備用電源控制的制作方法
【專利說明】備用電源控制
[0001]發(fā)明背景發(fā)明領域
[0002 ]根據本發(fā)明的至少一個示例總體上涉及方波電源的控制。
[0003] 相關技術討論
[0004] 使用電力裝置(諸如不間斷電源(UPS)以提供用于敏感的和/或關鍵的負載(諸如 計算機系統(tǒng)和其它數據處理系統(tǒng)的）的規(guī)定的、不間斷的電力是已知的。已知的不間斷電源 包括在線UPS、離線UPS、在線交互UPS以及其它UPS。在線UPS提供受調節(jié)的AC電力以及在AC 電力的主源中斷時提供備用AC電力。雖然離線UPS通常不提供輸入AC電力的調節(jié)，但是在主 要AC電力源中斷時提供備用AC電力。在線交互UPS與離線UPS類似，因為當斷電發(fā)生時在線 交互UPS切換到電池電力。一些離線UPS包括切換電壓調整電路的分接頭以連續(xù)不斷地穩(wěn)定 輸出電壓。
[0005] 發(fā)明概述
[0006] 根據本發(fā)明的方面涉及不間斷電源(UPS)系統(tǒng)，其包括經配置接收輸入AC電力的 輸入端、經配置將輸出AC電力提供給負載的輸出端、耦合到DC總線的DC電源、逆變器和控制 器，該逆變器具有耦合到DC總線的輸入端和耦合到UPS系統(tǒng)的所述輸出端的輸出端，該逆變 器經配置在輸入端處從DC總線接收DC電力并且將具有電壓的AC電力提供給輸出端，該控制 器耦合到逆變器輸出端，并且經配置基于在逆變器輸出端處的AC電力的平均電壓操作逆變 器。
[0007] 根據一個實施例，控制器進一步被配置為:將在逆變器輸出端處的AC電力的平均 電壓與預先確定的平均輸出電壓閾值相比較，并且基于計算的平均電壓與平均輸出電壓閾 值的比較來控制在逆變器輸出端處的AC電力。在一個實施例中，控制器進一步被配置為響 應于確定計算的平均電壓至少等于平均輸出電壓閾值，將在逆變器輸出端處的電壓鉗位到 零。
[0008] 根據另一個實施例，控制器進一步經配置基于輸出電壓，計算在逆變器輸出端處 的AC電力的RMS電壓，將在逆變器輸出端處的AC電力的RMS電壓與預先確定的RMS輸出電壓 閾值相比較，以及基于計算的RMS電壓與RMS輸出電壓閾值的比較來控制在逆變器輸出端處 的AC電力。在一個實施例中，控制器進一步被配置為響應于確定計算的RMS電壓至少等于 RMS輸出電壓閾值，將在逆變器輸出端處的電壓鉗位到零。
[0009] 根據一個實施例，控制器包括耦合到逆變器的脈寬調制控制器，并且其中控制器 進一步經配置使用脈寬調制控制器控制在逆變器輸出端處的AC電力。在一個實施例中，在 輸出端處由逆變器提供的AC電力包括方波，并且其中控制器進一步經配置基于在逆變器輸 出端處由控制器計算的平均電壓控制方波的脈寬。
[0010]根據另一個實施例，ups系統(tǒng)被配置為離線ups。在另一個實施例中，ups系統(tǒng)被配 置為在線交互UPS。
[0011]根據本發(fā)明的另一方面涉及用于控制具有輸出端的逆變器的方法，其中所述輸出 端經配置提供AC電力，所述方法包括在一段時期內對在逆變器輸出端處的AC電力的輸出電 壓進行采樣，計算在所述時間段內的逆變器平均輸出電壓，將計算的逆變器平均輸出電壓 與預先確定的電壓平均輸出閾值進行比較，確定計算的平均輸出電壓是否至少等于預先確 定的電壓平均輸出閾值，以及基于確定計算的平均輸出電壓是否至少等于預先確定的電壓 平均輸出閾值的行為控制在逆變器輸出端處的AC電力。
[0012] 根據一個實施例，基于確定計算的平均輸出電壓是否至少等于預先確定的電壓平 均輸出閾值的行為控制在逆變器輸出端處的AC電力包括響應于確定計算的平均輸出電壓 至少等于預先確定的平均輸出閾值，將在逆變器輸出端處的輸出電壓鉗位到零。
[0013]根據另一個實施例，方法進一步包括計算在一段時期內逆變器RMS輸出電壓，將計 算的逆變器RMS輸出電壓與預先確定的RMS輸出閾值進行比較，確定計算的RMS輸出電壓是 否至少等于預先確定的RMS輸出閾值，以及基于確定計算的RMS輸出電壓是否至少等于預先 確定的RMS輸出閾值的行為控制在逆變器輸出端處的AC電力。
[0014]根據一個實施例，基于確定計算的RMS輸出電壓是否至少等于預先確定的RMS輸出 閾值的行為控制在逆變器輸出端處的AC電力包括響應于確定計算的RMS輸出電壓至少等于 預先確定的RMS輸出閾值，將在逆變器輸出端處的輸出電壓鉗位到零。
[0015]根據另一個實施例，控制逆變器包括控制逆變器以提供包括方波的AC輸出電壓。 在一個實施例中，基于確定計算的平均輸出電壓是否至少等于預先確定的平均輸出閾值的 行為控制在逆變器輸出端處的AC電力包括基于由控制器計算的在一段時期內在逆變器輸 出端處的方波的平均輸出電壓控制在逆變器輸出端處的方波的脈寬。
[0016]根據一個實施例，計算在一段時期內逆變器平均輸出電壓和計算在一段時期內逆 變器RMS輸出電壓的行為在線路周期內被執(zhí)行至少64次。
[0017]根據本發(fā)明的一個方面涉及不間斷電源(UPS)系統(tǒng)，其包括經配置接收輸入AC電 力的輸入端、經配置將輸出AC電力提供給負載的輸出端、耦合到DC總線的DC電源、逆變器以 及基于在逆變器輸出端處的AC電力的平均電壓用于控制逆變器的裝置，逆變器具有耦合到 DC總線的輸入端和耦合到UPS系統(tǒng)的所述輸出端的輸出端，逆變器經配置在輸入端處從DC 總線接收DC電力并且將AC電力提供給輸出端。
[0018]根據一個實施例，由逆變器提供給輸出端的AC電力包括方波。在一個實施例中，用 于控制逆變器的裝置包括基于在逆變器輸出端處的方波的平均電壓用于控制方波的脈寬 的裝置。在另一個實施例中，用于控制逆變器的裝置包括基于在逆變器輸出端處的AC電力 的平均電壓和RMS電壓用于控制逆變器的裝置。
[0019] 附圖簡述
[0020] 附圖并非旨在按比例繪制，在附圖中，各圖中示出的每個相同的或幾乎相同的組 件由相似的數字表示。為了清楚起見，在每一個圖中并不是每一個組件都被標記。在附圖 中：
[0021] 圖1是根據本發(fā)明的一方面的離線不間斷電源的框圖；以及
[0022] 圖2是根據本發(fā)明的一方面示出用于控制不間斷電源的過程的流程圖。
[0023]詳細描述
[0024]本發(fā)明的實施例并不限于在下面說明書中陳述的或在附圖中示出的組件的構造 和布置的細節(jié)。本發(fā)明的實施例能夠以各種方式來實踐或實現。此外，本文使用的措辭和術 語用于秒速的目的，并且不應被認為是限制。本文使用的"包括（including)"，包含 (comprising)"或"具有(having)"、"含有（containing)"、"涉及（involving)"，及其變化意 在包含其后列出的項目及其等價物以及額外項目。
[0025]如上面所討論，使用電力裝置(諸如不間斷電源(UPS))以提供用于敏感的和/或關 鍵的負載(諸如計算機系統(tǒng)和其它數據處理系統(tǒng)）的不間斷的電力是已知的。至少一些備用 電力裝置使用逆變器，以從備用功率電力源(諸如電池)提供來源于DC功率電力的輸出AC電 力。取決于使用的逆變器，AC電力相較于正弦波形式可以更多以方波的形式。對于由UPS供 電的負載以包括有源功率因數校正(PFC)電路變得更加普遍。由方波電壓驅動的有源PFC負 載可能在輸入電力線路上可變得不穩(wěn)定和/或引起振蕩。造成UPS被斷電和/或潛在對UPS造 成損害的這些振蕩可由給負載供電的UPS檢測。
[0026] 例如，從UPS接收電力的有源PFC負載可包括PFC電路，該PFC電路包括PFC預調整 器，該PFC預調整器經配置監(jiān)視并且控制被提供給負載的電力試圖提供整功率因數。通常的 PFC電路基于輸入RMS電壓控制功率因數。然而，因為PFC電路通常被設計用于正弦波AC電 力，并且在正弦波的峰值、平均值和RMS值之間的比率是恒定的，所以至少一些PFC電路使用 平均電壓或峰值電壓代替RMS以控制功率因數。
[0027]當UPS將AC正弦波提供給PFC電路時，通過由UPS供電的PFC電路使用平均電壓或峰 值電壓運行良好;然而，當UPS將方波提供給PFC電路時可造成問題。在正弦波與方波的平均 (Vavg)和RMS(Vrms)之間的關系如下所示：
[0028] 對于正弦波：
[0029] Vavg = Vrms*d2A)=〇.9Vrms(方程1)
[0030] 對于方波：
[0031] Vrms=V峰值*lD，D=占空比（方程2)
[0032]Vavg=V峰值*D(方程3)
[0033] Vavg=(Vrms~2)/V峰值（方程4)
[0034] 如方程1中所示，在正弦波的情況下，因為Vavg= 0.9VrmS，所以平均輸入電壓可以 可接受地代替UPS的RMS電壓。然而，對于方波輸入電壓，取決于方波的占空比，在RMS電壓和 平均電壓或峰值電壓之間的關系變化。
[0035]在方波備用電力裝置中（例如，在方波UPS中），普遍由占空比控制來調整RMS輸出 電壓。峰值輸出電壓通常是未調整的，并且在120Vac的電力系統(tǒng)中范圍可以從100V到180V。 在對于不同占空比的各種峰值輸出電壓處的Vrms= 120V的Vrms調整方波UPS的平均輸出電 壓和峰值輸出電壓在表1中示出（最大占空比=1)。
[0036]表1
[0038]隨著未調整的V峰值增大