CN1321351A - 使用被控制的铁磁谐振变压器电路的不间断电源系统,电压调节器和操作方法 - Google Patents

使用被控制的铁磁谐振变压器电路的不间断电源系统,电压调节器和操作方法 Download PDF

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Abstract

一种用于从至少一个直流电源或交流电源产生交流电压的不间断电源系统,所述系统包括:被配置用于接收来自交流电源的交流电压的输入端;和通过操作在其输出端由直流电源产生交流电压的逆变器。一种铁磁谐振电路,其包括变压器,所述变压器具有输入绕组,输出绕组和形成谐振电路的一部分的第三绕组,所述谐振电路当输入绕组上的交流电压超过预定幅值时在所述输出绕组中产生饱和。变压器输入控制电路,其和所述输入端相连,并和所述逆变器的输出相连,并且通过操作使所述输入端和所述逆变器的输出中的至少一个和所述输入绕组相连。所述变压器输入控制电路响应所述输入端上的电压、所述输出绕组中的电流、所述输出绕组上的电压和所述输入端上的电流中的至少一个,可变地使所述输入端和所述输入绕组相连。还描述了相关的电压调节器及方法。

Description

使用被控制的铁磁谐振变压器电路的不间断 电源系统，电压调节器和操作方法
本发明涉及一种电源系统和电源系统的操作方法，具体地说，涉及一种不间断电源(UPS)系统，电压调节器和电压调节方法。
不间断电源(UPS)系统被用于多种场合，例如用于对计算机系统、电信交换设备和有线电视传输设备提供可靠的并且能够调节的交流电源。一般的UPS系统包括电池，独立的发电机或其它交流电源，如果交流电网电源失效，所述UPS系统可以投入工作，以便满足预定的电压或其它性能准则，例如在“灯火管制”的条件下。此外，UPS系统通常包括功率调节电路，其被设计用于减少尖峰，频率改变，电压偏移和通常存在于交流输电线中的其它不规则现象。因而，交流电压调节通常是UPS系统的一个关键功能，因而，最普通的UPS系统包括某种类型的交流电压调节电路。
UPS电压调节电路通常被设计用于满足UPS操作环境中的特定要求。例如，在用于有线电视的情况下，一般使用UPS为电缆网络分配交流功率。电视信号趋于具有比电缆系统中使用的一般为60Hz的功率信号高得多的频率，交流功率信号一般在同轴电缆本身分配，和电视信号多路传输，例如利用转发器，其通过利用被连接在同轴导体上的谐振槽路接收来自电缆的信号。一个单极安装的UPS系统可以供应包括分布在多个分支和大的地理区域上的多个这种装置的电缆网络。
因为一般的有线电视电源系统的大的分散性，当网络的一部分故障时切断由UPS系统供电的整个网络是不方便的。代替切断UPS系统，工作人员一般短路通向网络的可疑故障部分的同轴导体，更换可疑的元件，然后除去短路，看是否所作的更换克服了故障。因为这种操作，并由于可能存在的由故障的树形支路而形成的非特意的短路等原因，一般需要有线电视的UPS系统具有好的短路电流限制特性。
其它的环境因素也影响电压调节技术的选择。例如，有线电视和电话系统易于受到闪电和开关感应瞬变过程的影响，它们可以引起能够导致设备破坏的短时间的或长时间的浪涌电压。虽然线路设备一般具有短期的电压尖峰保护装置，例如金属氧化物压敏电阻(MOV)，但是这些装置对于抑制较长期的电压偏移，例如由切断负载引起的多个周期的浪涌电压，并不是非常有效。因而，一般需要用于这种设备的UPS系统还具有良好的浪涌抑制特性。
使用过几种不同类型的交流电压调节器来满足UPS的操作要求。许多UPS使用自调节的铁磁谐振变压器调节器，因为它们的简单性、稳定性和所需的操作特性，这种调节器长期来一直在电话系统和类似的系统中使用。铁磁谐振变压器调节器一般具有良好的电压调节特性，在故障条件下的良好的输出电流限制特性，和好的浪涌抑制特性。不过，铁磁谐振变压器调节器的效率一般低于和其相当的线性变压器调节器，并且在存在负载阶跃变化和低频的输入间断时易于受分谐波过调和瞬时扰动的影响。因为具有附加的绕组和需要相当大的谐振电容器，和具有相当的功率处理能力的线性变压器调节器相比，铁磁谐振变压器调节器还趋于具有大的尺寸和重量，因而具有更高的成本。
其它常规的UPS使用利用线性变压器代替铁磁谐振变压器的电压调节器，其中依靠附加的电子电路提供所需的调节。和相当的铁磁谐振变压器相比，线性变压器调节器具有较高的效率，并且在受到线路或负载的干扰时，一般具有很小的过调和分谐波瞬时扰动，但是，一般具有比所需的浪涌抑制或电流限制特性差的特性。
由上述可见，本发明的目的在于，提供一种不间断电源(UPS)系统，其可以提供关于调节、效率、浪涌抑制和短路电流限制所需的组合。
本发明的另一个目的在于，提供一种电压调节器和电压调节方法，其可以提供关于调节、效率、浪涌抑制和短路电流限制所需的组合。
本发明的另一个目的在于，提供一种铁磁谐振电压调节器，其具有所需的尺寸和重量特征。
按照本发明，这些和其它的目的特点和优点由本发明的电压调节器、不间断电源和电压调节方法实现了，其中，响应输入端电压和铁磁谐振变压器的输出绕组中的电流中的至少一个，用于接收交流电压例如电网电压的输入端被选择地和铁磁谐振变压器的输入绕组相连。在优选实施例中，例如，通过利用继电器或其它的开关元件改变抽头，把电压调节器的输入端选择地连接到沿着输入绕组的一个位置上，使输入绕组上的每匝电压被控制。通过控制和铁磁谐振变压器相关的铁磁谐振电路的谐振，例如通过在铁磁谐振电路中添加或除去电容，可以实现附加的输出控制。
本发明是根据这样一个认识提出的，即，通过调节铁磁谐振变压器调节器的输入绕组上的每匝电压，例如使用相对简单的抽头改变技术，可以控制铁磁谐振变压器调节器电路的饱和特性，从而提供改进的性能。因而，铁磁谐振变压器调节器电路可以被这样设计，使得能够利用在其谐振电路中的较小的循环电流操作，同时获得所需的铁磁谐振变压器的特性，例如固有的浪涌抑制和电流限制特性。减少循环电流使得能够减少绕组、电容器和其它元件的尺寸，因而可以提高效率。通过在交流电源和电池供电的逆变器之间转换铁磁谐振变压器的输入绕组，或者通过使交流电源和逆变器分别和铁磁谐振变压器的第一、第二输入绕组相连，可以实现UPS操作。
具体地说，按照本发明，一种用于从至少一个直流电源或交流电源产生交流电压的不间断电源系统包括被配置用于接收来自交流电源的交流电压的输入端，和通过操作在其输出端产生最好是被调节的交流电压的逆变器。一种铁磁谐振电路包括变压器，其具有输入绕组，输出绕组和形成谐振电路的一部分的第三绕组，所述谐振电路当输入绕组上的交流电压超过预定幅值时在输出绕组中产生饱和。变压器输入控制电路和输入端相连，并和所述逆变器的输出相连，并且通过操作使所述输入端和逆变器的输出中的至少一个和输入绕组相连。所述变压器输入控制电路响应输入端上的电压、输出绕组中的电流、输出绕组上的电压和输入端上的电流中的至少一个，可变地使输入端和输入绕组相连。
按照本发明的一个方面，所述变压器输入控制电路响应输出绕组中电流的增加、输入端的电压的减少和输出绕组的电压的减少中的至少一个，通过操作增加输入绕组上的每匝电压，并响应输出绕组中电流的减少、输入端的电压的增加和输出绕组的电压的增加中的至少一个，通过操作减少输入绕组上的每匝电压。所述变压器输入控制电路可以响应增加到超过第一预定门限的输出绕组中的电流，通过操作增加输入绕组上的每匝电压，并可以响应降低到到小于第二预定门限的输出绕组中的电流，减少输入绕组上的每匝电压。所述变压器输入控制电路还可以响应增加到超过第一预定门限的输入端的电压，通过操作减少输入绕组上的每匝电压，并可以响应降低到到小于第二预定门限的输入端的电压，增加输入绕组上的每匝电压。所述变压器输入控制电路还可以响应增加到超过第一预定门限的输出绕组上的电压，通过操作减少输入绕组上的每匝电压，并可以响应降低到到小于第二预定门限的输出绕组上的电压，增加输入绕组上的每匝电压。
在按照本发明的实施例中，变压器输入控制电路响应输入端的电压、输出绕组中的电流、输出绕组上的电压和输入端的电流中的至少一个，通过操作使输入端和沿着输入绕组所选择的一个位置的输入绕组相连。例如，所述输入绕组可以具有多个抽头，使得变压器输入控制电路响应输入端的电压、输出绕组中的电流、输出绕组上的电压和输入端的电流中的至少一个，通过操作使输入端和在多个抽头中选择的一个抽头相连。
在按照本发明的另一个实施例中，所述系统还可以包括谐振控制电路，其和第三绕组相连，并通过操作控制谐振电路的谐振，借以控制输出绕组的饱和特性。所述谐振控制电路可以包括用于增加和减少谐振电路的电容的装置。
按照本发明的一种电压调节器包括被配置用于接收输入的交流电压的输入端，和铁磁谐振变压器电路，其包括变压器，所述变压器具有输入绕组，输出绕组和形成谐振电路的一部分的第三绕组，所述谐振电路当输入绕组上的交流电压超过预定幅值时在输出绕组中产生饱和。变压器输入控制电路和所述输入端相连，并响应所述电压调节器的操作参数，例如输入端上的电压、输出绕组中的电流、输出绕组上的电压和输入端上的电流，通过操作可变地使所述输入端和所述输入绕组相连。
按照本发明的另一个方面，一个交流电压源响应铁磁谐振变压器电路的操作特性，例如所述交流电压源的电压、铁磁谐振变压器电路的输出绕组中的电流、输出绕组上的电压、和交流电压源的电流，可变地和铁磁谐振变压器电路的输入绕组相连。所述交流电压源可以通过使与所述交流电压源相连的输入端和在沿着输入绕组选择的一个位置(例如在多个抽头中选择的一个)的输入绕组相连，可变地和输入绕组相连。为了提供进一步的控制，铁磁谐振变压器电路的谐振电路的谐振可以被改变，以便控制输出绕组的饱和特性。
图1说明本发明的不间断电源(UPS)系统的第一实施例；
图2说明本发明的不间断电源(UPS)系统的第二实施例；
图3说明按照本发明的一个方面用于控制原绕组的每匝电压的控制结构；
图4说明图3的实施例的示例的控制操作；
图5是按照本发明的一个方面用于响应输入电压控制原绕组的每匝电压的示例的操作的流程图；
图6表示按照本发明的一个方面用于控制铁磁谐振变压器电路的谐振的控制结构；
图7是说明对图6的实施例进行示例的谐振控制的曲线。
下面参照附图详细说明本发明，所述附图表示本发明的实施例。不过，本发明可以用多种不同的形式实施，因而本发明不应当限于所述的实施例，对于本领域的技术人员，提供这些实施例是为了使所披露的内容更完整地覆盖本发明的范围。在附图中，相同的标号表示相同的元件。
参看图1，本发明的实施例中的不间断电源(UPS)系统100包括铁磁谐振变压器110，其包括具有在彼此分开的位置设置的抽头T11,T12,T13,T14的第一输入绕组112a，第二输入绕组112b，以及输出绕组114。第三绕组116形成包括电容器C1的谐振电路118的一部分。当在至少一个输入绕组112a,112b上的电压超过预定的门限时，在输出绕组114中的谐振电路118产生饱和。
铁磁谐振变压器电路的工作原理对本领域技术人员是熟知的。例如，本领域技术人员应当理解，输出绕组114和第三绕组116可以具有若干结构中的一种结构。例如，谐振第三绕组可以116可以被这样构成，使得谐振电路和输出绕组114分开。此外，如图所示，谐振电路118可以包括输出绕组114，在谐振绕组116的抽头T23,T24之间产生铁磁谐振变压器110的输出电压。本领域技术人员应当理解，除去所示的被连接的电容器C1之外，谐振电路118可以包括无功元件，例如以不同方式连接的电容器或电感器，或者其它无功元件。铁磁谐振变压器电路在由Institute of E1ectrical and ElectronecsEngineers(IEEE)(1990,5,16)发表的“IEEE Standard forFerroresonant Voltage Regulators(铁磁谐振电压调节器的IEEE标准)”IEEE Std.449-1990中全面地描述了。
UPS系统100还包括电压调节器105，其包括变压器输入控制电路120，其通过操作把输入端102a,102b可变地连接到铁磁谐振变压器110的第一输入绕组112a，借以在输入端102a,102b可控地施加从交流电源150例如电网线路接收的交流电压Vin，具体地说，对于所述的实施例，变压器输入控制电路120包括开关S1和S2，其响应在端子102a,102b上的输入电压Vin、在输出绕组114中的输出电流Iout、在输出绕组114上的输出电压Vout、和在端子102a,102b上的输入电流中的至少一个，选择地使输入端102a,102b和第一输入绕组112a的抽头T11,T12,T13,T14相连。所示的变压器输入控制电路120还包括附加的开关Sin，其通过操作使输入绕组112a和输入端子102a,102b隔离。
本领域技术人员应当理解，由变压器输入控制电路120提供的输入控制可以由多个不同类型的电路元件来提供，例如电感器，电容器，变压器以及类似的元件，还有继电器，机械开关或固态开关，晶体管和用于控制使输入端子102a,102b和第一输入绕组112a相连的其它开关和控制元件。变压器输入控制电路120还可以包括附加的数字与/或模拟控制电路，其中例如包括微控制器、微处理器、运算放大器及其类似的装置。
还可以包括可选择的谐振控制电路140用来控制谐振电路118中的谐振，借以控制输出绕组114的饱和特性。谐振控制电路140和包括变压器110的第三绕组116的谐振电路118相连，并控制谐振电路118中的谐振，例如通过使用开关S3使附加的电容C2和谐振绕组116的抽头T21,T22之间的谐振电路118相连或断开。谐振控制电路140用于改变输出绕组114的饱和特性，从而使得响应输入电压Vin、输出电流Iout、输出电压Vout和输入电流Iin中的至少一个实现线路调节、负载调节、浪涌抑制、效率等所需的组合。
本领域的技术人员应当理解，由谐振控制电路140提供的谐振控制可以由多个不同类型的电路元件来提供，例如电感器，电容器，变压器以及类似的元件，还有继电器机械开关或固态开关，晶体管和用于控制谐振电路118的特性的其它开关和控制元件。谐振控制电路140还可以包括附加的数字与/或模拟控制电路，其中例如包括微控制器、微处理器、运算放大器及其类似的装置。
本领域的技术人员应当理解，许多所述的功能元件可以由变压器输入控制电路110和谐振控制电路140共用。例如，变压器输入控制电路110和谐振控制电路140可以共用公共的微处理器170，用于确定第一输入绕组112a的每匝电压和谐振电路118的谐振，所述谐振电路118提供线路调节、负载调节、浪涌抑制、效率以及其它性能特性的所需的组合，并相应地控制输入控制开关S1,S2和谐振控制开关S3。
为了在由交流电源150提供的输入交流电压失落时的情况下，例如在“灯火管制”期间，提供备用电源，还提供逆变器130，例如脉宽调制(PWM)逆变器，其和第二输入绕组112b相连。直流电压由直流电源160，例如电池，加于逆变器130。所述直流电压被逆变器130转换而在逆变器130的输出端132产生被施加于第二输入绕组112b的交流电压。如上所述，当逆变器130工作时，变压器输入控制电路120可以通过断开输入控制开关Sin使在输入端102a,102b提供的交流电压和第一输入绕组112a隔离。
逆变器130可以包括任意数量的本领域技术人员熟知的常规的逆变器电路。例如，逆变器可以包括脉宽调制(PWM)逆变器，其产生“脉冲的”交流信号，具有被改变以便控制在第二输入绕组112b上施加的有效交流电压。逆变器130最好在其输出端132产生可调节的被维持在预定电压范围内的交流电压。通过使用被调节的逆变器，当系统100由逆变器130提供的电源操作时，可以维持UPS系统100的调节性能。不过，本领域技术人员应当理解，“不被调节的”逆变器，例如没有脉宽控制或类似控制的开环调节器也可以用于本发明，但只能提供较差的性能。
本领域技术人员应当理解，和图1所示的逆变器130以及变压器输入控制电路120的结构不同的结构也落在本发明的范围内。例如，图2示出了另一个实施例100’，其中变压器输入控制电路120’通过操作还使交流电源150和逆变器130中的一个和铁磁谐振变压器110’的一个输入绕组112相连。例如，可以提供输入控制开关Sin’，用于在输入端子102a,102b之间的输入绕组112和逆变器130的输出端132之间转换。
回到图1，本领域技术人员应当理解，逆变器130和交流电源150之间的相互作用可以用多种不同的方式发生。例如，逆变器130可以完全工作在“备用/在线”方式下，即执行一种这样的控制方法，其中当由逆变器130对第二输入绕组112b提供交流电压时，交流电源150通过输入控制开关Sin和第一输入绕组112a隔离，而当交流电源150和第一输入绕组112a相连时，逆变器的输出132被断开。此外，逆变器130可以工作在“线路交互”方式或“三端口”方式下，其中逆变器130供给第二输入绕组112b交流电压，同时，交流电源150也向第一输入绕组112a提供交流电压。在这种操作方式下，例如，逆变器130可用于补偿由交流电源150提供的交流电压中的波动，以便保持输出电压Vout的所需质量。
本领域技术人员应当理解，在逆变器130，变压器输入控制电路120和谐振控制电路140之间最好能够传递信号，以便正确地同步逆变器130的供电。例如，可以在微处理器170和逆变器130之间提供通讯总线或类似的数据通路，使得微处理器170能够同步逆变器130、变压器输入控制电路120和谐振控制电路140的操作。为了提供下游元件和设备的附加保护，也可以提供输出箝位电路180，用于抑制间歇的电压偏移，所述电压偏移可能在下游元件和设备中引起间题，并减少所述元件和设备的操作寿命。
本发明是根据这样一个认识提出的，即，通过控制施加于铁磁谐振变压器电路的输入绕组上的每匝电压，并且，选择地，控制铁磁谐振变压器电路的谐振电路中的谐振，可以改变铁磁谐振变压器电路的饱和特性，从而改变其操作包迹(envelope)。具体地说，上述的变压器输入控制电路120和谐振控制电路140用于控制在谐振电路118中的循环电流，因而，控制铁磁谐振变压器电路的饱和特性。
常规的铁磁谐振变压器调节器一般具有谐振元件，例如变压器绕组和谐振电容器，其元件值一般被这样选择，使得在调节器的额定操作包迹内，在谐振电路中的循环伏安数是调节器的额定输出功率的2到4倍的数量级。这些元件值一般根据需要选择，以便在调节器的额定的线路输入和负载范围内达到特定的调节性能；在谐振电路中维持最小的循环伏安数，从而确保调节器在其额定的输出电流下保持饱和状态。这种方法的缺点包括在正常输出电流时具有相对低的效率，以及趋于要求笨重的一般较贵的元件，例如大的谐振电容器和具有谐振绕组的铁磁谐振变压器。
按照本发明的一个方面，在输入绕组上的每匝电压被控制，因而减少了对谐振电路的要求，以便在原绕组电压的一个大的范围内被调节。这种输入控制减少了铁磁谐振变压器电路的调节负担，使得能够设计在更受约束的操作包迹上操作的铁磁谐振变压器电路，其中使用能够维持更小的循环电流的谐振电路。因而，和具有相当容量的相应的常规的铁磁谐振变压器调节器相比，预计可以减少铁磁谐振变压器和相关的元件的体积和重量，并且降低成本。此外，因为通过采取合适的输入控制(以及，选择地，谐振控制)使得可以把铁磁谐振变压器电路在其整个操作范围内维持在最佳的或接近最佳的饱和特性上，所以可以实现高的效率。
图3-7说明使用图1和图2所示的装置可以实现的示例的控制结构和操作。本领域技术人员应当理解，图3-7所示的结构和操作可以由计算机程序指令来实现，这些程序可以被装在计算机上，或者被装在其它可编程的数据处理装置上，从而产生一种机器，使得在计算机上或者在其它可编程的数据处理装置上执行的指令形成一种用于执行在流程图或方块图中规定的功能的装置。例如，图3-7的结构和操作可以由被图1和图2所示的微处理器170装载和执行的计算机指令来实现。所述计算机程序指令也可以被装在计算机或其它可编程数据处理装置上，从而使计算机或其它可编程的装置执行一系列操作步骤，从而产生一种计算机执行的方法，使得在计算机上或其它可编程装置上执行的指令提供用于执行图3-7所示的操作的步骤。因而，图3-7支持用于执行图3-7所示的装置或步骤的组合。还可以理解，图3-7所示的每种结构和操作可以利用用于完成特定的功能或步骤的专用的基于硬件的计算机系统来实现，或者利用专用的硬件和计算机指令的组合来实现。
图3-7所示的示例的结构和操作根据输入电压Vin，输出电流Iout，和输出电压Vout，执行关于铁磁谐振变压器调节器的输入绕组的每匝电压的控制，并控制铁磁谐振变压器调节器的谐振电路的谐振控制。本领域技术人员应当理解，提供这些示例的结构和操作只是为了说明本发明，并不等于把本发明的范围限制于图3-7所示的结构。例如，在本发明的范围内，也可以提供基于输入电流Iin(如图1和图2所示)或调节器105的其它操作参数的输入和谐振控制。
图3说明用于控制铁磁谐振变压器电压调节器例如图1的调节器105的示例的变压器输入控制结构300。交流电压Vin被提供给求和节点340，产生被送到磁滞控制块310的求和节点输出电压V*。磁滞控制块310根据求和节点输出V*使用开关S1,S2选择地连接调节器105的输入端102a,102b，根据求和节点输出电压V*增加或者减少，接通分别处于上下门限V1*,V2*的抽头配置，从而引入磁滞，如图4的曲线所示。图1所示的开关S1,S2支持相应于开关S1,S2的4个可能的转换的4个抽头配置。
图5说明可以利用图3的结构300实现的电压调节操作500。在块520，检测输入电压Vin，如果输入电压Vin已经增加到超过第一预定门限(块520)，则改变抽头配置使得减少铁磁谐振变压器电压调节器的输入绕组的每匝电压(决525)。如果输入电压Vin已经下降到低于小于第一预定门限的第二预定门限值(块530)，则改变抽头配置使得增加铁磁谐振变压器电压调节器的输入绕组的每匝电压(块535)。
返回图3，通过提供用于把代表输出电流Iout的信号Iout*Rsc的信号送到求和节点340的第一反馈路径330，可以实现不同于基于施加的交流电压的控制的控制。当输出电流Iout减少到使求和节点输出电压V*增加到第一预定门限以上的点时，磁滞控制器310便改变抽头配置，使得减少铁磁谐振变压器调节器的输入绕组的每匝电压。当输出电流Iout增加到使求和节点输出电压V*减少到第二预定门限以下的点时，磁滞控制器310便改变抽头配置，使得增加铁磁谐振变压器调节器的输入绕组的每匝电压。
还可以提供基于输出电压的控制。第二反馈路径320向求和节点340提供代表实际输出电压Vout和所需输出电压Vref之间的差的信号K*(Vout-Vref)。当输出电压Vout增加到所需电压Vref以上到达引起求和节点输出V*增加而通过第一预定门限的点时，磁滞控制器310改变抽头配置，从而提供铁磁谐振变压器调节器的输入绕组上的减少的每匝电压。当输出电压Vout减少到所需电压Vref以下到达引起求和节点输出V*减少到第二预定门限的点时，磁滞控制器310便增加铁磁谐振变压器调节器的输入绕组上的每匝电压。
图3的控制结构300的磁滞控制器310，反馈路径320,330和求和节点340例如可以使用图1或图2的装置来实现。例如求和节点340和磁滞控制器340可以利用在图1的微处理器170上运行的计算机程序来实现，或者利用具有类似功能的模拟与/或数字电路来实现。类似地，反馈路径320,330的比例功能和其它功能可以在微处理器中或具有类似功能的模拟与/或数字电路中实现。其它的功能，例如电流和电压检测，可以由本领域技术人员熟知的多种元件来实现，例如电压采样装置，电流检测电阻，电流互感器，模数转换器(A/D)等。
本领域的技术人员应当理解，本发明也可以使用不同于图3的结构300的变压器输入控制结构。例如，图3所示的线性反馈结构可以用更一般化的控制结构代替，所述控制结构在某个操作包迹内执行图3所示的一些线性控制功能，并在另一个控制包迹内执行其它的或者非线性的控制功能。例如，在表示短路的输出电流Iout和输出电压Vout的条件下，可能需要实现铁磁谐振变压器调节器的输入绕组的硬限幅的每匝输入电压，或者需要在输入电压、输出电压与/或输出电流的范围内，改变和反馈路径320,330相关的增益K,Rsc，以便补偿铁磁谐振变压器调节器的性能特性中的非线性。还应当理解，可以使用基于规则的控制方法，模糊逻辑，神经网络或其它的控制方法代替本发明的例如图3所示的代数控制结构。
图6表示可以由图1的电压调节器105，具体地说，由谐振控制电路140实现的一种示例的谐振控制结构。铁磁谐振变压器调节器的输出电流Iout被送给求和节点630，产生被送给磁滞控制器610的求和节点输出I*。磁滞控制器610(例如在图1的微处理器170中被实现的)改变谐振控制电路140的开关S3的状态，使附加的电容器C2和谐振电路118连接与断开。如图7所示，当输出电流Iout增加到求和节点输出I*增加使得超过第一预定门限I1*的点时，开关S3闭合，将附加的电容C2加入谐振电路118。当输出电流Iout减少使得求和节点输出I*减少到低于第二预定门限I2*的点时，开关S3断开，将附加的电容C2从谐振电路118中除去。
也可以实现基于输出电压的谐振控制。可以提供电压反馈路径620，其把代表实际输出电压Vout和所需输出电压Vref之间的差的信号f(Vout-Vref)提供给求和节点630，在那里其被加到输出电流信号Iout上。可以理解，一般地说，信号f(Vout-Vref)可以输出电压Vout的任意数量的函数，包括线性函数和非线性函数。
图6的控制结构600的磁滞控制器610，反馈路径620，和求和节点630例如可以使用图1或图2的装置来实现。例如求和节点630和磁滞控制器610可以利用在图1的微处理器170上运行的计算机程序来实现，或者利用具有类似功能的模拟与/或数字电路来实现。类似地，反馈路径620的比例功能和其它功能可以在微处理器中或具有类似功能的模拟与/或数字电路中实现。其它的功能，例如电流和电压检测，可以由本领域技术人员熟知的多种元件来实现，例如电压采样装置，电流检测电阻，电流互感器，模数转换器(A/D)等。
本领域技术人员应当理解，本发明也可以使用不同于图6的结构600的谐振控制结构。例如，所述的调节器可以用更一般化的谐振控制结构代替，所述控制结构在某个操作包迹内执行图6所示的一些线性控制功能，并在另一个控制包迹内执行其它的控制功能。本领域技术人员应当理解，可以使用基于规则的控制方法，模糊逻辑，神经网络或其它的控制方法代替本发明的例如图6所示的代数控制结构。
在附图和说明书中，披露了本发明的优选实施例，其中虽然使用了特定的术语，但是它们只具有一般性的说明的意义，并不用于限制本发明，本发明的范围在下面的权利要求中提出。

Claims (39)

1．一种用于从至少一个直流电源或交流电源产生交流电压的不间断电源系统，所述系统包括：
被配置用于接收来自交流电源的交流电压的输入端；
通过操作在其输出端产生交流电压的逆变器；
一种铁磁谐振电路，其包括变压器，所述变压器具有输入绕组，输出绕组和形成谐振电路的一部分的第三绕组，所述谐振电路当输入绕组上的交流电压超过预定幅值时在所述输出绕组中产生饱和；以及
变压器输入控制电路，其和所述输入端相连，并和所述逆变器的输出相连，并且通过操作使所述输入端和所述逆变器的输出中的至少一个和所述输入绕组相连，所述变压器输入控制电路响应所述输入端上的电压、所述输出绕组中的电流、所述输出绕组上的电压和所述输入端上的电流中的至少一个，可变地使所述输入端和所述输入绕组相连。
2．如权利要求1所述的系统，其中所述变压器输入控制电路响应所述输出绕组中电流的增加、所述输入端的电压的减少和所述输出绕组的电压的减少中的至少一个，通过操作增加所述输入绕组上的每匝电压，并响应所述输出绕组中电流的减少、所述输入端的电压的增加和所述输出绕组的电压的增加中的至少一个，通过操作减少所述输入绕组上的每匝电压。
3．如权利要求2所述的系统，所述变压器输入控制电路响应增加到超过第一预定门限的所述输出绕组中的电流，通过操作增加所述输入绕组上的每匝电压，并响应降低到到小于第二预定门限的所述输出绕组中的电流，减少输入绕组上的每匝电压。
4．如权利要求2所述的系统，其中所述变压器输入控制电路响应增加到超过第一预定门限的所述输入端的电压，通过操作减少所述输入绕组上的每匝电压，并响应降低到到小于第二预定门限的所述输入端的电压，增加输入绕组上的每匝电压。
5．如权利要求2所述的系统，其中所述变压器输入控制电路响应增加到超过第一预定门限的所述输出绕组上的电压，通过操作减少所述输入绕组上的每匝电压，并响应降低到到小于第二预定门限的所述输出绕组上的电压，增加所述输入绕组上的每匝电压。
6．如权利要求1所述的系统，其中所述变压器输入控制电路响应所述输入端的电压、所述输出绕组中的电流、所述输出绕组上的电压和所述输入端的电流中的至少一个，通过操作使所述输入端和沿着所述输入绕组选择的一个位置上的所述输入绕组相连。
7．如权利要求6所述的系统，其中所述输入绕组具有多个抽头；以及
其中所述变压器输入控制电路响应所述输入端的电压、所述输出绕组中的电流、所述输出绕组上的电压和所述输入端的电流中的至少一个，通过操作使所述输入端和在多个抽头中选择的一个抽头相连。
8．如权利要求7所述的系统，其中所述变压器输入控制电路包括一个开关，所述开关通过操作使所述输入端和在所述多个抽头中选择的一个抽头相连。
9．如权利要求1所述的系统，还包括谐振控制电路，所述谐振控制电路和所述第三绕组相连，并通过操作控制所述谐振电路的谐振，借以控制所述输出绕组的饱和特性。
10．如权利要求9所述的系统，其中所述谐振控制电路包括用于增加和减少所述谐振电路的电容的装置。
11．如权利要求1所述的系统，其中所述变压器输入控制电路响应所述输入端的电压、所述输出绕组中的电流、所述输出绕组上的电压和所述输入端的电流中的至少一个，通过操作控制所述输入绕组上的每匝电压，从而使浪涌抑制特性、短路电流、效率、线路调节和负载调节中的至少一个最佳。
12．如权利要求7所述的系统，其中所述变压器输入控制电路和所述谐振控制电路响应所述输入端的电压、所述输出绕组中的电流、所述输出绕组上的电压和所述输入端的电流中的至少一个，通过操作分别控制所述输入绕组上的每匝电压和所述谐振电路的谐振，从而使浪涌抑制特性、短路电流、效率、线路调节和负载调节中的至少一个最佳。
13．如权利要求1所述的系统，其中所述变压器输入控制电路通过操作使在所述输入端连接的交流电源或所述逆变器输出中选择的一个和所述输入绕组相连。
14．如权利要求1所述的系统，其中所述输入绕组包括第一输入绕组和第二输入绕组；
其中所述变压器输入控制电路响应所述输入端的电压和所述输出绕组中的电流的至少一个，通过操作可变地连接所述输入端和所述第一输入绕组；以及
其中所述逆变器输出和所述第二输入绕组相连。
15．如权利要求14所述的系统，其中所述逆变器通过操作在所述逆变器的输出端产生一个被维持在一个预定电压范围内的被调节的交流电压。
16．如权利要求1所述的系统，其中结合有和所述逆变器连接的直流电源。
17．一种电压调节器，包括：
被配置用于接收输入的交流电压的输入端；
铁磁谐振变压器电路，其包括变压器，所述变压器具有输入绕组，输出绕组和形成谐振电路的一部分的第三绕组，所述谐振电路当输入绕组上的交流电压超过预定幅值时在输出绕组中产生饱和；以及
变压器输入控制电路，其和所述输入端相连，并响应所述电压调节器的操作参数，通过操作可变地使所述输入端和所述输入绕组相连。
18．如权利要求17所述的电压调节器，其中所述变压器输入控制电路响应所述输入端的电压、所述输出绕组中的电流、所述输出绕组的电压、和所述输入端的电流中的至少一个，通过操作可变地使所述输入端和所述输入绕组相连。
19．如权利要求18所述的电压调节器，其中所述变压器输入控制电路响应所述输出绕组中电流的增加、所述输入端的电压的减少和所述输出绕组的电压的减少中的至少一个，通过操作增加所述输入绕组上的每匝电压，并响应所述输出绕组中电流的减少、所述输入端的电压的增加和所述输出绕组的电压的增加中的至少一个，通过操作减少所述输入绕组上的每匝电压。
20．如权利要求19所述的电压调节器，其中所述变压器输入控制电路响应增加到超过第一预定门限的所述输出绕组中的电流，通过操作增加所述输入绕组上的每匝电压，并响应降低到到小于第二预定门限的所述输出绕组中的电流，减少输入绕组上的每匝电压。
21．如权利要求19所述的电压调节器，其中所述变压器输入控制电路响应增加到超过第一预定门限的所述输入端的电压，通过操作减少所述输入绕组上的每匝电压，并响应降低到到小于第二预定门限的所述输入端的电压，增加输入绕组上的每匝电压。
22．如权利要求19所述的电压调节器，其中所述变压器输入控制电路响应增加到超过第一预定门限的所述输出绕组上的电压，通过操作减少所述输入绕组上的每匝电压，并响应降低到到小于第二预定门限的所述输出绕组上的电压，增加所述输入绕组上的每匝电压。
23．如权利要求18所述的电压调节器，其中所述变压器输入控制电路响应所述输入端的电压、所述输出绕组中的电流、所述输出绕组上的电压和所述输入端的电流中的至少一个，通过操作使所述输入端和沿着所述输入绕组选择的一个位置上的所述输入绕组相连。
24．如权利要求23所述的电压调节器，其中所述输入绕组具有多个抽头；以及
其中所述变压器输入控制电路响应所述输入端的电压、所述输出绕组中的电流、所述输出绕组上的电压和所述输入端的电流中的至少一个，通过操作使所述输入端和在多个抽头中选择的一个抽头相连。
25．如权利要求24所述的电压调节器，其中所述变压器控制电路包括一个开关，所述开关通过操作使所述输入端和在所述多个抽头中选择的一个抽头相连。
26．如权利要求18所述的电压调节器，还包括谐振控制电路，所述谐振控制电路和所述第三绕组相连，并通过操作控制所述谐振电路的谐振，借以控制所述输出绕组的饱和特性。
27．如权利要求26所述的电压调节器，其中所述谐振控制电路包括用于增加和减少所述谐振电路的电容的装置。
28．如权利要求18所述的电压调节器，其中所述变压器输入控制电路响应所述输入端的电压、所述输出绕组中的电流、所述输出绕组上的电压和所述输入端的电流中的至少一个，通过操作控制所述输入绕组上的每匝电压，从而使浪涌抑制特性、短路电流、效率、线路调节和负载调节中的至少一个最佳。
29．如权利要求26所述的电压调节器，其中所述变压器输入控制电路和所述谐振控制电路响应所述输入端的电压、所述输出绕组中的电流、所述输出绕组上的电压和所述输入端的电流中的至少一个，通过操作分别控制所述输入绕组上的每匝电压和所述谐振电路的谐振，从而使浪涌抑制特性、短路电流、效率、线路调节和负载调节中的至少一个最佳。
30．一种用于操作铁磁谐振变压器电路的方法，所述铁磁谐振变压器电路包括变压器，所述变压器具有输入绕组，输出绕组和形成谐振电路的一部分的第三绕组，所述谐振电路当输入绕组上的交流电压超过预定幅值时在所述输出绕组中产生饱和，所述方法包括以下步骤：
响应所述铁磁谐振变压器电路的操作特性，可变地使一个交流电压源和输入绕组相连。
31．如权利要求30所述的方法，其中所述可变地连接步骤包括响应所述交流电压源的电压、所述输出绕组中的电流、所述输出绕组的电压、和所述交流电压源的电流中的至少一个，可变地使交流电压和所述输入绕组相连的步骤。
32．如权利要求31所述的方法，其中所述可变地连接步骤包括使和所述交流电压源相连的输入端和在沿着所述输入绕组的一个选择的位置的所述输入绕组相连的步骤。
33．如权利要求32所述的方法，其中所述输入绕组具有多个抽头，并且其中所述连接步骤包括使所述输入端和从所述多个抽头中选择的一个抽头相连的步骤。
34．如权利要求33所述的方法，其中所述连接步骤包括：
响应输出绕组中的超过第一预定门限的电流使所述输入端和增加所述输入绕组的每匝电压的抽头相连；以及
响应输出绕组中的下降到小于第二预定门限的电流使所述输入端和减少所述输入绕组的每匝电压的抽头相连。
35．如权利要求33所述的方法，其中所述连接步骤包括：
响应在所述输入端接收的交流电压的减少使所述输入端和减少被施加有在所述输入端接收的交流电压的所述输入绕组的匝数的抽头相连；以及
响应在所述输入端接收的交流电压的增加使所述输入端和增加被施加有在所述输入端接收的交流电压的所述输入绕组的匝数的抽头相连。
36．如权利要求33所述的方法，其中所述连接步骤包括以下步骤：
响应在所述输出绕组上的电压的减少使所述输入端和减少被施加有在所述输入端接收的交流电压的所述输入绕组的匝数的抽头相连；以及
响应在所述输出绕组上的电压的增加使所述输入端和增加被施加有在所述输入端接收的交流电压的所述输入绕组的匝数的抽头相连。
37．如权利要求32所述的方法，其中还包括改变谐振电路的谐振，从而控制所述输出绕组的饱和特性的步骤。
38．如权利要求32所述的方法，还包括可变地连接所述输入端和所述输入绕组，从而使浪涌抑制特性、短路电流、效率、线路调节和负载调节中的至少一个为最佳的步骤。
39．如权利要求37所述的方法，还包括可变地连接所述输入端和所述输入绕组，并控制所述谐振电路中的谐振，从而使浪涌抑制特性、短路电流、效率、线路调节和负载调节中的至少一个为最佳的步骤。
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