在ups并联系统中的主选择逻辑的方法和装置制造方法
【专利摘要】根据一个方面，本发明的实施方式提供具有多个UPS的UPS系统的运行方法，方法包括对UPS系统供电，分配唯一的标识符给多个UPS中的每一个UPS，基于所述多个UPS中的每一个UPS的唯一的标识符，计算多个UPS中的每一个UPS的主优先级索引，并基于多个UPS中的每一个UPS的主优先级索引，配置多个UPS中的每一个UPS为以主运行模式和被控运行模式中的一种模式运行。
【专利说明】在UPS并联系统中的主选择逻辑的方法和装置
[0001]发明背景发明领域
[0002]根据本发明的至少一个示例一般涉及不间断电源的并行控制。
[0003]相关技术论述
[0004]不间断电源(UPS)通常用于为敏感的和/或重要的负载提供稳定的、不间断的电力。存在越来越需要对UPS系统提供更大的容量和/或更高的可靠性。例如，为了提供增强的可扩展性和/或冗余能力，两个或更多UPS可以电连接以形成具有一个输出的单一并行的UPS系统。在这样的系统中，UPS的组合可以提供增加的功率容量给连接到并行UPS系统的负载。而且，如果并行耦合的UPS中的第一个UPS发生故障，那么并行耦合的UPS中的第二个UPS作为发生故障的UPS的备份。
发明概要
[0005]根据本发明的方面涉及具有多个UPS的UPS系统的运行方法。根据一个方面，方法包括对UPS系统供电，给多个UPS中的每一个UPS分配唯一的标识符，基于多个UPS中的每一个UPS的唯一的标识符计算多个UPS中的每一个UPS的主优先级索引，和基于多个UPS中的每一个UPS的主优先级索引，配置多个UPS中的每一个UPS以在主运行模式和被控运行模式中的一个模式来运行。根据一个实施方式，分配包括基于多个UPS中的每一个UPS的CAN总线地址分配唯一的标识符给多个UPS中的每一个UPS。
[0006]根据一个实施方式，方法还包括感测多个UPS中的任何一个是否以主运行模式运行，并响应于感测UPS没有以主运行模式运行，确定多个UPS中的哪一个UPS应该被配置为以主运行模式运行。在一个实施方式中，确定多个UPS中的哪一个UPS应该被配置为以主运行模式运行的动作包括确定多个UPS中的第一个UPS是否能够以主运行模式运行，并响应于确定第一个UPS不能够以主运行模式运行、将指示第一个UPS已经发生故障的脉冲信号从第一个UPS发送到多个UPS中的每一个UPS。
[0007]根据另一个实施方式，方法还包括在多个UPS中的每一个UPS接收至少一个脉冲信号，对接收的脉冲信号的数量进行计数；并基于接收的脉冲信号的数量和多个UPS中的每一个UPS的主优先级索引确定多个UPS中的哪一个UPS应该被指定为主UPS。在一个实施方式中，方法还包括基于接收的脉冲信号的数量和第二个UPS的主优先级索引确定第二个UPS应该被指定为主UPS，确定第二个UPS是否能够以主运行模式运行；响应于确定第二个UPS能够以主运行模式运行；配置第二个UPS为以主运行模式运行，并响应于确定第二个UPS不能以主运行模式运行，从第二个UPS发送指示第二个UPS已经发生故障的脉冲信号到多个UPS中的每一个UPS。
[0008]根据另一个实施方式，确定多个UPS中的哪一个UPS应该被配置为以主运行模式运行包括基于每个UPS的主优先级索引分配延时时间到多个UPS中的每一个UPS，当检测到没有UPS被配置为以主运行模式运行时，递增在每一个UPS中的计数器的值，在第一个UPS感测第一个UPS的计数器的值与其被分配的延时时间匹配，并响应于感测第一个UPS的计数器的值与其被分配的延时时间匹配，配置第一个UPS为以主运行模式运行。
[0009]根据另一个方面，本发明的特征在于一种UPS，其包括:输入端，其被配置为从输入电源接收输入功率；输出端，其被配置为提供输出功率到负载；多个数字I/o ;和耦合到多个数字I/o的控制电路，控制电路被配置为分配唯一的标识符到UPS，以基于唯一的标识符计算UPS的主优先级索引，且基于主优先级索引和由多个数字I/O提供的至少一个信号以配置UPS为以主运行模式和被控运行模式中的一个模式运行。在一个实施方式中，控制电路还配置为被耦合到CAN总线，并且其中，分配到UPS的唯一的标识符是基于UPS的CAN地址。
[0010]根据一个实施方式，多个数字I/O中的第一个数字I/O被配置为耦合到主总线并从主总线接收指示另一个耦合到主总线的UPS是否以主运行模式运行的信号。在另一个实施方式中，多个数字I/O中的第二个数字I/o被配置为被耦合到主总线并提供指示UPS是否是以主运行模式运行的信号到总线。在一个实施方式中，响应于在多个数字I/o中的第一个数字I/o接收指示没有耦合到主总线的UPS是以主运行模式运行的信号，控制电路还被配置为，基于从多个数字I/o接收的信号和其主优先级索引，确定UPS是否应该被配置为以主运行模式运行。
[0011]根据另一个实施方式，多个数字I/O中的第三个I/O被配置为耦合到脉冲总线并从脉冲总线接收指示耦合到脉冲总线的至少一个UPS发生故障的至少一个脉冲信号。在一个实施方式中，控制电路还被配置为对从脉冲总线接收的脉冲信号的数量进行计数，并基于脉冲信号的数量和UPS的主优先级索引，确定UPS是否应该被配置为以主运行模式运行。在另一个实施方式中，多个数字I/o中的第四个I/O被配置为耦合到脉冲总线并提供指示UPS发生故障的脉冲信号到脉冲总线。
[0012]根据一个实施方式，控制电路还被配置为基于UPS的主优先级索引分配唯一的时间延时值到UPS。在一个实施方式中，控制电路包括具有值的计数器并且还被配置为当确定没有耦合到主总线的UPS被配置为以主运行模式运行时启动计数器。
[0013]根据另一个实施方式，控制电路还被配置为当确定计数器的值与UPS的唯一时间延时值相匹配时配置UPS为以主运行模式运行。在一个实施方式中，控制电路是数字信号处理器和复杂可编程逻辑器件中的一个。
[0014]根据一个方面，本发明特征在于:UPS系统包括，多个并行耦合的UPS，每个UPS包括，输入端，其被配置为从输入电源接收输入功率；输出端，其被配置为提供输出功率到负载；和用于确定多个UPS中的任何一个UPS是否以主运行模式运行和响应于确定没有UPS是以主运行模式运行，确定多个UPS的哪个第一个UPS应该以主运行模式运行的装置。
[0015]根据一个实施方式，UPS系统还包括，用于确定多个UPS中的第一个UPS是否能够以主运行模式运行，和响应于确定多个UPS中的第一个UPS能够以主运行模式运行，配置多个UPS中的第一个UPS为以主运行模式运行的装置。
[0016]附图简述
[0017]附图不旨在按比例绘制。在附图中，在各种附图中示出的每个相同的或几乎相同的组件用相似数字来表示。为清楚起见，不是每个组件都在在每个附图中进行了标记。在附图中:[0018]图1A是根据本发明的方面的并行的UPS系统的框图；
[0019]图1B是根据本发明的方面的用于主确定/被控确定的采用脉冲计数方法的并行UPS系统的框图；
[0020]图2是根据本发明的方面的用于主确定/被控确定的采用脉冲计数方法的并行UPS系统的时序图；
[0021]图3是示出了根据本发明的方面的脉冲技术方法主确定/被控确定处理的流程图；
[0022]图4是根据本发明的方面的用于主确定/被控确定的采用DSP中断方法的并行UPS系统的框图；
[0023]图5是示出了根据本发明的方面的DSP中断方法主确定/被控确定处理的流程图；
[0024]图6是根据本发明的方面的用于主确定/被控确定的采用CPLD中断方法的并行UPS系统的时钟图；以及
[0025]图7示出的是根据本发明的方面的CPLD中断方法主确定/被控确定处理的流程图。
[0026]详细描述
[0027]本发明的实施方式不限于在下文描述中所阐述的或在附图中所示出的组件的结构和布置的细节。本发明的实施方式能够以各种方式实践或执行。而且，在本文中使用的措辞和术语是用于描述的目的而不应被视为限制。在本文“包括(including) ”、“包含(comprising) ” 或“具有(having) ”、“含有(containing) ”、“涉及(involving) ” 及其变体的使用，是指包括其后列出的项目和其等效物以及附加项目。
[0028]如上所述，为提供增强的可扩展性或冗余，两个或更多UPS可以被电连接以形成具有一个被配置为耦合到负载的输出的单一并行UPS系统。在一些典型的并行UPS系统中，UPS可以相互直接(例如通过总线)通信以管理在并行UPS系统中的它们的联合运行。在这样的系统中，在并行UPS系统能够运行之前，UPS可能需要交换初始启动信息以定义UPS将如何交互。然而，这些初始启动通信可能引起并行UPS系统在运行中的延时，并可能需要在每个UPS中的复杂通信电路。
[0029]在其它典型并行UPS系统中，UPS可以采用主/被控方法。在一个主/被控方法中，UPS被指定为主UPS,并且其它UPS被指定为被控UPS。主UPS监视其逆变器的输出电压(即，主UPS的输出)并做出响应，产生逆变器电流参考信号。基于逆变器电流参考信号，主UPS控制逆变器以调整其输出。主UPS也提供逆变器电流参考信号到被控UPS。被控UPS基于逆变器电流参考信号共享负载电流。因此，主UPS控制整个并行UPS系统的输出。
[0030]在主/被控方法中，确保一直都存在指定的主UPS并且每次只指定一个主UPS是非常重要的。如果没有指定主UPS,并行UPS系统的输出电压将不被控制，其可以导致输出电压中断或过电压状况。可选地，如果指定两个UPS为主UPS，当两个UPS将尝试和维护对系统的控制时，并行UPS系统可能变得不稳定，因为两个UPS都将对系统试图控制且维护控制。因此,识别主UPS是时间关键点，尤其当目前主UPS已经发生故障时。
[0031]常规并行UPS系统，其通常采用总线(例如CAN总线)实现主/被控方法，以便利在并行UPS系统的UPS之间的主UPS确定处理。然而，如上所述，尽管通信总线可能对分配非时间关键点的UPS信息是有用的，但是单独的通信总线可能太慢以致不能实现所需要的主确定性能。这可能当超过两个UPS并行耦合时是特别真实的。其它常见并行UPS系统可以实现不同的主/被控方法；然而，这些方法经常具有在每个UPS中需要复杂逻辑电路的大量数字输入/输出信号。
[0032]本文描述的至少一些实施方式提供了并行UPS系统，其中，并行耦合的多个UPS能够使用相对简单、有效和可靠的主/被控方法提供功率给负载。
[0033]图1A是根据本发明的方面的并行UPS系统100的框图。并行UPS系统100包括第一个UPS102、第二个UPS104和第三个UPS106，每个并行耦合以通过单一输出154提供功率给负载总线152。在其它实施方式中，UPS系统100可以包括多于三个UPS或少于三个UPS。UPS102、UPS104、UPS106 中的每一个被耦合到输入 AC 电源线 156。在 UPS102、UPS104、UPS106中的每一个内，功率因子校正(PFC)电路158被耦合到AC电源线156和电池160。逆变器162耦合到PFC158和通过逆变器继电器164耦合到输出154。UPS102、UPS104、UPS106中的每一个也包括通过旁路继电器168在输入AC电源线156和输出154之间稱合的旁路线。根据一个实施方式，UPS102、UPS104、UPS106中的每一个也包括耦合到输入AC电源线156以提供馈电保护的反馈继电器170。
[0034]输入AC功率由外部电源(例如市电电源)提供给输入AC电源156和UPS102、UPS104、UPS106 中的每一个。UPS102、UPS104、UPS106 中的每一个的 PFC158 将输入 AC 功率转换为DC功率并将DC功率提供给逆变器162。根据一个实施方式，其中，由外部电源提供的输入AC功率是不够的，UPS102、UPS104、UPS106中的每一个可以从电池160接收DC功率来代替。PFC158调节来自电池的DC功率并且提供DC功率到逆变器162。
[0035]逆变器162转换和调节接收的DC功率为提供到负载总线152的经调节的AC功率。当不需要由逆变器162调节时或存在与逆变器162有关的问题时，不稳定的功率可以直接从输入AC电源线156通过旁路线166提供给输出154。逆变器继电器164和旁路继电器168被选择地控制以确定UPS102、UPS104、UPS106中的每一个是否有规律地运行或以旁路模式运行。
[0036]根据一个实施方式，被指定为主UPS的UPS102、UPS104、UPS106，控制被控UPS逆变器162中的每一个的输出以确保适当的功率被从UPS102、UPS104、UPS106中的每一个提供给负载总线152。UPS102、UPS104、UPS106中的每一个包括能够确定UPS102、UPS104、UPS106是否应该被指定为主UPS的电路。
[0037]例如，如图1B中所示，UPS102、UPS104、UPS106中的每一个包括具有多个通用输入/输出(GPIO) 110的数字信号处理器108。每个DSP108也被耦合到CAN总线126。
[0038]当被上电时，在并行UPS系统100内的UPS102、UPS104、UPS106中的每一个被通过DSP108分配唯一的标识符。根据一个实施方式，每个唯一的标识符基于UPS102、UPS104、UPS106的CAN总线地址；然而，在其它实施方式中，唯一的标识符可以被不同地定义。而且，当并行UPS系统运行时，耦合到并行UPS系统100的新的UPS也在其被允许参与负载共享之前被分配唯一的标识符。
[0039]基于唯一的标识符，每个DSP108计算关于其相应的UPS102、UPS104、UPS106的主选择优先级索引。根据一个实施方式，每个UPS的其他系统参数也可以被用于计算主优先级索引。例如，具有特定配置的UPS可以被分配更高的主优先级索引。根据一个实施方式，具有可用旁路模式的UPS可以比没有可用旁路模式的UPS被分配更高的主优先级索引。根据另一个实施方式，运行良好的UPS可以比发生故障的UPS被分配更高的主优先级索引。根据另一个实施方式，具有电池的UPS可以比没有电池的UPS被分配更高的主优先级索引。
[0040]当启动时执行确定初始的主UPS时，或者下一个主UPS在当前指定的主UPS发生故障之后被确定时，下一个主UPS被选择作为具有最高主优先级索引的也是运行良好的UPS。本文描述的实施方式提供并行UPS系统，其中，基于每个UPS的主优先级索引确定下一个主UPS，而不需要降低在CAN总线126上的通信或复杂逻辑。
[0041]图1B示出了基于主优先级索引的主/被控确定方案的一个实施方式。在UPS102、UPS104、UPS106中的每一个内，第一个GP10110通过主脉冲感测线112耦合到主脉冲总线122，第二个GP10110通过主运行良好感测线114耦合到主运行良好总线124，第三个GPIOl 10通过主运行良好控制线116耦合到主运行良好总线124，并且第四个GPIOl 10通过主脉冲控制线118耦合到主脉冲总线122。根据一个实施方式，感测线112、感测线116中的每一个和控制线114、控制线118中的每一个包括被配置为从主脉冲总线122和主运行良好总线124隔离每个UPS以防止接地回路问题的光隔离器120。
[0042]当被分配主优先级索引时，每个UPS与其它并行耦合的UPS通过CAN总线126周期性地共享其主优先级索引。UPS102、UPS104、UPS106中的每一个以这种方式跟踪在并行UPS系统中的其它UPS的主优先级索引。
[0043]UPS102、UPS104、UPS106中的每一个UPS，无论UPS是否被指定为主UPS或被控UPS，都能够控制主脉冲总线122，尽管只有主UPS能够控制主运行良好总线124。如果主UPS运行正常，主UPS将主运行良好总线124设置为高。如果主UPS发生故障或如果没有UPS目前被指定为主UPS，主运行良好总线124被设置为低。当看见主运行良好总线124为低的时候，具有最高主优先级索引的UPS试图接管作为主UPS。如果具有最高主优先级索引的UPS能够变成主UPS,其设置主运行良好总线124为高，指示UPS被指定为主UPS,并且开始控制并行UPS系统100的输出。
[0044]如果具有最高主优先级索引的UPS发生故障，则主运行良好总线124被设置为低，并且具有接下来最高主优先级索引的UPS试图变成主UPS。如果具有接下来最高主优先级索引的UPS运行良好且能够接管作为主UPS，则其将主运行良好总线124设置为高，指示UPS被指定为主UPS,并且开始控制并行UPS系统100的输出。然而，如果接下来最高主优先级索引也发生故障，则UPS在主脉冲总线122上发送指示具有接下来最高主优先级索引的UPS已经发生故障的脉冲并且主运行良好总线124保持为低。
[0045]剩余的耦合到主运行良好总线122的UPS继续识别低态主运行良好总线124且具有接下来最高主优先级索引的每个随后的UPS试图变为主UPS。如果UPS发生故障，其则在主脉冲总线122上发送脉冲。这种情况持续到具有最高优先级索引的运行良好的UPS接管为主UPS并且主运行良好总线122设置为高。
[0046]通过对在主脉冲总线122上的脉冲的数量进行计数，每个UPS能够确定哪个具有更高优先级索引的UPS已经发生故障。例如，当UPS识别被发送的脉冲的数量与具有比其自身更高优先级索引的UPS(不包括具有最高优先级的UPS)的数量匹配时，UPS识别是轮到其变成主UPS的时候了，并且如果运行良好，它设置主运行良好总线为高并且接管作为主 UPS。[0047]根据一个实施方式，如果UPS已经发生故障但是不能够在主脉冲总线122上发送脉冲，具有接下来最高主优先级索引的UPS将在预定的时间段内没有在主脉冲总线122上接收到来自发生故障的UPS的脉冲且仍然发现主运行良好总线124为低，则假定具有接下来更高优先级索引的UPS已经发生故障。
[0048]图2是示出了由如上所述的并行UPS系统利用的脉冲计数方法的时序图200。时序图200示出了主运行良好总线信号202，来自具有主优先级索引为3的第一个UPS204的主运行良好总线控制信号，来自具有主优先级索引为2的第二个UPS206的主脉冲控制信号，来自具有主优先级索引为I的第三个UPS208的主脉冲控制信号，和来自具有主优先级索引为O的第四个UPS210的主运行良好总线控制信号。
[0049]在时间tQ212，具有最高主优先级索引的第一个UPS是运行良好并且运行为主UPS。因此，来自第一个UPS204的主运行良好总线控制信号是高，导致主运行良好总线信号202也是高。在时间&214，第一个UPS发生故障并且不能运行为主UPS。来自第一个UPS204的主运行良好总线控制信号被设置为低，引起主运行良好总线信号202也被设置为低。
[0050]在时间t2216，具有接下来最高主优先级索引的UPS，具有主优先级索引3的第二个UPS，发现主运行良好总线信号202为低。然而，如第二个UPS也已经发生故障，其则在主脉冲总线122上发送指示其已经发生故障且不能接管作为主UPS的脉冲222。
[0051]在时间t3218，第三个UPS，发现主运行良好总线信号202是低并且在主脉冲总线122上已经计数了一个前述脉冲，这指示具有更高主优先级索引(不包括原来的已经发生故障的主UPS)的一个其它UPS (即第二个UPS)已经发生故障，识别它是具有次最高主优先级索引的UPS并且应该接管为主UPS。然而，如第三个UPS也已经发生故障(例如，是由于和第二个UPS相同的问题)，则取而代之的是其在主脉冲总线122上发送指示其已经发生故障的脉冲224。
[0052]在时间t4220，第四个UPS，发现主运行良好总线信号202是低，并且在主脉冲总线122上已经计数了两个前述脉冲，这指示两个具有更高主优先级索引(不包括原来的已经发生故障的主UPS)的两个其他的UPS (即第二个UPS和第三个UPS))已经发生故障，识别其是具有接下来最高主优先级索引的UPS并且应该接管作为主UPS。如第四个UPS是运行良好的，其接管作为主UPS，并设置它的主运行良好总线控制210为高，促使指示运行良好主UPS在运行的主运行良好总线信号202也将走高。
[0053]如上所述，每个UPS周期性地与其它UPS (例如通过CAN总线126)进行通信以维护被分配到每个UPS的主优先级索引表格。此外，每个UPS也可以传输连同每个UPS的运行良好的每个UPS的主/被控状态。主优先级索引被每个UPS利用以确定具有更高的优先级索引的UPS有多少个(即，UPS应该寻找多少个脉冲以知道UPS是否应该接管作为主UPS)。
[0054]图3是示出了脉冲方法主/被控确定处理的一个实施方式的流程图300。在方框302，对并行UPS系统上电。在方框304，并行UPS系统启动并且每个UPS在CAN总线126上建立CAN通信。在方框306,唯一的标识符被分配到存在于并行系统中的每个UPS。在一个示例中，每个基于它的CAN地址被分配唯一的标识符。基于唯一的标识符和潜在的其它系统参数，每个UPS被分配主优先级索引。
[0055]在方框308，针对具有最高主优先级索引的UPS是否运行作为当前的主UPS做出确定。如果UPS运行作为主UPS，主运行良好总线124为高并且在方框310，UPS被监视为发生故障。例如，UPS被监视为发生故障或被监视为需要主/被控角色转换的情况。如果UPS保持运行良好，那么在方框312，UPS将继续运行作为主UPS并且主运行良好总线保持在高电平。然而，如果检测到在UPS中发生故障，在方框314，主运行良好总线124被设置为低，并且UPS释放对主运行良好总线124的控制。
[0056]在方框308，如果做出确定即具有最高主优先级索引的UPS没有运行作为当前主UPS，那么在方框316针对主运行良好总线124是否为低做出确定，其指示没有UPS被当前运行作为主UPS。
[0057]在方框318，响应于在方框316确定主运行良好总线124为低，针对具有超出运行良好的UPS的接下来最高主优先级索引的UPS是否被辨识做出确定。
[0058]在方框320，响应于具有接下来最高主优先级索引的UPS没有被辨识出，每个UPS针对指示UPS发生故障的脉冲信号监控主脉冲总线122。当接受到脉冲信号时，在每个UPS中的脉冲计数器被递增一。
[0059]在方框322，被控UPS通过对接受的脉冲数量进行计数确定哪个UPS具有接下来最高优先级索引，并且确定多少个具有更高主优先级索引的UPS已经发生故障。从而，具有能够变成主UPS的接下来最高优先级索引的UPS被辨识出。然而，如果具有接下来最高优先级索引的UPS仍然未被辨识出，处理返回到方框316。
[0060]在方框324，响应于在方框318或322辨识具有接下来最高主优先级索引的UPS,针对具有接下来最高主优先级索引的UPS是否能够运行为主UPS做出确定。在方框326，响应于确定具有接下来最高主优先级索引的UPS不能变成主UPS，主运行良好总线保持为低并且在主脉冲总线122上发送脉冲。在方框328，响应于确定具有接下来最高主优先级索引的UPS能够变为主UPS，UPS接管并行UPS系统为主UPS并且主运行良好总线124走高。在方框330，终止脉冲方法主/被控过程。
[0061]只需要每个UPS对主运行良好总线124的状态进行监控和对在主脉冲总线122的脉冲进行计数，主/被控确定被迅速执行，而不需要依靠缓慢的CAN总线126和任何复杂逻辑。
[0062]图4示出了基于主优先级索引的主/被控确定方案的另一个实施方式。图4是根据本发明的方面的并行UPS系统400的框图。并行UPS系统400包括第一个UPS402、第二个UPS404和第三个UPS406，每个UPS被并行耦合以通过单一输出给负载提供功率。在其它实施方式中，UPS系统400可以包括多于或少于三个UPS。UPS402、UPS404、UPS406中的每一个包括具有通用输入/输出(GPIO) 410的数字信号处理器(Digital Signal Processor) 408和CPU中断412。每个DSP408也被耦合到CAN总线426。
[0063]在UPS402、UPS404、UPS406中的每一个的内部，GP10410通过主总线控制线414被耦合到主总线424，并且CPU中断通过主总线感测线413被耦合到主总线424。根据一个实施方式，感测线413和控制线414中的每一个包括被配置为从主总线424隔离每个UPS和防止接地回路问题的光隔离器420。
[0064]如上所述，当上电时，UPS402、UPS404、UPS406中的每一个被分配唯一的标识符(例如，根据其CAN总线426地址)。基于唯一的标识符和其它系统参数，计算关于UPS402、UPS404、UPS406中的每一个的主优先级索引。当在启动时需要确定初始主UPS时或者在当前指定的主UPS发生故障之后确定下一个主UPS时，下一个主UPS由于具有最高优先级索引且是运行良好的UPS而被选定。
[0065]除了主优先级索引之外，UPS402、UPS404、UPS406中的每一个也被分配唯一的死区时间延时，其是基于在每个UPS中的主优先级索引而被计算出。一旦主优先级索引和唯一的死区时间延时被分配，则启用CPU中断412。
[0066]在系统400启动时，没有UPS被选择且主总线424为低。具有最高主优先级索引的UPS402、UPS404、UPS406变为主UPS并且主总线424被设置为高。 [0067]被指定为主UPS的UPS402、UPS404、UPS406控制主总线424。当当前主UPS被指定时，主UPS设置主总线424为高，其指示运行良好主UPS在运行。主总线424的状态通过主总线感测线413被馈送给在系统400中的UPS402、UPS404、UPS406中的每一个的CPU中断 412。
[0068]如果当前主UPS发生故障，则主总线424从高转到低。在主总线424的下降沿(SP，几乎在主总线424从高转到低时的瞬间)，UPS402、UPS404、UPS406中的每一个的CPU中断412被触发，在实质上相同的时间向UPS402、UPS404、UPS406中的每一个指示主UPS已经发生故障。在UPS402、UPS404、UPS406中的每一个的DSP408之内，终端服务程序(ISR)的固件识别CPU中断412已经被触发并且启用软件中断，其利用基础计数器和比较寄存器。比较寄存器被加载UPS唯一的死区时间延时并且基础计数器被启动。
[0069]当主总线424仍然为低(即指示在另一个UPS中的软件中断还没有被触发)，并且相关基础计数器的值与在比较寄存器中加载的唯一的死区时间延时的值相匹配，UPS402、UPS404、UPS406的软件中断被触发。如果可以的话(B卩，运行良好)，其中软件中断发生第一次的UPS402、UPS404、UPS406变为下一个主UPS。如果其中发生软件中断的UPS402、UPS404、UPS406运行良好并且被指定为主UPS，那么UPS通过主总线控制414设置主总线424为高以向其它UPS指示主UPS已经被选择并且它们能复位它们的软件中断和基础计数器。
[0070]图5是示出了 DSP中断方法主/被控确定过程的流程图500。在方框502，并行UPS系统400被上电。在方框504，并行UPS系统400启动并且每个UPS在CAN总线426上建立CAN通信。在方框506，唯一的标识符被分配给存在于并行系统中的每个UPS。在一个示例中，每个UPS基于其CAN地址被分配唯一的标识符。基于唯一的标识符和潜在的其它系统参数，每个UPS被分配主优先级索引。基于主优先级索引，每个UPS被分配唯一的死区时间延时。当被分配唯一的标识符、主优先级索引和唯一的死区时间延时时，每个UPS的CPU中断412被启用。
[0071]在方框508，针对具有最高主优先级索引的UPS是否运行为当前主UPS做出确定。如果UPS运行为主UPS’主总线424为高并且在方框510，UPS发生故障被监控。例如，UPS被监测发生故障或被监测到主/被控角色需要转换的情况。如果UPS保持运行良好，那么在方框512，UPS继续运行为主UPS并且主总线424保持在高电平。然而，如果在UPS中检测到故障，在方框514，主总线424被设置为低并且UPS释放对主总线424的控制。
[0072]在方框528，针对UPS402、UPS404、UPS406中的每一个的CPU中断是否已经被触发做出确定。当主总线424从高转到低时，每个UPS的CPU中断被触发，其指示当前的主UPS已经发生故障。响应于确定CPU中断已经被触发，在方框530，针对是否存在能够变成主UPS的其它被控UPS做出确定。响应于确定存在能够被指定为主UPS的其它UPS，在方框532，启用UPS402、UPS404、UPS406中的每一个的软件中断，比较寄存器被加载唯一的死区时间延时并且基础计数器被启动。
[0073]在方框516，针对UPS402、UPS404、UPS406的软件中断是否已经被触发做出确定。当UPS的基础计数器的值与存储在比较寄存器中的唯一的死区时间延时的值相匹配时，UPS的软件中断被触发。这种情况向UPS指示:已经没有其它具有更高主优先级索引的UPS能够被指定为UPS，因为这将在它到达死区时间延时值之前已经停止基础计数器。
[0074]在方框518，通过主总线感测线413针对主总线424是否仍然为低做出确定。如果主总线424已经走高，那么另一个UPS已经介入为指定主UPS并且在526，软件中断被禁止并且基础计数器被复位。如果主总线424保持为低，那么在方框520，针对UPS是否准备被指定为主UPS做出确定。响应于确定UPS没有准备被指定为主UPS (例如，因为UPS已经发生故障)，则在方框524，软件中断被禁止并且基础计数器被复位。响应于确定UPS是运行良好的并且准备被指定为主UPS,在方框522，UPS被指定为主UPS并且主总线424被通过主总线控制线414设置为高。在方框524，主UPS的软件中断被禁止并且基础计数器被复位。在方框534，完成DSP中断方法主/被控确定过程。
[0075]在DSP中断方法主/被控确定过程中，每个UPS监视单一主总线424，以控制自身的CPU和软件中断。每个UPS没有必要关于它们的主优先级索引和状态与其它UPS进行直接通信。每个UPS能够独立确定它是否应该被指定为主UPS,并且因此，主/被控确定被迅速执行并且有效使用最小信号和逻辑。
[0076]图6基于主优先级索引示出了主/被控确定方案的另一个实施方式。图6是根据本发明的方面的并行UPS系统600的框图。并行UPS系统600包括第一个UPS602，、第二个UPS604和第三个UPS606，每个被并行耦合以通过单一输出为负载提供功率。在其它实施方式中，UPS系统600可以包括多于或少于三个UPS。UPS602、UPS604、UPS606中的每一个包括具有多个通用输入/输出(GPIO) 610的数字信号处理器608和也具有多个GP10612的复杂可编程逻辑器件(CPLD) 616。每个DSP608也耦合到CAN总线626。
[0077]在UPS602、UPS604、UPS606 中的每一个内部，DSP608 的 GP10610 耦合到 CPLD616的 GP10612。还是在 UPS602、UPS604、UPS606 中的每一个内部，CPLD616 的 GP10612 通过主总线控制线614耦合到主总线624并且CPLD616的另一个GP10612通过主总线感测线613耦合到主总线624。根据一个实施方式，感测线613和控制线614中的每个包括被配置为将每个UPS与主总线624隔离且防止接地回路问题的光隔离器620。
[0078]如上所述，当上电时，UPS602、UPS604、UPS606中的每一个被分配唯一的标识符(例如，根据其CAN总线626地址)。基于唯一的标识符和其它系统参数，通过DSP608计算出关于UPS602、UPS604、UPS606中的每一个的主优先级参数。当启动时需要确定初始主UPS时，或者下一个主UPS在当前指定的主UPS发生故障之后确定时，下一个主UPS由于具有最高主优先级索引也是运行良好的UPS而被选定。除了主优先级索引之外，UPS602、UPS604、UPS606中的每一个也被分配唯一的死区时间延时，其基于每个UPS的主优先级索引通过DSP608计算出。
[0079]UPS602、UPS604、UPS606 中的每一个的 DSP608 通过 DSP608 的 GP10610 和 CPLD的GP10612提供相应的主优先级索引和唯一的死区时间延时给CPLD616。根据一个实施方式，UPS602、UPS604、UPS606 中的每一个的 CPLD616 通过 CPLD616 的 GP10612 和 DSP608 的GP10610提供相应的UPS的当前主/被控状态给DSP608。[0080]CPLD中断方法主/被控确定过程的运行类似于DSP中断方法主/被控确定过程的运行，除了主/被控确定算法是由CPLD616执行，而不是由DSP608执行。
[0081]当给并行UPS系统600上电时，没有UPS被指定和主总线624被设置为低。当具有最高主优先级索引的UPS变成主UPS时，主总线624被设置为高，其向其它UPS指示主UPS被选择并且运行正常。
[0082]每个被控UPS通过主总线感测线613监视主总线624。当主总线624走低时，几乎同时UPS感测当前主UPS已经发生故障。当主UPS发生故障时，UPS602、UPS604、UPS606中的每一个的CPLD616启动延时计数器。当主总线624为低并且延时计数器的值与UPS的唯一的死区时间延时相匹配时，具有匹配的唯一死区时间延时的UPS接管为主UPS并且设置主总线624为高。当主总线624走高时，其它UPS会发现新的主UPS已经被选定并且CPLD616能停止递增和对它们的计数器进行复位。
[0083]图7是示出了 CPLD中断方法主/被控确定过程的流程图700。在方框702，并行UPS系统600被上电。在方框704，并行UPS系统400启动并且每个UPS在CAN总线626上建立CAN通信。在方框706，唯一的标识符被分配给存在于并行系统中的每个UPS。在一个示例中，每个UPS基于其CAN地址被分配唯一的标识符。基于唯一的标识符和潜在的其它系统参数，每个UPS被分配主优先级索引。基于主优先级索引，每个UPS被分配唯一的死区时间延时。
[0084]在方框708，针对具有最高主优先级索引的UPS是否运行为当前主UPS做出确定。如果UPS运行为主UPS，则主总线624为高并且在方框710，主UPS被检测发生故障。例如，UPS被监测发生故障或被监测需要主/被控角色转换的情况。如果UPS保持运行良好，那么在方框712，UPS继续运行为主UPS并且主总线624保持在高电平。然而，如果在UPS中检测到故障，在方框714，主总线624被设置为低并且UPS释放对主总线624的控制。
[0085]响应于确定具有最高主优先级索引的UPS没有运行为主UPS，在方框716，进行确定CPLD616通过主总线感测线613是否感测主总线624为低。在方框718，响应于确定CPLD616已经感测主总线624为低(即指示没有UPS运行为主UPS)，针对CPLD616的延时计数器是否激活做出确定。
[0086]响应于确定CPLD616的延时计数器是未激活，在方框720，启动CPLD的延时计数器。响应于确定CPLD616的延时计数器已经激活或者在延时计数器已经启动之后，在方框722，针对延时计数器的值是否等于UPS的唯一的死区时间延时做出确定。
[0087]一旦通过UPS确定延时计数器等于UPS的唯一死区时间延时，延时计数器相匹配的UPS试图变成下一个主UPS。进行确定延时计数器匹配的UPS是否已经准备好成为主(即运行良好的)UPS。在方框724，响应于确定UPS准备好变成主UPS，UPS被指定为主UPS并且主总线624被设置为高，其向其它UPS指示主UPS在运行。当每个UPS的CPLD616检测主总线624被设置为低时，在方框726，CPLD616的延时计数器被复位为零。
[0088]在CPLD中断方法主/被控确定过程中，每个UPS必须仅仅监视单一的主总线424以将其自身的延时计时器与唯一计时器值匹配。对于每个UPS，没有必要与其他UPS关于它们的主优先级索引和状态进行直接通信。每个UPS能够独立确定其是否应该被指定为主UPS，并且从而，主/被控确定被迅速执行且有效使用最小信号。
[0089]尽管本文是参照并行UPS系统中的三个UPS的使用来进行阐述根据本发明的示例，但是其它示例可以采用并行地耦合在一起的多于或少于三个的UPS。
[0090]尽管本文是参照不间断电源(UPS)进行阐述根据本发明的示例，其它示例可以利用任何类型的并行供电系统(其中多于一个电源被期望耦合在一起并且被有效和高效地控制)。还要理解的是，根据本发明的示例可以被采用来监视任何类型(例如，商业或住宅)或大小的系统。
[0091]通过提供其中并行耦合的多个UPS的并行UPS系统，采用主优先级索引来进行主/被控UPS确定，并行UPS系统能够使用相对简单、高效和可靠的主/被控方法提供功率给负载，而无需缓慢的CAN总线通信或复杂的逻辑。
[0092]至此描述了本发明的至少一个实施方式的若干方面，应当理解，本领域的技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这些改变、修改和改进被认为是这个公开的一部分，并且被认为在本发明的精神和范围之内。因此，前述描述和附图仅仅通过示例的方式。
【权利要求】
1.一种具有多个UPS的UPS系统的运行方法，所述方法包括: 对所述UPS系统进行上电； 对所述多个UPS中的每个UPS分配唯一的标识符； 基于所述多个UPS中的每一个UPS的所述唯一的标识符计算所述多个UPS中的每一个UPS的主优先级索引；以及 基于所述多个UPS中的每一个UPS的所述主优先级索引，配置所述多个UPS中的每一个UPS为以主运行模式和被控运行模式中的一个模式运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中分配包括基于所述多个UPS中的每一个UPS的CAN总线地址分配唯一的标识符给所述多个UPS中的每一个UPS。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括: 感测所述多个UPS中的任何一个UPS是否在以所述主运行模式运行；以及响应于感测到没有UPS以所述主运行模式运行，确定所述多个UPS中的哪一个UPS应该被配置为以所述主运行模式运行。
4.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述多个UPS中的哪一个UPS应该被配置为以所述主运行模式运行的动作包括: 确定所述多个UPS中 的第一个UPS是否能够以所述主运行模式运行；以及响应于确定所述第一个UPS不能够以所述主运行模式运行，从所述第一个UPS向所述多个UPS中的每一个UPS发送指示所述第一个UPS已经发生故障的脉冲信号。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括: 在所述多个UPS中的每一个UPS处接收至少一个脉冲信号； 对接收的脉冲信号的数量进行计数；以及 基于所述接收的脉冲信号的数量和所述多个UPS中的每一个UPS的所述主优先级索引，确定所述多个UPS中的哪一个UPS应该被指定为主UPS。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括: 基于所述接收的脉冲信号的数量和第二个UPS的所述主优先级索引，确定所述第二个UPS应该被指定为主UPS ； 确定所述第二个UPS是否能够以所述主运行模式运行； 响应于确定所述第二个UPS能够以所述主运行模式运行，配置所述第二个UPS为以所述主运行模式运行；以及 响应于确定所述第二个UPS不能够以所述主运行模式运行，从所述第二个UPS向所述多个UPS中的每一个UPS发送指示所述第二个UPS已经发生故障的脉冲信号。
7.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述多个UPS中的哪一个UPS应该被配置为以所述主运行模式运行包括: 基于每一个UPS的所述主优先级索引分配延时时间给所述多个UPS中的每一个UPS ；在感测到没有UPS被配置为以所述主运行模式运行时，递增在所述UPS中的每一个UPS中的计数器的值； 在第一个UPS处感测所述第一个UPS的计数器的值与其被分配的延时时间相匹配；以及 响应于感测所述第一个UPS的计数器的值与其被分配的延时时间相匹配，配置所述第一个UPS为以所述主运行模式运行。
8.一种UPS，包括: 输入端，其被配置为从输入电源接收输入功率； 输出端，其被配置为提供输出功率到负载； 多个数字I/o;以及 控制电路，其被耦合到所述多个数字1/0，所述控制电路被配置为分配唯一的标识符给所述UPS，以基于所述唯一的标识符计算所述UPS的主优先级索引，并基于所述主优先级索引和由所述多个数字I/o提供的至少一个信号，配置所述UPS为以主运行模式和被控运行模式中的一个模式运行。
9.根据权利要求8所述的UPS，其中，所述控制电路还被配置为耦合到CAN总线，并且其中被分配到所述UPS的所述唯一的标识符是基于所述UPS的CAN地址的。
10.根据权利要求8所述的UPS，其中所述多个数字I/O中的第一个数字I/O被配置为耦合到主总线并且从所述主总线接收指示被耦合到所述主总线的另一个UPS是否以所述主运行模式运行的信号。
11.根据权利要求10所述的UPS，其中所述多个数字I/O中的第二个数字I/O被配置为耦合到所述主总线并且提供指示该UPS是否以所述主运行模式运行的信号到所述总线。 11.根据权利要求10所述的UPS，其中响应于在所述多个数字I/O中的所述第一个数字I/o处接收指示没有耦合到所述主总线的UPS以所述主运行模式运行的信号，所述控制电路还被配置为基于从所述多个数字I/O接收的信号和其主优先级索引确定所述UPS是否应该被配置为以所述主运行模式运行。
12.根据权利要求11所述的UPS，其中所述多个数字I/O中的第三个数字I/O被配置为耦合到脉冲总线且从所述脉冲总线接收指示耦合到所述脉冲总线的至少一个UPS发生故障的至少一个脉冲信号。
13.根据权利要求12所述的UPS，其中所述控制电路还被配置为，对从所述脉冲总线接收的脉冲信号的数量进行计数，并且基于所述脉冲信号的数量和所述UPS的所述主优先级索引确定所述UPS是否应该被配置为以所述主运行模式运行。
14.根据权利要求11所述的UPS，其中所述多个数字I/O的第四个数字I/O被配置为耦合到脉冲总线并提供指示所述UPS发生故障的脉冲信号到所述脉冲总线。
15.根据权利要求11所述的UPS，其中所述控制电路还被配置为基于所述UPS的所述主优先级索引分配唯一的时间延时值到所述UPS。
16.根据权利要求15所述的UPS，其中所述控制电路包括具有值的计数器并且还被配置为当确定没有耦合到所述主总线的UPS被配置为以所述主运行模式运行时启动所述计数器。
17.根据权利要求16所述的UPS，其中所述控制电路还被配置为当确定所述计数器的值与所述UPS的唯一的时间延时值相匹配时配置所述UPS为以所述主运行模式运行。
18.根据权利要求8所述的UPS，其中所述控制电路是数字信号处理器和复杂可编程逻辑器件中的一个。
19.一种UPS系统，包括: 并行耦合的多个UPS，每个UPS包括:输入端，其被配置为从输入电源接收输入功率； 输出端，其被配置为提供输出功率到负载；以及 用于确定所述多个UPS中的任何一个UPS是否以主运行模式运行并且响应于确定没有UPS以主运行模式运行而确定所述多个UPS中的哪个第一个UPS应该以所述主运行模式运行的装置。
20.根据权利要求19所述的UPS系统，还包括用于确定所述多个UPS中的所述第一个UPS是否能够以所述主运行模式运行并且响应于确定所述多个UPS中的所述第一个UPS能够以所述主运行模式运行，配置所述多个UPS中的所述第一个UPS为以所述主运行模式运行的 装置。
【文档编号】H02J9/06GK104025421SQ201180075669
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2011年10月21日 优先权日:2011年10月21日
【发明者】M·阿格沃, 苏里什·卡亚纳达斯, 乔伊·乔治 申请人:施耐德电气It公司