CN115483751A - 用于在线ups系统的具有集成充电器和dc-dc的ac开关pfc - Google Patents

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Abstract

不间断电源(UPS)包括输入端、备用功率输入端、正DC母线和负DC母线以及转换器，输入端被配置为接收具有输入AC电压的输入AC功率，备用功率输入端被配置为耦合到备用电源并向备用电源提供DC功率用于充电，正和负DC母线电流地耦合到备用功率输入端，转换器耦合到输入端、备用功率输入端、正和负DC母线，转换器包括第一电感器、第二电感器、被配置为将第一电感器耦合到中性连接的第一转换器开关，被配置为将第二电感器耦合到正DC母线的第二转换器开关，以及被配置为将第二电感器耦合到负DC母线的第三转换器开关，其中UPS是电压‑频率无关的。

Description

用于在线UPS系统的具有集成充电器和DC-DC的AC开关PFC
技术领域
本公开的实施例总体上涉及功率转换，且更具体地，涉及不间断电源中的AC-DC功率转换。
背景技术
不间断电源(UPS)用于在主电源或干线发生故障时向电气设备或负载提供备用功率。典型的负载包括计算机系统，但是诸如加热/冷却/通风系统、照明系统、网络交换机和路由器以及安全数据中心管理系统的其他负载也可以接收1至20kVA之间的备用功率数小时。
发明内容
本公开的至少一个方面涉及不间断电源(UPS)。UPS包括输入端、备用功率输入端、正DC母线和负DC母线以及转换器。该输入端被配置为接收具有输入AC电压的输入AC功率，该备用功率输入端被配置为耦合到备用电源并向备用电源提供DC功率以用于充电，该正DC母线和负DC母线电流地(galvanically)耦合到备用功率输入端，该转换器耦合到输入端、备用功率输入端以及正DC母线和负DC母线，该转换器包括第一电感器、第二电感器、被配置为将第一电感器耦合到中性连接的第一转换器开关，被配置为将第二电感器耦合到正DC母线的第二转换器开关，以及被配置为将第二电感器耦合到负DC母线的第三转换器开关，其中UPS是电压-频率无关的。
在一个实施例中，UPS包括控制器，该控制器耦合转换器并且被配置为：在第一操作模式下并且在输入AC电压的正半周期期间，操作第一转换器开关以经由第一电感器将从输入AC功率导出的DC功率提供给正DC母线，并且操作第二转换器开关或第三转换器开关中的至少一个以经由第二电感器将从正DC母线或负DC母线中的至少一个导出的DC功率提供给备用功率输入端，在第一操作模式下并且在输入AC电压的负半周期期间，操作第一转换器开关以经由第一电感器向负DC母线提供从输入AC功率导出的DC功率，并且操作第二转换器开关或第三转换器开关中的至少一个以经由第二电感器向备用功率输入端提供从正DC母线或负DC母线中的至少一个导出的DC功率。在一些实施例中，UPS包括输入端选择电路，该输入端选择电路被配置为在第一操作模式期间将转换器耦合到输入端并且在第二操作模式期间将转换器耦合到备用功率输入端。在各种实施例中，控制器被配置为监测输入AC功率，响应于确定输入AC功率是可接受的，在第一操作模式下操作UPS，并且响应于确定输入AC功率是不可接受的，在第二操作模式下操作UPS。在某些实施例中，备用功率输入端被配置为从备用电源接收备用DC功率，并且转换器还包括被配置为将第二电感器耦合到备用功率输入端的第四转换器开关。
在一些实施例中，控制器被配置为：在第二操作模式下操作第一转换器开关以经由第一电感器向正DC母线提供从备用DC功率导出的DC功率，并且在第二操作模式下操作第四转换器开关以经由第二电感器向负DC母线提供从备用DC功率导出的DC功率。在一个实施例中，转换器还包括第五转换器开关，其被配置为将第二电感器耦合到中性连接，并且控制器被配置为：在第二操作模式下操作第五转换器开关以经由第二电感器将从备用DC功率导出的DC功率提供给正DC母线，并且在第二操作模式下操作第四转换器开关以经由第二电感器将从备用DC功率导出的DC功率提供给负DC母线。在一个实施例中，第一转换器开关是包括串联耦合的第一开关和第二开关的双向开关电路。在某些实施例中，转换器包括耦合在第一转换器开关和正DC母线之间的第一二极管、耦合在第一转换器开关和负DC母线之间的第二二极管、被配置为将第二电感器耦合到备用功率输入端的第四转换器开关，以及被配置为将第二电感器耦合到中性连接的第五转换器开关。在各种实施例中，第一电感器、第一转换器开关的第一开关、第一转换器开关的第二开关的体二极管和第一二极管被配置为在输入AC电压的正半周期期间在第一操作模式下作为升压转换器操作，以将从输入AC功率导出的DC功率提供给正DC母线。
在一些实施例中，第二电感器、第三转换器开关和第四转换器开关的体二极管被配置为在第一操作模式下作为降压-升压转换器操作，以将从负DC母线导出的DC功率提供给备用功率输入端。在一个实施例中，第一电感器、第一转换器开关的第二开关、第一转换器开关的第一开关的体二极管和第二二极管被配置为在输入AC电压的负半周期期间下第一操作模式下作为升压转换器操作，以将从输入AC功率导出的DC功率提供给负DC母线。在各种实施例中，第二电感器、第二转换器开关和第五转换器开关的体二极管被配置为在第一操作模式下作为降压转换器操作，以将从正DC母线导出的DC功率提供给备用功率输入端。在某些实施例中，第一电感器、第一转换器开关的第一开关、第一转换器开关的第二开关的体二极管和第一二极管被配置为在第二操作模式下作为升压转换器操作，以将从备用DC功率导出的DC功率提供给正DC母线。
在一个实施例中，第二电感器、第四转换器开关、第二转换器开关的体二极管和第五转换器开关被配置为在第二操作模式下作为升压转换器操作，以将从备用DC功率导出的DC功率提供给正DC母线。在一些实施例中，第二电感器、第四转换器开关、第三转换器开关的体二极管和第五转换器开关被配置为在第二操作模式期间作为降压-升压转换器操作，以将从备用DC功率导出的DC功率提供给负DC母线。在各种实施例中，UPS包括输出端和逆变器，该输出端被配置为向负载提供输出端AC功率，该逆变器耦合到输出端并且被配置为将来自正DC母线和负DC母线的DC功率转换成输出端AC功率并将输出端AC功率提供给输出端。
本公开的另一方面涉及一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有用于控制不间断电源(UPS)的计算机可执行指令序列，该不间断电源(UPS)包括输入端、备用功率输入端、正DC母线、负DC母线和转换器。该输入端被配置为接收具有输入AC电压的输入AC功率，该备用功率输入端被配置为耦合到备用电源并向备用电源提供DC功率以用于充电，该转换器耦合到输入端、备用功率输入端以及正和负DC母线，该转换器包括第一电感器、第二电感器、被配置为将第一电感器耦合到中性连接的第一转换器开关，被配置为将第二电感器耦合到正DC母线的第二转换器开关，以及被配置为将第二电感器耦合到负DC母线的第三转换器开关。计算机可执行指令序列包括指示至少一个处理器进行以下操作的指令：在第一操作模式下并且在输入AC电压的正半周期期间，操作第一转换器开关以经由第一电感器将从输入AC功率导出的DC功率提供给正DC母线，并且操作第二转换器开关或第三转换器开关中的至少一个以经由第二电感器将从正DC母线或负DC母线中的至少一个导出的DC功率提供给备用功率输入端，在第一操作模式下并且在输入AC电压的负半周期期间，操作第一转换器开关以经由第一电感器向负DC母线提供从输入AC功率导出的DC功率，并且操作第二转换器开关或第三转换器开关中的至少一个以经由第二电感器向备用功率输入端提供从正DC母线或负DC母线中的至少一个导出的DC功率。
在一个实施例中，该指令序列包括使该至少一个处理器进行以下操作的指令：监测在输入端接收的输入AC功率，响应于确定输入AC功率是可接受的，在第一操作模式下操作UPS，以及响应于确定输入AC功率是不可接受的，在第二操作模式下操作UPS。在一些实施例中，UPS包括输入端选择电路，并且该指令序列包括使该至少一个处理器进行以下操作的指令：控制输入端选择电路在第一操作模式期间将转换器耦合到输入端，并且控制输入端选择电路在第二操作模式期间将转换器耦合到备用功率输入端。在各种实施例中，备用功率输入端还被配置为从备用电源接收备用DC功率，并且转换器包括被配置为将第二电感器耦合到备用功率输入端的第四转换器开关。在某些实施例中，该指令序列包括使该至少一个处理器执行以下操作的指令：在第二操作模式下操作第一转换器开关以经由第一电感器向正DC母线提供从备用DC功率导出的DC功率，以及在第二操作模式下操作第四转换器开关以经由第二电感器向负DC母线提供从备用DC功率导出的DC功率。
在一些实施例中，转换器包括被配置为将第二电感器耦合到中性连接的第五转换器开关，并且该指令序列包括使该至少一个处理器进行以下操作的指令：在第二操作模式下操作第五转换器开关以经由第二电感器将从备用DC功率导出的DC功率提供给正DC母线，以及在第二操作模式下操作第四转换器开关以经由第二电感器将从备用DC功率导出的DC功率提供给负DC母线。
本公开的另一方面涉及一种组装不间断电源(UPS)的方法，该方法包括：提供输入端，该输入端被配置为接收具有输入AC电压的输入AC功率，提供备用功率输入端，该备用功率输入端被配置为耦合到备用电源并向备用电源提供DC功率以用于充电，将正DC母线和负DC母线电流地耦合到备用功率输入端，以及将转换器耦合到输入端、备用功率输入端以及正DC和负DC母线，该转换器包括第一电感器、第二电感器、被配置为将第一电感器耦合到中性连接的第一转换器开关、被配置为将第二电感器耦合到正DC母线的第二转换器开关、以及被配置为将第二电感器耦合到负DC母线的第三转换器开关，其中UPS是电压-频率无关的。
附图说明
下面参考附图讨论至少一个实施例的各个方面，附图不旨在按比例绘制。附图被包括以提供对各个方面和实施例的说明和进一步理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，但不旨在作为对本发明的限制的定义。在附图中，在各个附图中示出的每个相同或几乎相同的组件由相同的附图标记表示。为了清楚起见，并非每个组件都可以在每个附图中标记。在附图中：
图1是根据本文描述的各方面的UPS的功能框图；
图2是根据本文描述的各方面的UPS前端拓扑的示意图；
图3A和图3B是图2的UPS前端拓扑的示意图，示出了根据本文描述的各方面的在线操作模式期间的PFC功能；
图4A和图4B是图2的UPS前端拓扑的示意图，示出了根据本文描述的各方面的在线操作模式期间的充电器功能；
图5A和图5B是图2的UPS前端拓扑的示意图，示出了根据本文描述的各方面的备用操作模式；以及
图6是图2的UPS前端拓扑的示意图，示出了根据本文描述的各方面的在正DC母线周期期间的备用操作模式。
具体实施方式
本文讨论的方法和系统的示例在应用上不限于以下说明书中阐述的或附图中示出的组件的构造和布置的细节。该方法和系统能够在其他实施例中实现，并且能够以各种方式实践或执行。本文提供的具体实施方式的示例仅用于说明性目的，而不是限制性的。特别地，结合任何一个或多个示例讨论的动作、组件、元件和特征不旨在被排除在任何其他示例中的类似角色之外。
此外，本文使用的措辞和术语是为了说明书目的，而不应被视为限制。对本文中以单数提及的系统和方法的示例、实施例、组件、元件或动作的任何引用也可以涵盖包含多个实施例，且本文以复数形式提及的任何实施例、组件、元件或动作的任何引用也可以涵盖仅包含单数的实施例。单数或复数形式的引用并不旨在限制当前公开的系统或方法、它们的组件、动作或元件。本文中使用的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变型意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。对“或”的引用可以被解释为包含性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示所描述的术语中的单个、多个和全部中的任何一个。此外，在本文件与通过引用并入本文的文件之间的术语使用不一致的情况下，所并入的参考文献中的术语使用是对本文件的术语使用的补充；对于不可调和的不一致，以本文档中的术语“使用”为准。
如上所述，诸如不间断电源(UPS)的功率设备可以用于向敏感和/或关键负载提供经调节的不间断功率。在线UPS使用功率因数校正转换器(PFC)电路对由电力公司提供的输入AC功率进行整流，以向至少一个DC母线提供DC功率。DC母线上的整流DC功率可以用于在干线功率可用时对电池充电。在没有干线功率的情况下，电池放电并向DC母线提供DC功率。根据DC母线上的DC功率，逆变器生成提供给负载的AC输出端电压。由于从干线或电池向DC母线提供功率，因此如果干线发生故障并且电池被充分充电，则UPS的输出端功率不中断。在线UPS还可以在旁路模式下操作，其中具有基本保护的未经调节的功率经由旁路线路从AC电源直接提供给负载。
在许多情况下，在线UPS的前端拓扑包括PFC转换器以在AC干线可用时向DC母线提供DC功率，以及包括单独的DC/DC转换器以在AC干线不可用时从电池向DC母线提供DC功率。在一些情况下，前端拓扑可以包括被配置为对电池充电的单独的充电器(即，DC/DC转换器)。因此，这些前端UPS拓扑通常具有高的组件计数，这可能导致成本增加、系统复杂性增加和功率密度降低。此外，这种前端UPS拓扑通常包括在UPS的至少一种操作模式期间未使用或空闲的组件。
本文提供了一种用于在线UPS的更具成本效益和紧凑的前端拓扑。在至少一个实施例中，前端拓扑包括被配置为作为PFC转换器、DC/DC转换器和电池充电器操作的集成转换器。在一个示例中，集成转换器被配置为向正DC母线和负DC母线提供功率，同时使用来自正和负DC母线的功率对电池充电。在一些示例中，改进的前端拓扑可以具有减少的组件计数，从而增加UPS的功率密度并降低成本。
图1是在线UPS 100的一个实施例的框图，该在线UPS 100可以向输出端110提供来自在输入端102接收的输入AC功率的经调节功率以及来自备用电源112(例如，电池)的备用DC功率。UPS 100可以被配置为提供电压和频率独立于输入AC功率的输出AC功率。在一些示例中，备用电源112可以包括在UPS 100中；然而，在其他示例中，备用电源112可以在UPS100外部。UPS 100包括转换器104、DC母线106、逆变器108和用于控制转换器104和逆变器108的控制器114。DC母线106耦合在转换器104和逆变器108之间。
输入端102被配置为从AC电源接收具有输入电压电平的输入AC功率。控制器114监测由输入端102接收的输入AC功率，并且被配置为基于由输入端102接收的输入AC功率的状态以不同的操作模式操作UPS 100。当提供给输入端102的AC功率是可接受的(即，高于输入功率质量阈值)时，控制器114在在线操作模式下操作UPS 100。
在在线操作模式下，来自输入端102的AC功率被提供给转换器104。控制器114操作转换器104将AC功率转换为DC功率并将DC功率提供给DC母线106。来自DC母线106的DC功率被提供给逆变器108。另外，来自DC母线106的DC功率可以直接从转换器104或经由单独的DC/DC转换器(例如，充电器)提供给电池112用于充电。控制器114操作逆变器108将DC功率转换成经调节AC功率，并将经调节AC功率提供给耦合到输出端110的负载。
当提供给输入端102的AC功率不可接受(即，低于输入功率质量阈值)时，控制器114在备用操作模式下操作UPS 100。在备用操作模式下，来自备用电源112的DC功率被提供给DC母线106。逆变器108从DC母线106接收DC功率，并且控制器114操作逆变器108将来自DC母线106的DC功率转换成经调节AC功率，并将经调节AC功率提供给输出端110。
如上所述，许多在线UPS拓扑采用单独的DC/DC转换器来转换输入AC功率和备用DC功率。例如，在这样的拓扑中，转换器104可以包括PFC转换器和单独的DC/DC转换器，PFC转换器被配置为在在线操作模式期间向DC母线106提供从输入AC功率导出的DC功率，单独的DC/DC转换器被配置为在备用操作模式期间向DC母线106提供从备用DC功率导出的DC功率。在一些示例中，DC/DC转换器可以被配置为从DC母线对电池112充电；然而，在其他示例中，转换器104(或UPS 100)可以包括单独的充电器(即，DC/DC转换器)来对电池112充电。
虽然可以利用这种拓扑来提供不间断功率，但是使用多个转换器需要使用附加的组件。例如，充电器可以包括附加的诸如开关、二极管、电感器、变压器(例如，降压变压器)等组件，以便向电池提供从输入AC功率或DC母线导出的DC功率用于充电。因此，这些多个转换器拓扑可能在降低UPS的功率密度的同时增加成本和复杂性。
另外，在某些环境(例如，发展中经济体)下，频繁且持久的断电可能驱动对大型(或高功率)电池组的需要。在这种情况下，被包括在转换器104(或UPS 100)中的充电器可以被配置为高功率充电器。在其他示例中，充电器可以被配置为高功率充电器以支持特定类型的电池(例如，锂)和/或提供特定特征(例如，快速充电)。在一些示例中，将充电器配置为高功率转换器可以进一步增加UPS 100的尺寸和成本。
因此，将UPS 100的前端拓扑(例如，转换器104)配置为能够向DC母线106提供从输入AC功率或备用DC功率导出的DC功率并且使用从DC母线106导出的DC功率对电池112充电的集成转换器可能是有利的。
图2是根据本文描述的各方面的前端拓扑200的示意图。在一个示例中，前端拓扑200被配置为被包括在在线UPS(即，电压-频率无关的UPS)中。例如，前端拓扑200包括分别对应于图1的UPS 100的转换器104和DC母线106的转换器204和DC母线206。在一些示例中，DC母线206包括正DC母线206a和负DC母线206b。
如图所示，前端拓扑200包括耦合到输入AC源203的输入端202和耦合到备用电源212(例如，电池)的备用电源输入端214。在某些示例中，备用电源212可以包括在UPS中；然而，在其他示例中，备用电源212可以与UPS分离。在一些示例中，前端拓扑200配置有连接到输入端202和备用电源212的直通中性连接以最小化EMI/EMC问题。
在一个示例中，转换器204包括第一转换器开关216、第二转换器开关218、第三转换器开关220、第四转换器开关222和第五转换器开关224、输入端选择电路226、第一电感器228、第二电感器230、第一二极管232和第二二极管234。在一个实施例中，转换器开关216-224是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)；然而，在其他实施例中，可以利用不同类型的开关或晶体管(例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT))。在一些示例中，每个开关具有栅极、漏极和源极。在此上下文中，“漏极”可指电流进入开关的任何器件端子。同样，“源极”可以指电流离开开关的任何器件端子。
在一些实例中，第一转换器开关216是双向开关电路，其包含与第二开关216b串联耦合的第一开关216a。这样，通过接通(即，闭合)第一开关216a并关断(即，断开)第二开关216b以提供通过第一开关216a和第二开关216b的体二极管的导电路径，第一转换器开关216可以在第一状态下操作。同样地，通过接通(即，闭合)第二开关216b并关断(即，断开)第一开关216a以提供通过第二开关216b和第一开关216a的体二极管的导电路径，第一转换器开关216可以在第二状态下操作。
如图所示，输入端选择电路226被配置为将第一电感器228耦合到输入端202或备用功率输入端214中的一个。在一个示例中，第一电感器228的第一端耦合到第一转换器开关216、第一二极管232的阳极和第二二极管234的阴极，并且第一电感器228的第二端耦合到输入端选择电路226。第一二极管232的阴极耦合到正DC母线206a，并且第二二极管234的阳极耦合到负DC母线206b。在一些示例中，第二电感器230的第一端耦合到第一转换器开关218和第五转换器开关224，且第二电感器230的第二端耦合到第三转换器开关220和第四转换器开关222。第二转换器开关218耦合在第二电感器230的第一端与正DC母线206a之间，并且第五转换器开关224耦合在第二电感器230的第一端与中性线之间。第三转换器开关220耦合在第二电感器230的第二端与负DC母线206b之间，并且第四转换器开关222耦合在第二电感器230的第二端与备用功率输入端214之间。
在一个示例中，正DC母线电容器236a耦合在正DC母线206a和中性线之间，并且负DC母线电容器236b耦合在负DC母线206b和中性线之间。在一些示例中，DC母线电容器236a、236b是极化电容器。例如，正DC母线电容器236a可以具有耦合到正DC母线206a的正侧和耦合到中性线的负侧。同样，负DC母线电容器236b可以具有耦合到中性线的正侧和耦合到负DC母线206b的负侧。如图2所示，DC母线206a、206b电流地耦合到备用功率输入端214。
在至少一个示例中，前端拓扑200的转换器204可以在各种操作模式下操作。例如，在UPS的在线操作模式下，控制输入端选择电路226将第一电感器228的第二端耦合到输入端202，使得来自输入端202的AC功率被提供给转换器204。转换器204将AC功率转换为DC功率，并将DC功率提供给DC母线206a、206b。另外，在在线操作模式期间，可以操作转换器204将从DC母线206a、206b导出的DC功率提供给备用功率输入端214，以对备用电源212充电。
在一些示例中，转换器204被配置为作为双向转换器操作。因此，转换器204可以被认为是“双向的”，因为转换器204可以向备用功率输入端214(即，备用电源212)提供功率，并且还可以从备用功率输入端214汲取功率。相反，某些单向充电器可以被配置为向能量存储设备或输入端提供功率，但是可以不从能量存储设备或输入端汲取功率。
图3A和图3B是示出在UPS的在线操作模式和对应于输入AC功率的输入AC电压的正半周期和负半周期期间转换器204的PFC功能的示意图。
如图3A所示，在在线操作模式和输入AC电压的正半周期期间，操作第一转换器开关216向正DC母线206a提供从输入AC功率(由输入AC源203提供)导出的DC功率。在一些示例中，第一转换器开关216、第一电感器228和第一二极管232作为PFC升压转换器操作，以向正DC母线206a提供DC功率。
在输入AC电压的正半周期期间的在线操作模式的一个示例中，第一转换器开关216的第一开关216a被接通和关断以提供PFC升压转换器操作。例如，当第一开关216a接通(即，闭合)时，第一电感器228的第一端耦合到中性线。因此，通过第一转换器开关216提供用于输入AC功率的导电路径302，从而激励电感器228。在一个示例中，导电路径302包括第一转换器开关216的第二开关216b的体二极管。同样地，当第一开关216a关断(即，断开)时，第一电感器228从中性线解耦。这样，通过第一电感器228和第一二极管232提供用于输入AC功率的导电路径304，以向正DC母线206a提供DC功率并对正DC母线电容器236a充电。
如图3B所示，在在线操作模式和输入AC电压的负半周期期间，操作第一转换器开关216向负DC母线206b提供从输入AC功率(由输入AC源203提供)导出的DC功率。在一些示例中，第一转换器开关216、第一电感器228和第二二极管234作为PFC升压转换器操作，以向负DC母线206b提供DC功率。
在输入AC电压的负半周期期间的在线操作模式的一个示例中，第一转换器开关216的第二开关216b被接通和关断以提供PFC升压转换器操作。例如，当第二开关216b接通(即，闭合)时，第一电感器228的第一端耦合到中性线。这样，通过第一转换器开关216提供用于输入AC功率的导电路径402，从而激励第一电感器228。在一个示例中，导电路径402包括第一转换器开关216的第一开关216a的体二极管。同样地，当第二开关216b关断(即，断开)时，第一电感器228从中性线解耦。这样，通过第一电感器228和第二二极管234提供用于输入AC功率的导电路径404，以向负DC母线206b提供DC功率并对负DC母线电容器236b充电。
如上所述，在UPS的在线操作模式期间，可以操作转换器204将从DC母线206a、206b导出的DC功率提供给备用功率输入端214，以对备用电源212充电。在一个示例中，在在线操作模式下，转换器204可以在输入AC电压的正半周期和负半周期期间使用从正DC母线206A和/或负DC母线206B导出的DC功率对备用电源212充电。
图4A和图4B是示出在UPS的在线操作模式期间转换器204的充电器功能的示意图。
如图4A所示，在在线操作模式期间，可以操作第三转换器开关220将从负DC母线206B(即，负DC母线电容器236B)导出的DC功率提供给备用功率输入端214，以对备用电源212充电。在一些示例中，第三转换器开关220、第二电感器230和第四转换器开关222的体二极管作为降压-升压转换器操作，以向备用功率输入端214提供从负DC母线206B导出的DC功率。
在一个示例中，第三转换器开关220被接通和关断以提供降压-升压转换器操作。例如，当第三转换器开关220接通(即，闭合)时，第二电感器230的第二端耦合到负DC母线206b。这样，通过第三转换器开关220提供用于由负DC母线电容器236b存储的DC功率的导电路径306，从而激励第二电感器230。在一个示例中，导电路径306包括第五转换器开关224的体二极管；然而，在一些示例中，可以接通(即，闭合)第五转换器开关224以最小化损耗。同样，当第三转换器开关220关断(即，断开)时，第二电感器230与负DC母线236b解耦。这样，通过第四转换器开关222的体二极管和第五转换器开关224(或第五转换器开关224)的体二极管提供导电路径308，从而允许第二电感器230停止激励并向备用功率输入端214提供DC功率以对备用电源212充电。在一些示例中，提供给备用功率输入端214的DC功率可以具有与负DC母线206B的电压电平不同(例如，更低)的电压电平。
在一个示例中，在UPS的在线操作模式中，可以操作转换器204以在输入AC电压的正半周期和负半周期期间将从负DC母线206b导出的DC功率提供给备用功率输入端214。例如，当转换器204向正DC母线206A(例如，图3A)和负DC母线206B(例如，图3B)提供功率时，可以如上所述操作第三转换器开关220。
类似地，如图4B所示，在在线操作模式期间，可以操作第二转换器开关218将从正DC母线206A(即，正DC母线电容器236A)导出的DC功率提供给备用功率输入端214，以对备用电源212充电。在一些示例中，第二转换器开关218、第二电感器230和第五转换器开关224的体二极管作为降压转换器操作，以向备用功率输入端214提供从正DC母线206A导出的DC功率。
在一个示例中，第二转换器开关218被接通和关断以提供降压转换器操作。例如，当第二转换器开关218接通(即，闭合)时，第二电感器230的第一端耦合到正DC母线206a。这样，通过第二转换器开关218提供用于由正DC母线电容器236a存储的DC功率的导电路径406，从而激励第二电感器230。在一个示例中，导电路径406包括第四转换器开关222的体二极管；然而，在一些示例中，可以接通(即，闭合)第四转换器开关222以最小化损耗。同样，当第二转换器开关218关断(即，断开)时，第二电感器230与正DC母线236a解耦。这样，通过第四转换器开关222(或第四转换器开关222)的体二极管和第五转换器开关224的体二极管提供导电路径408，从而允许第二电感器230停止激励并向备用功率输入端214提供DC功率以对备用电源212充电。在一些示例中，提供给备用功率输入端214的DC功率可以具有与正DC母线206a的电压电平不同(例如，更低)的电压电平。
在一个示例中，在UPS的在线操作模式中，可以操作转换器204以在输入AC电压的正半周期和负半周期期间将从正DC母线206a导出的DC功率提供给备用功率输入端214。例如，当转换器204向正DC母线206a(例如，图3A)和负DC母线206b(例如，图3B)提供功率时，可以如上所述操作第二转换器开关218。
在一个示例中，转换器204的充电容量对应于UPS 100的输出端110(即，逆变器108的输出端)处的功率需求。例如，当UPS在输出端110处没有经历满载时，转换器204可以以高达逆变器110的容量的50％的充电容量来操作。这样，可以基于UPS 100的输出端110处的功率需求(即，逆变器108上的负载)来缩放或调整转换器204的充电容量。在一些示例中，第二电感器230可以被调整大小(例如，增加)以提供不同的充电容量(高达逆变器110的全容量)。
在备用操作模式中，控制输入端选择电路226将电感器228的第二端耦合到备用功率输入端214，使得来自备用电源212的备用DC功率被提供给转换器204。转换器204将备用DC功率转换为DC功率，并将DC功率提供给DC母线206a、206b。
图5A和图5B是示出在UPS的备用操作模式期间转换器204的操作的示意图。
如图5A所示，在备用操作模式和正DC母线周期期间，操作第一转换器开关216向正DC母线206a提供从备用DC功率(由备用电源212提供)导出的DC功率。在一些示例中，第一转换器开关216、第一电感器228和第一二极管232作为升压转换器操作，以向正DC母线206a提供DC功率。
在正DC母线周期期间的备用操作模式的一个示例中，第一转换器开关216的第一开关216a被接通和关断以提供升压转换器操作。例如，当第一开关216a接通(即，闭合)时，第一电感器228的第一端耦合到中性线。因此，通过第一转换器开关216提供用于备用DC功率的导电路径502，从而激励第一电感器228。在一个示例中，导电路径502包括第一转换器开关216的第二开关216b的体二极管。同样地，当第一开关216a关断(即，断开)时，第一电感器228从中性线解耦。这样，通过第一电感器228和第一二极管232提供用于备用DC功率的导电路径504，以向正DC母线206a提供DC功率并对正DC母线电容器236a充电。
如图5B所示，在备用操作模式和负DC母线周期期间，操作第四转换器开关222向负DC母线206b提供从备用DC功率导出的DC功率。在一些示例中，第四转换器开关222、第二电感器230和第三转换器开关220的体二极管作为降压-升压转换器操作，以向负DC母线206b提供DC功率。
在负DC母线周期期间的备用操作模式的一个示例中，第四转换器开关222被接通和关断以提供降压-升压转换器操作。例如，当第四转换器开关222接通(即，闭合)时，第二电感器230的第二端耦合到备用功率输入端214。因此，通过第四转换器开关222提供用于备用DC功率的导电路径506，从而激励第二电感器230。在一个示例中，导电路径506包括第五转换器开关224，其在负DC母线周期期间接通(即，闭合)。同样，当第四转换器开关222关断(即，断开)时，第二电感器230与备用功率输入端214解耦。这样，通过第三转换器开关220的体二极管提供导电路径508，允许第二电感器230停止激励并向负DC母线206b提供DC功率并对负DC母线电容器236b充电。
在一个示例中，在备用操作模式期间的正DC母线周期对应于输出端AC电压的正半周期。同样，在备用操作模式期间的负DC母线周期对应于输出端AC电压的负半周期。在一些示例中，输出端AC电压由耦合到DC母线206a、206b的逆变器(例如，图1的逆变器108)提供。
在某些示例中，可以使用替代控制方案来在备用操作模式期间向DC母线206a、206b提供DC功率。例如，图6是示出在UPS的备用操作模式期间转换器204对于正DC母线周期的替代操作的示意图。
如图6所示，在备用操作模式和正DC母线周期期间，可以操作第五转换器开关224向正DC母线206a提供从备用DC功率(由备用电源212提供)导出的DC功率。在一些示例中，第五转换器开关224、第二电感器230和第二转换器开关218的体二极管作为升压转换器操作，以向正DC母线206a提供DC功率。
在正DC母线周期期间的备用操作模式的一个示例中，第五转换器开关224被接通和关断以提供升压转换器操作。例如，当第五转换器开关224接通(即，闭合)时，第二电感器230的第一端耦合到中性线。这样，通过第五转换器开关224提供用于备用DC功率的导电路径602，从而激励第二电感器230。在一个示例中，导电路径602包括第四转换器开关222，其在正DC母线周期期间被接通(即，闭合)。同样地，当第五转换器开关224关断(即，断开)时，第二电感器230从中性线解耦。这样，通过第二转换器开关218的体二极管提供导电路径604，从而允许第二电感器230停止激励并向正DC母线206a提供DC功率并对正DC母线电容器236a充电。
在一个示例中，转换器204可以被配置为在备用操作模式的正DC母线周期期间利用图6的控制方案，并且在备用操作模式的负DC母线周期期间利用图5B的控制方案。在一些示例中，为了支持图6的控制方案，第二电感器230被调整大小(例如，增加)以匹配逆变器108的全容量。由于第二电感器230的尺寸调整，转换器204可以在在线操作模式期间以高达逆变器108的满容量的充电容量操作。
如上所述，本文提供了一种用于在线UPS的更具成本效益和紧凑的前端拓扑。在至少一个实施例中，前端拓扑包括被配置为作为PFC转换器、DC/DC转换器和电池充电器操作的集成转换器。在一个示例中，集成转换器被配置为向正DC母线和负DC母线提供功率，同时使用来自正DC母线和负DC母线的功率对电池充电。在一些示例中，通过利用集成转换器的不同组件从DC母线对电池充电，同时向DC母线提供功率，可以从前端拓扑(和UPS)中消除单独的充电器和相关联的组件。这样，改进的前端拓扑可以具有减少的组件数量，从而增加UPS的功率密度并降低成本。
在至少一个实施例中，本文描述了一种不间断电源，其包括输入端、能量存储设备接口、输出端、功率因数校正电路(PFC)、电容器、双向转换器和开关，该输入端被配置为从输入功率源接收输入功率，该输入端具有耦合到参考节点的干线中性连接，该能量存储设备接口被配置为耦合到能量存储设备以提供备用功率，该能量存储设备接口具有耦合到参考节点的能量存储设备中性连接，该输出端被配置为提供从输入功率和备用功率中的至少一个导出的输出功率，该功率因数校正电路(PFC)包括PFC输入端，该电容器耦合到该PFC并且电流地耦合到该能量存储设备接口，该双向转换器耦合到该输入端并且耦合到该能量存储设备接口，该开关耦合到该能量存储设备接口和该PFC输入端。
已经如此描述了本发明的至少一个实施例的若干方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这些改变、修改和改进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，前述描述和附图仅是示例性的。

Claims (24)

1.一种不间断电源UPS，所述UPS包括：
输入端，被配置为接收具有输入AC电压的输入AC功率；
备用功率输入端，被配置为耦合到备用电源并且向所述备用电源提供DC功率用于充电；
正DC母线和负DC母线，电流地耦合到所述备用功率输入端；以及
转换器，耦合到所述输入端、所述备用功率输入端以及所述正DC母线和所述负DC母线，所述转换器包括第一电感器、第二电感器、被配置为将所述第一电感器耦合到中性连接的第一转换器开关、被配置为将所述第二电感器耦合到所述正DC母线的第二转换器开关、以及被配置为将所述第二电感器耦合到所述负DC母线的第三转换器开关，其中所述UPS是电压-频率无关的。
2.根据权利要求1所述的UPS，还包括控制器，所述控制器耦合到所述转换器并且被配置为：
在第一操作模式下并且在所述输入AC电压的正半周期期间，操作所述第一转换器开关以经由所述第一电感器向所述正DC母线提供从所述输入AC功率导出的DC功率，并且操作所述第二转换器开关或所述第三转换器开关中的至少一个以经由所述第二电感器向所述备用功率输入端提供从所述正DC母线或所述负DC母线中的至少一个导出的DC功率；以及
在所述第一操作模式下并且在所述输入AC电压的负半周期期间，操作所述第一转换器开关以经由所述第一电感器向所述负DC母线提供从所述输入AC功率导出的DC功率，并且操作所述第二转换器开关或所述第三转换器开关中的至少一个以经由所述第二电感器向所述备用功率输入端提供从所述正DC母线或所述负DC母线中的至少一个导出的DC功率。
3.根据权利要求2所述的UPS，还包括输入端选择电路，所述输入端选择电路被配置为在所述第一操作模式期间将所述转换器耦合到所述输入端，并且在所述第二操作模式期间将所述转换器耦合到所述备用功率输入端。
4.根据权利要求2所述的UPS，其中所述控制器还被配置为监测所述输入AC功率，响应于确定所述输入AC功率是可接受的，在所述第一操作模式下操作所述UPS，并且响应于确定所述输入AC功率是不可接受的，在所述第二操作模式下操作所述UPS。
5.根据权利要求2所述的UPS，其中所述备用功率输入端还被配置为从所述备用电源接收备用DC功率，并且所述转换器还包括第四转换器开关，所述第四转换器开关被配置为将所述第二电感器耦合到所述备用功率输入端。
6.根据权利要求5所述的UPS，其中所述控制器还被配置为：
在所述第二操作模式下操作所述第一转换器开关以经由所述第一电感器向所述正DC母线提供从所述备用DC功率导出的DC功率；以及
在所述第二操作模式下操作所述第四转换器开关以经由所述第二电感器向所述负DC母线提供从所述备用DC功率导出的DC功率。
7.根据权利要求5所述的UPS，其中所述转换器还包括第五转换器开关，所述第五转换器开关被配置为将所述第二电感器耦合到所述中性连接，并且所述控制器还被配置为：
在所述第二操作模式下操作所述第五转换器开关以经由所述第二电感器向所述正DC母线提供从所述备用DC功率导出的DC功率；以及
在所述第二操作模式下操作所述第四转换器开关以经由所述第二电感器向所述负DC母线提供从所述备用DC功率导出的DC功率。
8.根据权利要求1所述的UPS，其中所述第一转换器开关是双向开关电路，所述双向开关电路包括串联耦合的第一开关和第二开关。
9.根据权利要求8所述的UPS，其中所述转换器还包括耦合在所述第一转换器开关和所述正DC母线之间的第一二极管、耦合在所述第一转换器开关和所述负DC母线之间的第二二极管、被配置为将所述第二电感器耦合到所述备用功率输入端的第四转换器开关、以及被配置为将所述第二电感器耦合到所述中性连接的第五转换器开关。
10.根据权利要求9所述的UPS，其中所述第一电感器、所述第一转换器开关的所述第一开关、所述第一转换器开关的所述第二开关的体二极管以及所述第一二极管被配置为在所述第一操作模式下在所述输入AC电压的正半周期期间作为升压转换器操作，以向所述正DC母线提供从所述输入AC功率导出的DC功率。
11.根据权利要求9所述的UPS，其中所述第二电感器、所述第三转换器开关和所述第四转换器开关的体二极管被配置为在所述第一操作模式下作为降压-升压转换器操作，以向所述备用功率输入端提供从所述负DC母线导出的DC功率。
12.根据权利要求9所述的UPS，其中所述第一电感器、所述第一转换器开关的所述第二开关、所述第一转换器开关的所述第一开关的体二极管和所述第二二极管被配置为在所述第一操作模式下在所述输入AC电压的负半周期期间作为升压转换器操作，以向所述负DC母线提供从所述输入AC功率导出的DC功率。
13.根据权利要求9所述的UPS，其中所述第二电感器、所述第二转换器开关和所述第五转换器开关的体二极管被配置为在所述第一操作模式下作为降压转换器操作，以向所述备用功率输入端提供从所述正DC母线导出的DC功率。
14.根据权利要求9所述的UPS，其中所述第一电感器、所述第一转换器开关的所述第一开关、所述第一转换器开关的所述第二开关的体二极管和所述第一二极管被配置为在所述第二操作模式下作为升压转换器操作，以向所述正DC母线提供从所述备用DC功率导出的DC功率。
15.根据权利要求9所述的UPS，其中所述第二电感器、所述第四转换器开关、所述第二转换器开关的体二极管和所述第五转换器开关被配置为在所述第二操作模式下作为升压转换器操作，以向所述正DC母线提供从所述备用DC功率导出的DC功率。
16.根据权利要求9所述的UPS，其中所述第二电感器、所述第四转换器开关、所述第三转换器开关的体二极管和所述第五转换器开关被配置为在所述第二操作模式期间作为降压-升压转换器操作，以向所述负DC母线提供从所述备用DC功率导出的DC功率。
17.根据权利要求1所述的UPS，还包括：
输出端，被配置为向负载提供输出AC功率；以及
逆变器，耦合到所述输出端，并且被配置为将来自所述正DC母线和所述负DC母线的DC功率转换成所述输出AC功率，并向所述输出端提供所述输出AC功率。
18.一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有用于控制不间断电源UPS的计算机可执行指令序列，所述不间断电源UPS包括输入端、备用功率输入端、正DC母线、负DC母线和转换器，所述输入端被配置为接收具有输入AC电压的输入AC功率、所述备用功率输入端被配置为耦合到备用电源并向所述备用电源提供DC功率用于充电，所述转换器耦合到所述输入端、所述备用功率输入端以及所述正DC母线和所述负DC母线，所述转换器包括：第一电感器、第二电感器、被配置为将所述第一电感器耦合到中性连接的第一转换器开关，被配置为将所述第二电感器耦合到所述正DC母线的第二转换器开关，以及被配置为将所述第二电感器耦合到所述负DC母线的第三转换器开关，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以下操作的指令：
在第一操作模式下并且在所述输入AC电压的正半周期期间，操作所述第一转换器开关以经由所述第一电感器向所述正DC母线提供从所述输入AC功率导出的DC功率，并且操作所述第二转换器开关或所述第三转换器开关中的至少一个以经由所述第二电感器向所述备用功率输入端提供从所述正DC母线或所述负DC母线中的至少一个导出的DC功率；以及
在所述第一操作模式下并且在所述输入AC电压的负半周期期间，操作所述第一转换器开关以经由所述第一电感器向所述负DC母线提供从所述输入AC功率导出的DC功率，并且操作所述第二转换器开关或所述第三转换器开关中的至少一个以经由所述第二电感器向所述备用功率输入端提供从所述正DC母线或所述负DC母线中的至少一个导出的DC功率。
19.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述指令序列包括使所述至少一个处理器执行以下操作的指令：
监测在所述输入端接收的所述输入AC功率；
响应于确定所述输入AC功率是可接受的，在所述第一操作模式下操作所述UPS；以及
响应于确定所述输入AC功率是不可接受的，在所述第二操作模式下操作所述UPS。
20.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述UPS包括输入端选择电路，并且所述指令序列包括使所述至少一个处理器执行以下操作的指令：
在所述第一操作模式期间，控制所述输入端选择电路将所述转换器耦合到所述输入端；以及
在所述第二操作模式期间，控制所述输入端选择电路将所述转换器耦合到所述备用功率输入端。
21.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述备用功率输入端还被配置为从所述备用电源接收备用DC功率，并且所述转换器包括被配置为将所述第二电感器耦合到所述备用功率输入端的第四转换器开关。
22.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述指令序列包括使所述至少一个处理器执行以下操作的指令：
在所述第二操作模式下操作所述第一转换器开关以经由所述第一电感器向所述正DC母线提供从所述备用DC功率导出的DC功率；以及
在所述第二操作模式下操作所述第四转换器开关以经由所述第二电感器向所述负DC母线提供从所述备用DC功率导出的DC功率。
23.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述转换器包括第五转换器开关，所述第五转换器开关被配置为将所述第二电感器耦合到所述中性连接，并且所述指令序列包括使所述至少一个处理器执行以下操作的指令：
在所述第二操作模式下操作所述第五转换器开关以经由所述第二电感器向所述正DC母线提供从所述备用DC功率导出的DC功率；以及
在所述第二操作模式下操作所述第四转换器开关以经由所述第二电感器向所述负DC母线提供从所述备用DC功率导出的DC功率。
24.一种组装不间断电源(UPS)的方法，包括：
提供输入端，所述输入端被配置为接收具有输入AC电压的输入AC功率；
提供备用功率输入端，所述备用功率输入端被配置为耦合到备用电源并且向所述备用电源提供DC功率用于充电；
将正DC母线和负DC母线电流地耦合到所述备用功率输入端；以及
将转换器耦合到所述输入端、所述备用功率输入端以及所述正DC母线和所述负DC母线，所述转换器包括第一电感器、第二电感器、被配置为将所述第一电感器耦合到中性连接的第一转换器开关、被配置为将所述第二电感器耦合到所述正DC母线的第二转换器开关、以及被配置为将所述第二电感器耦合到所述负DC母线的第三转换器开关，其中所述UPS是电压-频率无关的。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102379157B1 (ko) * 2020-11-04 2022-03-25 한국항공우주연구원 통합형 dc/dc 및 ac/dc 컨버터 시스템
US11888340B2 (en) * 2020-12-04 2024-01-30 Schneider Electric It Corporation Method to enhance the life of a lithium battery
US11777338B2 (en) * 2021-06-15 2023-10-03 Schneider Electric It Corporation AC switch PFC with integrated charger and DC-DC for online UPS systems

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7141892B2 (en) 2002-08-20 2006-11-28 Phoenixtec Power Co., Ltd. Power supply method of a line interactive UPS and the line interactive UPS
US8946931B2 (en) * 2011-07-28 2015-02-03 Schneider Electric It Corporation Dual boost converter for UPS system
US8884464B2 (en) 2011-08-29 2014-11-11 Schneider Electric It Corporation Twin boost converter with integrated charger for UPS system
CN103715746B (zh) 2012-09-29 2016-08-24 艾默生网络能源有限公司 一种ups及其dc/dc电路
CN106134034B (zh) 2014-03-27 2019-07-02 施耐德电气It公司 双向dc-dc转换器
US9595876B2 (en) 2015-02-11 2017-03-14 Schneider Electric It Corporation DC-DC converter
FR3076123B1 (fr) 2017-12-21 2021-01-08 Renault Sas Convertisseur dc-dc pour chargeur bidirectionnel.
US10944319B2 (en) 2018-11-30 2021-03-09 Schneider Electric It Corporation Flying battery with AC switch PFC front end for ups
CN110995001B (zh) * 2019-10-12 2021-08-24 山特电子（深圳）有限公司 多输入功率变换器及其控制方法和包括其的不间断电源
US11777338B2 (en) * 2021-06-15 2023-10-03 Schneider Electric It Corporation AC switch PFC with integrated charger and DC-DC for online UPS systems
US11621579B2 (en) 2021-06-15 2023-04-04 Schneider Electric It Corporation Line-interactive uninterruptible power supply with integrated charger

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