CN108696146B - 具有负载和源同步的电力控制的双向dc-dc变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有负载和源同步的电力控制的双向DC‑DC变换器。电力变换器系统被提供且包括第一开关电路，第一开关电路被配置为接收第一直流(DC)电压，第一开关电路耦合到具有正连接线和负连接线以接收第二DC电压的第二开关电路。电力变换器系统还包括：第一电容器，第一电容器耦合在正连接线和中性点之间；第二电容器，第二电容器耦合在负连接线和中性点之间；以及交流(AC)开关电路，其耦合到第一电容器并且耦合到第二电容器。电力变换器系统包括控制器，该控制器被配置为维持第一电容器和第二电容器两端的电压电平基本相等，该控制器耦合到第一开关电路、第二开关电路和AC开关电路。还公开了一种控制电力变换器系统的方法。

Description

具有负载和源同步的电力控制的双向DC-DC变换器
发明背景
1.发明领域
本发明总体涉及用于控制DC/DC变换器的系统和方法。
2.相关技术的讨论
使用电力设备(诸如，不间断电源(UPS))为敏感负载或关键负载(诸如，计算机系统和其他数据处理系统)提供稳压的、不间断的电力是已知的。此外，已知UPS以包括例如直流(DC)电力、交流(AC)电力、经整流的半波AC电力等的各种形式之一提供输出电力，以满足各种负载的特定要求。UPS通常包括至少一个DC/DC变换器，以调制提供给一个或更多个负载的输出电力。
发明概述
本发明的至少一个方面针对一种电力变换器系统，其包括：第一开关电路，该第一开关电路被配置为接收第一直流(DC)电压；第二开关电路，该第二开关电路耦合到第一开关电路，第二开关电路具有正连接线(positive connection)和负连接线(negativeconnection)，以接收第二DC电压；第一电容器，该第一电容器耦合在正连接线和中性点之间；第二电容器，该第二电容器耦合在负连接线和中性点之间；交流(AC)开关电路，其耦合到第一电容器并且耦合到第二电容器；以及控制器，该控制器耦合到第一开关电路、第二开关电路和AC开关电路，并且被配置为控制第一开关电路、第二开关电路和AC开关电路，以维持在第一电容器两端的电压电平和在第二电容器两端的电压电平基本相等。
在至少一个实施例中，控制器还被配置为操作第一开关电路、第二开关电路和AC开关电路，以从提供第一DC电压的第一电压源向第一电容器提供第一电力量，并且从第一电压源向第二电容器提供第二电力量，第一电力量基本上等于从第一电容器汲取的电力量，并且第二电力量基本上等于从第二电容器汲取的电力量。在一些实施例中，控制器还被配置为操作第一开关电路、第二开关电路和AC开关电路，以从第一电容器向第一电压源提供第三电力量，并且从第二电容器向第一电压源提供第四电力量，第三电力量基于从第二电压源提供给第一电容器的电力量，并且第四电力量基于从第二电压源提供给第二电容器的电力量。
在至少一个实施例中，控制器还被配置为操作第一开关电路、第二开关电路和AC开关电路，以在给定时间处向第一电容器和第二电容器中的至多一个电容器提供电力。在实施例中，控制器还被配置为操作第一开关电路、第二开关电路和AC开关电路，以在给定时间处从第一电容器和第二电容器中的至多一个电容器汲取电力。在一些实施例中，提供了变压器，该变压器具有第一初级绕组、第二初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，变压器被配置为耦合到第一开关电路、第二开关电路和AC开关电路。
在一些实施例中，控制器还被配置为操作第一开关电路、第二开关电路和AC开关电路，以通过第一初级绕组和第一次级绕组从第一电容器和第二电容器汲取第一电力量，第一电力量与通过第二初级绕组和第二次级绕组从第一电容器和第二电容器汲取的第二电力量保持平衡。在实施例中，控制器还被配置为操作第一开关电路、第二开关电路和AC开关电路，以通过第一初级绕组和第一次级绕组向第一电容器和第二电容器提供第一电力量，第一电力量与通过第二初级绕组和第二次级绕组向第一电容器和第二电容器提供的第二电力量保持平衡。
根据一个实施例，提供了一种控制电力变换器的方法，该方法包括以下动作：检测第一电容器两端的第一电压；检测第二电容器两端的第二电压；响应于检测到第一电压和第二电压，致动在第一开关电路和第二开关电路中的至少一个开关电路中的第一组一个或更多个开关；致动在交流(AC)开关电路中的第二组一个或更多个开关；以及响应于致动第二组一个或更多个开关，分别控制第一电容器和第二电容器中的每个电容器两端的相应电压电平。在一些实施例中，该方法包括以下动作：以第一操作模式检测由第一电压源提供给第一电容器的第一电力量和提供给第二电容器的第二电力量；致动在第一开关电路和第二开关电路中的至少一个开关电路中的第三组一个或更多个开关；以及响应于第三组一个或更多个开关被致动，向第二电压源提供来自第一电容器的第三电力量和来自第二电容器的第四电力量，第一电力量基于第三电力量，并且第二电力量基于第四电力量。
在一些实施例中，该方法包括以下动作：以第二操作模式检测从第一电容器汲取的第五电力量和从第二电容器汲取的第六电力量；致动在第一开关电路和第二开关电路中的至少一个开关电路中的第四组一个或更多个开关；以及响应于第四组一个或更多个开关被致动，从第二电压源向第一电容器提供第七电力量并且向第二电容器提供第八电力量，第五电力量基于第七电力量，并且第六电力量基于第八电力量。在至少一个实施例中，该方法包括以下动作：控制第一开关电路和第二开关电路以从第一电容器和第二电容器中的至多一个电容器向第二电压源提供电力。
在实施例中，该方法包括以下动作：控制第一开关电路和第二开关电路以从第一电容器和第二电容器中的至多一个电容器汲取电力。在一些实施例中，该方法包括以下动作：由第一开关电路和第二开关电路通过具有第一初级绕组、第二初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组的变压器分别与第二开关电路和第一开关电路交换电力。在实施例中，该方法包括以下动作：操作第一开关电路和第二开关电路，使得由第一电容器和第二电容器通过第一初级绕组和第一次级绕组提供的电力与由第一电容器和第二电容器通过第二初级绕组和第二次级绕组提供的电力保持平衡。
在一个实施例中，该方法包括以下动作：操作第一开关电路和第二开关电路，使得通过第一初级绕组和第一次级绕组向第一电容器和第二电容器提供的电力与通过第二初级绕组和第二次级绕组向第一电容器和第二电容器提供的电力保持平衡。在一些实施例中，该方法包括以下动作：维持在第一电容器和第二电容器中的每个电容器两端的电压电平基本恒定。
根据一个实施例，提供了一种电力变换器系统，包括：第一开关电路，第一开关电路被配置为接收第一DC电压；第二开关电路，第二开关电路耦合到第一开关电路，第二开关电路具有正连接线和负连接线，以接收第二DC电压；第一电容器，第一电容器耦合在正连接线和中性点之间；第二电容器，第二电容器耦合在负连接线和中性点之间；以及用于控制电力变换器系统以维持在第一电容器和第二电容器两端的电压电平基本相等的装置。在一些实施例中，用于控制的装置包括用于单独控制第一电容器和第二电容器中的每个电容器的相应电压电平的装置。在实施例中，电力变换器系统还包括变压器，该变压器具有第一初级绕组、第二初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，变压器耦合到第一开关电路、第二开关电路和用于控制电力变换器系统的装置。
附图说明
附图不旨在按比例绘制。附图中，在各个图中示出的每个相同的或者接近相同的部件用相似的编号表示。出于清楚的目的，并非每个部件都可以在每个图中被标记。在附图中：
图1是根据一个示例的UPS的框图；
图2是根据一个示例的DC/DC变换器的框图；
图3是根据本发明的一个实施例的UPS的元件的电路级图示；
图4是根据本发明的另一个实施例的UPS的元件的电路级图示；
图5是根据本发明的另一个实施例的UPS的元件的电路级图示；
图6是根据本发明的另一个实施例的UPS的元件的电路级图示；
图7是根据本发明的另一个实施例的UPS的元件的电路级图示；
图8是示出根据本发明的一个实施例的用于操作UPS的过程的流程图；
图9是示出根据本发明的一个实施例的开关控制信号的时序图；以及
图10是示出根据本发明的一个实施例的开关控制信号的时序图。
详细描述
本文所讨论的方法和系统的示例并不将其应用限于下面描述中阐述的或者在附图中示出的部件的结构和布置的细节。方法和系统能够在其他实施例中实施，并且能够以各种方式实践或执行。本文提供的特定实现的示例仅用于说明性目的而并不旨在限制。具体来说，结合任何一个或更多个示例论述的动作、部件、元件以及特征不旨在排除任何其他的示例中的类似作用。
另外，本文所用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应视为具有限制性。对于本文中以单数提及的系统和方法的示例、实施例、部件、元件或者动作的任何引用也可以包含包括复数的实施例，并且对于本文的任何实施例、部件、元件或者动作以复数的任何提及也可以包含仅包括单数的实施例。单数形式或者复数形式的引用并不旨在限制当前公开的系统或者方法、它们的部件、动作或者元件。本文使用“包括”、“包含”、“具有”、“含有”和“涉及”及其变型意在包括其后列举的项目和其等价物以及额外的项目。“或”的引用可解释为包括性的，使得使用“或”所描述的任何术语可以指示所描述的术语的单个、多于一个以及全部中的任何一种。另外，在本文件和通过引用并入的文件之间术语的用法不一致的情况下，在并入的文件中的术语用法作为对本文件中的术语用法的补充；对于不可协调的不一致，以本文件中的术语用法为准。
图1是UPS100的框图。UPS100包括输入端102、AC/DC变换器104、一个或更多个DC总线106、DC/DC变换器108、电池110、控制器112、DC/AC逆变器114和输出端116。输入端102耦合到AC/DC变换器104和AC电源(诸如，AC主电源)(未示出)。AC/DC变换器104耦合到输入端102，并且耦合到一个或更多个DC总线106，并且通信地耦合到控制器112。一个或更多个DC总线106耦合到AC/DC变换器104、DC/DC变换器108并且耦合到DC/AC逆变器114，并且通信地耦合到控制器112。DC/DC变换器108耦合到一个或更多个DC总线106并且耦合到电池110，并且通信地耦合到控制器112。电池110耦合到DC/DC变换器108。DC/AC逆变器114耦合到一个或更多个DC总线106并且耦合到输出端116，并且通信地耦合到控制器112。输出端116耦合到DC/AC逆变器114，并耦合到外部负载(未示出)。
输入端102被配置为耦合到AC主电源并接收具有输入电压电平的输入AC电力。UPS100被配置为基于提供到输入端102的AC电力的输入电压电平以不同的操作模式来操作。当提供给输入端102的AC电力是可接受的(即，凭借具有满足指定值的参数而可接受)时，UPS100以正常操作模式操作。在正常操作模式下，在输入端102处接收的AC电力被提供给AC/DC变换器104。AC/DC变换器104将AC电力转换成DC电力，并且向一个或更多个DC总线106提供DC电力。一个或更多个DC总线106将DC电力分配给DC/DC变换器108和DC/AC逆变器114。DC/DC变换器108转换所接收的DC电力，并将所转换的DC电力提供给电池110，以对电池110进行充电。DC/AC逆变器114从一个或更多个DC总线106接收DC电力，将DC电力转换成经稳压的AC电力，并且将经稳压的AC电力提供给输出端116，以供传送给负载。
当从AC主电源提供给输入端102的AC电力不可接受(即，凭借具有不满足指定值的参数而不可接受)时，UPS100以备用操作模式操作。在备用操作模式中，来自电池110的DC电力被放电到DC/DC变换器108。DC/DC变换器108对接收到的DC电力进行转换，并且在一个或更多个DC总线106之中分配DC电力。例如，DC/DC变换器108可以在一个或更多个DC总线106之中均匀地分配电力。一个或更多个DC总线106将接收到的电力提供给DC/AC逆变器114。DC/AC逆变器114从一个或更多个DC总线106接收DC电力，将DC电力转换成经稳压的AC电力，并且将经稳压的AC电力提供给输出端116。
在备用操作模式期间，在一个或更多个DC总线106中分配的电力由电池110提供，并且在正常操作模式期间，在一个或更多个DC总线106之中分配的电力由连接到输入端102的电源提供。随后由DC/AC逆变器114汲取在一个或更多个DC总线106中分配的电力，以将AC电力供应给连接到输出端116的外部负载。在至少一个示例中，一个或更多个DC总线106可以包括负DC总线和正DC总线，并且DC/DC变换器108和AC/DC变换器104可以被配置为在负DC总线和正DC总线之间均匀地或不均匀地分配DC电力。
对于汲取具有基本正弦波形和0伏特(V)DC偏移的AC电力的负载来说，在两个总线(即，负DC总线和正DC总线)之间均匀分配电力是没有问题的，因为基本相等的电力量从负DC总线和正DC总线被汲取。例如，从正DC总线汲取的电力产生AC电力的正半波，并且从负DC总线汲取的电力产生AC电力的负半波。然而，在典型的现有技术中，当内部电池连接到未从总线的每一个汲取相等的电力量的负载时，在备用操作模式下，出现UPS的问题。
例如，汲取使AC波形的负部分受抑制的经整流的半波AC电力的负载将从正DC总线汲取比从负DC总线汲取的电力更多的电力。如果从电池向正DC总线供应的电力量与从电池向负DC总线供应的电力量基本相等，然而从正DC总线比从负DC总线汲取更多电力，则在典型现有技术的UPS中，DC总线将进入不平衡状态。不平衡的DC总线的特征在于，在DC总线之间的电力电平差异引起DC总线上的电压不平衡，这在这些现有技术系统中引起许多问题，包括效率损失、DC过电压状况和DC欠电压状况。
现有技术的UPS在正常操作模式下也可能出现问题。如以上参考图1所讨论的，在正常操作模式期间，从输入端102供应的AC输入电力由AC/DC变换器104转换成DC电力，并且被分配给一个或更多个DC总线106。例如，对于具有基本上正弦波形和0V DC偏移的AC输入电力来说，在输入AC电力的正半周期期间，AC电力被转换为DC电力，并且被供应给一个或更多个DC总线106中的正DC总线，并且在输入AC电力的负半周期期间，AC电力被转换成DC电力，并且被供应给一个或更多个DC总线106中的负DC总线。因此，在至少一个示例中，将电力供应给一个或更多个DC总线106的频率与输入AC电力的频率直接相关。
供应给一个或更多个DC总线106的输入AC电力中的至少一些可以用于对电池110进行充电。DC/DC变换器108可以被配置为从一个或更多个DC总线106中的负DC总线以及从一个或更多个DC总线106中的正DC总线汲取相等的电力量，转换DC电力，并采用经转换的DC电力对电池110进行充电。
在现有技术系统中，在正常操作模式期间，当相关联的DC/DC变换器交替地从负DC总线和正DC总线汲取电力的频率不与在输入端处接收的输入AC电力波形的频率同步时，问题出现了。因为在输入端处接收的电力以固定频率(即，以输入AC电力的频率)交替供应给负DC总线和正DC总线，所以如果DC/DC变换器不被配置为以与向DC总线供应电力的相同频率交替地从DC总线汲取电力，则DC总线将进入不平衡状态。如以上关于备用操作模式所讨论的，在正常操作模式下DC总线上的电力的不平衡可能类似地导致若干问题，包括例如效率损失。
在UPS100中，提供了一种解决方案，以维持多个DC总线(例如，包括正DC总线和负DC总线)之间的电力平衡，以相对于现有技术UPS(诸如以上讨论的UPS)来提高效率。本文公开的至少一些实施例提供了UPS和电力变换器，其改善多个DC总线上的电压平衡并且提高变换器效率。例如，如本文所述的示例性DC/DC变换器能够以可选频率与一个或更多个DC总线交换电力。本文所述的另外的实施例提供了能够选择与之交换DC电力的一个或更多个DC总线的子集的DC/DC变换器。
图2示出了被配置为解决前述问题的DC/DC变换器108的一个实施例的框图。DC/DC变换器108包括第一变换器202、第二变换器204、变压器206和AC开关208。
DC/DC变换器108可以被配置为在输入端子(未示出)处被耦合到电源(诸如，以上讨论的电池110)，并且还可以被配置为在输出端子(未示出)处被耦合到一个或更多个DC总线，诸如以上讨论的一个或更多个DC总线106。第一变换器202和第二变换器204是至少由一个或更多个开关(例如，双极结型晶体管[BJT]、金属氧化物半导体场效应晶体管[MOSFET]等)组成的变换器。第一变换器202和第二变换器204可以包括若干变换器拓扑结构(包括例如电流馈送推挽变换器、电压馈送推挽变换器以及其他拓扑结构)中的一个。
变压器206包括至少一个初级绕组和至少一个次级绕组，其被配置为提供电力隔离并且降低或提升电力电平。在其他实施例中，可以使用其他类型的变压器。AC开关208包括一个或更多个开关(例如，BJT、MOSFET、硅控整流器[SCR]、用于交流电的三极管[TRIAC]等)，其可以直接耦合在一起或彼此不相干地定位，如以下参考图3-7更详细地讨论的。AC开关208被配置为根据DC/DC变换器108的操作模式来控制在DC/DC变换器108和与其耦合的部件之间的电力交换。
图3示出了在一个实施例中可以实现为DC/DC变换器108的DC/DC变换器300的电路图。DC/DC变换器300被配置为连接在电池110和DC总线304之间，并且还被配置为经由DC总线304连接到DC/AC逆变器114。DC/DC变换器300通信地耦合到控制器112。电池110包括DC电池310和电容器312。DC总线304是DC总线106的一个实施例的图示，并且包括正DC总线314、负DC总线316、参考节点318、第一电容器320和第二电容器322。正DC总线314经由第一电容器320连接至参考节点318，并且负DC总线316经由第二电容器322连接至参考节点318。正DC总线314还连接到AC/DC变换器104的正连接线(未示出)，并且负DC总线316连接到AC/DC变换器104的负连接线(未示出)。
DC/DC变换器300包括变压器324(例如，代表以上讨论的变压器206的一种实施方式的变压器)，其具有经由第一开关网络352(例如，代表第一变换器202)连接到电池110的第一侧(例如，初级侧、次级侧等)，以及经由第二开关网络354(例如，代表第二变换器204)连接到DC总线304的第二侧(例如，次级侧、初级侧等)。变压器324的第一侧包括第一初级绕组326和第二初级绕组328，并且变压器324的第二侧包括第一次级绕组330和第二次级绕组332。关于(例如，变压器324的)变压器绕组的“初级”和“次级”的任何使用纯粹是出于教导目的，并且不应被解释为暗示示例性变压器的任何规格。本文所公开的任何变压器(多个变压器)的任一侧可以被配置为与本领域中理解的术语的初级侧或次级侧一样。
在一个实施例中，第一开关网络352通常被配置为电流馈送推挽式变换器，并且包括耦合到电感器334的第一开关336和第二开关338。在一个实施例中，第二开关网络354通常被配置为电压馈送推挽式变换器，并且包括第三开关340、第四开关342、第五开关344和第六开关346。DC/DC变换器300还包括共同代表AC开关208的一个实施方式的第七开关348和第八开关350，第七开关348和第八开关350耦合在变压器324和DC总线304之间。开关336-350中的每个开关包括连接于其的反并联二极管。控制器112被配置为向开关336-350提供控制信号。
如以下将更详细描述的，控制器112可以被配置为检测、测量和监测第一电容器320和第二电容器322的电压电平，并且将控制信号提供给开关336-350中的一个或更多个开关，以维持第一电容器320和第二电容器322的电压电平的平衡。在至少一个示例中，维持第一电容器320和第二电容器322的电压电平的平衡可以包括操纵开关336-350中的一个或更多个开关，使得从电容器320、322中的每一个电容器汲取的电力大致相当于提供给电容器320、322中的每个电容器的电力，由此将各个电压电平维持于基本上恒定的值。换句话说，控制器112的至少一个实施方式被配置为提供控制信号，使得电容器320、322抵抗其各自净电力电平的变化，由此在电容器320、322中的每个电容器上保持基本恒定的电压电平。
使用储存在相关联的存储器中的数据，控制器112可操作以执行可以产生对一个或更多个开关的导电状态的操纵的一个或更多个指令。在一些示例中，控制器112可以包括一个或更多个处理器或其他类型的控制器。控制器112可以在处理器上执行本文讨论的功能中的一部分功能，并使用适合于执行特定操作的专用集成电路(ASIC)执行另一部分功能。根据本发明的示例可以使用硬件和软件的很多特定组合来执行本文所述的操作，并且本发明不受限于硬件部件和软件部件的任何特定的组合。
如上所讨论，第一开关网络352可以可选地被配置为电流馈送推挽变换器。根据电流馈送推挽式变换器的一个实施方式，并且参照第一开关网络352，第一开关336和第二开关338被配置为交替地传送电力。换句话说，在电流馈送推挽式变换器的完整切换周期的过程中，第一开关336可以被配置为仅在完整切换周期的前半部分期间传送电力，并且第二开关338可以被配置仅在完整切换周期的后半部分期间传送电力。在至少一个示例中，前述示例中的第一开关网络352的控制基本上与第一电容器320和第二电容器322的状态无关。
在通常被称为放电操作模式的第一操作模式中，电池110被配置为将其中存储的电力释放，以对第一电容器320和第二电容器322中的至少一个电容器进行充电。如上所讨论，除了极性不同之外，第一电容器320两端的电压(以及因此的正DC总线314上的相对于参考节点318的电压)理想地与第二电容器322两端的电压(以及因此的负DC总线316上的相对于参考节点318的电压)基本相等。在放电操作模式期间，控制器112被配置为控制第二开关网络354，以通过选择性地向第一电容器320和第二电容器322中的一个或两个电容器提供电力来维持在正DC总线314和负DC总线316上的电压平衡。
在第一示例中，在放电操作模式期间，第一电容器320和第二电容器322之间存在电力不平衡。例如，不平衡可能是由所连接的负载要求经整流的半波AC电力使AC电力波形的负部分受抑制而导致的。因此，负载将经由正DC总线314从第一电容器320汲取比经由负总线316从第二电容器322汲取的电力更多的电力，由此导致如果任其发展的话，在第二电容器322两端的电压高于在第一电容器320两端的电压。响应于检测到电压不平衡，控制器112被配置为向第二开关网络354提供控制信号，以经由正DC总线314向第一电容器320提供更大的电力供应。
可以在第一开关网络352的完整切换周期内经由正DC总线314将电力唯一地提供给第一电容器320。如以上讨论的，在第一开关网络352中，第一开关336和第二开关338被配置为在完整切换周期内交替传送电力。关于在切换周期的前半部分期间的电力传送(例如，第一开关336闭合，同时第二开关338断开)，由此形成从电池110通过电感器334、第一初级绕组326、第一开关336并返回到电池110的导电通路。电流穿过第一初级绕组326，由此在第二次级绕组332中感应出电流。为了将电流引导到第一电容器320，控制器112被配置为在完整切换周期的前半部分期间闭合第七开关348，由此产生从第二次级绕组332通过第五开关344的反并联二极管、第一电容器320、第八开关350的反并联二极管、第七开关348并且返回到第二次级绕组332的导电通路。因此，可以在切换周期的前半部分内向第一电容器320唯一地提供电力。
关于在第一开关网络352的完整切换周期的后半部分期间的电力传送，第一开关336断开，同时第二开关338闭合，由此在第一开关网络352中产生从电池110通过电感器334、第二初级绕组328、第二开关338并返回到电池110的导电通路。电流穿过第二初级绕组328，由此在第一次级绕组330中感应出电流。控制器112被配置为在完整周期的后半部分期间维持第七开关348处于闭合位置，由此产生从第一次级绕组330通过第三开关340的反并联二极管、第一电容器320、第八开关350的反并联二极管、第七开关348并且返回到第一次级绕组330的导电通路。因此，在上述配置中，电力被唯一地提供给第一电容器320。因此，在第一开关网络352的完整切换周期中，电力可唯一地提供给正DC总线314，以对第一电容器320进行充电。
在第二示例中，上述负载可以被配置成在放电操作模式期间从第二电容器322汲取比从第一电容器320汲取的电力更多的电力。因此，可能需要在第一开关网络352的完整周期内唯一地向第二电容器322供应电力，以实现在第一电容器320和第二电容器322中存储的电力的平衡。
关于在第一开关网络352的完整切换周期的前半部分期间的电力传送，第一开关336闭合，同时第二开关338断开，以产生如上所述的通过第一初级绕组326的导电通路，由此感应出通过第一次级绕组330的电流。为了将电流引导到第二电容器322，控制器112被配置为使第八开关350闭合，由此产生从第一次级绕组330通过第七开关348的反并联二极管、第八开关350、第二电容器322、第四开关342的反并联二极管并返回到第一次级绕组330的导电通路。因此，在上述配置中，电力被唯一地提供给第二电容器322。
关于在第一开关网络352的完整切换周期的后半部分期间的电力传送，第一开关336断开，同时第二开关338闭合，以产生如上所述的通过第二初级绕组328的导电通路，由此感应出通过第二次级绕组332的电流。控制器112被配置为维持第八开关350处于闭合位置，由此产生从第二次级绕组332通过第七开关348的反并联二极管、第八开关350、第二电容器322、第六开关346的反并联二极管并返回到第二次级绕组332的导电通路。因此，在上述配置中，电力被唯一地提供给第二电容器322。因此，在第一开关网络352的完整切换周期中，电力可唯一地提供给第二电容器322，以对第二电容器322进行充电。
与现有解决方案相比，前述配置提供了几个优点。例如，第七开关348和第八开关350在闭合位置和断开位置之间交替的频率足够低到使得切换损耗基本可以忽略不计。虽然在前述示例中第二开关网络354的切换频率可以被调谐到第一开关网络352的切换频率，但是第一开关网络352的切换频率不是固定的。因此，AC开关208的切换频率可以在正常操作模式下被调谐到输入AC电源频率，并且可以在备用操作模式下被调谐到输出AC电源频率。第一开关网络352和第二开关网络354的切换频率基于设计参数，其中典型值在千赫(kHz)范围内。
此外，在第二开关网络354的完整切换周期中，第七开关348和第八开关350中的至少一个开关处于导通状态。因为基本上总是存在通过第七开关348和第八开关350的导电通路，所以在开关348、350两端的电压在任何单个时间点处都相对低。因此，可以选择开关348、350与未被配置为始终导电并因此经受较高电压电平的成对的开关相比具有相当低的额定电压。
虽然在前述示例中，电容器320、322中仅一个电容器被描绘为在任何一个时间处被充电，但在可选实施例中，第一电容器320和第二电容器322两者可以以相似或不同的速率同时充电。
图9示出了同步信号902、对于第七开关348的第一控制信号904以及对于第八开关350的第二控制信号906的时序图900。第一控制信号904表示由控制器112发送的用于致动第七开关348的控制信号，并且第二控制信号906表示由控制器112发送的用于致动第八开关350的控制信号。第一控制信号904和第二控制信号906本质上是互补的，使得当其中一个信号处于逻辑高状态时，另一个信号处于逻辑低状态。换句话说，互补信号彼此基本上相差180°的相位。
第一控制信号904和第二控制信号906的频率取决于同步信号902，同步信号902又取决于UPS100的操作模式。例如，如果UPS100处于充电操作模式，则同步信号的频率以及因此的第一控制信号904和第二控制信号906可以表示输入电源信号的频率。可选地，如果UPS100处于放电操作模式，则同步信号902的频率可表示输出供应信号的频率。
如上所述，在充电操作模式期间，在第一电容器320与第二电容器322之间也可能存在电压不平衡。如果DC/DC变换器300被设置在具有连接到例如AC主电源(连接未示出)的输入端的UPS中，则电力将以输入AC电力的频率交替地供应给第一电容器320(例如，在输入AC电力的正半周期期间)和第二电容器322(例如，在输入AC电力的负半周期期间)。在至少一个实施例中，DC/DC变换器300将使DC/DC变换器300从第一电容器320和第二电容器322汲取电力的频率与由AC主电源向第一电容器320和第二电容器322供应电力的频率同步。
如上所述，第二开关网络354可以被配置为电压馈送推挽式变换器。在电压馈送推挽式变换器的完整切换周期中，电压馈送推挽式变换器在一个实施例中被配置为交替地向第一次级绕组330和第二次级绕组332供应电力，如以下更详细讨论的。
在充电模式的第一示例中，AC主电源在AC输入电力波形的完整周期的前半部分(例如，正半波)期间向第一电容器320提供电力。响应于检测到第一电容器320两端的电压，控制器112可操作以交替地将电流从第一电容器320引导到第一次级绕组330和第二次级绕组332。
为了将电流从第一电容器320引导到第一次级绕组330，控制器112可操作地闭合第三开关340和第八开关350，由此产生从第一电容器320通过第三开关340、第一次级绕组330、第七开关348的反并联二极管、第八开关350并且返回到第一电容器320的导电通路。电流随后穿过第一次级绕组330，由此在第二初级绕组328中感应出电流。虽然第一开关336和第二开关338都维持处于断开位置，但是形成从第二初级线圈328通过电感器334、电池110、第二开关338的反并联二极管并且返回到第二初级绕组328的导电通路。因此，在所描述的配置中，电力从第一电容器320供应，以经由第一次级绕组330对电池110进行充电。
为了将电流从第一电容器320引导到第二次级绕组332，控制器112被配置为维持第八开关350处于闭合位置，并且还被配置为使第五开关344闭合。由此产生从第一电容器320通过第五开关344、第二次级绕组332、第七开关348的反并联二极管、第八开关350并且返回到第一电容器320的导电通路。电流随后穿过第二次级绕组332，由此在第一初级绕组326中感应出电流。如以上讨论的，第一开关336和第二开关338维持处于断开位置。然而，电流穿过从第一初级绕组326通过电感器334、电池110、第一开关336的反并联二极管并且返回到第一初级绕组326的导电通路。因此，在上述配置中，电力从第一电容器320供应，以经由第二次级绕组332对电池110进行充电。
在充电模式的第二示例中，AC主电源在AC输入电力波形的完整周期的后半部分(例如，负半波)期间向第二电容器322提供电力。响应于第二电容器322两端的电压，控制器112可操作以交替地将电流从第二电容器322引导到第一次级绕组330和第二次级绕组332。
为了将电流从第二电容器322引导到第一次级绕组330，控制器112可操作以使第四开关342和第七开关348闭合，由此产生从第二电容器322通过第八开关350的反并联二极管、第七开关348、第一次级绕组330、第四开关342并且返回到第二电容器322的导电通路。电流随后穿过第一次级绕组330，由此在第一初级绕组326中感应出电流。虽然第一开关336和第二开关338都维持处于断开位置，但是形成从第一初级绕组326通过电感器334、电池110、第一开关336的反并联二极管并且返回到第一初级绕组326的导电通路。因此，在上述配置中，电力从第二电容器322供应，以经由第一次级绕组330对电池110进行充电。
为了将电流从第二电容器322引导到第二次级绕组332，控制器112被配置为维持第七开关348处于闭合位置，并且还被配置为使第六开关346闭合。由此产生从第二电容器322通过第八开关350的反并联二极管、第七开关348、第二次级绕组332、第六开关346并且返回到第二电容器322的导电通路。电流随后穿过第二次级绕组332，由此在第二初级绕组328中感应出电流。如以上讨论的，第一开关336和第二开关338维持处于断开位置。然而，电流穿过从第二初级绕组328通过电感器334、电池110、第二开关338的反并联二极管并且返回到第二初级绕组328的导电通路。因此，在上述配置中，电力从第二电容器322供应，以经由第二次级绕组332对电池110进行充电。
图10示出了在充电模式下切换信号的时序图1000。时序图1000包括对于第七开关348的第一控制信号904、对于第八开关350的第二控制信号906、对于第四开关342的第三控制信号1008、对于第六开关346的第四控制信号1010、对于第三开关340的第五控制信号1012以及对于第五开关344的第六控制信号1014，其中，这些控制信号中的每个控制信号被配置为表示逻辑低状态和逻辑高状态中的一个状态，并且指示由控制器112发送用于致动相应的开关的控制信号。
如以上讨论的，第七开关348和第八开关350由互补信号904、906控制，互补信号904、906被配置为与同步信号902同步交替地断开和闭合开关348、350。当第一控制信号904处于逻辑高状态并且第二控制信号906处于互补的逻辑低状态时，第三控制信号1008和第四控制信号1010被配置为以比同步信号902的频率更高的频率在逻辑上彼此互补的逻辑高状态和逻辑低状态之间交替。换句话说，当第七开关348处于闭合位置时，第四开关342和第六开关346被配置为在充电模式期间交替地导通，以从第二电容器322汲取电力。第二控制信号906、第五控制信号1012和第六控制信号1014保持处于逻辑低状态，由此将第八开关350、第三开关340和第五开关344保持处于断开位置。
当第一控制信号904处于逻辑低状态并且第二控制信号906处于互补的逻辑高状态时，第五控制信号1012和第六控制信号1014被配置为以比同步信号902的频率更高的频率在逻辑上彼此互补的逻辑高状态和逻辑低状态之间交替。换句话说，当第八开关350处于闭合位置时，第三开关340和第五开关344被配置为在充电模式期间交替地导通，以从第一电容器320汲取电力。第一控制信号904、第三控制信号1008和第四控制信号1010保持处于逻辑低状态，由此将第七开关348、第四开关342和第六开关346保持处于断开位置。
在以上讨论的实施例中，电池110可以在充电操作模式期间由第一电容器320和第二电容器322交替地充电。第一电容器320和第二电容器322的充电间隔与从AC输入源接收的输入AC电力的频率同步，使得在第一电容器320和在第二电容器322两端的电压不平衡减小。虽然前述描述的特征在于第一电容器320和第二电容器322交替地放电，但应当认识到，第一电容器320和第二电容器322也可以同时放电，或者电容器320、322中的仅一个电容器可以是无限期地排放。
此外，虽然图10的时序图1000针对充电模式的一个示例，但是类似的时序图适用于充电模式的替代示例、放电模式的示例等，由此开关由控制器112发送的信号启动。
在其他实施例中，以下参照图4-7进行描述，可以实施替代的电路拓扑，以实现以上讨论的类似优点，对本文描述的控制信号进行最小限度的修改(如果有修改的话)。
图4示出了根据UPS100中的DC/DC变换器108的替代实施例的DC/DC变换器400。在所示实施例中，DC/DC变换器400包括与DC/DC变换器300相似的部件，并从控制器112接收类似的控制信号。然而，相对于DC/DC变换器300，这些部件中的至少一些部件的连接被改变。
在所示实施例中，DC/DC变换器400包括分别代替如以上参考图3所讨论的第七开关348和第八开关350的第七开关448和第八开关450。第七开关448的第一端子连接到第三开关340的第一端子及第五开关344的第一端子。第七开关448的第二端子连接到第一电容器320的第一端子，并且连接到DC/AC逆变器114。第八开关450的第一端子连接到第二电容器322的第一端子，并且连接到DC/AC逆变器114。第八开关450的第二端子连接到第四开关342的第二端子及第六开关346的第二端子。参考节点318连接在第一次级绕组330和第二次级绕组332之间，并且耦合在第一电容器320和第二电容器322之间。
在所示实施例中，开关336-346、448和450中的每个开关的第一端子对应于连接到相应开关336-346、448和450中的每个开关的反并联二极管的阴极端子，并且开关336-346、448和450中的每个开关的第二端子对应于连接到相应开关336-346、448和450中的每个开关的反并联二极管的阳极端子。在替代实施例中，开关336-346、448和450中的每个开关的第一端子对应于连接到相应开关336-346、448和450中的每个开关的反并联二极管的阳极端子，并且开关336-346、448和450中的每个开关的第二端子对应于连接到相应开关336-346、448和450中的每个开关的反并联二极管的阴极端子。在其他实施例中，开关336-346、448和450中的每个开关的第一端子是指连接到开关336-346、448和450中的每个开关的反并联二极管的阳极端子或反并联二极管的阴极端子。类似地，开关336-346、448和450中的每个开关的第二端子是指连接到开关336-346、448和450中的每个开关的反并联二极管的阳极端子或反并联二极管的阴极端子。
如以上描述的，控制器112被配置为向DC/DC变换器400发送与以上关于DC/DC变换器300所讨论的控制信号类似的控制信号。在第一示例中，其中，DC/DC变换器400处于充电模式，可能需要在AC电源的正半周期期间唯一地从第一电容器320向电池110提供电力。在完整切换周期的前半部分期间，控制器112被配置为使第三开关340闭合，由此产生从第一电容器320通过第七开关448的反并联二极管、第三开关340、第一次级绕组330并返回到第一电容器320的导电通路。穿过第一次级绕组330的电流在第二初级绕组328中感应出电流，并且感应电流穿过电感器334、电池110、第二开关338的反并联二极管并且返回到第二初级绕组328。因此，DC/DC变换器400被配置为在完整切换周期的前半部分期间唯一地从第一电容器320经由第二初级绕组328和第一次级绕组330给电池110充电。
在完整切换周期的后半部分期间，控制器112被配置为向DC/DC变换器400提供用于使第五开关344闭合的控制信号，由此产生从第一电容器320通过第七开关448的反并联二极管、第五开关344、第二次级绕组332并且返回到第一电容器320的导电通路。穿过第二次级绕组332的电流在第一初级绕组326中感应出电流，并且感应电流穿过电感器334、电池110、第一开关336的反并联二极管并且返回到第一初级绕组326。因此，DC/DC变换器400被配置为在完整切换周期的后半部分期间唯一地从第一电容器320经由第一初级绕组326和第二次级绕组332给电池110充电。
在AC电源的负半周期期间以及在完整切换周期的前半部分期间，控制器112被配置为向DC/DC变换器400提供控制信号以闭合第六开关346，由此产生从第二电容器322通过第二次级绕组332、第六开关346、第八开关450的反并联二极管并且返回到第二电容器322的导电通路。穿过第二次级绕组332的电流在第二初级绕组328中感应出电流，并且感应电流穿过电感器334、电池110、第二开关338的反并联二极管并且返回到第二初级绕组328。因此，DC/DC变换器400被配置为在所描述的配置中唯一地从第二电容器322经由第二初级绕组328和第二次级绕组332给电池110充电。
在AC电源的负半部分期间以及在完整切换周期的后半部分期间，控制器112被配置为向DC/DC变换器400提供控制信号以闭合第四开关342，由此产生从第二电容器322通过第一次级绕组330、第四开关342、第八开关450的反并联二极管并且返回到第二电容器322的导电通路。穿过第一次级绕组330的电流在第一初级绕组326中感应出电流，并且感应电流穿过电感器334、电池110、第一开关336的反并联二极管并且返回到第一初级绕组326。因此，DC/DC变换器400被配置为在所描述的配置中唯一地从第二电容器322经由第一初级绕组326和第一次级绕组330给电池110充电。
在第二示例中，DC/DC变换器400还可以被配置为从电池110对第一电容器320和第二电容器322充电。在第二示例的第一时间段期间，电池110被配置为经由第一初级绕组326和第二次级绕组332对第一电容器320充电。控制器112被配置为使第一开关336闭合，由此产生从电池110通过电感器334、第一初级绕组326、第一开关336并且返回到电池110的导电通路，以在第二次级绕组332中感应出电流。控制器112还被配置为使第七开关448闭合，由此产生对于感应电流穿过的从第二次级绕组332通过第五开关344的反并联二极管、第七开关448、第一电容器320并且返回到第二次级绕组332的导电通路。因此，电池110被配置为在第一时间段期间经由第一初级绕组326和第二次级绕组332对第一电容器320充电。
在第二时间段期间，电池110被配置为经由第二初级绕组328和第一次级绕组330对第一电容器320充电。控制器112被配置为使第二开关338闭合，由此产生从电池110通过电感器334、第二初级绕组328、第二开关338并且返回到电池110的导电通路，以在第一次级绕组330中感应出电流。控制器112还被配置为使第七开关448闭合，由此产生对于感应电流穿过的从第一次级绕组330通过第三开关340的反并联二极管、第七开关448、第一电容器320并且返回到第一次级绕组330的导电通路。因此，电池110被配置为在第二时间段期间经由第二初级绕组328和第一次级绕组330对第一电容器320充电。
在第三时间段期间，电池110被配置为经由第一初级绕组326和第一次级绕组330对第二电容器322充电。控制器112被配置为使第一开关336闭合，由此产生从电池110通过电感器334、第一初级绕组326、第一开关336并且返回到电池110的导电通路，以在第一次级绕组330中感应出电流。控制器112还被配置为使第八开关450闭合，由此产生对于感应电流穿过的从第一次级绕组330通过第二电容器322、第八开关450、第四开关342的反并联二极管并且返回到第一次级绕组330的导电通路。因此，电池110被配置为在第三时间段期间经由第一初级绕组326和第二初级绕组330对第二电容器322充电。
在第四时间段期间，电池110被配置为经由第二初级绕组328和第二次级绕组332对第二电容器322充电。控制器112被配置为使第二开关338闭合，由此产生从电池110通过电感器334、第二初级绕组328、第二开关338并且返回到电池110的导电通路，以在第二次级绕组328中感应出电流。控制器112还被配置为使第八开关450闭合，由此产生对于感应电流穿过的从第二次级绕组332通过第二电容器322、第八开关450、第六开关346的反并联二极管并且返回到第二次级绕组332的导电通路。因此，电池110被配置为在第四时间段期间经由第二初级绕组328和第二次级绕组332对第二电容器322充电。
第一、第二、第三和第四时间段可以以任何顺序执行。这些时间段中的每个时间段都被数字化地标识出来，仅供教学目的，并且通过第一、第二、第三和第四时间段的编号没有暗示时间限制。
图5示出了根据另一示例的可用作DC/DC变换器108的DC/DC变换器500。在所示实施例中，DC/DC变换器500包括与DC/DC变换器300的部件相似的部件，并从控制器112接收类似的控制信号。然而，相对于DC/DC变换器300，DC/DC变换器500的部件中的至少一些部件的连接被改变。
例如，DC/DC变换器500包括代替DC/DC变换器300中描绘的电感器334的电感器534。在DC/DC变换器300中，电感器334被配置为在第一开关网络352中被实施。电感器334的第一端子连接到电池110，并且电感器334的第二端子连接在第一初级绕组326和第二初级绕组328之间。在DC/DC变换器500中，电感器534被配置为在第二开关网络354中被实施。电感器534的第一端子连接到第七开关348，并且电感器534的第二端子连接在第一次级绕组330和第二次级绕组332之间。
在一个实施例中，由控制器112提供给DC/DC变换器500的控制信号与由控制器112提供给DC/DC变换器300的控制信号基本相同。然而，至少部分特征在于相对于电感器334的电感器534的布置的、DC/DC变换器500相对于DC/DC变换器300的替代拓扑结构提供了DC/DC变换器500的替代的操作特性。
图6示出了根据另一示例的可用作DC/DC变换器108的DC/DC变换器600。在所示实施例中，DC/DC变换器600包括与DC/DC变换器400的部件相似的部件，并从控制器112接收类似的控制信号。然而，相对于DC/DC变换器400，DC/DC变换器600的部件中的至少一些部件的连接被改变。
例如，DC/DC变换器600包括代替DC/DC变换器400中描绘的电感器334的电感器634。在DC/DC变换器400中，电感器334被配置为在第一开关网络352中被实施。电感器334的第一端子连接到电池110，并且电感器334的第二端子连接在第一初级绕组326和第二初级绕组328之间。在DC/DC变换器600中，电感器634被配置为在第二开关网络354中被实施。电感器634的第一端子连接在第一电容器320和第二电容器322之间，并且电感器634的第二端子连接在第一次级绕组330和第二次级绕组332之间。
在一个实施例中，由控制器112提供给DC/DC变换器600的控制信号与由控制器112提供给DC/DC变换器400的控制信号基本相同。然而，至少部分特征在于相对于电感器334的电感器634的布置的、DC/DC变换器600相对于DC/DC变换器500的替代拓扑结构提供了DC/DC变换器600的替代的操作特性。
图7示出了根据另一示例的、可用于代替DC/DC变换器108的DC/DC变换器700。在所示实施例中，DC/DC变换器700包括与DC/DC变换器300相似的部件，并从控制器112接收类似的控制信号。然而，相对于DC/DC变换器400，DC/DC变换器700的部件中的至少一些部件的连接被改变。
例如，DC/DC变换器700包括代替电感器334的第一电感器734a和第二变换器734b。在DC/DC变换器300中，电感器334被配置为在第一开关网络352中被实施。电感器334的第一端子连接到电池110，并且电感器334的第二端子连接在第一初级绕组326和第二初级绕组328之间。
在DC/DC变换器700中，第一电感器734a和第二电感器734b被配置为耦合到第二开关网络354。第一电感器734a的第一端子连接到第三开关340和第五开关344，并且第一电感器734a的第二端子连接到第一电容器320和DC/AC逆变器114。第二电感器734b的第一端子连接到第四开关342和第六开关346，并且第二电感器734b的第二端子连接到第二电容器322和DC/AC逆变器106。
在一个实施例中，由控制器112提供给DC/DC变换器700的控制信号与由控制器112提供给DC/DC变换器300的控制信号类似。然而，至少部分特征在于相对于电感器534的电感器734a和734b的布置的、DC/DC变换器700相对于DC/DC变换器500的替代拓扑结构提供了DC/DC变换器700的替代的操作特性。
图8示出了以上讨论的放电操作模式期间使连接到负载(例如，连接到输出端116)的电容器(例如，第一电容器320、第二电容器322等)的电压电平保持平衡的过程800。过程800可以由控制器112执行，并且包括检测用于负载的相位和频率参数、检测电容器上的一个或更多个电压电平、致动一个或更多个开关以及在电容器上维持基本上恒定的电压电平的动作。控制器112可以至少在以上参考图3-7讨论的拓扑结构中的任何拓扑结构中执行过程800。
在动作802处，过程800开始。在动作804处，控制器112检测用于连接到输出端116的负载的电压相位和频率的要求。例如，控制器112可以检测到输出电压需要特定的相位偏移，以及电压必须以特定频率被供应。在动作806处，控制器112检测电容器上的一个或更多个电压电平。例如，控制器112可以收集一个或更多个电压测量结果，并使用一个或更多个电压测量结果来检测电容器上的电压电平是增加、减小还是保持不变。在替代实施例中，控制器112可以收集代替一个或更多个电压测量结果的或除了一个或更多个电压测量结果之外的一个或更多个电流测量结果，以间接地计算电容器的电压电平。
在动作808处，控制器112基于电容器的电压电平并且基于负载的相位和频率的要求，向第一开关网络352、第二开关网络354和AC开关208中的一个或更多个开关提供控制信号。在动作810处，通过例如补偿电容器的电压电平的降低或增加来维持电容器的电压电平。在动作812处，过程800结束。
通过示例的方式，并继续参考图8，可以针对连接于输出端116的负载正在从其汲取电力的第一电容器320来执行过程800。在动作804处，控制器112检测负载的输出电压相位和频率的要求。在动作806处，控制器112检测第一电容器320的一个或更多个电压电平，并检测到第一电容器320的电压电平正在下降。例如，在放电操作模式下由于来自连接到DC/AC逆变器114的负载的对第一电容器320上汲取的电力增加，因此第一电容器320的电压电平可能降低。
在动作808处，控制器112致动第一开关网络352、第二开关网络354和AC开关208中的一个或更多个开关，以产生从电池110到第一电容器320的导电通路。例如，根据负载的电压相位和频率的要求，控制器112可以使第一开关336和第七开关348闭合，由此产生如以上至少参考图3所讨论的从电池110到第一电容器320的通路。在动作810处，通过从电池110向第一电容器320提供第一电力量来维持第一电容器320的电压电平，第一电力量基本上等于由负载从第一电容器320汲取的电力量。如以上讨论的，控制器112可调制开关336-350的状态，使得电力在变压器324的初级绕组和次级绕组之间均匀地分布。在动作812处，过程800结束。
虽然前述示例针对放电操作模式，但是过程800也可以以充电操作模式执行。例如，响应于在充电操作模式期间检测到第一电容器320的电压电平的增加，控制器112可以致动开关336-350中的一个或更多个开关，以使第一电容器320放电给电池110。因此，在充电操作模式和放电操作模式期间，可以维持第一电容器320的电压电平。
此外，虽然前述示例已经针对第一电容器320，但是可以类似地执行过程800，以与参考第一电容器320执行过程800同时、之后、之前、与参考第一电容器320执行过程800交替执行或代替参考第一电容器320执行过程800而维持第二电容器322上的电压电平。提供给第二电容器322的电力量可以与提供给第一电容器320的电力量相等或不同。在至少一个示例中，理想的是将第一电容器320和第二电容器322维持在基本相等的电压电平处。因此，在第一电容器320和第二电容器322中的每个电容器的电压电平必须维持在恒定的电压电平处，以保持第一电容器320和第二电容器322的电压电平相等。
根据前述内容将理解的是，可以操纵一个或更多个开关的状态以控制向DC/DC变换器内的一个或更多个DC总线提供电力以及从DC/DC变换器内的一个或更多个DC总线提供电力。对于总线中的各个总线的单独控制允许使在总线之间电力分配平衡，因为从每个总线汲取的电力量可以与提供给每个相应总线的电力量相匹配。因此，本文提供了更平衡且高效的DC/DC变换器，以供在利用DC/DC变换器的任何部件(诸如，UPS)中实施。
此外，上述益处可以通过一个以上的实施例来实现。例如，以上参考图3-7讨论的DC/DC变换器包括基本上类似的部件，以实现基本上类似的结果(例如，控制各个DC总线的电压和电力交换)。然而，替代的设计因素可能会引起对部件的类型、数量或配置的修改，如由以上讨论的替代的但基本类似的实施例所证明的。虽然以上讨论的某些实施例讨论了UPS中的DC/DC变换器的实施方式，但是本文讨论的DC/DC变换器可以在任何合适的电力设备中被实施。本文讨论的DC/DC变换器可以输出和接收宽范围的电压，并且不限于特定的电压值或多个电压值。尽管本文讨论的DC/DC变换器已经被描述为连接到外部电源(诸如，AC主电源)，但是应该认识到，DC/DC变换器可以被耦合到任何外部或内部的AC或DC电源，或者可以没有耦合到任何额外的AC或DC电源。此外，本文描述为从AC电力操作或提供AC电力的设备的实施例可以以包括50Hz和60Hz的多个不同AC线路频率来操作。
在这样描述了本发明的至少一个实施例的几个方面后，应认识到，本领域的技术人员将容易想到各种替换、修改和改善。这种替换、修改和改善旨在成为本公开的一部分，并且旨在在本发明的精神和范围内。因此，前文的描述和附图仅仅是示例性的。

Claims (20)

1.一种电力变换器系统，包括：
第一开关电路，所述第一开关电路被配置为接收第一直流电压；
第二开关电路，所述第二开关电路耦合到所述第一开关电路，所述第二开关电路具有正连接线和负连接线以接收第二直流电压；
第一电容器，所述第一电容器耦合在所述正连接线和中性点之间；
第二电容器，所述第二电容器耦合在所述负连接线和所述中性点之间；
交流开关电路，其耦合到所述第一电容器并且耦合到所述第二电容器；
变压器，所述变压器具有至少一个初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，所述至少一个初级绕组耦合到所述第一开关电路，并且所述第一次级绕组和所述第二次级绕组耦合到所述第二开关电路和所述交流开关电路；以及
控制器，所述控制器耦合到所述第一开关电路、所述第二开关电路和所述交流开关电路，并且被配置为：
检测所述第一电容器与所述第二电容器之间的电压不平衡；以及
响应于检测到所述电压不平衡，控制所述交流开关电路以增加提供给所述第一电容器和所述第二电容器中的一个的电力量，
其中，提供给所述第一电容器和所述第二电容器中的一个的所述电力量的增加包括从所述第一次级绕组和所述第二次级绕组两者提供电力。
2.根据权利要求1所述的电力变换器系统，其中，所述控制器还被配置为操作所述第一开关电路、所述第二开关电路和所述交流开关电路，以从提供所述第一直流电压的第一电压源向所述第一电容器提供第一电力量，并且从所述第一电压源向所述第二电容器提供第二电力量，所述第一电力量基本上等于从所述第一电容器汲取的电力量，并且所述第二电力量基本上等于从所述第二电容器汲取的电力量。
3.根据权利要求2所述的电力变换器系统，其中，所述控制器还被配置为操作所述第一开关电路、所述第二开关电路和所述交流开关电路，以从所述第一电容器向所述第一电压源提供第三电力量，并且从所述第二电容器向所述第一电压源提供第四电力量，所述第三电力量基于从第二电压源提供给所述第一电容器的电力量，并且所述第四电力量基于从所述第二电压源提供给所述第二电容器的电力量。
4.根据权利要求1所述的电力变换器系统，其中，所述控制器还被配置为操作所述第一开关电路、所述第二开关电路和所述交流开关电路，以在给定时间处向所述第一电容器和所述第二电容器中的至多一个电容器提供电力。
5.根据权利要求1所述的电力变换器系统，其中，所述控制器还被配置为操作所述第一开关电路、所述第二开关电路和所述交流开关电路，以在给定时间处从所述第一电容器和所述第二电容器中的至多一个电容器汲取电力。
6.根据权利要求1所述的电力变换器系统，其中，所述至少一个初级绕组包括第一初级绕组和第二初级绕组。
7.根据权利要求6所述的电力变换器系统，其中，所述控制器还被配置为操作所述第一开关电路、所述第二开关电路和所述交流开关电路，以通过所述第一初级绕组和所述第一次级绕组从所述第一电容器和所述第二电容器汲取第一电力量，所述第一电力量与通过所述第二初级绕组和所述第二次级绕组从所述第一电容器和所述第二电容器汲取的第二电力量保持平衡。
8.根据权利要求6所述的电力变换器系统，其中，所述控制器还被配置为操作所述第一开关电路、所述第二开关电路和所述交流开关电路，以通过所述第一初级绕组和所述第一次级绕组向所述第一电容器和所述第二电容器提供第一电力量，所述第一电力量与通过所述第二初级绕组和所述第二次级绕组向所述第一电容器和所述第二电容器提供的第二电力量保持平衡。
9.一种控制电力变换器的方法，所述电力变换器包括变压器，所述变压器具有至少一个初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，所述方法包括：
检测第一电容器两端的第一电压；
检测第二电容器两端的第二电压；
基于所述第一电压和所述第二电压，检测所述第一电容器和所述第二电容器之间的电压不平衡；以及
响应于检测到所述电压不平衡，致动在第一开关电路和第二开关电路中的至少一个开关电路中的第一组一个或更多个开关和交流开关电路中的第二组一个或多个开关，所述第一开关电路耦合到所述至少一个初级绕组，所述第二开关电路耦合到所述第一次级绕组和所述第二次级绕组，所述交流开关电路耦合到所述第一次级绕组和所述第二次级绕组，以增加提供给所述第一电容器和所述第二电容器中的一个的电力量，
其中，在增加提供给所述第一电容器和所述第二电容器中的一个的所述电力量时，由所述第一次级绕组和所述第二次级绕组两者提供电力。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下动作：
以第一操作模式检测由第一电压源提供给所述第一电容器的第一电力量和提供给所述第二电容器的第二电力量；
致动在所述第一开关电路和所述第二开关电路中的至少一个开关电路中的第三组一个或更多个开关；以及
响应于所述第三组一个或更多个开关被致动，向第二电压源提供来自所述第一电容器的第三电力量和来自所述第二电容器的第四电力量，所述第一电力量基于所述第三电力量，并且所述第二电力量基于所述第四电力量。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下动作：
以第二操作模式检测从所述第一电容器汲取的第五电力量和从所述第二电容器汲取的第六电力量；
致动在所述第一开关电路和所述第二开关电路中的至少一个开关电路中的第四组一个或更多个开关；以及
响应于所述第四组一个或更多个开关被致动，从所述第二电压源向所述第一电容器提供第七电力量并且向所述第二电容器提供第八电力量，所述第五电力量基于所述第七电力量，并且所述第六电力量基于所述第八电力量。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括以下动作：控制所述第一开关电路和所述第二开关电路以从所述第一电容器和所述第二电容器中的至多一个电容器向所述第二电压源提供电力。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括以下动作：控制所述第一开关电路和所述第二开关电路以从所述第一电容器和所述第二电容器中的至多一个电容器汲取电力。
14.根据权利要求9所述的方法，还包括以下动作：由所述第一开关电路和所述第二开关电路通过所述变压器分别与所述第二开关电路和所述第一开关电路双向地交换电力，其中所述至少一个初级绕组包括第一初级绕组和第二初级绕组。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括以下动作：操作所述第一开关电路和所述第二开关电路，使得由所述第一电容器和所述第二电容器通过所述第一初级绕组和所述第一次级绕组提供的电力与由所述第一电容器和所述第二电容器通过所述第二初级绕组和所述第二次级绕组提供的电力保持平衡。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括以下动作：操作所述第一开关电路和所述第二开关电路，使得通过所述第一初级绕组和所述第一次级绕组向所述第一电容器和所述第二电容器提供的电力与通过所述第二初级绕组和所述第二次级绕组向所述第一电容器和所述第二电容器提供的电力保持平衡。
17.根据权利要求9所述的方法，还包括以下动作：维持在所述第一电容器和所述第二电容器中的每个电容器两端的基本恒定的电压电平。
18.一种电力变换器系统，包括：
第一开关电路，所述第一开关电路被配置为接收第一直流电压；
第二开关电路，所述第二开关电路耦合到所述第一开关电路，所述第二开关电路具有正连接线和负连接线，以接收第二直流电压；
第一电容器，所述第一电容器耦合在所述正连接线和中性点之间；
第二电容器，所述第二电容器耦合在所述负连接线和所述中性点之间；
变压器，所述变压器具有至少一个初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，所述至少一个初级绕组耦合到所述第一开关电路，并且所述第一次级绕组和所述第二次级绕组耦合到所述第二开关电路；以及
用于检测所述第一电容器与所述第二电容器之间的电压不平衡以及响应于检测到所述电压不平衡来增加提供给所述第一电容器和所述第二电容器中的一个的电力量的装置；
其中，提供给所述第一电容器和所述第二电容器中的一个的所述电力量的增加包括从所述第一次级绕组和所述第二次级绕组两者提供电力的装置。
19.根据权利要求18所述的电力变换器系统，其中，所述第一开关电路是电流馈送推挽式变换器，并且所述第二开关电路是电压馈送推挽式变换器。
20.根据权利要求18所述的电力变换器系统，其中，所述至少一个初级绕组包括第一初级绕组和第二初级绕组。
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