DE69025335T2

DE69025335T2 - Unterbrechungsfreies leistungsversorgungssystem mit verbesserter leistungsfaktorkorrekturschaltung

Info

Publication number: DE69025335T2
Application number: DE69025335T
Authority: DE
Inventors: Robert Johnson; Joseph Paulakonis
Original assignee: EXIDE ELECT INT
Current assignee: EXIDE ELECT INT
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1990-11-06
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2010-11-07
Also published as: ATE134086T1; DE69025335D1; KR920704403A; EP0500789A1; CA2069896A1; BR9007829A; WO1991007808A1; JPH05504879A; EP0500789B1; MX168779B; US4980812A; EP0500789A4; KR0180633B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein ununterbrochenes Stromzufuhr-(UPS)-System bzw. ein System einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (UPS) und ganz besonders ein UPS-System, das einen verbesserten Phasenverschiebungsschaltkreis aufweist.
Es kann hier ausgeführt werden, daß Computerarbeitsstationen immer einen zunehmenden Leistungsbedarf erfordern, insbesondere diejenigen mit weiterentwickelten graphischen Displays bzw. Anzeigen. Dieser Leistungsbedarf nähert sich 1000 bis 1200 Watt Leistung. In der Theorie sollte dies kein Problem darstellen, da 1725 Watt Leistung aus einer Wandsteckdose mit 15 Ampere, 115 Volt verfügbar sein sollten. In den Vereinigten Staaten begrenzen allerdings Versicherungsanstalten einen Stromabzug auf 12 Ampere und daher die Leistung auf 1380 Watt. Mit dem Wirkungsgrad einer typischen Stromversorgung, die 85% beträgt, einem Leistungsfaktor von 0,7 und einer Niedrig-Betriebsspannung von 110 Volt wird die maximale Leistung, die aus der Standardwandsteckdose bezogen werden kann, geringer als 800 Watt. Ein Leistungsfaktor von 0,7 vermindert den aus der Wechselstron-Universalstromquelle verfügbaren Strom tatsächlich um etwa 30%. Aus diesem Grunde besteht eine zunehmende Notwendigkeit, Stromversorgungen mit einer verbesserten Phasenverschiebung bereitzustellen. Unter sogenannten "Spannungsmangel"-Bedingungen, d.h. der Energiebedarf, welcher die verfügbare Spannung um 5% vermindert, wird die Leistung, die abgezogen werden kann, selbst weiter auf weniger als 700 Watt verringert.
Ein weiterer Gesichtspunkt, der die Notwendigkeit für eine verbesserte Phasenverschiebung fördert, besteht darin, daß ein elektronisches Gerät, das mehr als 300 Watt einer gleichgerichteten Wechselstrom-Fernspeisung abzieht und einen kapazitiven Eingangsfilter antreibt, in Europa nach 1992 eine Phasenverschiebung aufweisen muß.
Dieser Schwerpunkt auf eine Phasenverschiebung ist auch auf UPS-Systeme anwendbar. In der mitanhängigen Anmeldung Nr. 366,098, die auf den gleichen Rechtsnachfolger wie die vorliegende Anmeldung übertragen ist und die dabei durch Bezugnahme hierin beinhaltet ist, ist ein UPS-System offenbart, das die Integrität des Nulleiters der Wechselstrom- Universalstromquelle aufrechterhält, während sie den Transformator mit 50 oder 60 Hz beseitigt, wodurch sie tatsächlich die Gesamtkosten, die Größe und das Gewicht des UPS- Systems vermindert. Der Phasenverschiebungsschaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung weist die besondere Anwendung auf das UPS-System, das in der mitanhängigen Anmeldung Nr. 366,098 offenbart ist, auf.
Die US-A-4,831,508 offenbart einen Schaltkreis und ein Verfahren, der bzw. das einen niederfrequenten Aktivschalter zum Verbessern des Leistungseingangsfaktors bei Stromzufuhren bzw. Stromversorgungen unter Verwendung eines Ganzwellengleichrichters und eines Kondensatorfilters zum Versorgen einer gefilterten Gleichststrom-Spannung aus einer Wechselstrom-Stromouelle verwendet. Eine Schaltsteuerung aktiviert und deaktiviert einen Aktivschalter einmal in jeder Halbperiode des Wechselspannungseinganges. Die Schaltsteuerung ist mit der Aktivschaltereinrichtung zum Betreiben des Schaltkreises, der einen Hochleistungsfaktor bereitstellt, verbunden.
Die US-A-4,193,111 offenbart einen Konverter mit Leistungsfaktor Eins, der geeignet ist, entweder eine Wechselrichtung (Gleichstrom in Gleichstrom) oder eine Gleichrichtung (Wechselstrom in Gleichstrom) vorzunehmen, und der geeignet ist, eine bilaterale bzw. zweiseitige Stromsteuerung von einer Gleichstrom-Quelle (oder -Ladung) über eine Wechselstrom-Ubertragungsleitung zu einer Gleichstrom-Ladung (oder -Quelle) für einen Stromfluß in jeder Richtung vorzusehen. Der Konverter weist Vergleicher zum Vergleichen des Wechselstrom-Stromes i mit einem Wechselstrom-Signal iref (oder seiner Inversionsphase) auf, der von den Wechselstrom-Anschlüssen abgeleitet ist, um Steuersignale zu erzeugen, um einen Schaltsteuerungsschaltkreis für ein Hochgeschwindigkeitsschalten zu betreiben, um die Wechselstrom-Stromsignalform in eine Sinussignalform umzuformen, und um es in Phase und Frequenz mit der Wechselstrom-Spannung an den Wechselstrom-Anschlüssen durch wahlweises Schalten der Verbindungen zu einem Reiheninduktor, wie gewünscht, um den Strom i zu erhöhen oder zu verringern, zu synchronisieren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung stellt einen Phasenverschiebungsschaltkreis zur Verfügung, dessen Merkmale in Anspruch 1 definiert sind.
Ein ununterbrochenes Stromzufuhr-(UPS)-System bzw. ein System einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (UPS), das den Phasenverschiebungsschaltkreis der Erfindung beinhaltet, begegnet der Notwendigkeit für Stromversorgungen, die eine verbesserte Phasenverschiebung aufweisen. Die UPS umfaßt vorzugsweise einen ersten und einen zweiten Ladungsanschluß für eine Verbindung zu einer Ladung, wobei der zweite Eingangsanschluß der Gleichrichtereinrichtung (in dem Phasenverschiebungsschaltkreis des Anspruchs 1) mit dem ersten Ladungsanschluß verbunden ist. Wechselrichtereinrichtungen sind auch wirksam mit dem ersten und zweiten Ausgangsanschluß der Gleichrichtereinrichtung und dem zwei ten Ladungsanschluß zum Konvertieren der Direktstromspannungen, die durch die Gleichrichtereinrichtung erzeugt sind, in Wechselstrom-Spannungsabfälle in dem ersten und zweiten Ladungsanschluß verbunden.
Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung wird nach Betrachtung der nachfolgenden Beschreibung, insbesondere bei Betrachtung im Lichte der beigefügten Zeichnungen, die auf eine besondere Ausführungsform der Erfindung gerichtet sind, erhalten werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines UPS-Systems, das den Phasenverschiebungsschaltkreis der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm der Schaltersteuervorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Fig. 3 ist ein schematisches elektrisches Diagramm, das Einzelheiten des Blockdiagramms der Fig. 2 darstellt; und
Fig. 4 ist ein schematisches elektrisches Diagramm, das Einzelheiten der Pulsbreiten-Modulationseinrichtung darstellt, die einen Teil der in Blockform in Fig. 2 dargestellten Schaltersteuervorrichtung bildet.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFOM

Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in welchen gleiche Bezugsziffern durch die mehreren Figuren auf die gleichen Teile hinweisen, ist in der Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines UPS-Systems gezeigt, das den Phasenverschiebungsschaltkreis der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Eine Wechselstrom-Universalstromquelle bzw. Wechselstrom- Öffentlichkeitsstromquelle bzw. AC-Universalstromquelle ist graphisch dargestellt und im allgemeinen bei 10 gezeigt.
Öffentlicher Strom wird einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluß 12 bzw. 14 einer Gleichrichtereinrichtung, die Dioden D1 und D2 umfaßt, zugeführt. Der erste Eingangsanschluß 12 ist als "heißer" Anschluß bezeichnet und der Anschluß 14 ist als "neutral" bezeichnet. Der heiße Anschluß 12 ist mit einen ersten oder dem ungeerdeten Leiter der Wechselstrom-Universalstromquelle verbunden und der neutrale Anschluß 14 ist mit einem zweiten oder dem geerdeten Leiter der Wechselstrom-Universalstromquelle verbunden. Die öffentliche Wechselstrom-Spannung wird gleichgerichtet, um eine Gleichstrom-(DC)-Spannung durch die Dioden D1 und D2 in herkömmlicher Weise zu erhalten, um eine Gleichstrom- Spannung zu erhalten, wie es für den Fachmann verständlich sein wird, die eine +Gleichstrom-Spannung an einem ersten Ausgangsanschluß, welcher mit +DC in der Fig. 1 beschriftet ist, und eine -Gleichsstrom-Spannung an einem zweiten Ausgangsanschluß, welcher mit -DC in der Fig. 1 beschriftet ist, sowie einen Spannungsabfall in einem ersten Kondensator C1 bzw. einem zweiten Kondensator C2 in bezug auf den Nullpunkt 16 erzeugt. Der Gleichstrom wird dann durch den Wechselrichter 18 verarbeitet, um Wechselstrom-Spannungen an dem Paar von Ladungsanschlüssen, die einen ersten Ladungsanschluß 20 und einen zweiten Ladungsanschluß 22 umfassen, zu erzeugen. Der Wechselrichter 18 beinhaltet eine Batterie (nicht gezeigt), um dem UPS-System einen Sicherungsstrom bzw. Speicherstrom bereitzustellen, wie dies für den Fachmann selbstverständlich ist. Aus dem Vorhergehenden wird es verständlich, daß die Gleichrichtereinrichtung, welche die Dioden D1, D2, den ersten Eingangsanschluß 12, den zweiten Eingangsanschluß 14, den ersten Ausgangsanschluß +DC und den zweiten Ausgangsanschluß -DC umfaßt, eine gleichgerichtete +Gleichstrom-Spannung über den Kondensator C1 bzw. einen gleichgerichteten + Gleichstrom-Spannungsabfall in dem Kondensator C1 erzeugt bzw. eine gleichgerichtete -Gleichstrom-Betriebsspannung über den Kondensator C2 bzw. einen gleichgerichteten -Gleichstrom-Betriebsspannungsabfall in dem Kondensator C2 erzeugt, in bezug auf den Knoten 16, wenn der erste bzw. zweite Eingangsanschluß 14, 16 mit dem ungeerdeten Leiter und dem geerdeten Leiter der Wechselstrom-Universalstromquelle verbunden wird.
Eine Ladung 24 ist gezeigt, die über die Ladungsanschlüsse 20, 22 mit dem Wechselstrom-Wechselrichteranschluß 26, welcher mit dem Ladungsanschluß 22 verbunden ist, und dem neutralen Anschluß 14, welcher unmittelbar mit dem Knoten 16 über Leiter 48 und 28 verbunden ist, verbunden ist. Im Betrieb, wenn die öffentliche Spannung, d.h. 120 Volt, an die Dioden D1 und D2 angelegt wird, verursacht die Wirkung des Schaltkreises der Fig. 1, wie soweit beschrieben, eine positive Spannung gleich dem Spitzennetzspannungsabfall, d.h. 170 Volt, in dem Kondensator C1 und eine negative Spannung gleich dem negativen Spitzennetzspannungsabgall, d.h. -170 Volt, in dem Kondensator C2. Der Wechselrichter 18 arbeitet unter Verwendung der verfügbaren Spannungsabfälle in den Kondensatoren C1 und C2, um eine Wechselstrom-Spannung an dem Wechselstrom-Anschluß des Wechselrichters, oder über die Ladungsanschlüsse 20, 22 zu erzeugen. Der Schaltkreis der Fig. 1, wie gerade beschrieben, d.h. das bestehende UPS-System, zieht relativ hohe Eingangsströme aus der Wechselstrom-Universalstromquelle nahe der Spitze der öffentlichen Spannungssignalform und nahe eines Nullstromes für den Restbestand der Periode ab. Dies führt zu einem geringen Leistungsfaktor und höheren Effektivströmen, die aus der Wechselstrom-Universalstromquelle abgezogen werden, als es erwünscht sein würde, wenn der Leistungsfaktor verbessert wurde.
Fortfahrend mit der Beschreibung des in der Fig. 1 gezeigten Schaltkreises ist ein Phasenverschiebungsschaltkreis gezeigt, der in dem Strichlinienblock 30 beinhaltet ist. Wenn mit der Wechselstrom-Universalstromquelle oder den Eingangsanschlüssen 12, 14 der Gleichrichtereinrichtung, wie im allgemeinen bei 32 gezeigt, und mit den Ausgangsanschlüssen +DC, -DC, wie im allgemeinen bei 35 gezeigt, verbunden, verbessert dieser Phasenverschiebungsschaltkreis 30 die Funktion des UPS-Systems darin, daß der von dem UPS-System aufgenommene Wechselstrom-Eingangsstrom gesteuert wird, um das UPS-System zu veranlassen, der Wechselstrom- Universalwechselstromquelle im wesentlichen einen Leistungsfaktor Eins vorzulegen.
Der Phasenverschiebungsschaltkreis 30 beinhaltet Eingangsverbindungseinrichtungen für eine Verbindung mit der Wechselstrom-Stromquelle, die eine erste Eingangseinrichtung 34, welche mit dem ersten Eingangsanschluß 12 über eine Leitung 36, einen Knoten 38 und eine Leitung 40 verbunden ist, und eine zweite Eingangseinrichtung 42, welche mit dem zweiten Eingangsanschluß 14 über eine Leitung 44, einen Knoten 46 und eine Leitung 48 verbunden ist, umfaßt. Der Schaltkreis 30 beinhaltet auch eine erste Ausgangseinrichtung 50, die mit dem ersten oder +Gleichstrom-Anschluß der Gleichrichtereinrichtung über eine Leitung 52 verbunden ist, und einen zweiten Ausgangsanschluß 60, der mit dem zweiten oder -Gleichstrom-Anschluß der Gleichrichtereinrichtung über eine Leitung 62 verbunden ist. Daher ist der Phasenverschiebungsschaltkreis 30 parallel zu dem bestehenden UPS-System, wie zuerst oben beschrieben, verbunden. Der Phasenverschiebungsschaltkreis umfaßt weiterhin eine Induktionseinrichtung 70, eine Gleichrichtereinrichtung, die im allgemeinen bei 72 gezeigt ist, eine Schaltereinrichtung, die im allgemeinen bei 74 gezeigt ist, eine Stromabtasteinrichtung oder einen Stromtransformator 76 und eine Schaltersteuervorrichtung 78.
Die Induktionseinrichtung 70 weist einen ersten Induktoranschluß bzw. Induktionsspulenanschluß 80 und einen zweiten Induktoranschluß bzw. Induktionsspulenanschluß 82 auf. Der erste Induktoranschluß 80 ist mit der Eingangseinrichtung 34 über eine Leitung 84 verbunden und der zweite Induktoranschluß 82 ist mit der Gleichrichtereinrichtung 72, die Dioden D3 und D4 umfaßt, verbunden. Die Gleichrichtereinrichtung 72 wird hierin manchmal als die zweite Gleichrichtereinrichtung bezeichnet, um die Gleichrichtereinrichtung 72 von der Gleichrichtereinrichtung, welche die Dioden D1 und D2 umfaßt, zu unterscheiden. Die Schaltereinrichtung 74 umfaßt ein Paar Dioden 84 und 85 und zwei Reihen N-Kanalstrom-Feldeffekttransistoren (FET) 86 und 88, die Pol-zu- Pol verbunden sind, was einen zweiseitigen Stromfluß erlaubt. Der Schaltersteuerschaltkreis 78 arbeitet in einer Weise, derart, daß die Schaltereinrichtung 78 gesteuert werden kann, um Strom in jede Richtung zu leiten, dabei einen Wechselstrom-Schalter bildend.
Vor einer Beschreibung weiterer Einzelheiten des Phasenverschiebungsschaltkreises, nämlich der Einzelheiten der Schaltersteuervorrichtung 78 wird eine kurze Gesamtbeschreibung der Wirkungsweise des in der Fig. 1 gezeigten Schaltkreises mit Einzelheiten der Wirkungsweise vorgenommen, die hiernach vollständiger beschrieben wird, wenn die Beschreibung der Fig. 2 und 3 erfolgt. Wenn die Eingangsverbindungseinrichtungen 34, 42 mit der Wechselstrom-Universalstromquelle verbunden sind, d.h. wenn die Anschlüsse 12 und 14 mit der Wechselstrom-Universalstromquelle und den Anschlüssen 34 und 42 verbunden sind, welche mit den Anschlüssen 12 bzw. 14 verbunden sind, schließt der Schalter 74 während der positiven Halbperiode durch die Wirkung der Schaltersteuervorrichtung 78 und lädt der Eingangsstrom den Induktor bzw. die Induktionsspule 70, da der Induktor 70 dann über die Wechselstrom-Universalstromquelle verbunden ist. Die Dioden D1 und D2 und die Dioden D3 und D4 sind aufgrund der Spannungen an dem +Gleichstrom-Anschluß und -Gleichstrom-Anschluß zurück vorgepolt und sind daher nicht stromleitend. Der Strom, der durch den Induktor 70 fließt, wird durch die Schaltersteuervorrichtung 78 über den Stromtransformator 76 abgetastet oder angezeigt. Während der Stromtransformator 76 in der Fig. 1 nach dem Schalter 74 dargestellt und angeordnet ist, ist es offensichtlich, daß der Stromtransformator 76 unmittelbar hinter dem Induktor 70 angeordnet sein kann, um den Betrag des ladenden Eingangsstromes, der durch den Induktor 70 hindurch gelangt, abzutasten. Wenn der Strom, der durch den Schalter 74 fließt, auf einen gewünschten Wert, wie durch die Schaltersteuervorrichtung 78 bestimmt, angestiegen ist, wird die Schaltereinrichtung 74 ausgeschaltet, d.h. geöffnet. Der Stromfluß in dem Induktor 70 beginnt dann abzuklingen oder sich zu vermindern, wenn sich der Eingangsstrom aus dem Induktor 70 in die Diode D3 entlädt. Der Strom wird durch die Diode D3 gleichgerichtet und fließt in den Kondensator C1, der den gleichgerichteten Induktionsstrom aufnimmt und auf die Spannung, die erzeugt wird, wenn der Induktor 70 entladen wird, lädt.
Die Schaltersteuervorrichtung 78 ist vorgesehen, um eine festgelegte Unterbrechungsdauer für die Schaltereinrichtung 74, d.h. die Schaltereinrichtung 74 geöffnet zu halten, und eine variable Durchlaßdauer für die Schaltereinrichtung 74, d.h. die Schaltereinrichtung 74 geschlossen zu halten, zu bewirken. Wenn die Schaltereinrichtung 74 wieder schließt, lädt der Eingangsstrom von der Wechselstrom-Universalstromquelle wieder den Induktor 70. Der Vorgang der Schaltereinrichtung 74 wird wiederholt, um dem Kondensator C1 eine ausreichende Stromamplitude zu liefern, um den Spannungsabfall in dem C1 auf einem gewünschten positiven Wert, d.h. 180 Volt bis 200 Volt, zu halten. Die Funktion der Schaltersteuervorrichtung 78 ist ähnlich, wenn die öffentliche Spannung negativ ist, ausgenommen, daß ein Strom, der aus dem Induktor 70 entladen wird, durch die Diode D4 und in den Kondensator C2 in einer Weise fließt, um den Spannungsabfall in dem Kondensator C2 auf der gewünschten negativen Spannung, d.h. -180 Volt bis -200 Volt, zu halten. Die Schaltereinrichtung 74 wird durch die Schaltersteuervorrichtung 78 abwechselnd geschlossen und geöffnet, derart, daß die Signalform des gesamten Stromes, der den in den Induktor 70 geladenen Eingangsstrom und den aus dem Induktor entladenen Eingangsstrom umfaßt, welcher durch den Induktor 70 fließt, im wesentlichen gleich zu oder ein Abdruck der und im wesentlichen in Phase mit der Betriebsspannung der Wechselstrom-Universalstromquelle ist. Es ist für den Fachmann verständlich, daß das UPS-System unter solchen Umständen der Wechselstrom-Universalstromquelle im wesentlichen einen Leistungsfaktor Eins vorlegt.
Nun auf die Fig. 2 Bezug nehmend ist die Schaltersteuervorrichtung 78 in Blockform innerhalb der Strichlinien gezeigt. Die Verbindung der Schaltersteuervorrichtung 78 mit dem UPS-System besteht über die Anschlüsse 34, 42 und die Anschlüsse 50, 60. In der Schaltersteuervorrichtung 78 enthaltend ist eine Stromversorgung 100, die mit dem Anschluß 34 eine Leitung 102 und mit dem Anschluß 42 über eine Leitung 104 verbunden ist. Die Stromversorgung 100 dient im wesentlichen zwei Zwecken. Der erste besteht darin, den notwendigen Logikstrom dem Restbestand der Schaltersteuervorrichtung 78 durch Versorgungsanschlüsse Vcc und Vee bereitzustellen, und der zweite besteht darin, eine isolierte Stromversorgung über Anschlüsse Vpos und Vgd zur Verfügung zu stellen, die verwendet wird, um Strom zu liefern, um die Schaltereinrichtung 74 zu betätigen.
Eine Leitungsabtasteinrichtung 106 ist mit dem Anschluß 34 über eine Leitung 108 und mit dem Anschluß 42 über eine Leitung 110 verbunden. Die Leitungsabtasteinrichtung 106 umfaßt im wesentlichen einen Steuerschaltkreis nur Vornahme der Öffnung und Schließung eines geeigneten ersten Schalterelementes A und eines geeigneten zweiten Schalterelementes B. Die Leitungsabtasteinrichtung weist einen ersten Ausgang 112, der mit der ersten Schaltereinrichtung A gekoppelt ist, und einen zweiten Ausgang 114, der mit der zweiten Schaltereinrichtung B gekoppelt ist, auf. Wenn die Wechselstrom-Stromquelle positiv ist, wobei der Anschluß 34 positiver ist als der Anschluß 42, wird die Schaltereinrichtung A durch die Wirkung der Leitungsabtasteinrichtnet. Umgekehrt, wenn die Wechselstrom-Stromquelle negativ ist, wird die Schaltereinrichtung A geöffnet und wird die Schaltereinrichtung B geschlossen. Die Leitungsabtasteinrichtung 106 verbindet daher abwechselnd eine Spannungsaufbereitungseinrichtung 118 mit dem "X"-Eingangsanschluß eines Multiplizierschaltkreises 120, wenn die Wechselstrom- Stromquelle positiv ist, und eine Spannungsaufbereitungseinrichtung 122 mit dem "X"-Eingangsanschluß des Multiplizierers 120, wenn die öffentliche Stromquelle negativ ist.
Fortfahrend mit der Beschreibung der Schaltersteuervorrichtung 78 sind die Widerstände R3, R4, RS und R6 mit der Gleichrichtereinrichtung D3, D4 wirksam verbunden, wobei die Widerstände R3 und R4 eine erste Skalierungseinrichtung zum Bereitstellen eines ersten, zu dem Spannungsabfall in den Kondensator C1 proportionalen Signales umfassen, wenn die Ausgangsverbindungseinrichtungen oder Anschlüsse 50, 60 mit dem elektrischen Schaltkreis, in welchem der Kondensator C1 eingebunden ist, zum Beispiel dem UPS-System, wie zuerst unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben, verbunden sind. Das erste, zu dem Spannungsabfall in dem Kondensator C1 proportionale Signal wird mit der Spannungsaufbereitungseinrichtung 118 über eine Leitung 124 gekoppelt. Die Widerstände RS und R6 umfassen eine zweite Skalierungseinrichtung zum Bereitstellen eines zweiten, zu dem Spannungsabfall in dem zweiten Kondensator C2 proportionalen Signales, wenn die Ausgangsverbindungseinrichtungen oder Anschlüsse 50, 60 mit dem elektrischen Schaltkreis, in welchem der Kondensator C2 eingebunden ist, verbunden sind. Das zweite, zu dem Spannungsabfall in dem Kondensator C2 proportionale Signal ist mit der Spannungsaufbereitungseinrichtung 122 über einen Widerstand R7 und einen Wechselrichterverstärker, der im allgemeinen bei 126 gezeigt ist und einen Verstärker 127 sowie einen Rückkopplungswiderstand R8 umfaßt, gekoppelt.
Die Schaltersteuervorrichtung 78 beinhaltet auch Widerstände R1 und R2, die mit den Eingangsverbindungseinrichtungen 34, 42 wirksam verbunden sind. Die Widerstände R1 und R2 umfassen dritte Skalierungseinrichtungen zum Bereitstellen eines dritten Signales, das zu der augenblicklichen Betriebsspannung der Wechselstrom-Universalstromquelle proportional ist, wenn die Eingangsverbindungseinrichtungen 34, 42 mit der Wechselstrom-Universalstromquelle verbunden sind. Die dritten Skalierungseinrichtungen R1, R2 sind mit dem zweiten oder "Y"-Eingang des Multiplizierers 120 über einen sogenannten vollständigen Gleichrichter 128 gekoppelt. Der Vervielfacher 120 arbeitet in einer Weise, um ein Ausgangsspannungssignal an seinem "XY"-Ausgangsanschluß zu erzeugen, das ein Abdruck bzw. eine Kopie der augenblicklichen Betriebsspannung der Wechselstrom-Universalstromquelle ist, welches abwechselnd durch Ausgangsspannungen der Spannungsaufbereitungseinrichtungen 118 und 122 multipliziert ist. Auf diese Weise ändern oder modifizieren die Ausgangsspannungen der Spannungsaufbereitungseinrichtungen 118, 122 die Amplitude der Ausgangsspannung des vollständigen Gleichrichters, die an den "Y"-Anschluß des Multiplizierers 120 angelegt wird. Der Ausgang des Multiplizierschaltkreises 120 ist mit dem ersten Eingang 130 eines Pulsbreiten- Modulations-(PWM)-Modules oder einer Pulsbreiten-Modulations-(PWM)-Einrichtung 132 über eine Impedanzänderungseinrichtung oder Folgeeinrichtung 134 gekoppelt. Auf diese Weise wird die hohe Ausgangsimpedanz des Multiplizierers 120 in eine niedrige Impedanz, die mit der niedrigen Eingangsimpedanz des PWM-Modules 132 kompatibel ist, umgewandelt.
Das PWM-Modul weist eine zweite Eingangseinrichtung 134 auf, die mit der Stromabtasteinrichtung 76 und einer Ausgangseinrichtung 136 gekoppelt ist, welche mit der Schaltereinrichtung 74 über ein Trennungs- und Antriebsmodul 138 gekoppelt ist. Wie es nachfolgend in der Beschreibung der Fig. 3 offensichtlicher wird, verwendet das PWM-Modul 132 den Ausgang des Multiplizierers 120, um den gesamten Strom zu bestimmen, der notwendig ist, um in dem Induktor 70 zu fließen und durch die Schaltereinrichtung 74 hindurch zu gelangen, um einen Grundeingangsstrom, d.h. 60 Hz, zu dem UPS-System zu erzeugen, welcher eine Signalform aufweist, die im wesentlichen ein Abdruck bzw. eine Kopie und im wesentlichen in Phase mit der Betriebsspannung der Wechselstrom-Universalstromquelle ist, dabei einen Leistungsfaktor von im wesentlichen Eins (1,0) zu erzeugen.
Nun Bezug nehmend auf die Fig. 3 umfaßt die Stromversorgung 100 einen Transformator, der im allgemeinen bei 300 gezeigt ist, welcher eine Eingangswicklung 302, die mit den Anschlüssen 34 und 42 verbunden ist, aufweist. Der Transformator 300 weist zwei zusätzliche Wicklungen 304 und 306 auf. Die erste zusätzliche Wicklung 304 ist eine Mittelabgriffswicklung, die mit den Dioden 308 und 310 sowie Kondensatoren 312 und 314 verbunden ist, um zwei logische Zufuhren bzw. Versorgungen, d.h. eine positive Spannungsversorgung Vcc und eine negative Spannungsversorgung Vee, zu bilden. Die zweite zusätzliche Wicklung 306 ist vorgesehen, um eine isolierte Versorgung zu erhalten, um das Trennungsund Antriebsmodul 138 zu betätigen. Die zweite Wicklung 306 des Transformators 300 ist mit der Diode 316 und einem Kondensator 318 verbunden, um die isolierte positive Spannungsversorgung Vpos und Vgd (Erde 1) zu erzeugen.
Die Leitungsabtasteinrichtung 106 umfaßt die Transistoren 320 und 322. Der Widerstand 324 ist mit dem Anschluß 34 und mit der Basis 325 des Transistors 320 und mit dem Emitter 326 des Transistors 322 verbunden. Während der positiven Halbperiode der Wechselstrom-Universal stromquelle fließt Strom in die Basis 325 des Transistors 320 und fließt Strom in den Ladungswiderstand 328, was eine niedrige Spannung an dem Kollektor 330 des Transistors 320 hervorruft. Als ein Ergebnis der niedrigen Spannung an dem Kollektor 330 tritt eine hohe Spannung oder ein erstes Schaltersignal an dem Ausgang des Wechselrichters oder einer Nicht-Vorrichtung 332 auf und wird an die Schaltereinrichtung A angelegt, um die Schaltereinrichtung A zu schließen. Während der negativen Halbperiode der Wechselstrom-Universalstromquelle fließt Strom umgekehrt in den Emitter 326 und die Basis 334 des Transistors 322. Der Transistor 322 verursacht einen Strom, um in dem Ladungswiderstand 336 zu fließen, und eine niedrige Spannung tritt an dem Kollektor 338 des Transistors 322 sowie eine entsprechend hohe Spannung oder ein zweites Schaltersignal tritt an dem Ausgang des Wechselrichters oder einer Nicht-Vorrichtung 340 auf und wird an die Schaltereinrichtung B angelegt, um die Schaltereinrichtung B zu schließen. Aus dem Vorhergehenden wird verständlich, daß die Schaltereinrichtung A während der positiven Halbperiode der Wechselstrom-Universalstromquelle geschlossen und während der negativen Halbperiode geöffnet ist und daß die Schaltereinrichtung B während der negativen Halbperiode der Wechselstrom-Universalstromquelle geschlossen und während der positiven Halbperiode geöffnet ist.
Nun auf die Spannungsaufbereitungseinrichtungen 118 und 122 Bezugnehmend umfaßt jede einen Operationsverstärker, der mit 342 in der Spannungsaufbereitungseinrichtung 118 bezeichnet ist und mit 343 in der Spannungsaufbereitungseinrichtung 122 bezeichnet ist; Rückkopplungselemente Zin und Zfb; sowie Bezugsspannungssignalerzeugungseinrichtungen, wobei die Bezugsspannungserzeugungseinrichtung der Spannungsaufbereitungseinrichtung 118 mit 344 bezeichnet ist und diejenige in der Spannungsaufbereitungseinrichtung 122 mit 346 bezeichnet ist.
Der Zweck der Rückkopplungselemente Zin und Zfb besteht darin, eine Fehlerspannung zu erzeugen, die über die Betriebsperiode, d.h. die Grundperiode der Wechselstrom-Universalstromquelle oder 60 Hz, konstant ist. Der Grund, die Fehlerspannung über die Grundsignalform konstant zu halten, besteht darin, die Verzerrung der Stromsignalform als ein Ergebnis einer Welligkeit an den Kondensatoren C1 und C2 zu vermindern.
Die Spannung, die an dem Anschluß 50 auftritt, wird durch die Widerstände R3 und R4 (die zuvor beschriebene erste Skalierungseinrichtung) reduziert, um ein zu dem Spannungsabfall des ersten Kondensators C1 bzw. in dem ersten Kondensator C1 proportionales Signal (das zuvor beschriebene erste Signal) bereitzustellen. Dieser verminderte Wert oder dieses erste Signal wird in einem Verstärker 342 mit der Bezugsspannung oder dem ersten Bezugssignal, das durch die Bezugsspannungserzeugungseinrichtung 344 erzeugt wird, verglichen. Dieses erste Bezugssignal kann als eine Präzisionsspannungsquelle oder Zenerspannung erzeugt werden und ist von einem gewünschten Spannungsniveauabfall des Kondensators C1 bzw. in dem Kondensator C1 repräsentativ. Die resultierende Differenz zwischen dem ersten Bezugsspannungssignal und der skalierten Spannung oder dem ersten Signal wird durch den Operationsverstärker oder die erste Fehlersignalerzeugungseinrichtung 342 hervorgebracht oder erzeugt und tritt als ein erstes Fehlersignal an dem Ausgang der ersten Fehlersignalerzeugungseinrichtung 342 auf.
Die Spannung, die an dem Anschluß 60 auftritt, wird durch die Widerstände RS und R6 (die zuvor beschriebene zweite Skalierungseinrichtung) reduziert, um ein zu den Spannungsabfall des Kondensators C2 bzw. in dem Kondensator C2 proportionales Signal (das zuvor beschriebene zweite Signal) bereitzustellen. Dieser reduzierte Wert oder dieses zweite Signal wird nach Inversion durch den Wechselrichterverstärker 126 im Verstärker 343 gegenüber der Bezugsspannung oder dem zweiten Bezugssignal, das durch die Bezugsspannungserzeugungseinrichtung 346 erzeugt wird, verglichen. Dieses zweite Bezugssignal kann auch als eine Präzisionsspannungsquelle oder Zenerspannung erzeugt werden und ist von einem gewünschten Spannungsniveauabfall des Kondensators C2 bzw. in dem Kondensator C2 repräsentativ. Die resultierende Differenz zwischen dem zweiten Bezugsspannungssignal und der skalierten Spannung oder dem zweiten Signal wird durch den Operationsverstärker oder die zweite Fehlersignalerzeugungseinrichtung 343 hervorgebracht oder erzeugt und tritt als ein zweites Fehlersignal an dem Ausgang der zweiten Fehlers ignalerzeugungseinrichtung 343 auf.
Aus dem Vorhergehenden wird ersichtlich, daß die Ausgangssignale oder Fehlersignale der ersten und zweiten Fehlersignalerzeugungseinrichtung 342 bzw. 343 an den "X"-Eingang des Multiplizierers 120 durch die Funktion der Leitungsabtasteinrichtung 106, welche di6 Schaltereinrichtung A und B wahlweise öffnet und schließt, wahlweise angelegt werden. Mit anderen Worten stellt die Leitungsabtasteinrichtung 106 der ersten Schaltereinrichtung A während jeder positiven Halbperiode der Wechselstrom-Universalstromquelle ein erstes Schaltersignal bereit, um die erste Schaltereinrichtung A zu schließen und eine Anlegung des ersten Fehlersignals an den ersten oder "X"-Eingang des Multiplizierers 120 vorzunehmen. Die Leitungsabtasteinrichtung 106 stellt ebenso der zweiten Schaltereinrichtung B während jeder negativen Halbperiode der Wechselstrom-Universalstromquelle ein zweites Schaltersignal zur Verfügung, um die zweite Schaltereinrichtung B zu schließen und eine Anlegung des zweiten Fehlersignals an den ersten oder "X"-Eingang des Multiplizierers 120 vorzunehmen. Der Multiplizierer 120 umfaßt in einer bevorzugten Ausführungsform einen Multiplizierer vom Modell MC1495L, der durch die Motorola Inc. hergestellt und verkauft wird, oder sein Äquivalent. Die Schaltersteuerschaltkreisvorrichtung 78 kann die an den Anschlüssen 50 und 60 vorhandenen Spannungen so lange unabhängig aufrechterhalten, wie die Spannungsabfälle der Kondensatoren C1 und C2 bzw. in den Kondensatoren C1 und C2 die Spitzenspannungen der Wechselstron-Universalstromquelle in der positiven und negativen Richtung überschreiten.
Nun auf den vollständigen Gleichrichter 128 Bezug nehmend wobei der vollständige Gleichrichter 128 aus zwei Operationsverstärkern 350 und 352 besteht. Der Verstärker 350 ist als ein invertierender Verstärker einer Verstärkung Eins bzw. einer Einheitsverstärkung verbunden, bei welcher die Widerstände 354 und 356 gleich sind, aber eine Diode 358 in Reihe mit einem Ausgang 360 des Verstärkers 350 angeordnet ist. Die Merkmale von modernen Operationsverstärkern nähern sich dem Ideal, bei welchem die Eingangsimpedanz unendlich ist, die Ausgangsimpedanz null ist und die Spannung zwischen den zwei Eingängen des Verstärkers null oder "virtuell" geerdet in einem geeignetermaßen arbeitenden Verstärkungsschaltkreis ist. Während der negativen Halbperiode der Wechselstrom-Universalstromquelle wird die skalierte Spannung oder ein drittes Signal -Vin (von der Skalierungseinrichtung R1 und R2, wie oben beschrieben, abgeleitet) in dem vollständigen Gleichrichterschaltkreis 128 an den Widerstand 354 angelegt und wird, da sich der negative Eingang an einer virtuellen Erdung befindet, der Strom, der in dem Widerstand 354 fließt, durch Vin/R vorgegeben. Da dieser Strom nicht in den Eingang des Verstärkers 350 fließen kann, muß der Strom in den Widerstand 356 fließen. Die Werte der Widerstände 354 und 356 sind gleich und die Größe der Spannungen ist, da der gleiche Strom in den beiden Widerständen 354, 356 fließt, gleich, nur hat sich die Polarität geändert. Dies ist das Wesentliche des invertierenden Verstärkers. Die Tatsache, daß der Verstärkerausgang 360 mit dem Widerstand 356 über eine Diode 358 verbunden ist, hat keine Wirkung auf die Spannung, die an den Eingang des Verstärkers 352 angelegt ist, nämlich Vin. Während des positiven Bereiches der öffentlichen Spannung wird die skalierte Spannung oder das dritte Signal an den Widerstand 354 angelegt. Im Gegensatz zu der vorhergehenden Bedingung wird der Verstärker 350 nicht als ein Operationsverstärker entsprechend der Funktion der Diode 358, welche den Strom vom Fließen in den Widerständen 354 und 356 abhält, betätigt. Da die Verstärker 350, 352 keinen in den Eingängen fließenden Strom aufweisen, ist die Spannung, die an dem Widerstand 354 auftritt, die gleiche wie die Spannung an den positiven Eingang 362 des Verstärkers 352. Der Verstärker 352 ist als eine Folgeeinrichtung ausgestaltet und die Eingangsspannung gleicht der Ausgangsspannung. Daher besteht die Wirkungsweise des Schaltkreises darin, eine Spannung an dem Ausgang 364 des Verstärkers 352 gleich der gleichgerichteten skalierten öffentlichen Spannung zu erzeugen, ohne daß die Diode abfällt, was eine normale Gleichrichtung begleiten würde. Der Zweck des vollständigen Gleichrichterschaltkreises 128 besteht darin, ein Unipolarsignal zur Verfügung zu stellen, das durch die verbleibenden Bereiche des Schaltkreises, zum Beispiel den PWM-Chip, lesbarer verwendbar ist, an welchen sein Ausgang geliefert wird, und es würde nicht erforderlich werden, in dem Schaltersteuerschaltkreis 78 vorhanden zu sein, wenn sämtliche verbleibenden Bereiche des Schaltkreises modifiziert sind, um den Einsatz bipolarer Signale zu gestatten.
Aus dem Vorhergehenden wird ersichtlich, daß die dritte Skalierungseinrichtung R1, R2 ein drittes, zu der augenblicklichen Betriebsspannung der Wechselstrom-Universalstromquelle proportionales Signal zur Verfügung stellt und daß ein solches drittes Signal an den "Y"-Eingangsanschluß des Multiplizierers über den vollständigen Gleichrichter 128 angelegt wird. Wie oben angedeutet, erzeugt der Multiplizierer 120 ein Ausgangsspannungssignal an seinem "XY"- Ausgangsanschluß, das ein Abdruck bzw. eine Kopie der augenblicklichen Betriebsspannung des Wechselstrom-Universalstromes ist, welches abwechselnd durch die Ausgangsspannungen der Spannungsaufbereitungseinrichtungen 118 und 122 multipliziert ist, d.h. abwechselnd durch das erste Fehlersignal und das zweite Fehlersignal, das durch die Operationsverstärker 342 und 343 entsprechend erzeugt wird, multipliziert ist. Wie oben angedeutet, ist der "XY"-Ausgang des Multiplizierers 120 an den ersten Eingang des PWM-Modules 132 über die Folgeeinrichtung 134 gekoppelt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beinhaltet das PWM-Modul 132 einen Chip 470, der in einer bevorzugten Ausführungsform ein Modell UC3843A mit hoher Leistung, festgelegter Frequenz, Strommodussteuerung, das durch die Motorola Inc. hergestellt und verkauft wird, umfaßt, oder sein Äquivalent. Der Chip 470 ist in der Literatur von Motorola hinlänglich beschrieben und nur seine Grundfunktionsweise wird hier beschrieben. Zusätzlich zu den Chip 470 werden Schaltkreiselemente, die einen Kondensator CT, einen Widerstand RT, einen Transistor 472, einen Wiederstand 474, eine Diode 476 und einen Widerstand 478 umfassen, verwendet, um einen Betrieb des PWM-Chips 470 von konstanten Ausschalttyp zu implementieren. D.h., bei diesem Betriebsmodus ist die "Einschaltungsdauer" variabel und ist die "Ausschaltungsdauer" bzw. "Unterbrechungsdauer" konstant. Der Normalfehlerverstärker 480 in dem Chip 470 wird nicht verwendet, jedoch wird der Ausgang der Spannungsfolgeeinrichtung 134 mit dem Ausgangskompensationsstift 1 des Chips 470 verbunden und führt zu einem Strom, der in dem Stromtransformator 76 erzeugt ist, um dem Signal aus dem Ausgang der Spannungsfolgeeinrichtung 134 zu folgen, wie nachfolgend noch weiter ausgeführt wird. Die Dioden 481 und 482 verbinden die Spannungsfolgeeinrichtung 134 mit dem Chip 470, um den inneren Zweidiodenversatz des PWM-Chips 470 abzugleichen. Auch mit dem Chip 470 wirksam verbunden und einen Teil des PWM-Modules bildend ist ein Störschutzfilter, der einen Widerstand 483 und Kondensatoren 484 sowie 486; einen Brückenschaltkreis, welcher Dioden 488, 490, 492, 494 sowie einen Widerstand 496 umfaßt; und einen Bürdenwiderstand 498 umfaßt.
Der Strom, welcher durch den Wechselstrom-Schalter 74 hindurchgeht, wird durch ein Schaltersteuersignal, das durch den Chip 470 an einem Stift 6 davon erzeugt wird, gesteuert. Dieses Schaltersteuersignal wird dann mit dem Schalter 74 durch die Betätigung des Trennungs- und Antriebsmodules 138, das unten noch ausführlicher beschrieben wird, gekoppelt. Wenn das Schaltersteuersignal von niedriger Voltzahl ist oder null Volt beträgt, ist der Schalter 74 "aus" oder nicht stromführend. Wenn das Schaltersteuersignal hoch ist, ist der Schalter 74 umgekehrt "ein" oder stromführend. Wenn der Schalter 74 "ein" ist, geht der Eingangsstrom, der aus der Wechselstrom-Universalstromquelle fließt und den Induktor 70 lädt, durch den Schalter 74 hindurch und wird in dem Stromtransformator 76, der mit dem Schalter 74 in Reihe verbunden ist, gespiegelt. Ein Abdruck bzw. eine Kopie des Stromes, der durch den Schalter 74 hindurchgeht, wird an dem Ausgang des Stromtransformators 76 erhalten. Dieser Stromabdruck fließt durch den Bürdenwiderstand 498, der den Stronabdruck in einen Spannungsabdruck des Stromes, der in dem Schalter 74 fließt, umwandelt. Dieser Spannungsabdruck wird an den Stromabtasteingang 3 des Chips 470 angelegt und wird an den ersten Eingang 495 des Vergleichers 498, der in dem Chip enthalten ist, angelegt. Wie oben angedeutet, wird der Fehlerverstärker 480, der in dem Chip 470 enthalten ist, nicht verwendet und wird der Ausgang der Spannungsfolgeeinrichtung 134 mit dem Ausgangskompensationsstift 1 des Chips 470 verbunden. Der Spannungsausgang der Folgeeinrichtung 134, der das gewünschte Stromniveau in dem Induktor 70 darstellt, wird an den Ausgangskompensationsstift 1 des Chips 470 angelegt und der Reihe nach mit dem anderen oder zweiten Eingang 497 des Vergleichers 498 des Chips 470 gekoppelt.
Wenn der Schalter 74 geschlossen ist, nimmt der Strom darin zu, bis ein solcher Strom das gewünschte Niveau erreicht, damit die Spannungen an den Eingängen 495 und 497 des Vergleichers 498 zu derjenigen Zeit gleich sind, bei welcher der Vergleicher 498 den Zustand ändert und der Ausgang am Stift 6 des Chips 470 gering wird, d.h. das Schaltersignal nicht länger an ist und der Schalter 74 "aus" ist. Die oben beschriebenen Schaltkreiselemente, die verwendet werden, um eine konstante Unterbrechungsdauer des Betriebs zu implementieren, kehren dann an die festgelegte Unterbrechungsdauer zurück, so daß der Induktor 70 den Induktionsstrom in die Ausgangskondensatoren C1 oder C2 entladen kann. Diese festgelegte Grundunterbrechungsdauer wird durch den Widerstand RT und CT erzeugt, wobei der Übergang dieser Elemente mit dem Oszillatorschaltkreis 500, der in dem Chip 470 enthalten ist, verbunden ist. Da das Schaltersteuersignal am Stift 6 niedrig ist, ist der Transistor 472 nichtleitend und steigt die Spannung des Kondensators CT an, wenn der Strom, der durch den Widerstand RT bereitgestellt ist, in den Kondensator CT fließt. Wenn die Spannung an dem Kondensator CT das durch den Oszillator 500 gewünschte Niveau erreicht, entlädt der Oszillator 500 CT, wobei ein interner Strom sinkt, um den Betrieb des PWM-Latches bzw. der PWM- Einklinkspule 502 vorzunehmen, was in einem Wiederhochgehen in dem Ausgangsstift 6 des Chips 470 resultiert, d.h. das Schaltersteuersignal kehrt in den "ein"-Zustand zurück. Die gesamte konstante Unterbrechungsdauer beinhaltet die Zeit, um CT zu laden und zu entladen. Nun, da das Schaltersteuersignal hoch ist, sperrt der Transistor 472 ein Wiederladen des Kondensators CT durch den Strom, der durch den Widerstand RT geliefert wird, und hält die Spannung zu dem Oszillator 500 auf einem Nullniveau. Der Induktionsladungsstrom steigt in dem Schalter 74 unter Wiederholen des Zyklus auf einmal wieder an, wobei der Strom in dem Schalter jedesmal das gewünschte Niveau. erreicht, d.h. es wird erreicht, daß der Strom, der im wesentlichen ein Abdruck bzw. eine Kopie der augenblicklichen Betriebsspannung der Wechselstrom-Universalstromquelle ist und im wesentlichen in Phase damit steht. Die Leitungsdauer des Schalters 74 ist eine Funktion der Zeit, um den Induktor 70 auf das gewünschte Stromniveau zu laden, und dies schwankt als eine Funktion der Induktivität und der angelegten Spannung.
Nun auf das Trennungs- und Antriebsmodul 138 Bezug nehmend, das einen Optokoppler 365, eine Emitter-Folgeeinrichtung, die im allgemeinen bei 366 gezeigt ist und aus Transistoren 367 sowie 368 besteht, sowie Gate-Oszillationsverhinderungswiderstände 369 und 370 umfaßt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Optokoppier 365 einen Optokoppler vom Modell HCPL2200, der durch Hewlett-Packard Co. aus Palo Alto, Kalifornien, hergestellt und verkauft wird, oder sein Äquivalent. Die Funktionsweise dieses Modules 138 besteht darin, daß der Ausgang 372, wenn Strom in der Licht emittierenden Diode 371 des Optokopplers 365 fließt, einschaltet, d.h. hochgeht, unter Verwendung der isolierten Stromversorgung, die durch den Kondensator 318 entwickelt ist, wie oben beschrieben. Wenn der Strom in der Licht emittierenden Diode 371 zu fließen aufhört, ist der Ausgang 372 aus, d.h. er nimmt niedrige Voltzahlen an oder geht auf null Volt. Wenn der Ausgang 372 hoch ist, führt der Transistor 368 Strom, der durch die Widerstände 369 und 370 fließt, wobei das Gate zu einer Kapazitätsquelle, respektierlich, des FET 86 und des FET 88 auf die Spannung des Ausganges 372 minus einer VBE des Transistors 368 geladen wird. Diese Betätigung schaltet den FET 86 und den FET 88 ein, wobei einem Strom gestattet wird, in jede Richtung durch den FET 86 und den FET 88 zu fließen. Wenn der Ausgang 372 niedrig ist, wird der Emitter-Basis-Übergang des Transistors 367 nach vorne vorgepolt, wobei das Gate zu der Kapazitätsquelle des FET 86 und des FET 88 durch die Widerstände 369 und 370 entladen wird, wobei der Strom gehindert wird, in jede Richtung durch den FET 86 und den FET 88 zu fließen.
Aus den Vorhergehenden ist es für den Fachmann ersichtlich, daß die Schaltersteuervorrichtung 78 Einrichtungen zum Erzeugen eines Schaltersteuersignales beinhaltet, welche die Pulsbreiten-Modulationseinrichtung enthält, und daß die Pulsbreiten-Modulationseinrichtung das Schaltersteuersignal an ihrem Ausgang in Form einer Pulsfolge erzeugt, wobei die Dauer jedes Impulses davon durch das Ausgangsspannungssignal des Multiplizierers 120 gesteuert wird. Weiterhin, daß der Ausgang der PWM-Einrichtung mit der Schaltereinrichtung 74 während der positiven und negativen Halbperiode der Wechselstrom-Universalstromquelle zum 1) Schließen des Schalters 74, wobei dem Eingangsstrom aus der Universalstromquelle gestattet ist, zu fließen, um den Induktor 70 zu laden, und 2) Öffnen des Schalters 74, wobei dem Induktor 70 gestattet ist, den Eingangsstrom in die zweite Gleichrichtereinrichtung D3, D4 zu entladen, gekoppelt ist. Die Schaltereinrichtungen 74 sind gemäß der Anwesenheit oder Abwesenheit des Schaltersteuersignales an dem Ausgang des Pulsbreiten-Modulationsmodules abwechselnd geschlossen und geöffnet, wobei der gesamte Strom, der den Eingangsstrom, welcher in den Induktor 70 geladen wird, und den Eingangsstrom, welcher aus dem Induktor 70 entladen wird, umfaßt, der durch den Induktor 70 hindurchgeht, im wesentlichen ein Abdruck bzw. eine Kopie der und im wesentlichen in Phase mit der Betriebsspannung der Wechselstrom-Universalstromquelle ist.
Während die Erfindung in Verbindung mit einem einphasigen UPS-System beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann selbstverständlich, daß die Erfindung mit einem Dreiphasensystem verwendet werden kann. Während die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform des UPS-Systemes und ein Phasenverschiebungsschaltkreis in Verbindung mit der Erfindung beschrieben worden ist und während spezifische logische und elektrische Konfigurationen verwendet worden sind, um die vorliegende Erfindung zu beschreiben, sowie eine spezifische logische Ansammlung durch die Beschreibung hindurch verwendet worden ist, ist es ersichtlich, daß viele Modifikationen und neue Wege von dort vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der Ansprüche zu verlassen.

Claims

1. Phasenverschiebungsschaltkreis zum Bereitstellen einer Leistungsfaktorverbesserung unmittelbar an einen elektrischen Wechselstrom-Schaltkreis, umfassend:

(a) Eingangsverbindungseinrichtungen (34, 42, 84, 80) zum Verbinden mit einer Wechselstrom-Universalstromquelle und zum Aufnehmen eines Eingangstromes,

(b) eine Induktionseinrichtung (70), die mit den Eingangsverbindungseinrichtungen verbunden ist, zum Laden und Entladen des Eingangsstromes,

(c) eine Gleichrichtereinrichtung (72), die mit der Induktionseinrichtung verbunden ist, zum Aufnehmen des entladenen Eingangsstromes von der Induktionseinrichtung und zum Herstellen eines gleichgerichteten Induktionsstromes, wenn der Eingangsstrom aus der Induktionseinrichtung entladen wird,

(d) eine Schaltereinrichtung (74) zum Leiten des Eingangsstromes an die positiven und negativen Halbperioden der Wechselstrom-Universalstromquelle, wobei die Schaltereinrichtung mit der Induktionseinrichtung, der Gleichrichtereinrichtung und den Eingangsverbindungseinrichtungen verbunden ist,

(e) eine Stromabtasteinrichtung (76) zum Abtasten des Betrages des Eingangsladestroms, der durch die Induktionseinrichtung fließt,

(f) eine Schaltersteuervorrichtung (78), die mit der Schaltereinrichtung verbunden ist, wobei die Schaltersteuervorrichtung Einrichtungen umfaßt, die mit der Stromabtasteinrichtung gekoppelt ist, zum Erzeugen eines Schaltersteuersignales zum Schließen der Schaltereinrichtung, um dem Eingangsstrom zu gestatten, die Induktionseinrichtung zu laden, und zum Öffnen der Schaltereinrichtung&sub1; um dem Induktor zu gestatten, den Eingangsstrom in die Gleichrichtereinrichtung zu entladen, wobei die Schaltereinrichtung durch das Schaltersteuersignal abwechselnd geschlossen und geöffnet wird, derart, daß der gesamte Strom, der den in die Induktionseinrichtung geladenen Eingangsstrom und aus der Induktionseinrichtung entladenen Eingangsstrom umfaßt, welcher durch die Induktionseinrichtung fließt, im wesentlichen gleich zu und im wesentlichen in Phase mit der Betriebsspannung der Wechselstrom-Universalstromquelle ist, und

(g) Ausgangsverbindungseinrichtungen (50, 60), die mit der Gleichrichtereinrichtung gekoppelt ist, zum Verbinden mit dem elektrischen Schaltkreis, welcher Kondensatoreinrichtungen (C1, C2) umfaßt, wobei die Kondensatoreinrichtungen den gleichgerichteten Induktionsstrom aufnehmen und die Spannungen, die erzeugt sind, wenn die Induktionseinrichtung während der positiven und negativen Halbperioden der Wechselstrom-Universalstromquelle entladen wird, laden, wobei eine neutrale Leitung der Wechselstrom-Universalstromquelle mit dem elektrischen Schaltkreis ohne elektrische Unterbrechung der neutralen Leitung gekoppelt ist.

2. Phasenverschiebungsschaltkreis nach Anspruch 1, bei welchem die Eingangsverbindungseinrichtungen umfassen:

einen ersten Eingangsanschluß (34) zum Verbinden der Wechselstrom-Universalquelle mit einem ersten Leiter, und

einen zweiten Eingangsanschluß (42) zum Verbinden der Wechselstrom-Universalquelle mit einem zweiten Leiter, und

bei welchem die Kondensatoreinrichtung umfaßt:

eine erste Kondensatoreinrichtung (C1), wobei die erste Kondensatoreinrichtung einen gleichgerichteten Induktionsstrom aufnimmt und die Spannung, die erzeugt ist, wenn die Induktionseinrichtung während der positiven Halbperiode der Wechselstrom- Universalstromquelle entladen wird, lädt, und

eine zweite Kondensatoreinrichtung (C2), wobei die zweite Kondensatoreinrichtung den gleichgerichteten Induktionsstrom aufnimmt und die Spannung, die erzeugt ist, wenn die Induktionseinrichtung während der negativen Halbperiode der Wechselstrom- Universalstromquelle entladen wird, lädt.

3. Phasenverschiebungsschaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Einrichtung zum Erzeugen eines Schaltersteuersignales eine Pulsbreiten-Modulationseinrichtung (132) umfaßt, die eine erste Eingangseinrichtung (130), eine zweite Eingangseinrichtung (134), die mit der Stromabtasteinrichtung gekoppelt ist, und eine Ausgangseinrichtung (136) umfaßt, wobei die Pulsbreiten-Modulationseinrichtung das Schaltersteuersignal in ihrer Ausgangseinrichtung in Form einer Impulsfolge erzeugt, wobei die Ausgangseinrichtung der Pulsbreiten-Modulationseinrichtung während der positiven und negativen Halbperioden der Wechselstrom- Universalstromquelle

(a) zum Schließen der Schaltereinrichtung, um dabei dem Eingangsstrom zu gestatten, von der Wechselstrom-Universalstromquelle abzufließen, um die Induktionseinrichtung zu laden, und

(b) zum Öffnen der Schaltereinrichtung, um dabei der Induktionseinrichtung zu gestatten, den Eingangsstrom an die Gleichrichtereinrichtung zu entladen, mit der Schaltereinrichtung gekoppelt ist,

wobei die Schaltereinrichtung entsprechend der Anwesenheit oder Abwesenheit des Schaltersteuersignales an der Ausgangseinrichtung der Pulsbreiten-Modulationseinrichtung abwechselnd geschlossen und geöffnet wird.

4. Phasenverschiebungsschaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Kondensatoreinrichtung umfaßt:

(a) eine erste Kondensatoreinrichtung (C1), die den gleichgerichteten Induktionsstrom aufnimmt und die Spannung, die erzeugt ist, wenn die Induktionseinrichtung während der positiven Halbperioden der Wechselstrom-Universalstromquelle entladen wird, lädt, und

(b) eine zweite Kondensatoreinrichtung (C2), die den gleichgerichteten Induktionsstrom aufnimmt und die Spannung, die erzeugt ist, wenn die Induktionseinrichtung während der negativen Halbperiode der Wechselstrom-Universalstromquelle entladen wird, lädt, und

die Schaltersteuervorrichtung weiterhin umfaßt:

erste Skalierungseinrichtungen (R3, R4), die mit der Gleichrichtereinrichtung wirksam verbunden sind, zum Bereitstellen eines ersten, zu dem Spannungsabfall der ersten Kondensatoreinrichtung proportionalen Signales, wenn die Ausgangsverbindungseinrichtungen mit der elektrischen Schaltkreiseinrichtung verbunden sind,

eine erste Erzeugungseinrichtung (344) zum Erzeugen eines ersten, fur einen gewünschten Spannungsniveauabfall der ersten Kondensatoreinrichtung repräsentativen Signales,

eine erste Fehlersignalerzeugungseinrichtung (342), die mit der ersten Erzeugungseinrichtung und den ersten Skalierungseinrichtungen gekoppelt ist, zum Erzeugen eines ersten, für die Differenz zwischen dem ersten Signal und dem ersten Bezugssignal repräsentativen Fehlersignales,

zweite Skalierungseinrichtungen (R5, R6), die mit der Gleichrichtereinrichtung wirksam verbunden sind, zum Bereitstellen eines zweiten, zu dem Spannungsabfall der zweiten Kondensatoreinrichtung proportionalen Signales, wenn die Ausgangsverbindungseinrichtungen mit der elektrischen Schaltkreiseinrichtung verbunden sind,

eine zweite Erzeugungseinrichtung (346) zum Erzeugen eines zweiten, für einen gewünschten Spannungsniveauabfall der zweiten Kondensatoreinrichtung repräsentativen Signales,

eine zweite Fehlersignalerzeugungseinrichtung (343), die mit der zweiten Erzeugungseinrichtung und den zweiten Skalierungseinrichtungen gekoppelt ist, zum Erzeugen eines zweiten, für die Differenz zwischen dem zweiten Signal und dem zweiten Bezugs signal repräsentativen Fehlersignales,

einen Multiplizierschaltkreis (120), der einen ersten Multipliziereingang, einen zweiten Multipliziereingang und eine Multiplizierausgang aufweist,

eine erste Schaltereinrichtung (A), die zwischen der ersten Fehlersignalerzeugungseinrichtung und dem ersten Multipliziereingang wirksam verbunden ist,

eine zweite Schaltereinrichtung (B), die zwischen der zweiten Fehlersignalerzeugungseinrichtung und dem ersten Multipliziereingang wirksam verbunden ist,

eine Leitungsabtasteinrichtung (106), die mit den Eingangsverbindungseinrichtungen und der ersten sowie zweiten Schaltereinrichtung gekoppelt ist, zum Bereitstellen eines ersten Schaltersignales und eines zweiten Schaltersignales, wobei das erste Schaltersignal an die erste Schaltereinrichtung während jeder positiven Halbperiode der Wechselstrom-Universalstromquelle angelegt wird, um die erste Schaltereinrichtung zu schließen und eine Anlegung des ersten Fehlersignales an den ersten Multipliziereingang zu bewirken, und wobei das zweite Schaltersignal an die zweite Schaltereinrichtung während jeder negativen Halbperiode der Wechselstrom-Universalstromquelle angelegt wird, um die zweite Schaltereinrichtung zu schließen und eine Anlegung des zweiten Fehlersignales an den ersten Multipliziereingang zu bewirken,

dritte Skalierungseinrichtungen (R1, R2), die mit den Eingansverbindungseinrichtungen wirksam verbunden sind, zum Bereitstellen eines dritten, zu der augeblicklichen Betriebsspannung der Wechselstrom-Universalstromquelle proportionalen Signales, wenn die Eingangsverbindungseinrichtungen mit der Wechselstrom- Universalstromquelle verbunden sind, wobei die dritten Skalierungseinrichtungen mit dem zweiten Multipliziereingang gekoppelt sind, um das dritte Signal hieran anzulegen,

wobei der Multiplizierschaltkreis ein Multiplizierausgangsspannungssignal in dem Multiplizierausgang erzeugt, das ein Abdruck der augenblicklichen Betriebsspannung der Wechselstrom- Universalstromquelle ist, welche abwechselnd mit den ersten und zweiten Fehlersignalen multipliziert wird,

wobei die Einrichtungen zum Erzeugen eines Schaltersteuersignales umfassen:

eine Pulsbreiten-Modulationseinrichtung (132), die eine erste Eingangseinrichtung (130), eine zweite Einganseinrichtung (134), welche mit der Stromabtasteinrichtung verbunden ist, und eine Ausgangseinrichtung (136) aufweist, wobei der Multiplizierausgang mit der ersten Eingangseinrichtung gekoppelt ist, um ein Multiplizierausgangsspannungssignal daran anzulegen,

wobei die Pulsbreiten-Modulationseinrichtung das Schaltersteuersignal in ihrer Ausgangseinrichtung in Form einer Impulsfolge erzeugt, worin die Dauer jedes Impulses davon durch das Multiplizierausgangsspannungssignal gesteuert wird,

wobei die Ausgangseinrichtung der Pulsbreiten-Modulationseinrichtung während der positiven und negativen Halbperioden der Wechselstrom-Universalstromquelle

(i) zum Schließen der Schaltereinrichtung, um dabei dem Eingangsstrom zu gestatten, von der Wechselstrom-Universalstromquelle abzufließen, um die Induktionseinrichtung zu laden, und

(ii) zum Öffnen der Schaltereinrichtung, um dabei der Induktionseinrichtung zu gestatten, den Eingangsstrom an die Gleichrichtereinrichtung zu entladen,

mit der Schaltereinrichtung gekoppelt ist, um das Schaltersteuersignal daran anzulegen,

wobei die Schaltereinrichtung entsprechend der Anwesenheit oder Abwesenheit des Schaltersteuersignales an der Ausgangseinrichtung der Pulsbreiten-Modulationseinrichtung abwechselnd geschlossen und geöffnet wird, wobei der gesamte Strom, der durch die Induktionseinrichtung fließt, im wesentlichen ein Abdruck der und im wesentlichen in Phase mit der Betriebsspannung der Wechselstrom-Universalstromquelle ist.

5. Phaseverschiebungsschaltkreis nach Anspruch 4, bei welchem die Pulsbreiten-Modulationseinrichtung weiterhin umfaßt:

(a) eine Spannungserzeugungseinrichtung (496), die mit der Stromabtasteinrichtung gekoppelt ist, zum Erzeugen eines den in der Schaltereinrichtung fließenden Eingangsstromes reflektierenden Spannungssignales,

(b) eine Stromabtastvergleichseinrichtung (498), die mit der Spannungserzeugungseinrichtung gekoppelt ist und mit dem Multiplizierausgang gekoppelt ist sowie für das Spannungssignal, das gleich dem Multiplizierausgangsspannungssignal ist, zum Beenden des Schaltersteuersignales zugänglich ist, und

(c) zeiteinrichtungen (RT, CT), die für die Beendigung des Schaltersteuersignales zum Halten des Schaltersteuersignales auf einer Aus-Stellung für ein vorbestimmtes Zeitintervall zugänglich sind x und am Ende des Zeitintervalls zum Anstellen des Schaltersteuersignales wirksam sind.

6. Ununterbrochenes Stromzufuhr-(UPS)-System, das einen Phasenverschiebungsschaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfaßt.

7. Ununterbrochens Stromzufuhr-(UPS)-System nach Anspruch 6, weiterhin umfassend:

erste und zweite Ladungsanschlüsse (20, 22) zur Verbindung mit einer Ladung, wobei der zweite Eingangsanschluß der Gleichrichtereinrichtung mit dem ersten Ladungsanschluß verbunden ist, und

eine Wechselrichtereinrichtung (18), die mit den ersten und zweiten Ausgangsanschlüssen der Gleichrichtereinrichtung und dem zweiten Ladungsanschluß wirksam verbunden ist, zur Umwandlung der direkten Stromspannungen, welche durch die Gleichrichtereinrichtung erzeugt sind, in Wechselstrom-Spannungsabfälle der ersten und zweiten Ladungsanschlüsse.