應(yīng)用按需式電力存儲(chǔ)的不間斷電源系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種不間斷電源（UPS）系統(tǒng)，該UPS系統(tǒng)包括：第一總線和第二總線，被配置為將AC電源選擇性地耦合至第一總線和第二總線的第一開關(guān)電路，和被配置為將第一總線和第二總線選擇性地耦合至負(fù)載的第二開關(guān)電路。所述系統(tǒng)還包括：存儲(chǔ)電容，以及被配置為耦合第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容的第三開關(guān)電路。所述系統(tǒng)還包括控制電路，控制電路被配置為控制第一開關(guān)電路、第二開關(guān)電路和第三開關(guān)電路，以在負(fù)載處產(chǎn)生AC電壓。
【專利說明】應(yīng)用按需式電力存儲(chǔ)的不間斷電源系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明的主題涉及電力變換電路，更具體地，涉及不間斷電源(UPS)系統(tǒng)和方法。
[0002]UPS系統(tǒng)通常用于諸如數(shù)據(jù)中心、醫(yī)療中心和工業(yè)設(shè)施這樣的地方。UPS系統(tǒng)可以在這些地方使用，以便在主市電電源故障的情況下提供備用電源以維持運(yùn)行。UPS系統(tǒng)可以應(yīng)用各種技術(shù)，如“備用”，“在線交互”和“在線”配置。在上述每種技術(shù)中，使用電池或其它輔助電源在主電源(如，AC市電)不足或故障的情況下提供備用電源。
[0003]轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)受讓人的專利號(hào)為6160722、6314007和6483730的美國專利描述了UPS系統(tǒng)，UPS系統(tǒng)包括升壓整流器和降壓輸出逆變器電路，升壓整流器被配置為耦合至AC電源(如，市電電源)，降壓輸出逆變器電路被配置為通過第一 DC總線和第二 DC總線耦合至負(fù)載以及耦合至整流器電路的輸出。當(dāng)AC電源滿足特定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，整流器電路和逆變器電路可以以在線交互(或，在線適配)模式運(yùn)行，其中升壓整流器和/或降壓逆變器可被用于控制輸出AC波形的振幅。當(dāng)AC電源出現(xiàn)故障時(shí)，可以使用輔助電源(如，電池)提供電源，以繼續(xù)在負(fù)載處生成AC波形。這種設(shè)置能夠允許使用耦合至第一 DC總線和第二 DC總線的相對(duì)較小的電容，而不是通常在“在線”UPS系統(tǒng)中使用的相對(duì)較大的存儲(chǔ)DC總線存儲(chǔ)電容。
[0004]通過使用將第一 DC總線和第二 DC總線交替稱合至中樞(neutral)總線的開關(guān)電路，可以進(jìn)一步減少總線電容的數(shù)量，由此可以使用單個(gè)電容來支持生成輸出AC波形的正半周期和負(fù)半周期。圖1展示了具有這種配置的UPS系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括耦合至第一總線和第二總線105a、105b的升壓整流器電路110、降壓轉(zhuǎn)換器電路120、逆變器電路130和電容Cl。升壓整流器電路110包括半橋式電路，半橋式電路包括晶體管Q1、Q2，晶體管Ql和Q2被配置為將輸入電感器LI分別耦合至第一總線和第二總線105a、105b。降壓轉(zhuǎn)換器電路包括半橋式電路，該半橋式電路包括晶體管Q3、Q4，晶體管Q3和Q4被配置為將第一總線和第二總線105a、105b分別耦合至輸出電感器L2。逆變器電路130包括半橋式電路，該半橋式電路包括晶體管Q5、Q6,晶體管Q5和Q6被配置為將第一總線和第二總線105a、105b交替耦合至中樞節(jié)點(diǎn)N。第一繼電器電路150被配置為將AC電源10或電池20選擇性耦合至輸入電感器LI，第二繼電器電路160被配置為將輸出電感器L2或AC電源10選擇性地耦合至負(fù)載30，由此，通過直接將AC電源10連接至負(fù)載30可以繞開電力轉(zhuǎn)換鏈路。晶體管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6和繼電器電路150、160由控制電路170 (如，微處理器或微控制器，及相關(guān)電路)控制。
[0005]在AC電源10提供可接受電壓輸入的正常運(yùn)行情況下，AC電源10耦合至輸入電感器LI，系統(tǒng)100以在線交互模式運(yùn)行。當(dāng)處于輸出調(diào)節(jié)極限之內(nèi)時(shí)，AC電源直接被傳遞給輸出，無需升壓或降壓。當(dāng)輸入AC電壓變得低于或高于輸出調(diào)節(jié)極限時(shí)，使用升壓整流器電路110或降壓轉(zhuǎn)換器電路120對(duì)AC輸入進(jìn)行高頻升壓或降壓。在AC輸出的連續(xù)半周期中，逆變器電路130將第一總線和第二總線105a、105b交替連接至中樞節(jié)點(diǎn)N，以使電容Cl放電。響應(yīng)于AC電源10發(fā)生故障(如，電壓或頻率超出指標(biāo))，電池20被連接至輸入電感器LI。升壓整流器電路110可以用于從電池20生成橫跨第一總線和第二總線105a、105b的固定的或隨時(shí)間變化的DC電壓，并且逆變器電路130和降壓轉(zhuǎn)換器電路120可以用于從該DC電壓在負(fù)載30處生成AC輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明主題的一些實(shí)施方式提供了一種不間斷電源(UPS)系統(tǒng)，其包括第一總線和第二總線，被配置為將AC電源選擇性耦合至第一總線和第二總線的第一開關(guān)電路，和被配置為將第一總線和第二總線選擇性耦合至負(fù)載的第二開關(guān)電路。所述系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)電容及被配置為耦合第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容的第三開關(guān)電路。所述系統(tǒng)還包括控制電路，該控制電路被配置為控制第一、第二和第三開關(guān)電路，以在負(fù)載處產(chǎn)生AC電壓。
[0007]系統(tǒng)還可以包括被配置為將輔助電源耦合至第一總線和第二總線的第四開關(guān)電路。控制電路可以被配置為響應(yīng)于AC電源故障而使第四開關(guān)電路將輔助電源耦合至第一總線和第二總線，并使第三開關(guān)電路耦合第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容，從而在轉(zhuǎn)變?yōu)閺妮o助電源對(duì)負(fù)載供電的同時(shí)維持負(fù)載處的AC電壓。第四開關(guān)電路可以包括機(jī)械繼電器，機(jī)械繼電器被配置為將輔助電源選擇性地耦合至第一總線和第二總線中的至少一者，第三開關(guān)電路可以包括至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)，半導(dǎo)體開關(guān)被配置為將存儲(chǔ)電容耦合至第一總線和第二總線中的至少一者?？刂齐娐房梢员慌渲脼槭沟谌_關(guān)電路在轉(zhuǎn)變?yōu)閺妮o助電源對(duì)負(fù)載供電之后將存儲(chǔ)電容從第一總線和第二總線中的至少一者去耦。
[0008]在一些實(shí)施方式中，存儲(chǔ)電容包括第一電容，系統(tǒng)還可以包括第二電容，第二電容耦合在第一總線和第二總線之間，并且其電容量基本上小于存儲(chǔ)電容的電容量?？刂齐娐房梢员慌渲脼槭沟诙_關(guān)電路在AC電源的AC波形的連續(xù)半周期中將第一總線和第二總線交替連接至中樞節(jié)點(diǎn)。第二開關(guān)電路可以包括被配置為將第一總線和第二總線選擇性地耦合至中樞節(jié)點(diǎn)的逆變器電路，及被配置為將第一總線和第二總線選擇性地耦合至負(fù)載的降壓轉(zhuǎn)換器電路。
[0009]在一些實(shí)施方式中，控制電路可以被配置為響應(yīng)于AC電源的狀態(tài)而操作第三開關(guān)電路。例如，控制電路可以被配置為響應(yīng)于AC電源的故障和/或響應(yīng)于AC電源的電壓瞬變情況而使第三開關(guān)電路耦合第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容。
[0010]控制電路可以被配置為使第三開關(guān)電路短暫地耦合第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容，以便從AC電源對(duì)存儲(chǔ)電容進(jìn)行預(yù)充電。
[0011]另外的實(shí)施方式提供了一種UPS系統(tǒng)，其包括:具有輸入端口的升壓整流器電路，輸入端口被配置為耦合至AC電源；耦合至升壓整流器電路的輸入端口的第一總線和第二總線；具有第一端子和第二端子的第一電容，第一端子耦合至第一總線，第二端子耦合至第二總線；具有輸入端口和輸出端口的降壓轉(zhuǎn)換器電路，輸入端口耦合至第一總線和第二總線，輸出端口被配置為耦合至負(fù)載；及逆變器電路，逆變器電路被配置為將第一總線和第二總線選擇性地耦合至中樞節(jié)點(diǎn)，以在降壓轉(zhuǎn)換器電路的輸出處生成AC輸出。系統(tǒng)還包括第二電容和開關(guān)電路，第二電容的電容量基本上大于第一電容的電容量，開關(guān)電路被配置為響應(yīng)于AC電源的狀態(tài)而將第二電容耦合至第一總線和第二總線中的至少一者，或?qū)⒌诙娙輳牡谝豢偩€和第二總線中的至少一者去耦。
[0012]系統(tǒng)還可以包括第二開關(guān)電路，第二開關(guān)電路被配置為響應(yīng)于AC電源故障而將輔助電源耦合至第一總線和第二總線中的至少一者，第一開關(guān)電路可以被配置為耦合第一總線和第二總線之間的第二電容，從而在轉(zhuǎn)變?yōu)閺妮o助電源對(duì)負(fù)載供電的同時(shí)維持負(fù)載處的AC電壓。第一開關(guān)電路可以被配置為耦合第一總線和第二總線之間的第二電容，且耦合速度基本上比第一開關(guān)電路將輔助電源耦合至第一總線和第二總線中的至少一者的速度要更快。例如，第二開關(guān)電路可以包括機(jī)械繼電器，機(jī)械繼電器被配置為將輔助電源選擇性耦合至第一總線和第二總線中的至少一者，第一開關(guān)電路可以包括半導(dǎo)體開關(guān)，半導(dǎo)體開關(guān)被配置為將第二電容耦合至第一總線和第二總線中的至少一者。系統(tǒng)還可以包括限流電路，限流電路被配置為與第二電容串聯(lián)耦合。
[0013]一些實(shí)施方式提供了用于操作UPS系統(tǒng)的方法，UPS系統(tǒng)包括第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路，第一開關(guān)電路被配置為將AC電源選擇性地耦合至第一總線和第二總線，第二開關(guān)電路被配置為將第一總線和第二總線選擇性地耦合至負(fù)載。對(duì)AC電源的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并且響應(yīng)于檢測(cè)到的狀態(tài)，存儲(chǔ)電容被耦合在第一總線和第二總線之間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為展示了傳統(tǒng)的不間斷電源(UPS)系統(tǒng)的原理圖。
[0015]圖2為原理圖，展示了根據(jù)發(fā)明主題某些實(shí)施方式的UPS系統(tǒng)的原理圖。
[0016]圖3為原理圖，展示了根據(jù)發(fā)明主題其它實(shí)施方式的UPS系統(tǒng)的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]現(xiàn)在參考附圖來描述發(fā)明主題的特定示例性實(shí)施方式。但是，發(fā)明主題可以以不同方式實(shí)現(xiàn)，不應(yīng)理解為限制于在此所描述的實(shí)施方式，相反，提供這些實(shí)施方式的目的是使得本公開全面而完整，并且這些實(shí)施方式將把發(fā)明主題的保護(hù)范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，相同的數(shù)字代表相同的元素。應(yīng)該理解的是，當(dāng)提到一個(gè)元素被連接摂或耦合摂?shù)搅硪粋€(gè)元素時(shí)，它可以直接連接或耦合到另一個(gè)元素，或者可以存在中間元素。在此使用的術(shù)語和/或包括相關(guān)在此列出的項(xiàng)目中的一個(gè)或多個(gè)的任意和所有組合?！?br> [0018]在此使用的術(shù)語的目的僅僅是為了對(duì)特定實(shí)施方式進(jìn)行描述，不意味對(duì)發(fā)明主題的限制。除非明確說明，在此使用的單數(shù)形式“一個(gè)”和“所述”也包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該理解的是，當(dāng)在本說明書中使用時(shí)，術(shù)語包括“包括”和/或“包含”表示存在著所陳述的特征，整數(shù)，步驟，操作，元素和/或部件，但是并不排除存在著或增加一個(gè)或多個(gè)其它特征，整數(shù)，步驟，操作，元素，部件，和/或它們的組合。
[0019]除非另有限定，在此使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)的含義和本發(fā)明主題所屬的【技術(shù)領(lǐng)域】中的普通技術(shù)人員所通常理解的含義相同。還應(yīng)該理解的是，術(shù)語(如常用字典中定義的術(shù)語)應(yīng)該解釋為具有與它們?cè)谡f明書上下文和相關(guān)領(lǐng)域中的含義相一致的含義，除非在此明確限定，不應(yīng)對(duì)其進(jìn)行理想化或過度形式化的解釋。
[0020]發(fā)明主題的某些實(shí)施方式為基于以下認(rèn)識(shí)而產(chǎn)生:通過提供可用的存儲(chǔ)電容，可以在在線交互式或在線應(yīng)用式裝置中實(shí)現(xiàn)與在線UPS配置相關(guān)的一些好處，舉例來說，存儲(chǔ)電容可以用于實(shí)現(xiàn)向備用電源(如，電池)的轉(zhuǎn)變和/或克服AC輸入的相對(duì)短暫的瞬變狀況。可以在需要時(shí)提供存儲(chǔ)電容，不需要時(shí)可以去耦，以提高效率。
[0021]圖2展示了根據(jù)發(fā)明主題某些實(shí)施方式的UPS系統(tǒng)200。系統(tǒng)200包括交替耦合至第一總線和第二總線205a、205b的升壓整流器電路210、降壓轉(zhuǎn)換器電路220、逆變器電路230和電容Cl。升壓整流器電路210包括半橋式電路，該半橋式電路包括晶體管Q1、Q2，晶體管Ql和Q2被配置為將輸入電感器LI分別耦合至第一總線和第二總線205a，205b。降壓轉(zhuǎn)換器電路220包括半橋式電路，該半橋式電路包括晶體管Q3、Q4，晶體管Q3和Q4被配置為將第一總線和第二總線205a、205b分別耦合至輸出電感器L2。逆變器電路230包括半橋式電路，該半橋式電路包括晶體管Q5、Q6，晶體管Q5和Q6被配置為將第一總線和第二總線205a，205b耦合至中樞節(jié)點(diǎn)N。第一繼電器電路250被配置為將AC電源10或電池20選擇性耦合至輸入電感器LI，第二繼電器電路260被配置為將輸出電感器L2或AC電源10選擇性耦合至負(fù)載30，由此，通過直接將AC電源10連接至負(fù)載30可以繞開電力轉(zhuǎn)換鏈路。晶體管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6和繼電器電路250、260由控制電路270 (如，微處理器，微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器芯片，及相關(guān)電路)控制。
[0022]系統(tǒng)200還包括存儲(chǔ)電容C2和開關(guān)電路，如圖中所示，開關(guān)電路包括晶體管Q7，開關(guān)電路被配置為在控制電路270的控制下耦合第一總線和第二總線205a、205b之間的電容。存儲(chǔ)電容C2的電容量可以基本上大于電容Cl的電容量，并且，如同下面所解釋的那樣，存儲(chǔ)電容C2可以用于基于AC電源10的狀態(tài)而提供按需式電力存儲(chǔ)。例如，響應(yīng)于檢測(cè)到電壓損失或其它的AC電源故障指示，控制電路270可以耦合第一總線和第二總線205a、205b之間的存儲(chǔ)電容C2以提供電力，在總線之間維持所需的電壓，允許逆變器電路230和降壓式變換器電路220使用存儲(chǔ)電容C2中存儲(chǔ)的電力繼續(xù)向負(fù)載提供AC電源。一旦輸入繼電器250轉(zhuǎn)變?yōu)閷㈦姵?0耦合至輸入電感器LI，可以斷開存儲(chǔ)電容C2?？刂齐娐?70也可以地將存儲(chǔ)電容耦合至總線205a、205b，以對(duì)AC電源10的電壓瞬變或其它狀況進(jìn)行補(bǔ)
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[0023]由于存儲(chǔ)電容C2可以僅僅在需要時(shí)被間斷地使用，因此相對(duì)于在線UPS系統(tǒng)中使用的永久連接式存儲(chǔ)電容，它的壽命得以增加，歸咎于持續(xù)高紋波電流產(chǎn)生的熱量，永久連接式存儲(chǔ)電容的可靠性降低。相反，由于發(fā)明主題的實(shí)施方式被間斷地使用，所使用的存儲(chǔ)電容可以比在線系統(tǒng)中所使用的存儲(chǔ)電容的質(zhì)量和成本更低。由于存儲(chǔ)電容被間斷地使用，因此可以減少或者消除對(duì)電容進(jìn)行冷卻的需求。
[0024]可以在AC電源的振幅增加時(shí)短暫地打開晶體管開關(guān)Q7，以對(duì)存儲(chǔ)電容C2進(jìn)行預(yù)充電(即，在其需要輔助電源之前)。如圖中所示，包括電阻Rl的限流電路可以串聯(lián)耦合至存儲(chǔ)電容C2，以限制預(yù)充電時(shí)可能產(chǎn)生的突入電流。當(dāng)電容C2中存儲(chǔ)的電力釋放時(shí)，二極管Dl繞過R1。
[0025]在正常運(yùn)行情況下，當(dāng)AC電源10提供可接受電壓輸入時(shí)，AC電源10耦合至輸入電感器LI，可以通過使用升壓整流器電流210和降壓轉(zhuǎn)換器電流220對(duì)AC輸入進(jìn)行升壓，傳遞和/或降壓，使系統(tǒng)200以在線交互模式運(yùn)行。在這種模式中，在AC輸出的連續(xù)半周期中，逆變器電路230將第一總線和第二總線205a、205b交替連接至中樞節(jié)點(diǎn)N，以使電容Cl放電。
[0026]響應(yīng)于AC電源10的故障，啟動(dòng)開關(guān)電流晶體管Q7以耦合第一總線和第二總線205a、205b之間的存儲(chǔ)電容C2。同時(shí)，輸入繼電器電路250可以被致動(dòng)，以將升壓整流器電流201的輸入連接改變到電池20。通過使用相對(duì)較快的半導(dǎo)體開關(guān)Q7來連接存儲(chǔ)電容C2，在相對(duì)較慢的機(jī)械繼電器電流250轉(zhuǎn)換到電池20所花的時(shí)間之內(nèi)，存儲(chǔ)電容C2可以相對(duì)較快地向逆變器電流230和降壓轉(zhuǎn)換器電力220提供電力。由此，可以在等待中繼操作時(shí)減少或防止負(fù)載30處AC電壓的下降。在繼電器電路250轉(zhuǎn)換到電池連接之后，可以斷開存儲(chǔ)電容C2。理想的是，允許存儲(chǔ)電容C2在電池電源上保持一段時(shí)間的連接，以從電池20對(duì)存儲(chǔ)電容C2進(jìn)行預(yù)充電。在從電池20轉(zhuǎn)回到AC電源10期間，存儲(chǔ)電容C2可以預(yù)先升壓(例如，使用升壓整流器電流201)到與AC電源10的峰值電壓基本匹配的電壓。
[0027]根據(jù)其它的實(shí)施方式，存儲(chǔ)電容C2可以連接較短時(shí)間，以避免為了 AC電源10的較短斷電而需要轉(zhuǎn)換到電池電源。例如，參考圖2所示的系統(tǒng)，在檢測(cè)到AC電源10的故障后，控制電路270可以將存儲(chǔ)電容C2耦合至總線205a、205b，并且在致動(dòng)繼電器電路250以轉(zhuǎn)換到電池電源之前等待預(yù)定的時(shí)間。如果斷電僅僅是短暫的并且AC電源10恢復(fù)到可接受情況，則控制電路270可以簡單地?cái)嚅_存儲(chǔ)電容C2并且放棄轉(zhuǎn)換到電池電源。由此，可以增加電池20的壽命，并且減少輸入繼電器250的磨損和破損。在其它的實(shí)施方式中，可以不用電池或其它相對(duì)長期的輔助電源。例如，參考圖2，如果系統(tǒng)200在短暫斷電環(huán)境中使用，則可以不用電池20，而是使用存儲(chǔ)電容C2在短暫斷電和/或電壓瞬變時(shí)提供備用電力。在這些應(yīng)用中，舉例來說，存儲(chǔ)電容C2可以包括超級(jí)電容，超級(jí)電容的電容量比典型的電解電容的電容量大。還應(yīng)該理解的是，在某些實(shí)施方式中可以使用不同類型的電容器的組合。
[0028]存儲(chǔ)電容C2還可以被用于防止電壓瞬變從AC電源10傳輸?shù)截?fù)載30。特別地，控制電路270可以檢測(cè)AC電源10的過壓或其它干擾，并且，作為響應(yīng)，控制電路270可以開啟晶體管開關(guān)Q7以耦合第一總線和第二總線205a、205b之間的存儲(chǔ)電容C2。這可以改善系統(tǒng)200防止或減少電壓瞬變從AC電源10傳輸?shù)截?fù)載30的能力。
[0029]可以理解的是，圖2所示的電路僅為展示目的，其它電路配置也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)明主題。例如，電池20的正極還可以連接至繼電器250，負(fù)極連接至總線205b。再例如，通過直接繼電器或其它連接，或通過中間轉(zhuǎn)換器電路(如，DC/DC轉(zhuǎn)換器電路)，電池20能夠耦合至第一總線205a和/或第二總線205b，而不是像圖2所示的那樣通過輸入升壓整流器電路210來提供電池輸入。
[0030]圖3展示了具有這種配置的UPS300。沿著上述參考圖2所示系統(tǒng)200而描述的線路，系統(tǒng)300包括升壓整流器電路210，降壓轉(zhuǎn)換器電路220，耦合至總線205a、205b的逆變器電路230，以及旁路開關(guān)260。但是，在系統(tǒng)300中，電池20通過開關(guān)(如，繼電器)350耦合至電池接口電路370，電池接口電路370耦合至總線205a、205b。按照與上面參考圖2所描述的方式相同的方式，可以使用晶體管Q7、限流電阻Rl和旁路二極管Dl將存儲(chǔ)電容C2選擇性耦合至總線205a、205b。特別地，存儲(chǔ)電容C2可以用于在轉(zhuǎn)變到電池電源時(shí)提供電力和/或?qū)C電源10的電壓瞬變提供保護(hù)或允許頻率轉(zhuǎn)換。
[0031]應(yīng)該理解的是，發(fā)明主題可應(yīng)用至單相和多相UPS系統(tǒng)。例如，在三相應(yīng)用中，可以對(duì)各相使用沿如圖2和3中所示的線路的三個(gè)轉(zhuǎn)換器鏈路，同時(shí)使用沿著上述的線路將各個(gè)存儲(chǔ)電容耦合至轉(zhuǎn)換器鏈路的開關(guān)電路。
[0032]在附圖和說明書中公開了發(fā)明主題的示例性實(shí)施方式。盡管使用了特定術(shù)語，它們僅用于通用性和描述性目的，不具有限制用途，發(fā)明主題的保護(hù)范圍由權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種不間斷電源(UPS)系統(tǒng)，該UPS系統(tǒng)包括: 第一總線和第二總線； 第一開關(guān)電路，該第一開關(guān)電路被配置為將AC電源選擇性地耦合至所述第一總線和第二總線； 第二開關(guān)電路，該第二開關(guān)電路被配置為將所述第一總線和第二總線選擇性地耦合至負(fù)載； 存儲(chǔ)電容； 第三開關(guān)電路，該第三開關(guān)電路被配置為耦合所述第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容；以及 控制電路，該控制電路被配置為控制所述第一開關(guān)電路、所述第二開關(guān)電路和所述第三開關(guān)電路，以在所述負(fù)載處產(chǎn)生AC電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括第四開關(guān)電路，該第四開關(guān)電路被配置為將輔助電源耦合至所述第一總線和第二總線，其中所述控制電路被配置為響應(yīng)于所述AC電源的故障而使所述第四開關(guān)電路將所述輔助電源耦合至所述第一總線和第二總線，并且其中所述控制電路被配置為使所述第三開關(guān)電路耦合所述第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容，從而在轉(zhuǎn)變?yōu)閺乃鲚o助電源對(duì)所述負(fù)載供電的同時(shí)維持所述負(fù)載處的AC電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第四開關(guān)電路包括機(jī)械繼電器，該機(jī)械繼電器被配置為將所述輔助電 源選擇性地耦合至所述第一總線和第二總線中的至少一者，并且其中所述第三開關(guān)電路包括至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)，該半導(dǎo)體開關(guān)被配置為將所述存儲(chǔ)電容耦合至所述第一總線和第二總線中的至少一者。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路被配置為使所述第三開關(guān)電路在轉(zhuǎn)變?yōu)閺乃鲚o助電源對(duì)所述負(fù)載供電之后將所述存儲(chǔ)電容從所述第一總線和第二總線中的至少一者去耦。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述存儲(chǔ)電容包括第一電容，并且其中所述系統(tǒng)還包括第二電容，所述第二電容耦合在所述第一總線和第二總線之間、并且其電容量基本上小于所述存儲(chǔ)電容的電容量。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路被配置為使所述第二開關(guān)電路在所述AC電源的AC波形的連續(xù)半周期中將所述第一總線和第二總線交替連接至中樞節(jié)點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述第二開關(guān)電路包括: 逆變器電路，被配置為將所述第一總線和第二總線選擇性地連接至所述中樞節(jié)點(diǎn)；以及 降壓轉(zhuǎn)換器電路，被配置為將所述第一總線和第二總線選擇性地耦合至所述負(fù)載。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路被配置為響應(yīng)于所述AC電源的狀態(tài)而操作所述第三開關(guān)電路。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路被配置為響應(yīng)于所述AC電源的故障和/或響應(yīng)于所述AC電源的電壓瞬變情況而使所述第三開關(guān)電路耦合所述第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路被配置為使所述第三開關(guān)電路短暫地耦合所述第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容，以便從所述AC電源對(duì)所述存儲(chǔ)電容進(jìn)行充電。
11.一種UPS系統(tǒng)，該UPS系統(tǒng)包括: 升壓整流器電路，該升壓整流器電路具有被配置為耦合至AC電源的輸入端口 ； 第一總線和第二總線，該第一總線和第二總線耦合至所述升壓整流器電路的輸入端Π ； 第一電容，該第一電容具有耦合至所述第一總線的第一端子和耦合至所述第二總線的第二端子。 降壓轉(zhuǎn)換器電路，該降壓轉(zhuǎn)換器電路具有耦合至所述第一總線和第二總線的輸入端口和被配置為耦合至負(fù)載的輸出端口； 逆變器電路，該逆變器電路被配置為將所述第一總線和第二總線選擇性地耦合至中樞節(jié)點(diǎn)，以便在所述降壓轉(zhuǎn)換器電路的輸出處生成AC輸出； 第二電容，該第二電容的電容量基本上大于所述第一電容的電容量；以及開關(guān)電路，該開關(guān)電路被配置為響應(yīng)于所述AC電源的狀態(tài)而將所述第二電容耦合至所述第一總線和第二總線中的至少一者，或?qū)⑺龅诙娙輳乃龅谝豢偩€和第二總線中的至少一者去耦。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)電路包括第一開關(guān)電路，并且其中所述系統(tǒng)還包括第二開關(guān)電路， 該第二開關(guān)電路被配置為響應(yīng)于所述AC電源的故障而將輔助電源耦合至所述第一總線和第二總線中的至少一者，并且其中所述第一開關(guān)電路被配置為耦合所述第一總線和第二總線之間的第二電容，從而在轉(zhuǎn)變?yōu)閺乃鲚o助電源對(duì)所述負(fù)載供電的同時(shí)維持所述負(fù)載處的AC電壓。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第一開關(guān)電路被配置為耦合所述第一總線和第二總線之間的第二電容，且耦合速度基本上比所述第一開關(guān)電路將所述輔助電源耦合至所述第一總線和第二總線中的至少一者的速度要更快。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第二開關(guān)電路包括機(jī)械繼電器，該機(jī)械繼電器被配置為將所述輔助電源選擇性耦合至所述第一總線和第二總線中的至少一者，并且其中所述第一開關(guān)電路包括半導(dǎo)體開關(guān)，該半導(dǎo)體開關(guān)被配置為將所述第二電容耦合至所述第一總線和第二總線中的至少一者。
15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括限流電路，該限流電路被配置為與所述第二電容串聯(lián)耦合。
16.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)電路被配置為短暫地耦合所述第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容，以便從所述AC電源對(duì)所述存儲(chǔ)電容進(jìn)行充電。
17.—種用于操作UPS系統(tǒng)的方法,所述UPS系統(tǒng)包括第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路，所述第一開關(guān)電路被配置為將AC電源選擇性地耦合至第一總線和第二總線，所述第二開關(guān)電路被配置為將所述第一總線和第二總線選擇性地耦合至負(fù)載，所述方法包括: 檢測(cè)所述AC電源的狀態(tài)；以及 響應(yīng)于檢測(cè)到的所述AC電源的狀態(tài)，而耦合所述第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述存儲(chǔ)電容包括第一電容，其中所述UPS系統(tǒng)還包括第二電容，所述第二電容耦合在所述第一總線和第二總線之間、并且其電容量基本上小于所述第一電容的電容量，并且其中響應(yīng)于檢測(cè)到的所述AC電源的狀態(tài)而耦合所述第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容包括將所述第一電容與所述第二電容并聯(lián)耦合。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，該方法還包括將電池耦合至所述第一總線和第二總線中的至少一者，并且其中響應(yīng)于檢測(cè)到的所述AC電源的狀態(tài)而耦合所述第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容包括:將所述存儲(chǔ)電容耦合至所述第一總線和第二總線中的至少一者，從而在轉(zhuǎn)變?yōu)閺乃鲭姵貙?duì)所述負(fù)載供電的同時(shí)維持對(duì)所述負(fù)載的AC輸出。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中將電池耦合至所述第一總線和第二總線中的至少一者包括:致動(dòng)機(jī)械繼電器以將所述電池耦合至所述第一總線和第二總線中的至少一者，并且其中響應(yīng)于檢測(cè)到的所述AC電源的狀態(tài)而耦合所述第一總線和第二總線之間的存儲(chǔ)電容包括:激活半導(dǎo)體 開關(guān)以將所述存儲(chǔ)電容耦合至所述第一總線和第二總線中的至少一者。
【文檔編號(hào)】H02M5/458GK103828183SQ201280045837
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月23日
【發(fā)明者】J·C·波拉科尼斯, P·K·南達(dá)穆 申請(qǐng)人:伊頓公司