到整流器310的逆變器320。整流器310和逆變器320可以以上描述的方式操作。
UPS300進一步包括多模式轉(zhuǎn)換器340，340包括作為三個平行半電橋布置的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)Q1、Q2...Q6，其相應(yīng)中心抽頭分別耦合到相應(yīng)輸入電感器L1、L2、L3。晶體管Q1、Q2，...，Q6被控制器380控制，該控制器還控制多個開關(guān)S1、S2、S3，這些開關(guān)可選擇地耦合相應(yīng)電感器L1、L2、L3到電池370和UPS的輸入，在UPS的輸入施加了AC輸入電壓va、vb、vc。
在第一工作模式，特別地，當(dāng)AC輸入已經(jīng)發(fā)生故障并且DC鏈路電壓+VDC、-VDC由電池370支持時，開關(guān)S1、S2、S3將電感器L1、L2、L3耦合到電池370，并且控制器380將多模式轉(zhuǎn)換器340作為電池轉(zhuǎn)換器操作產(chǎn)生輸出電壓va’、vb’、vc’。在第二工作模式中，即當(dāng)AC輸入電壓va、vb、vc是可接受的并且整流器310提供電流到DC鏈路312a、312b，控制器380使開關(guān)S1、S2、S3耦合電感器L1、L2、L3到UPS 300的輸入，并操作多模式轉(zhuǎn)換器340以控制UPS 300輸入上的輸入電流，這樣，例如輸入電流可以被整形以提供更好的性能。(例如減少畸變和/或改善功率因數(shù))特別地，在一些實施例中，轉(zhuǎn)換器340可以用來在輸入電壓波形的選定部分傳導(dǎo)電流，同時使用整流器310的二極管在輸入電壓波形其他部分傳導(dǎo)電流。參考圖4，該圖顯示用于A相的控制，在A相電壓va的半周的I、II、III、IV部分，晶體管Q1、Q4可以被脈寬調(diào)制，以在UPS300的輸入提供受控的電流，例如，在AC輸入電壓波形中二極管D1、D4被反向偏置并且不導(dǎo)通的部分。在電壓半周的中間部分，轉(zhuǎn)換器340可以不工作(即斷開Q1和Q4)并且，在這個時間間隔內(nèi)，在A相電壓va的幅度超過對應(yīng)于正或負(fù)的DC鏈路電壓+VDC、-VDC的幅度并且二極管D1、D4正向偏置期間，電流可以流過A相二極管D1、D4。在輕加載時，I II、III、IV段可以合并(merge)。
參照圖4，用于I、II、III、IV段的可控變量包括峰值電流h1、h2，上升期和下降期的持續(xù)時間t1、t3、t4、t6，以及受控電流幅度期的持續(xù)時間t2、t5。在這些期間之一上的電流，例如上升期時間t1，控制器380可以使輸入電流符合要求規(guī)定的直線或曲線。這些變量由負(fù)載、電感器額定值及其他參數(shù)決定?？刂破?80可以使用開環(huán)和/或閉環(huán)技術(shù)操作轉(zhuǎn)換器340，例如，控制器380可以響應(yīng)于輸入電感器(例如電感器L1)中檢測的輸入電壓和電流進行操作。應(yīng)當(dāng)理解，控制器380可以使用任意不同類型的電路實現(xiàn)，包括模擬電路、數(shù)字電路(例如，微處理器或微控制器)或其組合。
在本發(fā)明的一些實施例中，由轉(zhuǎn)換器沿轉(zhuǎn)換器340的線路上的電流控制可以使用“單極”開關(guān)方法完成。參照圖5和圖3，在A相電壓va的正半周，下面的晶體管Q4被調(diào)制，同時保持上面的晶體管Q1斷開。在該半周，當(dāng)下面的晶體管Q4導(dǎo)通時，電流穿過電感器L1增大。當(dāng)下面的晶體管Q4斷開時，電流經(jīng)由上面的晶體管Q1的本體二極管和/或整流二極管D1到DC導(dǎo)軌312a。在A相電壓va負(fù)半周內(nèi)，上面的晶體管Q1被調(diào)制，同時下面的晶體管Q4斷開。在該半周，當(dāng)上面的晶體管Q1導(dǎo)通時，電流穿過升壓電感器L1。當(dāng)上面的晶體管Q1斷開時，電流從下面的DC導(dǎo)軌312b流經(jīng)下面的晶體管Q4的本體二極管和/或整流二極管D4。應(yīng)當(dāng)理解，也可以對B和C相執(zhí)行類似的操作。
在本發(fā)明的進一步實施例中，由轉(zhuǎn)換器沿轉(zhuǎn)換器340上的電流控制可以使用“互補”開關(guān)方法完成。參照圖6以及圖3，在A相電壓va的正半周內(nèi)，下面的晶體管Q4和上面的晶體管Q1互補地被調(diào)制。在該半周，當(dāng)下面的晶體管Q4導(dǎo)通時，電流穿過升壓電感器L1增長。當(dāng)下面的晶體管Q4斷開并且上面的晶體管Q1導(dǎo)通時，電流通過上面的晶體管Q1流到上面的DC導(dǎo)軌312a。同樣，在A相電壓va的負(fù)半周內(nèi)，上面的晶體管Q1和下面的晶體管Q4互補地被調(diào)制。在該半周，當(dāng)上面的晶體管Q1導(dǎo)通時，電流穿過電感器L1增長。當(dāng)上面的晶體管Q1斷開并且下面的晶體管Q4導(dǎo)通時，電流經(jīng)由下面的晶體管Q4流到下面的DC導(dǎo)軌312b。
圖7和8示例性地示出根據(jù)本發(fā)明進一步實施例沿線路使用互補開關(guān)技術(shù)用于電流控制的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。參照7，脈寬調(diào)制控制環(huán)路包括輸入模擬到數(shù)字(A/D)和定標(biāo)電路710，其接受相電壓、相電流和DC鏈路電壓信號vAC、iAC、VDC并產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字相電壓、相電流和DC鏈路電壓信號v’AC、i’AC、V’DC。數(shù)字DC鏈路電壓信號V’DC被提供到求和點720，在此和DC鏈路電壓基準(zhǔn)信號VDCref比較。比較產(chǎn)生的誤差信號被施加到DC鏈路電壓環(huán)路補償器730，補償器730響應(yīng)性地產(chǎn)生電流基準(zhǔn)信號iref，該電流提供給電流調(diào)節(jié)器740。電流調(diào)節(jié)器740還接受數(shù)字相電壓、相電流和DC鏈路電壓信號v’AC、i’AC、V’DC。響應(yīng)于這些輸入，電流調(diào)節(jié)器740產(chǎn)生脈寬調(diào)制指令信號745，該信號提供給脈寬調(diào)制器(PWM)750。PWM 750響應(yīng)性地產(chǎn)生控制信號755a、755b，所述控制信號可以是例如施加到轉(zhuǎn)換器半臂電路的上面及下面的晶體管的驅(qū)動信號，其中所述轉(zhuǎn)換器例如圖3的轉(zhuǎn)換器340。應(yīng)當(dāng)理解，圖7所示的沿線路的控制結(jié)構(gòu)7可以應(yīng)用在多相應(yīng)用中的每一相。
圖8示出電流調(diào)節(jié)器740的示例性結(jié)構(gòu)。電流調(diào)節(jié)器740包括增益塊805、810、815、820，所述增益塊接受相應(yīng)的輸入數(shù)字的相電壓、相電流和DC鏈路電壓信號v’AC、i’AC、V’DC以及電流基準(zhǔn)信號iref。輸入數(shù)字相電壓和DC鏈路電壓信號v’AC、V’DC定標(biāo)后的版本可以施加到除法器825，產(chǎn)生施加到求和點850的信號。輸入數(shù)字相電壓信號v’AC和電流基準(zhǔn)信號iref定標(biāo)后的版本提供給乘法器830，乘法器830產(chǎn)生施加到限幅器832的基準(zhǔn)信號，限幅器832產(chǎn)生施加到求和點835的限幅信號。在求和點835，偏移信號voffset被增大，得到的信號提供到另一個求和點840，在求和點840中和相電流信號i’AC定標(biāo)后的版本比較。求和點840產(chǎn)生的誤差信號提供給電流環(huán)補償器845，電流環(huán)補償器845產(chǎn)生指令信號，該指令信號在求和點850與除法器825的輸出相加。求和點850產(chǎn)生的合成指令信號被限幅器860限幅，產(chǎn)生脈寬調(diào)制指令信號745。
出于說明的目的提供了如圖7和8的控制結(jié)構(gòu)，并且應(yīng)當(dāng)理解其他的閉環(huán)和開環(huán)控制結(jié)構(gòu)可以用于本發(fā)明其他的實施例。還應(yīng)當(dāng)理解，用于本發(fā)明實施例的控制結(jié)構(gòu)可以使用任意不同類型的電子電路實現(xiàn)，所述電子電路包括模擬電路、數(shù)字電路(例如微處理器和微控制器)及其組合。本發(fā)明的實施例包括單相的和多相實施方式。
在附圖和說明書中，公開了本發(fā)明的示例性實施例。雖然使用了特定術(shù)語，但是這些術(shù)語僅是一般的和描述性的，并不是出于限制的目的，本發(fā)明的范圍由下的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種電源系統(tǒng)，包括AC輸入，被配置為耦合到AC電源；AC輸出，被配置為耦合到負(fù)載；UPS(101)，具有耦合到所述AC輸入的輸入和耦合到所述AC輸出的輸出；旁路電路(160)，耦合在所述AC輸入和所述AC輸出之間，并且被配置為斷開和閉合所述AC輸入和所述AC輸出之間的旁路通道；以及控制器(180)，被配置為控制所述UPS和所述旁路電路，以便當(dāng)所述AC輸入為第一輸入電壓幅度情況時，所述UPS作為在線UPS工作，當(dāng)所述AC輸入為第二輸入電壓幅度情況時，所述UPS作為備用UPS工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一電壓幅度情況包括所述AC輸入上的輸入電壓具有大于預(yù)定閾值的幅度，并且其中所述第二輸入電壓幅度情況包括所述AC輸入上的輸入電壓具有小于預(yù)定閾值的幅度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為當(dāng)所述UPS作為備用UPS工作時，將所述UPS作為線路電流調(diào)節(jié)器進行操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述UPS包括整流器(110)，具有耦合到所述AC輸入的輸入；逆變器(120)，具有耦合到所述AC輸出的輸出；以及DC鏈路(112a、112b)，將所述整流器的輸出耦合到所述逆變器的輸入。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中所述UPS進一步包括耦合到所述DC鏈路的電池(170)，并且其中所述控制器被配置為當(dāng)所述UPS作為備用UPS工作時，使所述逆變器提供電流以對所述電池充電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中所述UPS進一步包括將所述電池耦合到所述DC鏈路的轉(zhuǎn)換器(140)，并且其中所述控制器可操作地關(guān)聯(lián)到所述轉(zhuǎn)換器，并被配置為當(dāng)所述UPS作為在線UPS工作時，操作所述轉(zhuǎn)換器以控制所述UPS輸入上的電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為當(dāng)所述UPS作為在線UPS工作時，使所述逆變器調(diào)節(jié)所述AC輸出上的AC電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的UPS，其中所述整流器包括二極管電橋。
9.一種UPS，包括AC輸入；AC輸出；二極管電橋整流器(310)，具有耦合到所述AC輸入的輸入；逆變器(320)，具有耦合到所述AC輸出的輸出；DC鏈路(312a、312b)，將所述整流器的輸出耦合到所述逆變器的輸入；多模式轉(zhuǎn)換器(340)，耦合到所述DC鏈路，并且被配置為可選擇地耦合到電池(370)和所述AC輸入，以在相應(yīng)的UPS第一和第二工作模式，分別支持電池轉(zhuǎn)換和所述AC輸入上的電流控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的UPS，其中所述多模式轉(zhuǎn)換器被配置為在所述AC輸入上的AC電壓波形的選定周期傳導(dǎo)所述AC輸入上的電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的UPS，其中所述選定周期包括將所述AC輸入耦合到所述DC鏈路的所述二極管電橋的二極管被反向偏置的周期。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的UPS，其中所述選定周期包括所述AC電壓波形半周的開頭和結(jié)尾部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的UPS，其中所述多模式轉(zhuǎn)換器包括半臂電路，包括串聯(lián)耦合在所述DC鏈路的第一和第二總線之間的第一和第二晶體管；電感器，耦合到所述半臂電路的中間抽頭，并被配置為耦合到所述AC輸入；以及控制器，被配置為控制所述第一和第二晶體管。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的UPS，其中當(dāng)所述電感器耦合到所述AC輸入時，在所述AC輸入上的輸入電壓的相應(yīng)正和負(fù)半周內(nèi)，分別操作第一和第二開關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的UPS，其中所述控制器被配置為當(dāng)所述電感器耦合到所述AC輸入時，在所述AC輸入上的輸入電壓的每個負(fù)和正半周，互補地操作所述第一和第二晶體管。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的UPS，其中所述控制器是開環(huán)或閉環(huán)控制器。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的UPS，其中所述多模式轉(zhuǎn)換器進一步包括開關(guān)，所述開關(guān)被配置為可選擇地將所述電感器耦合到所述AC輸入和所述電池，并且其中所述控制器被配置為控制所述開關(guān)。
18.一種操作電源系統(tǒng)的方法，所述電源系統(tǒng)包括AC輸入，被配置為耦合到AC電源；AC輸出，被配置為耦合到負(fù)載；UPS(101)，具有耦合到所述AC輸入的輸入和耦合到所述AC輸出的輸出；以及旁路電路(160)，耦合在所述AC輸入和所述AC輸出之間，并被配置為斷開和閉合所述AC輸入和所述AC輸出之間的旁路通道，該方法包括控制所述UPS和所述旁路電路，以便當(dāng)所述AC輸入為第一輸入電壓幅度情況時，所述UPS作為在線UPS工作，當(dāng)所述AC輸入為第二輸入電壓幅度情況時，所述UPS作為備用UPS工作。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述第一電壓幅度情況包括所述AC輸入上的輸入電壓具有大于預(yù)定閾值的幅度，其中所述第二輸入電壓幅度情況包括所述AC輸入上的輸入電壓具有小于預(yù)定閾值的幅度。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，進一步包括當(dāng)所述UPS作為備用UPS工作時，將所述UPS作為線路電流調(diào)節(jié)器進行操作。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述UPS包括整流器，具有耦合到所述AC輸入的輸入；逆變器，具有耦合到所述AC輸出的輸出；DC鏈路，將所述整流器的輸出耦合到所述逆變器的輸入；以及耦合到所述DC鏈路的電池，并且其中該方法進一步包括當(dāng)所述UPS作為備用UPS工作時，操作所述逆變器以提供電流對所述電池充電。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述UPS進一步包括耦合所述電池到所述DC鏈路的電池轉(zhuǎn)換器，并且其中該方法進一步包括當(dāng)所述UPS作為在線UPS工作時，操作所述電池轉(zhuǎn)換器以控制所述UPS輸入上的電流。
23.一種操作UPS的方法，所述UPS包括AC輸入；AC輸出；二極管電橋整流器(310)，具有耦合到所述AC輸入的輸入；逆變器(320)，具有耦合到所述AC輸出的輸出；DC鏈路(312a、312b)，耦合到所述整流器的輸出；以及耦合到所述DC鏈路的電池(370)，該方法包括提供耦合到所述DC鏈路的轉(zhuǎn)換器；在所述UPS的第一工作模式，將所述轉(zhuǎn)換器耦合到電池，并且操作所述轉(zhuǎn)換器以提供電池轉(zhuǎn)換；以及在所述UPS的第二工作模式，將所述轉(zhuǎn)換器耦合到所述AC輸入，并且操作所述轉(zhuǎn)換器以控制所述AC輸入上的電流。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中在所述UPS的第二工作模式時操作所述轉(zhuǎn)換器以控制所述AC輸入上的電流包括在所述AC輸入上的AC電壓波形的選定周期中，傳導(dǎo)所述AC輸入上的電流。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述選定周期包括耦合所述AC輸入到所述DC鏈路的二極管電橋中的二極管被反向偏置的周期。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述選定周期包括所述AC電壓波形半周的開頭和結(jié)尾部分。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器包括半臂電路以及電感器，所述半臂電路包括串聯(lián)耦合在所述DC鏈路的第一和第二總線之間的第一和第二晶體，所述電感器耦合到所述半臂電路的中間抽頭并被配置為耦合到所述AC輸入，并且其中在所述UPS的第二工作模式操作所述轉(zhuǎn)換器以控制所述AC輸入上的電流包括控制所述第一和第二晶體管。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中在所述UPS的第二工作模式操作所述轉(zhuǎn)換器以控制所述AC輸入上的電流包括在所述AC輸入上的輸入電壓的相應(yīng)正和負(fù)半周內(nèi)分別操作所述第一和第二開關(guān)。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中在所述UPS的第二工作模式操作所述轉(zhuǎn)換器以控制所述AC輸入上的電流包括在所述AC輸入的每個負(fù)和正半周內(nèi)互補地操作所述第一和第二晶體管。
全文摘要
一種電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括被配置為耦合到AC電源的AC輸入；被配置為耦合到負(fù)載的AC輸出；具有耦合到AC輸入的輸入和耦合到AC輸出的輸出的UPS(101)；以及旁路電路(160)，所述旁路電路耦合在AC輸入和AC輸出之間，并被配置為斷開和閉合其間的旁路通道。該系統(tǒng)進一步包括被配置為控制UPS和旁路電路的控制器(180)，這樣UPS當(dāng)AC輸入為第一輸入電壓幅度情況作為在線UPS工作，當(dāng)AC輸入為第二輸入電壓幅度情況作為備用UPS工作。多模式轉(zhuǎn)換器(340)可以耦合到UPS的DC鏈路并且被配置為可選擇地耦合到電池和AC輸入，在相應(yīng)的UPS第一和第二工作模式分別支持電池轉(zhuǎn)換和電流控制。
文檔編號H02M5/45GK101043145SQ20071010162
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者R·W·小約翰遜, R·L·瓊森, O·奧曼, J·C·波拉科尼斯, K·李, P·S·泰美拉 申請人:伊頓動力品質(zhì)公司