專利名稱：具有dc母線預充電電路的電力變換設備及其運行方法
技術領域：
本發明涉及電力變換設備和方法，具體涉及包含DC母線的電力變換設備及其運行方法。
背景技術：
不間斷電源(UPS)和相關的電力變換設備通常包含整流器或用于在DC輸出端或連接上產生DC電壓的其他電路。例如，許多UPS采用包含輸入整流器電路的構造，該電路接收來自AC電源(例如AC公用電力線)的AC電壓、在包含一個或一個以上的母線(或“軌(rails)”)的DC連接上產生正負DC電壓。該DC電壓可用于直接對負載(例如電信設備)供電，或者可通過逆變器變換為AC。在許多的這類UPS中，在AC電源停電和/或品質下降的情況下，備用DC電源——例如通過電池變換器電路耦合到母線的電池——在母線上產生DC電壓。
典型的UPS包含耦合到DC連接的、一個或一個以上的存儲電容器。某些在線式UPS采用升壓整流器，其使得DC連接上的DC電壓能被升壓到大于AC輸入峰值電壓的等級。然而，與大的存儲電容結合采用這種升壓整流器潛在的問題是當整流器耦合到AC電源的時候可能產生大到不希望產生的浪涌電流。具體而言，在升壓模式的變換器中，DC連接存儲電容器可在最初作為通過升壓變換器到公用電網的短路負載。
預充電系統可用于在閉合公用電網斷開裝置之前將DC母線預充電到接近公用電網峰值電壓的電壓，或者，優選為預充電到高于公用電網峰值電壓的電壓。常用的方法包括采用功率電阻器，該電阻器耦合到具有或不具有串聯控制裝置——例如繼電器——的DC連接，以便由AC電源對DC母線進行預充電。然而，傳統的預充電技術可能具有長的和/或難以標度的預充電時間，或者相反，可能需要采用笨重、昂貴、組裝起來不經濟的元件。
發明內容
在本發明的某些實施例中，電力變換設備——例如UPS——包含DC連接，該DC連接包含第一與第二DC母線以及基準母線。該設備還包含DC發生器電路；該電路耦合到DC連接，并且適用于在第一與第二DC母線中相應的各個上相對于基準母線產生第一與第二DC電壓。該設備還包含預充電電路；該電路耦合到DC連接，并且適用于對第一DC母線與基準母線之間的第一電容進行充電、并從被充電的第一電容向第二DC母線與基準母線之間的第二電容轉移電荷。DC發生器電路可適用于在預充電電路對第一與第二DC母線預充電后開始在第一與第二DC母線上產生第一與第二DC電壓。
在本發明的某些實施例中，預充電電路包含預充電變換器電路以及平衡器電路。預充電變換器電路例如為降壓變換器電路，其適用于由AC電源和/或DC電源對第一電容進行充電。平衡器電路適用于在第一與第二電容之間轉移電荷。平衡器電路可適用于有選擇地將第一與第二DC母線經由電感器耦合到基準母線。
在進一步的實施例中，DC發生器電路和平衡器電路包含公共的半橋電路。在某些實施例中，該公共半橋電路可被配置，以便在第一運行模式下作為整流器電路運行，在第二運行模式下作為平衡器電路運行。
根據本發明進一步的實施形態，預充電電路適用于對第一電容進行充電，以便將第一DC母線與基準母線之間的電壓增大到第一電壓，并在第一DC母線與基準母線之間的電壓達到第一電壓后開始向第二電容的電荷轉移。預充電電路可進一步適用于在第二DC母線和基準母線之間的電壓達到第二電壓后終止向第二電容的電荷轉移。DC發生器電路可適用于由AC電源在第一與第二DC母線上產生第一與第二DC電壓，且第二電壓可大于AC電源的峰值電壓。預充電電路可進一步適用于開始從被充電的第二電容向第一電容的電荷轉移，以便進一步升高第一DC母線與基準母線之間的電壓。
在附加實施例中，電力變換設備包含DC連接、升壓變換器電路以及預充電電路。DC連接包含第一與第二DC母線以及基準母線。升壓變換器電路耦合到DC連接，并且適用于由AC電源和/或DC電源在第一與第二DC母線中相應的各個上相對于基準母線產生第一與第二DC電壓。預充電電路耦合到DC連接，并且適用于對第一DC母線與基準母線之間的第一電容進行充電，以及從被充電的第一電容向第二DC母線與基準母線之間的第二電容轉移電荷。升壓變換器電路可適用于在預充電電路對第一與第二DC母線預充電后開始在第一與第二DC母線上產生第一與第二DC電壓。預充電電路可包含降壓變換器電路和平衡器電路，降壓變換器電路適用于對第一電容進行充電，平衡器電路適用于在第一與第二電容之間轉移電荷。升壓變換器電路與平衡器電路可包含公共的半橋電路，該半橋電路可被配置，以便在第一運行模式下作為升壓整流器電路運行、在第二運行模式下作為平衡器電路運行。
在本發明進一步的實施例中，UPS包含DC連接，該DC連接包含第一與第二DC母線以及基準母線。UPS還包含DC發生器電路，該DC發生器電路耦合到DC連接、并適用于由第一電源和第二電源中的任意一個或者二者在第一與第二DC母線中相應的各個上相對于基準母線產生第一與第二DC電壓。預充電電路耦合到DC連接，并且適用于對第一DC母線與基準母線之間的第一電容進行充電，以及從被充電的第一電容向第二DC母線與基準母線之間的第二電容轉移電荷。
根據本發明的某些方法實施例，電力變換器包含DC連接和DC發生器電路。DC連接包含第一與第二DC母線以及基準母線。DC發生器電路耦合到DC連接，并且適用于在第一與第二DC母線中相應的各個上相對于基準母線產生第一與第二DC電壓。該電力變換器通過以下方式運行對第一DC母線與基準母線之間的第一電容進行充電、從被充電的第一電容向第二DC母線與基準母線之間的第二電容轉移電荷以便對第二電容進行充電、并接著采用DC發生器電路在第一與第二DC母線上產生第一與第二DC電壓。可采用耦合到AC電源和/或DC電源的降壓變換器電路對第一電容進行充電。可采用平衡器電路在第一與第二電容之間轉移電荷。
圖1為根據本發明某些實施例的電力變換設備的原理圖；圖2根據本發明進一步的實施例的電力變換設備的原理圖；圖3-5為波形圖，其示出了根據本發明不同的實施例、對于圖2中的電力變換設備的典型DC母線預充電運行。
具體實施例方式
下面將參照附圖介紹本發明的具體典型實施例。然而，本發明可以用許多不同的形式實現，且不應被認為限制在這里所述的實施例；相反，提供這些實施例使得本公開徹底、完善，并向本領域技術人員充分傳達本發明的范圍。在附圖中，相同的標號表示同樣的元件。可以明了，當元件被稱為“連接”或“耦合”到另一元件時，其可以直接連接到或耦合到另一元件，或者，可存在中間元件。
圖1-5為原理圖和波形圖，其示出了根據本發明不同實施例的典型設備和方法。圖中的項目及其組合可采用一個或一個以上電子電路實現，例如采用功率電子電路——諸如由微處理器或微控制器等處理器控制的半橋電路及其驅動電路。可以明了，通常，附圖中所描述的運行及其組合可在一個或一個以上電子電路中實現，例如在一個或一個以上分立電子元件、一個或一個以上集成電路(IC)、一個或一個以上專用集成電路(ASIC)以及專用電路模塊中實現，也可通過計算機程序指令實現，這些指令由計算機或例如微處理器或數字信號處理器(DSP)等其他數據處理裝置執行以便產生某種機構，使得在計算機或其他可編程數據處理裝置上執行的指令建立電子電路或實現規定操作的其他裝置。計算機程序指令還可在一個或一個以上的計算機或其他數據處理裝置上執行，以便使計算機或其他可編程裝置執行的一系列動作產生可用計算機實現的過程，該過程包含規定操作。因此，框圖支持電子電路和執行規定操作以及起執行規定操作的作用的其他裝置。可以明了，方框可表示電路的功能分組，且即使示出的是分立的功能方框，同樣的電路可用于實現分立方框的功能。
圖1示出了根據本發明某些實施例的電力變換設備100。例如，設備100可被安裝到AC或DC不間斷電源(UPS)。設備100包含以升壓整流器/平衡器電路110形式的DC發生器電路。升壓整流器/平衡器電路110具有輸入端——該輸入端被配置為經由AC輸入開關150耦合到AC電源10——以及輸出端——該輸出端耦合到DC連接140。DC連接140包含第一與第二DC母線140a與140b以及中性(基準)母線140c。設備100還包含預充電電路120，其在這里示為包含整流器/平衡器電路110和預充電變換器電路130。整流器/平衡器電路110和預充電變換器電路130被配置為一起對第一與第二DC母線140a與140b進行預充電，具體地說、對耦合在第一與第二DC母線140a與140b中相應的各個與中性母線140c之間的第一與第二電容170a與170b(即裝在設備100中的存儲電容器和/或連接到DC連接140的電容性負載)進行預充電。控制電路160對一個或一個以上的控制輸入161做出響應地對整流器/平衡器電路110和預充電電路120進行控制。控制輸入161可包含設備100的運行變量和/或運行指令，運行變量例如為AC和/或DC電壓和/或電流，運行指令例如為用于將設備100投入各種運行模式的指令。可以明了，控制電路160可采用模擬電路、數字電路(例如微處理器或微控制器)及其組合實現。
整流器/平衡器電路110包含電感器112、第一與第二開關(例如絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)或其他半導體開關裝置)114a與114b以及第三開關116。第一與第二開關114a與114b以半橋構造連接，第三開關116適用于將電感器112耦合到中性母線140c。當在“正常”模式下運行時，控制電路160可使升壓整流器/平衡器電路110充當整流器，也就是說，通過閉合開關150并操作開關114a與114b、以便在第一與第二DC母線140a與140b中相應的各個上相對于中性母線140c產生正負電壓，可從AC電源10對DC連接140進行供電。
在預充電運行模式下，控制電路160使預充電變換器電路130對第一電容170a進行充電，并使整流器/平衡器電路110充當在第一與第二電容170a與170b之間轉移電荷的平衡器電路。具體而言，預充電變換器電路130可由AC電源10和/或DC電源20對第一電容170a進行充電。例如，DC電源20可以為還用于向DC連接140提供備用或輔助電源的電池(或電池與電池變換器電路的組合)。通過閉合開關116(而AC輸入開關150為開路)并有選擇地操作開關114a與114b、以便使電荷在第一與第二電容170a與170b之間被轉移，控制電路160可將整流器/平衡器電路110作為平衡器電路運行。在授予Johnson的美國專利6,314,007中，以及在2002年3月25日提交的、Johnson正在申請中的美國專利申請10/106,943中，描述了在電力變換器中通過這種電荷轉移將平衡器電路用于控制DC母線相對電壓的典型應用，其公開整體并入本文作為參考。
圖1所示的電路實施方式在例如UPS等某些變換器應用中尤其有益。具體而言，通過采用例如輸入整流器等主電路元件進行部分DC母線預充電運行——例如在DC母線之間轉移電荷，如圖1所示的構造可提供電路的高效利用。例如，這可以避免對向正負DC母線提供分立的預充電電路的需要。另外，如下面參照圖3所詳細討論的那樣，本發明的實施例可利用輸入整流器的升壓能力將DC母線預充電到接近所希望的運行等級。
可以明了，圖1提供的實施方式是示范性的，其他的電路構造屬于本發明的范圍。例如，盡管圖1示出了如上所述采用公共半橋電路進行DC發生(例如整流)以及電荷轉移的整流器/平衡器電路110，本發明還可采用例如分立的整流器與平衡器電路實現。例如，可為上述平衡器運行提供分立的半橋電路。可以進一步明了的是，圖1所示的電路可以用互補的方式實現，例如，采用對第二電容170b進行充電的預充電變換器電路，并對平衡器電路進行操作、使得電荷從第二電容170b被轉移到第一電容170a。盡管圖1示出了對于AC單相的實施方式，本發明適用于多相電力變換器設備，例如三相UPS。還可以明了的是，本發明可用在多種不同類型的電力變換設備中，包括但不限于DC電源和UPS。
圖2示出了根據本發明進一步的實施例的電力變換設備，特別地為UPS 200。UPS 200包括第一與第二DC母線140a與140b、中性母線140c、整流器/平衡器電路110、DC連接電容170a與170b、逆變器210。整流器/平衡器電路110被配置為通過AC輸入開關150耦合到AC電源10。逆變器210由第一與第二DC母線140a與140b上的DC電壓相對于中性母線140c產生AC輸出211。UPS 200還包含以預充電降壓變換器電路130′形式的預充電變換器電路，預充電降壓變換器電路130′包含輸入電流中斷開關(例如晶體管)132′、電感器136′和二極管134′。預充電降壓變換器電路130′通過二極管191耦合到AC電源10，通過二極管192耦合到DC電源(電池)20′，并能由AC電源10或DC電源20′對DC母線140a與140b進行預充電。DC電源20′還可耦合到電池變換器，例如升壓變換器電路180，采用DC輸入開關190提供UPS 200的電池供電運行。控制電路160′對一個或一個以上的控制輸入161′做出響應地對預充電降壓變換器電路130′、整流器/平衡器電路110、電池變換器電路180以及AC與DC輸入開關150與190進行控制。
圖3示出了從AC電源10對UPS 200的DC母線140a與140b進行預充電的典型運行。在時刻T0之前，控制電路160′將整流器/平衡器電路110配置為平衡器電路(即AC輸入開關150斷開)。控制電路160′對開通命令的接收做出響應地使預充電降壓變換器電路130′在時刻T0開始由AC電源10對第一電容170a進行充電，這使得第一DC母線140a上的電壓330a增大。在接下來的時刻T1，控制電路160′使整流器/平衡器電路110開始向第二電容170b轉移電荷，同時，預充電降壓變換器電路130′繼續對第一電容170a進行充電，由此驅使第二DC母線140b上的電壓330b更負(即負向升壓)。這一電荷轉移階段(charge transfer phase)開始時的合適的DC等級可由該單元的相構造決定。例如，對于圖2所示的單相公用電網輸入，由于預充電降壓變換器電路130′運行在降壓模式、且因此通常需要高于其輸出電壓的輸入電壓，在AC電源峰值電壓的大約一半處開始電荷轉移將會是有利的。第二電容170b的充電速率通常取決于平衡器電路110的占空比。
在時刻T2，第二DC母線140b達到某個值，該值大于第二DC母線140b的、所希望的大小或目標大小310b，且整流器/平衡器電路110的平衡器運行終止。預充電降壓變換器電路130′繼續對第一DC母線140a進行充電，直到它在時刻T3達到預定等級(其可為預充電降壓變換器電路130′能夠獲得的最大值)，在該時刻，預充電降壓變換器電路130′可被關斷。假設電容170b足夠大并且泄漏可忽略，第二DC母線140b上的電壓保持相對不變。在時刻T4，恢復整流器/平衡器電路110的平衡器運行，這導致從第二電容170b向第一電容170a的電荷轉移，由此將第一DC母線140a上的電壓330a升高到高于AC輸入的峰值電壓340(并更加接近所希望的等級310a)，并降低第二DC母線140a上的電壓330b的大小、使其與所希望的等級310b相比負得略少(slightly less negative)。在時刻T5，終止平衡器運行。接下來，在時刻T6，控制電路160′閉合AC輸入開關150，并開始將整流器/平衡器電路110運行為整流器，這將第一與第二DC母線140a與140b上的電壓330a與330b在時刻T7引入所希望的等級。由于第一與第二DC母線140a與140b上的電壓330a與330b在閉合AC輸入開關150之前已經被逐漸預充電到接近所希望的工作等級310a與330b，浪涌電流和/或開關150兩端的電壓可被限制在能接受的等級。
圖4示出了當由電池20′所提供電壓的大小大于或等于第一與第二DC母線140a與140b相對于中性母線140c的、所希望的電壓等級310a與330b的大小時，采用了DC電源20的UPS 200的典型預充電運行。在時刻T0之前，控制電路160′使整流器/平衡器電路110將第二DC母線140b聯系到中性母線140c(AC輸入開關150和DC輸入開關190均斷開)。在時刻T0，控制電路160′使預充電降壓變換器電路130′開始由電池20′對第一電容170a進行充電，由此使第一DC母線140a上的電壓330a增大。在時刻T1，控制電路160′使整流器/平衡器電路110開始平衡器運行，向第二電容170b轉移電荷，并使第二DC母線140b上的電壓330b變得越來越負。例如，平衡器運行開始的等級可作為電池電壓/總DC連接比的函數而變化。在時刻T2，第一與第二母線上的電壓330a與330b達到與所希望的運行等級310a與310b的接近程度能夠接受的等級。在接下來的時刻T3，控制電路可在低的浪涌電流和/或開關190兩端的電壓較低的情況下閉合DC輸入開關190，并采用電池升壓變換器電路180和整流器/平衡器電路110保持來自電池20′的、DC母線140a與140b上的電壓。或者，如果可獲得能夠接受的AC電力，控制電路160′可閉合AC輸入開關150，將AC電源10耦合到整流器/平衡器電路110，并開始在能夠接受的低浪涌電流和/或開關150兩端的電壓較低的情況下由AC電源10驅動DC母線140a與140b。
圖5示出了當由電池20′所提供電壓的大小小于對第一與第二DC母線140a與140b所希望的等級310a與310b的大小時，采用電池20′的UPS 200的典型預充電運行。在時刻T0之前，控制電路160′使整流器/平衡器電路110將第二DC母線140b聯系到中性母線140c(仍在AC與DC輸入開關150、190斷開的情況下)。在時刻T0，控制電路160′使預充電降壓變換器電路130′開始對第一電容170a進行充電，由此使得第一DC母線140a上的電壓330a增大，直到在時刻T1、該電壓基本等于電池20′的電壓。此時，電池20′可在沒有過度的浪涌電流的情況下和/或在開關190兩端電壓相對較低的情況下耦合到電池升壓變換器電路180(通過閉合開關190)。在時刻T2，對電池升壓變換器電路180進行操作，使得其進一步將第一DC母線140a充電到所希望的等級310a。在時刻T3，控制電路160′開始對整流器/平衡器電路110進行操作，以便開始將向第二電容170b的電荷轉移，同時，電池升壓變換器電路180保持第一DC母線上310a的、所希望的等級310a。在時刻T5，第二DC母線140b達到其所希望的等級310b。接著，UPS 200可持續采用整流器/平衡器110和電池升壓變換器180以保持第一與第二DC母線140a與140b上的、所希望的DC電壓，或者，UPS200可開始正常的AC供電運行，例如，控制電路160′可使整流器/平衡器電路110開始作為整流器運行，以便由AC電源10維持DC母線140a與140b上的DC電壓。
附圖和說明書中公開了本發明的典型實施例。盡管采用了具體的術語，但它們僅用于一般性和說明性目的，不是出于限制目的；本發明的范圍由所附權利要求書限定。
權利要求
1.一種電力變換設備，該設備包含DC連接，其包含第一與第二DC母線以及基準母線；DC發生器電路，其耦合到所述DC連接，并且適用于在所述第一與第二DC母線中相應的各個上相對于所述基準母線產生第一與第二DC電壓；以及預充電電路，其耦合到所述DC連接，并且適用于對所述第一DC母線與所述基準母線之間的第一電容進行充電、并從被充電的所述第一電容向所述第二DC母線與所述基準母線之間的第二電容轉移電荷。
2.根據權利要求1的設備，其中，所述DC發生器電路適用于在所述預充電電路對所述第一與第二DC母線預充電之后開始在所述第一與第二DC母線上產生所述第一與第二DC電壓。
3.根據權利要求1的設備，其中，所述預充電電路包含預充電變換器電路，其適用于由AC電源和/或DC電源對所述第一電容進行充電；以及平衡器電路，其適用于在所述第一電容與所述第二電容之間轉移電荷。
4.根據權利要求3的設備，其中，所述平衡器電路適用于有選擇地將所述第一與第二DC母線經由電感器耦合到所述基準母線。
5.根據權利要求4的設備，其中，所述平衡器電路包含電感器；以及第一與第二開關，其適用于有選擇地將所述第一與第二DC母線中相應的各個耦合到所述電感器。
6.根據權利要求5的設備，其還包含第三開關，該開關適用于將所述電感器耦合到所述基準母線以及從所述基準母線斷開。
7.根據權利要求3的設備，其中，所述DC發生器電路與所述平衡器電路包含公共的半橋電路。
8.根據權利要求7的設備，其中，所述公共的半橋電路可被配置為在第一運行模式下作為整流器電路運行、在第二運行模式下作為平衡器電路運行。
9.根據權利要求1的設備，其中，所述預充電電路適用于對所述第一電容進行充電，以便將所述第一DC母線與所述基準母線之間的電壓升高到第一電壓，并在所述第一DC母線與所述基準母線之間的所述電壓達到所述第一電壓之后開始向所述第二電容的電荷轉移。
10.根據權利要求9的設備，其中，所述預充電電路進一步適用于在所述第二DC母線與所述基準母線之間的電壓達到第二電壓之后停止向所述第二電容的電荷轉移。
11.根據權利要求10的設備，其中，所述DC發生器電路適用于由AC電源在所述第一與第二DC母線上產生所述第一與第二DC電壓，且其中，所述第二電壓大于所述AC電源的峰值電壓。
12.根據權利要求10的設備，其中，所述預充電電路進一步適用于開始從被充電的所述第二電容向所述第一電容的電荷轉移，以便進一步升高所述第一DC母線與所述基準母線之間的所述電壓。
13.根據權利要求9的設備，其中，所述DC發生器電路適用于在所述預充電電路對所述第一電容與所述第二電容進行預充電之后開始在所述第一與第二DC母線上產生DC電壓。
14.根據權利要求9的設備，其中，所述預充電電路包含降壓變換器電路，其適用于由AC電源和/或DC電源對所述第一電容進行充電；平衡器電路，其適用于在所述第一電容與所述第二電容之間轉移電荷；以及控制電路，其耦合到所述降壓變換器電路和所述平衡器電路，所述控制電路適用于使所述降壓變換器電路對所述第一電容進行充電、以便將所述第一DC母線與所述基準母線之間的所述電壓升高到所述第一電壓，以及在所述第一DC母線與所述基準母線之間的所述電壓達到所述第一電壓之后使所述平衡器電路從被充電的所述第一電容向所述第二電容轉移電荷。
15.根據權利要求1的設備，其中，所述DC發生器電路包含升壓變換器電路。
16.根據權利要求1的設備，其中，所述DC發生器電路適用于由AC電源和/或DC電源在所述第一與第二DC母線上產生所述第一與第二DC電壓。
17.根據權利要求1的設備，其中，所述預充電電路適用于由AC電源和/或DC電源對所述第一電容進行充電。
18.根據權利要求1的設備，其進一步包含耦合在所述第一與第二DC母線中相應的各個與所述基準母線之間的第一與第二存儲電容器，且其中，所述第一與第二電容包含所述第一與第二存儲電容器中相應的各個。
19.一種電力變換設備，其包含DC母線；降壓變換器電路，其耦合到所述DC母線，并適用于對耦合到所述DC母線的電容進行充電；以及升壓變換器電路，其耦合到所述DC母線，并適用于在預充電電路對所述DC母線進行預充電之后開始由AC電源和/或DC電源在所述DC母線上產生DC電壓。
20.一種電力變換設備，其包含DC連接，其包含第一與第二DC母線以及基準母線；升壓變換器電路，其耦合到所述DC連接，并適用于由AC電源和/或DC電源在所述第一與第二DC母線中相應的各個上相對于所述基準母線產生第一與第二DC電壓；以及預充電電路，其耦合到所述DC連接，并適用于對所述第一DC母線與所述基準母線之間的第一電容進行充電，以及從被充電的所述第一電容向所述第二DC母線與所述基準母線之間的第二電容轉移電荷。
21.根據權利要求20的設備，其中，所述升壓變換器電路適用于在所述預充電電路對所述第一與第二DC母線進行預充電之后開始在所述第一與第二DC母線上產生所述第一與第二DC電壓。
22.根據權利要求20的設備，其中，所述預充電電路包含降壓變換器電路，其適用于對所述第一電容進行充電；以及平衡器電路，其適用于在所述第一與第二電容之間轉移電荷。
23.根據權利要求22的設備，其中，所述升壓變換器電路與所述平衡器電路包含公共的半橋電路。
24.根據權利要求23的設備，其中，所述公共的半橋電路可被配置為在第一運行模式下作為升壓整流器電路運行、在第二運行模式下作為平衡器電路運行。
25.一種不間斷電源(UPS)，其包含DC連接，其包含第一與第二DC母線以及基準母線；DC發生器電路，其耦合到所述DC連接，并適用于由第一電源和第二電源中的一個或者二者在所述第一與第二DC母線中相應的各個上相對于所述基準母線產生第一與第二DC電壓；以及預充電電路，其耦合到所述DC連接，并適用于對所述第一DC母線與所述基準母線之間的第一電容進行充電，以及從被充電的所述第一電容向所述第二DC母線與所述基準母線之間的第二電容轉移電荷。
26.根據權利要求25的UPS，其中，所述DC發生器電路適用于在所述預充電電路對所述第一與第二DC母線預充電之后開始在所述第一與第二DC母線上產生所述第一與第二DC電壓。
27.根據權利要求25的UPS，其中，所述預充電電路包含預充電變換器電路，其適用于由AC電源和/或DC電源對所述第一電容進行充電；以及平衡器電路，其適用于在所述第一與第二電容之間轉移電荷。
28.根據權利要求27的UPS，其中，所述DC發生器電路包含升壓變換器電路，且其中，所述預充電變換器電路包含降壓變換器電路。
29.根據權利要求27的UPS，其中，所述DC發生器電路以及所述平衡器電路包含公共的半橋電路。
30.根據權利要求29的UPS，其中，所述公共的半橋電路可被配置為在第一運行模式下作為整流器電路運行、在第二運行模式下作為平衡器電路運行。
31.根據權利要求25的UPS，其中，預充電電路適用于對所述第一電容進行充電、以便將所述第一DC母線與所述基準母線之間的電壓升高到第一電壓，并在所述第一DC母線與所述基準母線之間的所述電壓達到所述第一電壓之后開始向所述第二電容的電荷轉移。
32.根據權利要求31的UPS，其中，所述預充電電路進一步適用于在所述第二DC母線與所述基準母線之間的電壓達到第二電壓之后停止向所述第二電容的電荷轉移。
33.根據權利要求32的UPS，其中，所述DC發生器電路適用于由AC電源在所述第一與第二DC母線上產生所述第一與第二DC電壓，且其中，所述第二電壓大于所述AC電源的峰值電壓。
34.根據權利要求32的UPS，其中，所述預充電電路進一步適用于開始從被充電的所述第二電容向所述第一電容的電荷轉移，以便進一步升高所述第一DC母線與所述基準母線之間的所述電壓。
35.根據權利要求25的UPS，其中，所述預充電電路適用于由所述第一電源和/或所述第二電源對所述第一電容進行充電。
36.根據權利要求25的UPS，其中，所述第一電源包含AC電源，且其中，所述第二電源包含DC電源。
37.根據權利要求36的UPS，其中，所述DC電源包含電池。
38.根據權利要求25的UPS，其還包含耦合在所述第一與第二DC母線中相應的各個與所述基準母線之間的第一與第二存儲電容器，且其中，所述第一與第二電容包含所述第一與第二存儲電容器中相應的各個。
39.根據權利要求25的UPS，其還包含DC/AC變換器電路，該電路耦合到所述DC連接、并適用于由所述第一與第二DC電壓產生AC電壓。
40.一種運行電力變換器的方法，該電力變換器包含DC連接以及DC發生器電路，所述DC連接包含第一與第二DC母線以及基準母線，所述DC發生器電路耦合到所述DC連接、適用于在所述第一與第二DC母線中相應的各個上相對于所述基準母線產生第一與第二DC電壓；所述方法包含對所述第一DC母線與所述基準母線之間的第一電容進行充電；從被充電的所述第一電容向所述第二DC母線與所述基準母線之間的第二電容轉移電荷，以便對所述第二電容進行充電；接著采用所述DC發生器電路在所述第一與第二DC母線上產生所述第一與第二DC電壓。
41.根據權利要求40的方法其中，對第一電容進行充電包含采用耦合到AC電源和/或DC電源的降壓變換器電路對所述第一電容進行充電；且其中，轉移電荷包含采用平衡器電路轉移電荷。
42.根據權利要求41的方法，其中，所述DC發生器電路以及所述平衡器電路包含公共的半橋電路。
43.根據權利要求42的方法其中，采用平衡器電路從被充電的所述第一電容向所述第二電容轉移電荷包含將所述公共的半橋電路用作平衡器電路、從被充電的所述第一電容轉移電荷；且其中，采用所述DC發生器電路在所述第一與第二DC母線上產生所述第一與第二DC電壓包含將所述公共的半橋電路用作整流器電路、在所述第一與第二DC母線上產生所述第一與第二DC電壓。
44.根據權利要求40的方法其中，對所述第一電容進行充電包含對所述第一電容進行充電、以便將所述第一DC母線與所述基準母線之間的電壓升高到第一電壓；且其中，從被充電的所述第一電容向所述第二DC母線與所述基準母線之間的第二電容轉移電荷以便對所述第二電容進行充電包含在所述第一DC母線與所述基準母線之間的所述電壓達到所述第一電壓之后開始從被充電的所述第一電容向所述第二電容的電荷轉移。
45.根據權利要求44的方法，其進一步包含在所述第二DC母線與所述基準母線之間的電壓達到第二電壓之后停止從所述第一電容向所述第二電容的電荷轉移。
46.根據權利要求45的方法，其中，采用所述DC發生器電路在所述第一與第二DC母線上產生所述第一與第二DC電壓包含從AC電源在所述第一與第二DC母線上產生所述第一與第二DC電壓，且其中，所述第二電壓大于所述AC電源的峰值電壓。
47.根據權利要求46的方法，其中，在用所述DC發生器電路在所述第一與第二DC母線上產生所述第一與第二DC電壓之前，從被充電的所述第二電容向所述第一電容轉移電荷、以便進一步升高所述第一DC母線與所述基準母線之間的所述電壓。
全文摘要
一種例如UPS的電力變換設備，其包含DC連接和DC發生器電路(110)。DC連接包含第一與第二DC母線(140A，140B)以及基準母線(140C)。DC發生器電路(110)耦合到DC連接，并適用于相對于基準母線在第一與第二DC母線中相應的各個上產生第一與第二DC電壓。該設備還包含預充電電路(120)。預充電電路(120)耦合到DC連接，并適用于對第一DC母線與基準母線之間的第一電容進行充電、以及將電荷從被充電的第一電容轉移到第二DC母線與基準母線之間的第二電容。DC發生器電路可適用于在預充電電路對第一與第二DC母線預充電后開始在第一與第二DC母線上產生第一與第二DC電壓。本發明還討論了相關的運行方法。
文檔編號H02J9/06GK1934774SQ200580009143
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月11日 優先權日2004年3月24日
發明者E·帕泰羅 申請人:伊頓動力品質公司