[发明专利]用于提供不间断电源的方法和装置

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明的实施方式通常与电源有关，并且更具体地，至少一项实施方式与产生来自于输入电压的输出电压的方法和装置有关。

2.现有技术探讨

用于给关键负载提供电力的不间断电源（UPS）众所周知。图1中提供了典型的在线UPS100的框图，其提供稳压电源与备用电源给负载140。该UPS100包含整流器/升压转换器110、逆变器120、控制器130和电池150。该UPS具有输入端112和114来分别耦合输入AC电源的相线和中性线，且具有输出端116和118来提供输出相线和中性线给负载140。

在在线操作模式中，在控制器的控制下，整流器/升压转换器110接收输入AC电压并相对于公共线或中性线124在输出相线120和122处提供正的和负的输出DC电压。在电池操作模式中，在输入AC电力丧失之后，整流器/升压转换器110产生来自电池150的DC电压。公共线124可以被耦合到输入中性线114和输出中性线118以提供通过UPS100的持续的中性线。逆变器120接收来自整流器/升压转换器110的DC电压并在线116和118处提供输出AC电压。

图2A和2B中显示了整流器/升压转换器110和电池150更多的细节，图2A显示在线操作模式中的UPS，以及图2B显示电池操作模式中的UPS。整流器/升压转换器110包含输入二级管160、162，输入电容器164、166，继电器168、170，电感器172和174，升压晶体管176和178，二极管177，输出晶体管180、182，以及输出电容器184、186。此外，整流器/升压转换器包含晶体管188，如下文所描述的，其在电池操作模式中作为降压-升压电路的一部分。

在在线操作模式中，如图2A所示，继电器168、170被配置成将输入端112、114处的输入AC线电压耦合到电感器172和174，使得正的和负的整流电压被分别提供给电感器172和174。在控制器130的控制下,电感器172与晶体管176和二极管180配合，利用脉冲宽度调制作为正的升压电路工作来在电容器184的两端提供正的DC电压。类似地，在控制器130的控制下，电感器174与晶体管178和二极管182配合，利用脉冲宽度调制作为负的升压电路工作来在电容器186的两端提供负的DC电压。控制器可以控制升压电路的操作以在不间断电源的输入端处提供功率因子校正，输入电流为具有低的总谐波失真和实质上与输入电压同相的正弦波。

在电池或备用操作模式中，例如，在AC电压源发生故障时，继电器168、170在控制器的控制下被移动到如图2B所示的位置，以将电池150耦合到电感器172和174。在电池操作模式中，正的升压电路如上所述利用电池电压工作来在电容器184两端产生DC电压。在电池模式中为了在电容器186两端产生负电压，在控制器的控制下，晶体管188被循环截止和导通，由此，晶体管188与电感器174和二极管182配合来用作降压-升压电路。在一种形式中，在每个循环期间，晶体管178在晶体管188被导通之前导通，以在通电电压接近电池电压的时候减小晶体管188两端的电压。在晶体管188的导通时间的持续期间，晶体管178的驱动信号保持开启。由于晶体管178的发射极处在电池电压的这个事实，在晶体管178中没有电流。当晶体管188被截止的时候，晶体管178再次正偏，且电感器电流流经二极管177和晶体管178。晶体管178保持导通0.5微秒以使晶体管188完全截止，而后晶体管178再被截止。

上述UPS允许单个电池应用于双DC母线（也简称为分开的DC母线）整流转换器电路。其他方法利用双电池或具有中点的分开的电池，以在电池操作模式中产生正的和负的母线电压。

在Raddi等人的美国专利第6,661,678号中描述了在分开的DC母线整流转换器电路中应用单个电池的其他方法。Raddi专利描述了如下方法，其中在UPS中，或者继电器或者二极管电路被用于将单个电池耦合到双DC母线。

在美国专利第7,705,489号中还描述了在分开的DC母线整流转换器电路中应用单个电池的其他方法，这个专利在此通过引用被并入。

发明概要