具有正輸出降壓-升壓轉(zhuǎn)換器和在輸入電源處的pfc的非隔離ac-dc轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】一種電力轉(zhuǎn)換器包括：電池（104），其具有正極端子和負極端子；第一電力輸入端（112、114），其用于接收AC輸入電力；第二電力輸入端，其用于接收來自電池的DC輸入電力；第一電力輸出端，其用于給電池充電；第二電力輸出端，其用于向負載提供電力；整流器電路（210），其耦合到第一電力輸入端（112、114）；和非隔離的單級電力轉(zhuǎn)換電路（200），其具有輸入端并被配置為降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。在第二電力輸出端處的電力來源于第一電力輸入端和/或第二電力輸入端。單級電力轉(zhuǎn)換電路被配置為使用公共能量存儲元件（228）將AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓，并被耦合到第一電力輸出端和整流器電路（210）。
【專利說明】具有正輸出降壓-升壓轉(zhuǎn)換器和在輸入電源處的PFC的非隔罔AC-DC轉(zhuǎn)換器
[0001]發(fā)明背景1.發(fā)明領域
[0002]本發(fā)明的實施例一般涉及電力轉(zhuǎn)換，并且更具體地涉及給在不間斷電源系統(tǒng)中的電池充電。
[0003]2.相關(guān)技術(shù)的討論
[0004]不間斷電源(UPS)用于當主電源或輸電干線出現(xiàn)故障時，給電氣設備或負載提供備用電力。典型的負載包括計算機系統(tǒng)，但其他負載，例如加熱/制冷/通風系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、網(wǎng)絡交換機和路由器、以及安全和數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)也可以由UPS提供電力。為數(shù)據(jù)中心或工業(yè)用途而設計的UPS可以為負載提供I和20kVA之間的備用電力達數(shù)小時。
[0005]UPS單元通常包括當AC輸電干線電力不可使用時用作電源的一個或多個電池。電池提供的DC電力由電力轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為AC電力,然后其被提供給負載。將AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力的電池充電器可以包括在UPS中以當AC輸電干線可以使用時給電池充電來保證當需要時備用電力將可以使用。UPS也可以包括用于自動管理UPS的運行和電力轉(zhuǎn)換功能的控制單元。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一個實施例，一種電力轉(zhuǎn)換器包括:電池，其具有正極端子和負極端子；第一電力輸入端，其用于接收交流輸入電力；第二電力輸入端，其用于接收來自電池的直流輸入電力；第一電力輸出端，其用于給電池充電；第二電力輸出端，其用于向負載提供電力；整流器電路，其耦合到第一電力輸入端；和非隔離的單級電力轉(zhuǎn)換電路，其具有輸入端并被配置為降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。在第二電力輸出端處的電力來源于第一電力輸入端和/或第二電力輸入端。單級電力轉(zhuǎn)換電路被配置為使用公共能量存儲元件將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并被耦合到第一電力輸出端和整流器電路。
[0007]在另一個實施例中，電力轉(zhuǎn)換器可以包括控制電路，其耦合到單級電力轉(zhuǎn)換電路，并被配置為用于控制電力轉(zhuǎn)換電路以在第一電力輸入端處提供功率因數(shù)校正。
[0008]在另一個實施例中，電池的正極端子可以耦合到電力輸出端，而電池的負極端子可以I禹合到第一電力輸入端的中性線。
[0009]在另一個實施例中，電力轉(zhuǎn)換器可以包括直流總線，其具有直流電壓值并耦合到單級電力轉(zhuǎn)換電路的輸入端和整流器電路。電力轉(zhuǎn)換器可以被配置為將單級電力轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓箝位到直流電壓值。在另一個實施例中，電力轉(zhuǎn)換器可以包括一對插入在單級電力轉(zhuǎn)換電路的輸入端和直流總線之間的二極管。在又一個實施例中，電力轉(zhuǎn)換器可以包括功率校正因數(shù)升壓轉(zhuǎn)換器電路，其耦合到第一電力輸入端和直流總線，并被配置為將交流輸入電力轉(zhuǎn)換為直流總線處的直流電力。
[0010]在另一個實施例中，整流器電路可以包括橋式整流器。在另一個實施例中，電力轉(zhuǎn)換器可以包括電容元件，其耦合到整流器電路和電力轉(zhuǎn)換電路的輸入端。電力轉(zhuǎn)換器可以被配置為用于過濾電力轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓。
[0011]在另一個實施例中，整流器電路可以包括橋式整流器，其具有正極端子和負極端子。電池的正極端子可以耦合到第一電力輸出端，而電池的負極端子可以耦合到整流器的負極端子。在另一個實施例中，電力轉(zhuǎn)換器可以包括電容元件，其耦合到整流器電路和電力轉(zhuǎn)換電路的輸入端。電力轉(zhuǎn)換器可以被配置為用于過濾電力轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓。
[0012]根據(jù)一個實施例，電力轉(zhuǎn)換器包括:電池；第一電力輸入端，其用于接收交流輸入電力；第二電力輸入端，其用于接收來自電池的直流輸入電力；第一電力輸出端，其用于給電池充電；第二電力輸出端，其用于向負載提供源于第一電力輸入端和第二電力輸入端中的至少一個的電力；整流器電路，其耦合到第一電力輸入端；和裝置，其耦合到整流器電路用于將交流電壓轉(zhuǎn)換為第一電力輸出端處的直流電壓。
[0013]在另一個實施例中，電力轉(zhuǎn)換器可以包括控制電路，其耦合到用于將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓的所述裝置。電力轉(zhuǎn)換器可以被配置為用于控制電力轉(zhuǎn)換器使得在電力輸入端執(zhí)行功率因數(shù)校正。
[0014]在另一個實施例中，電池可以具有耦合到第一電力輸出端的正極端子和耦合到第一電力輸入端的中性線的負極端子。
[0015]在另一個實施例中，整流器電路可以包括橋式整流器，其具有正極端子和負極端子。該電池可以具有耦合到第一電力輸出端的正極端子和耦合到整流器的負極端子的負極端子。
[0016]根據(jù)另一個實施例，一種對電池進行充電的方法包括:在非隔離的單級降壓-升壓電路的輸入端處接收整流的交流輸入電壓；使用降壓-升壓電路將整流的交流輸入電壓轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓；使用直流輸出電壓對電池進行充電；提供來源于整流的交流輸入電壓和直流輸出電壓中的至少一個的交流輸出電壓；和操作降壓-升壓電路的多個開關(guān)以在交流電力輸入端處提供功率因數(shù)校正。
[0017]在另一個實施例中，該方法可以包括使用直流箝位電路將輸入的電壓箝位到降壓-升壓電路的輸入。
[0018]在另一個實施例中，該方法可以包括:當通過降壓-升壓電路的電感器的電流達到預定峰值時，關(guān)斷多個開關(guān)中的每一個；而當通過電感器的電流為零時，接通多個開關(guān)中的每一個。
[0019]在另一個實施例中，可以使用平均電流模式控制操作多個開關(guān)以控制降壓-升壓電路中的電流。
[0020]在另一個實施例中，電池可以具有耦合到交流電力輸入端的中性線的負極端子。在又一個實施例中，電池的負極端子可以耦合到整流器電路的負極端子。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]附圖不旨在按比例繪制。在附圖中，在各圖中示出的每個相同的或近似相同的部件用相同的附圖標記來表示。為了清楚起見，在每個附圖中，不是每個部件都被標記。在附圖中:
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的不間斷電源的功能框圖；[0023]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電力轉(zhuǎn)換電路的原理圖；
[0024]圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的電力轉(zhuǎn)換電路的原理圖；
[0025]圖4是根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的電力轉(zhuǎn)換電路的原理圖；
[0026]圖5是用于控制圖2、圖3和/或圖4的電力轉(zhuǎn)換電路的控制電路的原理圖；和
[0027]圖6A-6B是表示應用到圖2的電力轉(zhuǎn)換電路的臨界導電模式電流控制方法的示例性模擬的曲線圖。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明的實施方式的應用不受限于它們在下面的描述中所闡述的或者附圖所示的部件的構(gòu)造細節(jié)和部件布置方面細節(jié)的應用。本發(fā)明的實施方式能夠具有其他實施方式且能夠以各種方式被實踐或者被執(zhí)行。而且，本文使用的詞組和術(shù)語用于描述性目的，且不應視為限制性的。本文使用的“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”和其變體，意在涵蓋其后所列項和其等價項以及附加項。
[0029]本公開內(nèi)容的各種實施例涉及用于不間斷電源(UPS)的電力轉(zhuǎn)換，包括到負載(例如，電池或其它電力存儲設備)的電力分配，例如，對電池進行充電。本公開內(nèi)容的實施例不限于用于UPS，并且一般可以與其它電源或電力系統(tǒng)一起使用。
[0030]如本領域技術(shù)人員將能夠理解的，在交流電力系統(tǒng)中的有功功率與表觀功率的比值被稱為功率因數(shù)。其中功率因數(shù)小于一個單位(I )，負載被認為具有使通過負載汲取的一些功率將被返回到電力系統(tǒng)的反應性質(zhì)，其通常作為熱量浪費掉。因此，理想的是，電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供功率因數(shù)校正(PFC)，這在交流輸電干線輸入處通過積極地控制由負載所消耗的功率的量增加了功率因數(shù)。
[0031]一些負載，包括，例如，UPS中的電池，其兩端需要固定的直流電壓和通過它們的受控電流。根據(jù)其額定功率，UPS系統(tǒng)可以使用從例如48VDC到240VDC的電池。然而，交流輸電干線輸入電壓峰值通常在140V和415V (100VAC到290VAC的RMS電壓)之間變化。因此，升壓轉(zhuǎn)換器(其輸出大于輸入電壓的電壓)不適于給電池充電和在輸入處實現(xiàn)功率因數(shù)校正，因為交流輸電干線輸入電壓可能超過電池電壓。降壓轉(zhuǎn)換器是一種用來降低或逐步減小輸入電壓的有效方式，但它們通常結(jié)合升壓轉(zhuǎn)換器以考慮小于電池電壓的交流輸入電壓的部分。對于使用單級轉(zhuǎn)換器(例如，使用隔離的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器)給電池充電有已知的技術(shù)。然而，隔離的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器需要隔離變壓器，這增加了 UPS的制造成本，并且只有當充電器功率小于500W時是有利的。此外，許多UPS使用浮動電池方案，其中負極端子沒有連接到交流輸電干線輸入的中性線上。在這種情況下，保持功率因數(shù)校正而不使用隔離變壓器是具有挑戰(zhàn)性的。
[0032]在一些傳統(tǒng)的在線UPS系統(tǒng)中，可以通過交流-直流轉(zhuǎn)換器直接從交流輸電干線提供電池充電功能，或通過直流-直流轉(zhuǎn)換器直接從分離的直流總線提供電池充電功能。在一種方法中，交流-直流充電器通常包括需要獨立的、專用的直流總線的升壓轉(zhuǎn)換器。這種充電器根據(jù)電池的負極端子是連接到交流輸電干線電源中性線還是浮動可以是隔離的或非隔離的。在第二種方法中，在PFC轉(zhuǎn)換級之后，充電功率是從分離的直流總線中獲取的，并且通常采用高頻變壓器、隔離降壓轉(zhuǎn)換器或高頻非隔離的降壓轉(zhuǎn)換器。這兩種方法都受到在非隔離的拓撲情況下的額外的復雜性、高成本和低效率，以及操作輸入電壓范圍限制的影響。第二種方法具有需要PFC轉(zhuǎn)換級被調(diào)整大小以用于較高的充電功率的附加缺點。
[0033]本公開內(nèi)容的至少一些實施例包括PFC交流-直流轉(zhuǎn)換級和電池充電器，其以避免處理通過PFC級的充電功率的這樣的方式組合，如通常在傳統(tǒng)的在線UPS系統(tǒng)中完成的那樣，同時實現(xiàn)了高功率因數(shù)與高效率和低成本。一些實施例包括基于降壓-升壓轉(zhuǎn)換器方法的單級交流-直流電池充電器，其具有較低的復雜性、較高的效率、較高的功率密度、低成本，并且相比于常規(guī)技術(shù)，其可以提供高充電功率與PFC。
[0034]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的UPS100的功能框圖。UPS100向負載106提供源自AC電源102或例如電池104的備用電源兩者中的任何一個的穩(wěn)壓電力。UPS100包括整流器/升壓轉(zhuǎn)換器110、逆變器120、和用于控制整流器/升壓轉(zhuǎn)換器和逆變器的控制單元130。UPS具有AC電源102的傳輸線(相線)輸入端112和中性線輸入端114，以及各自率禹合到負載106的傳輸線輸出端116和中性線輸出端118。
[0035]在傳輸線運行模式中，在控制單元130的控制下，整流器/升壓轉(zhuǎn)換器110將輸入AC電壓分別轉(zhuǎn)換成在正的DC總線121和負的DC總線122處的正的和負的DC電壓。正的DC總線121和負的DC總線122可以，例如，各自額定于高達+/-400VDC。整流器/升壓轉(zhuǎn)換器110包括公共的或中性線路124。中性線路124可以耦合到輸入中性線114和輸出中性線118以提供通過UPS100的持續(xù)的中性通路。整流器/升壓轉(zhuǎn)換器110還包括用于在傳輸線運行模式期間給電池104充電的電池充電電路(未不出)ο在至少一個實施例中，電池充電電路被配置為降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，其在電池的負極端子連接到交流輸電干線中性線上的結(jié)構(gòu)中耦合到正的直流總線121、負的直流總線122和中性線124上。在一些實施例中，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器被耦合到代替中性線124的整流器的負極端子上。
[0036]在備用運行模式(也稱為電池運行模式)中，一旦喪失輸入交流電力，整流器/升壓轉(zhuǎn)換器110就會從電池104中產(chǎn)生正和負的直流電壓。在傳輸線和備用這兩種運行模式中，逆變器120從整流器/升壓轉(zhuǎn)換器110接收正的直流電壓121和負的直流電壓122。逆變器120在線路116和118處將正和負的直流電壓轉(zhuǎn)換成輸出交流電壓。
[0037]根據(jù)一個實施例，如下面的圖2所示，UPS包括電力轉(zhuǎn)換電路200，其具有用于將交流輸電干線輸入電力轉(zhuǎn)換成包括正的直流總線121和負的直流總線122的直流總線處的直流電力的功率因數(shù)校正(PFC)升壓轉(zhuǎn)換器/整流器電路210，以及耦合到直流總線上用于給電池104充電的充電器電路220，其中電池的負極端子被連接到交流主電源的中性線114上。充電器電路220直接從交流主電源而不是從PFC電路210汲取功率，并在充電器電路的輸入處使用直流總線作為箝位工具。以這種方式，充電器電路220是單級轉(zhuǎn)換器，這不同于具有兩級轉(zhuǎn)換器(其中充電器電路通過DC鏈路電容器被串聯(lián)耦合到PFC整流器/升壓轉(zhuǎn)換器電路)的傳統(tǒng)的充電器電路。兩級轉(zhuǎn)換器的效率較低并且比電力轉(zhuǎn)換電路200需要更多的電子部件來進行操作。
[0038]充電器電路220包括耦合到線路輸入112用于整流交流輸入電壓的整流二極管222和224。第一開關(guān)226、電感器228、第一二極管230、第二二極管234以及第二開關(guān)232形成充電器電路220的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路部分，其被耦合到整流二極管222、224和電池104上。充電器電路220通過二極管212、214和216被耦合到直流總線和中性線114上。
[0039]在交流輸電干線輸入的正半線路周期期間，交流輸電干線輸入電力是通過充電器電路220經(jīng)由二極管222和216來傳輸?shù)?。如上所述，充電器電?20的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器部分包括開關(guān)226和232、電感器228以及二極管230和234。開關(guān)226和232的操作使得每個開關(guān)都以高頻率同時接通和關(guān)斷。當開關(guān)226和232被接通時，電感器228被使用通過二極管222和216從線路輸入112到中性線路114傳輸?shù)哪芰窟M行充電。當開關(guān)226和232被關(guān)斷時，存儲在電感器228中的能量被通過二極管230和234傳輸?shù)诫姵?04。
[0040]假設所有的器件都是理想的，在一個切換周期期間，電感器228兩端的平均電壓為 '，在交流輸電干線輸入的正半線路周期期間，當開關(guān)226和232接通時，電感器228兩端的平均電壓為VP。當開關(guān)226和232斷開時，電壓\是電池電壓V_。假設開關(guān)226和232的占空比是D，并且使用電感器228的伏秒平衡原理，
[0041]Vp*D=V 電池* (1-D)
[0042]或
[0043]Vp/V%ft= (1-D)/D
[0044](即，V輸入/V輸出=(1_D)/D)。
[0045]因此，在交流輸電干線輸入的正半線路周期期間，充電器電路220用作正輸出降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。
[0046]在交流輸電干線輸入的負半線路周期期間，交流輸電干線輸入電力經(jīng)由二極管224和230被傳輸?shù)匠潆娖麟娐?20的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器部分。第一開關(guān)226在負半線路周期期間是閑置的。第二開關(guān)232被以高頻率接通和斷開。當?shù)诙_關(guān)232被接通時，電感器228被使用通過二極管230、電感器228、第二開關(guān)232、和二極管224從中性線路114到線路輸入112傳輸?shù)哪芰窟M行充電。當?shù)诙_關(guān)232被關(guān)斷時，存儲在電感器228中的能量通過二極管234和230傳輸給電池104。
[0047]再次假設所有的器件都是理想的，在一個切換周期期間，電感器228兩端的平均電壓為 '，在交流輸電干線輸入的負半線路周期期間，當開關(guān)232接通時，電感器228兩端的平均電壓為VN。當開關(guān)226和232斷開時，電壓'再次是電池電壓V%ft。還假設開關(guān)232的占空比為D，并使用電感器228的伏秒平衡原理，
[0048]VN*D=V 電池* (1-D)
[0049]或
[0050]VN/V 電池=(1-D) /D0
[0051]因此，在交流輸電干線輸入的負半線路周期期間，充電器電路220再次用作正輸出降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。
[0052]充電器電路220的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器部分被控制(例如，由圖1的控制單元130來控制)以在交流輸電干線輸入112和114處提供功率因數(shù)校正。當輸入電流(例如，通過開關(guān)226和232)不連續(xù)時，因為在印刷電路板的跡線中存在電感，在開關(guān)226和232兩端可能存在電壓峰值。直流鏈路包括用作用于開關(guān)226和232兩端的任何電壓峰值的箝位的二極管212和214。降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可被設計為在交流輸電干線輸入電壓的任何范圍內(nèi)操作。
[0053]圖3示出了根據(jù)另一個實施例的充電器電路300。而上述關(guān)于圖2所描述的電力轉(zhuǎn)換電路200結(jié)合PFC轉(zhuǎn)換器/整流器電路210可用作電池充電器，充電器電路300可以用作例如單獨的充電器電路。充電器電路300包括在線路輸入112和中性線114處的全橋式整流器，其整體指示在310，并且還包括濾波電容器312。電池的負極端子和第一二極管330每個都耦合到交流輸電干線輸入的中性線上。第一開關(guān)326、電感器328，第一二極管330、第二二極管334和第二開關(guān)332形成充電器電路300的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路部分，其被耦合到整流器310和電池104。
[0054]在交流輸電干線輸入的正半線路周期期間，交流輸電干線輸入電力被傳輸?shù)匠潆娖麟娐?00的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器部分。開關(guān)326和332的操作使得每個開關(guān)都以高頻率被同時接通和關(guān)斷。當開關(guān)326和332被接通時，電感器328被使用通過整流器310、第一開關(guān)326、電感器328、第二開關(guān)332從線路輸入112到中性線114傳輸?shù)哪芰窟M行充電。當開關(guān)326和332被關(guān)斷時，存儲在電感器328中的能量被通過二極管334和330傳輸?shù)诫姵?104。
[0055]在交流輸電干線輸入的負半線路周期期間，交流輸電干線輸入電力通過整流器310被傳輸?shù)匠潆娖麟娐?00的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器部分。在負半線路周期期間，第一開關(guān)326是閑置的。開關(guān)332以高頻率被接通和關(guān)閉。當?shù)诙_關(guān)332被接通時，電感器328被使用通過二極管330、電感器328、第二開關(guān)332和整流器310從中性線114傳輸?shù)骄€路輸入112的能量進行充電。當?shù)诙_關(guān)332被關(guān)斷時，存儲在電感器328中的能量被通過二極管334和330傳輸?shù)诫姵?04。
[0056]圖4不出了根據(jù)又一個實施例的充電器電路400。圖4的充電器電路400基本上類似于圖3的充電器電路300，不同之處在于電池104和二極管330每一個都耦合到整流器電橋310的負極端子上，而不是耦合到交流輸電干線輸入的中性線114上。充電器電路400的操作基本上類似于上述圖3的充電器電路300的操作，不同之處在于，在負半線路周期期間，第一開關(guān)326與第二開關(guān)332被同時接通和關(guān)斷。當開關(guān)326和332被接通時，電感器328被使用通過整流器310、第一開關(guān)326、電感器328、第二開關(guān)332和整流器310從中性線114傳輸?shù)骄€路輸入112的能量進行充電。當開關(guān)326和332被關(guān)斷時，存儲在電感器328中的能量被通過二極管334和330傳輸?shù)诫姵?04。
[0057]圖5示出了根據(jù)一個實施例的用于控制一個或多個上述電路(例如，圖2的電力轉(zhuǎn)換電路200)以實現(xiàn)PFC的控制電路500。應當理解，控制電路500可以與圖3和圖4的電力轉(zhuǎn)換電路300和400以及與其它電力轉(zhuǎn)換電路一起使用。控制回路中的控制器510在交流輸電干線輸入的負半線路周期期間阻擋了第一開關(guān)226的選通脈沖。通過電感器228的電流在PFC轉(zhuǎn)換器的臨界導通模式期間總是被控制的。與參考電流IL#it相比，通過電感器228的電感電流IL無論何時達到預定峰值，到開關(guān)226和232的選通驅(qū)動信號512被拉低。選通驅(qū)動信號512只有當電感電流IL達到零時才會被拉高。在該控制下的開關(guān)228和232的開關(guān)頻率是可變的。
[0058]輸入電流的基波分量與交流輸電干線電壓同相。因此，通過控制電感電流IL，在輸入處實現(xiàn)了單位功率因數(shù)?？梢栽谳斎胩幨褂脼V波器以提供電流平滑。
[0059]圖6A-6B是表示應用到圖2的電力轉(zhuǎn)換電路200的臨界導通模式電流控制方法的示例性模擬的曲線圖。圖6A示出了通過電感器226的電流，并且圖6B示出了輸入電流。在該實例中，電感器228被額定在ImH，輸入電壓為230VAC (rms)，并且輸出電壓為240VDC。利用其它額定值和電壓和本領域的技術(shù)人員所理解的本文所描述的其它實施例(例如，圖3的電力轉(zhuǎn)換電路300)可得到類似的結(jié)果。[0060]根據(jù)另一個實施例，使用開關(guān)(例如，開關(guān)226和232，或326和332)的固定的開關(guān)頻率，在圖2、圖3和圖4的電力轉(zhuǎn)換電路200、300和400中實現(xiàn)了在輸入處的PFC與電感電流的傳統(tǒng)的平均電流模式控制。
[0061]任何前述實施方式可以實現(xiàn)在UPS中，例如，使用DC電池作為備用電源的UPS。UPS可以被配置為提供備用電力給任何數(shù)量的電力消耗設備，例如計算機、服務器、網(wǎng)絡路由器、空調(diào)單元、照明設備、安保系統(tǒng)、或需要不間斷電力的其他設備和系統(tǒng)。UPS可以包含或耦合到控制UPS運行的控制器或控制單元。例如，控制器可以給電路里的每個切換設備提供脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號用于控制電力轉(zhuǎn)換功能。在另一個例子中，控制器可以為繼電器提供控制信號。通常，控制器控制UPS的運行，使其在可以使用來自AC電源的電力時，從AC電源給電池充電，并且當AC電源不能用或處于電壓過低的情況時，逆變來自電池的DC電力?？刂破骺梢园匀魏畏绞浇M合的硬件、軟件、固件、處理器、存儲器、輸入/輸出接口、數(shù)據(jù)總線、和/或其他元件，它們可以用于實現(xiàn)控制器的相應功能。
[0062]在如上所述的實施方式中，電池用作備用電源。在其他實施方式中，可以使用其他AC或DC備用源和設備，包括燃料電池、光電池、DC微型渦輪機、電容器、供選擇的AC電源，和任何其他合適的電源，或者任何它們的組合。在利用電池作為備用電源的本發(fā)明的實施方式中，電池可以由以并聯(lián)或串聯(lián)方式耦合的多個電池單元組成。
[0063]在一個或多個前述實施方式中，切換器件可以是任何電子的或機電的器件，其以受控的方式(例如，通過使用控制信號)傳導電流且能夠隔離導電通路。圖中的各種切換器件和其他電子器件的表示是示例性的且不意在是限制性的，因為本領域的技術(shù)人員將理解的是，使用各種類型、布置和配置的器件可以獲得相似的或相同的功能。例如，一個或多個切換器件可以含有一個或多個反向并聯(lián)二極管，或這些二極管可以與這些切換器件分開。如上所述，在一些實施方式中，切換設備包括整流器，例如，能夠通過應用控制信號而接通和斷開的受控整流器(例如，SCR、晶閘管等等)。此外，其他元件，例如電阻器、電容器、電感器、電池、電源、負載、變壓器、繼電器、二極管和類似元件可以包含在單一的器件或多個連接的器件中。
[0064]在如上所述的實施方式中，描述了供不間斷電源使用的整流器/升壓電路，然而應該理解的是，本文所述的電路可以供其他類型的電源使用。
[0065]本發(fā)明的實施方式可供具有各種輸入電壓和輸出電壓的不間斷電源使用，且可以用于單相或多相不間斷電源。
[0066]至此，已經(jīng)描述了本發(fā)明的至少一個實施方式的幾個方面，本領域的技術(shù)人員將理解的是，各種替代、修改和改進將是很容易出現(xiàn)的。這些替代、修改和改進意在屬于本公開內(nèi)容的一部分，并且意在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。例如，用于使電力轉(zhuǎn)換器的切換設備運行的選通脈沖可以在頻率、占空比、或這兩者上變化。而且，可以利用電氣部件的供選擇的配置來產(chǎn)生相似的功能，例如，逆變器功能和充電器功能，或者其他功能。因此，前述的描述和附圖僅僅是示例性的。
【權(quán)利要求】
1.一種電力轉(zhuǎn)換器，包括: 電池，其具有正極端子和負極端子； 第一電力輸入端，其用于接收交流輸入電力； 第二電力輸入端，其用于接收來自所述電池的直流輸入電力； 第一電力輸出端，其用于給所述電池充電； 第二電力輸出端，其用于向負載提供源于所述第一電力輸入端和所述第二電力輸入端中的至少一個的電力； 整流器電路，其耦合到所述第一電力輸入端；及 非隔離的單級電力轉(zhuǎn)換電路，其具有輸入端并被配置為降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，以使用公共能量存儲元件將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，所述單級電力轉(zhuǎn)換電路耦合到所述第一電力輸出端，并且在所述電力轉(zhuǎn)換電路的輸入端處耦合到所述整流器電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換器，還包括控制電路，該控制電路耦合到所述單級電力轉(zhuǎn)換電路，并被配置為控制所述電力轉(zhuǎn)換電路以在所述第一電力輸入端處提供功率因數(shù)校正。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中所述電池的正極端子耦合到所述電力輸出端，而所述電池的負極端子耦合到所述第一電力輸入端的中性線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力轉(zhuǎn)換器，還包括直流總線，所述直流總線具有直流電壓值并耦合到所述單級電力轉(zhuǎn)換電路的輸入端和所述整流器電路，并且其中所述電力轉(zhuǎn)換器被配置為將所述單級電力轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓箝位到所述直流電壓值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力轉(zhuǎn)換器，還包括一對插入在所述單級電力轉(zhuǎn)換電路的輸入端和所述直流總線之間的二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力轉(zhuǎn)換器，還包括功率校正因數(shù)升壓轉(zhuǎn)換器電路，所述功率校正因數(shù)升壓轉(zhuǎn)換器電路耦合到所述第一電力輸入端和所述直流總線，并被配置為將所述交流輸入電力轉(zhuǎn)換為所述直流總線處的直流電力。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中所述整流器電路包括橋式整流器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力轉(zhuǎn)換器，還包括電容元件，所述電容元件耦合到所述整流器電路和所述電力轉(zhuǎn)換電路的輸入端，并被配置為過濾所述電力轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述整流器電路包括橋式整流器，所述橋式整流器具有正極端子和負極端子，并且其中所述電池的正極端子耦合到所述第一電力輸出端，而所述電池的負極端子耦合到所述整流器的負極端子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力轉(zhuǎn)換器，還包括電容元件，所述電容元件耦合到所述整流器電路和所述電力轉(zhuǎn)換電路的輸入端，并被配置為過濾所述電力轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓。
11.一種電力轉(zhuǎn)換器，包括: 電池； 第一電力輸入端，其用于接收交流輸入電力； 第二電力輸入端，其用于接收來自所述電池的直流輸入電力； 第一電力輸出端，其用于給所述電池充電； 第二電力輸出端，其用于向負載提供源于所述第一電力輸入端和所述第二電力輸入端中的至少一個的電力；整流器電路，其耦合到所述第一電力輸入端?’及 耦合到所述整流器電路用于將交流電壓轉(zhuǎn)換為所述第一電力輸出端處的直流電壓的>J-U ρ?α裝直。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電力轉(zhuǎn)換器，還包括控制電路，所述控制電路耦合到用于將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓的所述裝置，并被配置為控制所述電力轉(zhuǎn)換器，使得在所述電力輸入端執(zhí)行功率因數(shù)校正。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中所述電池具有耦合到所述第一電力輸出端的正極端子和耦合到所述第一電力輸入端的中性線的負極端子。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中所述整流器電路包括橋式整流器，所述橋式整流器具有正極端子和負極端子，并且其中所述電池具有耦合到所述第一電力輸出端的正極端子和耦合到所述整流器的負極端子的負極端子。
15.—種對電池進行充電的方法，所述方法包括: 在非隔離的單級降壓-升壓電路的輸入端處接收整流的交流輸入電壓； 使用所述降壓-升壓電路將所述整流的交流輸入電壓轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓； 使用所述直流輸出電壓對所述電池進行充電； 提供源于所述整流的交流輸入電壓和所述直流輸出電壓中的至少一個的交流輸出電壓；及· 操作所述降壓-升壓電路的多個開關(guān)，以在所述交流電力輸入端處提供功率因數(shù)校正。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括使用直流箝位電路將輸入的電壓箝位在所述降壓-升壓電路的輸入。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括:當通過所述降壓-升壓電路的電感器的電流達到預定峰值時，關(guān)斷所述多個開關(guān)中的每一個，而當通過所述電感器的電流為零時，接通所述多個開關(guān)中的每一個。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述多個開關(guān)是使用平均電流模式控制進行操作的，以控制所述降壓-升壓電路中的電流。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述電池具有耦合到所述交流電力輸入端的中性線的負極端子。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述電池具有耦合到所述整流器電路的負極端子的負極端子。
【文檔編號】H02J9/06GK103828187SQ201280046806
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月29日
【發(fā)明者】梅林德·迪拉斯克, D·克里基克 申請人:施耐德電氣It公司