CN105379045B - 用于ups系统的lps体系结构 - Google Patents

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Abstract

根据一个方面，本文的实施例提供一种UPS，所述UPS包括：变压器，该变压器包括被配置成耦合到DC电源的第一初级绕组、被配置成耦合到AC电源的第二初级绕组、和至少一个次级绕组；控制逻辑；以及至少一个输出线路，其中控制逻辑被配置成在第一操作模式下启用第一初级绕组以基于从DC电源接收的电力在至少一个输出线路处生成第一输出电压，并且被配置成停用第二初级绕组，并且其中控制逻辑被配置成在第二操作模式下启动第二初级绕组以基于从AC电源接收的电力在至少一个输出线路处生成第二输出电压，并且被配置成停用第一初级绕组。

Description

用于UPS系统的LPS体系结构
技术领域
本文描述的至少一些实施例大体上涉及不间断电源(UPS)内的逻辑电源(LPS)系统。
背景技术
逻辑电源(LPS)系统通常对不间断电源(UPS)的不同子系统(例如，数字信号处理器(DSP)、微控制器、控制和通信系统、门驱动器等)提供所要求的偏置功率。
发明内容
本发明的至少一方面涉及一种不间断电源(UPS)系统，所述UPS包括：变压器，所述变压器包括：被配置成耦合到DC电源的第一初级绕组，被配置成耦合到AC电源的第二初级绕组，以及至少一个次级绕组；耦合到所述第一初级绕组和所述第二初级绕组的控制逻辑；以及耦合到所述至少一个次级绕组的至少一个输出线路，其中所述控制逻辑被配置成在第一操作模式下启用所述第一初级绕组以基于从所述DC电源接收的电力在所述至少一个输出线路处生成第一输出电压，并且停用所述第二初级绕组，并且其中所述控制逻辑被配置成在第二操作模式下启用所述第二初级绕组以基于从所述AC电源接收的电力在所述至少一个输出线路处生成第二输出电压，并且停用所述第一初级绕组。
根据一个实施例，所述UPS系统进一步包括：耦合到所述第一初级绕组的DC-DC控制器；以及耦合到所述第二初级绕组的AC-DC控制器；其中，在所述第一操作模式下，所述DC-DC控制器被配置成选择性地控制从所述DC电源通过所述第一初级绕组的电流以在所述至少一个次级绕组中感应出第一电流，在所述至少一个次级绕组中的所述第一电流在所述至少一个输出线路上生成所述第一输出电压，并且其中，在所述第二操作模式下，所述AC-DC控制器被配置成选择性地控制从所述AC电源通过所述第二初级绕组的电流以在所述至少一个次级绕组中感应出第二电流，在所述至少一个次级绕组中的所述第二电流在所述至少一个输出线路上生成所述第二输出电压。
根据另一个实施例，所述DC-DC控制器包括耦合到所述第一初级绕组的开关，并且所述开关被配置成选择性地控制从所述DC电源通过所述第一初级绕组的电流。在一个实施例中，所述AC-DC控制器包括耦合到所述第二初级绕组的开关，并且所述开关被配置成选择性地控制从所述AC电源通过所述第二初级绕组的电流。
根据一个实施例，所述变压器的至少一个次级绕组具有与所述第一初级绕组和所述第二初级绕组的极性相反的极性。在另一个实施例中，所述DC-DC控制器经由反馈线路耦合到所述至少一个输出线路，并且其中所述DC-DC控制器被进一步配置成基于在所述至少一个输出线路上的所述第一输出电压而选择性地控制从所述DC电源通过所述第一初级绕组的电流。在一个实施例中，所述AC-DC控制器经由反馈线路耦合到所述至少一个输出线路，并且其中所述AC-DC控制器进一步被配置成基于在所述至少一个输出线路上的所述第二输出电压而选择性地控制从所述AC电源通过所述第二初级绕组的电流。
根据一个实施例，所述UPS系统进一步包括被配置成耦合在所述DC电源和所述第一初级绕组之间并且耦合到所述控制逻辑的总线，其中所述控制逻辑进一步被配置成监控通过所述DC电源提供的在所述总线上的DC电压，并且响应于确定所述总线上的DC电压至少处于阈值电平，而驱动所述UPS系统进入所述第一操作模式中。在一个实施例中，响应于确定所述总线上的DC电压不是至少处于阈值电平，所述控制逻辑被进一步配置成驱动所述UPS系统进入所述第二操作模式中。
根据一个实施例，在所述第二操作模式中，所述AC-DC控制器被进一步配置成监控由所述AC电源提供的AC电力，并且响应于确定所述AC电力为可接受的，而选择性地控制从所述AC电源通过所述第二初级绕组的电流。
根据另一个实施例，所述UPS系统进一步包括被配置成将所述总线选择性地耦合到所述DC电源的开关和耦合到所述至少一个输出线路、所述开关和所述总线的选择逻辑模块，其中响应于在所述第二操作模式下接收所述至少一个输出线路上的所述第二输出电压，所述选择逻辑模块被配置成操作所述开关以将所述总线耦合到所述DC电源。在一个实施例中，所述UPS系统进一步包括耦合到所述选择逻辑模块的按钮，其中响应于用户按下所述按钮，所述选择逻辑模块被配置成操作所述开关以将所述总线耦合到所述DC电源。
根据一个实施例，所述DC-DC控制器与所述AC-DC控制器电绝缘。在另一个实施例中，所述AC电源为耦合到不间断电源(UPS)的AC干线电源，并且其中所述DC电源为所述UPS中的电池和电池充电器中的至少一个。
本发明的另一方面涉及一种用于通过包括变压器的UPS系统提供DC电力的方法，所述变压器包括被配置成耦合到DC电源的第一初级绕组、被配置成耦合到AC电源的第二初级绕组、和耦合到输出线路的至少一个次级绕组，所述方法包括：通过耦合到所述DC电源的控制逻辑监控由所述DC电源提供给所述第一初级绕组的电压；响应于监控，比较由所述DC电源提供的电压与参考电压；响应于比较，确定由所述DC电源提供的电压的电平是否至少等于所述参考电压；响应于确定由所述DC电源提供的电压的电平至少等于所述参考电压，将信号传输至耦合到所述第一初级绕组的第一控制器以启用所述第一控制器，并且将信号传输至耦合到所述第二初级绕组的第二控制器以停用所述第二控制器；以及响应于启用所述第一控制器，操作所述第一控制器以控制从所述DC电源通过所述第一初级绕组的电流，以便在所述至少一个次级绕组中感应出第一电流，在所述至少一个次级绕组中的所述第一电流在所述输出线路上生成第一输出电压。
根据一个实施例，所述方法进一步包括：响应于确定由所述DC电源提供的电压的电平不是至少等于所述参考电压，将信号传输至耦合到所述第一初级绕组的所述第一控制器以停用所述第一控制器，并且将信号传输至耦合到所述第二初级绕组的所述第二控制器以启用所述第二控制器；响应于启用所述第二控制器，通过所述第二控制器监控由所述AC电源提供的AC电力；响应于监控，确定由所述AC电源提供的AC电力是否为可接受的；以及响应于确定由所述AC电源提供的AC电力为可接受的，操作所述第二控制器以控制从AC电源通过所述第二初级绕组的电流，以便在所述至少一个次级绕组中感应出第二电流，在所述至少一个次级绕组中的所述第二电流在所述输出线路上生成第二输出电压。在一个实施例中，所述方法进一步包括延时传输至所述第二控制器以启用所述第二控制器的信号。
根据一个实施例，所述UPS系统进一步包括被配置成将所述第一初级绕组选择性地耦合到所述DC电源的开关，并且所述方法进一步包括：响应于从所述输出线路接收所述第二输出电压，闭合所述开关以将所述第一初级绕组耦合到所述DC电源。在另一个实施例中，所述方法进一步包括：通过所述第二控制器监控由所述AC电源提供的AC电力；响应于监控，确定由所述AC电源提供的AC电力是否为可接受的；以及响应于确定由所述AC电源提供的AC电力为可接受的，操作所述第二控制器以控制从所述AC电源通过所述第二初级绕组的电流，以便在所述至少一个次级绕组中感应出第二电流，在所述至少一个次级绕组中的所述第二电流在所述输出线路上生成第二输出电压。
本发明的至少一方面涉及一种不间断电源(UPS)，所述UPS包括：被配置成耦合到AC干线电源的输入端；耦合到所述输入端的变换器；通过DC总线耦合到所述变换器的逆变器；耦合到所述DC总线的DC电源；耦合到所述AC干线电源和所述DC电源的变压器；以及装置，其用于一次选择所述AC干线电源和所述DC电源中的一个以对所述变压器提供电力，并且用于基于从所述AC干线电源和所述DC电源中选择的一个接收的电力通过所述变压器来生成多个期望的DC电压。
附图说明
附图未必按比例绘制。在附图中，在各个图形中示出的每个相同或几乎相同的部件由相似的标号表示。为清楚起见，并未在每个附图中标出每个部件。图中：
图1示出根据本发明的方面的UPS和LPS系统；
图2示出根据本发明的方面的LPS系统；
图3为示出根据本发明的方面的用于操作LPS系统的冷启动过程的流程图；以及
图4为示出根据本发明的方面的用于操作LPS系统的AC唤醒过程的流程图。
具体实施方式
现将参考附图详述本发明的各种实施例和方面。应当理解，本发明的应用并不限于在下面的说明中阐述或者在附图中示出的构造和部件布置的细节。本发明能够采用其它实施例并且能够以各种方式实践或实施。另外，本文所使用的短语或术语用于说明的目的并且不应视为限制性的。“包括”、“包含”、或“具有”、“含有”、“涉及”以及它们的变型的使用旨在涵盖在其后列出的项目及其等价物以及另外的项目。
如上所述，LPS系统通常对不间断电源(UPS)的不同子系统(例如，DSP处理器、微控制器、控制和通信系统、门驱动器等)提供所要求的偏置功率。常见的LPS系统利用全容量变换器(包括变压器)以提供所需的LPS偏置功率。全容量变换器通常从UPS内的电池充电器或从耦合到AC(交流)干线的另一个全容量变换器(包括另一个变压器)接收DC(直流)电力。在UPS中使用两个全容量变换器成本高、效率低和/或极度复杂。
因此，本文所述的实施例提供相较于常规系统更高效、更小且成本更低的在UPS中基于单个变压器的系统和控制方案。
图1示出根据本文所述至少一个实施例的包括LPS系统102的UPS100。UPS 100包括输入线路104、输入中性线路106、功率因数校正(PFC)变换器108、电池充电器126、逆变器114、旁通线路118、输出线路116、中性输出线路117、和LPS系统102。LPS系统102包括控制逻辑140、整流器145、DC-DC控制器142、AC-DC控制器144、变压器146、和多个输出线路154。变压器146包括第一初级绕组148、第二初级绕组150和至少一个次级绕组152。
UPS 100的输入线路104经由反馈继电器120耦合到PFC变换器108的输入端107。PFC变换器108的第一输出端109经由正DC总线耦合到逆变器114的第一输入端113。PFC变换器108的第二输出端111经由负DC总线112耦合到逆变器114的第二输入端103。逆变器114的输出端115经由逆变器继电器124耦合到UPS 100的输出线路116。旁通线路118经由旁通继电器122耦合在PFC变换器108的输入端107和UPS 100的输出线路116之间。中性输入线路106经由反馈继电器120耦合到中性输出线路117。
电池充电器126耦合在正DC总线110和负DC总线112之间。电池充电器126还耦合到中性输出线路117。第一电容器128耦合在正DC总线110和中性输出线路117之间。第二电容器130耦合在负DC总线112和中性输出线路117之间。电池充电器126的输出端127耦合到第一二极管132的阳极131。第一二极管的阴极133耦合到电池134的正极侧145。电池134的负极侧143耦合到中性输出线路117。电池134的正极侧145经由电池继电器138耦合到PFC变换器108。电池134的正极侧145还耦合到第二二极管136的阳极135。
第二二极管136的阴极137耦合到LPS系统102的第一初级绕组148。DC-DC控制器142也耦合到LPS系统102的第一初级绕组148。AC-DC控制器144耦合到LPS系统102的第二初级绕组150。UPS100的输入线路104和中性输入线路106均通过整流器145经由LPS输入线路158、LPS中性输入线路160和整流器145耦合到LPS系统102的第二初级绕组150。LPS系统102的DC-DC控制器142和AC-DC控制器144经由输出电压反馈线路156耦合到LPS系统102的输出线路154并且耦合到控制逻辑140。
UPS 100的输入线路104和中性输入线路106耦合到AC干线并且从AC干线接收AC电力。基于从AC干线接收的AC电力，UPS 100被配置成在不同的操作模式下操作。
响应于确定从AC干线接收的AC电力处于期望的水平，UPS 100进入“旁通”操作模式。在“旁通”操作模式中，反馈继电器120和旁通继电器122闭合(逆变器继电器124打开)，并且UPS 100的输入线路104(耦合到AC干线)经由旁通线路118直接耦合到UPS 100的输出线路116。在“旁通”操作模式下，在输入端102处从AC干线接收的AC电力被直接提供给输出端112。
响应于确定从AC干线接收的AC电力小于或者大于期望的水平(例如，在骤降或骤升情况下)，UPS 100进入“正常”操作模式。在“正常”操作模式下，反馈继电器120和逆变器继电器124闭合(旁通继电器122打开)，并且PFC变换器108在其输入端107处从AC干线接收AC电力。PFC变换器108将AC电力转换成DC电力，并且经由其第一输出端109将正DC电力提供给正DC总线110且经由其第二输出端111将负DC电力提供给负DC总线112。在正总线110和负总线112上的DC电力被提供至逆变器114的输入端103、113。逆变器114将所接收的DC电力转换成所需的AC电力，并且所需的AC电力被从逆变器的输出端115提供至UPS 100的输出线路116。
另外在“正常”操作模式下，在正DC总线110和负DC总线112上的DC电力被提供至电池充电器126。电池充电器126将从DC总线110、112接收的DC电力转换成期望水平的DC电力。来自电池充电器126的DC电力经由第一二极管132被提供至电池134的正极侧145，以对电池134充电。
响应于确定从AC干线接收的AC电力发生故障(例如，在欠压或停电的情况下)，UPS100进入“电池”操作模式。在“电池”操作模式下，反馈继电器120打开并且电池继电器138闭合。当电池134放电时，来自电池134的DC电力经由电池继电器138被提供至PFC 108。PFC变换器108将从电池134接收的DC电力转换成期望水平的DC电力，并将期望的DC电力提供至正DC总线110和负DC总线112。在正总线110和负总线112上的DC电力被提供至逆变器114的输入端103、113。逆变器114将所接收的DC电力转换成所需的AC电力，并且所需的AC电力被从逆变器的输出端115提供至UPS 100的输出线路116。
LPS系统102被配置成从UPS 100内的两个电源之一接收电力。根据一个实施例，LPS系统102被配置成从AC干线(例如，经由LPS输入线路158和LPS中性输入线路160)或从DC电源(即，DC电池134/电池充电器126)接收电力，这取决于UPS 100的状态或操作状态。例如，根据一个实施例，如果确定可从电池134/电池充电器126得到充足的电压，则LPS系统102的DC-DC控制器142经由第二二极管136使用来自电池134或电池充电器126的电力驱动变压器146的第一初级绕组148。在次级绕组152中的每个中感应出电流以生成所需的电压，该所需的电压从LPS系统102的多个输出线路154中的一个上输出。每个输出线路154可被配置成将所需的电源电压(例如，12V、24V等)提供至UPS 100内的子系统(例如，诸如DSP处理器、微控制器、控制和通信系统、门驱动器等)。
如果确定不能从电池134或电池充电器126获得充足的电压，则LPS系统102的AC-DC控制器144经由整流器145使用来自LPS输入线路158和LPS中性输入线路160的AC干线电力驱动变压器146的第二初级绕组150。在次级绕组152中的每个中感应出电流，以在多个输出线路154处生成所需的电压。
根据一个实施例，每个初级绕组148、150由其自身相关联的控制器142、144基于UPS 100的状态来独立地控制。每个控制器142、144还通过经由输出电压反馈线路156接收来自LPS系统102的输出线路154的电压反馈信号来监控LPS系统102的输出。虽然图示为一个反馈线路156，但可针对每个电压反馈信号使用分开的反馈线路。根据一个实施例，控制逻辑140基于UPS 100的状态操作LPS系统102，并且一次仅启用控制器142、144中的一个。LPS系统102的操作在下文更详细地论述。
图2示出根据本文所述至少一个实施例的LPS系统102。LPS系统102包括整流器145、电容滤波器202、AC-DC控制器144、DC-DC控制器142、变压器146、控制逻辑140、LPS开/关切换逻辑模块202、场效应晶体管(FET)204、晶体管206、按钮208、低电压(LV)总线210、二极管和电容器电路212、多个输出线路154、以及输出电压反馈线路156。变压器146包括第一初级绕组148、第二初级绕组150和多个次级绕组152。根据一个实施例，变压器146为反激变压器，其中初级绕组148、150的极性与次级绕组152的极性相反；然而，在其它实施例中，可利用不同类型的变压器。
整流器145的输入端203被配置成经由LPS输入线路158和LPS中性输入线路160耦合到AC干线200。根据一个实施例，整流器145为全桥式整流器；然而，在其它实施例中，可利用不同类型的整流器。电容滤波器202与整流器145并联地耦合到整流器145的输出DC线路205和DC线路207之间。整流器205的输出端经由二极管209耦合到变压器146的第二初级绕组150的第一端214。变压器146的第二初级绕组150的第二端216耦合到AC-DC控制器144。
根据一个实施例，AC-DC控制器144为脉冲宽度调制(PWM)反激控制器，其包括将变压器146的第二初级绕组150的第二端216选择性地耦合到DC线路207的开关218，从而当开关218闭合时允许电流通过第二初级绕组150。例如，根据一个实施例，开关218为FET，该FET具有耦合到第二初级绕组150的第二端216的漏极220、耦合到DC线路207的源极224、和栅极222。然而，在其它实施例中，可利用另一种类型的开关218以控制通过第二初级绕组150的电流。
根据一个实施例，反激控制器144为由美国加利福尼亚州的Power Integrations公司制造的基于TOPSwitch品牌的反激控制器；然而，在其它实施例中，可利用其它类型的反激控制器。根据一个实施例，反激控制器144包括如在提交于2013年1月30日、标题为“FLYBACK CONVERTER(反激变换器)”、申请号为PCT/US13/23 855的国际专利申请中描述的反激控制电路，上述专利申请的全文内容以引用方式并入本文。如本文所述，控制器144为反激控制器；然而，在其它实施例中，可利用不同类型的控制器来控制通过第二初级绕组150的电流。
根据一个实施例，AC-DC控制器144还耦合到整流器145的输出端205。根据另一个实施例，AC-DC控制器144经由逆变器门230、延迟电路228和光耦合器226耦合到控制逻辑140。AC-DC控制器144还经由输出电压反馈光耦合器260通过输出电压反馈线路156耦合到LPS系统102的输出线路154中的一个。
FET 204的源极234经由二极管132耦合到UPS 100的电池充电器126。FET 204的源极234还耦合到电池134的正极侧145。FET 204的栅极238耦合到晶体管206的集电极240。晶体管206的发射极242耦合到大地244。晶体管206的基极246耦合到LPS开/关切换逻辑模块202。开/关切换逻辑模块202耦合到按钮208、控制逻辑140、LV总线210，并且耦合到输出线路154中的一个。FET 204的漏极236耦合到LV总线210。LV总线210经由二极管211耦合到变压器146的第一初级绕组148的第一端248。第一初级绕组148的第二端250耦合到DC-DC控制器142。
根据一个实施例，DC-DC控制器142为脉冲宽度调制(PWM)反激控制器，其包括将变压器146的第一初级绕组148的第二端250选择性地耦合到大地244的开关252，从而当开关252闭合时允许电流通过第一初级绕组148。例如，根据一个实施例，开关252为FET，该FET具有耦合到第一初级绕组148的第二端250的漏极254、耦合到大地244的源极258和栅极256。然而，在其它实施例中，可利用另一种类型的开关252以控制通过第一初级绕组148的电流。
根据一个实施例，DC-DC控制器142为由美国德克萨斯州的Texas Instruments ofDallas公司制造的基于UC2842或UC3845的控制器；然而，在其它实施例中，可利用另一种类型的控制器。根据一个实施例，反激控制器142包括如在上面引用的申请号为PCT/US13/23855的国际专利申请中描述的反激控制电路。如本文所述，DC-DC控制器142为反激控制器；而在其它实施例中，可利用不同类型的控制器以控制通过第一初级绕组148的电流。
根据一个实施例，DC-DC控制器142还经由延迟电路232耦合到控制逻辑140。DC-DC控制器142还经由输出电压反馈光耦合器260通过输出电压反馈线路156耦合到LPS系统102的输出线路154中的一个。
变压器146的次级绕组152中的每个经由二极管和电容器电路212耦合到LPS系统102的输出线路154中的一个。每个输出线路154被配置成耦合到UPS 100内的子系统(例如，诸如DSP处理器、微控制器、控制和通信系统、门驱动器等)并将电源电力提供给子系统。
根据一个实施例，控制逻辑包括电压比较器。根据一个实施例，电压比较器为由美国德克萨斯州的Texas Instruments of Dallas公司制造的基于LM393的比较器；然而，在其它实施例中，可利用另一种类型的电压比较器。如上所述，电池充电器126或电池134可将DC电力提供至变压器的第一初级绕组148。通过使用电压比较器，控制逻辑比较LV总线210上的电压(即，由电池134或电池充电器126经由FET 204提供至第一初级绕组148的电压)与参考阈值电压。只要LV总线210上的电压为正常的(即，LV总线210上的电压至少处于参考电压的水平)，则控制逻辑140启用DC-DC控制器142并且停用AC-DC控制器。
当被启用时，DC-DC反激控制器142操作FET 252以控制通过第一初级绕组148的电流。控制器142通过向栅极256发送控制信号来控制通过FET 252(并且因此还通过第一初级绕组148)的电流。当反激控制器142打开FET 252(即，闭合开关252)时，来自LV总线210的电流穿过第一初级绕组148到达大地244，并且所得的能量存储在变压器146中。由于次级绕组152的相反极性，当FET 252打开时通过第一初级绕组148的电流在次级绕组152上生成负电压。由于次级绕组上的负电压，在二极管和电容器电路212内的二极管被反向偏置，从而阻止次级绕组中的电流。
当控制器142关闭FET 252(即，打开开关252)时，从LV总线120通过第一初级绕组148到达大地244的电流停止。先前反向偏置的在二极管和电容器电路212内的二极管被正向偏置，并且先前存储在变压器146中的能量通过次级绕组152释放。每个次级绕组152中的所得电流在相关联的输出线路154上生成电压(例如，12V、24V等)。
根据一个实施例，控制器142监控在LPS系统102的输出线路154中的至少一个上的电压(经由输出电压反馈线路156)，并且基于所监控的输出电压驱动FET 252(即，使FET252打开和关闭)，以在LPS系统102的输出线路154处生成所需的电压。每个输出线路154被配置成耦合到UPS 100内的子系统(例如，诸如DSP处理器、微控制器、控制和通信系统、门驱动器等)，并将电源电力提供至子系统。
如果控制逻辑140确定LV总线210上的电压不正常(即，来自电池充电器126或电池134的在LV总线上的电压不是至少处于参考电压的水平)，则控制逻辑140启用AC-DC控制器144并且停用DC-DC控制器142。
当被启用时，AC-DC反激控制器144操作FET 218以控制通过第二初级绕组150的电流。控制器144通过向栅极222发送控制信号来控制通过FET 218(并且因此还通过第二初级绕组150)的电流。当反激控制器144打开FET 218(即，闭合开关218)时，经整流的AC干线电流穿过第二初级绕组150到达DC线路207，并且所得的能量存储在变压器146中。由于次级绕组152的相反极性，当FET 218打开时通过第二初级绕组150的电流在次级绕组152上生成负电压。由于次级绕组上的负电压，在二极管和电容器电路212内的二极管被反向偏置，从而阻止次级绕组中的电流。
当控制器144关闭FET 218(即，打开开关218)时，通过第二初级绕组150到达DC线路207的经整流的AC干线电流停止。先前反向偏置的在二极管和电容器电路152内的二极管被正向偏置，并且先前存储在变压器146中的能量通过次级绕组152释放。每个次级绕组152中的所得电流在相关联的输出线路154上生成电压(例如，12V、24V等)。
根据一个实施例，控制器144监控在LPS系统102的输出线路154中的至少一个上的电压(经由输出电压反馈线路156)，并且基于所监控的输出电压驱动FET 218(即，打开和关闭FET 218)以便在LPS系统102的输出线路154处生成所需的电压。每个输出线路154被配置成耦合到UPS 100内的子系统(例如，诸如DSP处理器、微控制器、控制和通信系统、门驱动器等)并将电源电力提供到子系统。
如上所述，每个初级绕组148、150由其相关联的控制器142、144基于UPS 100的状态和LPS系统102的输出来独立地控制。根据一个实施例，控制逻辑140基于UPS 100的状态操作LPS系统102，以便一次仅启用控制器142、144中的一个(即，初级绕组148、150中的一个)。
LPS系统102的操作在下面关于图3至图4更详细地论述。图3为示出用于LPS系统102的操作的“冷启动”过程的流程图300。在框体302处，LPS系统102为“冷的”(即，无动力的)。根据一个实施例，用户可通过按下按钮208来启动LPS系统102。例如，在框体304处，UPS100的用户按下耦合到LPS开/关切换逻辑模块202的按钮208。在框体306处，响应于按钮208被按下，LPS开/关切换逻辑模块202锁住(latch on)晶体管206，并且因此还锁住FET 204。一旦FET 204打开，来自电池充电器126和/或电池134的任何可用电力均可经由FET 204被提供至LV总线210。根据一个实施例，由电池充电器126或电池134生成的在LV总线210上的电压被直接提供至LPS开/关切换逻辑模块202，以使晶体管206和FET 204保持在“打开”或锁住状态。如本文所述，FET 204用于将电池134/电池充电器126选择性地耦合到第一初级绕组148；然而，在其它实施例中，可利用任何其它合适类型的开关。
在框体308处，控制逻辑140确定通过电池充电器126/电池134经由FET 204生成的在LV总线210上的电压是否正常。如上所述，控制逻辑140利用电压比较器来比较LV总线210上的电压与参考电压。如果LV总线210上的电压至少处于参考电压的水平，则控制逻辑140确定LV总线210上的电压是正常的。
在框体310处，响应于确定LV总线210上的电压是正常的，控制逻辑140经由逆变器门230向AC-DC控制器144发送信号以停用AC-DC控制器144(即，以停止对第二初级绕组150中的电流的控制)。
在框体314处，控制逻辑140还向DC-DC控制器142发送信号以启用DC-DC控制器142(即，以启动对第一初级绕组148中的电流的控制)。根据一个实施例，由控制逻辑140发送至DC-DC控制器142的信号通过延迟电路232延时。延迟电路232引入延迟312以形成死区，在该死区期间，控制器142、144均停用。该死区确保在任何时间，一次仅启用一个控制器142、144。
在框体316处，启用DC-DC反激控制器142并且通过控制器142操作(即，打开和关闭)FET 252以控制来自LV总线210(由电池充电器126/电池134生成)的通过第一初级绕组148的电流、变压器146的充电、以及通过次级绕组152的电流，如上所述，以便生成输出电压。
在框体317处，控制逻辑140确定由电池充电器126和/或电池134经由FET 204生成的在LV总线210上的电压是否仍然正常。响应于确定LV总线210上的电压仍然正常(即，LV总线210上的电压至少处于参考电压的水平)，在框体316处，DC-DC控制器142保持启用，并且LPS系统102继续通过电池充电器126/电池134提供的电力运行。
响应于确定LV总线210上的电压不再正常(即，由于电池134和/或电池充电器126出故障或被移除，LV总线210上的电压不再处于参考电压的水平)，在框体318处，控制逻辑140向DC-DC控制器142发送信号以停用DC-DC控制器142。在框体318处，响应于在框体308处确定在通过按钮208锁住晶体管206和FET 204之后LV总线210上的电压不正常(例如，由于电池134和/或电池充电器126发生故障、被移除或不存在)，控制逻辑140还可向DC-DC控制器142发送信号以停用DC-DC控制器142。
在框体322处，控制逻辑140还经由逆变器门130和光耦合器226向AC-DC控制器144发送信号，以启用AC-DC控制器144(即，以启动对第二初级绕组150中的电流的控制)。根据一个实施例，由控制逻辑140发送至AC-DC控制器144的信号通过延迟电路228延时。延迟电路228引入延迟320以产生“死区”，在该死区期间，控制器142、144均被停用。该“死区”确保在任何时间，一次仅启用一个控制器142、144。
在框体323处，当从控制逻辑140接收启用信号时，AC-DC控制器144监控来自整流器145的经整流的AC干线电力，并且确定经整流的AC干线电力是否为可接受的。根据一个实施例，其中AC-DC控制器144为如上所述的基于TOPSwitch的反激控制器，控制器144利用控制器144的内部AC OK电路监控经整流的AC干线电力的情况。
响应于确定经整流的AC干线电力不可接受(例如，由于AC干线发生故障或者与UPS100或LPS系统102断开连接)，在框体323处，控制器144未被启用(尽管有来自控制逻辑140的启用信号)，并且控制器144继续监控经整流的AC干线电力，直到经整流的AC干线电力可接受为止。
响应于确定经整流的AC干线电力可接受，在框体324处，启用AC-DC反激控制器144，并且通过控制器144操作FET 218(即，打开和关闭)以控制从AC干线(经由整流器145和电容滤波器202)通过第二初级绕组150的电流、变压器146的充电、和通过次级绕组152的电流，如上所述，以便生成输出电压。
在框体325处，在输出线路154之一上的LPS系统102的输出电压(通过AC/DC控制器144的操作生成)被提供至LPS开/关切换逻辑模块202。在框体326处，由LPS开/关切换逻辑模块202从输出线路154接收的输出电压锁住晶体管206，并且因此还锁住FET 204。一旦FET204打开，来自电池充电器126和/或电池134的任何可用电力可经由FET 204被提供至LV总线210。根据一个实施例，由电池充电器126/电池134生成的在LV总线210上的电压被直接提供至LPS开/关切换逻辑模块202，以使晶体管206和FET 204保持在“开”或锁住状态。
在框体328处，控制逻辑140确定通过电池充电器126/电池134经由FET 204生成的在LV总线210上的电压是否正常(即，至少处于参考电压的水平)。响应于确定LV总线210上的电压不正常(例如，由于电池134/电池充电器126发生故障、被移除或不存在)，在框体324处，AC-DC控制器144保持启用，并且LPS系统102继续用AC干线200提供的电力运行。
响应于确定LV总线210上的电压正常(例如，响应于添加正常的电池134和/或电池充电器126)，在框体310处，控制逻辑140向AC-DC控制器144发送信号以停用AC-DC控制器144，并且在框体314处，控制逻辑140向DC-DC控制器142发送信号以启用DC-DC控制器142，如上所述。
根据另一个实施例，用户可通过将AC干线200连接至LPS系统102来启动LPS系统102。例如，图4为示出用于LPS系统102的操作的“AC唤醒”过程的流程图300。在框体402处，LPS系统102为“冷的”(即，无动力的)。在框体404处，UPS 100的用户将AC干线200连接至UPS100(并且因此LPS系统102)。例如，根据一个实施例，UPS 100的用户使用缆线将AC干线200连接至UPS(并且因此LPS系统102)。
当被耦合到LPS系统102时，来自AC干线200的AC电力通过整流器145整流并且通过电容滤波器202滤波。在框体406处，AC-DC控制器144监控来自整流器145的经整流的AC干线电力，并且确定经整流的AC干线电力是否为可接受的。根据一个实施例，其中AC-DC控制器144为如上所述的基于TOPSwitch的反激控制器，控制器144利用控制器144的内部AC OK电路监控经整流的AC干线电力的情况。
响应于确定经整流的AC干线电力不可接受，在框体406处，控制器144继续监控经整流的AC干线电力。响应于确定经整流的AC干线电力可接受，在框体408处，启用AC-DC控制器以用于控制通过第二初级绕组150的电流。
在框体410处，启用AC-DC反激控制器144并且通过控制器144操作FET 218(即，打开和关闭)以控制从AC干线(经由整流器145和电容滤波器202)通过第二初级绕组150的电流、变压器146的充电、和通过次级绕组152的电流，如上所述，以便生成输出电压。
在框体412处，在输出线路154之一上的LPS系统102的输出电压(通过操作AC/DC控制器144生成)被提供至LPS开/关切换逻辑模块202。在框体414处，由LPS开/关切换逻辑模块202从输出线路154接收的输出电压锁住晶体管206，并且因此还锁住FET 204。一旦FET204打开，来自电池充电器126和/或电池134的任何可用电力可经由FET 204被提供至LV总线210。根据一个实施例，由电池充电器126/电池134生成的在LV总线210上的电压被直接提供至LPS开/关切换逻辑模块202，以使晶体管206和FET 204保持在“开”或锁住状态。
在框体416处，控制逻辑140确定通过电池充电器126/电池134经由FET 204生成的在LV总线210上的电压是否正常(即，至少处于参考电压的水平)。响应于确定LV总线210上的电压不正常(例如，由于电池134/电池充电器126发生故障、被移除或不存在)，在框体410处，AC-DC控制器144保持启用，并且LPS系统102继续用AC干线200提供的电力运行。
在框体418处，响应于确定LV总线210上的电压正常(例如，由于添加或存在正常的电池134和/或电池充电器126)，控制逻辑140经由逆变器门230向AC-DC控制器144发送信号以停用AC-DC控制器144(即，以停止对第二初级绕组150中的电流的控制)。
在框体422处，控制逻辑140还向DC-DC控制器142发送信号以启用DC-DC控制器142(即，以启动对第一初级绕组148中的电流的控制)。根据一个实施例，由控制逻辑140发送至DC-DC控制器142的信号通过延迟电路232延时。延迟电路232引入延迟420以形成死区，在该死区期间，控制器142、144均停用。该死区确保在任何时间，一次仅启用一个控制器142、144。
在框体424处，启用DC-DC反激控制器142并且通过控制器142操作(即，打开和关闭)FET 252以控制从LV总线210(由电池充电器126/电池134生成)通过第一初级绕组148的电流、变压器146的充电、以及通过次级绕组152的电流，如上所述，以便生成输出电压。
在框体426处，控制逻辑140确定由电池充电器126和/或电池134经由FET 204生成的在LV总线210上的电压是否仍然正常。响应于确定LV总线210上的电压仍然正常(即，LV总线210上的电压至少处于参考电压的水平)，在框体424处，DC-DC控制器142保持启用，并且LPS系统102继续用电池充电器126/电池134提供的电力运行。
响应于确定LV总线210上的电压不再正常(即，由于电池134和/或电池充电器126出故障或被移除，LV总线210上的电压不再处于参考电压的水平)，在框体428处，控制逻辑140向DC-DC控制器142发送信号以停用DC-DC控制器142。在框体432处，控制逻辑140还经由逆变器门130和光耦合器226向AC-DC控制器144发送信号以启用AC-DC控制器144(即，以启动对第二初级绕组150中的电流的控制)。根据一个实施例，由控制逻辑140发送至AC-DC控制器144的信号通过延迟电路228延时。延迟电路228引入延迟430以产生死区，在该死区期间，控制器142、144均被停用。该死区确保在任何时间，一次仅启用一个控制器142、144。
在框体434处，当从控制逻辑140接收启用信号时，AC-DC控制器144监控来自整流器145的经整流的AC干线电力，并且确定经整流的AC干线电力是否为可接受的。根据一个实施例，其中AC-DC控制器144为如上所述的基于TOPSwitch的反激控制器，控制器144利用控制器144的内部AC OK电路监控经整流的AC干线电力的情况。
响应于确定经整流的AC干线电力不可接受(例如，由于AC干线发生故障或者与UPS100或LPS系统102断开连接)，在框体434处，控制器144未被启用(尽管有来自控制逻辑140的启用信号)，并且控制器144b继续监控经整流的AC干线电力，直到经整流的AC干线电力可接受为止。
响应于确定经整流的AC干线电力可接受，在框体410处，启用AC-DC反激控制器144，并且通过控制器144操作FET 218(即，打开和关闭)以控制从AC干线(经由整流器145和电容滤波器202)通过第二初级绕组150的电流、变压器146的充电、和通过次级绕组152的电流，如上所述。
根据一个实施例，其中DC-DC控制器142被启用并且LPS系统102用电池充电器126和/或电池134所提供的电力运行，可从UPS 100移除电池134，并且只要由电池充电器126提供的在LV总线210上的电压保持正常，则DC-DC控制器142将保持启用并且LPS系统102将以电池充电器126提供的电力运行。
类似地，根据另一个实施例，其中DC-DC控制器142被启用并且LPS系统102用电池充电器126和/或电池134所提供的电力运行，电池充电器126可以不是完全可运行并且可能发生故障，并且只要由电池134提供的在LV总线210上的电压保持正常，则DC-DC控制器142将保持启用并且LPS系统102将用电池134提供的电力运行。
根据一个实施例，AC-DC控制器144和DC-DC控制器142被配置成彼此电绝缘。例如，控制器142、144之间的绝缘可通过使用光耦合器226、输出电压反馈光耦合器260和防反馈二极管209、211实现。
根据一个实施例，控制逻辑140还被配置成经由接口262接收来自微处理器或DSP的控制信号。经由接口262接收的控制信号可迫使控制逻辑140针对特定应用选择性地启用/停用特定的控制器142、144(即，特别选择初级绕组148、150中的一个以用于启动)。
如上所述，LPS系统102利用反激变换器(例如，包括反激控制器142、144、反激变压器146以及二极管和电容器电路212)以从AC干线和电池充电器126/电池134生成所需的电压输出；然而，在其它实施例中，可利用其它类型的变换器以从AC干线和电池充电器126/电池134生成所需的电压输出。
另外，如上所述，LPS系统102对不间断电源(UPS)的不同子系统(例如，数字信号处理器(DSP)、微控制器、控制和通信系统、门驱动器等)提供所需的偏置电力；然而，在其它实施例中，可在其中需要偏置或电源电力的其它系统中使用LPS系统102。
因此，本文所述的实施例提供相较于常规LPS系统更有效、更小且成本更低的基于单个变压器的LPS系统和控制方案。通过用单个变压器每次处理来自两个不同输入源中的一个的电力，LPS系统可以比典型的双变压器LPS系统更加有效和紧凑(即，在印刷电路板(PCB)上占据更少的空间)。
在因此描述本发明的至少一个实施例的若干方面之后，应当理解，本领域的技术人员将容易地想到各种改变、修改和改进。此类改变、修改和改进旨在是本公开的一部分，并且旨在落入本发明的实质和范围之内。因此，前述说明书和附图仅仅是实例。

Claims (15)

1.一种不间断电源UPS系统，所述UPS系统包括：
变压器，所述变压器包括：
第一初级绕组，其被配置成耦合到DC电源；
第二初级绕组，其被配置成耦合到AC电源；以及
至少一个次级绕组；
控制逻辑，其耦合到所述第一初级绕组和所述第二初级绕组；以及
至少一个输出线路，其耦合到所述至少一个次级绕组，所述至少一个输出线路被配置成将包括第一DC输出电压和第二DC输出电压的DC电源电力提供给所述UPS系统内的各个子系统；
其中所述控制逻辑被配置成在第一操作模式下启用所述第一初级绕组以基于从所述DC电源接收的电力在所述至少一个输出线路处生成所述第一DC输出电压，并且停用所述第二初级绕组，以及
其中所述控制逻辑被配置成在第二操作模式下启用所述第二初级绕组以基于从所述AC电源接收的电力在所述至少一个输出线路处生成所述第二DC输出电压，并且停用所述第一初级绕组。
2.根据权利要求1所述的UPS系统，还包括：
DC-DC控制器，其耦合到所述第一初级绕组；以及
AC-DC控制器，其耦合到所述第二初级绕组；
其中，在所述第一操作模式下，所述DC-DC控制器被配置成选择性地控制从所述DC电源通过所述第一初级绕组的电流以在所述至少一个次级绕组中感应出第一电流，在所述至少一个次级绕组中的所述第一电流在所述至少一个输出线路上生成所述第一DC输出电压，以及
其中，在所述第二操作模式下，所述AC-DC控制器被配置成选择性地控制从所述AC电源通过所述第二初级绕组的电流以在所述至少一个次级绕组中感应出第二电流，在所述至少一个次级绕组中的所述第二电流在所述至少一个输出线路上生成所述第二DC输出电压。
3.根据权利要求2所述的UPS系统，其中所述DC-DC控制器经由反馈线路耦合到所述至少一个输出线路，并且其中所述DC-DC控制器还被配置成基于在所述至少一个输出线路上的所述第一DC输出电压选择性地控制从所述DC电源通过所述第一初级绕组的电流。
4.根据权利要求2所述的UPS系统，其中所述AC-DC控制器经由反馈线路耦合到所述至少一个输出线路，并且其中所述AC-DC控制器还被配置成基于在所述至少一个输出线路上的所述第二DC输出电压选择性地控制从所述AC电源通过所述第二初级绕组的电流。
5.根据权利要求2所述的UPS系统，还包括：
总线，其被配置成耦合在所述DC电源和所述第一初级绕组之间并且耦合到所述控制逻辑；
其中所述控制逻辑还被配置成监控通过所述DC电源提供的在所述总线上的DC电压，并且响应于确定所述总线上的DC电压至少处于阈值电平，而驱动所述UPS系统进入所述第一操作模式中。
6.根据权利要求5所述的UPS系统，其中响应于确定所述总线上的DC电压不是至少处于阈值电平，所述控制逻辑还被配置成驱动所述UPS系统进入所述第二操作模式中。
7.根据权利要求6所述的UPS系统，其中，在所述第二操作模式中，所述AC-DC控制器还被配置成监控由所述AC电源提供的AC电力，并且响应于确定所述AC电力为可接受的，而选择性地控制从所述AC电源通过所述第二初级绕组的电流。
8.根据权利要求6所述的UPS系统，还包括：
开关，其被配置成将所述总线选择性地耦合到所述DC电源；以及
选择逻辑模块，其耦合到所述至少一个输出线路、所述开关和所述总线；
其中响应于在所述第二操作模式下在所述至少一个输出线路上接收到所述第二DC输出电压，所述选择逻辑模块被配置成操作所述开关以将所述总线耦合到所述DC电源。
9.根据权利要求8所述的UPS系统，还包括：
按钮，其耦合到所述选择逻辑模块，
其中响应于用户按下所述按钮，所述选择逻辑模块被配置成操作所述开关以将所述总线耦合到所述DC电源。
10.根据权利要求2所述的UPS系统，其中所述DC-DC控制器与所述AC-DC控制器电绝缘。
11.一种用于通过包括变压器的UPS系统生成包括第一DC输出电压的DC电源电力的方法，所述变压器包括被配置成耦合到DC电源的第一初级绕组、被配置成耦合到AC电源的第二初级绕组、和耦合到输出线路的至少一个次级绕组，所述输出线路被配置成将所述DC电源电力提供给所述UPS系统的至少一个子系统，所述方法包括：
通过耦合到所述DC电源的控制逻辑监控由所述DC电源提供给所述第一初级绕组的电压；
响应于监控，比较由所述DC电源提供的电压与参考电压；
响应于比较，确定由所述DC电源提供的电压的电平是否至少等于所述参考电压；
响应于确定由所述DC电源提供的电压的电平至少等于所述参考电压，将信号传输至耦合到所述第一初级绕组的第一控制器以启用所述第一控制器，并且将信号传输至耦合到所述第二初级绕组的第二控制器以停用所述第二控制器；以及
响应于启用所述第一控制器，操作所述第一控制器以控制从所述DC电源通过所述第一初级绕组的电流，以便在所述至少一个次级绕组中感应出第一电流，在所述至少一个次级绕组中的所述第一电流在所述输出线路上生成所述第一DC输出电压。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，通过所述UPS系统生成的所述DC电源电力还包括第二DC输出电压，并且其中，所述方法还包括：
响应于确定由所述DC电源提供的电压的电平不是至少等于所述参考电压，将信号传输至耦合到所述第一初级绕组的所述第一控制器以停用所述第一控制器，并且将信号传输至耦合到所述第二初级绕组的所述第二控制器以启用所述第二控制器；
响应于启用所述第二控制器，通过所述第二控制器监控由所述AC电源提供的AC电力；
响应于监控，确定由所述AC电源提供的AC电力是否为可接受的；以及
响应于确定由所述AC电源提供的AC电力为可接受的，操作所述第二控制器以控制从所述AC电源通过所述第二初级绕组的电流，以便在所述至少一个次级绕组中感应出第二电流，在所述至少一个次级绕组中的所述第二电流在所述输出线路上生成所述第二DC输出电压。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括延时被传输至所述第二控制器以启用所述第二控制器的信号。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述UPS系统还包括被配置成将所述第一初级绕组选择性地耦合到所述DC电源的开关，并且其中所述方法还包括：
响应于从所述输出线路接收到所述第二DC输出电压，闭合所述开关以将所述第一初级绕组耦合到所述DC电源。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：
通过所述第二控制器监控由所述AC电源提供的AC电力；
响应于监控，确定由所述AC电源提供的AC电力是否为可接受的；以及
响应于确定由所述AC电源提供的AC电力为可接受的，操作所述第二控制器以控制从所述AC电源通过所述第二初级绕组的电流，以便在所述至少一个次级绕组中感应出第二电流，在所述至少一个次级绕组中的所述第二电流在所述输出线路上生成第二DC输出电压。
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