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CN104521097B - 用于提供不间断电源的装置和方法 - Google Patents

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CN104521097B
CN104521097B CN201280075104.8A CN201280075104A CN104521097B CN 104521097 B CN104521097 B CN 104521097B CN 201280075104 A CN201280075104 A CN 201280075104A CN 104521097 B CN104521097 B CN 104521097B
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Abstract

提供了控制不间断电源的系统和方法。所述不间断电源包括被配置为接收输入电力的输入端、输出端、与输入端和输出端耦接的电力转换电路，以及与电力转换电路耦接的控制器。该电力转换电路包括逆变器，该逆变器包括低通滤波器。低通滤波器包括一个电感器，所述控制器被配置为用于向逆变器提供控制信号，使得在电感器处测量的第一电流产生在输出端测量的第二电流，其中第一电流具有第一极性，并且第二电流具有第二极性，并且第一极性是零，或者是与第二极性相同的极性。

Description

用于提供不间断电源的装置和方法
技术领域
本发明的至少一个实施例总体上涉及不间断电源的控制。
背景技术
不间断电源(UPS)用于向许多不同类型的电子设备提供可靠的电力。不间断电源对提供给负载的电力进行调节，并可以在发生主电力损耗时(诸如在大停电或灯火管制条件下)向负载提供备用电源。提供给负载的有害的电力波动可能浪费能源和损坏电气设备，其导致成本增加、产量损失，而且可能需要修理或更换电气部件。
发明内容
本文所述的各方面和各实施例涉及不间断电源控制。至少一个方面涉及不间断电源，其包括被配置为接收输入电力的输入端、输出端、与输入端和输出端耦接的电力转换电路，以及与电力转换电路耦接的控制器。该电力转换电路包括逆变器，该逆变器包括低通滤波器。低通滤波器包括电感器，并且控制器被配置为向逆变器提供控制信号，使得在电感器处测量的第一电流产生在输出端测量的第二电流，其中第一电流具有第一极性，并且第二电流具有第二极性，第一极性是零，或者是与第二极性相同的极性。
控制信号可以包括脉宽调制(PWM)信号。逆变器可以配置为，当第二电流的平均电流小于预定阈值时以不连续导通模式运行。所述逆变器还可以被配置为在四个象限中的任一个象限中运行。控制信号还可以包括四个信号，每个信号被分别提供给逆变器中包括的四个开关中的一个开关。控制信号还可以被配置，使得四个信号中的一个信号是PWM信号，四个信号中的其他三个信号是恒定信号，PWM信号在四个信号之间交替。
不间断电源还可以包括与控制器和逆变器耦接的控制开关，与控制开关耦接的备用电源，其中控制器被配置为，对控制开关进行控制，从而从输入端和备用电源中的至少一个向逆变器提供电力。所述不间断电源还可以包括耦接至控制器，并被配置为在不间断电源旁路运行模式中将输入端耦接至输出端的旁路开关，其中逆变器被配置为，在旁路运行模式下，以不连续导通模式运行。
电力转换电路可以被配置为提供减小的谐波畸变。
另一个方面涉及使用不间断电源来分配电力的方法。该不间断电源包括输入端，输出端，以及包含逆变器的电力转换电路，其中逆变器包含电感器。所述方法包括对逆变器进行控制，使得在电感器处测量的第一电流产生在输出端测量的第二电流，第一电流具有第一极性，第二电流具有第二极性，其中第一极性是零，或者是与第二极性相同的极性。
另一个方面涉及一种用于使用不间断电源来分配电力的系统，该系统包括：
输入端，所述输入端被配置为接收输入电力；
输出端；
电力转换电路，所述电力转换电路与所述输入端和所述输出端耦接；
所述电力转换电路包括逆变器；
所述逆变器包括低通滤波器；
所述低通滤波器包括电感器；以及
装置，所述装置用于对所述逆变器进行控制，使得在所述电感器处测量的第一电流产生在所述输出端测量的第二电流，所述第一电流具有第一极性，并且所述第二电流具有第二极性，其中所述第一极性是零，或者是与所述第二极性相同的极性。
通过以上限定的方法和系统实现这些方面和实施例中的至少一些方面和实施例。可在本发明的详细描述中找到另外的细节。
这些及其他方面和实施例将被在下文中进行详细的讨论。上述信息和以下具体描述包括，各个方面和实施例的说明性示例，并为理解要求保护的方面和实施例的实质和特性提供了概述或框架。附图提供了对各个方面和实施例的说明和进一步的理解，并且并入本说明书和构成本说明书的一部分。附图连同说明书的其余部分用于描述和解释要求保护的方面和实施例。
附图说明
附图并非旨在按比例绘制。在附图中，通过相同的附图标记来表示在各个附图中示出的每个相同的或几乎相同的部件。为了清楚起见，并不是每个部件都可以在每个图中进行标记。在附图中：
图1是示出了根据实施例的不间断电源的功能框图；
图2是示出了根据一个实施例的不间断电源的逆变器一个示意图；
图3A是示出了根据现有技术的不间断电源的输出波形的曲线图，；
图3B是示出了根据实施例的不间断电源的输出波形的曲线图，；
图4是示出了根据实施例的不间断电源逆变器的控制信号的图表；
图5是示出了根据实施例的不间断电源逆变器的控制信号的图表；
图6是示出了根据实施例的不间断电源的逆变器的控制信号的图表；
图7是示出了根据实施例的不间断电源的控制算法的功能框图；
图8是示出了根据实施例的不间断电源的逆变器损耗的曲线图；
图9是示出了根据实施例的不间断电源的逆变器效率的曲线图；
图10是示出了根据实施例的不间断电源的输出电压畸变的曲线图；
具体实施方式
本文所述的系统和方法不将其应用限于说明书中阐述的或在附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够具有其它实施例，并能够被以各种方式实施或能够被以各种方式执行。此外，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应被视为限制。本文中使用的“包括(including)”、“包含(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“包括(involving)”及其变型旨在涵盖其后列出的项目、其等同物和附加的项目，以及包括其专门列出的项目的可替代的实施例。
各个方面和实施例涉及不间断电源。在一个示例中，不间断电源(UPS)可以包括逆变器、控制器和旁路开关。在线操作过程中，由控制器操作逆变器，以调节逆变器的输出电压，并在UPS输出端从逆变器提供输出电压。除了其它方面之外，控制器还可以在旁路和其它运行模式过程中对逆变器进行操作，以提供功率因数校正，谐波电流畸变控制，以及有功功率以对备用电源进行充电。控制器可以测定逆变器中开关操作的时间，以提供输出电压。
图1是示出了不间断电源(UPS)100的功能框图100。不间断电源100包括电力转换电路(诸如断路器/滤波器105、整流器110、控制开关115、控制器120、备用电源125、逆变器130)、变压器(诸如隔离变压器135)、以及旁路开关140。不间断电源(100)包括至少一个输入端145和输出端150。输入端145将交流电源155与不间断电源100耦接，并且输出端150将不间断电源100与负载耦接。
在一个实施例中，断路器/滤波器105经由输入端145接收来自交流电源155的电力，对这输入交流电进行滤波，并向整流器110提供滤波后的交流电。整流器110对滤波后的交流电进行整流，并向控制开关115提供整流后的电力。控制开关115从整流器110接收整流后的电力，并从备用电源125(诸如电池或燃料电池)接收直流电。在控制器120的控制下，控制开关115从整流器110向逆变器130提供电力。例如，当控制器120确定整流器110的输出电力在公差范围内时，控制器120改变控制开关115的状态，使整流器110与逆变器130耦接。在一些实施例中，控制器120确定整流器110的输出电力超出了公差范围，例如，在大停电或灯火管制条件期间。在该示例中，控制器120对开关115的控制进行操作，直接或经由插入部件(诸如整流器110)从备用电源125向逆变器130提供直流电。在交流电源155失效期间，不间断电源100还通过备用电源125在输出端150为负载提供电力。
逆变器130从整流器110或备用电源125接收直流电输出，将直流电转化为交流电，并调节交流电。在一些实施例中，其中不间断电源100包括隔离变压器135，逆变器130向隔离变压器135提供调节后的交流电。隔离变压器135增大或降低来自逆变器130的交流电输出的电压，并在不间断电源100和负载之间提供隔离。
在一些实施例中，旁路开关140使交流电源155或输入端145与输出端150耦接，绕过不间断电源100的至少一些部件(例如，整流器110)，从而以旁路运行模式向输出端150提供电力。例如，当来自交流电源155的输入电力在公差范围内，或当整流器110或不间断电源100的其它部件发生失效时，控制器120对旁路开关140进行控制，从而以旁路模式运行。
图2是示出了根据实施例的不间断电源的逆变器130的一部分的示意图。逆变器130包括四个开关，S1 202、S2 204、S3 206和S4 208。在一些实施例中，开关202，204，206，208实现为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。在一些实施例中，开关202，204，206，208每个包括配置如图2中所示的二极管。逆变器130还包括两个二极管D1 220和D2 222，三个电容器C1216，C2 218和C3 212，以及电感器210。如图2中所示，电容器C1 216耦接到开关S1 202，开关S1202耦接到开关S2 204和二极管D1 220。开关S2 204和二极管D1 220耦接到电感器210和电容器C3 212。电感器210和电容器C3 212构成LC低通滤波器，其使逆变器130在逆变器130的输出端214产生一个正弦输出。开关S2 204和二极管D1 220也都耦接到开关S3 206和二极管D2 222。开关S3 206和二极管D2 222耦接到开关S4208，开关S4 208连接到电容器C2218，电容器C2 218连接返回到电容器C1 216。
控制器(诸如控制器120)利用脉宽调制(PWM)对逆变器130的运行进行控制。在一些实施例中，控制器120包括至少一个处理器或其它逻辑设备。在一些实施例中，控制器120包括数字信号处理器(DSP)。控制器120还可包括至少一个现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成电路(ASIC)，或其它硬件、软件、固件或它们的组合。在各种实施例中，一个或多个控制器可作为UPS100的一部分，或在UPS100之外但与UPS100可操作地耦接。
在一些实施例中，控制器120包括至少一个控制信号发生器。控制信号发生器可以是控制器120的一部分，或是单独的设备，其响应于来自控制器120的至少一部分指令输出控制信号。在一些实施例中，控制信号发生器包括至少一个DSP以及FPGA。控制信号发生器可以生成、形成或以其它方式输出控制信号，诸如脉宽调制(PWM)控制信号。
在一些实施例中，控制器120将PWM控制信号应用于开关202，204，206，208，以控制逆变器130生成的电流。还参考图3A，现有技术控制方法包括将免费赠送的PWM控制信号应用于各个开关，以生成电感器电流302，从而产生负载电流304。例如，在一些现有技术实施例中，免费赠送的PWM控制信号被提供给开关S1 202和开关S3 206，以切换两个开关，由短暂的死区时间分开。在死区时间以外，免费赠送的PWM信号导致开关S1 202或S3 206中的至少一个关闭。因此，电流传导路径呈现对LC滤波器进行馈电的电压源，导致电感器电流302上升或下降。
参考图3B，根据实施例的控制方法包括将PWM控制信号应用于开关202、204、206、208，以生成电感器电流312。该电感器电流312产生负载电流314。所述控制方法包括对开关202、204、206、208进行控制，以从与期望的负载电流314相反的方向限制电感器电流312。因此，电感器电流312处于不连续导通模式(DCM)。
在现有技术系统的运行中，例如图3A所示，在较低的负载下，如果处于连续导通模式(CCM)，负载电流可以接近于零安培(A)，导致电感器电流切换极性，从而生成负载电流。如可以在图3A中看到，当负载电流304为正电流时，电感器电流302有时变成负电流，并且当负载电流为负电流时，电感器电流312变成正电流。在这些时候，电感器电流302在方向上与负载电流304相反。图3B示出了示例控制方法，其中电感器电流312为零，或者在方向上与负载电流314相同。而不是在相反的方向通过，开关202、204、206、208受控，使得电感器电流312被切断，使得电感器电流312不连续。
图4是示出了根据的实施例的不间断电源的逆变器的控制信号的图表400。曲线图401示出了用于示例负载的输出电流402和输出电压404。例如，输出电流402和输出电压404可以为在图2的逆变器130的输出端214测量的示例输出。该示例输出可以用于电阻性负载，提供同相输出电流402和输出电压404。从时间t0450到时间t1452的第一部分406示出了在象限1中的逆变器130的运行，其中输出电流402和输出电压404两者都可以具有正极性。从时间t1452到时间t2454的第二部分408示出了在象限3中的逆变器130的运行，其中输出电流402和输出电压404两者都具有负极性。
在一些实施例中，为了生成第一部分406的正输出电流402和正输出电压404，提供给开关S1 202，S2 204、S3 206和S4 208的对应的PWM信号在时序图420中示出。第一信号422被提供给控制开关S1 202。从时间t0450到t1452，第一信号422是PWM信号，当第一信号422为高时，闭合开关，并且当第一信号422为低时，断开开关。第二信号424被提供给控制开关S2 204。从时间t0450到t1452，第二信号424为高信号，使开关S2 204在整个第一部分406中处于闭合状态。第三信号426被提供给控制开关S3 206，第四信号428被提供给控制开关S4 208。从时间t0450到t1452，信号426，428为低信号，使开关S3 206和S4 208在整个第一部分406中处于断开状态。因此，在象限1运行中，开关S3 206和S4 208保持断开，开关S2 204保持关闭，并且利用PWM信号对开关S1 202在接通和关断上进行切换。当开关S1 202接通时，电流穿过从电容器C1 216创建的电路、通过开关S1 202、开关S2 204，并且通过电感器210和电容器C3 212滤波器到达输出端214。当开关S1 202关断时，电流靠惯性通过电感器210、电容器C3 212，二极管D1 220，以及开关S2 204。电路的运行可以类似于降压转换器的运行。
根据一些实施例，时序图420继续示出提供给开关S1 202，S2 204，S3 206和S4208的对应信号，以生成第二部分408的负输出电流402和负输出电压404。从时间t1452到t2454，分别被提供给开关S1 202和开关S2204的第一信号和第二信号422、424使开关S1202和开关S2 204在第二部分408的持续时间内处于断开状态。被提供给开关S3 206的第三信号426使开关S3 206在整个第二部分408在t1452开始闭合。从时间t1452到t2454，被提供给开关S4 208的第四信号428为PWM信号，该信号使开关S4在接通和断开之间进行切换。因此，在象限3运行中，开关S1 202和S2 204保持断开，开关S3206保持闭合，而且利用PWM信号来切换开关S4 208。所得的电路的运行类似于以上关于象限1描述的电路的运行，当开关S4208闭合时，电流通过电容器C2 218、通过开关S3 206和S4 208以及电感器210、电容器C3212到达输出端214。当开关S4 208断开时，电流靠惯性通过电感器210、电容器C3 212、二极管D2 222，以及开关S3206。电路的运行可以类似于带有相反的极性的象限1中电路的运行。
图5是示出了根据实施例的不间断电源的逆变器的控制信号的图表500。图501示出了用于示例负载的输出电流502和输出电压504。例如，输出电流502和输出电压504可以为在图2逆变器130的输出端214测量的示例输出。该示例输出用于超前负载，提供输出电流502，该电流的相位超前于输出电压504的相位。从时间t0550到时间t1552的第一部分506示出了象限1中的逆变器130的运行，其中输出电流502和输出电压504两者均具有正极性。从时间t1552到时间t2554的第二部分508示出了象限4中的逆变器130的运行，其中输出电流502具有负极性，并且输出电压504具有正极性。从时间t2554到时间t3556的第三部分510示出了象限3中的逆变器130的运行，其中输出电流502和输出电压504两者均具有负极性。从时间t3556到时间t4558的第四部分512示出了象限2中的逆变器130的运行，其中输出电流502具有正极性，并且输出电压504具有负极性。
根据一些实施例，时序图520示出了提供给开关S1 202，S2 204，S3 206和S4 208的控制信号，以生成曲线图501中示出的对应的输出电流502和输出电压504。通过提供类似于那些以上描述的关于图4中的象限1运行的信号，可以生成第一部分506。第一信号522被提供给开关S1 202，第二信号524被提供给开关S2 204，第三信号526被提供给开关S3 206，并且第四信号528被提供给开关S4208。从时间t0550到t1552，第二信号524为高信号，使开关S2 204接通，同时第三信号和第四信号526、528为低信号，使开关S3 206和S4 208在第一部分506的整个持续时间内断开。第一信号522为PWM信号，使开关S1 202在接通和断开之间进行切换。逆变器130的运行和通过电路的电流路径类似于以上描述的关于逆变器130的象限1运行的逆变器130的运行和通过电路的电流路径。
从时间t1552到t2554，逆变器130受控在象限4中运行以向超前负载进行供电。在一些实施例中，第一信号522、第二信号524和第四信号528为分别提供给开关S1 202、开关S2204和开关S4 208的低信号，，以在第二部分508的持续时间，关闭开关S1 202，S2 204和S4208。第三信号526为提供给开关S3206的PWM信号，以在第二部分508的持续时间，使开关S3在接通和断开之间进行切换。当开关S3接通时，电流穿过从电容器C3 212创建的电路，通过电感器210、开关S3 206和二极管D2 222。在第二部分508期间，能量从电容器C3 212传递到电感器210，并且使得电感器210中的电流在反方向上升高。当开关S3断开时，电流靠惯性通过电容器C3 212、电感器210、开关S1 202和S2 204的二极管，以及电容器C1 216。在第二部分508期间，电感器210内的电流朝零降低，并且如果逆变器130在不连续导通模式(DCM)下运行，则可以在开关S3 206再次打开之前变成零。电路的运行可以类似于升压转换器的运行。
从时间t2554到t3556，逆变器130受控在象限3中运行。被提供给开关S1 202、S2204、S3 206和S4 208的信号类似于象限3运行中提供的用于电阻性负载的那些信号。第一信号和第二信号522、524为低信号，第三信号526为高信号，关闭开关S1 202和S2 204，同时打开开关S3 206。第四信号528为PWM信号，用于使开关S4 208在接通和断开之间进行切换。
从时间t3556到t4558，逆变器130在象限2中运行，产生正输出电流502和负输出电压504。第一信号522、第三信号526和第四信号528为低信号，分别关闭开关S1 202、S3 206和S4 208。第二信号524为PWM信号，使开关S2 204在接通和断开之间进行切换。所得的电路运行可以类似于象限4运行中的逆变器130的运行。当开关S2204接通时，电路中的电流穿过电感器210、电容器C3 212、二极管D1 220、以及开关S2 204。当开关S2 204断开时，电流靠惯性通过电容器C3 212、电感器210、开关S3 206和S4 208的二极管，以及电容器C2 218。在第四部分512期间，电感器210内的电流朝零增加，并且如果逆变器130在DCM下运行，则可以在开关S2 204再次打开之前变成零。
在一些实施例中，提供给开关202、204、206、208中的每个开关以对超前负载进行供电的PWM信号可以从较窄的宽度(较短脉冲)调制到每个部分506、508、510、512中的较宽的宽度(较长脉冲)。
图6是示出了根据实施例的不间断电源的逆变器的控制信号的图表600。曲线图601示出了用于示例负载的输出电流602和输出电压604。例如，输出电流602和输出电压604可以为在图2逆变器130的输出端214测量的示例输出。该示例输出用于滞后负载，提供输出电流602，该电流的相位滞后于输出电压604的相位。从时间t0650到时间t1652的第一部分606示出了象限4中的逆变器130的运行，其中输出电流602具有负极性，并且输出电压604具有正极性。从时间t1652到时间t2654的第二部分608示出了象限1中的逆变器130操作，其中输出电流602和输出电压504具有正极性。从时间t2654到时间t3656的第三部分610示出了象限2中的逆变器130的运行，其中输出电流602具有正极性，并且输出电压604具有负极性。从时间t3656到时间t4658的第四部分612示出了象限3中的逆变器130的运行，其中输出电流602和输出电压604具有负极性。
根据一些实施例，时序图620示出了提供给开关S1 202、S2 204、S3 206和S4 208的控制信号，以生成曲线图601中示出的对应的输出电流602和输出电压604。第一信号622被提供给开关S1 202，第二信号624被提供给开关S2 204，第三信号626被提供给开关S3206，并且第四信号628被提供给开关S4 208。在一些实施例中，信号622、624、626、628可以类似于提供的用于如以上描述的关于图5的象限中的每个象限的那些信号。例如，从t0到t1，当逆变器在象限4中运行时，第一信号、第二信号和第四信号622、624、628可以为低信号，而第三信号626为PWM信号，类似于以上描述的逆变器130的象限4运行。
在一些实施例中，提供给开关202、204、206、208中的每个开关以对滞后负载进行供电的PWM信号可以从较宽的宽度(较长脉冲)调制到每个部分606、608、610、612中的较窄的宽度(较短脉冲)。
图7是示出了用于根据一个实施例的不间断电源的控制算法的功能框图700。例如，基于来自逆变器130的输入，框图700可以为图2的逆变器130的开关S1 202、S2 204、S3206和S4 208提供控制信号。在一些实施例中，框图700包括接收输入、处理输入和提供输出的控制块。数据采集块702接收用于确定控制信号的输入信号。基于在电感器210中检测到的电流，数据采集块702接收电流感测信号720。数据采集块702还从输出逆变器的电压控制回路接收电流基准722。数据采集块702还接收输出电压724。该输出电压724是在逆变器130的输出端214测量的电压。数据采集块702还接收正直流总线电压726和负直流总线电压728。正直流总线电压726和负直流总线电压728可以从图1的整流器110或备用电源125的输出端测量。数据采集块702还可以提供输入信号的模数(A/D)转换。输入信号中的一些输入信号，诸如电流基准722，可以接收为数字信号，在这种情况下模数转换可以绕过这样的信号。
反馈调节块704将电流感测信号720与电流基准722进行比较。至少部分地基于电流感测信号720与电流基准722之间的差值，反馈调节块704产生反馈调节信号730。反馈调节信号730可以对PWM输出进行调整，以最小化电流感测信号720与电流基准722之间的差值。反馈调节块704可以利用比例调节器732，以生成反馈调节信号730。可替代地，也可以使用比例积分调节器或比例积分微分调节器。
连续导通模式(CCM)占空比块706对开关S1 202、S2 204、S3 206和S4 208的理论占空比进行计算。利用从降压转换器和升压转换器可知的公式，CCM占空比块706计算理论占空比，包括输出电压724和正直流总线电压726之间的比值，以及输出电压724和负直流总线电压728之间的比值。CCM占空比块706提供四个输出信号，这些信号经进一步处理，以生成提供给开关202、204、206、208的PWM输出信号。
CCM最大波纹块708通过计算在连续导通模式下(其中占空比为0.5(50％))运行的逆变器130的峰间波纹，对逆变器130的最大峰间波纹进行计算。CCM最大波纹块708基于正直流总线电压726、负直流总线电压728和逆变器常数734，对最大波纹进行计算。逆变器常数734是基于逆变器130的硬件参数的常数。逆变器常数734由PWM频率、电感器210的值，以及逆变器130电压和电流的模数转换范围确定。在一些实施例中，可以利用查找表来确定逆变器常数734。
极性选择器块710基于电流基准722的极性来确定打开哪个开关。极性选择器块710启用一个开关或多个开关，使得电感器电流为零，或者在期望的负载电流方向上。
CCM调整的波纹块712对在给定的占空比下的逆变器130的波纹电流的峰间波纹值进行计算。当占空比为0.5时，经CCM最大波纹块708计算的最大波纹为逆变器130提供波纹。当占空比接近0或1时，波纹电流的峰间值相应下降。CCM调整的波纹块712利用CCM运行假设，对给定占空比的调整的峰间波纹电流进行计算。
当逆变器130以DCM运行时，CCM/DCM占空比系数块714确定倍增器以调节占空比。当电感器210内的平均电流是峰间波纹电流的50％时，逆变器130将从CCM改变为DCM。在一些实施例中，CCM/DCM占空比系数块714将由CCM调整的波纹块712乘以0.5求得的调整的峰间波纹电流与电流基准722的绝对值进行比较并且产生比值。当电流基准722的绝对值小于所调整的峰间波纹电流的一半时，逆变器130以DCM运行，并且比值小于1。当电流基准722的绝对值大于或等于所调整的峰间波纹电流的一半时，逆变器130以CCM运行，并且比值限于1。该比值通过平方根函数作进一步处理以提供乘数。该平方根函数使DCM中的控制回路能够线性行为。
最终占空比块716确定开关202、204、206、208的最终占空比。最终占空比块716使CCM占空比块706生成的输出信号与由CCM/DCM占空比系数块714生成的乘数相乘。反馈调节块704的输出也被增加，并且极性选择器块710的输出用于根据电流的极性使PWM信号能够用于适当的开关。
PWM调制器块718将最终占空比块716生成的脉冲宽度转换成具有所期望频率的PWM信号。PWM调制器块718生成提供给开关S1 202、S2 204、S3 206和S4 208的信号。
图8是示出了根据实施例的不间断电源的每相逆变器损耗的曲线图800。曲线图800的x轴802示出了范围从0至100的百分比负载。曲线图800的y轴804示出了以瓦特计量的功率损耗。第一曲线806绘制出了关于根据现有技术的示例控制方法的数据点，例如，如参考图3A所示。第二曲线808绘制出了关于根据本文所述的一些实施例的示例控制方法的数据点。曲线图800示出了关于根据所述的一些所描述的实施例(特别是在较低的负载百分比)的控制方法的较低的功率损耗。在较低的负载百分比的负载电流更接近于零，并且因此表现出CCM运行模式和DCM运行模式之间的较大的差值，导致较高的效率。
图9是示出了根据实施例的不间断电源的逆变器直流/交流效率的曲线图900。曲线图900的x轴902示出了范围从0至100的百分比负载。曲线图900的y轴904示出了范围从90至100的百分比功率效率。第一曲线906绘制出了关于根据现有技术的示例控制方法的数据点，例如，如参考图3A所示。第二曲线908绘制出了关于根据本文描述的一些实施例的示例控制方法的数据点。图900示出了关于根据一些描述的实施例(再次在较低的负载范围)的控制方法的较高的效率，由于具有与负载电流相反的极性的电感器电流的功率损耗较少。
图10是示出了根据实施例的不间断电源的输出电压畸变的曲线图1000。曲线图1000的x轴1002示出了范围从0至100的百分比负载。曲线图900的y轴1004示出了范围从0至1.4的百分比总谐波畸变。第一曲线1006绘制出了关于根据现有技术的示例控制方法的数据点，例如，如参考图3A所示。第二曲线1008绘制出了关于根据本文描述的一些实施例的示例控制方法的数据点。图1000示出了关于根据一些描述的实施例的控制方法的跨越所有负载百分比的较低的总谐波畸变。
虽然已经参考逆变器描述了以上所述的实施例，但是类似的方法和技术可以应用于任何适当的双向转换器，包括直流-交流转换器(逆变器)和交流-直流转换器(整流器)。虽然已经参考3电平逆变器描述了以上所述的实施例，但是类似的方法和技术可以应用于任何适当的拓扑结构，包括2电平、3的电平或多电平转换器，并且应用于单相UPS和三相UPS。
现在已经描述了一些说明性实施例，明显的是，前述是说明性的并且不是限制性的，已经通过示例的方式来呈现。特别地，虽然本文呈现的示例中的很多示例包括方法行为的组合或系统元件的组合，但是应当理解，这些行为和这些元件可以以其它方式组合以完成相同的目标。仅仅结合一个实施例论述的行为、元件和特征不是旨在把其它实施例中的相似的作用排出出来。
应当注意，在图1到图10中，所列举的项目示出为单独的元件。然而，在本文所述系统和方法的实际实现中，它们可以是其它电子设备(诸如数字式计算机)的不可分割的部件。因此，上述行为可以至少部分地在软件中实现，该软件可以在包括程序存储介质的制品中具体化。所述程序存储介质包括非暂态以及其它数据信号，该数据信号在载波、计算机磁盘(磁盘或光盘(例如，CD或DVD，或两者))、非易失性存储器、磁带、系统存储器和计算机硬盘驱动器中的一个或多个中具体化。
根据前面所述，可以理解的是，由本文描述的不间断电源提供的用于分配电力的系统和方法提供了简洁和有效的方式以将电力分配到可以应用于负载的UPS输出端。系统和方法可以在UPS旁路条件期间运行，其中逆变器可以保持接通和空载，其提高了效率并且降低了成本。
对前和后、左和右、顶部和底部或上和下的任何引用旨在为了描述方便，而不是将本系统和方法或它们的部件限于任何一个位置或空间方向。
对本文以单数形式提及的系统和方法的实施例或元件或行为的任何引用还可以包括包含多个这些元件的实施例，并且对本文任何实施例或元件或行为的任何复数引用还可以包括仅仅包含单个元件的实施例。以单数形式或复数形式的引用不是旨在将目前公开的系统或方法、它们的部件、行为或元件限于单个配置或复数配置。基于任何信息、行为或元件对任何行为或元件的引用可以包括实施例，其中行为或元件至少部分基于任何信息、行为或元件。
本文所公开的任何实施例可以与任何其它实施例组合，并且对“实施例(anembodiment)”、“一些实施例(some embodiments)”、“可替代的实施例(an alternateembodiment)”、“各种实施例(various embodiments)”、“一个实施例(one embodiment)”等类似物的引用不一定互相排斥，而且旨在指示结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在至少一个实施例中。如本文所用的这样的术语不一定都指的是相同的实施例。任何实施例都可以以符合本文所公开的各方面和各实施例的任何方式与任何其它实施例组合。
对“或(or)”的引用可以解释为包括，使得使用“或”描述的任何术语都可以指示单个、多于一个和所有描述的术语中的任何一个。除非照此列举，插入的实施例、行为或元件不是必不可少的。本文在替代方案中(例如使用词语“或”)呈现的问题的任何解决方案或任何元件或行为既不是模棱两可的，也不是简单间接的，因为它可以在替代方案中呈现。可直接和明白地得到任何这样的可替代的实施例、解决方案、元件或行为，因为至少一个实施例独立于任何其他可替代的解决方案、元件或行为。
在附图、详细描述或任何权利要求中的技术特征随后是附图标记的地方，为了增加附图、详细描述和权利要求的可理解性的唯一目的，附图标记已经被包括在内。因此，既不是附图标记也不是它们的不存在对任何权利要求元素的范围有任何限制效果。
本领域技术人员将认识到，可以以其它具体形式来体现本文描述的系统和方法，而不脱离其特性。例如，不间断电源可以是单相不间断电源或三相不间断电源。此外，不间断电源之间的耦合包括直接耦合和其中可以存在插入元件的间接耦合。控制器120可以包括硬件、软件和固件以及专用集成电路、可编程逻辑设备和处理器的组合。输入电力可以由交流电源或任何第二电源或备用电源和其组合提供。用来自这些电源中的任何电源的输入电力描述的实施例可以包括其变型，其中功率至少部分被从这些电源中的另一个电源提供。逆变器可以具有不同的拓扑结构，并且可以包括两电平逆变器和三电平逆变器和包括四电平拓扑结构的其它拓扑结构或多级拓扑结构。前述实施例是说明性的而不是对描述的系统和方法的限制。本文描述的系统和方法的范围因此由所附权利要求来指示，而不是由前述描述来指示，并且属于权利要求的相等的意义和范围的改变包括在其中。

Claims (19)

1.一种不间断电源，包括：
输入端，所述输入端被配置为接收输入电力；
输出端；
电力转换电路，所述电力转换电路与所述输入端和所述输出端耦接；
控制器，所述控制器与所述电力转换电路耦接；
所述电力转换电路包括逆变器；
所述逆变器包括低通滤波器；
所述低通滤波器包括电感器；以及
所述控制器被配置为，向所述逆变器提供控制信号，使得在所述电感器处测量的第一电流在所述输出端处产生具有输出波形的第二电流，所述第一电流具有第一极性，并且所述第二电流具有第二极性，其中所述第一极性是零，或者是在所述输出波形的完整周期上与所述第二极性相同的极性。
2.根据权利要求1所述的不间断电源，其中所述控制信号包括脉宽调制PWM信号。
3.根据权利要求2所述的不间断电源，其中所述逆变器被配置为，当所述第二电流的平均电流小于预定阈值时以不连续导通模式运行。
4.根据权利要求2所述的不间断电源，其中所述逆变器被配置为在四个象限中的任何一个象限内运行。
5.根据权利要求4所述的不间断电源，其中所述控制信号包括四个信号，每个信号分别提供给包括在所述逆变器内的四个开关中的一个开关。
6.根据权利要求5所述的不间断电源，其中所述四个信号中的一个信号为PWM信号，并且所述四个信号中的其它的三个信号为恒定信号，所述PWM信号在所述四个信号之间交替。
7.根据权利要求1所述的不间断电源，还包括：
控制开关，所述控制开关耦合到所述控制器和所述逆变器；以及
备用电源，所述备用电源耦合到所述控制开关，
其中所述控制器被配置为，对所述控制开关进行控制，以从所述输入端和所述备用电源中的至少一个对所述逆变器提供电力。
8.根据权利要求7所述的不间断电源，还包括旁路开关，所述旁路开关耦合到所述控制器并被配置为，在所述不间断电源的旁路运行模式中将所述输入端耦合到所述输出端，其中所述逆变器被配置为在所述旁路运行模式中以不连续导通模式运行。
9.根据权利要求1所述的不间断电源，其中所述电力转换电路被配置为提供减少的谐波畸变。
10.一种使用不间断电源来分配电力的方法，所述不间断电源包括输入端、输出端以及包含逆变器的电力转换电路，所述逆变器包含电感器，所述方法包括：
利用控制信号对所述逆变器进行控制，使得在所述电感器处测量的第一电流在所述输出端处产生具有输出波形的第二电流，所述第一电流具有第一极性，并且所述第二电流具有第二极性，
其中所述第一极性是零，或者是在所述输出波形的完整周期上与所述第二极性相同的极性。
11.根据权利要求10所述的方法，其中控制所述逆变器包括向所述逆变器提供脉宽调制PWM信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述逆变器被配置为，当所述第二电流的平均电流小于预定阈值时以不连续导通模式运行。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述逆变器被配置为在四个象限中的任何一个象限中运行。
14.根据权利要求13所述的方法，其中控制所述逆变器包括提供四个信号，每个信号被分别提供给包括在所述逆变器中的四个开关中的一个开关。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述四个信号中的一个信号是PWM信号，并且所述四个信号中的其他三个信号是恒定信号，所述PWM信号在所述四个信号之间交替。
16.根据权利要求10所述的方法，所述不间断电源还包括控制开关和备用电源，所述方法还包括对控制开关进行控制以从所述输入端和所述备用电源中的至少一个对所述逆变器提供电力。
17.根据权利要求16所述的方法，所述不间断电源还包括旁路开关，所述旁路开关被配置为在所述不间断电源的旁路运行模式中将所述输入端耦合到所述输出端，所述方法还包括对所述逆变器进行控制，以在所述旁路运行模式中以不连续导通模式运行。
18.根据权利要求10所述的方法还包括，对所述电力转换电路进行控制，以提供减少的谐波畸变。
19.一种用于使用不间断电源来分配电力的系统，包括：
输入端，所述输入端被配置为接收输入电力；
输出端；
电力转换电路，所述电力转换电路与所述输入端和所述输出端耦接；
所述电力转换电路包括逆变器；
所述逆变器包括低通滤波器；
所述低通滤波器包括电感器；以及
装置，所述装置用于对所述逆变器进行控制，使得在所述电感器处测量的第一电流在所述输出端处产生具有输出波形的第二电流，所述第一电流具有第一极性，并且所述第二电流具有第二极性，其中所述第一极性是零，或者是在所述输出波形的完整周期上与所述第二极性相同的极性。
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