用于提供不间断电源的装置和方法
【专利说明】用于提供不间断电源的装置和方法
[0001]发明背景
[0002]1.
技术领域
[0003]本发明的至少一个实施例总体上涉及不间断电源的控制。
[0004]2.
【背景技术】
[0005]不间断电源(UPS)用于向许多不同类型的电子设备提供可靠的电力。不间断电源对提供给负载的电力进行调节，并可以在发生主电力损耗时(诸如在大停电或灯火管制条件下)向负载提供备用电源。提供给负载的有害的电力波动可能浪费能源和损坏电气设备，其导致成本增加、产量损失，而且可能需要修理或更换电气部件。
【发明内容】
[0006]本文所述的各方面和各实施例涉及不间断电源控制。至少一个方面涉及不间断电源，其包括被配置为接收输入电力的输入端、输出端、与输入端和输出端耦接的电力转换电路，以及与电力转换电路耦接的控制器。该电力转换电路包括逆变器，该逆变器包括低通滤波器。低通滤波器包括电感器，并且控制器被配置为向逆变器提供控制信号，使得在电感器处测量的第一电流产生在输出端测量的第二电流，其中第一电流具有第一极性，并且第二电流具有第二极性，第一极性是零，或者是与第二极性相同的极性。
[0007]控制信号可以包括脉宽调制(PWM)信号。逆变器可以配置为，当第二电流的平均电流小于预定阈值时以不连续导通模式运行。所述逆变器还可以被配置为在四个象限中的任一个象限中运行。控制信号还可以包括四个信号，每个信号被分别提供给逆变器中包括的四个开关中的一个开关。控制信号还可以被配置，使得四个信号中的一个信号是PWM信号，四个信号中的其他三个信号是恒定信号，PWM信号在四个信号之间交替。
[0008]不间断电源还可以包括与控制器和逆变器耦接的控制开关，与控制开关耦接的备用电源，其中控制器被配置为，对控制开关进行控制，从而从输入端和备用电源中的至少一个向逆变器提供电力。所述不间断电源还可以包括耦接至控制器，并被配置为在不间断电源旁路运行模式中将输入端耦接至输出端的旁路开关，其中逆变器被配置为，在旁路运行模式下，以不连续导通模式运行。
[0009]电力转换电路可以被配置为提供减小的谐波畸变。
[0010]另一个方面涉及使用不间断电源来分配电力的方法。该不间断电源包括输入端，输出端，以及包含逆变器的电力转换电路，其中逆变器包含电感器。所述方法包括对逆变器进行控制，使得在电感器处测量的第一电流产生在输出端测量的第二电流，第一电流具有第一极性，第二电流具有第二极性，其中第一极性是零，或者是与第二极性相同的极性。
[0011]通过根据独立权利要求1和任何其它的独立权利要求的方法和系统实现这些方面和实施例中的至少一些方面和实施例。可在剩余的从属权利要求中找到另外的细节。
[0012]这些及其他方面和实施例将被在下文中进行详细的讨论。上述信息和以下具体描述包括，各个方面和实施例的说明性示例，并为理解要求保护的方面和实施例的实质和特性提供了概述或框架。附图提供了对各个方面和实施例的说明和进一步的理解，并且并入本说明书和构成本说明书的一部分。附图连同说明书的其余部分用于描述和解释要求保护的方面和实施例。
【附图说明】
[0013]附图并非旨在按比例绘制。在附图中，通过相同的附图标记来表示在各个附图中示出的每个相同的或几乎相同的部件。为了清楚起见，并不是每个部件都可以在每个图中进行标记。在附图中:
[0014]图1是示出了根据实施例的不间断电源的功能框图；
[0015]图2是示出了根据一个实施例的不间断电源的逆变器一个示意图；
[0016]图3A是示出了根据现有技术的不间断电源的输出波形的曲线图，；
[0017]图3B是示出了根据实施例的不间断电源的输出波形的曲线图，；
[0018]图4是示出了根据实施例的不间断电源逆变器的控制信号的图表；
[0019]图5是示出了根据实施例的不间断电源逆变器的控制信号的图表；
[0020]图6是示出了根据实施例的不间断电源的逆变器的控制信号的图表；
[0021]图7是示出了根据实施例的不间断电源的控制算法的功能框图；
[0022]图8是示出了根据实施例的不间断电源的逆变器损耗的曲线图；
[0023]图9是示出了根据实施例的不间断电源的逆变器效率的曲线图；
[0024]图10是示出了根据实施例的不间断电源的输出电压畸变的曲线图；
【具体实施方式】
[0025]本文所述的系统和方法不将其应用限于说明书中阐述的或在附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够具有其它实施例，并能够被以各种方式实施或能够被以各种方式执行。此外，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应被视为限制。本文中使用的“包括(including)，，、“包含(comprising) ”、“具有(having) ”、“包含(containing) ”、“包括(involving) ”及其变型旨在涵盖其后列出的项目、其等同物和附加的项目，以及包括其专门列出的项目的可替代的实施例。
[0026]各个方面和实施例涉及不间断电源。在一个示例中，不间断电源(UPS)可以包括逆变器、控制器和旁路开关。在线操作过程中，由控制器操作逆变器，以调节逆变器的输出电压，并在UPS输出端从逆变器提供输出电压。除了其它方面之外，控制器还可以在旁路和其它运行模式过程中对逆变器进行操作，以提供功率因数校正，谐波电流畸变控制，以及有功功率以对备用电源进行充电。控制器可以测定逆变器中开关操作的时间，以提供输出电压。
[0027]图1是示出了不间断电源(UPS) 100的功能框图100。不间断电源100包括电力转换电路(诸如断路器/滤波器105、整流器110、控制开关115、控制器120、备用电源125、逆变器130)、变压器(诸如隔离变压器135)、以及旁路开关140。不间断电源(100)包括至少一个输入端145和输出端150。输入端145将交流电源155与不间断电源100耦接，并且输出端150将不间断电源100与负载耦接。
[0028]在一个实施例中，断路器/滤波器105经由输入端145接收来自交流电源155的电力，对这输入交流电进行滤波，并向整流器110提供滤波后的交流电。整流器110对滤波后的交流电进行整流，并向控制开关115提供整流后的电力。控制开关115从整流器110接收整流后的电力，并从备用电源125 (诸如电池或燃料电池)接收直流电。在控制器120的控制下，控制开关115从整流器110向逆变器130提供电力。例如，当控制器120确定整流器110的输出电力在公差范围内时，控制器120改变控制开关115的状态，使整流器110与逆变器130耦接。在一些实施例中，控制器120确定整流器110的输出电力超出了公差范围，例如，在大停电或灯火管制条件期间。在该示例中，控制器120对开关115的控制进行操作，直接或经由插入部件(诸如整流器110)从备用电源125向逆变器130提供直流电。在交流电源155失效期间，不间断电源100还通过备用电源125在输出端150为负载提供电力。
[0029]逆变器130从整流器110或备用电源125接收直流电输出，将直流电转化为交流电，并调节交流电。在一些实施例中，其中不间断电源100包括隔离变压器135，逆变器130向隔离变压器135提供调节后的交流电。隔离变压器135增大或降低来自逆变器130的交流电输出的电压，并在不间断电源100和负载之间提供隔离。
[0030]在一些实施例中，旁路开关140使交流电源155或输入端145与输出端150耦接，绕过不间断电源100的至少一些部件(例如，整流器110)，从而以旁路运行模式向输出端150提供电力。例如，当来自交流电源155的输入电力在公差范围内，或当整流器110或不间断电源100的其它部件发生失效时，控制器120对旁路开关140进行控制，从而以旁路模式运行。
[0031]图2是示出了根据实施例的不间断电源的逆变器130的一部分的示意图。逆变器130包括四个开关，S1202、S2204、S3206和S4208。在一些实施例中，开关202，204，206，208实现为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。在一些实施例中，开关202，204，206，208每个包括配置如图2中所示的二极管。逆变器130还包括两个二极管D1220和D2222，三个电容器C1216，C2218和C3212，以及电感器210。如图2中所示，电容器C1216耦接到开关S1202，开关S1202耦接到开关S2204和二极管D1220。开关S2204和二极管D1220耦接到电感器210和电容器C3212。电感器210和电容器C3212构成LC低通滤波器，其使逆变器130在逆变器130的输出端214产生一个正弦输出。开关S2204和二极管D1220也都耦接到开关S3206和二极管D2222。开关S3206和二极管D2222耦接到开关S4208，开关S4208连接到电容器C2218，电容器C2218连接返回到电容器C1216。
[0032]控制器(诸如控制器120)利用脉宽调制(PWM)对逆变器130的运行进行控制。在一些实施例中，控制器120包括至少一个处理器或其它逻辑设备。在一些实施例中，控制器120包括数字信号处理器(DSP)。控制器120还可包括至少一个现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成电路(ASIC)，或其它硬件、软件、固件或它们的组合。在各种实施例中，一个或多个控制器可作为UPS100的一部分，或在UPS100之外但与