具有逆变器、充电器和有源滤波器的不间断电源的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]不间断电源(uninterruptible power supply)是当电源可能发生故障时向负载提供电力的电气设备。不间断电源用于使数据中心、计算机和/或服务器的损失最小。
【附图说明】
[0002]在附图中，类似的附图标记指代类似的组件或框。下面的【具体实施方式】参照这些附图，其中:
[0003]图1是一种示例性不间断电源的框图，该不间断电源包括用于接收输入功率并向负载输送输出功率的集成电路和电池，该集成电路还包括充电器、逆变器和有源滤波器；
[0004]图2A是用于不间断电源的示例性三相电力线的图，其中该不间断电源包括用于接收输入功率并向负载输送输出功率的控制器、电池和集成电路；
[0005]图2B是通过开关耦合到电池的集成电路的示例性结构的图；
[0006]图2C是示出了各种条件事件的示例性数据表，在各种条件事件中，控制器针对指定的门限来对输出功率进行监测；
[0007]图3是用于由充电器接收输入功率、由逆变器输送输出功率、以及由有源滤波器补偿与输入功率相对应的功率因数的示例性方法的流程图；
[0008]图4是用于由充电器接收输入功率、由逆变器输送输出功率、由有源滤波器补偿与输入功率相对应的功率因数、以及对输出功率进行检测以判断输出功率是高于还是低于门限的示例性方法的流程图；
[0009]图5是用于同时地操作以下各项中的至少两项的示例性方法的流程图:充电器、逆变器和有源滤波器；以及
[0010]图6是一种具有处理器的示例性计算设备的框图，该处理器用于执行机器可读存储介质中的指令以用于:由充电器接收输入功率、由逆变器输送输出功率、以及由有源滤波器补偿功率因数。
【具体实施方式】
[0011]电源系统内的不间断电源通过向负载供应能量，来提供保护使输入功率免受中断。可以使用具有各种功能的不间断电源(UPS);但是，UPS可以包括对这些功能的单独转换。这些功能可以包括但不应当限于:有源滤波器、充电器和/或逆变器。这些组件是彼此之间单独存在的，从而产生彼此之间的不相容性(mutual exclusiveness)。例如，充电器可以在电池需要充电时进行工作，但在该充电时间期间，由于电源可能不能够支持负载，因此逆变器和有源滤波器可能不能进行操作。因此，UPS在给定的时间可能不能操作一个以上的给定功能。此外，UPS可以向源输送负载功率因数。低负载功率因数增加输入电流。功率因数根据负载的类型而发生变化。因此，将有源滤波器使用成单独的外部校正，以校正负载的功率因数。此外，这些组件的分离增加了电源系统的空间和成本。
[0012]为了解决这些问题，本文所公开的例子提供了一种不间断电源(UPS)，该不间断电源包括用于接收输入功率的集成电路。该集成电路包括:充电器，其用于对电池进行充电；逆变器，其用于将输出功率从电池输送到负载；以及有源滤波器，其用于补偿与输入功率相关联的功率因数。将这些组件中的每个组件包括到集成电路中，提供了 UPS的另外功能而无需增加成本和空间。此外，将这些组件中的每个组件包括在集成电路中，使得UPS能够提供三种不同的功能，而无需增加单独的外部组件。
[0013]此外，将这些组件集成到电路中，使得UPS能够在任何给定的时间操作这些组件中的至少两个组件。这提供了这些组件的相容性(mutual inclusiveness)，在这种相容性下，与三个单独的电路相对，这些组件(即，充电器、逆变器和有源滤波器)中的至少两个组件可以一起操作。
[0014]在另一种实现方式中，本文的例子提供了该集成电路用于同时地一起操作这些组件中的至少两个组件。一起操作这些组件(即，充电器、逆变器和有源滤波器)中的至少两个组件，为UPS提供了效率特征，使得与每个组件相对应的功能可以同时地操作。
[0015]在另外的例子中，输入功率是三相输入的一部分并且充电器是三相充电器。提供三相充电器使得UPS能够在接收三相之中的输入功率(例如，电流)时对自身进行平衡。例如，在三相应用中，电池充电器可能从单相来吸收其输入功率，这造成了三相电力线之中的输入功率的不平衡。在该例子中，电池可能接收三相电力线之中的总输入功率的三分之一，并且可能不能够支持负载。三相充电器使得UPS能够利用三相电力线来支持负载。
[0016]在另外的例子中，耦合到UPS的控制器对提供给负载的输出功率进行监测。在该例子中，如果输出功率高于或者低于指定的门限，则控制器使有源滤波器空闲或者对有源滤波器进行操作以补偿与输入功率相关联的功率因数。根据输出功率是高于还是低于门限来使有源滤波器空闲或者对其进行操作，这向UPS提供了另外的管理功能，以便高效地操作来输送输出功率。
[0017]概括来说，本文所公开的例子提供了集成有充电器、逆变器和有源滤波器的不间断电源，以提供三种不同的功能而不会增加具有三个单独的外部组件的成本和空间。此外，与三个单独的电路相对，本文所公开的例子提供了这些组件(即，充电器、逆变器和有源滤波器)中的至少两个组件可以一起操作的相容性。
[0018]现参见附图，图1是用于当电源系统内的电源可能发生故障时向负载118提供输出功率116的示例性不间断电源104的框图。不间断电源104从电源接收输入功率102，并且包括集成电路106和电池114。集成电路106包括:充电器108，其用于接收输入功率102以便对电池114进行充电；有源滤波器112，其用于补偿与输入功率102相关联的功率因数；以及逆变器110，其用于将电池114处存储的直流电转换成交流电以作为输出功率116提供给负载118。
[0019]输入功率102是由电源(没有示出)发送并且由不间断电源104接收的功率。输入功率102是提供给电源104的电荷，并且因此，输入功率102可以包括电流、电压和/或电荷。在一种实现方式中，输入功率102是公用电源所提供的交流电。不间断电源104接收输入功率102，并向负载118提供输出功率116。不间断电源104的实现方式包括馈电装置、电源、发电机、电源电路、能量存储装置、电源系统或者能够接收输入功率102并向负载118提供输出功率116的其它类型的电源。此外，不间断电源104还可以包括图2中没有示出的另外的组件。例如，电源104可以包括控制器，该控制器用于对电源104的功能和/或操作进行管理和控制。在下一幅图中详细地描述这种实现方式。
[0020]集成电路106是集成有电组件108、110和112的电路板。集成电路106可以包括多个电感、开关和电容，以提供充电器108、逆变器110和有源滤波器112之间的连接和操作。在一种实现方式中，集成电路106可以在重叠的时间周期内同时地操作组件108、110和112中的至少两个组件。例如，充电器可以接收输入功率102以便对电池114进行充电，同时在该时间期间，有源滤波器112还可以补偿与输入功率102相关联的功率因数。在另一种实现方式中，集成电路106可以同时地操作组件108、110和112中的至少两个组件。以此方式，组件108、110和112可以是彼此之间相容的，这是由于组件108、110和112能够彼此之间同时地操作。在后面的图中详细地说明这些实现方式。将这些电组件中的每个电组件集成在集成电路106上，这在电路板上提供了与电组件108、110和112相对应的功能中的每个功能，而不是针对每个组件108、110和112来构建单独的电路。
[0021]充电器108接收输入功率102，并向电池114提供电荷。充电器108是集成电路106的一部分，并用于通过将电流引导到电池114来对电池114进行充电。在一种实现方式中，充电器108接收作为交流电的输入功率102，将其转换成直流电以便对电池114进行充电。
[0022]逆变器110是作为不间断电源104内部的集成电路106的一部分的电功率转换器。在一种实现方式中，电池114将充电器108所接收的电荷作为直流电进行存储，逆变器110接收该直流电并将其转换成交流