專利名稱：Ac到dc轉(zhuǎn)換的制作方法
AC到DC轉(zhuǎn)換背景企業(yè)和個(gè)人比以前更加依賴于對(duì)于電子設(shè)備具有一致的電力供應(yīng)。例如，如果企業(yè)從事通過因特網(wǎng)提供信息的業(yè)務(wù)，沒有電力，企業(yè)不能夠制造貨物、或者不能夠運(yùn)轉(zhuǎn)。沒有電力，企業(yè)和個(gè)人可能完全沒有能力進(jìn)行重要活動(dòng)，例如設(shè)計(jì)產(chǎn)品、制造貨物、提供服務(wù)以及處理私人資產(chǎn)(例如，提交納稅申報(bào)以及付帳)。如果發(fā)生斷電，不間斷電源(UPS)常被用于提供后備電力。UPS常用于計(jì)算裝置上，以防止在數(shù)據(jù)被保存前由于斷電造成的數(shù)據(jù)丟失。用于計(jì)算裝置的UPS還幫助防止因特網(wǎng)上信息提供者的服務(wù)的遺失，例如由服務(wù)器托管網(wǎng)頁的遺失。在線UPS系統(tǒng)通常包含圖I中所示出的用于UPS系統(tǒng)500的升壓階段功率因數(shù)校正(PFC)前端轉(zhuǎn)換器502和反相階段后端轉(zhuǎn)換器504。到前端轉(zhuǎn)換器輸入端的是60/50HZAC電源506和電池DC電源508。UPS 500基于輸入電壓在兩種操作模式下工作。當(dāng)輸入 AC電壓對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器502在AC電源電壓上操作在可接受范圍內(nèi)時(shí)，UPS 500以在線模式工作。在該模式下，前端升壓轉(zhuǎn)換器502從AC電源506得到輸入電力，并將電壓轉(zhuǎn)換到兩個(gè)DC電壓，并將這些電壓提供到兩個(gè)DC總線510、512，其分別為正DC總線電壓(+DC)和負(fù)DC總線電壓(-DC)。當(dāng)輸入AC電壓不可用或者不在可接受范圍內(nèi)時(shí)，UPS在電池模式下工作。在該模式下，前端升壓轉(zhuǎn)換器502從電池508得到DC輸入電力，并生成正和負(fù)DC總線電壓，并將這些電壓傳送到對(duì)應(yīng)的總線510、512。UPS系統(tǒng)500中的中央控制系統(tǒng)(控制器、未示出)監(jiān)測輸入AC電壓，并控制兩個(gè)不同模式之間的變換。傳統(tǒng)上，繼電器被用于將前端升壓轉(zhuǎn)換器輸入端從AC電源變換到DC電源，并且反過來也是一樣的。最近的，硅酮受控整流器(SCR)被用于此目的。在DC總線510、512之間提供兩個(gè)大容量電容器514、516。電容器514、516是前端轉(zhuǎn)換器502的部件，但是出于闡述的目的將其在轉(zhuǎn)換器502的外部示出。在UPS 500不同模式之間的變換期間，電容器514、516將能量通過逆變器504提供到負(fù)載，從而幫助確保對(duì)負(fù)載沒有明顯的電壓降的情況下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。逆變器504是DC-AC轉(zhuǎn)換器，其從正和負(fù)DC總線電壓得到輸入，并在輸出端生成AC電壓。標(biāo)準(zhǔn)的在線UPS系統(tǒng)中的逆變器504包括兩個(gè)由脈寬調(diào)制(PWM)控制器控制以提供期望的正弦波輸出的降壓轉(zhuǎn)換器。參考圖2，再參考

圖1，正降壓轉(zhuǎn)換器522在輸出電壓的正半周期期間將DC電壓從+DC總線510轉(zhuǎn)換到AC電壓，并且負(fù)降壓轉(zhuǎn)換器524在輸出電壓的負(fù)半周期期間將DC電壓從-DC總線512轉(zhuǎn)換到AC電壓。降壓轉(zhuǎn)換器522、524兩者的輸出被組合在一起，從而獲得完整周期的AC電壓。換言之，在輸出(負(fù)載)電壓的正半周期期間從+DC總線510提供負(fù)載電力，而在輸出電壓的負(fù)半周期期間從-DC總線512提供負(fù)載電力。在線UPS系統(tǒng)的功率因數(shù)校IH在在線UPS系統(tǒng)中有兩個(gè)前端升壓操作模式，在線模式和電池模式。在線樽式參考圖3，再參考圖1-2，在在線模式下，前端轉(zhuǎn)換器502使用正升壓轉(zhuǎn)換器526和負(fù)升壓轉(zhuǎn)換器528。前端轉(zhuǎn)換器502從AC電源506得到輸入，并輸出兩個(gè)DC電壓。當(dāng)前端轉(zhuǎn)換器工作在AC輸入電壓下的時(shí)候,前端轉(zhuǎn)換器502工作為PFC轉(zhuǎn)換器。在輸入電壓的正半周期期間，正升壓轉(zhuǎn)換器526將正半周期的AC輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓。該正輸出被提供給+DC總線電容器514。在輸入電壓的負(fù)半周期期間，負(fù)升壓轉(zhuǎn)換器528將負(fù)半周期的AC輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓。該負(fù)輸出被提供給-DC總線電容器516。即使前端轉(zhuǎn)換器502使用兩個(gè)轉(zhuǎn)換器526、528來為兩個(gè)DC總線510、512提供電力，一些組件(例如，電感器和電流互感器)可以被共享，所以這些組件可以是正和負(fù)升壓轉(zhuǎn)換器526、528兩者共同的組件。圖4-6示出了用于從AC電源實(shí)現(xiàn)PFC的三個(gè)電路550、560和570。電路550、560、570包含正轉(zhuǎn)換器552、562、572和負(fù)轉(zhuǎn)換器554、564、574。黑體的電路被用在正和負(fù)半周期兩者。這些方法在文獻(xiàn)中被充分地論述。對(duì)于所有的三個(gè)拓?fù)?，組件的數(shù)量不同。拓?fù)?電路)的選擇取決于若干因素，例如功率水平、控制結(jié)構(gòu)等等。三個(gè)電路550、560、570中，電路550在較低功率水平上提供若干優(yōu)勢，例如高效率、低成本、簡單的控制執(zhí)行過程和較少的零件計(jì)數(shù)。 電池樽式參考圖7，再參考圖I，在電池模式操作下，前端轉(zhuǎn)換器502從電池508得到輸入電力來作為電壓電源，并將電力傳遞到正和負(fù)總線510、512兩者。電池508能夠以不同的配置被連接，例如正非浮動(dòng)、負(fù)非浮動(dòng)、或者浮動(dòng)。當(dāng)電池的負(fù)端子被連接到中性線時(shí)，電池508提供正非浮動(dòng)電壓，而當(dāng)電池的正端子被連接到中性線時(shí)，電池508提供負(fù)非浮動(dòng)電壓。在浮動(dòng)配置中，電池兩個(gè)端子均不連接到中性線。非浮動(dòng)電池(電池的一個(gè)端子被連接到中性線)簡化了電池電壓感測，并且還簡化了充電控制。在PFC中，電力轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)技術(shù)在浮動(dòng)和非浮動(dòng)電池中是不同的。已知的實(shí)現(xiàn)方式是使用用于圖7中所示出的非浮動(dòng)電池系統(tǒng)的升壓和升降壓轉(zhuǎn)換器，以及使用用于圖9中所示出的浮動(dòng)電池系統(tǒng)的雙升壓轉(zhuǎn)換器。升壓和升降壓轉(zhuǎn)換器如以上所討論的，來自電池508的一個(gè)DC電壓被用于獲得具有不同極性的兩個(gè)DC輸出電壓。升壓轉(zhuǎn)換器580被用于使電池電壓升至與電池508極性相同的DC總線電壓。升壓轉(zhuǎn)換器操作在上面的在線模式操作中論述過了。升降壓轉(zhuǎn)換器590可以被用于從電池508獲得具有與電池508相反極性的DC電壓。參考圖8，升降壓轉(zhuǎn)換器590包括降壓部分592和升壓部分594。降壓部分592包括開關(guān)596和電感器598，而升壓部分594包括電感器598和二極管600。當(dāng)開關(guān)596是ON(閉合)時(shí)，流過電感器598的電流增大并儲(chǔ)存能量。當(dāng)開關(guān)596是OFF (打開)時(shí)，電感器598中儲(chǔ)存的能量被轉(zhuǎn)移至電容器516。因此，當(dāng)開關(guān)598是ON的時(shí)候，電流路徑通過電池508、開關(guān)596、和電感器598，而當(dāng)開關(guān)596是OFF的時(shí)候，電流路徑通過電感器598、電容器516、和二極管600。對(duì)于電壓在120VDC和240VDC之間、而輸出總線電壓為+400伏特的電池，開關(guān)596應(yīng)該被額定為1200V，因?yàn)殚_關(guān)596切換電池電壓加上+DC總線電壓。同樣的，二極管600應(yīng)該被額定為1200V?？偟那岸宿D(zhuǎn)換器502使用兩個(gè)轉(zhuǎn)換器(升壓580和升降壓590)來將來自電池508的能量變換至正和負(fù)總線510、512。轉(zhuǎn)換器580、590是獨(dú)立的轉(zhuǎn)換器，并且在電池操作期間不共享組件。因?yàn)閮蓚€(gè)轉(zhuǎn)換器580、590是獨(dú)立的且同時(shí)操作的，對(duì)于改進(jìn)效率，在電池模式操作中，圖4和5中所示出的單個(gè)電感器解決方案不可以被實(shí)施。
雙升壓轉(zhuǎn)換器另一個(gè)從單個(gè)電池輸出正和負(fù)電壓兩者的途徑是通過使用浮動(dòng)電池和圖9中所示出的雙升壓轉(zhuǎn)換器配置610。在該配置中，不同于升降壓的途徑，電池的兩個(gè)端子均不連接到中性線。在美國專利號(hào)5，654，591中論述了雙升壓轉(zhuǎn)換器的操作。三相應(yīng)用先前的三相前端拓?fù)渫ǔＪ褂猛耆ヱ畹腜FC，而由于較少的CT和較好地利用硅和磁，一些三相前端拓?fù)湓谳^低功率水平使用部分去耦的PFC。例如，在美國專利號(hào)7，005，759中論述了三相部分去耦的PFC，其中四個(gè)電感器被用于在在線系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)三相前端轉(zhuǎn)換器。參考圖10，該圖是美國專利號(hào)7，005，759中的圖3，三相前端轉(zhuǎn)換器620包括開關(guān)S0，該開關(guān)在在線操作期間是打開的，從而PFC可以從輸入AC通過電感器La、Lb和Lc以及二極管D1到D6運(yùn)作。電感器La、Lb、Lc是三相PFC的升壓電感器。PFC操作的描述可以在 David M. XU C. Yang J. H. Kong Zhaoming. Qian 的 “Quasi-Soft-Switching PartlyDecoupled Threephase PFC With Approximate Unity Power Factor (具有近似統(tǒng)一功率系數(shù)的準(zhǔn)軟開關(guān)部分去耦的三相PFC)”(IEEE，1998)中找到。在電池模式操作期間，開關(guān)S。是閉合的，并且電池為DC總線提供電力。電感器L被用作電池模式操作中的升壓電感器。CT未被示出，但是其應(yīng)被布置在La和Dp Lb和D2、Lc和D3以及電池和L之間。概述不間斷電源(UPS)系統(tǒng)中前端轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例包括升壓電路，其具有第一和第二輸入端、正輸出節(jié)點(diǎn)、負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)、和中性輸出節(jié)點(diǎn)，升壓電路被配置為對(duì)進(jìn)入的交流(AC)電力進(jìn)行整流，以提供耦合在正節(jié)點(diǎn)和中性節(jié)點(diǎn)之間的正電容器兩端之間的正電壓，并且提供耦合在負(fù)節(jié)點(diǎn)和中性節(jié)點(diǎn)之間的負(fù)電容器兩端之間的負(fù)電壓；電感器，其被耦合到升壓電路的第一輸入端；第一 AC輸入端和中性AC輸入端,其一起被配置為接收交流電力；電池，其具有負(fù)端口和正端口 ；第一器件，其被耦合、布置且被配置為選擇性地將電感器率禹合到第一 AC輸入端或者電池的正端口中的一個(gè)；以及第二器件，其被稱合、布置且被配置為選擇性地將電池的負(fù)端口耦合到升壓電路的第二輸入端；其中電感器在轉(zhuǎn)換器的在線模式和轉(zhuǎn)換器的電池模式之間是共享的，且在電池模式期間，電池通過電感器被耦合至升壓電路的第一輸入端。這類前端轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)方式可以包括一個(gè)或者多個(gè)以下特性。所述轉(zhuǎn)換器還包括與第一器件和升壓電路第一輸入端之間的電感器串聯(lián)耦合的單個(gè)電流互感器。升壓電路包括第一和第二開關(guān)，并且轉(zhuǎn)換器還包括耦合到單個(gè)電流互感器、正輸出節(jié)點(diǎn)、負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)、以及第一和第二開關(guān)的單個(gè)控制器，單個(gè)控制器被配置為耦合到逆變器的輸出端，所述逆變器的輸出端被耦合到正和負(fù)節(jié)點(diǎn)，其中所述單個(gè)控制器被配置為在逆變器輸出端電壓的正半周期期間，使第二開關(guān)閉合以及第一開關(guān)打開和閉合，以便將正輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓保持在第一期望范圍內(nèi)；以及在逆變器輸出電壓的負(fù)半周期期間，使第一開關(guān)閉合以及第二開關(guān)打開和閉合，以便將負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓保持在第二期望范圍內(nèi)。所述轉(zhuǎn)換器還包括耦合到第一和第二器件的單個(gè)控制器，并且該單個(gè)控制器被配置為使第一器件在轉(zhuǎn)換器的在線模式期間將電感器耦合到AC輸入端，并在轉(zhuǎn)換器的電池模式期間將電感器耦合到電池的正端口 ；以及使第二器件在轉(zhuǎn)換器的在線模式期間將電池的負(fù)端口耦合到中性節(jié)點(diǎn)，并在轉(zhuǎn)換器的電池模式期間將電池的負(fù)端口耦合到升壓電路的第二輸入端。另外地或者可選擇地，前端轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)方式可以包括一個(gè)或者多個(gè)以下特性。所述升壓電路包括第一和第二輸入二極管，其中，第一輸入二極管的陽極和第二輸入二極管的陰極連接到升壓電路的第一輸入端，而第二輸入二極管的陽極連接到升壓電路的第二輸入端；第一和第二輸出二極管；以及第一和第二開關(guān)；其中第一輸出二極管的陽極被連接到第一輸入二極管的陰極，第二輸出二極管的陰極被連接到第二輸入二極管的陽極，第一開關(guān)的一個(gè)端部被連接到第一輸入二極管和第一輸出二極管之間，并且另一個(gè)端部被連接到中性連接部，而第二開關(guān)的一個(gè)端部被連接到第二輸出二極管和第二輸入二極管之間，并且另一個(gè)端部被連接到中性連接部。轉(zhuǎn)換器還包括耦合到第一輸入二極管的陽極和第一輸入二極管的陰極的第三器件，并且第三器件被配置為選擇性地旁路第一輸入二極管；以及耦合到第三器件的控制器，并且該控制器被配置為在電池模式期間使第三器件閉合以旁路第一輸入二極管，并在在線模式期間使第三器件打開。另外地或者可選擇地，前端轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)方式可以包括一個(gè)或者多個(gè)以下特性。第二器件被配置為選擇性地將電池的負(fù)端口耦合到升壓電路的第二輸入端或者負(fù)節(jié)點(diǎn)中 的一個(gè)。電感器是第一電感器，而第一 AC輸入端被配置為稱合到三相AC源的第一相位端口，轉(zhuǎn)換器還包括被配置為耦合到三相AC源的第二相位端口的第二 AC輸入端；被配置為耦合到三相AC源的第三相位端口的第三AC輸入端；耦合到第二器件和升壓電路的第二輸入端之間的第二電感器，第二器件被配置為選擇性地將第二電感器耦合到電池負(fù)端口或者第二 AC輸入端中的一個(gè)；第四器件；以及耦合到第四器件和升壓電路的第三輸入端之間的第三電感器，所述第四器件被配置為選擇性地將第三電感器耦合到第三AC輸入端。升壓電路包括第一和第二輸入二極管，其中第一輸入二極管的陽極和第二輸入二極管的陰極連接到升壓電路的第一輸入端，而第二輸入二極管的陽極連接到中性AC輸入端；第三和第四輸入二極管，其中第三輸入二極管的陽極和第四輸入二極管的陰極連接到升壓電路的第二輸入端，而第四輸入二極管的陽極連接到中性AC輸入端；第五和第六輸入二極管，第五輸入二極管的陽極和第六輸入二極管的陰極連接到升壓電路的第三輸入端，而第六輸入二極管的陽極連接到中性AC輸入端；轉(zhuǎn)換器還包括耦合到第四輸入二極管的陽極和第四輸入二極管的陰極的第五器件，并且該第五器件被配置為選擇性地旁路第四輸入二極管；以及耦合到第五器件的控制器，并且該控制器被配置為在電池模式期間使第五器件閉合以旁路第四輸入二極管，并在在線模式期間使第五器件打開。轉(zhuǎn)換器還包括耦合到第一輸入二極管的陽極和第一輸入二極管的陰極的第三器件，并且第三器件被配置為選擇性地旁路第一輸入二極管，所述控制器被耦合到第三器件，并且被配置為在電池模式期間使第三器件閉合以旁路第一輸入二極管，而在在線模式期間使第三器件打開。升壓電路包括第一和第二輸入二極管，其中第一輸入二極管的陽極和第二輸入二極管的陰極連接到升壓電路的第一輸入端，而第二輸入二極管的陽極連接到中性AC輸入端；第三和第四輸入二極管，其中第三輸入二極管的陽極和第四輸入二極管的陰極連接到升壓電路的第二輸入端，而第四輸入二極管的陽極連接到中性AC輸入端；以及第五和第六輸入二極管，其中第五輸入二極管的陽極和第六輸入二極管的陰極連接到升壓電路的第三輸入端，而第六輸入二極管的陽極連接到中性AC輸入端；轉(zhuǎn)換器還包括耦合在第一、第三和第五輸入二極管的陰極和升壓電路的正輸出二極管的陽極之間的第一電流互感器；以及耦合在第二、第四、和第六輸入二極管的陽極和升壓電路的負(fù)輸出二極管的陰極之間的第二電流互感器。轉(zhuǎn)換器還包括正半周期電池開關(guān)，其被耦合、布置且被配置為選擇性地將電池的正端口耦合到中性節(jié)點(diǎn)；負(fù)半周期電池開關(guān)，其被耦合、布置且被配置為選擇性地將電池的負(fù)端口耦合到中性節(jié)點(diǎn)；以及耦合到正和負(fù)半周期電池開關(guān)的控制器，并且該控制器被配置為在逆變器輸出電壓的正半周期期間，使正半周期開關(guān)打開，將電池的正端口與中性節(jié)點(diǎn)隔離，并且使負(fù)半周期開關(guān)閉合，將電池的負(fù)端口耦合到中性節(jié)點(diǎn)，以及在逆變器輸出電壓的負(fù)半周期期間，使正半周期開關(guān)閉合，將電池的正端口耦合到中性節(jié)點(diǎn)，并且使負(fù)半周期開關(guān)打開，將電池的負(fù)端口與中性節(jié)點(diǎn)隔離。第一和第二器件是繼電器。不間斷電源(UPS)的實(shí)施例包括DC-DC前端轉(zhuǎn)換器，其包括被配置為耦合到AC電源供給的轉(zhuǎn)換器輸入端；正DC前端輸出端；負(fù)DC前端輸出端；以及中性前端輸出端;UPS還包括耦合在正DC前端輸出端和中性前端輸出端之間的正電容器；耦合在負(fù)DC前端輸出端和中性前端輸出端之間的負(fù)電容器；以及耦合到正DC前端輸出端、負(fù)DC前端輸出端、和 中性前端輸出端，并且包括正DC逆變器輸出端和中性DC逆變器輸出端的DC-AC逆變器；DC-DC前端轉(zhuǎn)換器還包括升壓電路、電池、以及單個(gè)電感器，該單個(gè)電感器被耦合在升壓電路的輸入端和被配置為選擇性地將電感器耦合到電池的正端口或者轉(zhuǎn)換器輸入端中的第一個(gè)輸入端的器件之間。這類UPS的實(shí)現(xiàn)方式可以包括一個(gè)或者多個(gè)以下特性。DC-DC前端轉(zhuǎn)換器被配置為在轉(zhuǎn)換器的電池模式期間旁路轉(zhuǎn)換器的二極管。DC-DC前端轉(zhuǎn)換器還包括耦合在器件和升壓電路的輸入端之間的單個(gè)電流互感器。轉(zhuǎn)換器輸入端被配置為耦合到三相AC電源，單個(gè)電感器是單個(gè)第一電感器，所述器件是第一器件，而升壓電路的輸入端是升壓電路的第一輸入端，DC-DC前端轉(zhuǎn)換器還包括單個(gè)第二電感器，其被稱合在升壓電路的第二輸入端和被配置為選擇性地將第二電感器耦合到電池的負(fù)端口或者轉(zhuǎn)換器輸入端中的第二個(gè)輸入端的第二器件之間；以及單個(gè)第三電感器，其被耦合在升壓電路的第三輸入端和被配置為選擇性地將第三電感器耦合到轉(zhuǎn)換器輸入端中的第三個(gè)輸入端的第三器件之間。轉(zhuǎn)換器還包括第四和第五器件，其被配置為在轉(zhuǎn)換器的電池模式期間旁路第一和第二輸入二極管。轉(zhuǎn)換器還包括第六器件，其被配置為選擇性地將電池的正端口耦合到轉(zhuǎn)換器的中性節(jié)點(diǎn)；以及第七器件，其被配置為選擇性地將電池的負(fù)端口耦合到轉(zhuǎn)換器的中性節(jié)點(diǎn)。轉(zhuǎn)換器還包括耦合到第四、第五、第六和第七器件的控制器，并且該控制器被配置為使得在轉(zhuǎn)換器的電池模式期間，第四和第五器件閉合，旁路第一和第二輸入器件；在逆變器的輸出電壓的正半周期期間，第六器件打開，將電池的正端口與中性節(jié)點(diǎn)隔離，并且第七器件閉合，將電池的負(fù)端口連接到中性節(jié)點(diǎn)；以及在逆變器的輸出電壓的負(fù)半周期期間，第六器件閉合，將電池的正端口連接到中性節(jié)點(diǎn)，并且第七器件打開，將電池的負(fù)端口與中性節(jié)點(diǎn)隔離。在此描述的產(chǎn)品和/或技術(shù)可以提供一個(gè)或者多個(gè)以下性能。例如，帶有縮減的組件的前端轉(zhuǎn)換器可以提供總電路的較低成本、高效率、并且簡化控制實(shí)現(xiàn)方式。較低額定的組件可以在轉(zhuǎn)換器中被使用，例如，230V系統(tǒng)的額定600V的組件與額定1200V的組件形成對(duì)照。轉(zhuǎn)換器的效率可以被提升?？梢允褂脦в袉蝹€(gè)電感器、單個(gè)電流互感器、和單個(gè)控制器的前端轉(zhuǎn)換器，減小模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換通道的數(shù)量并減小成本。可以使用不包含SCR的前端轉(zhuǎn)換器，與帶有SCR的轉(zhuǎn)換器相比，獲得提高的效率，更少的散熱或者沒有散熱、并且成本減小。在在線操作期間，前端轉(zhuǎn)換器可以使用浮動(dòng)電壓配置的電池以簡化充電控制電路。由前端轉(zhuǎn)換器使用的印刷電路板空間可以被減小，而功率密度增大。雖然描述了成對(duì)的產(chǎn)品/技術(shù)和對(duì)應(yīng)的效果，不過，通過不同于那些所提及的方式，實(shí)現(xiàn)所提及的效果也是可能的，并且所提及的產(chǎn)品/技術(shù)可能不一定產(chǎn)生所提及的效果。附圖簡述圖I是在線UPS系統(tǒng)的方框圖。圖2是在在線UPS系統(tǒng)中沒有變壓器的情況下的逆變器的方框圖。圖3是在線模式中單相功率因數(shù)校正電路的方框圖。
圖4-6是用于從AC電源實(shí)現(xiàn)PFC的前端升壓轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖7是在在線UPS的電池模式中前端轉(zhuǎn)換器操作的電路圖。圖8是標(biāo)準(zhǔn)升降壓轉(zhuǎn)換器電路的電路圖。圖9是雙升壓拓?fù)涞碾娐穲D。圖10是三相前端轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖11是在輸入電壓的正半周期期間，在線模式中共享組件的前端轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖12是在輸入電壓的負(fù)半周期期間，在線模式中共享組件的前端轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖13是電池模式中共享組件的前端轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖14是在電池模式中，圖10中開關(guān)狀態(tài)和電流相對(duì)于轉(zhuǎn)換器的輸出電壓周期的時(shí)間曲線圖。圖15是在線模式中可選的共享組件的前端轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖16是在逆變器輸出電壓的正半周期期間，電池模式中共享組件的三相前端轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖17是在逆變器輸出電壓的負(fù)半周期期間，電池模式中圖16中所示出的共享組件的三相前端轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖18是在逆變器輸出電壓的正半周期期間，電池模式中共享組件的三相前端轉(zhuǎn)換器的供選擇的電路圖。圖19是在逆變器輸出電壓的負(fù)半周期期間，電池模式中圖18中所示出的共享組件的三相前端轉(zhuǎn)換器的電路圖。詳細(xì)描述此外，在此提供的公開內(nèi)容描述了在方法和/或裝置中體現(xiàn)的用于提供前端轉(zhuǎn)換器的技術(shù)，例如，用于包括連接到DC-AC逆變器的前端AC-DC轉(zhuǎn)換器的UPS。例如，提出了帶有用于在線和電池操作兩者的共享組件和以浮動(dòng)電壓配置連接的電池的前端轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選地為繼電器的器件選擇性地在在線操作期間將前端轉(zhuǎn)換器連接到AC源，并且在電池操作期間將電池連接到轉(zhuǎn)換器。單個(gè)電感器在在線和電池模式之間是共享的，該電感器或者將AC源或者將電池耦合到升壓電路。三相前端轉(zhuǎn)換器使用優(yōu)選地為繼電器的器件，通過單個(gè)電感器將每個(gè)輸入相連接到升壓電路。用于兩個(gè)階段中每個(gè)階段的單個(gè)電感器在在線和電池模式之間是共享的。旁路機(jī)制優(yōu)選地被用于在電池模式期間旁路升壓電路的輸入二極管。此外，電池的正端口或者負(fù)端口可以被選擇性地連接到轉(zhuǎn)換器，而另一個(gè)端口連接到中性，這取決于逆變器輸出電壓的半個(gè)周期。其它的實(shí)施方式均在公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。單相電路參考圖11，共享組件的、單相的前端轉(zhuǎn)換器10包括繼電器12、14 ;電池16 ;電感器18 ;電流互感器(CT)20 ;控制器22 ;二極管24、26、28、30 ;以及開關(guān)32、34。轉(zhuǎn)換器10的輸入端被連接到AC電源40，而其輸出端被分別連接到正和負(fù)總線電容器36、38。轉(zhuǎn)換器10能夠用減小數(shù)量的組件以AC電源以及電池16 (DC電壓)操作。雖然不一定，轉(zhuǎn)換器10優(yōu)選地被設(shè)計(jì)為230V系統(tǒng)，S卩，電池16提供230V DC,而轉(zhuǎn)換器可以被連接到230V AC源40。轉(zhuǎn)換器10的組件優(yōu)選地額定在大約600V或者更小。轉(zhuǎn)換器10沒有使用SCR，并且如以下所描述的，在在線操作期間，電池16被連接到中性線。如圖I中所示出的，轉(zhuǎn)換器10優(yōu)選地連接到逆變器。因此，盡管在圖11中沒有示出，下文涉及逆變器和逆變器的輸出端?？刂破?2被耦合并且被配置為監(jiān)測轉(zhuǎn)換器10的組件的狀況和影響狀態(tài)。控制器 22被連接到CT 20以接收通過CT的電流的指示?？刂破?2還被連接到節(jié)點(diǎn)50和52以監(jiān)測電容器36、38的DC電壓?？刂破?2還被連接到開關(guān)32、34以控制開關(guān)32、34如所期望地打開(不導(dǎo)通)或者閉合(導(dǎo)通)?？刂破?2根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)相關(guān)的狀況，例如，AC源的超電壓、斷電、瞬間電壓突增、AC源電壓返回至期望狀況等等，協(xié)調(diào)在線和電池模式之間的轉(zhuǎn)換?？蛇x擇地，控制器22可以接收由協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換的獨(dú)立控制器轉(zhuǎn)換的指示，例如，確定轉(zhuǎn)換條件發(fā)生并指示/初始化轉(zhuǎn)換。電感器18和CT 20由在線和電池模式兩者共享。繼電器12被耦合并被配置為選擇性地將電感器18連接至AC源40或者電池16的正端子。電感器18通過CT 20被連接到正和負(fù)升壓轉(zhuǎn)換器。電感器18在轉(zhuǎn)換器10中是唯一的電感器。因此，轉(zhuǎn)換器10僅包括單個(gè)電感器。這里，“單個(gè)”電感器是在示出的電路位置中單個(gè)的電感，但是電感可以由多個(gè)物理器件組成。繼電器14被配置和耦合為選擇性地將電池的負(fù)端子連接到中性線(連接到AC源40)或者二極管26、開關(guān)34和二極管30。在在線模式中，繼電器12、14被連接到常開(NO)位置，而前端轉(zhuǎn)換器10在來自AC源40的輸入AC電壓下工作。在輸入電壓的正半周期期間，包括電感器18、CT 20、控制器22、二極管24、28、以及開關(guān)32的正升壓轉(zhuǎn)換器部分將輸入正AC半周期電壓轉(zhuǎn)換至DC電壓，并將該電壓提供到電容器36。在正半周期期間，控制器22可以打開升壓開關(guān)34并監(jiān)測正DC總線電容器36的電壓和通過CT 20的電流?；诒O(jiān)測的電壓和電流，控制器22打開和閉合升壓開關(guān)32以將電容器36的電壓保持在大約期望的水平，例如，在期望的電壓范圍內(nèi)。線42示出了當(dāng)升壓開關(guān)32開啟(閉合/導(dǎo)通)時(shí)的電流路徑，而線44示出了當(dāng)升壓開關(guān)32切斷(打開/非導(dǎo)通)時(shí)的電流路徑。參考圖12，在負(fù)半周期期間，控制器22可以打開升壓開關(guān)32并監(jiān)測負(fù)DC總線電容器38的電壓和通過CT 20的電流?；诒O(jiān)測的電壓和電流，控制器22打開和閉合升壓開關(guān)34以將電容器38的電壓保持在大約期望的水平，例如，在期望的電壓范圍內(nèi)。線46示出了當(dāng)升壓開關(guān)34開啟(閉合/導(dǎo)通)時(shí)的電流路徑，而線48示出了當(dāng)升壓開關(guān)34切斷(打開/非導(dǎo)通)時(shí)的電流路徑。在源40的正和負(fù)半周期兩者期間，電感器18和CT 20攜帶電流。相反地，二極管24、26、28、30，開關(guān)32、34以及電容器36、38，每個(gè)僅在輸入電壓電源40的相應(yīng)的半周期期間導(dǎo)通電流。參考圖13，再參考圖11，在電池模式中，繼電器12、14被連接到它們的常閉(NC)位置，而前端轉(zhuǎn)換器10在電池16的DC電壓下工作，并與AC電壓電源40隔離。與在在線操作期間與輸入電壓同步形成對(duì)照，在電池操作期間，控制器22控制前端轉(zhuǎn)換器10，與節(jié)點(diǎn)50、52之間的、連接到轉(zhuǎn)換器10的逆變器(未示出)的輸出電壓同步。如以下所描述的，在輸出電壓的半周期，開關(guān)32、34均完全閉合，在輸出電壓的另半個(gè)周期如所期望地打開和閉合。此外，如以上和以下所討論的，當(dāng)轉(zhuǎn)換器10以在線模式運(yùn)行時(shí)，對(duì)于輸入電壓的正和負(fù)半周期兩者，以及當(dāng)轉(zhuǎn)換器10以電池模式運(yùn)行時(shí)，對(duì)于輸出電壓的正和負(fù)半周期兩者，在轉(zhuǎn)換器10中僅使用單個(gè)電感器18。同樣的，在在線和電池操作兩者期間，僅單個(gè)電流互感器20和單個(gè)控制器22可以被用于操作轉(zhuǎn)換器10，而繼電器14被配置且耦合成選擇性地將電池的負(fù)端子連接到中性線或者二極管26、開關(guān)34、和二極管30。在輸出電壓的正半周期期間，控制器22閉合開關(guān)34，并如所期望地打開和閉合開關(guān)32?？刂破?2監(jiān)測通過CT 20的電流和節(jié)點(diǎn)50的電壓，使用監(jiān)測的電流和電壓來確定 脈寬調(diào)制(PWM)速率，并且根據(jù)確定的PWM速率來打開和閉合開關(guān)32，以將節(jié)點(diǎn)50的電壓保持在大約期望的水平，例如，期望的電壓范圍內(nèi)。如線54所示的，當(dāng)開關(guān)32閉合時(shí)，電流將流過電池16、繼電器12、電感器18、CT 20、二極管24、開關(guān)32、開關(guān)34和繼電器14。當(dāng)開關(guān)32閉合時(shí)，電感器18中的電流增大，而能量被儲(chǔ)存在電感器18中。如線56所示的，當(dāng)開關(guān)32打開時(shí)，電流將流過電池16、繼電器12、電感器18、CT 20、二極管24、二極管28、電容器36、開關(guān)34和繼電器14。當(dāng)開關(guān)32打開時(shí)，電感器電流減小，因?yàn)槟芰繌碾姼衅?8被帶走并轉(zhuǎn)移到電容器36，增大了電容器36兩端之間的電壓，即，節(jié)點(diǎn)50處的電壓。在輸出電壓的負(fù)半周期期間，控制器22閉合開關(guān)32，并如所期望地打開和閉合開關(guān)34。控制器22監(jiān)測通過CT 20的電流和節(jié)點(diǎn)52的電壓，使用監(jiān)測的電流和電壓來確定PWM速率，并且根據(jù)確定的PWM速率來打開和閉合開關(guān)34，以將節(jié)點(diǎn)52的電壓保持在大約期望的水平，例如，期望的電壓范圍內(nèi)。如線54所示的，當(dāng)開關(guān)34閉合時(shí)，電流將流過電池16、繼電器12、電感器18、CT 20、二極管24、開關(guān)32、開關(guān)34和繼電器14。當(dāng)開關(guān)34閉合時(shí)，電感器18中的電流增大，而能量被儲(chǔ)存在電感器18中。如線58所示的，當(dāng)開關(guān)34打開時(shí)，電流將流過電池16、繼電器12、電感器18、CT 20、二極管24、開關(guān)32、電容器38、二極管30和繼電器14。當(dāng)開關(guān)34打開時(shí)，電感器電流減小，因?yàn)槟芰繌碾姼衅?8被帶走并轉(zhuǎn)移到電容器38，增大了電容器38兩端之間的電壓，即，節(jié)點(diǎn)52處的電壓。在圖14中示出了電池模式中轉(zhuǎn)換器10的操作。如所示處的，在輸出電壓的正半周期中，開關(guān)34是導(dǎo)通的，而開關(guān)32被打開和閉合，產(chǎn)生非零脈動(dòng)電感器電流、通過開關(guān)34的非零波動(dòng)的電流、以及通過開關(guān)32的間歇電流。仍如所示出的，在開關(guān)32閉合的時(shí)間期間，開關(guān)32的電流上升。在輸出電壓的負(fù)半周期中，開關(guān)32是導(dǎo)通的，而開關(guān)34被打開和閉合，產(chǎn)生非零波動(dòng)的電感器電流、通過開關(guān)32的非零波動(dòng)的電流、以及通過開關(guān)34的間歇電流。隨著正半周期中的開關(guān)32，在開關(guān)34閉合的時(shí)間期間，開關(guān)34的電流上升。其它實(shí)施方式在所附權(quán)利要求的范圍和精神內(nèi)。例如，參考圖15，前端轉(zhuǎn)換器60包括與圖11-13中所示出的轉(zhuǎn)換器10的組件相類似的組件。然而，轉(zhuǎn)換器60還包括繼電器62和控制器64，控制器64被配置為監(jiān)測電壓和電流并控制開關(guān)32、34，類似于控制器22，但其還被耦合到繼電器62并且被配置為控制繼電器62。繼電器62被耦合到二極管24兩端，并且被配置為選擇性地旁路二極管24，當(dāng)繼電器62閉合(導(dǎo)通)時(shí)，二極管24本質(zhì)上被短路。繼電器62比二極管24具有較低的損耗，并且與二極管24中的損耗相比，可以低至被忽略不計(jì)?？刂破?4監(jiān)測轉(zhuǎn)換器60放入模式，即，轉(zhuǎn)換器60處于在線模式還是電池模式。在電池模式期間，控制器64閉合繼電器62，而在在線模式期間，控制器64打開繼電器62。當(dāng)在電池模式時(shí)，在輸出電壓的(正和負(fù))半周期兩者期間，電流流過轉(zhuǎn)換器10的二極管24，在電池模式期間繼電器62被閉合，以通過在轉(zhuǎn)換器60的電池模式期間使電流流過繼電器62，而不是流過二極管24來減小能量損耗并提高效率。三相電路參考圖16，三相的、共享組件的前端轉(zhuǎn)換器110被配置為在電池模式操作中使用前端電感器。與三相前端轉(zhuǎn)換器620相比，與轉(zhuǎn)換器620中被布置在二極管橋接器下游的電池形成對(duì)照，轉(zhuǎn)換器110具有布置在二極管橋接器114上游的電池112，并且去除了電感器L，因此與轉(zhuǎn)換器620相比減小了轉(zhuǎn)換器110的成本。轉(zhuǎn)換器110僅用三個(gè)電感器實(shí)現(xiàn)在線UPS前端轉(zhuǎn)換器操作。如圖I中所示出的，轉(zhuǎn)換器110優(yōu)選地連接到逆變器。因此，盡管在圖16中沒有示出，下文涉及逆變器和逆變器的輸出端。 轉(zhuǎn)換器110 包括繼電器 122、124、126 ;電感器 132、134、136 ;繼電器 138、140 ；CT142、144 ;開關(guān)146、148 ;以及二極管150、152?？偩€電容器154、156分別對(duì)應(yīng)于正和負(fù)DC總線地被布置在節(jié)點(diǎn)160、162之間。繼電器122被布置、耦合且被配置為選擇性地將電感器132連接到電池112的正端子113或者對(duì)應(yīng)于源164的第一相位輸出端的轉(zhuǎn)換器110的第一相位輸入端166中的任意一個(gè)。繼電器124被布置、稱合且被配置為選擇性地將電感器134連接到電池112的負(fù)端子115或者對(duì)應(yīng)于源164的第二相位輸出端的轉(zhuǎn)換器110的第二相位輸入端168中的任意一個(gè)。繼電器126被布置、稱合且被配置為選擇性地將電感器136連接到對(duì)應(yīng)于源164的第三相位輸出端的轉(zhuǎn)換器110的第三相位輸入端170，或者將電感器136從對(duì)應(yīng)于源164的第三相位輸出端的轉(zhuǎn)換器110的第三相位輸入端170斷開/去耦合。來自源164的電力的每個(gè)相位通過相應(yīng)的單個(gè)電感器132、134、136地連接到二極管橋接器114。電池112通過繼電器122、124和電感器132、134被連接，來為整流二極管橋接器114提供輸入電力。繼電器138的一個(gè)端部被耦合到電感器132和橋接器114的二極管172的陽極之間，而另一個(gè)端部被耦合到二極管172的陰極。繼電器138被耦合并被配置為響應(yīng)于來自控制器180信號(hào)地選擇性地旁路并本質(zhì)上短路二極管172。繼電器140的一個(gè)端部被耦合到電感器134和橋接器114的二極管174的陰極之間，而另一個(gè)端部被耦合到二極管174的陽極。繼電器140被耦合并被配置為響應(yīng)于來自控制器180信號(hào)地選擇性地旁路并本質(zhì)上短路二極管174?？刂破?80被耦合并被配置為監(jiān)測電流和電壓，并且控制繼電器122、124、126、138、140的狀態(tài)。控制器180被耦合到CT 142、144來監(jiān)測電流，被耦合到輸入端166、168、170來確定輸入電力的可接受性，被耦合到逆變器的輸出端來監(jiān)測輸出電壓，并且被耦合到繼電器122、124、126、138、140來提供用于設(shè)定繼電器122、124、126、138、140狀態(tài)(打開/閉合)的控制信號(hào)。響應(yīng)于確定輸入電力是可接受的，控制器180將轉(zhuǎn)換器110設(shè)定為在線狀態(tài)(或者將轉(zhuǎn)換器110留在在線狀態(tài))。在在線操作期間，控制器180將繼電器122、124、126設(shè)定到它們的將源164連接到電感器132、134、136的NO位置。此外，控制器180將繼電器138、140設(shè)定到它們的NC (在這里是打開的)位置，以使電流在第一和第二源相位的正和負(fù)半周期期間將分別流過二極管172、174。在AC (在線)操作期間轉(zhuǎn)換器110的控制類似于以上所引用的Xu所著的美國專利號(hào)7，005，759和IEEE文章中所描述的在線操作。 響應(yīng)于確定輸入電力是不可接受的，控制器180將轉(zhuǎn)換器110設(shè)定為電池模式(或者將轉(zhuǎn)換器110留在電池模式)。控制器180發(fā)送信號(hào)至繼電器122、124、126來將繼電器122、124、126設(shè)定到它們的NC位置。在它們的NC位置，繼電器122、124分別將電池112的正和負(fù)端子連接到電感器132、134。在其NC位置，繼電器126將電感器136與輸入端170以及從電池112隔離。另外，響應(yīng)于確定輸入電力是不可接受的，控制器180發(fā)送信號(hào)來分別將繼電器138、140設(shè)定到它們的NO (在這里是導(dǎo)通的)位置。在其NO位置，繼電器172旁路、基本短路二極管172來有效地直接將電感器132連接到CT 142，電流流過繼電器138。在其NO位置，繼電器140旁路、基本短路二極管174來有效地直接將電感器134連接到CT144，電流流過繼電器140。控制器180監(jiān)測逆變器的輸出電壓；節(jié)點(diǎn)160、162的電壓；以及通過CT 142、144的電流，并且控制開關(guān)146、148來實(shí)現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)160、162處所期望的電壓。響應(yīng)于確定逆變器的輸出電壓在其正半周期，控制器180發(fā)送信號(hào)到開關(guān)148來閉合開關(guān)148，如圖16中所 示出的。響應(yīng)于確定逆變器的輸出電壓在其負(fù)半周期，控制器180發(fā)送信號(hào)到開關(guān)146來閉合開關(guān)146，如圖17中所示出的。參考圖16，在逆變器輸出電壓的正半周期期間，控制器180調(diào)控開關(guān)146的打開和閉合。控制器180監(jiān)測通過CT 142的電流和節(jié)點(diǎn)160的電壓，使用監(jiān)測的電流和電壓來確定PWM速率，并且根據(jù)確定的PWM速率來打開和閉合開關(guān)146，以將節(jié)點(diǎn)160的電壓保持在大約期望的水平，例如，期望的電壓范圍內(nèi)。如線182所示的，當(dāng)開關(guān)146閉合時(shí)，電流將流過電池112、繼電器122、電感器132、繼電器138、CT 142、開關(guān)146、開關(guān)148、CT 144、繼電器140、和電感器134。當(dāng)開關(guān)146閉合時(shí)，電感器132中的電流增大，而能量被儲(chǔ)存在電感器132、134中。如線184所示的，當(dāng)開關(guān)146打開時(shí)，電流將流過電池112、繼電器122、電感器132、繼電器138、CT 142、二極管150、電容器154、開關(guān)148、CT 144、繼電器140、和電感器134。當(dāng)開關(guān)146打開時(shí)，能量從電池112轉(zhuǎn)移到總線電容器154，增大電容器154兩端之間的電壓，即，節(jié)點(diǎn)160處的電壓。參考圖17，再參考圖16，在逆變器輸出電壓的負(fù)半周期期間，控制器180調(diào)控開關(guān)148的打開和閉合?？刂破?80監(jiān)測通過CT 144 (和/或CT 142)的電流和節(jié)點(diǎn)162的電壓，使用監(jiān)測的電流和電壓來確定PWM速率，并且根據(jù)確定的PWM速率來打開和閉合開關(guān)148，以將節(jié)點(diǎn)162的電壓保持在大約期望的水平，例如，期望的電壓范圍內(nèi)。如線186所示的，當(dāng)開關(guān)146閉合時(shí)，電流將流過電池112、繼電器122、電感器132、繼電器138、CT 142、開關(guān)146、開關(guān)148、CT 144、繼電器140、和電感器134。當(dāng)開關(guān)148閉合時(shí)，電感器132中的電流增大，而能量被儲(chǔ)存在電感器132、134中。如線188所示的，當(dāng)開關(guān)148打開時(shí)，電流將流過電池112、繼電器122、電感器132、繼電器138、CT 142、開關(guān)146、電容器156、二極管152、CT 144、繼電器140和電感器134。當(dāng)開關(guān)148打開時(shí)，能量從電池112轉(zhuǎn)移到總線電容器156，增大電容器156兩端之間的電壓，S卩，節(jié)點(diǎn)162處的電壓。參考單相前端轉(zhuǎn)換器的操作，該操作類似于以上所解釋的使用帶有浮動(dòng)電池的雙升壓轉(zhuǎn)換器。可以使用三相轉(zhuǎn)換器的其它實(shí)施方式。例如，參考圖18，除了設(shè)置了兩個(gè)繼電器292,294以外，轉(zhuǎn)換器210被配置為類似于轉(zhuǎn)換器110。繼電器292被連接到電池112的正端子，并且選擇性地連接到中性線路296或者連接到開路。繼電器294被連接到電池112的負(fù)端子，并且選擇性地連接到中性線路296或者連接到開路。開關(guān)292、294可以是對(duì)于電池電壓例如230V額定的低電壓FET。控制器280除了被配置有許多以上描述的控制器180的功能之外，還被配置為控制開關(guān)292、294的狀態(tài)。轉(zhuǎn)換器210在在線模式中的操作類似于以上所引用的Xu所著的美國專利號(hào)7，005, 759和IEEE文章中所描述的。如同轉(zhuǎn)換器110，轉(zhuǎn)換器210優(yōu)選地通過節(jié)點(diǎn)160、162連接到逆變器，類似于圖I中所示出的，并且由此該逆變器及其輸出端在下面被引用但是沒有在圖18中被示出。控制器280監(jiān)測逆變器的輸出電壓；節(jié)點(diǎn)160、162的電壓；以及通過CT 142、144的電流，并且控制開關(guān)146、148、292、294來實(shí)現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)160、162處所期望的電壓。響應(yīng)于確定逆變器的輸出電壓在其正半周期，控制器280發(fā)送信號(hào)到開關(guān)294來閉合，如圖18中所示出的。如同轉(zhuǎn)換器110中的開關(guān)148，在正半周期期間開關(guān)294將保持閉合?？刂破?80還發(fā)送信號(hào)到開關(guān)292、148來打開，并且在正半周期期間，這些開關(guān)將保持打開。響應(yīng)于確定逆變器的輸出電壓在其負(fù)半周期，控制器280發(fā)送信號(hào)到開關(guān)292來閉合，如圖19中所示出的。如同轉(zhuǎn)換器110中的開關(guān)146，在負(fù)半周期期間開關(guān)292將保持閉合。控制器280還發(fā)送信號(hào)到開關(guān)294、146來打開，并且在負(fù)半周期期間，這些開關(guān)將保持打開。 在逆變器輸出電壓的正半周期期間，控制器280調(diào)控開關(guān)146的打開和閉合?？刂破?80監(jiān)測通過CT 142的電流和節(jié)點(diǎn)160的電壓，使用監(jiān)測的電流和電壓來確定PWM速率，并且根據(jù)確定的PWM速率來打開和閉合開關(guān)146，以將節(jié)點(diǎn)160的電壓保持在大約期望的水平，例如，期望的電壓范圍內(nèi)。如線300所示的，當(dāng)開關(guān)146閉合時(shí)，電流將流過電池112、繼電器122、電感器132、繼電器138、CT 142、開關(guān)146、中性線路296、和開關(guān)294。當(dāng)開關(guān)146閉合時(shí)，電感器132中的電流增大，而能量被儲(chǔ)存在電感器132中。如線302所示的，當(dāng)開關(guān)146打開時(shí)，電流將流過電池112、繼電器122、電感器132、繼電器138、CT 142、二極管150、電容器154、中性線路296、和開關(guān)294。當(dāng)開關(guān)146打開時(shí)，能量從電池112轉(zhuǎn)移到總線電容器154，增大電容器154兩端之間的電壓，即，節(jié)點(diǎn)160處的電壓。參考圖19，在逆變器輸出電壓的負(fù)半周期期間，控制器280調(diào)控開關(guān)148的打開和閉合。控制器280監(jiān)測通過CT 144的電流和節(jié)點(diǎn)162的電壓，使用監(jiān)測的電流和電壓來確定PWM速率，并且根據(jù)確定的PWM速率來打開和閉合開關(guān)148，以將節(jié)點(diǎn)162的電壓保持在大約期望的水平，例如，期望的電壓范圍內(nèi)。如線304所示的，當(dāng)開關(guān)148閉合時(shí)，電流將流過電池112、開關(guān)292、中性線路296、開關(guān)148、CT 144、繼電器140、電感器134、和繼電器124。當(dāng)開關(guān)148閉合時(shí)，電感器134中的電流增大，而能量被儲(chǔ)存在電感器134中。如線306所示的，當(dāng)開關(guān)148打開時(shí)，電流將流過電池112、開關(guān)292、中性線路296、電容器156、二極管152、CT 144、繼電器140、電感器134、和繼電器124。當(dāng)開關(guān)148打開時(shí)，能量從電池112轉(zhuǎn)移到總線電容器156，增大電容器156兩端之間的電壓，即，節(jié)點(diǎn)162處的電壓。
權(quán)利要求
1.一種在不間斷電源(UPS)系統(tǒng)中的前端轉(zhuǎn)換器，包括 升壓電路，其具有第一輸入端和第二輸入端、正輸出節(jié)點(diǎn)、負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)和中性輸出節(jié)點(diǎn)，所述升壓電路被配置為對(duì)進(jìn)入的交流(AC)電力進(jìn)行整流，以提供耦合在所述正節(jié)點(diǎn)和所述中性節(jié)點(diǎn)之間的正電容器的兩端之間的正電壓，并且提供耦合在所述負(fù)節(jié)點(diǎn)和所述中性節(jié)點(diǎn)之間的負(fù)電容器的兩端之間的負(fù)電壓； 電感器，其被耦合到所述升壓電路的所述第一輸入端； 第一 AC輸入端和中性AC輸入端,該第一 AC輸入端和中性AC輸入端一起被配置為接收交流電力； 電池，其具有負(fù)端口和正端口 ； 第一器件，其被耦合、布置且被配置為選擇性地將所述電感器耦合到所述第一 AC輸入端或者所述電池的所述正端口中的一個(gè)；以及 第二器件，其被耦合、布置且被配置為選擇性地將所述電池的所述負(fù)端口耦合到所述升壓電路的所述第二輸入端； 其中所述電感器在所述轉(zhuǎn)換器的在線模式和所述轉(zhuǎn)換器的電池模式之間被共享，且在所述電池模式期間，所述電池通過所述電感器被耦合至所述升壓電路的所述第一輸入端。
2.如權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器，還包括單個(gè)電流互感器，該單個(gè)電流互感器與所述第一器件和所述升壓電路的所述第一輸入端之間的所述電感器串聯(lián)耦合。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述升壓電路包括第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述轉(zhuǎn)換器還包括耦合到所述單個(gè)電流互感器、所述正輸出節(jié)點(diǎn)、所述負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)、以及所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的單個(gè)控制器，所述單個(gè)控制器被配置為耦合到逆變器的輸出端，所述逆變器的輸出端被耦合到所述正節(jié)點(diǎn)和所述負(fù)節(jié)點(diǎn)，其中所述單個(gè)控制器被配置為 在所述逆變器的所述輸出端的電壓的正半周期期間，使所述第二開關(guān)閉合以及使所述第一開關(guān)打開和閉合，以便將所述正輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓保持在第一期望范圍內(nèi)；以及 在所述逆變器的所述輸出端的電壓的負(fù)半周期期間，使所述第一開關(guān)閉合以及使所述第二開關(guān)打開和閉合，以便將所述負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓保持在第二期望范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器，還包括單個(gè)控制器，該單個(gè)控制器被耦合到所述第一器件和所述第二器件并且被配置為 使所述第一器件在所述轉(zhuǎn)換器的所述在線模式期間將所述電感器耦合到所述AC輸入端，以及在所述轉(zhuǎn)換器的所述電池模式期間將所述電感器耦合到所述電池的所述正端口 ；以及 使所述第二器件在所述轉(zhuǎn)換器的所述在線模式期間將所述電池的所述負(fù)端口耦合到所述中性節(jié)點(diǎn)，以及在所述轉(zhuǎn)換器的所述電池模式期間將所述電池的所述負(fù)端口耦合到所述升壓電路的所述第二輸入端。
5.如權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述升壓電路包括 第一輸入二極管和第二輸入二極管，其中所述第一輸入二極管的陽極和所述第二輸入二極管的陰極連接到所述升壓電路的所述第一輸入端，而所述第二輸入二極管的陽極連接到所述升壓電路的所述第二輸入端； 第一輸出二極管和第二輸出二極管；以及 第一開關(guān)和第二開關(guān)；其中所述第一輸出二極管的陽極被連接到所述第一輸入二極管的陰極，所述第二輸出二極管的陰極被連接到所述第二輸入二極管的陽極，所述第一開關(guān)的一個(gè)端部被連接在所述第一輸入二極管和所述第一輸出二極管之間，而另一個(gè)端部被連接到中性連接部，以及所述第二開關(guān)的一個(gè)端部被連接在所述第二輸出二極管和所述第二輸入二極管之間，而另一個(gè)端部被連接到所述中性連接部。
6.如權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)換器，還包括 第三器件，其耦合到所述第一輸入二極管的陽極和所述第一輸入二極管的陰極，并且被配置為選擇性地旁路所述第一輸入二極管；以及 控制器，其被耦合到所述第三器件并且被配置為在所述電池模式期間使所述第三器件閉合以旁路所述第一輸入二極管，并在所述在線模式期間使所述第三器件打開。
7.如權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第二器件被配置為選擇性地將所述電池的所述負(fù)端口耦合到所述升壓電路的所述第二輸入端或者所述負(fù)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)。
8.如權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述電感器是第一電感器，而所述第一AC輸入端被配置為耦合到三相AC源的第一相位端口，所述轉(zhuǎn)換器還包括 第二 AC輸入端，其被配置為耦合到所述三相AC源的第二相位端口 ； 第三AC輸入端，其被配置為耦合到所述三相AC源的第三相位端口 ； 第二電感器，其被耦合在所述第二器件和所述升壓電路的所述第二輸入端之間，所述第二器件被配置為選擇性地將所述第二電感器耦合到所述電池的所述負(fù)端口或者所述第二 AC輸入端中的一個(gè)； 第四器件；以及 第三電感器，其被耦合在所述第四器件和所述升壓電路的第三輸入端之間，所述第四器件被配置為選擇性地將所述第三電感器耦合到所述第三AC輸入端。
9.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述升壓電路包括 第一輸入二極管和第二輸入二極管，其中所述第一輸入二極管的陽極和所述第二輸入二極管的陰極連接到所述升壓電路的所述第一輸入端，而所述第二輸入二極管的陽極連接到所述中性AC輸入端； 第三輸入二極管和第四輸入二極管，其中所述第三輸入二極管的陽極和所述第四輸入二極管的陰極連接到所述升壓電路的所述第二輸入端，而所述第四輸入二極管的陽極連接到所述中性AC輸入端；以及 第五輸入二極管和第六輸入二極管，其中所述第五輸入二極管的陽極和所述第六輸入二極管的陰極連接到所述升壓電路的所述第三輸入端，而所述第六輸入二極管的陽極連接到所述中性AC輸入端； 所述轉(zhuǎn)換器還包括 第五器件，其被耦合到所述第四輸入二極管的陽極和所述第四輸入二極管的陰極，并且被配置為選擇性地旁路所述第四輸入二極管；以及 控制器，其被耦合到所述第五器件，并且被配置為在所述電池模式期間，使所述第五器件閉合以旁路所述第四輸入二極管，并在所述在線模式期間，使所述第五器件打開。
10.如權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)換器，還包括第三器件，該第三器件耦合到所述第一輸入二極管的陽極和所述第一輸入二極管的陰極，并且被配置為選擇性地旁路所述第一輸入二極管，所述控制器被耦合到所述第三器件，并且被配置為在所述電池模式期間使所述第三設(shè)備閉合以旁路所述第一輸入二極管，并在所述在線模式期間使所述第三器件打開。
11.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述升壓電路包括 第一輸入二極管和第二輸入二極管，其中所述第一輸入二極管的陽極和所述第二輸入二極管的陰極連接到所述升壓電路的所述第一輸入端，而所述第二輸入二極管的陽極連接到所述中性AC輸入端； 第三輸入二極管和第四輸入二極管，其中所述第三輸入二極管的陽極和所述第四輸入二極管的陰極連接到所述升壓電路的所述第二輸入端，而所述第四輸入二極管的陽極連接到所述中性AC輸入端；以及 第五輸入二極管和第六輸入二極管，其中所述第五輸入二極管的陽極和所述第六輸入二極管的陰極連接到所述升壓電路的所述第三輸入端，而所述第六輸入二極管的陽極連接到所述中性AC輸入端； 所述轉(zhuǎn)換器還包括 第一電流互感器，其被耦合在所述第一輸入二極管、所述第三輸入二極管和所述第五輸入二極管的陰極與所述升壓電路的正輸出二極管的陽極之間；以及 第二電流互感器，其被耦合在所述第二輸入二極管、所述第四輸入二極管和所述第六輸入二極管的陽極與所述升壓電路的負(fù)輸出二極管的陰極之間。
12.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)換器，還包括 正半周期電池開關(guān)，其被耦合、布置且被配置為選擇性地將所述電池的所述正端口耦合到所述中性節(jié)點(diǎn)； 負(fù)半周期電池開關(guān)，其被耦合、布置且被配置為選擇性地將所述電池的所述負(fù)端口耦合到所述中性節(jié)點(diǎn)；以及 控制器，其被耦合到所述正半周期電池開關(guān)和所述負(fù)半周期電池開關(guān)，并且被配置為在逆變器輸出電壓的正半周期期間，使所述正半周期開關(guān)打開，以將所述電池的所述正端口與所述中性節(jié)點(diǎn)隔離，并且使所述負(fù)半周期開關(guān)閉合，以將所述電池的所述負(fù)端口耦合到所述中性節(jié)點(diǎn)；以及在逆變器輸出電壓的負(fù)半周期期間，使所述正半周期開關(guān)閉合，以將所述電池的所述正端口耦合到所述中性節(jié)點(diǎn)，并且使所述負(fù)半周期開關(guān)打開，以將所述電池的所述負(fù)端口與所述中性節(jié)點(diǎn)隔離。
13.如權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一器件和所述第二器件是繼電器。
14.一種不間斷電源(UPS)，包括 DC-DC前端轉(zhuǎn)換器，包括 多個(gè)轉(zhuǎn)換器輸入端，其被配置為耦合到AC電源供給； 正DC前端輸出端； 負(fù)DC前端輸出端；以及 中性前端輸出端； 正電容器，其被耦合在所述正DC前端輸出端和所述中性前端輸出端之間； 負(fù)電容器，其被耦合在所述負(fù)DC前端輸出端和所述中性前端輸出端之間；以及DC-AC逆變器，其被耦合到所述正DC前端輸出端、所述負(fù)DC前端輸出端和所述中性前端輸出端，并且包括正DC逆變器輸出端和中性DC逆變器輸出端；所述DC-DC前端轉(zhuǎn)換器還包括 升壓電路； 電池；以及 單個(gè)電感器，其被耦合到所述升壓電路的輸入端和一器件之間，該器件被配置為選擇性地將所述電感器耦合到所述電池的正端口或者所述轉(zhuǎn)換器輸入端中的第一個(gè)輸入端。
15.如權(quán)利要求14所述的UPS，其中所述DC-DC前端轉(zhuǎn)換器被配置在所述轉(zhuǎn)換器的電池模式期間旁路所述轉(zhuǎn)換器的二極管。
16.如權(quán)利要求14所述的UPS，其中所述DC-DC前端轉(zhuǎn)換器還包括耦合在所述器件和所述升壓電路的所述輸入端之間的單個(gè)電流互感器。
17.如權(quán)利要求14所述的UPS，其中所述多個(gè)轉(zhuǎn)換器輸入端被配置為耦合到三相AC電源，所述單個(gè)電感器是單個(gè)第一電感器，所述器件是第一器件，而所述升壓電路的所述輸入端是所述升壓電路的第一輸入端，所述DC-DC前端轉(zhuǎn)換器還包括 單個(gè)第二電感器，其被耦合在所述升壓電路的第二輸入端和一第二器件之間，該第二器件被配置為選擇性地將所述第二電感器耦合到所述電池的負(fù)端口或者所述轉(zhuǎn)換器輸入端中的第二個(gè)輸入端；以及 單個(gè)第三電感器，其被耦合在所述升壓電路的第三輸入端和一第三器件之間，該第三器件被配置為選擇性地將所述第三電感器耦合到所述轉(zhuǎn)換器輸入端中的第三個(gè)輸入端。
18.如權(quán)利要求17所述的UPS，其中所述轉(zhuǎn)換器還包括第四器件和第五器件，該第四器件和第五器件被配置為在所述轉(zhuǎn)換器的電池模式期間旁路第一輸入二極管和第二輸入二極管。
19.如權(quán)利要求18所述的UPS，其中所述轉(zhuǎn)換器還包括 第六器件，其被配置為選擇性地將所述電池的所述正端口耦合到所述轉(zhuǎn)換器的中性節(jié)點(diǎn)；以及 第七器件，其被配置為選擇性地將所述電池的所述負(fù)端口耦合到所述轉(zhuǎn)換器的所述中性節(jié)點(diǎn)。
20.如權(quán)利要求19所述的UPS，其中所述轉(zhuǎn)換器還包括控制器，該控制器被耦合到所述第四器件、所述第五器件、所述第六器件和所述第七器件并且被配置為 在所述轉(zhuǎn)換器的電池模式期間，使所述第四器件和所述第五器件閉合，以旁路所述第一輸入器件和所述第二輸入器件； 在所述逆變器的輸出電壓的正半周期期間，使所述第六器件打開，以將所述電池的所述正端口與所述中性節(jié)點(diǎn)隔離，并且使所述第七器件閉合，以將所述電池的所述負(fù)端口連接到所述中性節(jié)點(diǎn)；以及 在所述逆變器的所述輸出電壓的負(fù)半周期期間，使所述第六器件閉合，以將所述電池的所述正端口連接到所述中性節(jié)點(diǎn)，并且使所述第七器件打開，以將所述電池的所述負(fù)端口與所述中性節(jié)點(diǎn)隔離。
全文摘要
不間斷電源系統(tǒng)中的一種前端轉(zhuǎn)換器，其包括升壓電路，其具有第一和第二輸入端、以及正、負(fù)和中性輸出節(jié)點(diǎn)，并且被配置為在正節(jié)點(diǎn)和中性節(jié)點(diǎn)之間提供正電容電壓，以及在負(fù)節(jié)點(diǎn)和中性節(jié)點(diǎn)之間提供負(fù)電容電壓；電感器，其被耦合到第一輸入端；接收AC電力的第一AC和中性AC輸入端；電池；第一器件，其選擇性地將電感器耦合到第一AC輸入端或者電池的正端口；以及第二器件，其選擇性地將電池的負(fù)端口耦合到第二輸入端；其中電感器在轉(zhuǎn)換器的在線模式和轉(zhuǎn)換器的電池模式之間是共享的，且在電池模式期間，電池通過電感器被耦合至第一輸入端。
文檔編號(hào)H02M3/155GK102804546SQ201180014461
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者普拉薩德·比波伊納, 邁克爾·J·因杰米 申請(qǐng)人:美國能量變換公司