CN103828185B - 用于ups系统的双升压转换器 - Google Patents

Abstract

一种电力转换器，其包括可切换地耦合到第一电力输入端和第二电力输入端的电力转换电路。电力转换电路可运行以产生正的和负的DC输出电压，并且被配置为：在备用运行模式中，通过电力转换电路的第一电流通路使用备用电力来产生负的DC输出电压，并且在传输线运行模式中，通过电力转换电路的第二电流通路使用AC输入电力来产生负的DC输出电压，第一电流通路包括耦合在第二电力输入端和第二DC总线之间的第一二极管，第二电流通路旁路掉第一二极管且包括耦合在第一电力输入端和第二DC总线之间的第二二极管。

Description

用于UPS系统的双升压转换器

发明背景

1.发明领域

本发明的实施方式通常关于电力转换，并且更具体地，关于在不间断电源中产生源自输入电压的输出电压。

2.相关技术讨论

不间断电源（UPS）用于当主电源或输电干线出现故障时，给电气设备或负载提供备用电力。典型的负载包括计算机系统，但其他负载，例如加热/制冷/通风系统、照明系统、网络交换机和路由器、以及安全和数据中心管理系统也可以由UPS提供电力。为数据中心或工业用途而设计的UPS可以为负载提供1和20kVA之间的备用电力达数小时。

UPS单元通常包括当AC输电干线电力不可使用时用作电源的一个或多个电池。电池提供的DC电力由电力转换电路转换为AC电力，然后其被提供给负载。将AC电力转换为DC电力的电池充电器可以包括在UPS中以当AC输电干线可以使用时给电池充电来保证当需要时备用电力将可以使用。UPS也可以包括用于自动管理UPS的运行和电力转换功能的控制单元。

发明简要综述

根据一个实施方式，电力转换器包含接收AC输入电力的第一电力输入端、接收备用电力的第二电力输入端、被配置为提供正的DC输出电压的第一DC总线、被配置为提供负的DC输出电压的第二DC总线、以及可切换地耦合到第一电力输入端和第二电力输入端的电力转换电路。电力转换电路可运行以产生正的和负的DC输出电压，并且被配置为：在备用运行模式中，通过电力转换电路的第一电流通路使用备用电力来产生负的DC输出电压，并且在传输线运行模式中，通过电力转换电路的第二电流通路使用AC输入电力来产生负的DC输出电压。第一电流通路包括耦合在第二电力输入端和第二DC总线之间的第一二极管。第二电流通路旁路掉第一二极管且包括耦合在第一电力输入端和第二DC总线之间的第二二极管。

在另一个实施方式中，第一二极管具有第一阴极和第一阳极，并且第二二极管具有第二阴极。电力转换电路可以包括电感元件和具有闸刀、第一触点和第二触点的开关。开关的闸刀可以耦合到电感元件。第一触点可以耦合到第一二极管的第一阴极，并且第二触点可以耦合到第一二极管的第一阳极和第二二极管的第二阴极。开关可以被配置为当第一触点闭合时形成第一电路的一部分且当第二触点闭合时形成第二电路的一部分。在一个实施方式中，第一二极管的额定电压可以约为600V，并且第二二极管的额定电压可以约为600V。

在另一个实施方式中，第二二极管可以包括耦合到第二DC总线的第二阳极。

在另一个实施方式中，第二电力输入端可以耦合到电池。

在另一个实施方式中，电池包括负接线端。电力转换器可以包括被配置为可切换地将电感元件耦合到第一电力输入端或电池的负接线端的连接电路。在另一个实施方式中，电感元件可以以串联方式耦合在连接电路和第二二极管之间。在另一个实施方式中，第一二极管与第二二极管可以以并联方式进行耦合。

在另一个实施方式中，电力转换电路可以被配置为在第一配置和第二配置之间可切换。电力转换电路的第一配置可以包括升压转换器电路，并且电力转换电路的第二配置可以包括降升压转换器电路。

根据一个实施方式，向负载提供电力的方法包括检测来自主电源的输入电力的消失。响应于检测到输入电力的消失且在备用运行模式中，该方法包括通过第一电流通路使用备用电源来产生负的DC输出电压，第一电流通路包括耦合在备用电源和DC电力总线之间的第一二极管。该方法还包括检测来自主电源的输入电力的存在。响应于检测到输入电力的存在且在传输线运行模式中，该方法包括通过第二电流通路使用主电源产生负的DC输出电压，第二电流通路旁路掉第一二极管且包括耦合在主电源和DC电力总线之间的第二二极管。

在另一个实施方式中，该方法可以包含：在备用运行模式中，使用开关将第一二极管的第一阴极耦合到电感元件以构成第一电流通路的一部分。第一电流通路可以包括第一二极管、第二二极管和电感元件，这样第一二极管以串联的方式耦合在电感元件和第二二极管之间。

在另一个实施方式中，该方法还可以包括在传输线运行模式中，使用开关将第一二极管的第一阴极从电感元件解耦，并且使用开关将第二二极管的第二阴极耦合到电感元件以构成第二电流通路的一部分，第二电流通路旁路掉第一二极管且包括第二二极管和电感元件。

在另一个实施方式中，第一切换元件可以以串联的方式耦合在第一二极管的第一阴极和电池之间，并且第二切换元件可以耦合到第一二极管的第一阳极和第二二极管的第二阴极。该方法还可以包括在使第二切换元件通电第一时间量之后使第一切换元件通电。在一个实施方式中，第一时间量可以处于大约0.5微秒和大约1.5微秒之间。

在另一个实施方式中，该方法可以包括在使第二切换元件断电第二时间量之前使第一切换元件断电。在一个实施方式中，第二时间量可以处于大约0.5微秒和大约1.5微秒之间。

根据一个实施方式，电力转换器包括接收AC输入电力的第一电力输入端、接收备用电力的第二电力输入端、提供源自AC输入电力和备用电力中的至少一个的输出电力的电力输出端、第一二极管和第二二极管、以及装置，所述装置用于在备用运行模式中，通过第一二极管和第二二极管使用备用电力来向电力输出端提供负的DC输出电压，并且在传输线运行模式中，通过第二二极管使用AC输入电力来向电力输出端提供负的DC输出电压。

在另一个实施方式中，在备用运行模式中，第一二极管和第二二极管可以各自耦合在第二电力输入端和电力输出端之间。在传输线运行模式中，第二二极管可以耦合在第一电力输入端和电力输出端之间。在一个实施方式中，在传输线运行模式中，第一二极管可以被旁路掉。

在另一个实施方式中，电力转换器可以被配置为在第一配置和第二配置之间可切换。第一配置可以包括升压转换器电路且第二配置可以包括降升压转换器电路。

附图简述

附图不必按照比例绘制。在附图中，相同的数字代表各个图中示出的每个相同或者几乎相同的部件。出于清楚的目的，并不是每个部件都标记在每个附图中。在附图中：

图1是按照本发明的一个实施方式的不间断电源的功能框图；

图2是传统的电力转换电路的原理图；

图3是另一个传统的转换电路的原理图；

图4A是按照本发明的一个实施方式的电力转换电路的原理图；

图4B和4C是显示图4A的电力转换电路的各种运行模式的简化原理图；

图5示出了与按照本发明的另一个实施方式的电力转换电路相关的各个波形；并且

图6是按照本发明的另一个实施方式的电力转换电路的原理图。

发明具体描述

本发明的实施方式的应用不受限于它们在下面的描述中所述阐述的或者附图所示的部件的构造细节和部件布置方面细节的应用。本发明的实施方式能够具有其他实施方式且能够以各种方式被实践或者被执行。而且，本文使用的词组和术语用于描述性目的，且不应视为限制性的。本文使用的“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”和其变体，意在涵盖其后所列项和其等价项以及附加项。

图1是UPS100的一个实施方式的框图，UPS100向负载106提供源自AC电源102的稳压电力以及源自电池104的备用电力。UPS100包括整流/升压转换器110、逆变器120、和用于控制整流/升压转换器和逆变器的控制单元130。UPS具有分别耦合到AC电源102的传输线（相位）和中性线的输入端112和114，以及分别向负载106提供传输线和中性线的输出端116和118。

在传输线运行模式中，在控制单元130的控制下，整流/升压转换器110接收输入AC电压并在线路121和122处提供相对于公共的或中性的中性线路124的提供正的和负的DC电压。在备用运行模式（也称为电池运行模式）中，在输入AC电力消失时，整流/升压转换器110产生源自电池104的DC电压。中性线路124可以耦合到输入端中性线114和输出端中性线118以提供通过UPS100的持续的中性通路。逆变器120接收来自整流/升压转换器110的DC电压并在线路116和118处提供输出AC电压。

已经开发了用于UPS中的电力转换的各种技术。在一种技术中，UPS包括前端功率因数校正（PFC）转换器和DC-AC逆变器。一种这样的实现方案在授权给Nielsen等人的序列号为7,705,489的美国专利中进行了描述。为使中性线对负载可以使用，一些PFC转换器被配置为双升压转换器。Nielsen的专利描述了具有双升压转换器和分流DC总线（也称为双DC总线）的UPS。

图2示出了具有双升压转换器的典型的UPS，其整体指示在200处。双升压转换器200包括正向升压转换器和负向升压转换器。

正向升压转换器具有第一电感器210、第一开关212、第一二极管214和第一电容器216。正向升压转换器可切换地通过相输入端112和二极管252耦合到外部电源102（例如，AC输电干线，未显示），或者通过第一继电器218耦合到电池104。应该理解的是，任何适当的开关设备可以用于代替本文所述的第一继电器218和其他继电器。第一继电器218被配置为切换馈入外部电源102和电池104之间的正向升压转换器的电力。正向升压转换器耦合到第一DC总线220和中性线路124。也应该理解的是，DC总线不受限于特定类型的导体且可以包括任何适合类型的导电元件。

负向升压转换器具有第二电感器230、第二开关232、第二二极管234和第二电容器236。第三二极管244与第二二极管232串联以避免在备用运行模式期间电池104短路，并且在备用运行模式中作为降升压电路的一部分而运行。负向升压转换器可切换地通过二极管254耦合到外部电源102（未显示），或者通过第二继电器238耦合到电池104。第二继电器238被配置为切换馈入经由相位输入端112的外部电源102和电池104之间的负向升压转换器的电力。负向升压转换器耦合到第二DC总线240和中性线路124。

在传输线运行模式中，第一继电器218和第二继电器238各自移动到正常开路（NO）位置以将在输入端112处的输入AC传输线电压耦合到电感器210和230，这样正的和负的整流电压被分别提供给电感器210和230。在控制器130（未显示）的控制下使用例如脉宽调制，电感器210连同第一开关212和二极管214作为正向升压转换器运行以在电容器216两端提供正的DC电压。类似地，同样在控制器130的控制下使用例如脉宽调制，电感器230连同第二开关232和二极管234作为负向升压转换器运行以在电容器236两端提供负的DC电压。控制器可以控制升压转换器的运行以在不间断电源的输入端处提供功率因数校正。输入电流是具有低的总谐波失真的正弦型且实质上与输入电压同相位。

在备用运行模式中，正向升压转换器作为DC-DC升压转换器运行，并且负向升压转换器作为DC-DC降升压转换器运行。在AC电压源102(未显示)出现故障时，在控制器130的控制下，继电器218和238移动到正常闭合（NC）位置以将电池104耦合到电感器210和230。使用电池电压，正向升压转换器实质上按如上所述的（也就是，作为升压转换器）运行以在电容器216两端产生DC电压。为了在电容器236两端产生负向电压，在控制器130（未显示）的控制下，伴随第三开关242循环断开和接通，第三开关242连同电感器230和二极管234作为降升压电路运行。在一个例子中，在每个周期期间，第二开关232在第三开关242接通之前的大约1.0微秒接通以在接通时将第三开关242两端的电压降低到大约电池电压。至第二开关232的驱动信号在第三开关242接通时间期间保持开启。在第二开关232中没有电流，因为第二开关232的发射极处于或近乎处于电池电压。当第三开关242断开时，第二开关232又正向偏置，因此第二电感器230中的电流流过第三二极管244和第二开关232。第二开关232保持接通大约达1.5微秒以给予第三二极管242足够的时间以完全地断开，然后第二开关232断开。

在图2显示的拓扑结构中，第二二极管234是高电压二极管，例如用于+/-400V的分流DC总线的900V或1200V二极管，其在运行输入电压高达275VAC时是典型的。二极管234同时用在传输线模式和备用模式中。由于第二二极管234的非常高的反向恢复和高的正向压降，总损耗非常高且效率受限，尤其在传输线运行模式中。而且，第二开关232和/或第三开关242的切换转换速度必然被放慢，也是由于第二二极管234的非常高的反向恢复特性。而且，在第三二极管244中有一些正向导通损耗。

上面描述的UPS允许单一的电池用于分流DC总线整流器转换器电路。其他已知的方法利用有中点或第三抽头的双电池或分组电池在备用运行模式中产生正的和负的总线电压。

图3示出具有双升压转换器的另一个典型的UPS，其整体指示在300处。UPS300与图2显示的UPS200实质上相同，除了在备用运行模式期间，第三二极管244与第二二极管234串联之外。在这个拓扑结构中，第二二极管234和第三二极管244都具有较低的额定电压，例如，各自600V。这种配置克服了图2的拓扑结构的非常高的反向恢复缺点；然而在传输线运行模式中，二极管244携带全电感器电流，这降低了效率且造成热问题。

按照本发明的一个实施方式，UPS包括与降升压转换器和分流DC总线集成在一起的功率因数校正（PFC）电路。在传输线运行模式中，主电源，例如AC输电干线电力，给分流DC总线提供电力作为相对于AC输电干线输入端的中性线路的第一（例如，正的）DC输出电压和第二（例如，负的）DC输出电压。例如，在AC输电干线输入波形的正部分期间（例如，在输入的正半周期期间），AC输电干线输入可以转换成第一DC输出电压，并且在AC输电干线输入波形的负部分期间（例如，在输入的负半周期期间），AC输电干线输入可以转换成第二DC输出电压。

在电池或备用运行模式中，电池电力代替AC输电干线电力提供给分流DC总线，作为第一和第二DC输出电压。例如，电池电力在电力转换周期的第一部分期间转换成第一DC输出电压（例如，相对于中性线的正的DC输出电压），并且电池电力在电力转换周期的第二部分期间转换成第二DC输出电压（例如，相对于中性线的负的DC输出电压）。从电池到分流DC总线，电力转换周期的第一部分和第二部分可以同时执行。AC输电干线的中性线和电池回路是同一个。多个继电器用于在传输线运行模式和电池运行模式之间进行切换。

图4A是根据本发明的一个实施方式的整流器/升压电路400的原理图。整流器/升压电路400可以用于，例如，诸如图1显示的UPS。图4A显示的整流器/升压电路400类似于图3的电路300，除了整流器/升压电路400包括耦合到第二电感器230的第三继电器250、第三二极管244和第三开关242的第三继电器250之外。第三继电器250可以包括，例如，第一触点、第二触点、可在第一触点和第二触点之间移动的切换元件和耦合到可移动的切换元件的接线端或接线柱。因此，第三继电器250可以具有至少三个连接点：在接线柱、第一触点和第二触点处。第一开关212、第二开关232和第三开关242可以实现为，例如，本领域的技术人员已知的使用FET、IGBT、MOSFET的三极管、双极结型三极管、具有反向并联二极管的三极管、或者其他切换器件。

在一个实施方式中，第三继电器250的接线端耦合到第二电感器230，第三继电器250的第一触点耦合到第三二极管244的阴极，并且第三继电器250的第二触点耦合到第三二极管244的阳极以及第二二极管234的阴极。因此如下面将描述的，第三继电器250用于将第三二极管244切换进入和退出电路的电流通路。

根据一个实施方式，在传输线运行模式中，电路400将AC输电干线输入转换成第一和第二DC输出电压（例如，相对于中性线的正的和负的DC输出电压）。在传输线运行模式中，电路400被配置和/或作为升压转换器运行，其用于在AC输电干线输入的正的和负的半周期期间转换电力。当AC输电干线不能使用时，电池或其他备用电源用于给负载提供电力。电路400分别在备用电力转换周期的第一和第二部分期间将来自电池或其他备用电源的电力转换成第一和第二DC输出电压。

在电池运行模式中，电路400在电力转换周期的第一部分（例如，正的半周期）期间被配置和/或作为升压转换器运行，并且在电力转换周期的第二部分（例如，负的半周期）期间电路400被配置为降升压转换器。从电池到分流DC总线，电力转换周期的第一部分和第二部分可以同时执行。负向转换器的拓扑结构包括第三继电器250、第二电感器230、第二二极管234和第三二极管244。在一个实施方式中，第二二极管234和第三二极管244各自的额定电压约为600V，然而，应该理解的是，第二二极管和第三二极管可以具有不同的额定电压，本领域的技术人员将理解这种情况。在电池模式中，通过切换到NC位置的第三继电器250，第二电感器230、第二二极管234和第三二极管244以串联的方式耦合起来。在传输线模式中，通过将第三继电器250切换到NO位置，第二电感器230与第二二极管234以串联的方式耦合起来，并且旁路掉第三二极管244。

图4B和4C是电路400的附加的原理图，其中为了简单起见，一些元件没有显示，图4B显示了被配置处于传输线运行模式的电路400，并且图4C显示了被配置处于备用运行模式的电路400。在图4B中，电路400被配置为运行在传输线运行模式，其中第一继电器218、第二继电器238和第三继电器250（显示在图4A中）各自移动到相应的NO位置。在AC输入的正半周期期间，二极管252、第一继电器218、第一开关212、第一电感器210、第一二极管214和第一电容器216作为升压PFC转换器运行。促使通过第一电感器210的电流跟随AC输入，并且第一电容器216可以保持在，例如，大约400V以用于230V传输线系统。在AC输入的负半周期，二极管254、第二继电器238、第三继电器250、第二开关232、第二电感器230、第二二极管234和第二电容器236作为升压PFC转换器运行。通过第二电容器236的电流可以保持在，例如，大约400V以用于230V传输线系统。在传输线模式中，第三二极管244由第三继电器250旁路掉。

在图4C中，电路400被配置为运行在备用运行模式，其中第一继电器218、第二继电器238和第三继电器250（显示在图4A中）各自移动到相应的NC位置。使用单一的电池104，正向转换器作为包括第一电感器210、第一开关212、第一二极管214和第一电容器216的升压转换器运行，其处理从电池104到正的DC总线220的电力。负向转换器作为包括第二开关232、第三开关242、第二电感器230、第二二极管234和第三二极管244的降升压转换器运行，其处理从电池104到负的DC总线240的电力。如果第二开关232和第三开关242都开路（例如，断开），则第二电感器230中的电流惯性馈入第二电容器236，给第二电容器236充电。

为了降升压运行，第三开关242在切换周期的开始时闭合（例如，接通）。在闭合第三开关242之前，第二开关232闭合，并且第二电感器230中的电流惯性流过第二开关232和第三二极管244，因此使第二二极管234断开，例如第二二极管234两端的电压大约400V。第三开关242两端的电压此时大约处于电池电压。在有限的延时（例如，在大约0.5微秒和大约1.5微秒之间）之后，第三开关242接通，这将其两端的剩余电压（例如，电池电压）施加到第三二极管244。用于第二开关232和第三开关242的一个示例性时序显示在图5中，其描述了第二开关232的开-关顺序510和第三开关242的开-关顺序512。在接通第二开关232和接通第三开关242之间的第一延时A可以，例如，在大约0.5微秒和大约1.5微秒之间。在断开第三开关242和断开第二开关232之间的第二延时B可以，例如，在大约0.5微秒和大约1.5微秒之间。应该理解的是，在一些实施方式中，第一延时A和第二延时B可以具有不同的持续时间。

因为第二二极管234由第二开关232的反向并联二极管进行钳位，所以第二二极管234两端的电压不会增加到超过例如第二DC总线240上的电压。当第二开关232和第三开关242都断开时，类似的原则也是可适用的。第三开关242可以在第二开关232之前断开，诸如图5显示的，从而在达到电池电压时断开。在有限的延时（例如，在大约0.5微秒和大约1.5微秒之间）之后，第二开关232在DC总线电压（例如，大约400V）也断开。

图6显示了按照本发明的另一个实施方式的电路600的原理图。电路600实质上类似于图4A中示出的电路400，除了电路600不包含第三继电器250（如图4A显示的）以及第三开关242连接在电池104的正接线端和第二继电器238的NC触点之间之外。而且，第三二极管244连接在第二电容器236和第三开关242之间，与第二二极管234和第二电感器230并联连接。

电路600包括正向升压转换器和负向升压转换器。正向升压转换器具有第一电感器210、第一开关212、第一二极管214和第一电容器216。负向升压转换器可切换地通过相输入端112和二极管252耦合到外部电源102（例如，AC输电干线，未显示），或者通过第一继电器218耦合到电池104。应该理解的是，任何适当的开关器件可以用于代替本文所述的第一继电器218和其他继电器。第一继电器218被配置为切换馈入外部电源102和电池104之间的正向升压转换器的电力。正向升压转换器耦合到第一DC总线220和中性线路124。应该理解的是，DC总线不受限于特定类型的导体且可以包括任何适合类型的导电元件。

负向升压转换器具有第二电感器230、第二开关232、第二二极管234和第二电容器236。如上所述，第三二极管244连接在第二电容器236和第三开关242之间，与第二二极管234和第二电感器230并联连接。负向升压转换器可切换地通过二极管254耦合到外部电源102（未显示），或者通过第二继电器238耦合到第三开关242。第二继电器238被配置为切换馈入经由相输入端112的外部电源102和经由第三开关242的电池104之间的负向升压转换器的电力。负向升压转换器被耦合到第二DC总线240和中性线路124。

在传输线运行模式中，第一继电器218和第二继电器238各自移动到正常开路（NO）位置以将在输入端112处的输入AC传输线电压耦合到电感器210和230，这样正的和负的整流电压被分别提供给电感器210和230。在控制器130（未显示）的控制下使用例如脉宽调制，电感器210连同第一开关212和二极管214作为正向升压转换器运行以在电容器216两端提供正的DC电压。类似地，同样在控制器130的控制下使用例如脉宽调制，电感器230连同第二开关232和二极管234作为负向升压转换器运行以在电容器236两端提供负的DC电压。控制器可以控制升压转换器的运行以在不间断电源的输入端处提供功率因数校正。

在备用运行模式，正向升压转换器作为DC-DC升压转换器运行，并且负向升压转换器作为DC-DC降升压转换器运行。在AC电压源102（未显示）出现故障时，在控制器130的控制下，继电器218和238被移动到正常闭路（NC）位置以将电池104耦合到电感器210和230。使用电池电压，正向升压转换器实质上按如上所述的（也就是，作为升压转换器）运行以在电容器216两端产生DC电压。为了在电容器236两端产生负的电压，在控制器130（未显示）的控制下，伴随第三开关242循环断开和接通，第三开关242连同电感器230和二极管234作为降升压电路运行。在一个例子中，在备用运行模式，在每个周期期间，第二开关232作为降升压电路的一部分可以保持在接通、断开或切换模式状态中。

在本发明的另一个实施方式，供选择的电路实质上类似于图4A显示的电路400，除了第三继电器250与第三二极管244以并联的方式进行耦合之外。第三继电器250在传输线运行模式期间闭合在NO位置，并且在电池运行模式从NO位置处开路。然而和电路400不同，当从传输线运行模式切换到电池运行模式时，供选择的电路的第三继电器250不能在NO位置闭合。在从传输线模式切换到电池模式之前，第三继电器250应当从NO位置处开路且进行检测以确保它没有卡在NO位置上。如果第三继电器250在NO位置上闭路，供选择的电路不能运行在电池模式中，因为当第三开关242闭合时，电池104将通过第三开关242、通过第三继电器250、以及通过第二开关232的反向并联二极管而短路。如果电池104以这种方式短路，则会引起部件的损毁或故障。

本发明的实施方式比现有的解决方案具有几个优势。例如，图4A显示的实施方式的一个优势是第二二极管234和第三二极管244可以各自处于相对低电压（例如，大约600V），除了其他方面之外，如果第二二极管和第三二极管有更高的额定电压（由于更低的反向恢复损耗），则这允许第二开关232和第三开关242相比于可行的速度更加快速地切换，因此降低了切换损耗并改善了效率。另一个优势是第三继电器250的故障不会引起UPS的灾难性故障。例如，如果第三开关242在传输线运行模式期间在NO位置上出现故障，那么传输线运行模式不受影响。类似地，如果第三开关242在备用运行模式期间在NC位置上出现故障，那么备用运行模式不受影响，并且传输线运行模式仍然可以使用穿过第三二极管244的电流实现，如同图3的电路中的情况。

任何前述实施方式可以实现在UPS中，例如，使用DC电池作为备用电源的UPS。UPS可以被配置为提供备用电力给任何数量的电力消耗设备，例如计算机、服务器、网络路由器、空调单元、照明设备、安保系统、或需要不间断电力的其他设备和系统。UPS可以包含或耦合到控制UPS运行的控制器或控制单元。例如，控制器可以给电路里的每个切换设备提供脉冲宽度调制（PWM）信号用于控制电力转换功能。在另一个例子中，控制器可以为继电器提供控制信号。通常，控制器控制UPS的运行，使其在可以使用来自AC电源的电力时，从AC电源给电池充电，并且当AC电源不能用或处于电压过低的情况时，逆变来自电池的DC电力。控制器可以包含以任何方式组合的硬件、软件、固件、处理器、存储器、输入/输出接口、数据总线、和/或其他元件，它们可以用于实现控制器的相应功能。

在如上所述的实施方式中，电池用作备用电源。在其他实施方式中，可以使用其他AC或DC备用源和设备，包括燃料电池、光电池、DC微型涡轮机、电容器、供选择的AC电源，和任何其他合适的电源，或者任何它们的组合。在利用电池作为备用电源的本发明的实施方式中，电池可以由以并联或串联方式耦合的多个电池单元组成。

在一个或多个前述实施方式中，切换器件可以是任何电子的或机电的器件，其以受控的方式（例如，通过使用控制信号）传导电流且能够隔离导电通路。图中的各种切换器件和其他电子器件的表示是示例性的且不意在是限制性的，因为本领域的技术人员将理解的是，使用各种类型、布置和配置的器件可以获得相似的或相同的功能。例如，一个或多个切换器件可以含有一个或多个反向并联二极管，或这些二极管可以与这些切换器件分开。如上所述，在一些实施方式中，切换设备包括整流器，例如，能够通过应用控制信号而接通和断开的受控整流器（例如，SCR、晶闸管等等）。此外，其他元件，例如电阻器、电容器、电感器、电池、电源、负载、变压器、继电器、二极管和类似元件可以包含在单一的器件或多个连接的器件中。

在如上所述的实施方式中，描述了供不间断电源使用的整流器/升压电路，然而应该理解的是，本文所述的电路可以供其他类型的电源使用。

本发明的实施方式可供具有各种输入电压和输出电压的不间断电源使用，且可以用于单相或多相不间断电源。

至此，已经描述了本发明的至少一个实施方式的几个方面，本领域的技术人员将理解的是，各种替代、修改和改进将是很容易出现的。这些替代、修改和改进意在属于本公开内容的一部分，并且意在本发明的精神和范围内。例如，用于使电力转换器的切换设备运行的选通脉冲可以在频率、占空比、或这两者上变化。而且，可以利用电气部件的供选择的配置来产生相似的功能，例如，逆变器功能和充电器功能，或者其他功能。因此，前述的描述和附图仅仅是示例性的。

Claims (16)

1.一种电力转换器，包括：

第一电力输入端，所述第一电力输入端接收AC输入电力；

第二电力输入端，所述第二电力输入端接收备用电力；

第一DC总线，所述第一DC总线被配置为提供正的DC输出电压；

第二DC总线，所述第二DC总线被配置为提供负的DC输出电压；以及

电力转换电路，所述电力转换电路可切换地耦合到所述第一电力输入端和所述第二电力输入端，所述电力转换电路可运行以产生所述正的DC输出电压和负的DC输出电压，并且被配置为：在备用运行模式中，通过所述电力转换电路的第一电流通路使用所述备用电力来产生所述负的DC输出电压，并且在传输线运行模式中，通过所述电力转换电路的第二电流通路使用所述AC输入电力来产生所述负的DC输出电压，所述第一电流通路包括耦合在所述第二电力输入端和所述第二DC总线之间的第一二极管，所述第二电流通路旁路掉所述第一二极管且包括耦合在所述第一电力输入端和所述第二DC总线之间的第二二极管。

2.如权利要求1所述的电力转换器，其中所述第一二极管具有第一阴极和第一阳极，其中所述第二二极管具有第二阴极，其中所述电力转换电路包括电感元件和具有闸刀、第一触点和第二触点的开关，所述闸刀耦合到所述电感元件，所述第一触点耦合到所述第一二极管的第一阴极，所述第二触点耦合到所述第一二极管的第一阳极和所述第二二极管的第二阴极，所述开关被配置为当所述第一触点闭合时形成所述第一电流通路的一部分且当所述第二触点闭合时形成所述第二电流通路的一部分。

3.如权利要求1所述的电力转换器，其中所述第一二极管的额定电压约为600V，并且其中所述第二二极管的额定电压约为600V。

4.如权利要求1所述的电力转换器，其中所述第二二极管包括耦合到所述第二DC总线的第二阳极。

5.如权利要求1所述的电力转换器，其中所述第二电力输入端被耦合到电池。

6.如权利要求5所述的电力转换器，其中所述电池包括负接线端，并且其中所述电力转换器还包括连接电路，该连接电路被配置为可切换地将所述电力转换电路的电感元件耦合到所述第一电力输入端和所述电池的负接线端中的一个。

7.如权利要求6所述的电力转换器，其中所述电感元件以串联方式耦合在所述连接电路和所述第二二极管之间。

8.如权利要求1所述的电力转换器，其中所述第一二极管与所述第二二极管以并联方式耦合起来。

9.如权利要求1所述的电力转换器，其中所述电力转换电路被配置为在第一配置和第二配置之间可切换，并且其中所述电力转换电路的第一配置包括升压转换器电路且所述电力转换电路的第二配置包括降升压转换器电路。

10.一种向负载提供电力的方法，所述方法包括：

检测来自主电源的输入电力的消失；

响应于检测到所述输入电力的消失，在备用运行模式中，通过第一电流通路使用备用电源来产生负的DC输出电压，所述第一电流通路包括耦合在所述备用电源和DC电力总线之间的第一二极管；

检测来自所述主电源的输入电力的存在；及

响应于检测到所述输入电力的存在，在传输线运行模式中，通过第二电流通路使用所述主电源产生所述负的DC输出电压，所述第二电流通路旁路掉所述第一二极管且包括耦合在所述主电源和所述DC电力总线之间的第二二极管。

11.如权利要求10所述的方法，还包括：在所述备用运行模式中，使用开关将所述第一二极管的第一阴极耦合到电感元件以构成所述第一电流通路的一部分，所述第一电流通路包括所述第一二极管、所述第二二极管和所述电感元件，这样所述第一二极管以串联的方式耦合在所述电感元件和所述第二二极管之间。

12.如权利要求11所述的方法，还包括：在所述传输线运行模式中，使用所述开关将所述第一二极管的第一阴极从所述电感元件解耦，并且使用所述开关将所述第二二极管的第二阴极耦合到所述电感元件以构成所述第二电流通路的一部分，所述第二电流通路旁路掉所述第一二极管且包括所述第二二极管和所述电感元件。

13.如权利要求12所述的方法，其中第一切换元件以串联的方式耦合在所述第一二极管的第一阴极和电池之间，其中第二切换元件耦合到所述第一二极管的第一阳极和所述第二二极管的第二阴极，并且其中所述方法还包括在使所述第二切换元件通电第一时间量之后使所述第一切换元件通电。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一时间量处于大约0.5微秒和大约1.5微秒之间。

15.如权利要求13所述的方法，还包括在使所述第二切换元件断电第二时间量之前使所述第一切换元件断电。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述第二时间量处于大约0.5微秒和大约1.5微秒之间。