具有逆變器、充電器和有源濾波器的不間斷電源的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]不間斷電源(uninterruptible power supply)是當電源可能發生故障時向負載提供電力的電氣設備。不間斷電源用于使數據中心、計算機和/或服務器的損失最小。
【附圖說明】
[0002]在附圖中，類似的附圖標記指代類似的組件或框。下面的【具體實施方式】參照這些附圖，其中:
[0003]圖1是一種示例性不間斷電源的框圖，該不間斷電源包括用于接收輸入功率并向負載輸送輸出功率的集成電路和電池，該集成電路還包括充電器、逆變器和有源濾波器；
[0004]圖2A是用于不間斷電源的示例性三相電力線的圖，其中該不間斷電源包括用于接收輸入功率并向負載輸送輸出功率的控制器、電池和集成電路；
[0005]圖2B是通過開關耦合到電池的集成電路的示例性結構的圖；
[0006]圖2C是示出了各種條件事件的示例性數據表，在各種條件事件中，控制器針對指定的門限來對輸出功率進行監測；
[0007]圖3是用于由充電器接收輸入功率、由逆變器輸送輸出功率、以及由有源濾波器補償與輸入功率相對應的功率因數的示例性方法的流程圖；
[0008]圖4是用于由充電器接收輸入功率、由逆變器輸送輸出功率、由有源濾波器補償與輸入功率相對應的功率因數、以及對輸出功率進行檢測以判斷輸出功率是高于還是低于門限的示例性方法的流程圖；
[0009]圖5是用于同時地操作以下各項中的至少兩項的示例性方法的流程圖:充電器、逆變器和有源濾波器；以及
[0010]圖6是一種具有處理器的示例性計算設備的框圖，該處理器用于執行機器可讀存儲介質中的指令以用于:由充電器接收輸入功率、由逆變器輸送輸出功率、以及由有源濾波器補償功率因數。
【具體實施方式】
[0011]電源系統內的不間斷電源通過向負載供應能量，來提供保護使輸入功率免受中斷。可以使用具有各種功能的不間斷電源(UPS);但是，UPS可以包括對這些功能的單獨轉換。這些功能可以包括但不應當限于:有源濾波器、充電器和/或逆變器。這些組件是彼此之間單獨存在的，從而產生彼此之間的不相容性(mutual exclusiveness)。例如，充電器可以在電池需要充電時進行工作，但在該充電時間期間，由于電源可能不能夠支持負載，因此逆變器和有源濾波器可能不能進行操作。因此，UPS在給定的時間可能不能操作一個以上的給定功能。此外，UPS可以向源輸送負載功率因數。低負載功率因數增加輸入電流。功率因數根據負載的類型而發生變化。因此，將有源濾波器使用成單獨的外部校正，以校正負載的功率因數。此外，這些組件的分離增加了電源系統的空間和成本。
[0012]為了解決這些問題，本文所公開的例子提供了一種不間斷電源(UPS)，該不間斷電源包括用于接收輸入功率的集成電路。該集成電路包括:充電器，其用于對電池進行充電；逆變器，其用于將輸出功率從電池輸送到負載；以及有源濾波器，其用于補償與輸入功率相關聯的功率因數。將這些組件中的每個組件包括到集成電路中，提供了 UPS的另外功能而無需增加成本和空間。此外，將這些組件中的每個組件包括在集成電路中，使得UPS能夠提供三種不同的功能，而無需增加單獨的外部組件。
[0013]此外，將這些組件集成到電路中，使得UPS能夠在任何給定的時間操作這些組件中的至少兩個組件。這提供了這些組件的相容性(mutual inclusiveness)，在這種相容性下，與三個單獨的電路相對，這些組件(即，充電器、逆變器和有源濾波器)中的至少兩個組件可以一起操作。
[0014]在另一種實現方式中，本文的例子提供了該集成電路用于同時地一起操作這些組件中的至少兩個組件。一起操作這些組件(即，充電器、逆變器和有源濾波器)中的至少兩個組件，為UPS提供了效率特征，使得與每個組件相對應的功能可以同時地操作。
[0015]在另外的例子中，輸入功率是三相輸入的一部分并且充電器是三相充電器。提供三相充電器使得UPS能夠在接收三相之中的輸入功率(例如，電流)時對自身進行平衡。例如，在三相應用中，電池充電器可能從單相來吸收其輸入功率，這造成了三相電力線之中的輸入功率的不平衡。在該例子中，電池可能接收三相電力線之中的總輸入功率的三分之一，并且可能不能夠支持負載。三相充電器使得UPS能夠利用三相電力線來支持負載。
[0016]在另外的例子中，耦合到UPS的控制器對提供給負載的輸出功率進行監測。在該例子中，如果輸出功率高于或者低于指定的門限，則控制器使有源濾波器空閑或者對有源濾波器進行操作以補償與輸入功率相關聯的功率因數。根據輸出功率是高于還是低于門限來使有源濾波器空閑或者對其進行操作，這向UPS提供了另外的管理功能，以便高效地操作來輸送輸出功率。
[0017]概括來說，本文所公開的例子提供了集成有充電器、逆變器和有源濾波器的不間斷電源，以提供三種不同的功能而不會增加具有三個單獨的外部組件的成本和空間。此外，與三個單獨的電路相對，本文所公開的例子提供了這些組件(即，充電器、逆變器和有源濾波器)中的至少兩個組件可以一起操作的相容性。
[0018]現參見附圖，圖1是用于當電源系統內的電源可能發生故障時向負載118提供輸出功率116的示例性不間斷電源104的框圖。不間斷電源104從電源接收輸入功率102，并且包括集成電路106和電池114。集成電路106包括:充電器108，其用于接收輸入功率102以便對電池114進行充電；有源濾波器112，其用于補償與輸入功率102相關聯的功率因數；以及逆變器110，其用于將電池114處存儲的直流電轉換成交流電以作為輸出功率116提供給負載118。
[0019]輸入功率102是由電源(沒有示出)發送并且由不間斷電源104接收的功率。輸入功率102是提供給電源104的電荷，并且因此，輸入功率102可以包括電流、電壓和/或電荷。在一種實現方式中，輸入功率102是公用電源所提供的交流電。不間斷電源104接收輸入功率102，并向負載118提供輸出功率116。不間斷電源104的實現方式包括饋電裝置、電源、發電機、電源電路、能量存儲裝置、電源系統或者能夠接收輸入功率102并向負載118提供輸出功率116的其它類型的電源。此外，不間斷電源104還可以包括圖2中沒有示出的另外的組件。例如，電源104可以包括控制器，該控制器用于對電源104的功能和/或操作進行管理和控制。在下一幅圖中詳細地描述這種實現方式。
[0020]集成電路106是集成有電組件108、110和112的電路板。集成電路106可以包括多個電感、開關和電容，以提供充電器108、逆變器110和有源濾波器112之間的連接和操作。在一種實現方式中，集成電路106可以在重疊的時間周期內同時地操作組件108、110和112中的至少兩個組件。例如，充電器可以接收輸入功率102以便對電池114進行充電，同時在該時間期間，有源濾波器112還可以補償與輸入功率102相關聯的功率因數。在另一種實現方式中，集成電路106可以同時地操作組件108、110和112中的至少兩個組件。以此方式，組件108、110和112可以是彼此之間相容的，這是由于組件108、110和112能夠彼此之間同時地操作。在后面的圖中詳細地說明這些實現方式。將這些電組件中的每個電組件集成在集成電路106上，這在電路板上提供了與電組件108、110和112相對應的功能中的每個功能，而不是針對每個組件108、110和112來構建單獨的電路。
[0021]充電器108接收輸入功率102，并向電池114提供電荷。充電器108是集成電路106的一部分，并用于通過將電流引導到電池114來對電池114進行充電。在一種實現方式中，充電器108接收作為交流電的輸入功率102，將其轉換成直流電以便對電池114進行充電。
[0022]逆變器110是作為不間斷電源104內部的集成電路106的一部分的電功率轉換器。在一種實現方式中，電池114將充電器108所接收的電荷作為直流電進行存儲，逆變器110接收該直流電并將其轉換成交流