用于提供不間斷電源的裝置和方法
【專利說明】用于提供不間斷電源的裝置和方法
[0001]發(fā)明背景
[0002]1.
技術領域
[0003]本發(fā)明的至少一個實施例總體上涉及不間斷電源的控制。
[0004]2.
【背景技術】
[0005]不間斷電源(UPS)用于向許多不同類型的電子設備提供可靠的電力。不間斷電源對提供給負載的電力進行調節(jié)，并可以在發(fā)生主電力損耗時(諸如在大停電或燈火管制條件下)向負載提供備用電源。提供給負載的有害的電力波動可能浪費能源和損壞電氣設備，其導致成本增加、產量損失，而且可能需要修理或更換電氣部件。

【發(fā)明內容】

[0006]本文所述的各方面和各實施例涉及不間斷電源控制。至少一個方面涉及不間斷電源，其包括被配置為接收輸入電力的輸入端、輸出端、與輸入端和輸出端耦接的電力轉換電路，以及與電力轉換電路耦接的控制器。該電力轉換電路包括逆變器，該逆變器包括低通濾波器。低通濾波器包括電感器，并且控制器被配置為向逆變器提供控制信號，使得在電感器處測量的第一電流產生在輸出端測量的第二電流，其中第一電流具有第一極性，并且第二電流具有第二極性，第一極性是零，或者是與第二極性相同的極性。
[0007]控制信號可以包括脈寬調制(PWM)信號。逆變器可以配置為，當?shù)诙娏鞯钠骄娏餍∮陬A定閾值時以不連續(xù)導通模式運行。所述逆變器還可以被配置為在四個象限中的任一個象限中運行?？刂菩盘栠€可以包括四個信號，每個信號被分別提供給逆變器中包括的四個開關中的一個開關?？刂菩盘栠€可以被配置，使得四個信號中的一個信號是PWM信號，四個信號中的其他三個信號是恒定信號，PWM信號在四個信號之間交替。
[0008]不間斷電源還可以包括與控制器和逆變器耦接的控制開關，與控制開關耦接的備用電源，其中控制器被配置為，對控制開關進行控制，從而從輸入端和備用電源中的至少一個向逆變器提供電力。所述不間斷電源還可以包括耦接至控制器，并被配置為在不間斷電源旁路運行模式中將輸入端耦接至輸出端的旁路開關，其中逆變器被配置為，在旁路運行模式下，以不連續(xù)導通模式運行。
[0009]電力轉換電路可以被配置為提供減小的諧波畸變。
[0010]另一個方面涉及使用不間斷電源來分配電力的方法。該不間斷電源包括輸入端，輸出端，以及包含逆變器的電力轉換電路，其中逆變器包含電感器。所述方法包括對逆變器進行控制，使得在電感器處測量的第一電流產生在輸出端測量的第二電流，第一電流具有第一極性，第二電流具有第二極性，其中第一極性是零，或者是與第二極性相同的極性。
[0011]通過根據(jù)獨立權利要求1和任何其它的獨立權利要求的方法和系統(tǒng)實現(xiàn)這些方面和實施例中的至少一些方面和實施例?？稍谑Ｓ嗟膹膶贆嗬笾姓业搅硗獾募毠?jié)。
[0012]這些及其他方面和實施例將被在下文中進行詳細的討論。上述信息和以下具體描述包括，各個方面和實施例的說明性示例，并為理解要求保護的方面和實施例的實質和特性提供了概述或框架。附圖提供了對各個方面和實施例的說明和進一步的理解，并且并入本說明書和構成本說明書的一部分。附圖連同說明書的其余部分用于描述和解釋要求保護的方面和實施例。
【附圖說明】
[0013]附圖并非旨在按比例繪制。在附圖中，通過相同的附圖標記來表示在各個附圖中示出的每個相同的或幾乎相同的部件。為了清楚起見，并不是每個部件都可以在每個圖中進行標記。在附圖中:
[0014]圖1是示出了根據(jù)實施例的不間斷電源的功能框圖；
[0015]圖2是示出了根據(jù)一個實施例的不間斷電源的逆變器一個示意圖；
[0016]圖3A是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的不間斷電源的輸出波形的曲線圖，；
[0017]圖3B是示出了根據(jù)實施例的不間斷電源的輸出波形的曲線圖，；
[0018]圖4是示出了根據(jù)實施例的不間斷電源逆變器的控制信號的圖表；
[0019]圖5是示出了根據(jù)實施例的不間斷電源逆變器的控制信號的圖表；
[0020]圖6是示出了根據(jù)實施例的不間斷電源的逆變器的控制信號的圖表；
[0021]圖7是示出了根據(jù)實施例的不間斷電源的控制算法的功能框圖；
[0022]圖8是示出了根據(jù)實施例的不間斷電源的逆變器損耗的曲線圖；
[0023]圖9是示出了根據(jù)實施例的不間斷電源的逆變器效率的曲線圖；
[0024]圖10是示出了根據(jù)實施例的不間斷電源的輸出電壓畸變的曲線圖；
【具體實施方式】
[0025]本文所述的系統(tǒng)和方法不將其應用限于說明書中闡述的或在附圖中示出的構造細節(jié)和部件布置。本發(fā)明能夠具有其它實施例，并能夠被以各種方式實施或能夠被以各種方式執(zhí)行。此外，本文所使用的措辭和術語是為了描述的目的，并且不應被視為限制。本文中使用的“包括(including)，，、“包含(comprising) ”、“具有(having) ”、“包含(containing) ”、“包括(involving) ”及其變型旨在涵蓋其后列出的項目、其等同物和附加的項目，以及包括其專門列出的項目的可替代的實施例。
[0026]各個方面和實施例涉及不間斷電源。在一個示例中，不間斷電源(UPS)可以包括逆變器、控制器和旁路開關。在線操作過程中，由控制器操作逆變器，以調節(jié)逆變器的輸出電壓，并在UPS輸出端從逆變器提供輸出電壓。除了其它方面之外，控制器還可以在旁路和其它運行模式過程中對逆變器進行操作，以提供功率因數(shù)校正，諧波電流畸變控制，以及有功功率以對備用電源進行充電?？刂破骺梢詼y定逆變器中開關操作的時間，以提供輸出電壓。
[0027]圖1是示出了不間斷電源(UPS) 100的功能框圖100。不間斷電源100包括電力轉換電路(諸如斷路器/濾波器105、整流器110、控制開關115、控制器120、備用電源125、逆變器130)、變壓器(諸如隔離變壓器135)、以及旁路開關140。不間斷電源(100)包括至少一個輸入端145和輸出端150。輸入端145將交流電源155與不間斷電源100耦接，并且輸出端150將不間斷電源100與負載耦接。
[0028]在一個實施例中，斷路器/濾波器105經(jīng)由輸入端145接收來自交流電源155的電力，對這輸入交流電進行濾波，并向整流器110提供濾波后的交流電。整流器110對濾波后的交流電進行整流，并向控制開關115提供整流后的電力?？刂崎_關115從整流器110接收整流后的電力，并從備用電源125 (諸如電池或燃料電池)接收直流電。在控制器120的控制下，控制開關115從整流器110向逆變器130提供電力。例如，當控制器120確定整流器110的輸出電力在公差范圍內時，控制器120改變控制開關115的狀態(tài)，使整流器110與逆變器130耦接。在一些實施例中，控制器120確定整流器110的輸出電力超出了公差范圍，例如，在大停電或燈火管制條件期間。在該示例中，控制器120對開關115的控制進行操作，直接或經(jīng)由插入部件(諸如整流器110)從備用電源125向逆變器130提供直流電。在交流電源155失效期間，不間斷電源100還通過備用電源125在輸出端150為負載提供電力。
[0029]逆變器130從整流器110或備用電源125接收直流電輸出，將直流電轉化為交流電，并調節(jié)交流電。在一些實施例中，其中不間斷電源100包括隔離變壓器135，逆變器130向隔離變壓器135提供調節(jié)后的交流電。隔離變壓器135增大或降低來自逆變器130的交流電輸出的電壓，并在不間斷電源100和負載之間提供隔離。
[0030]在一些實施例中，旁路開關140使交流電源155或輸入端145與輸出端150耦接，繞過不間斷電源100的至少一些部件(例如，整流器110)，從而以旁路運行模式向輸出端150提供電力。例如，當來自交流電源155的輸入電力在公差范圍內，或當整流器110或不間斷電源100的其它部件發(fā)生失效時，控制器120對旁路開關140進行控制，從而以旁路模式運行。
[0031]圖2是示出了根據(jù)實施例的不間斷電源的逆變器130的一部分的示意圖。逆變器130包括四個開關，S1202、S2204、S3206和S4208。在一些實施例中，開關202，204，206，208實現(xiàn)為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。在一些實施例中，開關202，204，206，208每個包括配置如圖2中所示的二極管。逆變器130還包括兩個二極管D1220和D2222，三個電容器C1216，C2218和C3212，以及電感器210。如圖2中所示，電容器C1216耦接到開關S1202，開關S1202耦接到開關S2204和二極管D1220。開關S2204和二極管D1220耦接到電感器210和電容器C3212。電感器210和電容器C3212構成LC低通濾波器，其使逆變器130在逆變器130的輸出端214產生一個正弦輸出。開關S2204和二極管D1220也都耦接到開關S3206和二極管D2222。開關S3206和二極管D2222耦接到開關S4208，開關S4208連接到電容器C2218，電容器C2218連接返回到電容器C1216。
[0032]控制器(諸如控制器120)利用脈寬調制(PWM)對逆變器130的運行進行控制。在一些實施例中，控制器120包括至少一個處理器或其它邏輯設備。在一些實施例中，控制器120包括數(shù)字信號處理器(DSP)?？刂破?20還可包括至少一個現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和專用集成電路(ASIC)，或其它硬件、軟件、固件或它們的組合。在各種實施例中，一個或多個控制器可作為UPS100的一部分，或在UPS100之外但與