本发明总体上涉及一种不间断电源(ups)。
背景技术：
已知使用诸如不间断电源(ups)之类的电力设备来为敏感及/或关键负载，诸如计算机系统和其他数据处理系统提供调节后不间断的电力。已知的不间断电源包括在线ups、离线ups、在线交互式ups以及其他类型。在线ups会在主要ac电力来源中断时提供经过调节的ac电源以及备用ac电源。离线ups通常不提供输入ac电力的调节，但会在主要ac电力来源中断时提供备用ac电源。在线互动式ups与离线式ups相似，它们在停电时会切换到电池电力，但通常还包括一多抽头变压器(multi-taptransformer)，用于调节ups所提供的输出电压。
技术实现要素：
本发明的至少一个方面针对一种不间断电源(ups)，包括：一输入端，配置成用以耦合到一ac电力来源及配置成用以接收输入ac电力；一输出端，配置成用以向一负载提供输出电力；一电池电路，配置成用以耦合到一dc电源及配置成用以接收备用dc电力；一功率因素校正(pfc)级，包含一接口；一输入开关，配置成用以在一在线操作模式下选择性地将所述pfc级的所述接口耦合到所述输入端，以及在一备用操作模式下选择性地耦合到所述电池电路；一正dc总线，耦合到所述pfc级；一负dc总线，耦合到所述pfc级；及一控制器，耦合到所述电池电路及所述pfc级，所述控制器配置成用以：在所述在线操作模式下操作所述pfc级，以将源自所述输入ac电力的dc电力提供给所述正dc总线和所述负dc总线；在所述备用操作模式下操作所述pfc级，以将源自所述备用dc电力的dc电力提供给所述正dc总线和所述负dc总线；在所述备用操作模式的一第一级中操作所述电池电路，以将所述dc电源的一正极端耦合到所述pfc级的所述接口；及在所述备用操作模式的一第二级中操作所述电池电路，以将所述dc电源的一负极端耦合到所述pfc级的所述接口。
根据一实施例，所述ups还包括一中性线，以及所述电池电路包括：一第一开关，配置成用以耦合在所述输入开关和所述dc电源的所述负极端之间；一第二开关，配置成用以耦合在所述dc电源的所述负极端与所述中性线之间；一第三开关，配置成用以耦合在所述输入开关和所述dc电源的所述正极端之间；及一第四开关，配置成用以耦合在所述dc电源的所述正极端和所述中性线之间。在一实施例中，在操作所述电池电路以耦合所述正极端到所述pfc级的所述接口时，所述控制器还配置成用以操作所述第三开关以通过所述输入开关将所述正极端耦合到所述pfc级的所述接口，以及配置成用以操作所述第二开关以将所述负极端耦合到所述中性线。
根据另一实施例，在操作所述电池电路以将所述dc电源的所述负极端耦合至所述pfc级的所述接口时，所述控制器还配置成用以操作所述第一开关以通过所述输入开关以将所述负极端耦合到所述pfc级的所述接口，以及配置成用以操作所述第四开关以将所述正极端耦合到所述中性线。在一实施例中，所述pfc级包括：一电感器，耦合到所述接口；多个开关，耦合到所述电感器；一第一总线电容器，耦合到所述正dc总线；及一第二总线电容器，耦合到所述负dc总线。在另一实施例中，在操作所述pfc级以将源自所述备用dc电力的dc电力提供给所述正dc总线和所述负dc总线时，所述控制器还配置成用以在所述备用操作模式的所述第一级中操作所述多个开关，以在所述正dc总线上产生一正dc电压。
根据一实施例，在操作所述pfc级以将源自所述备用dc电力的dc电力提供给所述正dc总线和所述负dc总线时，所述控制器还配置成用以在所述备用操作模式的所述第二级中操作所述多个开关，以在所述负dc总线上产生一负dc电压。在一实施例中，所述多个开关包括：一第五开关，耦合到所述电感器；一第六开关，耦合在所述第五开关和所述中性线之间；一第七开关，耦合在所述电感器和所述正dc总线之间；及一第八开关，耦合在所述电感器和所述负dc总线之间。在另一实施例中，在所述备用操作模式的所述第一级中操作所述多个开关以在所述正dc总线上产生所述正dc电压时，所述控制器还配置成用以操作所述第五开关、所述第六开关和所述第七开关作为一升压转换器以产生所述正dc电压。
根据另一实施例，在所述备用操作模式的所述第二级中操作所述多个开关以在所述负dc总线上产生所述负dc电压时，所述控制器还配置成用以操作所述第五开关、所述第六开关和所述第七开关作为一升压转换器以产生所述负dc电压。在一实施例中，所述ups还包括一逆变器，所述逆变器耦合在所述dc总线和所述输出端之间，以及配置成用以提供源自所述输入ac电力和所述备用dc电力中的至少一个的一输出ac电压波形，其中，所述控制器还配置成用以将在所述正dc总线上产生的所述正dc电压与所述输出ac电压波形的一正半周期进行同步；及其中，所述控制器还配置成用以将在所述负dc总线上产生的所述负dc电压与所述输出ac电压波形的一负半周期进行同步。在一实施例中，所述pfc级包括一维也纳整流器。
本发明的另一方面涉及一种用于操作ups的方法，所述ups包括：一输入端，配置成用以耦合到一ac电力来源；一输出端，配置成用以向一负载提供输出电力；一电池电路；一pfc级；一正dc总线；及一负dc总线，其中所述方法包括步骤：从所述ac电力来源的所述输入端接收输入ac电力；从所述dc电力来源接收所述电池电路处的备用dc电力；响应于确定所述输入ac电力大于一输入电力阈值，以一在线操作模式操作所述ups；响应于确定所述输入ac电力小于所述输入功率阈值，以一备用操作模式操作所述ups；在所述在线操作模式下，选择性地将所述输入端耦合到所述pfc级的一接口；在所述备用操作模式下，选择性地将所述电池电路耦合到所述pfc级的所述接口；在使用所述pfc级的所述在线操作模式下，将所述输入ac电力转换为提供给所述正dc总线及所述负dc总线的dc电力；在使用具有pfc级的所述备用操作模式下，将所述备用dc电力转换成提供给所述正dc总线及所述负dc总线的所述dc电力；在所述备用操作模式的一第一级中，利用所述电池电路将所述dc电力来源的一正极端耦合到所述pfc级的所述接口；及在所述备用操作模式的一第二级中，利用所述电池电路将所述dc电力来源的一负极端耦合到所述pfc级的所述接口。
根据一实施例，在所述第一级中将所述dc电力来源的所述正极端耦合到所述pfc级的所述接口包括：操作一第一开关，以将所述正极端耦合到所述pfc级的所述接口；及操作一第二开关，以将所述负极端子耦合到一中性线。在一实施例中，在所述第二级中将所述dc电力来源的所述正极端耦合到所述pfc级的所述接口包括：操作一第三开关，以将所述负极端耦合到所述pfc级的所述接口；及操作一第四开关，以将所述正极端耦合到一中性线。在另一实施例中，在使用所述pfc级的所述备用操作模式中，将所述备用dc电力转换成提供给所述正dc总线和所述负dc总线的所述dc电源，包括：在所述备用操作模式的所述第一级的期间，在所述正dc总线上产生一正dc电压；及在所述备用操作模式的所述第一级的期间，在所述负dc总线上产生一负dc电压。
根据另一实施例，在所述正dc总线上产生所述正dc电压包括：将所述pfc级中的多个开关操作为一升压转换器，以产生所述正dc电压。在一实施例中，在所述负dc总线上产生所述负dc电压包括：将所述pfc级中的所述多个开关操作为一升压转换器，以产生所述负dc电压。在另一实施例中，所述ups还包括一逆变器，所述逆变器配置成用以提供源自所述输入ac电力和所述备用dc电力中的至少一个的一输出ac电压波形，以及其中所述方法还包括：将在所述正dc总线上产生的所述正dc电压与所述输出ac电压波形的一正半周期进行同步；及将在所述负dc总线上产生的所述负dc电压与所述输出ac电压波形的一负半周期进行同步。
本发明的至少一个方面针对一种不间断电源(ups)，包括：一输入端，配置成用以耦合到一ac电力来源及配置成用以接收输入ac电力；一输出端，配置成用以向一负载提供输出电力；一正dc总线；一负dc总线；一pfc级，耦合到所述正dc总线和所述负dc总线，以及配置成用以将所述输入ac电力转换为提供给所述正dc总线和所述负dc总线的调节后的dc电力；及多个装置，用于选择性地将所述pfc级耦合到所述输入端和一dc电源中的一个，并且用于操作所述pfc级以将来自所述电池的备用dc电力转换成提供给所述正dc总线和所述负dc总线的所述调节后的dc电力。
附图说明
参考附图对至少一个实施例的各个方面在以下进行讨论，附图并不是按比例绘制。附图被包含以提供对各个方面和实施例的说明和进一步的理解，而且被并入本说明书中并构成该说明书的一部分，而不旨在作为本发明的限定的定义。在附图中，在各个附图中示出的相同的组件或几乎相同的组件由相似的数字表示。为了清晰的目的，不是每个组件都可以被标记在每幅图中。
在图中：
图1是根据本文描述的多个方面的一ups的示意图；
图2是根据本文描述的多个方面的一转换器的一实施例的示意图；
图3是根据本文描述的多个方面的在一后备操作模式的一正级中操作的一转换器的一实施例的示意图；
图4是根据本文描述的多个方面的在一后备操作模式的一负级中操作的一转换器的一实施例的示意图；及
图5是根据本文描述的多个方面的三相转换器的一实施例的示意图。
具体实施方式
本文所讨论的方法和系统的实例在应用中并不限制在以下描述中阐述或在附图中所说明的组件的构造和布置的细节。方法和系统能够在其它实施例中实现且以各种方式实践或实施。本文提供的特定实现的实例只用于说明性的目的并不旨在限制。特别是，结合任何一个或多个实例或实施例讨论的行为、组件或特征并不旨在排除其他实例中的类似作用。
另外，本文所使用的措辞和术语只是用于描述的目的而不应该被视为限制。本文以单数形式对系统和方法的实例、实施例、组件、元件或行为的任何引用也可以包含包括多个的实施例，且本文以复数形式对任何实施例、组件、元件或行为的任何引用也可以包含仅包括单数形式的实施例。以单数形式或复数形式的引用并不旨在限制目前所公开的系统或方法、其组件、行为、或元件。本文使用的“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”以及其变型意思是包括此后所列的项和其等价物以及附加的项。引用“或(or)”可以被解释为包括的，使得使用“或(or)”描述的任何项可以指示单个描述的项、多于一个描述的项和所有描述的项中的任意一个。此外，如果本文件与通过引用并入本文件的文件之间的术语用法不一致，则并入参考文件中的术语用法是对本文件的补充；对于不可调和的矛盾，由本文件中的术语用法为准。
如上所讨论，诸如不间断电源(ups)之类的电力设备通常被用于向敏感及/或关键负载提供经调节、不间断的电力。常规的在线ups使用功率因数校正电路(pfc)对由电力公司提供的输入ac电源进行整流，以向至少一dc总线提供dc电源。dc总线上的整流dc电力通常用于在市电可用时对电池进行充电。在没有市电的情况下，电池会放电并将dc电力提供给dc总线。逆变器从dc总线上的dc电力生成提供给一负载的ac输出电压。由于dc总线由市电或电池供电，因此如果市电发生故障并且电池已充足电，则ups的输出电力不会中断。典型的在线ups可能也以旁路模式(bypassmode)运行，在这种模式下，具有基本保护功能的无条件电力直接从ac电力通过旁路线路提供给负载。
具有相对较高额定电力的ups通常包括具有相对较高电压电平的电池。大电力ups中的电池读相对较高的电压在平可能使得使用一非隔离式升压转换器来将所述电池电压转换为适合用以对所述逆变器级(inverterstage)进行供电的电压的一电平变得实用。这是因为当升压转换器的输入电压接近(例如，仅略低于)目标稳压输出电压时，升压转换器通常具有高效率。例如，在某些常规的大电力ups系统中，ups的前端pfc级被用作升压转换器，以在电池开启模式期间将来自电池的dc电力转换为提供给逆变器的经调节的dc电力。
在至少一个实施例中，本文中描述了一种更有效的pfc转换器前端电路，其可以在电池开启模式期间被用作升压转换器，以将来自电池的dc电力转换成提供给ups的逆变器的调节后的dc电力。
图1是根据本发明一方面的在线ups100的框图。所述ups100包括一输入端102、一转换器104、一正dc总线106、一负dc总线107、一逆变器108、一输出端110和一控制器114。所述输入端102耦合到所述转换器104。所述正dc总线106和所述负dc总线107耦合在所述转换器104和所述逆变器108之间。所述输出端110耦合到所述逆变器108。所述控制器114耦合到所述输入端102、所述输出端110、所述转换器104、所述正dc总线106、所述负dc总线107和所述逆变器108。所述转换器104还配置成用以耦合到一电池112。
所述输入端102配置成用以耦合到ac主要电力电源并且接收具有输入一电压电平的输入ac电力。所述控制器114监视由所述输入端102接收的所述输入ac电力，并且被配置成用以基于由所述输入端102接收的输入ac电力的状态以不同的操作模式来操作所述ups100。当提供给所述输入端102的ac电力是可接受的(即，高于一输入电力阈值)时，所述控制器114以一在线操作模式操作所述ups100。在所述在线操作模式下，提供来自所述输入端102的ac电力给所述转换器104。根据一个实施例，所述转换器104是功率因数校正转换器104。然而，在其他实施例中，可以使用其他类型的转换器。
所述控制器114操作所述转换器104以将所述ac电力转换成dc电力并且将所述dc电力提供给所述正dc总线106及所述负dc总线107。在一实施例中，还从所述转换器104向所述电池112提供dc电力以对所述电池112充电。在另一实施例中，通过一dc/dc转换器提供来自所述正dc总线106及所述负dc总线107的dc电力给所述电池112以充电所述电池112。在所述在线操作模式下，所述逆变器108从所述正dc总线106及所述负dc总线107接收dc电力，及所述控制器114操作所述逆变器108以将所述dc电力转换为调节后的ac电力，并将调节后的ac电力提供给耦合至所述输出端110的一负载。
当提供给所述输入端102的ac电压是不可接受的(即，低于一输入电力阈值)时，所述控制器114以一备用操作模式来操作所述ups100。在所述备用操作模式中，来自所述电池112的dc电力被调节(例如，通过所述转换器104)并且被提供给所述正dc总线106及所述负dc总线107。所述逆变器108从正dc总线106及所述负dc总线107接收所述dc电力，并且所述控制器114操作所述逆变器108，以将dc电力转换为调节后的ac电力，并将调节后的ac电力提供给所述输出端110。
图2是示出了所述转换器104的一实施例的示意图。所述转换器104包括一输入线202、一中性线204、一输入开关206、一电池电路208和一pfc级209。所术pfc级209包括一接口203、一电感器210、一第一开关(q1)212、一第二开关(q2)214、；一第三开关(q3)216、、一第四开关(q4)218、一第一总线电容器220和一第二总线电容器222。所述电池电路208包括一第五开关(q5)226、一第六开关(q6)228、一第七开关(q7)230和一第八开关(q8)232。在一实施例中，所述第一开关(q1)212至所述第八开关(q8)232是氮化镓(gan)场效应晶体管(field-effecttransistors；fets)。然而，在其他实施例中，可以使用不同类型的开关或晶体管。例如，在一个实施例中，所述第一开关(q1)212至所述第八开关(q8)232是金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)。在另一个实施例中，对于所述第五开关(q5)226至所述第八开关(q8)232，可以使用晶闸管(thyristors)。在所述第一开关(q1)212至所述第八开关(q8)232是ganfets及/或mosfets的至少一个实施例中，所述第一开关(q1)212至所述第八开关(q8)232包括耦合在所述漏极和所述源极之间的内置体二极管(built-inbodydiode)。所述第五开关(q5)226至所述第八开关(q8)232的体二极管227在图2中示出，虽然出于说明目的未示出所述第一开关(q1)212至所述第四开关(q4)218的体二极管。
所述输入线202和所述中性线204配置成用以通过所述输入端102耦合到一输入电力来源(例如，市电)。所述中性线204耦合到地面224(pgnd)。所述输入开关206可配置为选择性地耦合所述输入线202或所述电池电路208到所述接口203的其中之一。所述接口203耦合到所述电感器210的一第一端。所述电感器210的第二端耦合到所述第一开关(q1)212的漏极。所述第一开关(q1)212的源极耦合到所述第二开关(q2)214的源极。所述第二开关(q2)214的漏极耦合到所述中性线204。所述电感器210的第二端也耦合到所述第三开关(q3)216的源极和所述第四开关(q4)218的漏极。所述第三开关(q3)216的漏极耦合到所述正dc总线106。所述第四开关(q4)218的源极耦合到所述负dc总线107。所述第一总线电容器220耦合在所述正dc总线106和所述中性线204之间。所述第二总线电容器222耦合在所述负dc总线107和所述中性线204之间。
所述第五开关(q5)226的漏极和所述第七开关(q7)230的源极耦合到所述输入开关206。所述第五开关(q5)226的源极配置成用以耦合到所述电池112的一负极端111。所述第七开关(q7)230的漏极配置成用以耦合到所述电池112的正极端113。所述第六开关(q6)228的源极配置成用以耦合到所述电池112的所述负极端111。所述第八开关(q8)232的漏极配置成用以耦合到所述电池112的所述正极端113。所述第六开关(q6)228的漏极和所述第八开关(q8)的源极耦合到所述中性线204。所述控制器114耦合到所述第一开关(q1)212至所述第八开关(q8)232中的每一个的栅极和所述输入开关206，并且配置成用以将多个控制信号传输到所述第一开关(q1)212至所述第八开关(q8)232中的每一个及所述输入开关206(即，控制其操作)。
如上所述，所述控制器114监视通过所述输入端102接收的所述输入ac电力，并且配置成用以基于由所述输入端102接收的所述输入ac电力的状态以不同的操作模式操作所述ups100。当提供给所述输入端102的输入ac电力为可接受的(即，高于一输入电力阈值)，所述控制器114以在线操作模式操作所述ups100。在所述在线操作模式中，所述控制器114操作所述输入开关206以通过所述接口203将所述输入线202耦合到所述电感器210。当所述输入线202耦合到所述电感器210时，所述控制器114操作所述第一开关(q1)212、所述第二开关(q2)214、所述第三开关(q3)216和所述第四开关(q4)218来与所述电感器210和所述总线电容器220、222结合，以在所述正dc总线106上产生一正输出dc电压及在所述负dc总线107上产生一负输出dc电压。在至少一实施例中，所述控制器114还操作所述第一开关(q1)212、所述第二开关(q2)214、所述第三开关(q3)216和所述第四开关(q4)218以提供功率因数校正(pfc)。
当提供给所述输入端102的ac电力是不可接受的(即，低于一输入电力阈值)时，所述控制器114以一备用操作模式来操作所述ups100。在所述备用操作模式中，所述转换器104以多级(multiplestages)操作。例如，图3是所述备用操作模式的一第一级的示意图，其中在所述正dc总线106上产生一正dc电压，以及图4是所述备用操作模式的一第二级的示意图，其中在所述负dc总线107上产生一负dc电压。
在所述备用操作模式的所述第一级期间，例如，如图3所示，所述控制器114操作所述输入开关206以通过所述接口203将所述电池电路208耦合至所述电感器210。同样在所述备用操作模式的所述第一级中，所述控制器114操作所述转换器104以耦合所述正极端113到所述电池112及耦合所述电池112的负极端到所述中性线204。例如，在至少一实施例中，所述控制器114操作所述第六开关(q6)228进行闭合(close)，以将所述正极端113耦合到所述电感器210(通过所述输入开关206和所述接口203)，以及操作所述第七开关(q7)230进行闭合，以将所述负极端111耦合到所述中性线204。在图3中示出了闭合的第六开关(q6)228和闭合的第七开关(q7)230作为直接连接的结果。
在所述备用操作模式的第一级中，当所述第六开关(q6)228和所述第七开关(q7)230闭合时，所述第五开关(q5)226和所述第八开关(q8)232的体二极管227被进行逆向偏压(reversebiased)以及如图3所示的电流路径302生成。所述控制器114操作述第一开关(q1)212、所述第二开关(q2)214和所述第三开关(q3)216作为一升压转换器，以对耦合到所述正dc总线106的所述总线电容器220充电(即，产生所述正dc总线106上的一正dc电压)。更具体地说，所述控制器114交替切换所述第一开关(q1)212、所述第二开关(q2)214和第三开关(q3)216，以在所述正dc总线106上产生期望的正电压电平。例如，当所述第一开关(q1)212和所述第二开关(q2)214闭合时，所述电流路径302通过所述第一开关(q1)212和所述第二开关(q2)从所述电感器210流向所述中性线204，能量存储在所述电感器210中，并且流过所述电感器210的电流增加。
当所述第一开关(q1)212和所述第二开关214随后断开(opened)时，产生了通过所述第三开关(q3)216的体二极管从所述电感器210到所述正dc总线106的所造成的电流路径。所述第三开关(q3)216随后可以被所述控制器114操作以闭合。通过如上所述地操作开关，可以在所述正dc总线106上产生期望的正dc电压电平。
在所述备用操作模式的第二级期间，例如，如图4所示，所述控制器114操作所述输入开关206以通过所述接口203将所述电池电路208耦合到所述电感器210。同样在所述备用操作模式的第二级中，所述控制器114操作所述转换器104，以将所述电池112的负极端111耦合到所述电感器210，并且将所述电池112的正极端113耦合到所述中性线204。例如，在至少一实施例中，所述控制器114操作所述第五开关(q5)226进行闭合，以将所述负极端111(通过所述输入开关206和所述接口203)耦合到所述电感器210，以及所述第八开关(q8)233进行闭合，以将所述正极端113耦合到所述中性线204。在图4中示出了闭合的第五开关(q5)226和闭合的第八开关(q8)232作为直接连接的结果。
在所述备用操作模式的第二级中，当所述第五开关(q5)226和所述第八开关(q8)232闭合时，所述第六开关(q6)228和所述第七开关(q7)230的体二极管227被进行逆向偏压(reversebiased)以及如图4所示的电流路径402生成。所述控制器114操作所述第一开关(q1)212、所述第二开关(q2)214和所述第四开关(q4)218作为升压转换器，以对耦合至所述负dc总线107的所述第二总线电容器222进行充电(即在所述正dc总线107上产生一负dc电压)。更具体地，所述控制器114交替切换所述第一开关(q1)212、所述第二开关(q2)214和所述第四开关(q4)218，以在所述负dc总线107上产生期望的负电压电平。例如，当所述第一开关(q1)212和所述第二开关(q2)214闭合时，所述电流路径402通过所述第二开关(q2)214和所述第一开关(q1)212从所述中性线204流向所述电感器210，能量存储在所述电感器210中，并且流过所述电感器210的电流增加(方向与所述备用操作模式的第一级期间的方向相反)。
当所述第一开关(q1)212和所述第二开关214随后断开时，产生了通过所述第四开关(q4)218的体二极管从所述负dc总线107到所述电感器210的所造成的电流路径。所述第四开关(q4)218随后可以通过所述控制器114操作以闭合。通过如上所述地操作开关，可以在所述负dc总线107上产生期望的负dc电压电平。
如上所述，在所述备用操作模式下，所述转换器104在所述正dc总线106上产生一正dc电压(在所述备用操作模式的第一级期间)，而在所述负dc总线107上产生一负dc电压(在所述备份操作模式的第二级期间)。在至少一实施例中，所述控制器114将所述备用操作模式中的转换器104的操作与耦合至正dc总线106与负dc总线107的逆变器108的操作进行同步。例如，所述控制器114可以使所述备用操作模式的第一级(即，当所述电池112的正极端113耦合到所述电感器210，并且所述转换器操作以在所述正dc总线106上产生一正dc电压时)与由所述逆变器108提供给所述输出端110的输出波形的一正半周期进行同步。所述控制器114可以进一步将所述备用操作模式的第二级(即，当所述电池112的负极端113耦合到所述电感器210，并且所述转换器操作以在所述负dc总线106上生成一负dc电压时)与由所述逆变器108提供给所述输出端110的输出波形的一负半周期进行同步。
如上所述，所述控制器114被配置成用以监视和控制所述ups100的操作。使用存储在相关联的存储器中的数据，所述控制器114可操作为执行一个或以上的指令，这可能导致对一个或以上的开关的导电性状态的操纵。在一些范例中，所述控制器114可以包括一个或多个处理器或其他类型的控制器。所述控制器114可在一处理器上执行本文所讨论的功能的一部分，并且使用为了执行特定操作而定制的一专用集成电路(asic)来执行另一部分。根据本发明的示例可以使用硬件及软件的许多特定组合来执行本文描述的操作，并且本发明不限于硬件及软件组件的任何特定组合。
如上所述，所述pfc转换器104用于单相ups100中。但是，在其他实施例中，所述pfc转换器104可以与具有正dc总线和负dc总线的任何其他类型的单相在线ups一起使用。例如，在一实施例中，所述pfc转换器104用在具有120v(标称(nominal))电池的120v(rms值)ups系统中。在这样的系统中，所述dc总线上的dc电压电平被调节为大约200v。在另一实施例中，所述pfc转换器104用在具有192v(标称)电池的230v(rms值)ups系统中。在这样的系统中，所述dc总线上的dc电压电平被调节为大约400v。
在至少一实施例中，所述转换器还可以用于具有三相输入端的更高电力的ups中。例如，图5是在三相ups中使用的转换器500的示意图。
如图5所示，所述转换器500包括：多个输入端502a至502c(例如，每个配置成用以耦合至一三相电力来源(a相、b相及c相)中的一个相)、一电池电路504(例如，如图2所示的电池电路208)、以及一维也纳整流器(viennarectifier)。输入开关503a至503c配置成用以选择性地将所述维也纳整流器506耦合到相应的输入端502a至502c或所述电池电路504。在至少一实施例中，所述维也纳整流器506包括碳化硅(sic)二极管508和mosfet510。然而，在其他实施例中，所述维也纳整流器506被不同的进行配置。
如图5所示的转换器500是以与以上参照图2至图4所描述的转换器103基本相同的方式操作，除了它从所有的三相输入端生成调节后的dc输出端，而不是从单一相输入端生成之外。
如上所述，在所述备用操作模式(即，所述电池开启操作模式)期间，所述pfc转换器可以在ups中重新使用，以将来自所述电池112的dc电力转换为调节后的dc电力。上述的转换器能以较低的损耗/较高的效率运行。
根据至少一实施例，由于所述第五开关(q5)226至所述第八开关(q8)232是以线路频率操作并且仅切换所述电池电压，因此较低电压的开关(例如，较低电压的mosfet)可以用作所述第五开关(q5)226至所述第八开关(q8)232。在一个实施例中，所述第一开关(q1)212至所述第八开关(q8)232是ganfet及/或金属氧化物半导体场效应晶体管；然而，在其他实施例中，可以使用不同类型的开关或晶体管。
在一实施例中，所述第三开关(q3)216和所述第四开关(q4)218是开关或晶体管。然而，在至少一实施例中，所述第三开关(q3)216和所述第四开关(q4)218可以由二极管代替。
如上所述，所述电池电路208通过ac开关(例如，如图2所示)耦合到双dc总线pfc级。然而，在其他实施例中，所述电池电路208可以耦合到不同类型的pfc级。
根据一实施例，在开关故障的情况下，所述电池电路(例如，图2所示)包括与所述第五开关(q5)226至所述第八开关(q8)232串联的熔断器。
据此，已经描述了本发明的至少一个实施例的几个方面，应当理解的是，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改及改进。这些改变、修改及改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的精神及范围内。因此，前面的描述和附图仅是示例性的。
1.一种不间断电源(ups)，其特征在于，所述ups包括：
一输入端，配置成用以耦合到一ac电力来源及配置成用以接收输入ac电力；
一输出端，配置成用以向一负载提供输出电力；
一电池电路，配置成用以耦合到一dc电源及配置成用以接收备用dc电力；
一功率因素校正(pfc)级，包含一接口；
一输入开关，配置成用以在一在线操作模式下选择性地将所述pfc级的所述接口耦合到所述输入端，以及在一备用操作模式下选择性地耦合到所述电池电路；
一正dc总线，耦合到所述pfc级；
一负dc总线，耦合到所述pfc级；及
一控制器，耦合到所述电池电路及所述pfc级，所述控制器配置成用以：在所述在线操作模式下操作所述pfc级，以将源自所述输入ac电力的dc电力提供给所述正dc总线和所述负dc总线；在所述备用操作模式下操作所述pfc级，以将源自所述备用dc电力的dc电力提供给所述正dc总线和所述负dc总线；在所述备用操作模式的一第一级中操作所述电池电路，以将所述dc电源的一正极端耦合到所述pfc级的所述接口；及在所述备用操作模式的一第二级中操作所述电池电路，以将所述dc电源的一负极端耦合到所述pfc级的所述接口。
2.如权利要求1所述的ups，其特征在于：所述ups还包括一中性线，其中所述电池电路包括：
一第一开关，配置成用以耦合在所述输入开关和所述dc电源的所述负极端之间；
一第二开关，配置成用以耦合在所述dc电源的所述负极端与所述中性线之间；
一第三开关，配置成用以耦合在所述输入开关和所述dc电源的所述正极端之间；及
一第四开关，配置成用以耦合在所述dc电源的所述正极端和所述中性线之间。
3.如权利要求2所述的ups，其特征在于：在操作所述电池电路以耦合所述正极端到所述pfc级的所述接口时，所述控制器还配置成用以操作所述第三开关以通过所述输入开关将所述正极端耦合到所述pfc级的所述接口，以及配置成用以操作所述第二开关以将所述负极端耦合到所述中性线。
4.如权利要求2所述的ups，其特征在于：在操作所述电池电路以将所述dc电源的所述负极端耦合至所述pfc级的所述接口时，所述控制器还配置成用以操作所述第一开关以通过所述输入开关以将所述负极端耦合到所述pfc级的所述接口，以及配置成用以操作所述第四开关以将所述正极端耦合到所述中性线。
5.如权利要求4所述的ups，其特征在于：所述pfc级包括：
一电感器，耦合到所述接口；
多个开关，耦合到所述电感器；
一第一总线电容器，耦合到所述正dc总线；及
一第二总线电容器，耦合到所述负dc总线。
6.如权利要求5所述的ups，其特征在于：在操作所述pfc级以将源自所述备用dc电力的dc电力提供给所述正dc总线和所述负dc总线时，所述控制器还配置成用以在所述备用操作模式的所述第一级中操作所述多个开关，以在所述正dc总线上产生一正dc电压。
7.如权利要求6所述的ups，其特征在于：在操作所述pfc级以将源自所述备用dc电力的dc电力提供给所述正dc总线和所述负dc总线时，所述控制器还配置成用以在所述备用操作模式的所述第二级中操作所述多个开关，以在所述负dc总线上产生一负dc电压。
8.如权利要求7所述的ups，其特征在于：所述多个开关包括：
一第五开关，耦合到所述电感器；
一第六开关，耦合在所述第五开关和所述中性线之间；
一第七开关，耦合在所述电感器和所述正dc总线之间；及
一第八开关，耦合在所述电感器和所述负dc总线之间。
9.如权利要求8所述的ups，其特征在于：在所述备用操作模式的所述第一级中操作所述多个开关以在所述正dc总线上产生所述正dc电压时，所述控制器还配置成用以操作所述第五开关、所述第六开关和所述第七开关作为一升压转换器以产生所述正dc电压。
10.如权利要求9所述的ups，其特征在于：在所述备用操作模式的所述第二级中操作所述多个开关以在所述负dc总线上产生所述负dc电压时，所述控制器还配置成用以操作所述第五开关、所述第六开关和所述第七开关作为所述升压转换器以产生所述负dc电压。
11.如权利要求7所述的ups，其特征在于：所述ups还包括一逆变器，所述逆变器耦合在所述dc总线和所述输出端之间，以及配置成用以提供源自所述输入ac电力和所述备用dc电力中的至少一个的一输出ac电压波形，
其中，所述控制器还配置成用以将在所述正dc总线上产生的所述正dc电压与所述输出ac电压波形的一正半周期进行同步；及
其中，所述控制器还配置成用以将在所述负dc总线上产生的所述负dc电压与所述输出ac电压波形的一负半周期进行同步。
12.如权利要求1所述的ups，其特征在于：所述pfc级包括一维也纳整流器。
13.一种用于操作ups的方法，所述ups包括：一输入端，配置成用以耦合到一ac电力来源；一输出端，配置成用以向一负载提供输出电力；一电池电路；一pfc级；一正dc总线；及一负dc总线，其特征在于，所述方法包括步骤：
从所述ac电力来源的所述输入端接收输入ac电力；
从一dc电力来源接收所述电池电路处的备用dc电力；
响应于确定所述输入ac电力大于一输入电力阈值，以一在线操作模式操作所述ups；
响应于确定所述输入ac电力小于所述输入电力阈值，以一备用操作模式操作所述ups；
在所述在线操作模式下，选择性地将所述输入端耦合到所述pfc级的一接口；
在所述备用操作模式下，选择性地将所述电池电路耦合到所述pfc级的所述接口；
在使用所述pfc级的所述在线操作模式下，将所述输入ac电力转换为提供给所述正dc总线及所述负dc总线的dc电力；
在使用具有pfc级的所述备用操作模式下，将所述备用dc电力转换成提供给所述正dc总线及所述负dc总线的所述dc电力；
在所述备用操作模式的一第一级中，利用所述电池电路将所述dc电力来源的一正极端耦合到所述pfc级的所述接口；及
在所述备用操作模式的一第二级中，利用所述电池电路将所述dc电力来源的一负极端耦合到所述pfc级的所述接口。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：在所述第一级中将所述dc电力来源的所述正极端耦合到所述pfc级的所述接口包括：
操作一第一开关，以将所述正极端耦合到所述pfc级的所述接口；及
操作一第二开关，以将所述负极端子耦合到一中性线。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：在所述第二级中将所述dc电力来源的所述正极端耦合到所述pfc级的所述接口包括：
操作一第三开关，以将所述负极端耦合到所述pfc级的所述接口；及
操作一第四开关，以将所述正极端耦合到所述中性线。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：在使用所述pfc级的所述备用操作模式中，将所述备用dc电力转换成提供给所述正dc总线和所述负dc总线的所述dc电源，包括：
在所述备用操作模式的所述第一级的期间，在所述正dc总线上产生一正dc电压；及
在所述备用操作模式的所述第一级的期间，在所述负dc总线上产生一负dc电压。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于：在所述正dc总线上产生所述正dc电压包括：将所述pfc级中的多个开关操作为一升压转换器，以产生所述正dc电压。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：在所述负dc总线上产生所述负dc电压包括：将所述pfc级中的所述多个开关操作为所述升压转换器，以产生所述负dc电压。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于：所述ups还包括一逆变器，所述逆变器配置成用以提供源自所述输入ac电力和所述备用dc电力中的至少一个的一输出ac电压波形，以及其中所述方法还包括：
将在所述正dc总线上产生的所述正dc电压与所述输出ac电压波形的一正半周期进行同步；及
将在所述负dc总线上产生的所述负dc电压与所述输出ac电压波形的一负半周期进行同步。
20.一种不间断电源(ups)，其特征在于，所述ups包括：
一输入端，配置成用以耦合到一ac电力来源及配置成用以接收输入ac电力；
一输出端，配置成用以向一负载提供输出电力；
一正dc总线；
一负dc总线；
一pfc级，耦合到所述正dc总线和所述负dc总线，以及配置成用以将所述输入ac电力转换为提供给所述正dc总线和所述负dc总线的调节后的dc电力；及
多个装置，用于选择性地将所述pfc级耦合到所述输入端和一dc电源中的一个，并且用于操作所述pfc级以将来自所述电池的备用dc电力转换成提供给所述正dc总线和所述负dc总线的所述调节后的dc电力。
技术总结