CN103493354B

CN103493354B - 用于离线式不间断电源的系统和方法

Info

Publication number: CN103493354B
Application number: CN201280018851.8A
Authority: CN
Inventors: 方胜贤
Original assignee: American Power Conversion Corp
Current assignee: Schneider Electric IT Corp
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: WO2012135329A1; US20120248875A1; US9438134B2; EP2692047B1; EP2692047A1; CN103493354A; AU2012236587A1; AU2012236587B2

Abstract

一种操作不间断电源（UPS）的方法，该方法包括在输出周期的一部分期间，响应于提供给所述UPS的电力转换电路的多个脉冲宽度调制（PWM）控制信号，生成大致正弦输出电压，在输出周期的一部分期间，在多个时间间隔的每个上，将输出电压与参考均方根（RMS）电压相比较，基于与参考RMS电压的每个比较，计算PWM控制信号缩放因子，以及通过对所述多个PWM控制信号的至少一个应用计算出的PWM控制信号缩放因子，保持输出电压在大致参考RMS电压。该方法可包括检测输出电压已达到最大输出电压电平，并且固定输出电压到稳态输出电压参考电平。

Description

用于离线式不间断电源的系统和方法

发明背景

1.技术领域

本发明的实施例涉及一般的直流-交流电源转换，并且更具体地，涉及不间断电源的输出波形控制。

2.背景技术

当主电源，或总电源发生故障或中断时，不间断电源（UPS）用来给负载提供持续的电力。典型负载包括具有关键电力需求的计算机系统，但其他负载，如供暖、冷却、通风系统、照明系统以及电视也可由UPS支持。一种类型的UPS被称为待机或离线式UPS。待机UPS可被配置成使得负载通常吸收直接来自主电源的电力。当主电源不可用时，作为替代，负载吸收来自电池的电力。待机UPS通常被设计成在任何地方给负载提供五分钟到一小时之间的临时电力，根据由负载消耗的电力量和充电电池的容量。

发明内容

根据本公开的一实施例，一种操作不间断电源（UPS）的方法包括，在输出周期一部分期间，响应于提供给所述UPS的电力转换电路的多个脉冲宽度调制（PWM）控制信号，生成大致正弦输出电压，在输出周期一部分期间，在多个时间间隔的每个上，与参考均方根（RMS）电压比较输出电压，基于与参考RMS电压的每个比较，计算PWM控制信号缩放因子，以及通过对所述多个PWM控制信号的至少一个应用计算出的PWM控制信号缩放因子，保持输出电压在大致参考RMS电压。在另一实施例中，该方法可包括，检测输出电压已达到最大输出电压电平，并且响应于此，固定输出电压到稳态输出电压参考电平。多个PWM控制信号中的至少一个可被配置为生成输出电压的基频分量、输出电压的三次谐波分量、和/或输出电压的五次谐波分量。

另一实施例中，该方法可包括，通过基于与参考RMS电压比较，计算三次谐波缩放因子，并且应用三次谐波缩放因子到多个PWM控制信号的至少一个，在约45度和约135度的一相位角上保持输出电压在大致参考RMS电压。另一实施例中，该方法可包括，通过基于与输出电压参考比较，计算三次谐波缩放因子，并且应用三次谐波缩放因子到多个PWM控制信号的至少一个，在第一相位角范围为约零度和约45度之间内和在第二相位角范围为约135度和约180度之间内保持输出电压在大致输出电压参考。另一实施例中，该方法可包括，通过基于与参考RMS电压比较，计算五次谐波缩放因子，并且应用五次谐波缩放因子到多个PWM控制信号的至少一个，在约90度和约270度的一相位角上保持输出电压在大致参考RMS电压。

另一实施例中，该方法可包括，通过基于输出电压对负载变化的瞬态响应，计算瞬态响应缩放因子，并且应用瞬态响应缩放因子到多个PWM控制信号的至少一个，保持大致正弦形状的输出电压。

根据本公开的另一实施例，不间断电源系统包括：备用电源；配置为向负载提供交流输出电压的输出端；耦合备用电源和所述输出端用于产生交流输出电压的输出的电力转换电路；以及用于在输出周期的一部分期间，利用多个脉冲宽度调制（PWM）控制信号控制该电力转换电路以生成大致正弦输出电压的装置。

根据本公开的另一实施例，不间断电源系统（UPS）包括：备用电源；配置为向负载提供交流输出电压的输出端；电力转换电路，其耦合备用电源和所述输出端，在备用操作模式中用于从备用电源产生交流输出电压；以及耦合到该电力转换电路的控制器。在输出周期的一部分期间，控制器被配置成使用多个脉冲宽度调制（PWM）控制信号操作电力转换电路，当所述多个脉冲宽度调制（PWM）控制信号应用于电力转换电路时，导致产生交流输出电压；在输出周期的一部分期间的多个时间间隔中的每个中与参考电压比较交流输出电压，基于与参考电压的每个比较，计算PWM控制信号缩放因子，通过使用PWM控制信号缩放因子调整PWM控制信号中的至少一个的宽度，保持交流输出电压在大致参考电压。

另一实施例，参考电压可为第一参考电压。该控制器可被配置为检测输出电压已达到最大输出电压电平，并且响应与此，固定交流输出电压到第二参考电压。另一实施例，该控制器可被配置为在约45度的相位角和约135度的相位角上，通过基于与第一参考电压比较，计算三次谐波缩放因子并利用三次谐波的缩放因子调整PWM控制信号中的至少一个的宽度，保持交流输出电压在大致第一参考电压。另一实施例，该控制器可被配置为在约90度的相位角和约270度的相位角，通过基于比较第一参考电压，计算五次谐波缩放因子并利用五次谐波缩放因子调整PWM控制信号中的至少一个的宽度，保持交流输出电压在基本第一参考电压。另一实施例，该控制器可被配置为基于交流输出电压对负载变化的瞬态响应，计算瞬态响应缩放因子，利用该瞬态响应缩放因子调整PWM控制信号中的至少一个的宽度。

另一实施例，该控制器可被配置为生成多个PWM控制信号控制电力转换电路以产生大致正弦波形。另一实施例，该控制器可被配置为生成多个PWM控制信号控制电力转换电路以产生大致梯形波形。

另一实施例，该控制器可被配置为在输出周期的第一部分期间，在多个规则时间间隔的每个上，与第一参考电压比较检测到的电池电压，并且基于检测到的电池电压与第一参考电压的比较计算PWM控制信号缩放因子。另一实施例，该系统可包括用于产生多个PWM控制信号的装置。在一实施例中，该系统可包括存储器，其耦合到控制器。该存储器可包含至少一个值表，其被该装置用于产生多个PWM控制信号。

附图说明

附图中，每个在各附图中示出的相同或几乎相同的部件由类似的标号表示。为清楚起见，不是每个部件可被标记在每个附图中。为更好地理解本公开，参考通过引用包括在本文中的附图，其中：

图1为根据本公开的一实施例的电力转换器系统示图；

图2A为根据本公开的另一实施例的图1的系统的一部分示图；

图2B为根据本公开的另一实施例的图1的系统的一部分示图；

图3为根据本公开的另一实施例的控制器示图；

图4A-4C示出根据本公开的一实施例的电力转换过程流程图；

图4D示出根据本公开的另一实施例的图4A-4C的电力转换过程流程图；以及

图5示出根据本公开的另一实施例的电力转换过程流程图。

具体实施方式

只为说明，而不限制一般性，现在，将参考附图详细描述本公开。本公开并不限于其应用结构的细节和在下面的描述中说明或在附图中示出的部件设置。本公开能够被其它实施例以各种方式实践或实施。另外，本文所用的措辞和术语是用于描述的目的，不应被认为是限制性的。使用的“包括”，“包含”，“具有”，“含有”，“含”，和它们在本文中的变化，是指包括其后列出的项并且等同于以及额外的项。

本发明的实施例涉及电力转换，如提供在不间断电力供应（UPS）中的直流-交流电力转换。如上所述，在主电源发生故障情况下，UPS提供备用电源。UPS系统有各种大小和形状，包括那些专门用于家庭使用，如个人电脑，电视，空调，照明和其他要求在任何时间操作的设备。这种系统颇受要求或需要保护电力中断的消费者青睐，特别在市电电源（也可在本文中称为“主”或“主电源”）由于天气或其他条件可能不可靠的区域。家庭UPS系统通常采用低电压（例如，12V，24V或48V），高安培小时的电池作为备用电源。

UPS可实现多种功能。当UPS提供备用电源时，它把低压直流电池电源转换成，例如，120V或240V交流电源用于电气设备的供电。当不使用时，电池使用主电源充电，以帮助确保，当主电源变得不可用时，供应充足的备用电源准备好了。UPS通常包括整流器，用于将AC电源转换为DC电源以对电池进行充电，并包括逆变器用于转换电池的直流电力为向负载供给的交流电力。根据各实施例，逆变器可被控制（例如，通过集成控制单元）以与正常的交流电源相同的频率和大致相同的波形，即，大致正弦，从电池向负载提供电源。

图1图解示出根据本公开的一实施例的电力转换系统10。该系统10耦合到交流主电源12和交流负载14。该系统10包括耦合到交流主电源12和交流负载14的直流-交流逆变器16，和耦合到直流-交流逆变器16的直流-直流转换器18。电池20耦合到直流-直流转换器18。该直流-直流转换器18可包括低频变压器，用于升高由电池20提供的电压。在一实施例中，该系统10可被配置成操作高频变压器。另一实施例中，该系统10可被配置成操作低频变压器。

该系统可形成待机UPS的一部分。交流主电源12是典型的市电，例如，单相或三相120/240伏50/60赫兹，其提供交流电力供给UPS。负载14是任意电力消耗设备或组合设备，如电脑、电视、冰箱、加热/通风/空气调节系统（HVAC），或照明系统。负载14可为需要连续（或接近连续）供电的关键负载，所以在停电、限电期间，或每当交流主电源12不可用时，可继续操作。电力可被直接从交流主电源12或从电池20供应到负载14。开关22可被控制单元24控制，用于把主电源12从负载14和系统10的其他部件连接和断开。例如，该控制单元24可被配置成检测交流电源12的损失或欠压条件，其中，负载14的电源也会被自动切换到电池20。因此，电池和DC-AC逆变器16可以说只在待机或视需要的基础上给负载14供电。当交流主电源12可用时，其可被用于给电池20充电。对比之下，在线UPS典型地使用电池20（例如，直流电源）在任何时候通过直流-交流逆变器16给负载14供电，并且该电池被从交流主电源12（当其可用时）充电。当交流主电源12失灵时，负载14未感受显著的电源中断，因为电池20可用于提供电源。在线UPS单元比待机UPS单元更复杂和昂贵，有时可能提供的特性通常在待机UPS单元不可获得。控制单元24也可为系统10提供控制和监控功能，包括，但不限于，主电源/电池开关、电池充电、负载监控、以及状态/使用报告（例如，本地或通过接口远程，未示出）。系统10也可为负载14提供浪涌和雷击保护。

在传统的逆变器中，输出电压的变化相应于被负载14吸收的电力的变化。然而，最好是保持逆变器的输出电压在或接近额定电压（例如，110VAC或220V AC），以避免损坏设备，并且确保正确运行。因此，根据一实施例，该逆变器16包括多个半导体开关，其被使用脉冲宽度调制（PWM）控制信号控制。通过响应于由负载引起的输出的变化改变开关控制信号（脉冲）的宽度，输出电压被调节。在开关脉冲的脉冲宽度中的适当变化将无效化或基本上抵消输出电压的变化，并且逆变器输出电压将保持基本恒定、与负载变化无关。

图2A为根据本公开的一实施例的系统10的一部分示图，包括直流-交流逆变器16。图2A被简化为只示出系统10的一可能的配置，其中负载14通过低频变压器30被电池20供电，低频变压器30相对于上述图1可为直流-交流逆变器16的一部分。该电路可以进一步包括电容31，其与变压器30的漏电感一起形成LC滤波器。系统10示出的部分也包括连接在电池20和逆变器16上的PWM控制器32。直流-交流逆变器16包括多个开关设备36、38、40和42，其被耦合到并且被PWM控制器32使用信号A、B、C、D分别控制（例如，接通/关闭或切断/打开）。

PWM控制器32监控电池20的电压和逆变器16的输出，其可为负载14上的电压，如34所示。开关设备36、38、40和42可为绝缘栅双极型晶体管（IGBT）设备、具有反并联二极管的金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）设备，或类似设备。

系统10可包括固定特性，其通过同时接通开关设备38和42被激活，其将逆变器的输出34短路到地。通过绕固定电压转变输出波形，该固定特性防止输出34超过某幅度。在一些实施例中，该固定特性被用来拉低输出电压32。这是有用的，因为逆变器16被配置成只驱动输出为高，和/或可导致输出34浮动，当逆变器被关闭时（例如，由PWM控制器32）。

本领域技术人员将会理解，在交流电力系统中实际功率与视在功率的比率被称为功率因数。在功率因数小于一（1）的情况下，负载被认为具有抗性，会导致一些由负载吸收的功率被返回到电力系统，其经常被作为热量浪费。因此，设计具有主动式功率因数校正（或修正）（PFC）电路的负载是有利的，其通过控制由负载消耗的功率量，增加系统的功率因数。然而，某些类型的主动式PFC开关电源供应（SPS）与由传统的UPS单元产生的波形是不兼容的，尤其，非正弦或某些模拟正弦波，如方波，其使用传统的逆变器可相对简单地生成。另外，因为产生电力的UPS的容量是有限的（例如，由电池20的容量），具有不同功率需求的某些主动式PFC设备可不利影响UPS的输出电压（例如，通过使输出电压变得过高或过低）。例如，当PFC设备减少或停止吸收大电流时，输出电压可朝着所需或额定峰值或均方根（RMS）输出电压开始上升。在超过所需或额定电压之前，此电压的增加应该被阻止，至少用于在过压条件下保护负载。因此，根据各实施例，可理解有必要为UPS，特别是在低成本待机型单元中，能模拟交流主电源生成大致正弦波的输出，以及在某些主动式PFC设备被连接时，保持输出电压调整。也可理解的是，大体上，任意具有比方波较低的电压随时间变化比率（例如，dv/dt）的输出，用于运行某些负载能是有利的，如主动式PFC设备。

从而，根据一实施例，PWM控制器32被配置成导致逆变器16生成具有大致正弦波形的输出电压，不管耦合到输出34的负载类型（例如，包括主动式PFC负载）。大致正弦输出是可取的，因为它类似于一般由交流主电源12提供的正弦波形，并且因此当负载14被从电池20供电时，使系统10能提供类似于主电源的电压波形。PWM控制器32，或其他控制单元，还可被配置来检测输出电压34，以当系统10的RMS输出电压电平达到或超过预定RMS输出电压电平时或当系统10的瞬时峰值输出电压电平达到或超过预定峰值输出电压电平时，修改PWM控制信号或关闭逆变器16，并且固定输出32到固定电压。所以，PWM控制器32可控制系统10以调节输出电压电平到所需稳态RMS电压电平，和/或防止负载14的两端电压峰值超过预定最大峰值输出电压电平。应理解的是，根据一些实施例，输出可选地被配置为获得半正弦或非正弦形状，如梯形，其一般有比方波低的电压随时间变化比率（例如，dv/dt）。

开关设备36、38、40、和42可在全桥配置中互相连接，或，可选地，在半桥配置中（未示出）。开关设备36、38、40、和42每个分别用PWM控制信号A、B、C、和D操作，用电池20的电力在负载14两端（例如，在逆变器输出34上）生成所需的具有大致正弦波形的交流电压。正弦波形由PWM控制器32使用一个或多个包含正弦参考电压的查找表产生，将在如下进一步详细描述。系统10可选地可包括低通滤波器（未示出）用于滤波输出到负载14的电力。

图2B为根据本公开的另一实施例的系统10的部分示图。图2B示出的电路大致是与图2A类似的电路，除了PWM控制器32只有三个连接在开关设备36、38、40、和42上的输出A、B和C，如图所示。开关设备36的输入是输出A的反相信号；开关设备40的输入是输出B的反相信号；开关设备38的输入是输出A和C的逻辑与；以及开关设备42的输入是输出B和C的逻辑与。在一实施例中，输出A和B可为通用输出，输出C可为PWM切换信号。

实施例1

参考图3，根据一实施例，PWM控制器32利用基频PWM表50、三次谐波PWM表52、五次谐波PWM表54生成PWM信号A、B、C、和D。这些表每个定义一系列脉冲宽度（例如，在单位时间，滴答，或相角），当联合并应用于逆变器16的开关设备36、38、40、和42时，将导致输出波形是大致正弦的基本电力输出频率（例如，在美国60赫兹）并且具有所需RMS输出电压，作为本技术领域的技术人员将会理解。基于系统10的工作特性（如额定电压和系统的电流容量），在每个表50、52和54中的值被预定，在本文中可称为基准值或基准脉冲宽度。在一些实施例中，基频PWM表50、三次谐波PWM表52和/或五次谐波PWM表54中的值可被加在一起，以改变输出波形的形状（例如，以增加或减少波形的上升和/或下降时间），并据此改变RMS输出电压。另外，增益变量56、58和60可被作为缩放因子以调整每个相应的表50、52和54中的值达到所需输出，如图4A-4C的流程图所示。例如，三次谐波PWM表52可用以增加或减少波形在0到45度和135-180度相位角内的上升和/或下降时间。

一实施例中，在逆变器运行期间（例如，当负载14被待机UPS中的电池20供电时），系统10的输出电压34被监控。一些实施例中，逆变器被操作只用于输出周期的一部分，其有时被称为义务打开期。该义务打开期可，例如，包括输出的半周期的约第一半（例如，当波形为约零和约90度之间）。在该义务打开期间，逆变器使用存储在上述表50、52和54中的PWM控制信号序列来操作。一些实施例中，三次谐波PWM表52和/或五次谐波PWM表54可用于调整或微调输出电压34波形的形状。这样的调整是可取的，以保持波形尽量靠近所需或参考波形，当例如，输出受负载影响时。

本技术领域的技术人员将会理解，输出电压34的RMS值是在输出周期或其任意部分（例如，半周期）瞬时输出电压34的平方的平均值的平方根。因此，一实施例中，在输出周期间，输出电压34以规则的时间间隔被采样（例如，每半周期32次或每全周期64次）。从而，采样的输出电压的平方的平均值的均方可根据下面的公式计算：

{V_{mean}}^{2} = \frac{Σ {V_{0}}^{2} + . . . + {V_{n}}^{2}}{32}

用于具有峰值V_peak的正弦输出电压波形的RMS输出电压，可根据下面的公式计算：

V_RMS=V_peak/√2

在正弦信号的点上，其中在基频或输出频率上的斜率是零（即，dv/dt=0），峰值电压输出，V_peak，能被测量，因此用于评估V_RMS。典型地，峰值出现在波形的一个正交角度（例如，90或270度）。另外，在中间的角度（例如，45或135度）通过应用相应的正弦函数到测得的输出电压，V_RMS能在中间的角度被评估。因此，上式可改写为：

V_peak=V_RMS·√2≈V_RMS·1.414

一旦输出电压34达到所需或参考RMS输出电压，逆变器被关闭并且输出34被固定，例如，到零伏。根据在达到所需RMS输出电压的时间点上时输出电压34信号的角度，根据一个下面的公式来将输出电压与参考电压比较：

V_out>V_desired _RMS*1.414,其中峰值出现在90或270度角上；

V_out>V_desired _RMS*1.414*sin(45),如果角是45或225度;以及

V_out>V_desired _RMS*1.414*sin(135),如果角是135或315度。

如果在多个采样中的一个上测出的输出电压V_out达到或超过所需RMS输出电压，增益变量56、58和60的一个或更多可用于修改每个相应的表50、52和54的值，如上所述，反过来其将修改使用PWM控制信号产生的输出电压的增益。可抽取样本，例如，在输出电压波形的每半周期32次。输出电压V_out可在其峰值（例如，90和270度）以及在中间角度（例如，45、90和135度）被测出，用于增加波形和输出RMS控制。各自的增益变量50、52和54，当应用到每个表50、52和54的基准值时，使PWM处理器32能改变输出信号的形状，据此，控制RMS输出电压。这样做的一方法示出在图4A、4B、4C、和4D的流程图中。

图4A、4B和4C示出流程图，根据一实施例，标示了在义务打开期间的多个时间间隔中的每一个上被执行的例程100。该例程100，例如，可被UPS内的处理器上的中断伺服。该中断可由时钟驱动，其以每输出电压波形周期64滴答速率运行。在至少一中断期间,例程100被执行。

例程100一般能如下描述。在每个执行实例，瞬时输出电压被感测并且与参考RMS电压比较。例如，作为总体标示为110，如果输出电压波形的电流相位为45度，瞬时输出电压与乘以45度的正弦值的参考RMS电压比较。如果瞬时输出电压大于被比较的参考电压，增加缩放因子；否则，减少缩放因子。该缩放因子稍后将应用于PWM控制信号用于调整输出电压的增益。该调整将保持由UPS产生的输出电压大致在所需或参考电压。类似的比较被执行，如果输出电压波形的电流相位为90度、135度或零度，总体分别标示为112、114和116。应当理解，如图所示的流程图是用于输出电压波形的半周期，每半周期（例如，0到180度和180到360度）可以相同方式处理。通过改变三次和/或五次谐波PWM控制信号的增益，对输出电压波形的形状进一步的微调可被实现。作为总体分别标示为118和120。在义务打开期间，缩放因子被应用于PWM控制信号，作为总体标示为122。

例程100可由服务中断例程实施，其在可包括PWM控制器32的系统10的处理器上定期地执行。例如，该服务中断例程可导致方法100每输出电压波形周期执行64次（每半周期32次）。义务打开期被定义为一段时间，在此期间，逆变器16使用PWM控制信号A、B、C和D被操作，义务关闭期被定义为一段时间，其中系统10固定输出电压34到固定电压。一些实施例可在硬件、固件、软件中实施，或以存储在计算机可读媒体上（例如，内存、硬盘等）的指令形式实施，当其被处理器执行时，导致处理器执行方法100，如本文所述其他方法，和具有本文所述方法类似功能的方法。该处理器可为，例如，通用处理器，或特殊应用处理器，如通常在商用UPS单元中被提供。

图4D示出另一流程图标示为例程200，根据一实施例，在义务打开期间，在多个时间间隔中的每一个执行。例程200可，例如，被UPS内的处理器上的中断伺服。该中断可由时钟驱动，其以每输出电压波形周期64滴答速率运行。在至少一中断期间，例程200被执行。

例程200一般能如下描述。当系统10的输出电压达到最大值时，逆变器被关闭并且输出被固定在RMS参考电压，如上所述，参照图2A和2B。这时，例程200执行某内务处理功能，其支持上述例程100，以及下述例程300。尤其，输出电压达到最大RMS参考电压的相位角被记录。该记录的相位角将用于执行未来的例程100和300，用于调整PWM控制信号以保持输出电压波形大致为正弦波形，以及防止输出电压大致超过系统10的所需或参考、RMS电压。

例程200可被至少上述关于实施例1的实施方式实施，以及某下述关于实施例2的实施方式实施。

实施例2

再参照图3，根据另一实施例，PWM控制器32利用基频PWM表50、三次谐波PWM表52和输出参考电压表56生成PWM信号A、B、C和D。由于典型的待机UPS的低驱动容量，当负载14吸收更多电力时，UPS可能难以保持峰值输出电压，尤其随着充电电池被负载吸收下降。从而，随着峰值输出电压被削波，RMS输出电压将下降。至少在一实施例中，为弥补这点，输出波形为台阶形或阶梯形，以维持基本上正弦的形状。

如上所述，表50和52每个定义一系列脉冲宽度（例如，在单位时间，滴答，或相角），当联合并且应用于逆变器16的开关设备36、38、40和42时，将导致输出波形大致为正弦的基本电力输出频率（例如，在美国60赫兹）并且具有所需输出电压，作为本技术领域的技术人员将会理解。输出参考电压表56定义用于系统10的关于所需正弦输出电压的参考电压。基于系统10的工作特性，每个表50、52和56的值被预定，如额定电压和系统的电流容量，在本文可被称为作为基准值或基准脉冲宽度。一些实施例中，基频PWM表50，和/或三次谐波PWM表52的值可被加在一起，以改变输出波形的形状（例如，以增加或减少波形的上升和/或下降时间），并且据此改变RMS输出电压。另外，增益变量56和58可被用于修改每个相应表50和52的值，如图5的流程图所示。例如，三次谐波PWM表52可在0到45和135到180度角内被用于增加或减少波形的上升和/或下降时间。三次谐波PWM表52的增益是关于峰值输出电压Vout（例如，较低增益导致较高峰值输出电压）。

一实施例中，运行期间，在逆变器运行期间，系统10的输出电压34被监控。如上述实施例1所述，该输出电压，V_out，在多个输出电压采样时间间隔的每个上（例如，输出电压波形的半周期中32个样本）能被测出，用于评估V_RMS:

{V_{mean}}^{2} = \frac{Σ {V_{0}}^{2} + . . . + {V_{n}}^{2}}{32}

其中，V₀–V_n表示每个采样时间间隔上的瞬时输出电压。如上所述，对于正弦输出，V_out=V_RMS·√2≈V_RMS·1.414。

一旦输出电压34达到所需RMS输出电压，逆变器被关闭并且输出34被固定，例如，零伏。在每中断服务例程期间（如上所述），所监视的输出电压被用来根据下面的公式计算用于PWM控制信号A、B、C和D的新的增益：

gain(n)=((V_out*gain(n-1))/(V_fund[n-1]+V_3rd[n-1])/(V_batt(n)/V_batt(n-1)),

其中，n为自当前输出电压波形周期的开始经过的滴答数，V_fund[n]为对应于第n滴答的基频PWM表50的值，V_3rd[n]为对应于第n滴答的三次谐波PWM表52的值，V_batt(n)为第n滴答期间的电池电压。增益作为除数应用于对应的表50和52的值用于生成下个PWM脉冲宽度控制信号。

根据本公开的至少一实施例，可以理解，本文描述的用于生成输出电压，尤其具有大致正弦或梯形波形的电压的技术，能以很少或无物理修改在现有待机UPS设备或其他现有电源转换电路中实施。更确切些，主要是在由连接到该电路或UPS的处理器执行的软件中，能实施本公开。这样的实施降低UPS的制造和运行成本。另外，对比传统的方波输出UPS设备，本文描述的技术改进UPS与主动式PFC设备的兼容性。

因此，描述本发明的至少一实施例的几方面，其可理解，各种改变、修改和改进，本领域技术人员容易想到。这种改变、修改和改进的目的是本公开的部分，并且在本发明的精神和范围之内。例如，应当理解，本文描述的技术可在UPS单元以外的其它设备被实施，如电源转换器，其未必有提供替代电源的电池。另外，虽然本公开的实施例一般讨论生成具有大致正弦波形的输出，应当理解，波形只是部分正弦，或非正弦，使用本公开的变化可被生成，本技术领域的技术人员将理解（例如，通过修改相应的PWM控制信号）。所以，前面的描述和附图仅作为示例的方式。

Claims

1.一种操作不间断电源UPS的方法，该方法包括：

在输出周期的一部分期间，响应于提供给所述UPS的电力转换电路的多个脉冲宽度调制PWM控制信号，生成大致正弦的输出电压；

在输出周期的所述一部分期间的多个时间间隔的每个上，将所述输出电压与参考均方根RMS电压相比较；

基于与所述参考均方根RMS电压的每个比较，计算PWM控制信号缩放因子；

通过对所述多个PWM控制信号的至少一个应用计算出的PWM控制信号缩放因子，将所述输出电压大致保持在所述参考均方根RMS电压，以及

检测所述输出电压已达到最大参考电压，并且响应于此，固定所述输出电压到稳态输出电压参考值。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个PWM控制信号的至少一个被配置成生成所述输出电压的基频分量。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述多个PWM控制信号的至少一个还被配置成生成所述输出电压的三次谐波分量。

4.如权利要求3所述的方法，还包括：通过基于与所述参考均方根RMS电压的比较计算三次谐波缩放因子并且将该三次谐波缩放因子应用到所述多个PWM控制信号的至少一个，在约45度相位角和约135度相位角之一上将所述输出电压大致保持在所述参考均方根RMS电压。

5.如权利要求3所述的方法，还包括：通过基于与所述参考均方根RMS电压的比较计算三次谐波缩放因子并且将该三次谐波缩放因子应用到所述多个PWM控制信号的至少一个，在零度和45度之间的第一相位角范围内和在135度和180度之间的第二相位角范围内将所述输出电压大致保持在所述参考均方根RMS电压。

6.如权利要求3所述的方法，其中所述多个PWM控制信号的至少一个还被配置成生成所述输出电压的五次谐波分量。

7.如权利要求6所述的方法，还包括：通过基于与所述参考均方根RMS电压的比较计算五次谐波缩放因子并且将该五次谐波缩放因子应用到所述多个PWM控制信号的至少一个，在约90度的相位角和约270度的相位角之一上将所述输出电压大致保持在所述参考均方根RMS电压。

8.如权利要求1所述的方法，还包括：通过基于所述输出电压对负载变化的瞬态响应计算瞬态响应缩放因子并且将该瞬态响应缩放因子应用到所述多个PWM控制信号的至少一个，保持所述输出电压的大致正弦的形状。

9.一种不间断供电系统，包括：

备用电源；

输出端，其配置成给负载提供交流输出电压；

电力转换电路，其耦合到所述备用电源和所述输出端，用于生成所述交流输出电压；

装置，其用于在输出周期的一部分期间使用多个脉冲宽度调制(PWM)控制信号控制所述电力转换电路以生成大致正弦输出电压；以及用于将所述交流输出电压与均方根RMS参考电压相比较，并且用于检测所述交流输出电压已达到最大参考电压，并且响应于此，固定所述交流输出电压到第二参考电压，其中所述均方根RMS参考电压为第一参考电压。

10.一种不间断供电UPS系统，包括：

备用电源；

输出端，其配置成给负载提供交流输出电压；

电力转换电路，其耦合到所述备用电源和所述输出端，用于在备用操作模式下，从所述备用电源生成所述交流输出电压；以及

控制器，其耦合到所述电力转换电路，该控制器配置成：

在输出周期的一部分期间使用多个脉冲宽度调制PWM控制信号操作所述电力转换电路，所述多个脉冲宽度调制PWM控制信号当被应用于所述电力转换电路时，导致生成所述交流输出电压；

在输出周期的所述一部分期间的多个时间间隔的每个上将所述交流输出电压与参考电压相比较；

基于与所述参考电压的每个比较，计算PWM控制信号缩放因子；

通过使用所述PWM控制信号缩放因子调整所述PWM控制信号的至少一个的宽度，将所述交流输出电压大致保持在所述参考电压，其中该参考电压为第一参考电压；以及

检测所述交流输出电压已达到最大参考电压，并且响应于此，固定所述交流输出电压到第二参考电压。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器还被配置成：通过基于与所述第一参考电压的比较计算三次谐波缩放因子并且使用该三次谐波缩放因子调整所述PWM控制信号的所述至少一个的宽度，在约45度的相位角和约135度的相位角之一上将所述交流输出电压大致保持在所述第一参考电压。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述控制器还被配置成：通过基于与所述第一参考电压的比较计算五次谐波缩放因子并且使用该五次谐波缩放因子调整所述PWM控制信号的所述至少一个的宽度，在约90度的相位角和约270度的相位角之一上将所述交流输出电压大致保持在所述第一参考电压。

13.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器还被配置成：基于所述交流输出电压对负载变化的瞬态响应，计算瞬态响应缩放因子，并且使用该瞬态响应缩放因子调整所述PWM控制信号的所述至少一个的宽度。

14.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器还被配置成生成多个PWM控制信号以控制所述电力转换电路生成大致正弦的波形。

15.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器还被配置成生成多个PWM控制信号以控制所述电力转换电路生成大致梯形的波形。

16.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器还被配置成在所述输出周期的第一部分期间的多个规则的时间间隔的每个上，将检测到的电池电压与所述第一参考电压相比较，并且基于检测到的电池电压与所述第一参考电压的比较计算所述PWM控制信号缩放因子。

17.如权利要求10所述的系统，还包括用于生成所述多个PWM控制信号的装置。

18.如权利要求17所述的系统，还包括耦合到所述控制器的存储器，所述存储器包括待被所述用于生成所述多个PWM控制信号的装置使用的至少一个值表。