CN100438269C

CN100438269C - 具有取决于静态开关变换的变换器操作的不间断电源及其操作方法

Info

Publication number: CN100438269C
Application number: CNB2004800051614A
Authority: CN
Inventors: R·鲍勃; P·卢科休斯; F·小塔西特诺; J·特雷西
Original assignee: Eaton Power Quality Corp
Current assignee: Eaton Power Quality Corp
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2024-02-16
Also published as: US8232679B2; WO2004077648A3; US20040164617A1; US20120169125A1; EP1597809A2; WO2004077648A2; CN1754294A

Abstract

一种UPS(200)，通过取消确认静态开关驱动信号，如，闸流晶体管(210)的门极信号对其进行操作，并且随后延迟来自诸如逆变器或其它AC电源的UPS的变换器电路(224)的供电，直到开关被电流变换为关闭状态后。例如，在开关驱动信号的取消确认之后，检测预定时间间隔的届满，并且可以响应于所述预定时间间隔的检测到的届满，激活变换器电路以驱动UPS的输出。或者，检测静态开关中的电流，并且响应于所检测到的电流来激活变换器电路以驱动UPS的输出。本发明可以体现为装置和方法。

Description

具有取决于静态开关变换的变换器操作的不间断电源及其操作方法

技术领域

本发明涉及电力转换装置和方法，更确切地，涉及不间断电源(UPS)及其操作方法。

背景技术

电源电路通常用于诸如UPS、电机驱动，及其它应用中。常规UPS使用各种不同的电路拓扑，包括备用、在线交互式和在线拓扑。一般而言，这些拓扑中的每一个都具有优势和劣势，并且，因此，选择一种具体的拓扑典型地由应用需求来决定。

许多类型的UPS的共有特点在于转换开关的使用，其能有效转换在AC设备和变换器电路之间的UPS的输出负载，所述变换器电路可以是逆变器，循环换流器等，其能向负载提供AC电力。这样的转换开关可以用各种名字指称，如“静态开关”或“旁路开关”，通常取决于相关UPS的性质。在许多常规的UPS中，利用闸流晶体管电路来实现这种转换开关，典型地，利用反并联连接可控硅整流器(SCR)来实现。

发明内容

在本发明的一些实施例中，开关驱动信号在诸如闸流晶体管的静态开关处得到确认(assert)，以通过该开关将在UPS AC输入处的AC电源与UPS的AC输出相连接。在驱动信号取消确认(deassert)，且所述开关被电流变换(current commutate)为断开状态后，电能由UPS的变换器电路提供，此电路与UPS的输出相连接。在一些实施例中，在开关驱动信号的取消确认后，确定预定时间间隔的届满，并且，响应于预定时间间隔的检测到的届满来激活变换器电路以驱动UPS的输出。在其它实施例中，检测开关中的电流，并且，响应于所检测到的电流来激活变换器电路以驱动UPS的输出。本发明可以体现为方法和装置。

本发明的实施例可以避免与常规UPS操作相关的不理想效果。特别地，通过将来自用于在UPS的输出处生成AC电力的逆变器或其它类型的变换器电路的电力应用延迟到直至静态或旁路开关被电流变换后，可以减少开关变换的延迟，并且，变换器电路的输出可以在规范以内更快地得到。

附图说明

图1示出了根据本发明一些实施例的UPS；

图2示出了根据本发明其它实施例的UPS；

图3示出了根据本发明一些实施例的控制电路；

图4示出了根据本发明其它实施例的控制电路。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明的具体实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不能理解为仅限于此处阐述的实施例；此外，提供这些实施例的目的在于使得该公开更全面和完整，并且可以将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。在图中，相同的数字指代相同的元件。可以理解的是，当元件被称为与另一个元件相“连接”或“耦合”时，其既可与另一个元件直接连接或耦合，或者，也可以存在插入其间的元件。

本发明源于一种实现，即，由于其典型的低成本和高可靠性，而在UPS应用中使用闸流晶体管型静态开关，例如，SCR静态开关，这种电流变换的静态开关的常规操作会具有不理想的效果。例如，当闸流晶体管型(例如，背对背SCR(back to back SCR))静态开关被变换时，如果激活用于驱动UPS的输出的逆变器或其它变换器电路，则在静态开关实际变换到关闭状态前，只需几毫秒。特别地，在静态开关关闭之前利用这样的变换器电路驱动UPS的输出，可以将开关变换延迟达1/2周期(即，对于60Hz波形为8毫秒)，这是因为，所述变换器可以提供能够将开关在“开启”状态维持一段时间的电流。当开关保持开启时，变换器电路可能需要驱动在输入处的极低阻抗(例如，短路电路)以得到相对长的时间期间，这可以在变换器电路操作中触发延长的瞬时，并且从而导致UPS的输出以不利的长时间期间超出规范。

通过进行某些看上去与直觉相反的事情，即，当转换到由变换器电路供电的操作时，延迟来自UPS的变换器电路(例如，逆变器)的电力应用，本发明的各种实施例可以避免上述问题。例如，因为如果UPS的变换器电路被禁止，UPS的SCR静态开关的电流变换在数百微秒内发生，当静态开关处于电流变换时，如果其没有被激活，变换器电路的输出将在规范内更快地发生。

图1示出了根据本发明一些实施例的UPS 100。所述UPS包括输入101，其被配置为与AC电源10相连接，以及输出102，其被配置为与负载相连接。所述UPS 100还包括变换器电路120，在控制电路130控制下，其在输出102处有效生成AC电压。所述UPS 100进一步包括电流变换的开关110，其连接在输入101和输出102之间。电流变换的开关110响应于驱动信号111的确认将输入101与输出102连接，为变换器电路120设旁路，如此处所示，所述驱动信号111由控制电路130生成。驱动信号111取消确认之后，电流变换的开关110被电流变换为关闭状态。如进一步所示，控制电路130包括延迟电路132，其用于关于驱动信号111的确认来激活变换器电路120。

图2示出了根据本发明其它实施例的UPS 200。所述UPS 200包括输入201，其被配置为与AC电源10相连接，以及输出202，其被配置为与负载相连接。所述UPS 200还包括双转换型变换器电路220，其包括与输入201相连的整流器电路222，以及逆变器电路224，该逆变器电路224从整流器222接收DC电力。如图所示，逆变器电路224包括以桥形结构连接的第一和第二绝缘栅双级晶体管(IGBT)225a、225b。所述变换器电路220还包括可选的DC电源226以及输出滤波器228，该DC电源226也可以向逆变器224提供DC电力。

所述UPS 200还包括闸流晶体管型的静态开关210，其包括反并联连接的SCR 212a、212b，且被连接在输入201和输出202之间。控制电路230控制静态开关210和变换器电路220。特别地，控制电路230生成用于驱动SCR 212a、212b的驱动信号211，以及用于驱动逆变器IGBT 225a、225b的驱动信号221a、221b。晶体管驱动信号221a、221b的作用被关于静态驱动信号211的确认而延迟，从而使得IGBT 225a、225b保持高阻抗状态，直到静态开关210被电流变换为“关闭”状态。在此被禁止的时间段内，提供给开关210的电流通常由在输出202的电容调控。假设在输出202的电容相对较小，开关201中的电流可以被迫使相对快速地衰减(例如，以几百微秒的量级)，并且也可以防止由于逆变器电路224供给的电流所引起的开关210变换中的附加延迟。

如图3所示，控制电路230可以包括静态开关驱动信号发生电路232，用于生成静态开关驱动信号211，以及逆变器晶体管驱动信号发生电路234，其包括计时电路235，该电路234响应于静态开关驱动信号发生电路232来生成晶体管驱动信号221a、221b，即，防止晶体管驱动信号221a、221b的确认，直到静态开关驱动信号211取消确认后经过由计时电路235确定的预定时间间隔。可以理解的是，可以利用各种不同类型的数字电路和/或模拟电路，以多种不同的方式来实现所述静态开关驱动信号发生电路232以及逆变器晶体管驱动信号发生电路234。例如，静态开关驱动信号发生电路232和逆变器晶体管驱动信号发生电路234可以利用在数据处理电路，例如，微处理器，微控制器或数字信号处理器(DSP)中执行的程序代码来实现。在此不再进行对提供上述功能的具体电路实现的进一步描述，考虑到此公开的示范作用，无需进行过多的试验，即可由本领域普通技术人员开发出同样的具体电路。

在图4中示出了一种可选的方法。在此，控制电路230包括静态开关驱动信号发生电路232，用于生成静态开关驱动信号211，以及逆变器晶体管驱动信号发生电路234′，用于使得晶体管驱动信号221a、221b的产生受制于在静态开关210中检测到的电流i_static，即，防止晶体管驱动信号221a、221b的确认，直到在静态开关210中的电流i_static满足指示变换为关闭状态的预定标准。可以理解的是，静态开关驱动信号发生电路232和逆变器晶体管驱动信号发生电路234′可以利用各种不同类型的数字电路和/或模拟电路，以多种不同的方式来实现。例如，静态开关驱动信号发生电路232和逆变器晶体管驱动信号发生电路234′可以利用在数据处理电路，例如，微处理器，微控制器，或数字信号处理器(DSP)中执行的程序代码来实现。在此不再进行对提供上述功能的具体电路实现的进一步描述，无需进行过多的试验，即可由本领域普通技术人员开发出同样的具体电路。

尽管上述实施例包括具体的闸流晶体管型转换开关，同样可取的是，本发明还可以应用于其它类型的开关设计。值得一提的是，本发明包括了单相和多相UPS应用。

在附图和前述描述中，公开了本发明的示例性的实施例。在描述中所使用的术语是出于通用和描述性目的，而非限制目的，本发明的范围由权利要求所阐明。

Claims

1、一种操作UPS的方法，此方法包括：

在开关处确认开关驱动信号，以通过所述开关将在所述UPS的AC输入处的AC电源与所述UPS的AC输出相连接；

取消确认所述开关驱动信号；并且然后

延迟来自与所述UPS的输出相连接的所述UPS的变换器电路的供电，直至所述开关被电流变换为关闭状态后，其中，所述开关是响应于在所述UPS的输出处的电容的放电被电流变换为所述关闭状态的。

2、根据权利要求1的方法，其中，所述延迟来自与所述UPS的输出相连接的所述UPS的变换器电路的供电，直至所述开关被电流变换为关闭状态后的步骤包括：

在所述开关驱动信号的取消确认后，检测预定时间间隔的届满；以及

响应于所述预定时间间隔的检测到的届满，激活所述变换器电路以驱动所述UPS的输出。

3、根据权利要求1的方法，其中，所述延迟来自与所述UPS的输出相连接的所述UPS的变换器电路的供电，直至所述开关被电流变换为关闭状态后的步骤包括：

检测所述开关中的电流；以及

响应于所述检测到的电流，激活所述变换器电路以驱动所述UPS的输出。

4、根据权利要求1的方法，其中，所述开关包括闸流晶体管。

5、根据权利要求1的方法，其中，所述延迟来自与所述UPS的输出相连接的所述UPS的变换器电路的供电，直至所述开关被电流变换为关闭状态后的步骤，包括延迟来自所述UPS的逆变器电路的供电。

6、一种不间断电源(UPS)，包括：

AC输入；

AC输出；

变换器电路，用于在所述AC输出处有效产生AC电压；

开关，用于响应于开关驱动信号的确认，在开启状态中通过所述开关将在所述AC输入处的AC电源与所述AC输出相连接，并且，在所述开关驱动信号的取消确认之后，响应于所述开关中的电流在关闭状态中将所述AC输入从所述AC输出断开；以及

控制电路，用于有效控制所述变换器电路，从而禁止来自所述变换器电路的供电，直到所述开关被电流变换为所述关闭状态，其中，所述开关是响应于在所述不间断电源的输出处的电容的放电被电流变换为所述关闭状态的。

7、根据权利要求6的不间断电源，其中，所述控制电路在所述开关驱动信号的取消确认之后，有效检测预定时间间隔的届满，并且响应于所述预定时间间隔的检测到的届满，激活所述变换器电路以驱动所述不间断电源的输出。

8、根据权利要求6的不间断电源，其中，所述控制电路有效检测所述开关中的电流，并且响应于所述检测到的电流来激活所述变换器电路以驱动所述不间断电源的输出。

9、根据权利要求6的不间断电源，其中，所述开关包括闸流晶体管。

10、根据权利要求6的不间断电源，其中，所述变换器电路包括逆变器电路。

11、一种不间断电源(UPS)，包括：

AC输入；

AC输出；

逆变器电路，其与所述AC输出相连，并在所述AC输出处有效产生AC电压；

闸流晶体管，其连接在所述AC输入和所述AC输出之间；以及

控制电路，用于在所述闸流晶体管处的门极信号的取消确认之后，有效禁止来自所述逆变器电路的供电，直到所述闸流晶体管变换到关闭状态，其中，所述闸流晶体管是响应于在所述不间断电源的输出处的电容的放电被变换为所述关闭状态的。

12、根据权利要求11的不间断电源，其中，在所述门极信号的取消确认之后，所述控制电路有效检测预定时间间隔的届满，并且响应于所述预定时间间隔的检测到的届满来激活所述逆变器电路。

13、根据权利要求11的不间断电源，其中，所述控制电路有效检测所述闸流晶体管中的电流，并且响应于所述检测到的电流来激活所述逆变器电路。

14、根据权利要求11的不间断电源，其中，所述闸流晶体管包括一对反并联连接的可控硅整流器(SCR)。