CN111262330B - 三相ups总线平衡器 - Google Patents

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Abstract

根据三相UPS总线平衡器的一个方面，本文实施例提供一种UPS，包括：多个输入端；一PFC转换器，配置成用以将三相输入电力转换成DC电力；一逆变器，耦合到一正DC总线和一负DC总线，及配置成用以将从所述正DC总线和所述负DC总线接收的所述DC电力转换成输出AC电力；一第一输出端，配置成用以将来自所述逆变器的所述输出AC电力的一第一部分提供给一负载；一第二输出端，配置成用以将来自所述逆变器的所述输出AC电力的一第二部分提供给所述负载；一第三输出端，配置成用以通过所述逆变器选择性地耦合到一中性线；及一控制器，配置成用以操作所述逆变器以通过所述第三输出端和所述逆变器在所述负载和所述中性线之间产生电流。

Description

三相UPS总线平衡器
技术领域
本发明总体上涉及一种不间断电源(UPS)。
背景技术
已知使用诸如不间断电源(UPS)之类的电力设备来为敏感和/或关键负载，诸如计算机系统和其他数据处理系统提供经调节不间断的电力。已知的不间断电源包括在线UPS、离线UPS、在线交互式UPS以及其他类型。在线UPS会在主要AC电力来源中断时提供经过调节的AC电源以及备用AC电源。离线UPS通常不提供输入AC电力的调节，但会在主要AC电力来源中断时提供备用AC电源。在线互动式UPS与离线式UPS相似，它们在停电时会切换到电池电力，但通常还包括一多抽头变压器(multi-tap transformer)，用于调节UPS所提供的输出电压。
发明内容
本发明的至少一个方面针对一种不间断电源(UPS)，包括：多个输入端，配置成用以耦合到一三相AC电力来源及配置成用以从所述三相AC电力来源接收三相输入电力；一PFC转换器，耦合到所述多个输入端及配置成用以将所述三相输入电力转换成DC电力；一正DC总线，耦合到所述PFC转换器；一负DC总线，耦合到所述PFC转换器；一逆变器，耦合到所述正DC总线和所述负DC总线，及配置成用以将从所述正DC总线和所述负DC总线接收的所述DC电力转换成输出AC电力；一第一输出端，耦合到所述逆变器及配置成用以耦合到一负载，以及配置成用以将来自所述逆变器的所述输出AC电力的一第一部分提供给所述负载；一第二输出端，耦合到所述逆变器及配置成用以与所述第一输出端并联耦合到所述负载，以及配置成用以将来自所述逆变器的所述输出AC电力的一第二部分提供给所述负载；一中性线，配置成用以耦合到所述负载；一第三输出端，配置成用以耦合到所述负载以及通过所述逆变器选择性地耦合到所述中性线；以及一控制器，耦合到所述逆变器及配置成用以操作所述逆变器以将所述第三输出端耦合到所述中性线，以及配置成用以操作所述逆变器以通过所述第三输出端和所述逆变器在所述负载和所述中性线之间产生电流。
根据一实施例，所述逆变器包括耦合于所述第三输出端和所述中性线之间的一第一开关，以及在操作所述逆变器以通过所述第三输出端和所述逆变器在所述负载和所中性线之间产生电流时，所述控制器还被配置成用以操作所述第一开关以将所述第三输出端耦合到所述中性线。在一实施例中，所述控制器还配置成用以操作所述逆变器以将通过所述第三输出端和所述逆变器在所述负载和所述中性线之间产生的所述电流调制到一期望电平。在另一实施例中，所述控制器还配置成用以操作所述逆变器以将通过所述第三输出端和所述逆变器在所述负载和所述中性线之间产生的所述电流调制为与通过所述中性线的电流相同的电平。
根据另一实施例，所述控制器还配置成用以操作所述逆变器以将通过所述第三输出端和所述逆变器在所述负载和所述中性线之间产生的所述电流调制为与通过所述第一输出端提供给所述负载的所述输出AC电力的所述第一部分的输出电流呈反相，以及调制为与通过所述第二输出端提供给所述负载的所述输出AC电力的所述第二部分的输出电流呈反相。在一实施例中，所述逆变器还包括：一第二开关，耦合在所述第三输出端和所述正DC总线之间；及一第三开关，耦合在所述第三输出端和所述负DC总线之间，其中，在操作所述逆变器以调制通过所述第三输出端和所述逆变器在所述负载和所述中性线之间产生的所述电流时，所述控制器还配置成用以操作所述第二开关以在所述正DC总线和所述第三输出端之间产生电流以及操作所述第三开关以在所述负DC总线和所述第三输出端之间产生电流。
根据一实施例，所述控制器还配置成用以将所述逆变器用作一总线平衡器以在所述正DC总线和所述负DC总线之间传递能量。在一实施例中，所述UPS还包括：一正总线电容器，耦合在所述正DC总线和所述中性线之间，其中在将所述逆变器用作一总线平衡器时，所述控制器还配置用以操作所述逆变器以与所述负DC总线共享所述正DC总线电容器中的波纹电流。在另一实施例中，所述UPS还包括：一负总线电容器，耦合在所述负DC总线和所述中性线之间，其中在将所述逆变器用作一总线平衡器时，所述控制器还配置成用以操作所述逆变器以与所述负DC总线共享所述负DC总线电容器中的纹波电流。在一实施例中，在将所述逆变器用作一总线平衡器时，所述控制器还配置成用以操作所述第一开关以将所述第三输出端与所述中性线解耦，以及配置成用以操作所述第二开关和所述第三开关以在正DC总线和负DC总线之间传递能量。
本发明的另一方面涉及一种用于操作UPS的方法，所述UPS包括：多个输入端，配置成用以耦合到一三相AC电源；一PFC转换器，耦合到所述多个输入端；一正DC总线，耦合到所述PFC转换器；一负DC总线，耦合到所述PFC转换器；一逆变器，耦合到所述正DC总线和所述负DC总线；一第一输出端耦合到所述逆变器；一第二输出端耦合到所述逆变器；一第三输出端耦合到逆变器；及一中性线，其中所述方法包括步骤：将所述第一输出端和所述第二输出端并联耦合到一负载；将所述中性线耦合到所述负载；将所述第三输出端耦合到所述中性线；从所述三相AC电力来源接收所述多个输入端处的三相输入AC电力；通过所述PFC转换器，将所述三相输入AC电力转换为DC电力；通过所述正DC总线与所述负DC总线向所述逆变器提供所述DC电力；将所述正DC总线与所述负DC总线的所述DC电力转换为输出AC电力；通过所述第一输出端向所述负载提供所述输出AC电力的一第一部分；通过所述第二输出端向所述负载提供所述输出AC电力的一第二部分；在所述中性线和所述负载之间产生一第一电流；及通过所述第三输出端和所述逆变器在所述负载和所述中性线之间产生一第二电流。
根据一实施例，通过由所述第三输出端产生所述负载和所述中性线之间的所述第二电流，以及所述逆变器包括通过一第一开关选择性地将所述第三输出端耦合至所述中性线。在一实施例中，通过所述第三输出端及所述逆变器产生在所述负载和所述中性线之间的所述第二电流包括：将所述第二电流调制到一期望电平。在另一实施例中，调制所述第二电流包括：将所述第二电流调制为与所述第一电流相同的电平。
根据另一实施例，调制所述第二电流包括：将所述第二电流调制为与通过所述第一输出端提供给所述负载的所述输出AC电力的所述第一部分的电流呈反相，及调制为与通过所述第二输出端提供给所述负载的所述输出AC电力的所述第二部分的电流呈反相。在一实施例中，调制所述第二电流的部分包括：利用一第二开关在所述第三输出端和所述正DC总线之间产生电流，以及利用一第三开关在所述第三输出端和所述负DC总线之间产生电流。在另一实施例中，所述方法还包括：将所述逆变器用作一总线平衡器，以在所述正DC总线和负DC总线之间传输能量。在一实施例中，将所述逆变器作为所述总线平衡器进行操作包括：操作所述第一开关以使所述第三输出端与所述中性线去耦；及操作所述第二开关和所述第三开关以在所述正DC总线和所述负DC总线之间传递能量。
本发明的至少一个方面针对一种不间断电源(UPS)。所述UPS包括：多个输入端，配置成用以耦合到一三相AC电力来源及配置成用以从所述三相AC电力来源接收三相输入电力；一PFC转换器，耦合到所述多个输入端及配置成用以将所述三相输入电力转换成DC电力；一正DC总线，耦合到所述PFC转换器；一负DC总线，耦合到所述PFC转换器；一逆变器，耦合到所述正DC总线和所述负DC总线，及配置成用以将从所述正DC总线和所述负DC总线接收的所述DC电力转换成输出AC电力；一第一输出端，耦合到所述逆变器；一第二输出端，耦合到所述逆变器；一第三输出端，耦合到所述逆变器；一中性线，配置成用以耦合到所述负载；及多个装置，用于通过所述第一输出端和所述第二输出端向一负载提供单相输出电力，以及通过在所述第三输出端和所述负载之间产生电流来减小所述中性线的应力。
根据一实施例，所述UPS还包括：用于在所述正DC总线和所述负DC总线之间移动能量的装置，以在所述正DC总线和所述负DC总线之间共享纹波电流。
附图说明
参考附图对至少一个实施例的各个方面在以下进行讨论，附图并不是按比例绘制。附图被包含以提供对各个方面和实施例的说明和进一步的理解，而且被并入本说明书中并构成该说明书的一部分，而不旨在作为本发明的限定的定义。在附图中，在各个附图中示出的相同的组件或几乎相同的组件由相似的数字表示。为了清晰的目的，不是每个组件都可以被标记在每幅图中。
在图中：
图1是根据本文描述的多个方面的UPS的示意图；
图2是示出根据本文描述的一实施例的UPS的操作的图；及
图3是示出根据本文描述的另一实施例的UPS的操作的图。
具体实施方式
本文所讨论的方法和系统的实例在应用中并不限制在以下描述中阐述或在附图中所说明的组件的构造和布置的细节。方法和系统能够在其它实施例中实现且以各种方式实践或实施。本文提供的特定实现的实例只用于说明性的目的并不旨在限制。特别是，结合任何一个或多个实例或实施例讨论的行为、组件或特征并不旨在排除其他实例中的类似作用。
另外，本文所使用的措辞和术语只是用于描述的目的而不应该被视为限制。本文以单数形式对系统和方法的实例、实施例、组件、元件或行为的任何引用也可以包含包括多个的实施例，且本文以复数形式对任何实施例、组件、元件或行为的任何引用也可以包含仅包括单数形式的实施例。以单数形式或复数形式的引用并不旨在限制目前所公开的系统或方法、其组件、行为、或元件。本文使用的“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”以及其变型意思是包括此后所列的项和其等价物以及附加的项。引用“或(or)”可以被解释为包括的，使得使用“或(or)”描述的任何项可以指示单个描述的项、多于一个描述的项和所有描述的项中的任意一个。此外，如果本文件与通过引用并入本文件的文件之间的术语用法不一致，则并入参考文件中的术语用法是对本文件的补充；对于不可调和的矛盾，由本文件中的术语用法为准。
如上所讨论，诸如不间断电源(UPS)之类的电力设备通常被用于向敏感和/或关键负载提供经调节、不间断的电力。可以将某些UPS系统配置为从三相输入端汲取电力，然后将电力传递到仅一个输出相(即3：1运行)。例如，通过将一UPS系统的三个输出相并联和对所述UPS系统的逆变器进行并联控制，可以将3：3操作(即三相输入端和三相输出端)设计的UPS用于3：1操作(即三相输入端和一相输出端)。从理论上讲，这样的系统可以支持与3：3配置相同的负载。但是，在实际操作中，可能会出现某些限制。例如，在3-1操作的并行输出UPS的DC总线电容器中会产生大量的50Hz/60Hz的纹波电流。这样的纹波电流会缩短电容器的寿命，并可能导致需要在所述DC总线上增加额外的电容和/或降低所述UPS的输出电力。此外，所述UPS框架和所述电力转换器之间的中性线中的电流可能比标称相电流大三倍。这可能导致需要降低所述UPS的输出电力的额定值和/或增加所述中性线的额定值。
在至少一实施例中，本文描述了一种UPS拓扑，其能以3∶1的配置运行，同时减小DC总线电容器的纹波电流并减小所述中性线中的电流。通过将两个输出相并联耦合至一负载并通过将第三相连接至所述中性线来将所述第三相用作一回线/总线平衡器来运行所述UPS。
图1是根据本发明一方面的在线UPS 100的示意图。所述UPS 100包括一框架101、多个输入端102a至102c(MAINS L1至MAINS L3)、一转换器104、一正DC总线106、一负DC总线107、一第一DC总线电容器115、一第二DC总线电容器117、一逆变器108、多个输出端(即，一第一输出端110a(OUT L1)、一第二输出端110b(OUT L2)和一第三输出端110c(OUT L3))、一中性线112和一控制器114。多个输入端102a至102c中的每一个配置成用以耦合到一三相电力来源的一个相。所述转换器104耦合到多个输入端102a至102c中的每一个。所述正DC总线106和所述负DC总线107耦合在所述转换器104和所述逆变器108之间。所述第一DC总线电容器115耦合在所述正DC总线106和所述中性线112之间。所述第二DC总线电容器117耦合在所述负DC总线107与所述中性线112之间。所述逆变器108还耦合至所述多个输出端110a至110c中的每一个。所述第一输出端110a和所述第二输出端110b配置成用以耦合到一负载111。所述第三输出端110c耦合到所述中性线112。
在至少一实施例中，所述逆变器108包括耦合在所述DC总线(正DC总线106、负DC总线107)与所述多个输出端110a至110c之间的第一种的多个开关以及耦合在所述中性线112与所述多个输出端110a至110c之间的第二种的多个开关。更具体地，在至少一实施例中，所述第一种的多个开关包括：一第一开关116，通过一第一相线113a(耦合在所述正DC总线106与所述第一输出端110a之间；一第二开关118，通过一第二相线113b耦合在所述正DC总线106和所述第二输出端110b之间；一第三开关120，通过一第三相线113c耦合在所述正DC总线106和所述第三输出端110c之间；一第四开关122，通过所述第一相线113a耦合在所述负DC总线107和所述第一输出端110a之间；一第五开关124，通过所述第二相线113b耦合在所述负DC总线107和所述第二输出端110b之间；以及一第六开关126，通过所述第三相线113c耦合在所述负DC总线107和所述第三输出端110c之间。
在至少一实施例中，所述第二种的多个开关包括：一第七开关128和一第八开关130，通过所述第一相线113a串联耦合(coupled in series)在所述中性线112和所述第一输出端110a之间；一第九开关132和一第十开关134，通过所述第二相线113b串联耦合在所述中性线112和所述第二输出端110b之间；以及一第十一开关136和一第十二开关138，通过所述第三相线113c串联耦合在所述中性线112和所述第三输出端110c之间。根据至少一实施例，每个开关(第一开关116至第十二开关138)是双极结型晶体管(Bipolar JunctionTransistor；BJT)。然而，在其他实施例中，可以利用另一种适当类型的开关或晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor；MOSFET))。在至少一实施例中，每个开关(第一开关116至第十二开关138)包括耦合在其集电极和发射极之间的并联二极管。
所述控制器114耦合到所述多个输入端102a至102c、所述输出端110a至110c、所述转换器104、所述正DC总线106、所述负DC总线107和所述逆变器108。在至少一实施例中，所述UPS 100也配置成用以耦合到一电池(例如，在所述DC总线(所述正DC总线106和所述负DC总线107)处或通过一DC/DC转换器)。
每个输入端102a至102c配置成用以接收由所述三相电力来源提供的三相电力中的一相。所述控制器114监视由所述输入端102a至102c接收的输入AC电力，并且配置成用以基于接收到的所述输入AC电力的状态以不同的操作模式操作所述UPS 100。当提供给所述输入端102a至102c的AC电力是可接受的(即，高于输入电力阈值)时，所述控制器114以在线操作模式操作所述UPS 100。在所述在线操作模式中，来自所述输入端102a至102c的AC电力被提供给所述转换器104。根据一实施例，所述转换器104是功率因数校正转换器。然而，在其他实施例中，可以使用其他类型的转换器。
所述控制器114操作所述转换器104以将所述输入AC电力转换为DC电力，并将所述DC电力提供给所述正DC总线106和所述负DC总线107。在一实施例中，所述DC电力也从所述转换器104提供给电池，以对所述电池充电。在另一实施例中，来自所述DC总线(所述正DC总线106和所述负DC总线107)的DC电力通过一DC/DC转换器来提供给所述电池，以对所述电池充电。在所述在线操作模式中，所述逆变器108从所述正DC总线106和所述负DC总线107接收DC电力，并且所述控制器114操作所述逆变器108以将所述DC电力转换成调节后的AC电力(regulated AC power)，并向耦合至所述第一输出端110a(和所述第一相线113a)和所述第二输出端110b(和所述第二相线113b)的一负载111提供调节后的AC电力。
当提供给所述多个输入端102a-c的AC电力是不可接受时(即，低于输入电力阈值)，所述控制器114以一备用操作模式操作所述UPS 100。在所述备用操作模式中，来自一DC电力来源(例如，一电池)的DC电力被调节(例如，通过所述转换器104或一DC/DC转换器)，并且被提供给所述正DC总线106和所述负DC总线107。所述逆变器108从所述正DC总线106和所述负DC总线107接收所述DC电力，并且所述控制器114操作所述逆变器108以将所述DC电力转换为调节后的AC功力，并且通过所述第一相线113a将调节后的AC电力提供给所述第一输出端110a，及通过所述第二相线113b将调节后的AC电力提供给所述第二输出端110b。
如上所述，在在线和备用操作模式中，调节后的输出AC电力通过所述第一相线113a/第一输出端110a和所述第二相线113b/第二输出端110b提供给一负载111。所述逆变器108配置成用以通过所述第一相线113a/第一输出端110a将所述输出AC电力的一第一部分(例如，一第一电流)提供给所述负载111，并且配置成用以通过所述第二相线113b/第二输出端110b将所述输出AC电力的一第二部分(例如，一第二电流)提供给所述负载111。所述第一部分和所述第二部分被组合以将调节后的输出AC电力提供给所述负载111。
在在线或备用操作模式中，所述逆变器108还通过所述控制器114操作以减小所述中性线112中的电流。更具体的，可以通过操作所述逆变器108来减小所述中性线112中的电流，以通过所述第三输出端113c和所述逆变器108在所述负载111和所述中性线112之间产生电流。可以通过操作所述第十一开关136、所述第十二开关138、所述第三开关120和所述第六开关126来控制所述负载111和所述第三输出端110c之间的电流。例如，在在线或备用操作模式下，如果通过所述控制器114请求所述第三输出端113c中的一正电流，则可以通过恒定地接通所述第十一开关136并利用一脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation；PWM)信号操作所述第三开关120来调制电流。同样，如果通过所述控制器114请求所述第三输出端113c中的负电流，则可以通过将所述第十二个开关138恒定地接通并用一脉冲宽度调制(PWM)信号操作所述第六个开关126来调制电流。
通过选择性地控制所述第三开关120、所述第六开关126、所述第十一开关136和所述第十二开关138以在所述第三输出端110c和所述中性线112之间引导电流，可以操作所述第三相线113c以在一所需电平汲取电流(即通过输出端110c的电流)，并且与通过所述第一相线113a和所述第二相线113b提供给所述负载的电流(即通过所述第一输出端110a的电流和通过所述第二输出端110b的电流)呈反相。
由此，所述负载111和所述系统100之间的返回电流的一第一部分直接在所述中性线112和所述负载111之间通过，并且所述负载111和所述系统100之间的返回电流的一第二部分通过所述第三相线113c。在至少一实施例中，在所述中性线112中产生一半的负载电流(ILOAD/2)，并且在所述第三相线113c中产生一半的负载电流(ILOAD/2)。然而，在其他实施例中，所述负载电流的分配可以被不同地配置。通过在所述中性线112和所述第三相线113c之间分配返回负载电流(returning load current)，可以减小所述中性线112上的应力。
根据一实施例，所述逆变器108的所述第三相线113c还可以用作一总线平衡器，以在所述正DC总线106和所述负DC总线107之间移动能量。通过在所述正DC总线106和所述负DC总线107之间移动能量，可以在两个DC总线106、107之间部分地共享所述DC总线电容器115、117中的纹波电流，从而降低每个电容器(DC总线电容器115、117)中的RMS纹波电流。例如，在至少一实施例中，当需要总线平衡(bus balancing)时，所述控制器114操作所述第十一开关136和所述第十二开关138断开，以及操作所述第三开关120和所述第六开关126，以在所述正DC总线106和所述负DC总线107之间传递期望的能量。通过在所述总线106、107之间传输能量，可以在两个DC总线106、107之间共享DC总线电容器115、117中的纹波电流。
下面参照图2至图3更详细地讨论所述UPS 100的操作。图2是示出所述UPS的操作的图200，其中所述第一相线113a和所述第二相线113b正在向所述负载111提供电力，并且所述第三相线113c未激活。在一第一窗口中，所述图200包括示出所述正DC总线电容器115中的纹波电流的一第一迹线202和示出RMS纹波电流(例如，大约71A)的一第二迹线203。所述第一迹线202在正半周期期间包括大的50Hz的波纹。在一第二窗口中，所述图200包括：示出所述正DC总线106上的电压的一第三迹线204；示出在负DC总线107上的电压的一第四迹线208；和示出提供给所述负载111的输出电压的一第五迹线206。在每个总线106、107上存在电压纹波(例如，每个DC总线的峰值-峰值约为68V)。
在一第三窗口中，所述图200包括：第六迹线210，示出通过所述第一相线113a从所述正DC总线106汲取到所述第一输出端110a的电流；一第七迹线212，示出了通过所述第二相线113b从所述正DC总线106汲取到所述第二输出端110b的电流；以及一第八迹线213，示出了流经所述第三相线113c至所述第三输出端110c的电流。通过所述第一相线113a的电流与通过所述第二相线113b的电流相同，而通过所述第三相线113c的电流为零。同样在所述第三窗口中，所述图200包括一第九迹线214，示出通过所述中性线112的电流。通过所述中性线的电流等于所述负载电流。在一第四窗口中，所述图200包括一第十迹线216、一第十一迹线218和一第十二迹线220，它们各自示出了通过所述输入相102a至102c其中之一来提供给所述正DC总线106的电流。
图3是示出了所述UPS的操作的图300，其中所述第一相线113a和所述第二相线113正在向所述负载111提供电力，并且所述第三相线113c是激活的(例如，如上所述)。在一第一窗口中，所述图300包括：一第一迹线302，示出所述正DC总线电容器115中的纹波电流；和一第二迹线303，示出RMS纹波电流。在一第二窗口中，所述图300包括：一第三迹线304，示出所述正DC总线106上的电压；一第四迹线308，示出所述负DC总线107上的电压；和一第五迹线306，示出提供给所述负载111的输出电压。在每个总线106、107上存在一电压纹波(例如，每条DC总线大约43V的峰值-峰值)。
在一第三窗口中，所述图300包括：一第六迹线310，示出了通过所述第一相线113a从所述正DC总线106汲取到所述第一输出端110a的电流；一第七迹线312，示出了通过所述第二相线113b从所述正DC总线106汲取到所述第二输出端110b的电流；及一第八迹线313，示出了通过所述第三相线113c到所述第三输出端110c的电流。通过所述第一相线113a的电流与通过所述第二相线113b的电流相同。同样在所述第三窗口中，所述图300包括一第九迹线314，示出通过所述中性线112的电流。在一第四窗口中，所述图300包括一第十迹线316、一第十一迹线318和一第十二迹线320，每个都示出了通过所述输入相102a至102c中之一来提供给所述正DC总线106的电流。
如上所述，可以操作所述第三相线113c以减小所述中性线112中的电流。例如，操作所述第十一开关136、所述第十二开关138、所述第三开关120和第六开关126，使得通过第三相线113c(例如所述第八迹线313)的电流与所述中性线112中的电流314呈反相。因此，通过所述中性线112的电流314减小一半(例如，当与图2的图200相比时)，并且所述中性线112上的应力减小。
同样如上所述，所述逆变器108的所述第三相线113c可以用作一总线平衡器，以在所述正DC总线106和所述负DC总线107之间移动能量。例如，如图3的第三窗口中所示，所述第三相线113c在T＝3ms至T＝7ms期间作为一总线平衡器操作，其中所述第十一开关136和所述第十二开关138被操作为断开，以及所述第三开关120和所述第六开关126被操作为在所述正DC总线106和所述负DC总线107之间的转换能量。通过在所述总线106、107之间传递能量，可以在所述两个DC总线106、107之间共享所述DC总线电容器115、117中的纹波电流。例如，如图3所示，通过在所述DC总线106、107之间共享波纹电流，所述正DC总线电容器115中的RMS电流303从71A(例如，从图2)减小到63A。根据至少一实施例，通过在所述总线106、107之间传递能量，还可以减小所述DC总线波纹电压。例如，如图3所示，所述DC总线波纹电压已经从68V的峰值-峰值(例如，从图2)下降到43V。在至少一实施例中，通过在所述总线106、107之间转移能量，也减小了100Hz等效波纹电流(例如，与图2的实施方式相比)。
如上所述，所述控制器114被配置成用以监视和控制所述UPS 100的操作。使用存储在相关联的存储器中的数据，所述控制器114可操作为执行一个或以上的指令，这可能导致对一个或以上的开关的导电性状态的操纵。在一些范例中，所述控制器114可以包括一个或多个处理器或其他类型的控制器。所述控制器114可在一处理器上执行本文所讨论的功能的一部分，并且使用为了执行特定操作而定制的一专用集成电路(ASIC)来执行另一部分。根据本发明的示例可以使用硬件及软件的许多特定组合来执行本文描述的操作，并且本发明不限于硬件及软件组件的任何特定组合。
如上所述，所述UPS 100被配置为以3：1配置操作，其中电力通过两个相线113a，113b而提供给一负载111，并且所述第三相线113c被用作一返回线/总线平衡器。在至少一实施例中，所述第一输出端110a和所述第二输出端110b在所述UPS的框架101内耦合在一起，以及所述第三输出端110c在所述框架101内的所述中性线112耦合。根据另一实施例，所述UPS 100还可以被配置为以3：1配置操作，其中所有三相线都被耦合以向一负载提供电力。例如，在这样的实施例中，所述第一输出端110a、所述第二输出端110b和所述第三输出端110c可以在所述UPS的框架101内耦合在一起。
如上所述，本文描述了一种UPS拓扑，其能以3∶1的配置运行，同时减小DC总线电容器的纹波电流并减小所述中性线中的电流。通过将两个输出相并联耦合至一负载并通过将第三相连接至所述中性线来将第三相用作一总线平衡器来运行所述UPS。根据至少一实施例，通过实施以上讨论的总线平衡器配置，以3：1配置运行的UPS的输出电力可以增加约50％(例如，与以3：1配置运行的不实现总线平衡器配置的UPS相比)。
据此，已经描述了本发明的至少一个实施例的几个方面，应当理解的是，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改及改进。这些改变、修改及改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的精神及范围内。因此，前面的描述和附图仅是示例性的。

Claims (21)

1.一种不间断电源UPS，其特征在于，所述UPS包括：
多个输入端，配置成用以耦合到一三相AC电力来源及配置成用以从所述三相AC电力来源接收三相输入电力；
一PFC转换器，耦合到所述多个输入端及配置成用以将所述三相输入电力转换成DC电力；
一正DC总线，耦合到所述PFC转换器；
一负DC总线，耦合到所述PFC转换器；
一逆变器，耦合到所述正DC总线和所述负DC总线，及配置成用以将从所述正DC总线和所述负DC总线接收的所述DC电力转换成输出AC电力；
一第一输出端，耦合到所述逆变器及配置成用以耦合到一单相负载，以及配置成用以将来自所述逆变器的所述输出AC电力的一第一部分提供给所述单相负载；
一第二输出端，耦合到所述逆变器及配置成用以与所述第一输出端并联耦合到所述单相负载，以及配置成用以将来自所述逆变器的所述输出AC电力的一第二部分提供给所述单相负载；
一中性线，配置成用以耦合到所述单相负载；
一第三输出端，配置成用以耦合到所述单相负载以及通过所述逆变器选择性地耦合到所述中性线；以及
一控制器，耦合到所述逆变器及配置成用以操作所述逆变器以将所述第三输出端耦合到所述中性线，以及配置成用以操作所述逆变器以通过所述第三输出端和所述逆变器在所述单相负载和所述中性线之间产生电流。
2.如权利要求1所述的UPS，其特征在于：所述逆变器包括耦合于所述第三输出端和所述中性线之间的一第一开关，以及其中在操作所述逆变器以通过所述第三输出端和所述逆变器在所述单相负载和所述中性线之间产生电流时，所述控制器还被配置成用以操作所述第一开关以将所述第三输出端耦合到所述中性线。
3.如权利要求2所述的UPS，其特征在于：所述控制器还配置成用以操作所述逆变器以将通过所述第三输出端和所述逆变器在所述单相负载和所述中性线之间产生的所述电流调制到一期望电平。
4.如权利要求3所述的UPS，其特征在于：所述控制器还配置成用以操作所述逆变器以将通过所述第三输出端和所述逆变器在所述单相负载和所述中性线之间产生的所述电流调制为与通过所述中性线的电流相同的电平。
5.如权利要求3所述的UPS，其特征在于：所述控制器还配置成用以操作所述逆变器以将通过所述第三输出端和所述逆变器在所述单相负载和所述中性线之间产生的所述电流调制为与通过所述第一输出端提供给所述单相负载的所述输出AC电力的所述第一部分的输出电流呈反相，以及调制为与通过所述第二输出端提供给所述单相负载的所述输出AC电力的所述第二部分的输出电流呈反相。
6.如权利要求5所述的UPS，其特征在于：所述逆变器还包括：
一第二开关，耦合在所述第三输出端和所述正DC总线之间；及
一第三开关，耦合在所述第三输出端和所述负DC总线之间，
其中，在操作所述逆变器以调制通过所述第三输出端和所述逆变器在所述单相负载和所述中性线之间产生的所述电流时，所述控制器还配置成用以操作所述第二开关以在所述正DC总线和所述第三输出端之间产生电流以及操作所述第三开关以在所述负DC总线和所述第三输出端之间产生电流。
7.如权利要求6所述的UPS，其特征在于：所述控制器还配置成用以将所述逆变器用作一总线平衡器以在所述正DC总线和所述负DC总线之间传递能量。
8.如权利要求7所述的UPS，其特征在于：所述UPS还包括：
一正总线电容器，耦合在所述正DC总线和所述中性线之间，
其中在将所述逆变器用作一总线平衡器时，所述控制器还配置成用以操作所述逆变器以与所述负DC总线共享所述正DC总线电容器中的波纹电流。
9.如权利要求8所述的UPS，其特征在于：所述UPS还包括：
一负总线电容器，耦合在所述负DC总线和所述中性线之间，
其中在将所述逆变器用作一总线平衡器时，所述控制器还配置成用以操作所述逆变器以与所述负DC总线共享所述负DC总线电容器中的纹波电流。
10.如权利要求7所述的UPS，其特征在于：在将所述逆变器用作一总线平衡器时，所述控制器还配置成用以操作所述第一开关以将所述第三输出端与所述中性线解耦，以及配置成用以操作所述第二开关和所述第三开关以在正DC总线和负DC总线之间传递能量。
11.一种用于操作不间断电源UPS的方法，所述UPS包括：多个输入端，配置成用以耦合到一三相AC电源；一PFC转换器，耦合到所述多个输入端；一正DC总线，耦合到所述PFC转换器；一负DC总线，耦合到所述PFC转换器；一逆变器，耦合到所述正DC总线和所述负DC总线；一第一输出端耦合到所述逆变器；一第二输出端耦合到所述逆变器；一第三输出端耦合到逆变器；及一中性线，其特征在于，所述方法包括步骤：将所述第一输出端和所述第二输出端并联耦合到一单相负载；
将所述中性线耦合到所述单相负载；
将所述第三输出端耦合到所述中性线；
从所述三相AC电力来源接收所述多个输入端处的三相输入AC电力；
通过所述PFC转换器，将所述三相输入AC电力转换为DC电力；
通过所述正DC总线与所述负DC总线向所述逆变器提供所述DC电力；
将所述正DC总线与所述负DC总线的所述DC电力转换为输出AC电力；通过所述第一输出端向所述单相负载提供所述输出AC电力的一第一部分；
通过所述第二输出端向所述单相负载提供所述输出AC电力的一第二部分；
在所述中性线和所述单相负载之间产生一第一电流；及
通过所述第三输出端和所述逆变器在所述单相负载和所述中性线之间产生一第二电流。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：通过由所述第三输出端产生所述单相负载和所述中性线之间的所述第二电流，以及所述逆变器包括通过一第一开关选择性地将所述第三输出端耦合至所述中性线。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：通过所述第三输出端及所述逆变器产生在所述单相负载和所述中性线之间的所述第二电流包括：将所述第二电流调制到一期望电平。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：调制所述第二电流包括：将所述第二电流调制为与所述第一电流相同的电平。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于：调制所述第二电流包括：将所述第二电流调制为与通过所述第一输出端提供给所述单相负载的所述输出AC电力的所述第一部分的电流呈反相，及调制为与通过所述第二输出端提供给所述单相负载的所述输出AC电力的所述第二部分的电流呈反相。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：调制所述第二电流的部分包括：利用一第二开关在所述第三输出端和所述正DC总线之间产生电流，以及利用一第三开关在所述第三输出端和所述负DC总线之间产生电流。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：将所述逆变器用作一总线平衡器，以在所述正DC总线和负DC总线之间传输能量。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：将所述逆变器作为所述总线平衡器进行操作包括：
操作所述第一开关以使所述第三输出端与所述中性线去耦；及
操作所述第二开关和所述第三开关以在所述正DC总线和所述负DC总线之间传递能量。
19.一种计算机可读介质，在其上存储用于操作UPS的计算机可执行指令序列，其特征在于：所述计算机可执行指令序列包括指示至少一个处理器执行如权利要求11-18中任一项所述的方法的指令。
20.一种不间断电源UPS，其特征在于，所述UPS包括：
多个输入端，配置成用以耦合到一三相AC电力来源及配置成用以从所述三相AC电力来源接收三相输入电力；
一PFC转换器，耦合到所述多个输入端及配置成用以将所述三相输入电力转换成DC电力；
一正DC总线，耦合到所述PFC转换器；
一负DC总线，耦合到所述PFC转换器；
一逆变器，耦合到所述正DC总线和所述负DC总线，及配置成用以将从所述正DC总线和所述负DC总线接收的所述DC电力转换成输出AC电力；
一第一输出端，耦合到所述逆变器；
一第二输出端，耦合到所述逆变器；
一第三输出端，耦合到所述逆变器；
一中性线，配置成用以耦合到一单相负载；及
多个装置，用于通过所述第一输出端和所述第二输出端向所述单相负载提供单相输出电力，以及通过在所述第三输出端和所述单相负载之间产生电流来减小所述中性线的应力。
21.如权利要求20所述的UPS，其特征在于：所述UPS还包括：用于在所述正DC总线和所述负DC总线之间移动能量的装置，以在所述正DC总线和所述负DC总线之间共享纹波电流。
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