用于ups系统的lps体系结构的制作方法_2

文档序号:9621252阅读:来源:国知局
6]UPS 100的输入线路104经由反馈继电器120耦合到PFC变换器108的输入端107。PFC变换器108的第一输出端109经由正DC总线耦合到逆变器114的第一输入端113。PFC变换器108的第二输出端111经由负DC总线112耦合到逆变器114的第二输入端103。逆变器114的输出端115经由逆变器继电器124耦合到UPS 100的输出线路116。旁通线路118经由旁通继电器122耦合在PFC变换器108的输入端107和UPS 100的输出线路116之间。中性输入线路106经由反馈继电器120耦合到中性输出线路117。
[0027]电池充电器126耦合在正DC总线110和负DC总线112之间。电池充电器126还耦合到中性输出线路117。第一电容器128耦合在正DC总线110和中性输出线路117之间。第二电容器130耦合在负DC总线112和中性输出线路117之间。电池充电器126的输出端127耦合到第一二极管132的阳极131。第一二极管的阴极133耦合到电池134的正极侧145。电池134的负极侧143耦合到中性输出线路117。电池134的正极侧145经由电池继电器138耦合到PFC变换器108。电池134的正极侧145还耦合到第二二极管136的阳极135。
[0028]第二二极管136的阴极137耦合到LPS系统102的第一初级绕组148。DC-DC控制器142也耦合到LPS系统102的第一初级绕组148。AC-DC控制器144耦合到LPS系统102的第二初级绕组150。UPS 100的输入线路104和中性输入线路106均通过整流器145经由LPS输入线路158、LPS中性输入线路160和整流器145耦合到LPS系统102的第二初级绕组150。LPS系统102的DC-DC控制器142和AC-DC控制器144经由输出电压反馈线路156耦合到LPS系统102的输出线路154并且耦合到控制逻辑140。
[0029]UPS 100的输入线路104和中性输入线路106耦合到AC干线并且从AC干线接收AC电力。基于从AC干线接收的AC电力,UPS 100被配置成在不同的操作模式下操作。
[0030]响应于确定从AC干线接收的AC电力处于期望的水平,UPS 100进入“旁通”操作模式。在“旁通”操作模式中,反馈继电器120和旁通继电器122闭合(逆变器继电器124打开),并且UPS 100的输入线路104 (耦合到AC干线)经由旁通线路118直接耦合到UPS100的输出线路116。在“旁通”操作模式下,在输入端102处从AC干线接收的AC电力被直接提供给输出端112。
[0031]响应于确定从AC干线接收的AC电力小于或者大于期望的水平(例如,在骤降或骤升情况下),UPS 100进入“正常”操作模式。在“正常”操作模式下,反馈继电器120和逆变器继电器124闭合(旁通继电器122打开),并且PFC变换器108在其输入端107处从AC干线接收AC电力。PFC变换器108将AC电力转换成DC电力,并且经由其第一输出端109将正DC电力提供给正DC总线110且经由其第二输出端111将负DC电力提供给负DC总线112。在正总线110和负总线112上的DC电力被提供至逆变器114的输入端103、113。逆变器114将所接收的DC电力转换成所需的AC电力,并且所需的AC电力被从逆变器的输出端115提供至UPS 100的输出线路116。
[0032]另外在“正常”操作模式下,在正DC总线110和负DC总线112上的DC电力被提供至电池充电器126。电池充电器126将从DC总线110、112接收的DC电力转换成期望水平的DC电力。来自电池充电器126的DC电力经由第一二极管132被提供至电池134的正极侧145,以对电池134充电。
[0033]响应于确定从AC干线接收的AC电力发生故障(例如,在欠压或停电的情况下),UPS 100进入“电池”操作模式。在“电池”操作模式下,反馈继电器120打开并且电池继电器138闭合。当电池134放电时,来自电池134的DC电力经由电池继电器138被提供至PFC 108。PFC变换器108将从电池134接收的DC电力转换成期望水平的DC电力,并将期望的DC电力提供至正DC总线110和负DC总线112。在正总线110和负总线112上的DC电力被提供至逆变器114的输入端103、113。逆变器114将所接收的DC电力转换成所需的AC电力,并且所需的AC电力被从逆变器的输出端115提供至UPS 100的输出线路116。
[0034]LPS系统102被配置成从UPS 100内的两个电源之一接收电力。根据一个实施例,LPS系统102被配置成从AC干线(例如,经由LPS输入线路158和LPS中性输入线路160)或从DC电源(即,DC电池134/电池充电器126)接收电力,这取决于UPS 100的状态或操作状态。例如,根据一个实施例,如果确定可从电池134/电池充电器126得到充足的电压,则LPS系统102的DC-DC控制器142经由第二二极管136使用来自电池134或电池充电器126的电力驱动变压器146的第一初级绕组148。在次级绕组152中的每个中感应出电流以生成所需的电压,该所需的电压从LPS系统102的多个输出线路154中的一个上输出。每个输出线路154可被配置成将所需的电源电压(例如,12V、24V等)提供至UPS 100内的子系统(例如,诸如DSP处理器、微控制器、控制和通信系统、门驱动器等)。
[0035]如果确定不能从电池134或电池充电器126获得充足的电压,则LPS系统102的AC-DC控制器144经由整流器145使用来自LPS输入线路158和LPS中性输入线路160的AC干线电力驱动变压器146的第二初级绕组150。在次级绕组152中的每个中感应出电流,以在多个输出线路154处生成所需的电压。
[0036]根据一个实施例,每个初级绕组148、150由其自身相关联的控制器142、144基于UPS 100的状态来独立地控制。每个控制器142、144还通过经由输出电压反馈线路156接收来自LPS系统102的输出线路154的电压反馈信号来监控LPS系统102的输出。虽然图示为一个反馈线路156,但可针对每个电压反馈信号使用分开的反馈线路。根据一个实施例,控制逻辑140基于UPS 100的状态操作LPS系统102,并且一次仅启用控制器142、144中的一个。LPS系统102的操作在下文更详细地论述。
[0037]图2示出根据本文所述至少一个实施例的LPS系统102。LPS系统102包括整流器145、电容滤波器202、AC-DC控制器144、DC-DC控制器142、变压器146、控制逻辑140、LPS开/关切换逻辑模块202、场效应晶体管(FET)204、晶体管206、按钮208、低电压(LV)总线210、二极管和电容器电路212、多个输出线路154、以及输出电压反馈线路156。变压器146包括第一初级绕组148、第二初级绕组150和多个次级绕组152。根据一个实施例,变压器146为反激变压器,其中初级绕组148、150的极性与次级绕组152的极性相反;然而,在其它实施例中,可利用不同类型的变压器。
[0038]整流器145的输入端203被配置成经由LPS输入线路158和LPS中性输入线路160耦合到AC干线200。根据一个实施例,整流器145为全桥式整流器;然而,在其它实施例中,可利用不同类型的整流器。电容滤波器202与整流器145并联地耦合到整流器145的输出DC线路205和DC线路207之间。整流器205的输出端经由二极管209耦合到变压器146的第二初级绕组150的第一端214。变压器146的第二初级绕组150的第二端216耦合到AC-DC控制器144。
[0039]根据一个实施例,AC-DC控制器144为脉冲宽度调制(PWM)反激控制器,其包括将变压器146的第二初级绕组150的第二端216选择性地耦合到DC线路207的开关218,从而当开关218闭合时允许电流通过第二初级绕组150。例如,根据一个实施例,开关218为FET,该FET具有耦合到第二初级绕组150的第二端216的漏极220、耦合到DC线路207的源极224、和栅极222。然而,在其它实施例中,可利用另一种类型的开关218以控制通过第二初级绕组150的电流。
[0040]根据一个实施例,反激控制器144为由美国加利福尼亚州的Power Integrat1ns公司制造的基于TOPSwitch品牌的反激控制器;然而,在其它实施例中,可利用其它类型的反激控制器。根据一个实施例,反激控制器144包括如在提交于2013年1月30日、标题为“FLYBACK CONVERTER(反激变换器)”、申请号为PCT/US13/23855的国际专利申请中描述的反激控制电路,上述专利申请的全文内容以引用方式并入本文。如本文所述,控制器144为反激控制器;然而,在其它实施例中,可利用不同类型的控制器来控制通过第二初级绕组150的电流。
[0041]根据一个实施例,AC-DC控制器144还耦合到整流器145的输出端205。根据另一个实施例,AC-DC控制器144经由逆变器门230、延迟电路228和光耦合器226耦合到控制逻辑140。AC-DC控制器144还经由输出电压反馈光耦合器260通过输出电压反馈线路156耦合到LPS系统102的输出线路154中的一个。
[0042]FET 204的源极234经由二极管132耦合到UPS 100的电池充电器126。FET 204的源极234还耦合到电池134的正极侧145。FET 204的栅极238耦合到晶体管206的集电极240。晶体管206的发射极242耦合到大地244。晶体管206的基极246耦合到LPS开/关切换逻辑模块202。开/关切换逻辑模块202耦合到按钮208、控制逻辑140、LV总线210,并且耦合到输出线路154中的一个。FET 204的漏极236耦合到LV总线210。LV总线210经由二极管211耦合到变压器146的第一初级绕组148的第一端248。第一初级绕组148的第二端250耦合到DC-DC控制器142。
[0043]根据一个实施例,DC-DC控
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