[发明专利]应用按需式电力存储的不间断电源系统和方法

说明书

背景技术

本发明的主题涉及电力变换电路，更具体地，涉及不间断电源（UPS）系统和方法。

UPS系统通常用于诸如数据中心、医疗中心和工业设施这样的地方。UPS系统可以在这些地方使用，以便在主市电电源故障的情况下提供备用电源以维持运行。UPS系统可以应用各种技术，如“备用”，“在线交互”和“在线”配置。在上述每种技术中，使用电池或其它辅助电源在主电源（如，AC市电）不足或故障的情况下提供备用电源。

转让给本申请受让人的专利号为6160722、6314007和6483730的美国专利描述了UPS系统，UPS系统包括升压整流器和降压输出逆变器电路，升压整流器被配置为耦合至AC电源（如，市电电源），降压输出逆变器电路被配置为通过第一DC总线和第二DC总线耦合至负载以及耦合至整流器电路的输出。当AC电源满足特定的标准时，整流器电路和逆变器电路可以以在线交互（或，在线适配）模式运行，其中升压整流器和/或降压逆变器可被用于控制输出AC波形的振幅。当AC电源出现故障时，可以使用辅助电源（如，电池）提供电源，以继续在负载处生成AC波形。这种设置能够允许使用耦合至第一DC总线和第二DC总线的相对较小的电容，而不是通常在“在线”UPS系统中使用的相对较大的存储DC总线存储电容。

通过使用将第一DC总线和第二DC总线交替耦合至中枢（neutral）总线的开关电路，可以进一步减少总线电容的数量，由此可以使用单个电容来支持生成输出AC波形的正半周期和负半周期。图1展示了具有这种配置的UPS系统100。系统100包括耦合至第一总线和第二总线105a、105b的升压整流器电路110、降压转换器电路120、逆变器电路130和电容C1。升压整流器电路110包括半桥式电路，半桥式电路包括晶体管Q1、Q2，晶体管Q1和Q2被配置为将输入电感器L1分别耦合至第一总线和第二总线105a、105b。降压转换器电路包括半桥式电路，该半桥式电路包括晶体管Q3、Q4，晶体管Q3和Q4被配置为将第一总线和第二总线105a、105b分别耦合至输出电感器L2。逆变器电路130包括半桥式电路，该半桥式电路包括晶体管Q5、Q6，晶体管Q5和Q6被配置为将第一总线和第二总线105a、105b交替耦合至中枢节点N。第一继电器电路150被配置为将AC电源10或电池20选择性耦合至输入电感器L1，第二继电器电路160被配置为将输出电感器L2或AC电源10选择性地耦合至负载30，由此，通过直接将AC电源10连接至负载30可以绕开电力转换链路。晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6和继电器电路150、160由控制电路170（如，微处理器或微控制器，及相关电路）控制。

在AC电源10提供可接受电压输入的正常运行情况下，AC电源10耦合至输入电感器L1，系统100以在线交互模式运行。当处于输出调节极限之内时，AC电源直接被传递给输出，无需升压或降压。当输入AC电压变得低于或高于输出调节极限时，使用升压整流器电路110或降压转换器电路120对AC输入进行高频升压或降压。在AC输出的连续半周期中，逆变器电路130将第一总线和第二总线105a、105b交替连接至中枢节点N，以使电容C1放电。响应于AC电源10发生故障（如，电压或频率超出指标），电池20被连接至输入电感器L1。升压整流器电路110可以用于从电池20生成横跨第一总线和第二总线105a、105b的固定的或随时间变化的DC电压，并且逆变器电路130和降压转换器电路120可以用于从该DC电压在负载30处生成AC输出。

发明内容

发明主题的一些实施方式提供了一种不间断电源（UPS）系统，其包括第一总线和第二总线，被配置为将AC电源选择性耦合至第一总线和第二总线的第一开关电路，和被配置为将第一总线和第二总线选择性耦合至负载的第二开关电路。所述系统还包括存储电容及被配置为耦合第一总线和第二总线之间的存储电容的第三开关电路。所述系统还包括控制电路，该控制电路被配置为控制第一、第二和第三开关电路，以在负载处产生AC电压。