用於在線ups系統的單一電池電力拓撲的製作方法
2023-07-19 23:50:06
用於在線ups系統的單一電池電力拓撲的製作方法
【專利摘要】一種電力轉換器，包括接收AC輸入電力的第一電力輸入端、接收備用電力的第二電力輸入端、被配置為提供正的DC輸出電壓的第一DC總線、被配置為提供負的DC輸出電壓的第二DC總線和耦合到第一DC總線和第二DC總線的電力轉換電路。電力轉換電路具有電感器、與電感器以串聯的方式耦合的第一開關器件、與第一開關器件以串聯的方式耦合的第二開關器件、和與第二開關器件以並聯的方式耦合的旁路繼電器。電力轉換電路可切換地耦合到第一電力輸入端和第二電力輸入端，並且可運行以對電感器充電且產生正的和負的DC輸出電壓。
【專利說明】用於在線UPS系統的單一電池電力拓撲
[0001]發明背景
[0002]1.發明領域
[0003]本發明的實施方式通常涉及電力轉換，並且更具體地，涉及在不間斷電源中產生源自輸入電壓的輸出電壓。
[0004]2.相關技術討論
[0005]不間斷電源(UPS)用於當主電源或輸電幹線出現故障時，給電氣設備或負載提供備用電力。典型的負載包括計算機系統，但其他負載，例如加熱/製冷/通風系統、照明系統、網絡交換機和路由器、以及安全和數據中心管理系統也可以由UPS提供電力。為數據中心或工業用途而設計的UPS可以為負載提供I和20kVA之間的備用電力達數小時。
[0006]UPS單元通常包括當AC輸電幹線電力不可使用時用作電源的一個或多個電池。電池提供的DC電力由電力轉換電路轉換為AC電力,然後其被提供給負載。將AC電力轉換為DC電力的電池充電器可以包括在UPS中以當AC輸電幹線可以使用時給電池充電來保證當需要時備用電力將可以使用。UPS也可以包括用於自動管理UPS的運行和電力轉換功能的控制單元。
[0007]發明綜述
[0008]根據一個實施方式，電力轉換器包括接收AC輸入電力的第一電力輸入端、接收備用電力的第二電力輸入端、被配置為提供正的DC輸出電壓的第一 DC總線、被配置為提供負的DC輸出電壓的第二 DC總線和耦合到第一 DC總線和第二 DC總線的電力轉換電路。電力轉換電路具有電感器、與電感器以串聯的方式耦合的第一開關器件、與第一開關器件以串聯的方式耦合的第二開關器件、和與第二開關器件以並聯的方式耦合的旁路繼電器。電力轉換電路可切換地耦合到第一電力輸入端和第二電力輸入端，並且可運行以對電感器充電且產生正的和負的DC輸出電壓。電力轉換電路被配置為在傳輸線運行模式且在AC輸入電力的正部分期間，通過電力轉換電路的第一電流通路對電感器進行充電，第一電流通路包括第一開關器件、第二開關器件、第一電力輸入端和電感器。電力轉換電路還被配置為在傳輸線運行模式且在AC輸入電力的負部分期間，通過電力轉換電路的第二電流通路對電感器進行充電，第二電流通路包括第一開關器件、第二開關器件、第一電力輸入端和電感器。電力轉換電路還被配置為在備用運行模式中，通過電力轉換電路的第三電流通路產生負的DC輸出電壓，第三電流通路包括第二電力輸入端、電感器、第一開關器件和旁路繼電器，其中第三電流通路通過旁路繼電器旁路掉第二開關器件。
[0009]在另一個實施方式中，電力轉換電路可以包括可運行以將存儲在電感器中的電力轉移到第一 DC總線和第二 DC總線的升壓轉換器電路。在另一個實施方式中，電力轉換器還可以包括中性線輸入端、耦合到電感器的第三開關器件。電力轉換電路還可以被配置為在備用運行模式中，通過電力轉換電路的第四電流通路對電感器進行充電，第四電流通路包括電感器和第三開關器件。在又一個實施方式中，電力轉換器可以包括耦合到中性線輸入端的第四開關器件。電力轉換電路還可以被配置為通過電力轉換電路的第五電流通路產生正的DC輸出電壓，第五電流通路包括電感器和第四開關。[0010]在另一個實施方式中，電力轉換器可以包括耦合到第二電力輸入端的電池。然而在另一個實施方式中，電力轉換器還可以包括耦合到電池、第一 DC總線和第二 DC總線的電池充電電路。電池充電電路可以被配置為從第一 DC總線和/或第二 DC總線對電池充電。
[0011]在另一個實施方式中，電感器為第一電感器，並且電池充電電路可以包括稱合在電池與第一 DC總線和/或第二 DC總線之間的第二電感器。
[0012]在另一個實施方式中，電力轉換器可以包括耦合到第一 DC總線和第二 DC總線的DC-AC逆變器電路。電力轉換器可以被配置為將正的DC輸出電壓和負的DC輸出電壓轉換成AC輸出電壓。
[0013]根據一個實施方式，電力轉換器包括接收AC輸入電力的第一電力輸入端、接收備用電力的第二電力輸入端、提供各自源自AC輸入電力和/或備用電力的正的DC輸出電壓和負的DC輸出電壓的電力輸出端、可切換地I禹合到第一電力輸入端和第二電力輸入端的電感器、以及用於使用存儲在電感器中的能量產生正的DC輸出電壓和負的DC輸出電壓的
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[0014]在另一個實施方式中，電力轉換器可以包括耦合到第二電力輸入端的電池。在又一個實施方式中，電力轉換器可以包括用於使用正的DC輸出電壓和/或負的DC輸出電壓對電池充電的裝置。
[0015]在另一個實施方式中，電力轉換器可以包括與電感器以串聯的方式I禹合的第一開關器件、與第一開關器件以串聯的方式耦合的第二開關器件、與第二開關器件以並聯的方式耦合的旁路繼電器。旁路繼電器可以被配置為在備用運行模式中旁路掉第二開關器件。
[0016]根據一個實施方式，向負載提供電力的方法包括檢測來自主電源的AC輸入電力的存在。響應於檢測到AC輸入電力`的存在且在AC輸入電力的正部分期間，該方法還包括通過電力轉換電路的第一電流通路將來自主電源的能量存儲在電感器中，第一電流通路包括第一開關器件、第二開關器件和電感器。響應於檢測到AC輸入電力的存在且在AC輸入電力的負部分期間，該方法包括通過電力轉換電路的第二電流通路將來自主電源的能量存儲在電感器中，第二電流通路包括第一開關器件、第二開關器件和電感器。該方法還包括檢測來自主電源的AC輸入電力的喪失。響應於檢測到AC輸入電力的喪失，該方法還包括閉合以並聯方式耦合到第二開關器件的旁路繼電器以旁路掉第二開關器件。響應於檢測到AC輸入電力的喪失，該方法還包括將來自輔電源的能量存儲在電感器中，並且通過不包括第二開關器件的電力轉換電路的第三電流通路將存儲在電感器中的能量轉換成負的DC輸出電壓。
[0017]在另一個實施方式中，該方法可以包括響應於檢測到AC輸入電力的喪失，將來自輔電源的能量存儲在電感器中，並且通過不包括第一開關器件和第二開關器件的電力轉換電路的第四電流通路將存儲在電感器中的能量轉換成正的DC輸出電壓。
[0018]在另一個實施方式中，電力轉換電路可以包括第一升壓轉換器電路和第二升壓轉換器電路。該方法還可以包括使用第一升壓轉換器電路將存儲在電感器中的電力轉換成正的DC輸出電壓，並且使用第二升壓轉換器電路將存儲在電感器中的電力轉換成負的DC輸出電壓。
[0019]附圖簡述
[0020]附圖不必按照比例繪製。在附圖中，相同的數字代表各個圖中示出的每個相同或者幾乎相同的部件。出於清楚的目的，並不是每個部件都標記在每個附圖中。在附圖中:
[0021]圖1是按照本發明的一個實施方式的不間斷電源的功能框圖；
[0022]圖2A是按照本發明的一個實施方式的電力轉換電路的原理圖；
[0023]圖2B-2G是顯示圖2A的電力轉換電路的各種電路通路的原理圖；
[0024]圖3是按照本發明的一個實施方式的具有集成的電池充電器的電力轉換電路的原理圖；
[0025]圖4是傳統的電力轉換電路的原理圖；
[0026]圖5A是按照本發明的另一個實施方式的電力轉換電路的原理圖；及
[0027]圖5B-5H是顯示圖5A的電力轉換電路的各種電路通路的原理圖。
[0028]發明具體描述
[0029]本發明的實施方式的應用不受限於它們在下面的描述中所闡述的或者附圖所示的部件的構造細節和部件布置方面細節的應用。本發明的實施方式能夠具有其他實施方式且能夠以各種方式被實踐或者被執行。而且，本文使用的詞組和術語用於描述性目的，且不應視為限制性的。本文使用的「包括」、「包含」或「具有」、「含有」、「涉及」和其變體，意在涵蓋其後所列項和其等價項以及附加項。
[0030]圖1是根據本發明的一個實施方式的UPS100的功能框圖。UPS100向負載106提供源自AC電源102或例如電池104的備用電源兩者中的任何一個的穩壓電力。UPS100包括整流器/升壓轉換器110、逆變器120、和用於控制整流器/升壓轉換器和逆變器的控制單元130。UPS具有AC電源102的傳輸線(相線)輸入端112和中性線輸入端114，以及各自率禹合到負載106的傳輸線輸出端116和中性線輸出端118。
[0031]在傳輸線運行模式中，在控制單元130的控制下，整流器/升壓轉換器110將輸入AC電壓分別轉換成在正的DC總線121和負的DC總線122處的正的和負的DC電壓。正的DC總線121和負的DC總線122可以，例如，各自額定於高達+/-400VDC。整流器/升壓轉換器110包括公共的或中性線路124。中性線路124可以耦合到輸入中性線114和輸出中性線118以提供通過UPS100的持續的中性通路。在備用運行模式(也稱為電池運行模式)中，在輸入AC電力喪失時，整流器/升壓轉換器110產生源自電池104的正的和負的DC電壓。在傳輸線運行模式和備用運行模式中，逆變器120接收來自整流器/升壓轉換器110的正的DC電壓121和負的DC電壓122。逆變器120在線路116和118處將正的和負的DC電壓轉換成輸出AC電壓。
[0032]圖2A是根據本發明的一個實施方式的電力轉換電路200的原理圖。電路200可以用於，例如，如上關於圖1所述的UPS100內。電路200的拓撲結構包括單一電感器雙輸出升壓轉換器(即正的和負的DC電壓)。在電路200中有功率因數校正(PFC)整流器電路210，其耦合到AC輸電幹線電源102的傳輸線輸入端112和中性線輸入端114，並且耦合到電池104的正的和負的接線端。
[0033]在運行期間，PFC整流器電路210接收來自AC電源102的AC電力或來自電池104的輸入DC電力中的任何一個。PFC整流器電路210被配置為在傳輸線運行模式中，將AC電力輸入轉換成輸出DC電力，其被供應給具有正的DC總線121和負的DC總線122的分流DC總線。PFC整流器電路210還被配置為在備用運行模式中，將來自電池104的輸入DC電力轉換成在正的DC總線121和負的DC總線122處的輸出DC電力。正的DC總線121、負的DC總線122和/或中性線路124可以耦合到逆變器(未顯示)，其被配置為將輸出DC電力轉換成輸出AC電力以供負載(也未顯示)使用。
[0034]PFC整流器電路210包括用於在AC電源102和電池104之間對輸入電力進行切換的第一繼電器220。例如，當AC電源102可以使用時，可以切換第一繼電器220以給電路210供應來自AC電源的電力^AC電源102不可使用時(或當需要備用電力時)，可以切換第一繼電器220以給電路210供應來自電池104的電力。電路還包括電感器230，如下所述，其用於將輸入電力轉換成正的DC電壓和負的DC電壓。與一些需要多個電感器的傳統的分流DC總線電路不同，電路200隻包括一個電感器，因此相比於具有多個電感器的傳統電路具有較高的電感器部件利用率。
[0035]繼續參考圖2A，第一二極體240和第二二極體242被分別耦合到第一電容元件250和第二電容元件252。第一二極體240和第二二極體242分別在AC電源102的正的和負的半傳輸線周期期間，將AC輸入電流分別整流成在第一電容元件250和第二電容元件252處的DC電流。用於存儲正的DC電壓的第一電容元件250在一端耦合到正的DC總線121且在另一端耦合到中性線路124。用於存儲負的DC電壓的第二電容元件252在一端耦合到負的DC總線122且在另一端耦合到中性線路124。如圖2A所示，電路200還包括第一開關260、第二開關262、第二繼電器264、第三開關266、第四開關268和第三二極體270。
[0036]在一個實施方式中，並且如圖2B、2C和2D所不,在傳輸線運行模式中，根據輸入AC電力的極性(即正的或負的半周期)，電力轉換電路200交替地使用輸入AC電力對電感器230進行充電(升壓轉換器的通路狀態)並且將電感器230放電到第一電容元件250或第二電容元件252兩者中的任何一個(升壓轉換器的斷路狀態)。圖2B示出了圖2A的電力轉換電路200中的第一電流通路290，通過其在輸入AC電力的正半傳輸線周期期間，使用輸入AC電力對電感器230進行充電。在負半傳輸線周期期間，第一電流通路290被反轉。在升壓轉換器的通路狀態中，第`一繼電器220切換到AC輸電幹線輸入端112，並且開關260和262接通以對電感器230進行充電。在傳輸線運行模式中，繼電器264開路。在給電感器230充電的過程中，開關260和262兩端有兩處半導體壓降。
[0037]在升壓轉換器的斷路狀態中，開關260和262斷開以將存儲在電感器230中的能量放電到分流DC總線。圖2C示出了圖2A的電力轉換電路200中的第二電流通路291，通過其在AC輸電幹線電力輸入的正半傳輸線周期期間，對存儲在電感器230中的能量進行放電。在AC輸電幹線電力輸入的正半傳輸線周期期間，來自電感器230的能量通過二極體240對第一電容元件250進行充電。圖2D示出了第三電流通路292，在AC輸電幹線電力輸入的負半傳輸線周期期間，在第三電流通路292中，對存儲在電感器230中的能量進行放電。在負半傳輸線周期期間，來自電感器230的能量通過二極體242對第二電容元件252進行充電。在正半傳輸線周期期間，在對電感器230進行放電的過程中，二極體240兩端有一處二極體壓降，並且在負半傳輸線周期期間，在對電感器230進行放電的過程中，二極體242兩端有一處二極體壓降。
[0038]如圖2E、2F和2G所示，在備用運行模式期間，電力轉換電路200被配置為DC-DC轉換器升壓轉換器。電力轉換電路200交替地使用輸入DC電力(例如，來自電池104)對電感器230進行充電(升壓轉換器的通路狀態)並且將電感器230放電到第一電容元件250或第二電容元件252兩者中的任何一個(升壓轉換器的斷路狀態)。圖2E示出了圖2A的電力轉換電路200中的第四電流通路293，通過其使用例如來自電池104的輸入DC電力對電感器230進行充電。為了減少損耗，繼電器264閉合以旁路掉開關262，其在備用運行模式期間不被使用。在升壓轉換器的開路狀態期間，開關266接通以從電池104對電感器230進行充電。
[0039]在升壓轉換器的斷路狀態中，開關266斷開以將存儲在電感器230中的能量放電到分流DC總線。圖2F示出了圖2A的電力轉換電路200中的第五電流通路294，通過其經由二極體240將存儲在電感器230中的能量轉移到第一電容元件250。在正的DC總線121處通過開關268，來自電感器230的能量對第一電容元件250進行充電，並且開關260斷開。圖2G示出了第六電流通路295，通過其經由二極體270將存儲在電感器230中的能量轉移到第二電容元件252。在負的DC總線122處通過開關260，來自電感器230的能量對第二電容元件252進行充電，並且開關268斷開。在對電感器充電的過程中，開關266兩端有一處半導體壓降。在通過第一電容元件250對電感器進行放電的過程中，二極體240和開關268兩端有兩處半導體壓降；在通過第二電容元件252對電感器進行放電的過程中，開關260和二極體270兩端有兩處半導體壓降。
[0040]圖3是按照本發明的另一個實施方式的電力轉換電路300的原理圖。電路300可以用於，例如如上關於圖1所述的UPS100內。電路300實質上類似於如上關於圖2A-2G所述的電力轉換電路200，除了電路300包括集成的電池充電電路，整體指示在310處。電池充電電路310被配置為降壓轉換器且包括第二電感器320。電池充電電路310接收來自分流DC總線(例如，在正的DC總線121處的第一電容元件250和在負的DC總線122處的第二電容元件252)的電力。通過脈衝寬度調製(PWM)控制信號對開關330進行操控，以使用存儲在第一電容元件250中的能量通過經由第二電感器320、第四二極體332、電池104、第三電容元件334 (其可以用作濾波器)、和開關268的體二極體的充電器電流對第二電感器320進行充電。當開關330斷開時，充電器電流慣性饋送通過可選的二極體336或通過開關268的體二極體和二極體338。可選的二極體336旁路掉二極體338和開關268的體二極體以減少電路300中的導通損耗。
[0041]通過PWM控制信號對開關340進行操控，以使用存儲在負的DC總線122處的第二電容元件252中的能量通過經由二極體338、第二電感器320、二極體332、電池104、第三電容元件334 (其可以用作濾波器)、和開關340的充電電流對第二電感器320進行充電。當開關340斷開時，充電電流慣性饋送通過可選的二極體336或通過開關268的體二極體和二極體338。
[0042]圖4顯示了用於將AC電力轉換成在正的DC總線121和負的DC總線122處的DC電力的傳統的電路400。AC輸電幹線電源102包括傳輸線輸入端112和中性線輸入端114,並且電池104包括正的DC輸入端422和負的DC輸入端424。在電路400中有功率因數校正(PFC)整流器電路405，其耦合到AC輸電幹線電源102的傳輸線輸入端112和中性線輸入端114，並且耦合到電池104的正的和負的接線端。電路405包括耦合到AC輸電幹線電源102的中性線輸入端114的中性總線124。第一電容元件440的一端耦合到正的DC總線121且另一端耦合到中性線路124。第二電容元件442的一端耦合到負的DC總線122且另一端耦合到中性線路124。
[0043]電路405通過繼電器410可切換地耦合到AC輸電幹線電源102和DC備用電源，例如電池104。例如，當AC輸電幹線電源102可使用時，繼電器410切換到正常開路位置以將AC輸電幹線電源102的傳輸線輸入端112連接到電路400。當AC輸電幹線電源102不可使用時，繼電器410切換到正常閉合位置以將電池104的正的DC輸入端422連接到電路400。正的DC總線121和負的DC總線122可以用作用於在電氣部件之間(例如在AC輸電幹線電源102和/或電池104和逆變器120之間)轉移電力的接口。逆變器120可以用於將在正的DC總線121和負的DC總線122處的DC電力轉換成供應給負載(未顯示)的AC電力。
[0044]電路405還包括耦合到繼電器410的電感器420。電感器420形成被配置為產生正的DC總線121處的正的DC電壓和負的DC總線122處的負的DC電壓的升壓電路的一部分。升壓電路的正側包括耦合到電感器420和第一二極體434的第一開關430，並且第一二極體434耦合到第一電容元件440。第一開關430的下遊側耦合到中性總線124。升壓電路的負側包括耦合到電感器420和第二二極體436的第二開關432，並且第二二極體436耦合到第二電容元件442。電路400還包括耦合在電感器420和第一開關430之間的第三二極體450，和耦合在電感器420和第二開關432之間的第四二極體452。
[0045]在傳輸線運行模式中，向電路405提供來自AC輸電幹線電源102的電力。在AC輸電幹線輸入的正半傳輸線周期期間，在脈衝寬度調製(PWM)切換周期上操控第一開關430以交替地從傳輸線輸入端112對電感器420進行充電且通過第一二極體434將電感器420放電到第一電容元件440。在正半傳輸線周期期間，第四二極體452阻擋電流到達升壓轉換器的負側。在從電感器420到第一電容元件440的電流通路中(即在第一電容元件正在被充電的過程中)，第一二極體434是唯一的二極體。
[0046]在AC輸電幹線輸入的負半傳輸線周期期間且在傳輸線運行模式中,在PWM切換周期上操控第二開關432以交替地從中性線輸入端114對電感器420進行充電且通過第二二極體436將電感器420放電到第二電容元件442。在負半傳輸線周期期間，第三二極體450阻擋電流到達升壓轉換器的正側。與在正半傳輸線周期期間不同，其中在電感器420和DC總線之間的電流通路中只有一個二極體(即第一二極體434)，在負半傳輸線周期期間，第二二極體436和第四二極體452處在從第二電容元件442到電感器420的電流通路中(SP在第二電容元件正在被充電的過程中)。因此，在負半傳輸線周期期間遭受的二極體損耗比在正半傳輸線周期期間遭受的二極體損耗更大。
[0047]在備用運行模式中，向電路405提供來自電池104的電力。通過接通開關430和432對電感器420進行充電。在對電感器420進行充電期間，依次在二極體450、開關430和開關432上有三處半導體壓降，這減少了備用運行模式期間的電路405的效率。通過第一電容元件440通過斷開開關430和接通開關432，對電感器420進行放電。通過第二電容元件442通過接通開關430和斷開開關432，對電感器420進行放電。
[0048]圖5顯示了根據一個實施方式的用於將AC電力轉換成在正的DC總線121和負的DC總線122處的DC電力的電路500。除了圖4的電路400的一些元件，電路500還包括PFC電路505、具有體二極體的第三開關510、二極體512，並且第二繼電器520以並聯的方式耦合到二極體450。
[0049]在傳輸線運行模式中，第二繼電器520開路。在AC輸電幹線輸入102的正半傳輸線周期期間，如圖5B中的電流通路550所示，第一開關430接通以通過二極體450對電感器420進行充電。如圖5C中的電流通路551所示，當第一開關430斷開，通過在正的DC總線121上的第一電容元件440通過二極體434，對存儲在電感器420中的能量進行放電。
[0050]在AC輸電幹線輸入102的負半傳輸線周期期間且在傳輸線運行模式期間，如圖中的電流通路552所示，第三開關432接通以通過第三開關510的體二極體對電感器420進行充電。如圖5E中的電流通路553所示，當第二開關432斷開，通過負的DC總線122上的第二電容元件442通過二極體512，對存儲在電感器LI中的能量進行放電。
[0051]在備用運行模式中，第二繼電器520閉合。如圖5F中的電流通路554所示，第三開關510接通以從電池104對電感器420進行充電。第三開關452斷開以對電感器420進行放電。如圖5G中的電流通路555所示，通過正的DC總線121上的第一電容元件440、二極體434和接通的第二開關432，對存儲在電感器420中的能量進行放電。如圖5H中的電流通路556所示,通過在負的DC總線122上的第二電容元件442通過處於閉合以旁路掉二極體450的第二繼電器520、接通的第一開關430和二極體436對電感器420進行放電。通過第二繼電器520旁路掉二極體450減少了電路505的導通損耗。而且，二極體512並聯到二極體436和第三開關510的體二極體，這又減少了電路505的導通損耗。
[0052]任何前述實施方式可以實現在UPS中，例如，使用DC電池作為備用電源的UPS。UPS可以被配置為提供備用電力給任何數量的電力消耗設備，例如計算機、伺服器、網絡路由器、空調單元、照明設備、安保系統、或需要不間斷電力的其他設備和系統。UPS可以包含或耦合到控制UPS運行的控制器或控制單元。例如，控制器可以給電路裡的每個切換設備提供脈衝寬度調製(PWM)信號用於控制電力轉換功能。在另一個例子中，控制器可以為繼電器提供控制信號。通常，控制器控制UPS的運行，使其在可以使用來自AC電源的電力時，從AC電源給電池充電，並且當AC電源不能用或處於電壓過低的情況時，逆變來自電池的DC電力。控制器可以包含以任何方式組合的硬體、軟體、固件、處理器、存儲器、輸入/輸出接口、數據總線、和/或其他元件，它們可以用於實現控制器的相應功能。
[0053]在如上所述的實施方式中，電池用作備用電源。在其他實施方式中，可以使用其他AC或DC備用源和設備，包括燃料電池、光電池、DC微型渦輪機、電容器、供選擇的AC電源，和任何其他合適的電源，或者任何它們的組合。在利用電池作為備用電源的本發明的實施方式中，電池可以由以並聯或串聯方式耦合的多個電池單元組成。
[0054]在一個或多個前述實施方式中，切換器件可以是任何電子的或機電的器件，其以受控的方式(例如，通過使用控制信號)傳導電流且能夠隔離導電通路。圖中的各種切換器件和其他電子器件的表示是示例性的且不意在是限制性的，因為本領域的技術人員將理解的是，使用各種類型、布置和配置的器件可以獲得相似的或相同的功能。例如，一個或多個切換器件可以含有一個或多個反向並聯二極體，或這些二極體可以與這些切換器件分開。如上所述，在一些實施方式中，切換設備包括整流器，例如，能夠通過應用控制信號而接通和斷開的受控整流器(例如，SCR、晶閘管等等)。此外，其他元件，例如電阻器、電容器、電感器、電池、電源、負載、變壓器、繼電器、二極體和類似元件可以包含在單一的器件或多個連接的器件中。
[0055]在如上所述的實施方式中，描述了供不間斷電源使用的整流器/升壓電路，然而應該理解的是，本文所述的電路可以供其他類型的電源使用。
[0056]本發明的實施方式可供具有各種輸入電壓和輸出電壓的不間斷電源使用，且可以用於單相或多相不間斷電源。
[0057]至此，已經描述了本發明的至少一個實施方式的幾個方面，本領域的技術人員將理解的是，各種替代、修改和改進將是很容易出現的。這些替代、修改和改進意在屬於本公開內容的一部分，並且意在本發明的精神和範圍內。例如，用於使電力轉換器的切換設備運行的選通脈衝可以在頻率、佔空比、或這兩者上變化。而且，可以利用電氣部件的供選擇的配置來產生相似的功能，例如，逆變器功能和充電器功能，或者其他功能。因此，前述的描述和附圖僅僅是示例性的。
【權利要求】
1.一種電力轉換器，包括: 第一電力輸入端，所述第一電力輸入端接收AC輸入電力； 第二電力輸入端，所述第二電力輸入端接收備用電力； 第一 DC總線，所述第一 DC總線被配置為提供正的DC輸出電壓； 第二 DC總線，所述第二 DC總線被配置為提供負的DC輸出電壓；以及電力轉換電路，所述電力轉換電路耦合到所述第一 DC總線和所述第二 DC總線，具有電感器、與所述電感器以串聯的方式耦合的第一開關器件、與所述第一開關器件以串聯的方式耦合的第二開關器件、和與所述第二開關器件以並聯的方式耦合的旁路繼電器，所述電力轉換電路可切換地耦合到所述第一電力輸入端和所述第二電力輸入端，所述電力轉換電路可運行以對所述電感器充電且產生所述正的DC輸出電壓和所述負的DC輸出電壓，所述電力轉換電路被配置為: 在傳輸線運行模式中且在所述AC輸入電力的正部分期間，通過所述電力轉換電路的第一電流通路對所述電感器進行充電，所述第一電流通路包括所述第一開關器件、所述第二開關器件、所述第一電力輸入端和所述電感器； 在所述傳輸線運行模式中且在所述AC輸入電力的負部分期間，通過所述電力轉換電路的第二電流通路對所述電感器進行充電，所述第二電流通路包括所述第一開關器件、所述第二開關器件、所述第一電力輸入端和所述電感器 '及 在備用運行模式中，通過所述電力轉換電路的第三電流通路產生所述負的DC輸出電壓，所述第三電流通路包括所述第二電力輸入端、所述電感器、所述第一開關器件和所述旁路繼電器，其中所述第三電流通路通過所述旁路繼電器旁路掉所述第二開關器件。
2.如權利要求1所述·的電力轉換器，其中所述電力轉換電路包括升壓轉換器電路，該升壓轉換器電路可運行以將存儲在所述電感器中的電力轉移到所述第一 DC總線和所述第二 DC總線。
3.如權利要求2所述的電力轉換器，還包括中性線輸入端和耦合到所述電感器的第三開關器件，其中所述電力轉換電路還被配置為在所述備用運行模式中，通過所述電力轉換電路的第四電流通路對所述電感器進行充電，所述第四電流通路包括所述電感器和所述第三開關器件。
4.如權利要求3所述的電力轉換器，還包括耦合到所述中性線輸入端的第四開關器件，其中所述電力轉換電路還被配置為通過所述電力轉換電路的第五電流通路產生所述正的DC輸出電壓，所述第五電流通路包括所述電感器和所述第四開關。
5.如權利要求4所述的電力轉換器，還包括耦合到所述第二電力輸入端的電池。
6.如權利要求5所述的電力轉換器，還包括耦合到所述電池、所述第一DC總線和所述第二 DC總線的電池充電電路，其中所述電池充電電路被配置為從所述第一 DC總線和所述第二 DC總線中的至少一個對所述電池充電。
7.如權利要求6所述的電力轉換器，其中所述電感器為第一電感器，並且其中所述電池充電電路包括耦合在所述電池與所述第一 DC總線和所述第二 DC總線中的至少一個之間的第二電感器。
8.如權利要求4所述的電力轉換器，還包括DC-AC逆變器電路，該DC-AC逆變器電路耦合到所述第一 DC總線和所述第二 DC總線，並且配置為將所述正的DC輸出電壓和所述負的DC輸出電壓轉換成AC輸出電壓。
9.一種電力轉換器，包括: 第一電力輸入端，所述第一電力輸入端接收AC輸入電力； 第二電力輸入端，所述第二電力輸入端接收備用電力； 電力輸出端，所述電力輸出端提供各自源自所述AC輸入電力和所述備用電力中的至少一個的正的DC輸出電壓和負的DC輸出電壓； 電感器，所述電感器可切換地耦合到所述第一電力輸入端和所述第二電力輸入端；以及 用於使用存儲在所述電感器中的能量產生所述正的DC輸出電壓和所述負的DC輸出電壓的裝置。
10.如權利要求9所述的電力轉換器，還包括耦合到所述第二電力輸入端的電池。
11.如權利要求10所述的電力轉換器，還包括用於使用所述正的DC輸出電壓和所述負的DC輸出電壓中的至少一個對所述電池充電的裝置。
12.如權利要求9所述的電力轉換器，還包括與所述電感器以串聯的方式耦合的第一開關器件、與所述第一開關器件以串聯的方式耦合的第二開關器件、與所述第二開關器件以並聯的方式耦合的旁路繼電器，其中所述旁路繼電器被配置為在備用運行模式中旁路掉所述第二開關器件。
13.一種向負載提供電力的方法，所述方法包括: 檢測來自主電源的AC輸入電力的存在； 響應於檢測到所述AC輸入電力的存在且在所述AC輸入電力的正部分期間，通過電力轉換電路的第一電流通路將來自所述主電源的能量存儲在電感器中，所述第一電流通路包括第一開關器件、第二開關器件和所述電感器； 響應於檢測到所述AC輸入電力的存在且在所述AC輸入電力的負部分期間，通過所述電力轉換電路的第二電流通路將來自所述主電源的能量存儲在所述電感器中，所述第二電流通路包括第一開關器件、第二開關器件和所述電感器； 檢測來自所述主電源的所述AC輸入電力的喪失； 響應於檢測到所述AC輸入電力的喪失，閉合以並聯方式耦合到所述第二開關器件的旁路繼電器以旁路掉所述第二開關器件；及 響應於檢測到所述AC輸入電力的喪失，將來自輔電源的能量存儲在所述電感器中，並且通過所述電力轉換電路的第三電流通路將存儲在所述電感器中的能量轉換成負的DC輸出電壓，所述第三電流通路不包括所述第二開關器件。
14.如權利要求13所述的方法，還包括響應於檢測到所述AC輸入電力的喪失，將來自所述輔電源的能量存儲在所述電感器中，並且通過所述電力轉換電路的第四電流通路將存儲在所述電感器中的能量轉換成正的DC輸出電壓，所述第四電流通路不包括所述第一開關器件和所述第二開關器件。
15.如權利要求13所述的方法，其中所述電力轉換電路包括升壓轉換器電路，並且其中所述方法還包括使用所述升壓轉換器電路將存儲在所述電感器中的電力轉換成正的DC輸出電壓。
16.如權利要求15所述的方法，其中所述升壓轉換器電路為第一升壓轉換器電路，其中所述電力轉換電路包括第二升壓轉換器電路，並且其中所述方法還包括使用所述第二升壓轉換器電路將存儲在所述電感器中的`電力轉換成負的DC輸出電壓。
【文檔編號】H02J9/00GK103828186SQ201280046599
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年7月26日 優先權日:2011年7月28日
【發明者】R·格霍什, 馬亨德拉庫瑪·裡帕萊, D·克裡基克 申請人:施耐德電氣It公司