正弦波發生電路以及使用該電路的不間斷電源系統的製作方法
2023-05-16 10:50:21 8
專利名稱：正弦波發生電路以及使用該電路的不間斷電源系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種正弦波發生電路以及使用該電路的不間斷電源系統(UPS)，尤其是涉及一種用於電池中存儲的直流(DC)電輸出正弦波的正弦波發生電路以及使用該電路的不間斷電源系統(UPS)。
背景技術：
為了正常工作所有使用商業電的電子產品接收正弦波。當電子產品應用作為移動電子產品或備份設備時，必須為該電子產品提供對應於商業電的電力。使用商業交流(AC)電的移動電子產品包括商用雷射器和發光設備(100W-500W)，安裝在專用車輛上執行各種檢查的測量設備(100W-1KW)，公共汽車專用電視機或冰箱(100W-1KW)等等。而且，備份設備包括不問斷電源系統(UPS)(500W-3KW)，變頻器(500W-1KW)，太陽能電池轉換器(1KW-5KW)等等。
如上所述，使用商業AC電的移動電子產品和備份設備通常裝備有電池，將存儲在電池中的直流(DC)電轉換為商業AC電，以及為負載(或電子產品的主體)提供商業AC電。
但是，在移動電子產品中提供的轉換器(例如，AC-DC轉換器)主要輸出修正的方形波。因此，轉換器能夠對裝備有馬達的電子產品產生嚴重的損害。另外，轉換器體積大而重。
由於轉換器(例如，DC-DC轉換器)或用於備份設備中的變換器使用電感和電容(LC)諧振電路以產生AC波，轉換器或變換器的效率非常低。而且，由於在備份設備中使用的轉換器或變換器的體積大而重，它的移動性受到限制並且價格昂貴。
另一方面，由於與過去相比由電力故障引起的事故頻繁發生。目前由於電力故障引起的損害程度與過去相比更加嚴重。UPS是一種用於提供高質量電能的系統以防止由於突然電力故障而引起的設備斷電或誤操作，該電力故障與在非常高級計算機，電站監視控制裝置，以及醫院使用的主要設備中的瞬間電力故障或瞬間電壓或頻率變化有關。UPS在電力中斷期間為防止上述電力故障引起的損害，防止生產機器不希望的中斷以及消除使用網際網路和日常生活中的不便而使用電池來提供電能。
根據UPS的結構，UPS包括機械UPS和電子UPS。機械UPS當電力正常提供時存儲電能，在電源發生故障時利用存儲在電池中的DC電壓旋轉馬達，通過旋轉力來驅動發電機產生商業AC電壓。電子UPS連續地以預定的周期轉換電池電壓以提供AC電壓。
就機械UPS而言，AC電壓的波形必須與商業AC電壓的波形一致。當接收電力的裝置是電感性的負載時，由於在AC電源不能保持60HZ正弦波的地方產生電弧而可能引起馬達電刷的損害。如果通過變壓器感應的電壓不適當地增加，可能損害負載裝置。而且，由於機械UPS體積大而重以及效率低。因此機械UPS難以用於尺寸小的設備或狹小的戶內。
就電子UPS而言，其電路複雜。電子UPS昂貴而且由於必須以高速度驅動該電路而頻繁發生故障。因此，一種大部分UPS廉價產生方波而使用的改進方法，通過線性變壓器產生AC電(基於方波)，使用電感和電容(LC)諧振電路等去除方波的起止點的值，並產生和使用類似於正弦波的波形。由於該改進的方法不能產生精確AC波，馬達可能被嚴重損害。上述電子UPS具有低效率並且體積大而重。而且，現有的UPS不能應用到移動產品。
現有的UPS在過去已經位置固定。但是，由於不僅在生產機器中而且在日常生活中都使用電能，因此UPS需要移動到不同的位置。為了實現上述目的，UPS必須減輕重量並且大小變細。當然，UPS必須功能上提供正如商業電源中的60 HZ正弦波。
圖1示例了示意性的現有的不間斷電源系統(UPS)。
當提供商業AC電源時，整流/充電單元101整流商業交流電(AC)，將整流的商業AC電轉換為直流電(DC)，並用DC電為電池103充電。
變換器105從整流/充電單元101接收DC電以及電池103並行連接到整流/充電單元101。而且，變換器105響應於PWM發生器(圖1中未示出)產生的脈寬調製(PWM)控制信號產生方波形式的AC電。
線性變壓器107提升變換器105提供的AC電的電平，以及電感和電容(LC)諧振電路109通過去除方波起止點的峰值將線性變壓器107提升的AC電轉換為正弦波形。
作為參考，變換器105和線性變壓器107的電路可以如圖7中所示來構造。
如果商業AC電是適當的，旁路開關111為負載提供商業AC電。另一方面，如果商業AC電不適當，為該負載提供由參考數字101到109所表示的系統元件所處理的輔助電源。
正如圖1中相關所述的，現有的UPS構造諸如電感和電容(LC)諧振電路的濾波電路以產生正弦波。現有的UPS不能正確產生正弦波。因此，現有的UPS的效率低。現有的UPS體積大而重量很重。而且，現有的UPS不能適當地用於移動產品。
正如當提升電池103的DC電時，應用線性變壓器107，其中存在的問題是現有的UPS效率低，體積大而重量很重。
另一方面，數字放大器是一種用於數位化放大模擬源信號的放大器。在將模擬源信號轉換為脈寬調製(PWM)信號之後，數字放大器對PWM信號執行放大操作。PWM信號表示一比特的數位訊號，與PWM信號相關的音頻信號電平記錄作為信號寬度。放大PWM信號的放大級作為一類開關並不直接影響與電晶體相關的波特性。通過低頻濾波器濾波該PWM信號，並恢復為原始模擬信號。數字放大器或D-類放大器在使用PWM放大器放大數位訊號之後使用低頻濾波器恢復原始的模擬信號。
在使用D-類放大器時，再現和輸出想要的輸出波。因此，在將D-類放大器應用到移動電子產品或諸如使用商業AC電的電子產品的備份設備時，將電池中存儲的DC電轉換為高質量商業AC電信號的波形(或正弦波)，以及高質量AC電可以提供給負載。
數字放大器的基本理論自從70年就已經知道，但是D-類放大器的技術並沒有應用到本發明的領域。原因是數字放大器的高保真性能只有當用於轉換脈衝編碼調製(PCM)編碼為PWM信號的數位訊號處理器(DSP)算法，設計在100MHz或以上工作的高速DSP專用集成電路(ASIC)，以及用於數位化轉換和放大低功率PWM信號到高功率PWM信號的電子和信息產業領域的全部技術被完全諧和時才能夠實現。由於該原因，到目前為止沒有任何具有高保真性能的放大器被商業化。
發明內容
因此，就上述問題產生了本發明，本發明的一個目的是提供一種正弦波發生電路以及使用該電路的不間斷電源系統(UPS)，其能夠通過存儲在電池中的直流(DC)電轉換方法產生精確正弦波以將其提供給負載。
本發明的另一個目的是提供一種正弦波發生電路以及使用該電路的能夠具有小尺寸和輕重量的不間斷電源系統(UPS)。
本發明的再一個目的是提供一種弦波發生電路以及能夠通過基於數字放大器原理的轉換方法直接輸出精確正弦波的使用該電路的不間斷電源系統(UPS)。
根據本發明的一個方面，上述和其他的目的可以通過提供該不間斷電源系統(UPS)實現，該系統包括用於整流來自輸入端的商業交流(AC)電和轉換AC電為直流(DC)電的整流器；用DC電為電池充電的充電器；提供DC電的電池；用於通過AC電的預定電平提升和/或降低從電池輸入的DC電的DC-DC轉換器；用於從DC-DC轉換器接收DC電並響應于波形控制信號輸出正弦波電信號的D-類放大器；用於控制D-類放大器的正弦波形發生操作的正弦波控制器；以及用於在正常模式將商業AC電從輸入端轉換到負載和當檢測到商業AC電故障時將正弦波形電信號從D-類放大器轉換到負載的轉換單元。
因此，本發明使得能夠僅僅通過具有低速轉換周期的D-類放大器以及廉價微處理器的控制操作直接產生正確的正弦波形，而不使用高速模擬/數字(A/D)轉換器，轉換裝置，數位訊號處理器(DSP)以及數字/模擬(D/A)轉換器，因此用於通過轉換方法和提供該產生的精確正弦波給負載而直接由存儲在電池中的DC電產生精確正弦波的正弦波發生電路和使用該電路的不間斷電源系統(UPS)能夠被適當地實現。而且，作為使用商業電的電子產品和備份設備能夠被小型化和減輕重量，以及能夠實現移動電子產品。進一步，作為精確正弦波(或正確正弦波)能夠通過轉換方法直接產生以及產生的精確正弦波能夠應用到負載，產品能夠被適當地保護。
優選地，D-類放大器可能包括用於電力轉換的電橋電路。優選地，電橋電路可能包括布置在連接第一節點(A)和第二節點(B)通路上的第二電感裝置(L2)和第一節點(A)之間的通路(A-L2)上的用於高頻通過的第一電感裝置(L1)；第二電感裝置(L2)和第二節點(B)之間通路上布置的用於高頻通過的第三電感裝置(L3)；第一電容裝置(C1)，其一端連接到在第一電感裝置(L1)和第二電感裝置(L2)之間通路(L1-L2)上布置的第三節點(C)，其另一端連接與接地端；第二電容裝置(C2)，其一端連接到在第二電感裝置(L2)和第三電感裝置(L3)之間通路(L2-L3)上布置的第四節點(D)以及其另一端連接到接地端；連接到第二電感裝置(L2)兩端的兩個負載輸出端(X和Y)。優選地，正弦波形控制器可以執行控制操作以便能夠產生在D-類放大器中提供的一對轉換裝置(SW1和SW4)的接通時間和在D-類放大器中提供的一對轉換裝置(SW2和SW3)的接通時間之間的時間差，輸出端(X或Y)每當預定轉換周期小於商業AC電周期時能夠輸出接通時間差的電壓。優選地，正弦波形控制器可以調節每一轉換周期中的接通時間差，並執行控制操作以便通過輸出端(X或Y)輸出的電壓對應於與商業AC電相同的正弦波形電。
在UPS中，D-類放大器能夠被容易地應用於電路以將存儲在電池中的DC電轉換為商業AC電的波形信號並將轉換的電提供給負載。
根據本發明的另一個方面，上述和其他目的能夠通過用於將電池中存儲的直流(DC)電波形轉換為商業交流(AC)電波形以及應用該商業AC電的正弦波形發生電路來實現，其中包括用於正弦波產生的電橋電路，該電橋電路包括用於接收DC電的第一轉換裝置(SW1)；用於接收DC電的第二轉換裝置(SW2)；通過第一節點(A)和第二節點(B)之間的通路(A→B)連接到第一轉換裝置(SW1)的第四轉換裝置(SW4)；通過第二節點(B)和第一節點(A)之間的通路(B→A)連接到第二轉換裝置(SW2)的第三轉換裝置(SW3)；在第一節點(A)和第二節點(B)之間的通路(A-B)中布置的第二電感裝置(L2)；布置在第一節點(A)和第二電感裝置(L2)之間的通路(A-L2)上用於高頻通過的第一電感裝置(L1)；在第二電感裝置(L2)和第二節點(B)之間通路(L2-B)上布置的用於高頻通過的第三電感裝置(L3)；
第一電容裝置(C1)，其一端連接到在第一電感裝置(L1)和第二電感裝置(L2)之間通路(L1-L2)上布置的第三節點(C)，其另一端連接與接地端；第二電容裝置(C2)，其一端連接到在第二電感裝置(L2)和第三電感裝置(L3)之間通路(L2-L3)上布置的第四節點(D)以及其另一端連接到接地端；和連接到第二電感裝置(L2)兩端的兩個負載輸出端(X和Y)；以及正弦波形控制器用於將正弦波發生控制信號提供給轉換裝置(SW1～SW4)，並執行控制操作以便一對第一和第四轉換裝置(SW1和SW4)和另一對第二和第三轉換裝置(SW2和SW3)能夠交替執行接通/斷開操作。
其中正弦波形控制器執行控制操作以便能夠產生一對轉換裝置的接通時間和另一對轉換裝置的接通時間之間的時間差，以及輸出端(X或Y)每當預定轉換周期小於商業AC電周期時能夠輸出接通時間差的電壓，以及其中正弦波形控制器調節每一轉換周期中的接通時間差，並執行控制操作以便通過輸出端(X或Y)輸出的電壓對應於與商業AC電相同的正弦波形電。
在UPS中，D-類放大器能夠被容易地應用到電路中用於將電池中存儲的DC電轉換為商業AC電的波形信號並為負載提供該轉換的電力。而且，本發明使得能夠僅僅通過具有低速轉換周期的D-類放大器以及廉價微處理器的控制操作直接產生正確的正弦波形，而不使用高速模擬/數字(A/D)轉換器，轉換裝置，數位訊號處理器(DSP)以及數字/模擬(D/A)轉換器，因此用於通過轉換方法和提供該產生的精確正弦波給負載而直接由存儲在電池中的DC電產生精確正弦波的正弦波發生電路和使用該電路的不間斷電源系統(UPS)能夠被適當地實現。而且，作為使用商業電的電子產品和備份設備能夠被小型化和減輕重量，以及能夠實現移動電子產品。進一步，作為精確正弦波(或正確正弦波)能夠通過轉換方法直接產生以及產生的精確正弦波能夠應用到負載，產品能夠被適當地保護。
正弦波發生電路可能進一步包括DC-DC轉換器用於通過AC電的預定電平提升和/或降低從電池輸入的DC電以及將提升或降低的DC電輸入到用於正弦波發生的電橋電路。
由於本發明使用了變換轉換方法而不使用線性轉換方法以及在現有UPS中通過的電感和電容(LC)諧振電路，因此UPS在將正弦波發生電路應用到UPS中時能夠被小型化並減輕重量。
在參考附圖從下面的詳細描述中，本發明的上述和其他目的，特徵以及其他的優點將變得非常明白，其中；圖1示例了示意性的現有不間斷電源系統(UPS)；圖2示例了根據本發明的D-類放大器的結構圖；圖3示例了在隨時間變化的電容裝置上提升電壓特性的曲線圖；圖4示例了輸出正弦波電到負載的操作；圖5示例了在正弦波發生電路應用到使用商業交流(AC)電的移動電子產品或備份設備的情況下的連接結構方框圖；圖6示例了裝備有正弦波發生電路的示意性UPS的方框圖；以及圖7示例了變換器和線性轉換器的電路圖。
具體實施例方式
現在，將參考附圖詳細描述本發明的優選實施方案。
圖2示例了根據本發明的D-類放大器的結構圖。
如圖2所示，本發明的D-類放大器包括用於接收在電池(未示出)中存儲的直流(DC)電的第一轉換裝置SW1；用於接收該DC電的第二轉換裝置SW2；通過第一節點A和第二節點B之間的通路(A→B)與第一轉換裝置SW1連接的第四轉換裝置SW4；通過第二節點B和第一節點A之間的通路(B→A)連接於第二轉換裝置SW2的第三轉換裝置SW3；布置在第一節點第二節點B之間通路(A-B)上的第二電感裝置L2；布置在第一節點A和第二電感裝置L2之間的通路(A-L2)上用於高頻通過的第一電感裝置L1；布置在第二電感裝置L2和第二節點B之間的通路(L2-B)上用於高頻通過的第三電感裝置L3；第一電容裝置C1其中包括的一端連接到在用於高頻通過的第一電感裝置L1和第二電感裝置L2之間通路(L1-L2)上布置的第三節點C，另一端連接與接地端；第二電容裝置C2其中包括的一端連接到在第二電感裝置L2和用於高頻通過的第三電感裝置L3之間通路(L2-L3)上布置的第四節點D以及其另一端連接到接地端；和連接到第二電感裝置L2兩端的兩個負載輸出端X和Y。
現在將參考圖2描述典型的電橋電路。典型的電橋電路包括用於接收直流(DC)電的第一轉換裝置SW1；用於接收DC電的第二轉換裝置SW2；通過第一節點A和第二節點B之間的通路(A→B)連接到第一轉換裝置SW1的第四轉換裝置SW4；通過第二節點B和第一節點A之間的通路(B→A)連接到第二轉換裝置SW2的第三轉換裝置SW3；在第一節點A和第二節點B之間的通路(A-B)中布置的第二電感裝置(L2)。現在將描述電橋電路的操作。轉換裝置SW1～SW4分別接收轉換控制信號，一對第一和第四轉換裝置SW1和SW4以及另一對第二和第三轉換裝置SW2和SW3交替執行接通/斷開操作。
如果兩對彼此對稱的轉換裝置SW1和SW4以及SW2和SW3相同，那麼在電橋電路中的節點A和節點B之間的輸出電壓值變為零。該電橋電路原理很早就被驗證了。
如圖2所示，構造本發明的D-類放大器以便一對第一和第四轉換裝置SW1和SW4以及另一對第二和第三轉換裝置SW2和SW3彼此對稱。
現在就接通第一和第四轉換裝置SW1和SW4的情形描述在電橋電路內部的電壓分配。首先，全部的電流量表示為i＝311V/(ZL1+ZL2+ZL3)。在布置在第二電感裝置L2兩端的兩個電容裝置C1和C2的電壓被緩衝的地方，表示為EC 1＝i*(ZL2+ZL3)以及EC2＝i*ZL3。而且，在布置在第二電感裝置L2兩端的兩個電容裝置C1和C2的電壓被緩衝的地方以及當第二和第三轉換裝置SW2和SW3被接通時，表示為ECl＝i*ZL1以及EC2＝i*(ZL1+ZL2)。在這種情況下，假定對應於通路(A→B)的第一和第四轉換裝置SW1和SW4的接通時間與對應於通路(B→A)的第二和第三轉換裝置SW2和SW3的接通時間彼此相同，那麼上述方程是當構造理想電路時的計算式。
正如上所述，相同等級的電壓提供給第一電容裝置C1和第二電容裝置C2，以及對於第二電感裝置L2而言，由反轉極性產生的零電壓提供給第二電感裝置L2的兩端。
圖3示例了在隨時間變化的電容裝置上提升電壓特性的曲線圖。
如圖3中所示，電容裝置的電壓根據時間延遲提升。可以看出電容裝置的充電時間是受控制的以及因此能夠控制電容裝置兩端的電壓。
換言之，在第一和第二電容裝置C1和C2的電容彼此相同時，如果他們的及時電流彼此相同，電容裝置的電壓變得彼此相同即EC1＝EC2。另一方面，當及時電流彼此不同時，由於及時電流的差別而電容的電壓變得彼此不同。例如，第一電容裝置C1的及時電流大於第二電容裝置C2的電流，那麼得出EC1＞EC2。表示為EC1-EC2的電壓差提供給第二電容裝置C2的兩端，即負載輸出端X和Y。當第一和第二電容裝置C1和C2的充電時間受控制時，能夠控制與負載輸出端X和Y有關的電壓等級和極性。
將參考圖4和5描述上述響應於正弦波形控制器的正弦波形發生控制信號用於將正弦波輸出到負載輸出端X和Y的D-類放大器的操作。
圖4示例了輸出正弦波電流到負載的操作；以及圖5示例了在正弦波發生電路應用到使用商業交流(AC)電的移動電子產品或諸如UPS等備份設備的情況下的連接結構方框圖。現在將參考圖4和5以及圖1到3描述上述操作和連接結構。
正弦波形控制器505將正弦波發生控制信號提供給轉換裝置SW1～SW4，並執行控制操作以便一對第一和第四轉換裝置SW1和SW4以及另一對第二和第三轉換裝置SW2和SW3交替執行接通/斷開操作。每當預定轉換周期小於商業AC電周期時，正弦波形控制器505執行控制操作以便能夠產生一對轉換裝置的接通時間和另一對轉換裝置的接通時間之間的時間差，輸出端X或Y能夠輸出接通時間差的電壓。正弦波形控制器505在每一轉換周期中調節接通時間差，以及執行控制操作以便通過輸出端X或Y輸出的電壓能夠為正弦波形電壓(例如，AC 220V輸出)。
為了輸出與商業AC電相同波形的輸出電壓⑤到負載輸出端X或Y，正弦波形控制器505為轉換裝置SW1～SW4提供正弦波發生信號以每當轉換周期(例如50KHz)小於商業AC電周期(例如60KHz)時控制一對轉換裝置的接通時間t1和另一對轉換裝置的接通時間t2之間的時間差。
例如，當轉換周期的值是「100」時，接通時間t1的值是「90」，以及接通時間t2的值是「10」，負載輸出端X或Y輸出對應於接通時間值t1和接通時間值t2之間的差值為「80」的輸出電壓信號。另一方面，當接通時間t1的值是「10」以及接通時間t2的值是「90」時，負載輸出端X或Y輸出一個對應於時間差值為「80」的輸出電壓信號。在上述的兩種情形下輸出了基於不同極性的電壓信號。進一步，當接通時間t1和t2的兩個值為「50」時，輸出電壓變為「0」。
當輸出電壓⑤是如圖4中每次產生一個商業AC電周期的轉換周期時所示的2，4，6，8，…，96，98，98，96，…，4，2，0，-2，-4，…時，確定與相應轉換周期有關的接通時間t1和t2。例如，當預定轉換周期的輸出電壓是「2」時，t1＝51和t2＝49。而且，預定轉換周期的輸出電壓是「-2」時，t1＝49以及t2＝51。
換言之，為了提供與商業AC電相同波形的輸出電壓，正弦波形控制器505每當預定轉換周期小於商業AC電周期時在至少一個商業AC電周期中保持所需的接通時間t1和t2用於產生相應的輸出電壓。
正弦波形控制器505在每一個轉換周期中將對應於接通時間t1的正弦波發生控制信號輸出到第一和第四轉換裝置SW1和SW4，並輸出對應於接通時間t2的正弦波發生控制信號輸出到第二和第三轉換裝置SW2和SW3。
另一方面，D-類放大器503能夠接收電池(未示出)中存儲的DC電壓信號，並直接接收來自電池的DC電壓信號。可替換地，D-類放大器503能夠接收由圖5中所示的DC-DC轉換器501所提升的DC電壓信號。在圖1的韓國專利出版NO.278699中熟知和公開的DC-DC轉換器50的詳細描述將被省略。
由於DC-DC轉換器501使用變換轉換方法而不是使用如同現有的UPS中的線性轉換方法，因此當本發明的正弦波發生電路應用到UPS中時UPS的大小和重量能夠被相當地減小。
圖6示例了裝備有根據本發明用於產生正弦波並將該產生的正弦波提供給負載的正弦波發生電路的示意性UPS方框圖。UPS將參考圖6以及圖1到5進行描述。
與圖6中所示的本發明的D-類放大器相關的參考數字611，613，617和619所表示的系統元件已經在上面詳細描述了。參考數字601到609，615，621和623所表示的構造UPS的系統元件是熟知的。圖6示意性示出了如何將本發明的D-類放大器應用到UPS。
本發明的UPS裝備有D-類放大器611，波形控制器613和在電池609之後的DC-DC轉換器617，而不使用現有UPS(圖1中所示)中的線性轉換器和LC諧振電路。本發明的UPS通過轉換方法由電池619中存儲的DC電直接產生精確正弦波並將產生的精確正弦波提供給負載。
因此，由於UPS的大小和重量小而輕，所以UPS能夠適當地在移動電子產品中實現。進一步，由於UPS能夠將正確正弦波提供給負載，因此能夠保護與UPS相關的產品。
現在將描述圖6中所示UPS的操作。
連接到商業AC電源輸入端的AC輸入單元601接收AC電然後輸出接收的AC電到轉換單元603以及輔助電源(或整流/充電單元)609。AC誤差檢測器607檢測自輸入單元601接收商業AC電的誤差。當檢測到商業AC電誤差時，AC誤差檢測器607通知轉換單元603該誤差。在正常模式中轉換單元603通過AC輸出單元605將來自AC輸入單元601的商業AC電提供給負載。進一步，當從AC誤差檢測器607接收到誤差檢測信號時，轉換單元603執行轉換操作以將正弦波形電信號通過AC輸出單元605從D-類放大器(或用於正弦波產生的電橋電路)輸出到負載。
整流單元609整流來自AC輸入單元601的商業AC電，將整流電轉換為DC電，並將DC電提供給充電單元609。充電單元609用DC電為電池609充電。DC-DC轉換器617通過商業AC電的預定電平提升和/或降低自電池619輸入的DC電以及然後將提升或降低的DC電輸入到D-類放大器611。同時，過載電流抑制器623檢測DC-DC轉換器617的電流並輸出控制信號以便不會發生過載電流。
正如在用於電轉換的典型電橋電路中，D-類放大器611包括布置在連接第一節點A和第二節點B通路上的第二電感裝置L2和第一節點A之間的通路(A-L2)上布置的用於高頻通過的第一電感裝置L1；第二電感裝置L2和第二節點B之間通路(L2-B)上布置的用於高頻通過的第三電感裝置L3；第一電容裝置C1，其一端連接到在第一電感裝置L1和第二電感裝置L2之間通路(L1-L2)上布置的第三節點C，其另一端連接與接地端；第二電容裝置C2，其一端連接到在第二電感裝置L2和用於高頻通過的第三電感裝置L3之間通路(L2-L3)上布置的第四節點D以及其另一端連接到接地端；連接到第二電感裝置L2兩端的兩個輸出端X和Y。
為了輸出端X和Y產生與商業AC電相同波形的輸出電壓，正弦波形控制器613執行控制操作以便能夠產生在電橋電路611中提供的一對轉換裝置SW1和SW4的接通時間t1和在電橋電路611中提供的另一對轉換裝置SW2和SW3的接通時間t2之間的時間差，輸出端X或Y能夠每當轉換周期小於商業AC電周期時輸出接通時間差的電壓。正弦波形控制器613調節每一轉換周期中的接通時間差，並執行控制操作以便通過輸出端X或Y輸出的電壓能夠為正弦波形電壓。
從上述描述中可以明白，本發明使得能夠僅僅通過具有低速轉換周期的D-類放大器以及廉價微處理器的控制操作直接產生正確的正弦波形，而不使用高速模擬/數字(A/D)轉換器，轉換裝置，數位訊號處理器(DSP)以及數字/模擬(D/A)轉換器，因此用於通過轉換方法和提供該產生的精確正弦波給負載而直接由存儲在電池中的DC電產生精確正弦波的正弦波發生電路和使用該電路的不間斷電源系統(UPS)能夠被適當地實現。而且，作為使用商業電的電子產品和備份設備能夠被小型化和減輕重量，以及能夠實現移動電子產品。進一步，作為精確正弦波(或正確正弦波)能夠通過轉換方法直接產生以及產生的精確正弦波能夠應用到負載，產品能夠被適當地保護。
在UPS中，D-類放大器能夠被容易地應用於電路以將存儲在電池中的DC電轉換為商業AC電的波形信號並將轉換的電提供給負載。
由於本發明使用了變換轉換方法而不使用線性轉換方法以及在現有UPS中通過的電感和電容(LC)諧振電路，因此UPS在將正弦波發生電路應用到UPS中時能夠被小型化並減輕重量。
儘管為了示例性目的已經公開了本發明的優選實施方案，但是本領域的普通技術人員將理解不同的修改，填加和替換都是可能的，而不偏離本發明的範圍。相應地，本發明並不局限於上述實施方案，而是通過隨後的權利要求書及其等同物的全部範圍來定義本發明。
權利要求
1.一種不間斷電源系統，包括用於整流來自輸入端的商業AC電並轉換AC電為DC電的整流器；用該DC電為電池充電的充電器；提供DC電的電池；用於通過AC電的預定電平提升和/或降低從電池輸入的DC電的DC-DC轉換器；用於從DC-DC轉換器接收DC電並響應于波形控制信號輸出正弦波電信號的D-類放大器；用於控制D-類放大器的正弦波形發生操作的正弦波控制器；以及用於在正常模式將商業AC電從輸入端轉換到負載，以及當檢測到商業AC電差錯時將正弦波形電信號從D-類放大器轉換到負載的轉換單元。
2.根據權利要求1所述的不間斷電源系統，其中D-類放大器包括用於電力轉換的電橋電路，該電橋電路包括布置在連接第一節點(A)和第二節點(B)通路上的第二電感裝置(L2)和第一節點(A)之間的通路(A-L2)上布置的用於高頻通過的第一電感裝置(L1)；第二電感裝置(L2)和第二節點(B)之間通路(L2-B)上布置的用於高頻通過的第三電感裝置(L3)；第一電容裝置(C1)，其一端連接到在第一電感裝置(L1)和第二電感裝置(L2)之間通路(L1-L2)上布置的第三節點(C)，其另一端連接與接地端；第二電容裝置(C2)，其一端連接到在第二電感裝置(L2)和第三電感裝置(L3)之間通路(L2-L3)上布置的第四節點(D)以及其另一端連接到接地端；以及連接到第二電感裝置(L2)兩端的兩個負載輸出端(X和Y)，其中正弦波形控制器可以執行控制操作以便能夠產生在D-類放大器中提供的一對轉換裝置(SW1和SW4)的接通時間和在D-類放大器中提供的一對轉換裝置(SW2和SW3)的接通時間之間的時間差以及輸出端(X或Y)能夠每當預定轉換周期小於商業AC電周期時輸出接通時間差的電壓，以及其中正弦波形控制器調節每一轉換周期中的接通時間差，並執行控制操作以便通過輸出端(X或Y)輸出的電壓對應於與商業AC電相同的正弦波形電。
3.一種將電池中存儲的DC電波形轉換為商業AC電波形以及應用該商業AC電的正弦波形發生電路，包括用於正弦波產生的電橋電路，該電橋電路包括用於接收DC電的第一轉換裝置(SW1)；用於接收DC電的第二轉換裝置(SW2)；通過第一節點(A)和第二節點(B)之間的通路(A→B)連接到第一轉換裝置(SW1)的第四轉換裝置(SW4)；通過第二節點(B)和第一節點(A)之間的通路(B→A)連接到第二轉換裝置(SW2)的第三轉換裝置(SW3)；在第一節點(A)和第二節點(B)之間的通路(A-B)中布置的第二電感裝置(L2)；布置在第一節點(A)和第二電感裝置(L2)之間的通路(A-L2)上用於高頻通過的第一電感裝置(L1)；在第二電感裝置(L2)和第二節點(B)之間通路(L2-B)上布置的用於高頻通過的第三電感裝置(L3)；第一電容裝置(C1)，其一端連接到在第一電感裝置(L1)和第二電感裝置(L2)之間通路(L1-L2)上布置的第三節點(C)，其另一端連接與接地端；第二電容裝置(C2)，其一端連接到在第二電感裝置(L2)和第三電感裝置(L3)之間通路(L2-L3)上布置的第四節點(D)以及其另一端連接到接地端；和連接到第二電感裝置(L2)兩端的兩個負載輸出端(X和Y)；以及正弦波形控制器用於將正弦波發生控制信號提供給轉換裝置(SW1～SW4)，並執行控制操作以便一對第一和第四轉換裝置(SW1和SW4)和另一對第二和第三轉換裝置(SW2和SW3)能夠交替執行接通/斷開操作，其中正弦波形控制器執行控制操作以便能夠產生一對轉換裝置的接通時間和另一對轉換裝置的接通時間之間的時間差，以及輸出端(X或Y)每當預定轉換周期小於商業AC電周期時能夠輸出接通時間差的電壓，以及其中正弦波形控制器調節每一轉換周期中的接通時間差，並執行控制操作以便通過輸出端(X或Y)輸出的電壓對應於與商業AC電相同的正弦波形電。
4.根據權利要求3所述的正弦波發生電路，進一步包括DC-DC轉換器，用於通過AC電的預定電平提升和/或降低自電池輸入的DC電以及然後將提升或降低的DC電輸入到用於正弦波發生的電橋電路中。
全文摘要
一種正弦波發生電路以及使用該電路的不間斷電源系統(UPS)，尤其是一種由電池的直流(DC)電輸出正弦波的正弦波發生電路以及使用該電路的不間斷電源系統。在UPS中，整流器整流輸入端的商業交流(AC)電並將AC電轉換為DC電。充電器用該DC電為電池充電。電池提供DC電。DC－DC轉換器通過AC電的預定電平提升和/或降低電池輸入的DC電。D－類放大器從DC－DC轉換器接收DC電並響應于波形控制信號而輸出正弦波形電信號。正弦波形控制器控制D－類放大器的正弦波形產生操作。轉換單元在正常模式中將輸入端的商業AC電轉換到負載，並當檢測到商業AC電誤差時將正弦波形電信號從D－類放大器轉換到負載。
文檔編號H02M7/5387GK1501565SQ20031010059
公開日2004年6月2日 申請日期2003年10月20日 優先權日2002年10月24日
發明者李東香, 李永壽 申請人:環球拓普技術有限公司