專利名稱：不間斷電源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的至少一個實施方式一般涉及不間斷電源輸入電路的控制。
背景技術：
整流器和其他非線性負載使從源提取的電流失真，這降低了多種配電系統(tǒng)的功率因數(shù)比并降低了它們的效率。當在開與關狀態(tài)之間切換以及在一些操作頻率下，這些系統(tǒng)中的電抗元件還能夠產(chǎn)生諧波噪聲。操作低效的整流器消耗了大量來自源的電力，增加了電源成本，并且在重負載條件下變得能聽到噪聲，從而降低了商業(yè)可行性。

發(fā)明內容
至少一個方面針對不間斷電源，該不間斷電源包括具有第一晶體管、第二晶體管 和電感器的輸入電路。不間斷電源還包括具有數(shù)字信號處理器和現(xiàn)場可編程門陣列的控制器。控制器被耦合到輸入電路以檢測電感器電流并將所檢測的電感器電流值提供給數(shù)字信號處理器?？刂破髂軌驅⒚}寬調制控制信號施加到第一晶體管和第二晶體管中的一個以調節(jié)第一晶體管和第二晶體管中的一個的切換頻率。至少一個方面針對一種操作包括輸入電路和控制器的不間斷電源的方法，輸入電路具有第一晶體管、第二晶體管和電感器，以及控制器具有數(shù)字信號處理器和現(xiàn)場可編程門陣列。輸入電路的電感器電流被檢測并且其值被提供給數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器能夠部分根據(jù)所檢測的電感器電流值產(chǎn)生電流誤差值。該方法能夠將電流誤差值提供給現(xiàn)場可編程門陣列，現(xiàn)場可編程門陣列能夠部分根據(jù)電流誤差值產(chǎn)生脈寬調制控制信號。該方法能夠將脈寬調制控制信號施加到第一晶體管和第二晶體管中的一個以控制第一晶體管和第二晶體管中的一個的切換頻率。至少一個方面針對具有輸入電路的不間斷電源。輸入電路包括第一晶體管、第二晶體管和電感器。具有數(shù)字信號處理器和現(xiàn)場可編程門陣列的控制器被耦合到輸入電路以檢測電感器電流并將所檢測的電感器電流值提供給數(shù)字信號處理器。不間斷電源還包括將脈寬調制控制信號施加到第一晶體管和第二晶體管中的一個以調節(jié)第一晶體管和第二晶體管中的一個的切換頻率的裝置。至少一個方面針對一種向負載分配功率的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有第一晶體管、第二晶體管和電感器的輸入電路。該系統(tǒng)還包括具有數(shù)字信號處理器和現(xiàn)場可編程門陣列的控制器，該控制器被耦合到輸入電路以檢測電感器電流并將所檢測的電感器電流值提供給數(shù)字信號處理器。控制器能夠將脈寬調制控制信號施加到第一晶體管和第二晶體管中的一個以調節(jié)第一晶體管和第二晶體管中的一個的切換頻率，以及控制器能夠將輸出電壓施加到負載。在一些實施方式中，數(shù)字信號處理器能夠部分根據(jù)所檢測的電感器電流值產(chǎn)生電流誤差值以及能夠將電流誤差值提供給現(xiàn)場可編程門陣列?，F(xiàn)場可編程門陣列能夠部分根據(jù)電流誤差值產(chǎn)生脈寬調制控制信號。
在至少一個實施方式中，第一晶體管可以形成第一升壓變換器電路的一部分，以及第二晶體管形成第二升壓變換器電路的一部分。輸入電路可以包括三相整流器，以及控制器可以將脈寬調制控制信號施加到第一晶體管以將第一升壓變換器電路的操作模式在可變頻率的恰好間斷(just-discontinuous)操作模式與固定頻率的連續(xù)操作模式之間切換?？刂破骺梢詫⒌诙}寬調制控制信號施加到第二晶體管以將第二升壓變換器電路的操作模式在可變頻率的恰好間斷操作模式與固定頻率的連續(xù)操作模式之間切換。在一些實施方式中，第一升壓變換器電路可以在可變頻率的恰好間斷操作模式下操作，以及其中第二升壓變換器電路在固定頻率的連續(xù)操作模式下同時操作。在多個實施方式中，控制器可以將脈寬調制控制信號施加到第一晶體管和第二晶體管中的一個，以將第一升壓變換器電路和第二升壓變換器電路中的一個的操作模式在可變頻率的恰好連續(xù)(just-continuous)操作模式與固定頻率的連續(xù)操作模式之間切換。在一些實施方式中，當所檢測的電感器電流值下降到實質上為零時，第一晶體管和第二晶體管中的至少一個能夠切換到導通狀態(tài)。在一些實施方式中，三相整流器能夠被配置為在具有第一相電壓、第二相電壓和 第三相電壓的電網(wǎng)周期內操作，以及控制器可以在其中第一相電壓、第二相電壓和第三相電壓中的每一個互相排斥的電網(wǎng)周期的一部分期間切換第一升壓變換器電路和第二升壓變換器電路中的一個的操作模式。數(shù)字信號處理器可以產(chǎn)生電壓誤差值并且將電壓誤差值提供給現(xiàn)場可編程門陣列，以及現(xiàn)場可編程門陣列可以部分根據(jù)電壓誤差值產(chǎn)生脈寬調制控制信號。在至少一個實施方式中，輸入電路包括具有第一電感器、第二電感器和第三電感器的三相整流器，以及所檢測的電感器電流可以包括來自第一、第二和第三電感器中的至少兩個的電流。結合附圖并根據(jù)以下詳細描述，這些描述只通過實例的方式說明了本發(fā)明的原理，這些示例性的方面和實施方式的其他方面、實施方式和優(yōu)勢將變得顯而易見。要理解的是以上信息和以下詳細描述包括各個方面和各種實施方式的說明性實例，并且旨在提供用于理解所要求的方面和實施方式的性質和特征的概述或框架。圖示與本說明書的其他部分一起用于解釋所描述和要求的方面和實施方式的原理和操作。


附圖并不旨在按比例繪制。在圖示中，各個圖示中示出的每個相同的或近似相同的部件用相同的標號表示。為了清楚起見，不是每個部件都在每個圖中標出。圖示中圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的不間斷電源的功能框圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的輸入電路的原理圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的不間斷電源的功能框圖；圖3A是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的不間斷電源的功能框圖；圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的包括三相整流器的不間斷電源的原理圖；圖4A是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的包括三相整流器的不間斷電源的原理圖；圖4B是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的包括三相整流器的不間斷電源的原理圖；圖4C是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的包括三相整流器的不間斷電源的原理圖；圖4D是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的包括三相整流器的不間斷電源的原理圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的三相電網(wǎng)周期的曲線；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的控制器的原理圖；圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在電網(wǎng)周期內在恰好間斷模式下操作的輸入電路中的電感器電流的曲線；圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在電網(wǎng)周期內在恰好間斷模式下操 作的輸入電路中的電感器電流的曲線；圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在恰好間斷操作模式下操作的輸入電路的曲線;圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在電網(wǎng)周期內的輸入電路切換頻率的曲線；圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在電網(wǎng)周期內的輸入電路切換頻率的曲線；圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在電網(wǎng)周期內的輸入電路切換頻率的曲線；以及圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的操作不間斷電源的方法的流程圖。
具體實施例方式本文中所述的系統(tǒng)和方法的應用不限于描述中所述的或附圖中圖示的構造和部件排列的細節(jié)。本發(fā)明能夠具有其他實施方式以及通過多種方式實踐或執(zhí)行。并且，本文中使用的用語和術語是用于描述的目的而不應被認為是限制性的?！鞍ā薄ⅰ鞍?、“具有”、“含有” “涉及”以及本文中其變型的使用意味著包括其后列舉的項目及其等同物以及其他項目。各個方面和實施方式針對控制操作頻率、功率因數(shù)校正和系統(tǒng)總的諧波失真、不間斷電源以及針對向負載分配功率的方法。如以下進一步討論的，例如，該系統(tǒng)可以包括具有晶體管和電感器的輸入電路。該系統(tǒng)還可以包括控制器。電流傳感器能夠被配置為檢測電感器電流以及將所檢測的電感器電流值提供給控制器，以部分地根據(jù)所檢測的電感器電流產(chǎn)生電流誤差值并且部分地根據(jù)電流誤差值產(chǎn)生脈寬調制控制信號?？刂破髂軌驅⒚}寬調制控制信號施加到晶體管以調節(jié)晶體管的切換頻率，用于提供期望的電路操作頻率、功率因數(shù)校正和總的諧波失真。圖I是根據(jù)一個實施方式的不間斷電源(UPS) 100的功能框圖。在一個實施方式中，UPS 100向至少一個負載105提供功率。UPS 100還可以包括諸如整流器(例如，降壓-升壓變換器電路，其還可以稱為正變換器和負變換器，或者一般稱為升壓變換器電路或者僅稱為升壓變換器)的至少一個輸入電路110、至少一個逆變器115、至少一個電池120以及至少一個控制器125。在一個實施方式中，UPS 100包括AC輸入線130和135，用于分別耦合到輸入AC電源的相線和中性線。UPS 100還可以包括輸出140和145，用于向負載105提供輸出相線和中性線。在UPS 100相線操作模式下，在一個實施方式中，在控制器125的控制下，輸入電路110接收來自輸入130和135的輸入AC電壓并在關于公共相線160的輸出相線150和155上提供正和負輸出DC電壓。在UPS 100的電池操作模式下，例如在輸入AC功率損耗時，輸入電路110可以從電池120產(chǎn)生DC電壓。在該實例中，公共相線160可以耦合到輸入中性線135和輸出中性線145以通過UPS 100提供連續(xù)的中性線。逆變器115接收來自輸入電路110的DC電壓，并在相線140和145上提供輸出AC電壓。圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的輸入電路110的原理圖。在一個實施方式中，輸入電路110包括輸入二極管205和210、輸入電容器215和220、繼電器225和230、電感器235和240、升壓晶體管245和250、二極管255、輸出二極管260和265以及輸出電容器270和275。
如圖2所示，輸入電路110被配置在相線操作模式下，其中繼電器225和230被配置為將AC輸入相線130和135與電感器235和240耦合，以使正和負整流電壓被分別提供給電感器235和240。在一個實施方式中，電感器235結合晶體管245和輸出二極管260在諸如控制器125(圖2中未示出)的控制器的控制下作為正升壓變換器操作，其使用脈寬調制以在輸出電容器270兩端提供正DC電壓。在該實例中，晶體管245作為正升壓晶體管操作。類似地，在一個實施方式中，電感器240結合晶體管250和輸出二極管265在諸如控制器125的控制器的控制下作為負升壓變換器操作，其使用脈寬調制以在輸出電容器275兩端提供負DC電壓。在該實例中，晶體管250作為負升壓晶體管操作。在一個實施方式中，輸入電路110還可以包括晶體管280，晶體管280在電池操作模式下形成降壓-升壓變換器的一部分。例如，在電池操作模式下，控制器125可以指示繼電器225和230從圖2中所示的位置切換到電池120與電感器235和240耦合的位置。繼續(xù)討論該實例，參照相線操作模式，如上所述，包括電感器235、晶體管245和輸出二極管260的正升壓電路可以在輸出電容器270兩端產(chǎn)生正DC電壓。在一個實施方式中，為了在電池操作模式下在輸入電容器275兩端產(chǎn)生負電壓，隨著晶體管280周期性地導通和截止，晶體管245和250作為降壓-升壓電路操作。例如，在每個周期中，晶體管250可以在晶體管280之前導通一段時間(例如0. 5毫秒)，以及晶體管280可以在晶體管250截止之后保持導通一段時間(例如0. 5毫秒)，從而降低了晶體管280的切換損耗。如圖2所示，晶體管280被耦合在二極管255與升壓晶體管250之間。在該所述的實施方式中，晶體管280可以包括配置為電池電壓和輸出電容器275兩端的負輸出電壓的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或低功率MOSFET器件，因為該實例中，在電池操作模式下，在輸入電路110的正常操作期間，晶體管280兩端的電壓不超過實質上等于電池電壓的值。應理解的是其他配置是可能的。例如，晶體管280可以耦合在電感器240與輸出二極管265之間。在多個實施方式中，輸入電路110的配置與圖2的實施方式不同。例如，如圖2所示，輸入電路110包括輸入二極管205和210以及輸入電容器215和220。在一個實施方式中，無需使用輸入電容器215和220。在一些實施方式中，諸如對于輸入DC電壓，無需使用輸入二極管205和210。進一步地，在多個實施方式中，繼電器225和230可以包括晶體管和二極管，以及UPS 100可以實質上上同時從電網(wǎng)和電池兩者獲得功率。在一些實施方式中，電源可以是各種電壓的單相或多相源。在一些實施方式中，如下所述，諸如控制器125的控制器控制輸入電路110的操作以在UPS 100的輸入端提供功率因數(shù)校正，以使UPS 100的輸入電流和輸入電壓實質上同相。例如通過在連續(xù)操作和間斷操作模式之間選擇性地切換，控制器125還可以控制輸入電路110的操作模式，以控制輸入電路110的操作頻率。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的不間斷電源(UPS)IOO的功能框圖。在一個實施方式中，UPS 100包括至少一個控制器125。例如，控制器125可以包括至少一個處理器或其他邏輯器件。在一些實施方式中，控制器125包括數(shù)字信號處理器(DSP) 303和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)305?？刂破?25還可以包括至少一個專用集成電路(ASIC)或者其他硬件、軟件、固件或其組合。在各種實施方式中，一個或多個控制器125可以是UPS 100的一部分或者在UPS 100的外部但可操作地與UPS 100耦合。在一個實施方式中，控制器125包括至少一個控制信號發(fā)生器307。控制信號發(fā)生 器307可以是控制器125的一部分或是獨立的器件，其響應于(至少部分響應于)來自控制器125的指令而輸出控制信號。在一個實施方式中，控制信號發(fā)生器307包括DSP 303和FPGA 205。控制信號發(fā)生器307可以產(chǎn)生、形成或輸出控制信號，諸如脈寬調制(PWM)控制信號。在一個實施方式中，例如，控制信號發(fā)生器307結合控制器125能夠調節(jié)PWM控制信號的占空比以將輸入電路110的操作模式在連續(xù)操作模式、間斷操作模式和恰好間斷操作模式中的任意兩者之間切換。如圖3所示，電流傳感器310可以采樣或以其他方式確定電感器235的電感器電流，以及電流傳感器315可以采樣或以其他方式確定電感器240的電感器電流。在一個實施方式中，由電流傳感器310和315識別的電感器電流值被提供給控制器125。至少部分根據(jù)一個或多個所感測的電感器電流值，控制器125能夠切換晶體管245和250中的一個或兩者的操作模式。在一個實施方式中，響應于電流傳感器310指示通過電感器235的電流為零，柵極驅動325可以接通包括晶體管245的第一開關320。例如，當確定電感器235的電感器電流為零，以及當晶體管245已經(jīng)關閉大于預設時間段的一段時間時，晶體管245可導通，這具有削減輸入電路110的最高操作頻率的效果。類似地，在一個實施方式中，響應于電流傳感器315指示通過電感器240的電流為零，柵極驅動335可以接通包括晶體管250的第二開關330。例如，當確定電感器240的電感器電流為零，以及當晶體管250已經(jīng)關閉大于預設時間段的一段時間時，晶體管250可導通，這也削減輸入電路110的最高操作頻率。在多個實施方式中，柵極驅動325和335能夠彼此獨立地切換各自的晶體管245和250導通和截止。圖3A是示出了根據(jù)本發(fā)明的不間斷電源(UPS) 100的功能框圖。圖3A示出了單相整流器實施方式，AC輸入電壓340被配置為電池備份操作模式，其具有用于正電池端子345和負電池端子350的雙電池總線。如圖3A所示，諸如半導體控制的整流器355的開關能夠將正電池端子345與電感器235電連接，以及諸如半導體控制的整流器360的開關能夠將負電池端子350與電感器240電連接。如圖3A所示，控制器125的控制信號發(fā)生器307能夠產(chǎn)生脈寬調制控制信號以控制第一開關320和第二開關330的切換，如參照圖3所述。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的三相整流器400的原理圖。在一個實施方式中，三相整流器400與諸如UPS 100的不間斷電源一起使用或者形成不間斷電源的一部分。在一個實施方式中，三相整流器400是包括電壓輸入相線相A、相B和相C的輸入電路，相A、相B和相C分別與第一電感器405、第二電感器410和第三電感器415耦合。每個相線可以包括用于正電壓升壓變換器操作的至少一個整流二極管420以及用于負電壓升壓變換器操作的至少一個整流二極管425。三相整流器400還可以包括輸出二極管430和435以及輸出電容器440和445。參照圖4，應理解的是第一開關320、輸出二極管430以及第一電感器405、第二電感器410和第三電感器415中的任意一個電感器能夠形成正升壓變換器的一部分，以及第二開關330、輸出二極管435以及第一電感器405、第二電感器410和第三電感器415中的任意一個電感器能夠形成負降壓變換器的一部分。參照圖4，當配置具有接地中性線的三相操作時，一個實施方式中的整流器400在恰好間斷操作模式下操作。例如，第一開關320和第二開關330的導通時間TON對于給定的負載和輸入相線電壓可以是固定的一段時間。在該實例中，例如根據(jù)總的復位電流，即由電流傳感器310和電流傳感器315中的至少一個感測的電感器電流，控制器125經(jīng)由脈寬調制能夠控制第一開關320和第二開關330的截止時間。在一個實施方式中，第一開關320和第二開關330保持截止直至復位電流為零。在電網(wǎng)周期中，可以改變截止時間，從而改變 切換頻率，第一開關320和第二開關330在整個電網(wǎng)周期內根據(jù)切換頻率導通和截止。例如，當在一個時間點上，操作的頻率相同或實質上相同時，第一開關320和第二開關330的導通時間TON可以相同或實質上相同。繼續(xù)討論該實例，電流傳感器310和電流傳感器315感測的電感器電流能夠在不同的時間降為零。在該實例中，當操作的頻率在一個時間點上相同或實質上相同時，第一開關320和第二開關330能夠在不同的時間(例如，當電感器電流達到零時)關閉。在一個實施方式中，使用上述的恰好間斷模式，當相A、相B和相C的輸入相線電壓高于某個量(諸如240VAC)時，整流器400元件(例如，作為正或負升壓變換器操作的那些)可以在低頻率下操作。例如，作為輸入電路的一部分的正或負升壓變換器(例如整流器400)在高輸入電壓或重負載條件期間可能在小于20kHz的頻率下操作，從而變得可聽見，因為在該實例中峰值輸入相線電壓可能接近升壓變換器的輸出電壓。并且，在輕負載條件下，輸入電路的操作頻率可升高到低效或者無法維持的較高水平。在一個實施方式中，為了控制整流器的操作頻率，整流器400包括可在AC波形的60度至120度的固定頻率模式下操作的至少一個正升壓變換器(例如包括第一開關320、輸出二極管430以及第一電感器405、第二電感器410和第三電感器415中的至少一個電感器)以及至少一個負升壓變換器(例如包括第二開關330、輸出二極管435以及第一電感器405、第二電感器410和第三電感器415中的至少一個電感器)，這限制了峰值操作電流。在該實例中，通過控制第一開關320和第二開關330從而控制整流器400的最小和最大操作頻率，控制器125可以指示整流器400在連續(xù)操作模式和恰好間斷操作模式下操作。在一個實施方式中，整流器400在電池模式下操作。例如，整流器400可以包括具有正電池端子450和負電池端子455的雙電池總線。繼續(xù)討論該實例，在電池操作模式下，開關能夠將正電池端子450與第一電感器405 (如圖4所示)、第二電感器410和第三電感器415中的任意一個電連接。開關還能夠將負電池端子455與第一電感器405、第二電感器410 (如圖4所示)和第三電感器415中的任意一個電連接。
參照圖1-4，在一個實施方式中，不間斷電源100包括整流器400、晶體管245、晶體管250、第一電感器405、第二電感器410和第三電感器415。在操作期間，整流器400可以可操作地耦合到控制器125，控制器125可以包括DSP 303和FPGA 305。繼續(xù)討論該實施方式，電流傳感器310和315中的至少一個可以檢測來自電感器405、410和415中的至少一個的電感器電流，并且可以向例如DSP 303指示所檢測的電感器電流的值。在該實例中，DSP 303能夠部分根據(jù)檢測的電感器電流值產(chǎn)生電流誤差值。電流誤差值可以提供給FPGA305。FPGA205可以部分根據(jù)電流誤差值產(chǎn)生脈寬調制控制信號，以及控制器125能夠將脈寬調制控制信號施加到晶體管245和250中的至少一個以將其狀態(tài)反向和選擇性地在導通和截止狀態(tài)之間切換。通過如此操作，控制器125能夠控制晶體管245和250的導通和截止時間以及其操作狀態(tài)。例如，控制器125能夠施加脈寬調制控制信號以在電網(wǎng)周期內在兩種操作模式(例如連續(xù)和恰好間斷操作模式)下操作晶體管245和250中的至少一個。圖4A是示出了根據(jù)一個實施方式的三相二極管或(OR)整流器400的配置的原理圖。如圖4A所示，三相A、B和C連接成具有電感器460的升壓變換器(例如電感器460和第一開關320)以及電感器465的升壓變換器(例如電感器465和第二開關330)的二極管 或(OR)配置中。如圖4A所示，當相A、B和C獨立時，控制器125控制第一開關320和第二開關330的操作以整形AC波形的60度到120度的輸出電流。在一個實施方式中，圖4A中所示的整流器400的電路配置的操作具有大約30%或更小的平均總諧波失真水平。參照圖4A，在電池模式操作中，諸如半導體控制的整流器470的開關能夠將正電池端子450與電感器460電連接，以及諸如半導體控制的整流器475的開關能夠將負電池端子455與電感器465電連接。圖4B是示出了根據(jù)一個實施方式的具有單個電池模式配置的三相部分去耦整流器400的原理圖。參照圖4B，在電池操作模式下，諸如半導體控制的整流器、硅可控整流器或者其他開關的開關能夠將正電池端子450與第一電感器405(如所示出的)或者在其他配置中與第二電感器410或第三電感器415電連接。開關還能夠將負電池端子455與第二電感器410 (如所示出的)或者在其他配置中與第一電感器405或第三電感器415電連接。在電池操作模式下，包括一個或多個電池的電池組480能夠向整流器400提供功率。繼續(xù)參照圖I和4B，在其中整流器在電池模式下操作的實施方式中，第一開關320和第二開關330的切換模式與負載(例如圖I的負載105，即逆變器負載)同步。例如，當逆變器105產(chǎn)生正半正弦波時，作為負升壓開關(例如第二開關330)操作的開關能夠維持在開位置，同時作為正升壓開關(例如第一開關320)操作的開關被控制器125脈寬調制。在逆變器105輸出負半正弦波期間，作為正升壓開關(例如第一開關320)操作的開關能夠維持在開位置，同時作為負升壓開關(例如第二開關330)操作的開關被控制器125脈寬調制。在一個實施方式中，圖4B的整流器400的配置用單個電池組480操作。在另一實施方式中，該整流器配置用共享電池組的多個功率模塊操作。圖4C是示出了根據(jù)一個實施方式的從使用降壓升壓開關485的電池模式配置中的單電池總線操作的三相部分去耦整流器400。如圖4C所示，降壓升壓開關485將來自電池組480的電池電壓連接到二極管435。在一個實施方式中，降壓升壓開關485包括額定電壓為至少900伏的開關。如圖4C所示，二極管435作為負升壓二極管操作，以及在一個具有圖4C中的配置的實施方式中，二極管435的額定電壓為至少900伏。在一個實施方式中，如圖4C所示的整流器400的配置的操作頻率為30kHz或更低。在多個實施方式中，降壓升壓開關485和二極管435能夠具有其他額定電壓，并且都大于或小于900伏，諸如800伏或1000伏，以及在一些實施方式中，整流器400的操作頻率可以大于30kHz。在電池操作模式下，電池組480與降壓升壓開關485耦合，降壓升壓開關485本身耦合到地487和二極管489，地487還接收電池總線(BBL) 491和電池總線返回中性線(battery bus return to neutral) (BBLRTN)493 在一個實施方式中，具有圖 4C 中所不的配置的整流器400包括耦合第一開關320和第二開關330的二極管495。圖4D是示出了根據(jù)一個實施方式的從使用降壓升壓開關485的電池模式配置中的單電池總線操作的三相部分去耦整流器400的原理圖。如圖4D所示，降壓升壓開關485將來自電池組480的電池電壓連接到第二開關330 (例如作為負升壓開關操作)。參照圖4D，在一個實施方式中，降壓升壓開關485包括具有低導通電阻的功率場效應晶體管(FET)以降低降壓升壓開關485中的導通或切換損耗。如圖4D所示，第二開關330作為負升壓開關操作，以及在一個實施方式中二極管435作為額定電壓為至少1200伏的負升壓二極管操 作。在一個實施方式中，具有圖4D中所示的配置的整流器400具有80kHz或更低的切換頻率。在多個實施方式中，二極管435的額定電壓和最大切換頻率可以變化。例如，二極管435可以具有小于1200伏(例如1100伏)的額定電壓，以及如圖4D中所示的整流器400可以具有大于80kHz (例如90kHz)的切換頻率。在電池操作模式下，電池組480與降壓升壓開關485耦合，降壓升壓開關485本身耦合到地487和二極管489，地487還接收電池總線(BBL) 491和電池總線返回中性線(BBLRTN)4930在一個實施方式中，具有圖4D中所示的配置的整流器400包括耦合第一開關320和第二開關330的二極管495。如圖4A-4D所示，控制器125能夠產(chǎn)生脈寬調制控制信號以控制第一開關320和第二開關330的切換，如參照圖4所述。在一些實施方式中，以及參照圖4-4D和5，在任意時間點，能夠出現(xiàn)兩個正相和一個負相或者兩個負相和一個正相。例如，圖5不出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的+/_400v三相電網(wǎng)周期的曲線。如圖5所示，相A和相B可以相對于中性線為正以及相C可以相對于中性線為負。在該實例中，當?shù)谝婚_關320導通時，在第一電感器405和第二電感器410中的電流上升，以及第一電感器405和第二電感器410中的峰值電流取決于相應的電感器兩端的相電壓。繼續(xù)討論該實例，當?shù)谝婚_關320截止時，雖然第一電感器405和第二電感器410兩端的電壓可能不同，但是來自這些電感器中的每一個的電流通過相應的整流二極管420和輸出二極管430流向負載(圖4中未示出)和輸出電容器440。在該實例中，當?shù)谝婚_關320截止時，電流傳感器310測量來自第一電感器405和第二電感器410的總電流?？刂破?25可以維持第一開關320處于截止配置直至電流傳感器310測量的來自第一電感器405和第二電感器410的總電流達到零或者被確定實質上為零。換言之，在恰好連續(xù)操作的該實例中，當與第一開關320相關聯(lián)的電感器電流達到零時，控制器125使第一開關320導通。除了總電流達到零之外，在控制器125命令第一開關320恢復導通配置之前，第一開關320可以截止一段最短的時間。整流器400可以在操作時具有相對于中性線的兩個負相和一個正相。例如，在電網(wǎng)周期的各個點上，相A可以相對于中性線為正，以及相B和相C可以相對于中性線為負。在該實例中，當?shù)诙_關330導通時，在第二電感器410和第三電感器415中的總電感器電流可上升。當?shù)诙_關330截止時，電流傳感器315測量來自第二電感器410和第三電感器415的總電感器電流。當該總電感器電流達到零時，控制器125使第二開關330導通。除了電流傳感器315檢測零電流之外，第二開關330可以在再次導通之前保持關閉一段最短的時間。應理解的是這些實例是說明性的，以及第一電流傳感器310和第二電流傳感器315測量的峰值電流可以取決于有多少相向整流器400添加電流而改變。圖6是示出了控制器125的一個實施方式的原理圖。在一個實施方式中，控制器125包括至少一個零電流檢測器605。例如，電流傳感器310和315中的至少一個可以指示整流器400中的所感測的電感器電流的值。例如，零電流檢測器605可以將Tw信號(例如脈寬調制信號)施加到例如第一開關320和第二開關330中的至少一個以改變晶體管245和250中的至少一個的操作狀態(tài)。在一個實施方式中，零電流檢測器605用Tm信號發(fā)生器610操作以產(chǎn)生T#;a (Tm)信號。例如，模數(shù)轉換器615可將信號提供給差分方程620,其輸出能夠指示晶體管245和250中的至少一個將導通，從而電感器電流上升。在一些實施方式中，Tw信號發(fā)生器610能夠指示使電感器電流下降的晶體管245、250中的一個的導通時間。在一個實施方式中，Ton信號發(fā)生器610還可以包括使能信號625。 因此，在多個實施方式中，當確定總電流為零時，控制器125切換晶體管245和250的操作狀態(tài)。圖7中示出了整流器400的恰好間斷操作的實例，其示出了整流器400在恰好間斷模式下操作時在電網(wǎng)周期內的電感器電流。如圖7所示，峰值電流根據(jù)向輸出貢獻電流的相的數(shù)量而改變以及電流在實質上零安和40安之間變化。圖8示出了圖7的實例，放大了 25毫秒附近的時間，其中可看出在恰好間斷操作模式的一個實施方式中，整流器400的電感器電流可以在再次上升之前下降為零，而無需保持在零任意一段較長的時間。圖7和8的結果是說明性的。在一個實施方式中，當相A、相B和相C在160VAC操作以及整流器400具有5890瓦的輸出功率，同時第一電感器405、第二電感器410和第三電感器415每個具有不隨負載電流波動的100微亨的電感時，整流器400能夠產(chǎn)生圖7和8中所示的電流。參照圖1、3和4，通過使用包括數(shù)字信號處理器303和現(xiàn)場可編程門陣列305的模擬和數(shù)字電路，控制器125能夠控制輸入電路110或整流器400以在恰好間斷模式下提供功率因數(shù)校正。例如，控制器125的模擬部分可以檢測與至少一個電感器有關的零電流狀態(tài)。在一個實施方式中，這指示新的切換周期可開始，以及控制器125可以繼續(xù)發(fā)送信號以導通開關(例如第一開關320或第二開關330) —定量的時間Tw，這可以通過差分方程的輸出來確定。在一個實施方式中，控制器125還包括使能信號,例如,使能信號必須在具體的狀態(tài)(例如邏輯I或高狀態(tài))以使控制器125能夠操作輸入整流器400的開關。在一個實施方式中，輸入電路開關(例如晶體管245或250)的時間Tqn在不同的電網(wǎng)周期可以不同以調節(jié)輸出電壓。例如，差分等式可以為整流器400的電網(wǎng)周期設置Tm時間，以及控制器125可以包括計時器以確定整流器400 (或者其變換器部分)的Tm時間是否在例如開關可以被截止之前發(fā)生至少一段最短時間。例如，為了維持電感器電流大于零的12. 5微秒(對應于大約80kHz的切換頻率)的一段時間，在晶體管導通期間線性電感器電流上升以及晶體管截止期間線性電感器電流下降的實例中，Tm可以為6. 25微秒?？刂破?25還可以限制諸如整流器400的輸入電路的最大操作頻率。在一個實施方式中，當負載較輕時，如果未控制，則輸入電路的切換頻率可能增加到超過開關調節(jié)電路操作的能力的水平。在該實例中，控制器125可以限制整流器400的最大切換頻率。當整流器400的最大操作頻率可以改變時，在一個實施方式中，控制器125將整流器400的最大切換頻率限制到130kHz，以及在另一實施方式中，控制器125將整流器400的最大切換頻率限制至IJ 80kHz。圖9示出了整流器400在恰好間斷操作模式下操作的曲線。如圖9所示，當電感器電流為零時，時間段Tw開始。應理解的是電感器電流可以通過電流傳感器310或315在除了第一電感器405、第二電感器410和第三電感器415之外的整流器400的多個點上進行測量，以及該電流還可以被稱為例如開關電流、整流器電流或總的電感器電流。如圖9所示，在Ton期間電感器電流上升，以及對于給定時間段^在Tw時間結束時達到峰值，并在峰值點上電感器電流開始下降到零。時間段Tp可以改變。在一個實施方式中，Tp約為12. 5微秒。在一個實施方式中，當達到最大電感器電流時，Tm時間段結束，允許電感器電流下降到零。在該恰好間斷操作的說明性的實施方式中，當電感器電流達到零時，Tm段開始，以及在一個實施方式中，電感器電流保持為零的時間不會大于一毫秒。雖然在圖9中未不出，然而 要理解的是在一個實施方式中，在連續(xù)操作模式下，電感器電流在時間段Tp從不達到零。圖10示出了整流器400的切換頻率在整個電網(wǎng)周期上被限制到80kHz的實施方式的曲線。在圖10所示的實例中，整流器400具有500瓦的充電功率以及提供1000瓦的輸出功率。如圖10中的實線所示，控制器125能夠在整個電網(wǎng)周期上將整流器400的切換頻率限制到80kHz。在沒有控制器125的情況下，當負載較輕時，在一個實施方式中，切換頻率由圖10中的虛線所示，其在大約IOOkHz與160kHz之間變化，這可能超出整流器400的切換能力。圖11示出了其中整流器400的切換頻率在電網(wǎng)周期的一部分上被限制到80kHz的實施方式的曲線。在一個實施方式中，當整流器400具有500瓦的充電功率以及提供2000瓦的輸出功率時，整流器400可以在實線所示的切換頻率操作。在該說明性的實施方式中，虛線表示整流器400的切換頻率在沒有控制器125的指令的情況下，通過例如控制TON時間來限制最大切換頻率，在Tm時間，諸如第一開關320的開關保持導通。通過控制整流器400的最大操作頻率，以便其在電網(wǎng)周期內不超過閾值，整流器400的操作保持在第一開關320和第二開關330的功能范圍內。圖12示出了其中例如由于整流器400的切換頻率在整個電網(wǎng)周期保持低于80kHz導致整流器400的切換頻率在電網(wǎng)周期內不受限制的實施方式的曲線。當整流器400具有500瓦的充電功率并提供2000瓦的輸出功率時，如圖12所示，例如，當?shù)谝浑姼衅?05、第二電感器410和第三電感器415包括在較低的電流具有較大的電感的交流電感器時，整流器400的切換頻率能夠保持在閾值以下，諸如80kHz。擺動電感器在低電流時的較高電感值能夠將操作的最大頻率保持在小于閾值，諸如80kHz，如圖12所示，或者其他頻率，諸如130kHz或160kHz。在一個實施方式中，控制器125包括至少一個FPGA 305和至少一個DSP303以控制開關320和330的最大切換頻率以及從恰好間斷操作到連續(xù)操作的切換點。DSP303可以產(chǎn)生電壓誤差增益以降低電路復雜度和元件數(shù)量，以及實現(xiàn)較低的平均總諧波失真。除了控制整流器400的最大操作頻率或切換頻率之外，在一個實施方式中，控制器125能夠控制整流器400的最小頻率以將其維持在最小閾值之上。例如，控制器125能夠將整流器400的最小頻率 限制到人的聽力范圍或大約20kHz以上的水平。例如，在恰好間斷操作模式下在高相線電壓，整流器400的操作頻率能夠變得足夠低以至于能聽到。在一個實施方式中，通過從恰好間斷操作模式轉換到固定頻率的連續(xù)操作模式，控制器125限制整流器400 (或其正/負變換器部件)的最小操作頻率。例如，在連續(xù)操作模式期間，電流傳感器310或電流傳感器315采樣的電感器電流不能達到零。在具有諸如整流器400的三相整流器的實施方式中，這種轉換發(fā)生在電網(wǎng)周期的一部分上，其中三相的相電壓相互排斥。例如，這種轉換發(fā)生在360度電網(wǎng)周期的60和120度之間以及240與300度之間。例如，控制器125可以定位開關320和330以在電網(wǎng)周期的0_60度相角部分在恰好間斷模式下操作。為了限制整流器400的最小操作頻率，在一個實施方式中，控制器125可以命令開關320和330在60-120度相角期間轉換到固定頻率的連續(xù)操作模式。繼續(xù)討論該說明性的實施方式，控制器125可以將開關320和330從120-240度轉換回恰好間斷模式，以及從240-300度再次轉換到連續(xù)操作模式。最后，在該實例中，控制器125可以命令開關320和330在電網(wǎng)周期的300-360度相角在恰好間斷模式下操作。在一個實施方式中，具有三相輸入電壓電網(wǎng)相線的諸如整流器400的輸入電路結合控制器125進行操作以在恰好間斷的整流器操作模式和連續(xù)的整流器操作模式之間切換。例如，這將整流器400操作的最高和最低頻率限制在20kHz與80kHz之間，阻止了超過輕負載時的切換能力的高頻率操作，并阻止了重負載時可聽的頻率操作。在該說明性的實施方式中，整流器400或其變換器可以在0-60度、120-240度和300-360度在恰好間斷模式下操作，以及在60-120度和240-300度在連續(xù)模式下操作。這樣的操作可以將整流器400的操作頻率維持在高于閾值，諸如20kHz。在一個實施方式中，為了使晶體管在恰好間斷操作模式和連續(xù)操作模式之間無縫轉換，控制器125包括至少一個數(shù)字信號處理器(DSP) 303和至少一個現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)305。在該說明性的實施方式中，在可變頻率的恰好間斷操作模式期間，DSP 303中的電流回路可以與總的電感器電流并聯(lián)操作。通過維持持續(xù)的電感器電流值，這種并聯(lián)的電流回路配置還降低了平均總諧波失真。在一個實施方式中，當相電壓彼此獨立時，例如在60和120度之間，控制器125的DSP 303可以命令控制器125的FPGA 305在固定頻率的連續(xù)操作模式下操作整流器400。例如，控制器125的DSP 303可以包括參考電流發(fā)生器。通過評估所測量的電流(例如通過電流傳感器310和電流傳感器315中的至少一個)以及由參考電流發(fā)生器產(chǎn)生的參考電流，控制器125的DSP 303可以產(chǎn)生電流誤差值，在該實施方式中，電流誤差值是產(chǎn)生的參考電流與實際測量的電流之差。DSP303還可以包括電壓差分等式以產(chǎn)生電壓誤差值。繼續(xù)討論該說明性的實施方式，DSP 303產(chǎn)生的信息(諸如電流誤差值或電壓誤差值)可以提供給FPGA 305。在一個實施方式中，F(xiàn)PGA 305在差分等式中處理電流誤差值和電壓誤差值中的至少一個，以及該計算的輸出包括脈寬調制控制信號，所述脈寬調制控制信號被調制以提供整流器400的功率因數(shù)校正。例如，控制器125可以調節(jié)脈寬調制控制信號的占空比以將整流器400 (或其中的任意變換器)的功率因數(shù)趨向于I。在一個實施方式中，F(xiàn)PGA 305包括至少一個多路復用器。控制器125能夠調節(jié)脈寬調制控制信號的占空比以選擇性地將輸入電路晶體管(諸如第一開關320和第二開關330的那些晶體管)在可變頻率的恰好間斷操作模式與固定頻率的連續(xù)操作模式之間進行轉換以在一定的頻率范圍內操作整流器400。在一個實施方式中，該頻率范圍介于20kHz與80kHz之間。在一些實施方式中，該頻率范圍包括大于人的聽力范圍的最小頻率。在一些實施方式中，該頻率范圍介于20kHz與130kHz之間。在一個實施方式中，控制器125能夠調節(jié)至少一個脈寬調制控制信號的占空比以獨立地為整流器400的正和負變換器電路提供功率因數(shù)校正并調節(jié)電容器440和445的輸出電壓。例如，控制器125能夠調節(jié)第一脈寬調制信號的占空比以為整流器400的正變換器提供功率因數(shù)校正，以及能夠獨立地調節(jié)第二脈寬調制信號的占空比以為整流器400的負變換器提供功率因數(shù)校正。在一個實施方式中，正和負變換器能夠在不同模式下同時操作。例如，一個或多個控制信號的脈寬調制可以為在恰好間斷模式下操作的正變換器提供正功率因數(shù)校正，以及為在連續(xù)模式下操作的負變換器提供負功率因數(shù)校正。應理解的是正變換器也可以在連續(xù)模式下操作而負變換器也可以在恰好間斷模式下操作。在一個實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的實施方式進行控制的不間斷電源100表現(xiàn)出較低的總的諧波失真。在一些實施方式中，低通LC濾波器或者其他濾波器與電阻器、電感器和電容器的各種組合能夠濾出平均的總的諧波失真，所述失真包括第一開關320和第二開關330產(chǎn)生的切換頻率電壓諧波。并且，參照以上，在恰好間斷操作模式下的整流器400基 于DSP303的控制還能夠降低平均總諧波電流失真，其中控制器125包括具有并聯(lián)的電流回路配置的DSP 303。UPS 100的輸出中的整體諧波失真的量可以改變。在一個實施方式中，整體諧波失真小于或等于UPS輸出信號的3. 4%。在一個實施方式中，整流器400滿足諧波電流的IEC 61000-3-12標準。圖13是示出了根據(jù)一個實施方式的操作諸如不間斷電源的系統(tǒng)的方法1300的流程圖。在一個實施方式中，方法1300包括用于操作具有至少一個輸入電路、多個晶體管和至少一個控制器的不間斷電源的方法。控制器可以包括至少一個數(shù)字信號處理器和至少一個現(xiàn)場可編程門陣列。在一個實施方式中，方法1300包括檢測輸入電路的電感器電流(ACT1305)的行為。例如，檢測電感器電流(ACT 1305)可以包括檢測或感測在輸入電路的多個點上的電感器電流。例如，檢測電感器電流(ACT 1305)可以包括檢測單相或三相整流器的電感器的電流或輸入電路的其他點上的電流，諸如位于整流二極管和輸出二極管之間的三相整流器電路的一部分的電流，其中檢測電感器電流(ACT 1305)可以包括檢測來自多于一個電感器的電流。例如，輸入電路可以包括兩個升壓變換器電路，其可以稱為正和負(例如降壓)升壓變換器。在該實例中，電流傳感器可以檢測輸入電路的升壓變換器電路的電感器電流(ACT 1305)。在一個實施方式中，方法1300包括將所檢測的電感器電流值提供給控制器(ACT1310)的行為。在一個實施方式中提供所檢測的電感器電流值(ACT 1310)包括將所檢測的電感器電流值提供給數(shù)字信號處理器?？梢詫⒃撾娏髦堤峁?ACT 1310)給數(shù)字信號處理器、數(shù)字邏輯器件、控制器、處理器、邏輯電路或其他被配置為與電流傳感器或檢測包含電感器電流的輸入電路電流值的其他器件進行通信的其他器件。方法1300包括產(chǎn)生電流誤差值(ACT 1315)的行為。在一個實施方式中，產(chǎn)生電流誤差值(ACT 1315)包括部分根據(jù)所檢測的電感器電流值產(chǎn)生電流誤差值。例如，產(chǎn)生電流誤差值(ACT 1315)可以包括確定所檢測或測量的電感器電流值(ACT 1305)與例如通過與控制器相關聯(lián)的數(shù)字信號處理器產(chǎn)生的電流參考值之差。
在一個實施方式中，方法1300包括將電流誤差值提供給控制器(ACT1320)的行為。在一個實施方式中，提供電流誤差值(ACT 1320)包括將電流誤差值提供給現(xiàn)場可編程門陣列?？梢詫㈦娏髡`差值提供(ACT1320)給現(xiàn)場可編程門陣列、數(shù)字邏輯器件、控制器、處理器、邏輯電路或被配置為與例如數(shù)字信號處理器或產(chǎn)生電流誤差值(ACT 1315)的其他器件進行電通信的其他器件。在一個實施方式中，方法1300還包括產(chǎn)生脈寬調制(PWM)控制信號(ACT 1325)的行為。例如，可以部分根據(jù)電流誤差值產(chǎn)生PWM控制信號(ACT 1325)。在一個實施方式中，產(chǎn)生PWM控制信號(ACT 1325)包括產(chǎn)生多個PWM控制信號，諸如第一和第二脈寬調制控制信號。在一個實施方式中，產(chǎn)生脈寬調制控制信號(ACT 1325)包括彼此獨立地產(chǎn)生多個PWM控制信號。例如，產(chǎn)生脈寬調制控制信號(ACT 1325)可以包括產(chǎn)生輸入電路的第一升壓變換器的第一 PWM控制信號以及產(chǎn)生輸入電路的第二升壓變換器的第二 PWM控制信號。在該實例中，例如，可以根據(jù)不同的電感器電流、不同的電流誤差值或者根據(jù)形成至少一個輸入電路的一部分的多個升壓變換器(包括降壓-升壓變換器)之間的其他不同的特 性獨立地產(chǎn)生第一和第二 PWM控制信號。方法1300包括產(chǎn)生諸如實際與期望的輸出電壓之差的電壓誤差值(ACT 1330)以及將該電壓誤差值提供給控制器或諸如現(xiàn)場可編程門陣列(ACT 1335)的相關部件的行為。例如，產(chǎn)生電壓誤差值(ACT 1330)可以包括使用數(shù)字信號處理器，以及電壓誤差值可以提供給現(xiàn)場可編程門陣列、數(shù)字邏輯器件、控制器、處理器、邏輯電路或被配置為與例如數(shù)字信號處理器或產(chǎn)生電壓誤差值(ACT 1330)的其他器件進行電通信的其他器件(ACT1335)。在一個實施方式中，方法1300包括施加脈寬調制控制信號(ACT 1340)的行為。例如，施加PWM控制信號(ACT 1340)可以包括將PWM控制信號施加到形成輸入電路的一部分的至少一個晶體管以控制切換頻率。要施加PWM控制信號(ACT 1340)的晶體管可以是形成輸入電路的升壓變換器的一部分的晶體管，以及該晶體管可以形成開關的一部分，所述開關由與控制器或諸如現(xiàn)場可編程門陣列的其他器件進行通信的柵極驅動進行驅動。在一個實施方式中，施加PWM控制信號(ACT 1340)包括將PWM調制控制信號施加到輸入電路中的第一晶體管和第二晶體管中的一個以控制其切換頻率。在各種實施方式中，可以控制頻率以保持讓人聽不到，(例如，高于20kHz)低于最高閾值(例如，低于130kHz或低于80kHz)或在給定的范圍內。在一些實施方式中，不同的PWM控制信號可以被施加到不同的晶體管。例如，施加PWM控制信號(ACT 1340)可以包括將第一 PWM控制信號施加到可以形成第一升壓變換器電路的一部分的第一晶體管以及將第二 PWM控制信號施加到可以形成第二升壓變換器電路的一部分的第二晶體管。(升壓變換器電路及其一部分還可以簡稱為升壓變換器。)在一個實施方式中，方法1300包括切換升壓變換器的操作模式(ACT 1345)的行為。例如，施加PWM控制信號(ACT 1340)包括將PWM控制信號施加到晶體管以切換與該晶體管有關的升壓變換器的操作模式(ACT 1345)。例如，升壓變換器可以在連續(xù)模式下操作，其中升壓變換器中的電感器電流在電網(wǎng)周期內保持大于零。升壓變換器還可以在間斷模式下操作，其中電感器電流下降到零或保持為零一段大于最短時間的時間。此外，升壓變換器還可以在恰好間斷模式下操作，其中雖然升壓變換器中的電感器電流下降到零，但是不保持在零一段可操作的較長時間。例如，在恰好間斷操作中，當確定電感器電流為零時，PWM控制信號可以指示晶體管進入導通狀態(tài)。在該實例中，這導致電感器電流上升，如圖7-9所示。然后，在一個實施方式中，施加PWM控制信號(ACT 1340)包括將至少一個PWM控制信號施加到至少一個晶體管以將包括晶體管的升壓變換器的操作模式在連續(xù)操作模式和恰好間斷操作模式之間反向切換(ACT1345)。在該實施方式中，電感器電流在電網(wǎng)周期內不保持為零一段可操作的較長時間。升壓變換器可以在電網(wǎng)周期的各個部分切換操作模式。例如，包括三相整流器的輸入電路可以在0-360度AC電網(wǎng)周期操作，簡稱為電網(wǎng)周期。在一個實施方式中，切換升壓變換器操作模式(ACT 1345)包括在電網(wǎng)周期的0-60度相角部分將升壓變換器的操作模式從可變頻率的恰好間斷操作切換為固定頻率的連續(xù)操作。在一些實施方式中，切換升壓變換器操作模式(ACT 1345)還可以包括控制晶體管切換以在電網(wǎng)周期的0-60度、120-240度和300-360度相角部分在可變頻率的恰好間斷操作模式下操作升壓變換器。切換升壓變換器操作模式(ACT 1345)還可以包括控制晶體管切換以在電網(wǎng)周期的60-120度 和240-300-360度相角部分在固定頻率(例如80kHz、90kHz或130kHz)的連續(xù)操作模式下操作升壓變換器。在一個實施方式中，方法1300包括當所檢測的電流值為零或實質上為零時將晶體管切換為導通狀態(tài)(ACT 1350)的行為。切換晶體管狀態(tài)(ACT 1350)可以包括調節(jié)PWM控制信號的占空比以驅動晶體管切換。例如，切換晶體管狀態(tài)(ACT 1350)可以包括調節(jié)施加到晶體管的PWM控制信號(ACT 1340)以將至少一個晶體管在導通和截止狀態(tài)之間反向切換。在一個實施方式中，當檢測到零電感器電流(ACT 1305)時，產(chǎn)生PWM信號(ACT 1325)以及將PWM信號施加到晶體管(ACT 1340)以指示晶體管進入導通狀態(tài)(ACT 1350)，使電流從零上升。在一個實施方式中，輸入電路(或者其一些部件，諸如升壓變換器和晶體管)的操作頻率或切換頻率(ACTS 1345,1350)在恰好間斷操作中是可變的，而在固定連續(xù)操作期間是固定的。在一些實施方式中，施加PWM控制信號(ACT 1340)到晶體管能夠將輸入電路操作在連續(xù)操作、間斷操作或恰好間斷操作模式中的任意兩者之間反向切換。注意圖I至13中，列舉的項目示出為單個元件。然而，在本文所述的系統(tǒng)和方法的實際實現(xiàn)中，它們可以是其他電子器件諸如數(shù)字計算機的不可分割的部件。從而，上述行為可以至少部分地在軟件中實現(xiàn)，所述軟件包含在含有程序存儲介質的制造物品中。程序存儲介質包括數(shù)據(jù)信號，所述數(shù)據(jù)信號包含在載波、計算機磁盤(磁性、光學(如⑶或DVD或兩者))、非易失性存儲器、磁帶、系統(tǒng)存儲器和計算機硬件驅動中的一個或多個中。通過以上描述，將理解的是用于操作不間斷電源和其他系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法為控制輸入電路的操作頻率提供了簡單且有效的方式。根據(jù)多個實施方式的系統(tǒng)和方法能夠轉換晶體管狀態(tài)并控制升壓變換器電路的操作。這就為不間斷電源或其他系統(tǒng)提供了強健的功率因數(shù)校正能力和降低的總諧波失真。關于前和后、左和右、頂和底、以及上和下的任意引用旨在方便描述，而不限制本系統(tǒng)和方法或其部件在任意一個位置或空間方位。本文中以單數(shù)形式提到的系統(tǒng)和方法的實施方式或元件或行為還可以囊括包含多個這些元件的實施方式，以及本文中以復數(shù)形式提到的任意實施方式或元件或行為還可以囊括只包含單個元件的實施方式。單數(shù)或復數(shù)形式的引用并不旨在限制本文公開的系統(tǒng)或方法、其部件、行為或元件。本文中公開的任意實施方式可以與任意其他實施方式組合，以及“實施方式”、“一些實施方式”、“一個可選的實施方式”、“多個實施方式”、“ 一個實施方式”或類似用語不意在互相排斥，且旨在表示結合一個實施方式所述的具體特征、結構或特性可以包含在至少一個實施方式中。本文中使用的這樣的術語不必全部涉及相同的實施方式。在符合本文中公開的對象、目的和需求的情況下，任意實施方式可以任意方式與任意其他實施方式組合。“或”的引用可以解釋為包含，因此使用“或”所述的任意術語可以表示所述術語的單個、多個以及全部中的任意一個。在附圖、詳細描述或任意權利要求中的技術特征之后的是引用符號，包含引用符號是用于提高對附圖、詳細描述和權利要求的理解力的唯一目的。因此，參考符號的有無對任意權利要求的元件的范圍不具有任意限制作用。 本領域的技術人員將意識到在不脫離其精神和本質特征的情況下，本文中所述的系統(tǒng)和方法可以用其他特定形式體現(xiàn)。例如，本文中所述的系統(tǒng)和方法不限于用于不間斷電源，以及通常可以與其他電源和其他系統(tǒng)一起使用。并且，本文中所述的輸入電路不限于整流器400。除了整流器400和輸入電路110的整流器和電路配置、以及參照整流器400和輸入電路110描述的實施方式可以與其他電源和系統(tǒng)一起使用。本文中所述的系統(tǒng)和方法包括單相和三相整流器兩者。例如，單相功率因數(shù)校正整流器的拓撲結構可以具有大約80kHz的最大切換頻率或者采樣頻率的一半的最大切換頻率。三相部分去耦功率因數(shù)校正整流器拓撲結構可以具有130kHz的最大切換頻率，在一個實施方式中，這是通過整流器切換器件限制的最大頻率。三相完全去耦功率因數(shù)校正整流器拓撲結構可以具有40kHz的最大切換頻率或采樣頻率的四分之一的最大切換頻率。因此，上述實施方式的所有方面被認為是說明性的，而不是限制所述的系統(tǒng)和方法。因此，本文中所述的系統(tǒng)和方法的范圍通過所附權利而不是上述描述來指示，因此落入權利要求的等同含義和范圍內的所有變型旨在包含于本文中。
權利要求
1.一種不間斷電源，包括 輸入電路，其包括第一晶體管和第一電感器，以及所述輸入電路被配置為在輸入端接收AC電壓以及在輸出端提供DC電壓； 控制器，所述控制器具有數(shù)字信號處理器和現(xiàn)場可編程門陣列，以及所述控制器被耦合到所述輸入電路以檢測電感器電流并將所檢測的電感器電流值提供給所述數(shù)字信號處理器；以及 所述控制器被配置為將脈寬調制控制信號施加到所述第一晶體管以調節(jié)所述第一晶體管的切換頻率以在所述輸出端產(chǎn)生DC電壓。
2.根據(jù)權利要求I所述的不間斷電源，其中 所述數(shù)字信號處理器部分根據(jù)所檢測的電感器電流值產(chǎn)生電流誤差值，以及將所述電流誤差值提供給所述現(xiàn)場可編程門陣列；以及 所述現(xiàn)場可編程門陣列被配置為部分根據(jù)所述電流誤差值產(chǎn)生所述脈寬調制控制信號。
3.根據(jù)權利要求I所述的不間斷電源，還包括第二晶體管以及其中 所述第一晶體管形成第一升壓變換器電路的一部分； 所述第二晶體管形成第二升壓變換器電路的一部分； 所述輸入電路包括三相整流器；以及 所述控制器還被配置為將所述脈寬調制控制信號施加到所述第一晶體管以將所述第一升壓變換器電路的操作模式在可變頻率的恰好間斷操作模式與固定頻率的連續(xù)操作模式之間切換；以及 所述控制器還被配置為將第二脈寬調制控制信號施加到所述第二晶體管以將所述第二升壓變換器電路的操作模式在可變頻率的恰好間斷操作模式與固定頻率的連續(xù)操作模式之間切換。
4.根據(jù)權利要求3所述的不間斷電源，其中在一種模式下，所述第一升壓變換器電路在所述可變頻率的恰好間斷操作模式下操作，以及所述第二升壓變換器電路同時在所述固定頻率的連續(xù)操作模式下操作。
5.根據(jù)權利要求I所述的不間斷電源，還包括第二晶體管以及其中 所述第一晶體管形成第一升壓變換器電路的一部分； 所述第二晶體管形成第二升壓變換器電路的一部分； 所述輸入電路包括三相整流器；以及 所述控制器還被配置為將所述脈寬調制控制信號施加到所述第一晶體管和所述第二晶體管中的一個，以將所述第一升壓變換器電路和所述第二升壓變換器電路中的一個的操作模式在可變頻率的恰好連續(xù)操作模式與固定頻率的連續(xù)操作模式之間切換。
6.根據(jù)權利要求5所述的不間斷電源，其中當所檢測的電感器電流值下降到實質上為零時，所述第一晶體管和所述第二晶體管中的至少一個切換到導通狀態(tài)。
7.根據(jù)權利要求5所述的不間斷電源，其中 所述三相整流器被配置為在具有第一相電壓、第二相電壓和第三相電壓的電網(wǎng)周期操作；以及 所述控制器還被配置為在所述電網(wǎng)周期的一部分切換所述第一升壓變換器電路和所述第二升壓變換器電路中的一個的操作模式，其中在所述電網(wǎng)周期的所述一部分，所述第一相電壓、所述第二相電壓和所述第三相電壓中的每一個相互排斥。
8.根據(jù)權利要求I所述的不間斷電源，其中 所述數(shù)字信號處理器還被配置為根據(jù)所述輸出端的DC電壓的值產(chǎn)生電壓誤差值以及將所述電壓誤差值提供給所述現(xiàn)場可編程門陣列；以及 所述現(xiàn)場可編程門陣列還被配置為部分根據(jù)所述電壓誤差值產(chǎn)生所述脈寬調制控制信號。
9.根據(jù)權利要求I所述的不間斷電源，其中 所述輸入電路包括三相整流器；以及 所述第一晶體管的切換頻率在所述三相整流器的電網(wǎng)周期內保持在20kHz與130kHz之間。
10.根據(jù)權利要求I所述的不間斷電源，其中 所述輸入電路包括具有所述第一電感器、第二電感器和第三電感器的三相整流器；以及 所述檢測的電感器電流包括來自所述第一電感器、所述第二電感器和所述第三電感器中的至少兩個的電流。
11.根據(jù)權利要求I所述的不間斷電源，其中所述第一晶體管在切換到導通狀態(tài)之前處于截止狀態(tài)持續(xù)至少預設的時間量。
12.根據(jù)權利要求I所述的不間斷電源，其中所述第一晶體管在切換到截止狀態(tài)之前處于導通狀態(tài)持續(xù)至少預設的時間量。
13.根據(jù)權利要求3所述的不間斷電源，其中所述第一晶體管和所述第二晶體管中的一個在多個導通狀態(tài)和截止狀態(tài)之間反向切換，以及其中第一導通狀態(tài)和隨后的導通狀態(tài)之間的時間段大約為12. 5微秒。
14.一種操作不間斷電源的方法，所述不間斷電源包括輸入電路和控制器，所述輸入電路具有第一晶體管和第一電感器，以及所述控制器具有數(shù)字信號處理器和現(xiàn)場可編程門陣列，所述方法包括 檢測所述輸入電路的電感器電流； 將所檢測的電感器電流值提供給所述數(shù)字信號處理器； 部分根據(jù)所述檢測的電感器電流值產(chǎn)生電流誤差值； 將所述電流誤差值提供給所述現(xiàn)場可編程門陣列； 部分根據(jù)所述電流誤差值產(chǎn)生脈寬調制控制信號；以及 將所述脈寬調制控制信號施加到所述第一晶體管以控制所述第一晶體管和所述第二晶體管中的一個的切換頻率。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，還包括第二晶體管，其中所述第一晶體管形成第一升壓變換器電路的一部分以及其中所述第二晶體管形成第二升壓變換器電路的一部分，所述方法還包括 將所述脈寬調制控制信號施加到所述第一晶體管以將第一升壓變換器電路的操作模式在可變頻率的恰好連續(xù)操作模式與固定頻率的連續(xù)操作模式之間切換；以及 將第二脈寬調制控制信號施加到所述第二晶體管以將所述第二升壓變換器電路的操作模式在可變頻率的恰好連續(xù)操作模式與固定頻率的連續(xù)操作模式之間切換。
16.根據(jù)權利要求14所述的方法，還包括第二晶體管，其中所述第一晶體管形成第一升壓變換器電路的一部分以及其中所述第二晶體管形成第二升壓變換器電路的一部分，所述方法還包括 將所述第一升壓變換器與所述第二升壓變換器中的一個的操作模式在可變頻率的恰好連續(xù)操作模式與固定頻率的連續(xù)操作模式之間反向切換。
17.根據(jù)權利要求14所述的方法，包括 產(chǎn)生所述輸入電路的電壓誤差值； 將所述電壓誤差值提供給所述現(xiàn)場可編程門陣列；以及 部分根據(jù)所述電壓誤差值產(chǎn)生所述脈寬調制控制信號。
18.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述輸入電路包括三相整流器，所述三相整流器具有包括所述第一電感器的多個電感器，以及其中檢測所述輸入電路的電感器電流還包括 檢測來自所述多個電感器中的至少兩個的電感器電流。
19.一種不間斷電源,包括 輸入電路，所述輸入電路包括第一晶體管、第二晶體管和電感器； 控制器，所述控制器具有數(shù)字信號處理器和現(xiàn)場可編程門陣列，以及所述控制器被耦合到所述輸入電路以檢測電感器電流并將所檢測的電感器電流值提供給所述數(shù)字信號處理器；以及 用于施加脈寬調制控制信號的裝置，其將所述脈寬調制控制信號施加到所述第一晶體管和所述第二晶體管中的一個以調節(jié)所述第一晶體管和所述第二晶體管中的一個的切換頻率。
20.根據(jù)權利要求19所述的不間斷電源，其中用于施加脈寬調制控制信號的裝置還包括用于以下目的的裝置 部分根據(jù)所述檢測的電感器電流值產(chǎn)生電流誤差值以及將所述電流誤差值提供給所述現(xiàn)場可編程門陣列； 將所述切換頻率限制在上限頻率與下限頻率之間；以及 部分根據(jù)所述電流誤差值產(chǎn)生所述脈寬調制控制信號。
全文摘要
提供了用于操作不間斷電源的系統(tǒng)和方法。不間斷電源可以包括具有晶體管和電感器的整流器。不間斷電源還可以包括控制器。電流傳感器能夠被配置為檢測電感器電流，以及將所檢測的電感器電流值提供給控制器以部分根據(jù)所檢測的電感器電流值產(chǎn)生電流誤差值，并且部分根據(jù)電流誤差值產(chǎn)生脈寬調制控制信號?？刂破髂軌驅⒚}寬調制控制信號施加到晶體管以調節(jié)晶體管的切換頻率。
文檔編號H02J9/06GK102804547SQ201080035004
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權日2009年6月16日
發(fā)明者邁克爾·J·因杰米, D·克里基克 申請人:美國能量變換公司