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【专利说明】备用电源控制
[0001]发明背景发明领域
[0002 ]根据本发明的至少一个示例总体上涉及方波电源的控制。
[0003] 相关技术讨论
[0004] 使用电力装置(诸如不间断电源(UPS)以提供用于敏感的和/或关键的负载(诸如 计算机系统和其它数据处理系统的）的规定的、不间断的电力是已知的。已知的不间断电源 包括在线UPS、离线UPS、在线交互UPS以及其它UPS。在线UPS提供受调节的AC电力以及在AC 电力的主源中断时提供备用AC电力。虽然离线UPS通常不提供输入AC电力的调节，但是在主 要AC电力源中断时提供备用AC电力。在线交互UPS与离线UPS类似，因为当断电发生时在线 交互UPS切换到电池电力。一些离线UPS包括切换电压调整电路的分接头以连续不断地稳定 输出电压。
[0005] 发明概述
[0006] 根据本发明的方面涉及不间断电源(UPS)系统，其包括经配置接收输入AC电力的 输入端、经配置将输出AC电力提供给负载的输出端、耦合到DC总线的DC电源、逆变器和控制 器，该逆变器具有耦合到DC总线的输入端和耦合到UPS系统的所述输出端的输出端，该逆变 器经配置在输入端处从DC总线接收DC电力并且将具有电压的AC电力提供给输出端，该控制 器耦合到逆变器输出端，并且经配置基于在逆变器输出端处的AC电力的平均电压操作逆变 器。
[0007] 根据一个实施例，控制器进一步被配置为:将在逆变器输出端处的AC电力的平均 电压与预先确定的平均输出电压阈值相比较，并且基于计算的平均电压与平均输出电压阈 值的比较来控制在逆变器输出端处的AC电力。在一个实施例中，控制器进一步被配置为响 应于确定计算的平均电压至少等于平均输出电压阈值，将在逆变器输出端处的电压钳位到 零。
[0008] 根据另一个实施例，控制器进一步经配置基于输出电压，计算在逆变器输出端处 的AC电力的RMS电压，将在逆变器输出端处的AC电力的RMS电压与预先确定的RMS输出电压 阈值相比较，以及基于计算的RMS电压与RMS输出电压阈值的比较来控制在逆变器输出端处 的AC电力。在一个实施例中，控制器进一步被配置为响应于确定计算的RMS电压至少等于 RMS输出电压阈值，将在逆变器输出端处的电压钳位到零。
[0009] 根据一个实施例，控制器包括耦合到逆变器的脉宽调制控制器，并且其中控制器 进一步经配置使用脉宽调制控制器控制在逆变器输出端处的AC电力。在一个实施例中，在 输出端处由逆变器提供的AC电力包括方波，并且其中控制器进一步经配置基于在逆变器输 出端处由控制器计算的平均电压控制方波的脉宽。
[0010]根据另一个实施例，ups系统被配置为离线ups。在另一个实施例中，ups系统被配 置为在线交互UPS。
[0011]根据本发明的另一方面涉及用于控制具有输出端的逆变器的方法，其中所述输出 端经配置提供AC电力，所述方法包括在一段时期内对在逆变器输出端处的AC电力的输出电 压进行采样，计算在所述时间段内的逆变器平均输出电压，将计算的逆变器平均输出电压 与预先确定的电压平均输出阈值进行比较，确定计算的平均输出电压是否至少等于预先确 定的电压平均输出阈值，以及基于确定计算的平均输出电压是否至少等于预先确定的电压 平均输出阈值的行为控制在逆变器输出端处的AC电力。
[0012] 根据一个实施例，基于确定计算的平均输出电压是否至少等于预先确定的电压平 均输出阈值的行为控制在逆变器输出端处的AC电力包括响应于确定计算的平均输出电压 至少等于预先确定的平均输出阈值，将在逆变器输出端处的输出电压钳位到零。
[0013]根据另一个实施例，方法进一步包括计算在一段时期内逆变器RMS输出电压，将计 算的逆变器RMS输出电压与预先确定的RMS输出阈值进行比较，确定计算的RMS输出电压是 否至少等于预先确定的RMS输出阈值，以及基于确定计算的RMS输出电压是否至少等于预先 确定的RMS输出阈值的行为控制在逆变器输出端处的AC电力。
[0014]根据一个实施例，基于确定计算的RMS输出电压是否至少等于预先确定的RMS输出 阈值的行为控制在逆变器输出端处的AC电力包括响应于确定计算的RMS输出电压至少等于 预先确定的RMS输出阈值，将在逆变器输出端处的输出电压钳位到零。
[0015]根据另一个实施例，控制逆变器包括控制逆变器以提供包括方波的AC输出电压。 在一个实施例中，基于确定计算的平均输出电压是否至少等于预先确定的平均输出阈值的 行为控制在逆变器输出端处的AC电力包括基于由控制器计算的在一段时期内在逆变器输 出端处的方波的平均输出电压控制在逆变器输出端处的方波的脉宽。
[0016]根据一个实施例，计算在一段时期内逆变器平均输出电压和计算在一段时期内逆 变器RMS输出电压的行为在线路周期内被执行至少64次。
[0017]根据本发明的一个方面涉及不间断电源(UPS)系统，其包括经配置接收输入AC电 力的输入端、经配置将输出AC电力提供给负载的输出端、耦合到DC总线的DC电源、逆变器以 及基于在逆变器输出端处的AC电力的平均电压用于控制逆变器的装置，逆变器具有耦合到 DC总线的输入端和耦合到UPS系统的所述输出端的输出端，逆变器经配置在输入端处从DC 总线接收DC电力并且将AC电力提供给输出端。
[0018]根据一个实施例，由逆变器提供给输出端的AC电力包括方波。在一个实施例中，用 于控制逆变器的装置包括基于在逆变器输出端处的方波的平均电压用于控制方波的脉宽 的装置。在另一个实施例中，用于控制逆变器的装置包括基于在逆变器输出端处的AC电力 的平均电压和RMS电压用于控制逆变器的装置。
[0019] 附图简述
[0020] 附图并非旨在按比例绘制，在附图中，各图中示出的每个相同的或几乎相同的组 件由相似的数字表示。为了清楚起见，在每一个图中并不是每一个组件都被标记。在附图 中：
[0021] 图1是根据本发明的一方面的离线不间断电源的框图；以及
[0022] 图2是根据本发明的一方面示出用于控制不间断电源的过程的流程图。
[0023]详细描述
[0024]本发明的实施例并不限于在下面说明书中陈述的或在附图中示出的组件的构造 和布置的细节。本发明的实施例能够以各种方式来实践或实现。此外，本文使用的措辞和术 语用于秒速的目的，并且不应被认为是限制。本文使用的"包括（including)"，包含 (comprising)"或"具有(having)"、"含有（containing)"、"涉及（involving)"，及其变化意 在包含其后列出的项目及其等价物以及额外项目。
[0025]如上面所讨论，使用电力装置(诸如不间断电源(UPS))以提供用于敏感的和/或关 键的负载(诸如计算机系统和其它数据处理系统）的不间断的电力是已知的。至少一些备用 电力装置使用逆变器，以从备用功率电力源(诸如电池)提供来源于DC功率电力的输出AC电 力。取决于使用的逆变器，AC电力相较于正弦波形式可以更多以方波的形式。对于由UPS供 电的负载以包括有源功率因数校正(PFC)电路变得更加普遍。由方波电压驱动的有源PFC负 载可能在输入电力线路上可变得不稳定和/或引起振荡。造成UPS被断电和/或潜在对UPS造 成损害的这些振荡可由给负载供电的UPS检测。
[0026] 例如，从UPS接收电力的有源PFC负载可包括PFC电路，该PFC电路包括PFC预调整 器，该PFC预调整器经配置监视并且控制被提供给负载的电力试图提供整功率因数。通常的 PFC电路基于输入RMS电压控制功率因数。然而，因为PFC电路通常被设计用于正弦波AC电 力，并且在正弦波的峰值、平均值和RMS值之间的比率是恒定的，所以至少一些PFC电路使用 平均电压或峰值电压代替RMS以控制功率因数。
[0027]当UPS将AC正弦波提供给PFC电路时，通过由UPS供电的PFC电路使用平均电压或峰 值电压运行良好;然而，当UPS将方波提供给PFC电路时可造成问题。在正弦波与方波的平均 (Vavg)和RMS(Vrms)之间的关系如下所示：
[0028] 对于正弦波：
[0029] Vavg = Vrms*d2A)=〇.9Vrms(方程1)
[0030] 对于方波：
[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，在正弦波的情况下，因为Vavg= 0.9VrmS，所以平均输入电压可以 可接受地代替UPS的RMS电压。然而，对于方波输入电压，取决于方波的占空比，在RMS电压和 平均电压或峰值电压之间的关系变化。
[0035]在方波备用电力装置中（例如，在方波UPS中），普遍由占空比控制来调整RMS输出 电压。峰值输出电压通常是未调整的，并且在120Vac的电力系统中范围可以从100V到180V。 在对于不同占空比的各种峰值输出电压处的Vrms= 120V的Vrms调整方波UPS的平均输出电 压和峰值输出电压在表1中示出（最大占空比=1)。
[0036]表1
[0038]随着未调整的V峰值增大