使用電流控制低損模式的ups系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率轉(zhuǎn)換裝置和方法，并且更具體地，涉及不間斷電源(UPS)裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]UPS系統(tǒng)通常用于諸如數(shù)據(jù)中心、醫(yī)療中心和工業(yè)設(shè)施之類的設(shè)備中。在此類設(shè)備中，UPS系統(tǒng)可以用于提供后備電源以便在主動力供應(yīng)故障的情況中維持運(yùn)行。
[0003]隨著網(wǎng)站服務(wù)和云計算的出現(xiàn)，大型數(shù)據(jù)中心已經(jīng)發(fā)生擴(kuò)展。一些更新型的大型數(shù)據(jù)中心占地幾百萬平方英尺，并容納數(shù)十萬服務(wù)器。這些中心通常由局部網(wǎng)格供電，可以包括包含UPS和柴油發(fā)電式后備發(fā)電機(jī)的后備電源系統(tǒng)，以便在公用電源丟失時支持持續(xù)運(yùn)行。對于此類設(shè)施而言，功耗是一個主要關(guān)注點(diǎn)，因?yàn)橐恍┰O(shè)施是接近100MW級的。對于此類設(shè)施，即使是幾個百分點(diǎn)的效率也會轉(zhuǎn)換為大量開支。
[0004]已經(jīng)開發(fā)了多種用于提高UPS效率的技術(shù)。例如，一些雙轉(zhuǎn)換UPS系統(tǒng)支持增效或“eco”模式，在這些模式中，當(dāng)輸入AC電源滿足特定標(biāo)準(zhǔn)時，將整流器和逆變器(inverter)旁路。其他提高數(shù)據(jù)中心功率效率的解決方案，諸如例如在授權(quán)給Krieger等人的美國專利N0.7,886,173、授權(quán)給Whitted等人的美國專利N0.7,560,831,以及授權(quán)給Sarti的美國專利N0.8,344,546中所描述的方案，包括冗余功率分布技術(shù)，其避免了使用傳統(tǒng)UPS架構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主題的一些實(shí)施例提供了不間斷電源(UPS)，包括:逆變器，被配置為耦合至1J負(fù)載;非電流換向(non-current-commutated)的固態(tài)旁路開關(guān)，被配置為選擇性地將電源耦合到負(fù)載以旁路所述逆變器；以及控制電路，被配置為控制所述逆變器和所述旁路開關(guān)。在一些實(shí)施例中，所述旁路開關(guān)包括至少一個晶體管，所述至少一個晶體管被配置為控制到負(fù)載的電流。例如，所述至少一個晶體管可以包括至少一個IGBT和/或至少一個MOSFETo
[0006]在一些實(shí)施例中，所述控制電路被配置為操作所述逆變器和所述旁路開關(guān)來提供第一模式和第二模式，在所述第一模式中，所述逆變器向所述負(fù)載提供功率，在所述第二模式中，所述旁路開關(guān)向所述負(fù)載提供功率，并且其中，所述控制電路被配置為在所述第二模式中操作所述旁路開關(guān)來控制提供給所述負(fù)載的電流的幅度。所述第二模式可以是增效模式。
[0007]在一些實(shí)施例中，UPS包括具有輸入和輸出的整流器，所述整流器的輸入被配置為耦合到所述電源，所述整流器的輸出被配置為耦合到所述逆變器的輸入。所述旁路開關(guān)被配置為在所述第二模式中旁路所述整流器和所述逆變器。所述控制電路可以被配置為當(dāng)所述電源滿足特定標(biāo)準(zhǔn)時轉(zhuǎn)換到所述第二模式。在一些實(shí)施例中，所述控制電路可以被配置為響應(yīng)于所述整流器和/或所述逆變器的故障而轉(zhuǎn)換到所述第二模式。
[0008]進(jìn)一步實(shí)施例提供了包括轉(zhuǎn)換器的UPS，所述轉(zhuǎn)換器包括具有輸入端口和輸出端口的第一半橋電路和具有輸入端口和輸出端口的第二半橋電路，所述第一半橋電路的輸入端口被配置為耦合到AC電源，所述第一半橋電路的輸出端口耦合到第一和第二總線，所述第二半橋電路的輸出端口被配置為耦合到負(fù)載，所述第二半橋電路的輸入端口耦合到所述第一和第二總線。所述UPS還包括控制電路，被配置為控制所述轉(zhuǎn)換器來提供第一模式和第二模式，在所述第一模式中，所述第一半橋電路和所述第二半橋電路分別操作為整流器和逆變器，在所述第二模式中，所述第一半橋電路和所述第二半橋電路操作為從所述AC電源到所述負(fù)載的通過式(pass-through)開關(guān)。
[0009]所述控制電路可以被配置為響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)換器的組件的故障而轉(zhuǎn)換到所述第二模式。所述第二模式可以是增效模式。所述控制電路可以被配置為在所述第二模式中操作所述轉(zhuǎn)換器以控制提供給所述負(fù)載的電流的幅度。所述控制電路可以被配置為當(dāng)所述電源滿足特定標(biāo)準(zhǔn)時轉(zhuǎn)換到所述第二模式。所述控制電路還可以被配置為控制耦合到所述第一和第二總線中至少一個總線的電容。
[0010]一些實(shí)施例提供了用于操作UPS的方法，所述UPS包括轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器包括具有輸入端口和輸出端口的第一半橋電路和具有輸入端口和輸出端口的第二半橋電路，所述第一半橋電路的輸入端口被配置為耦合到AC電源，所述第一半橋電路的輸出端口耦合到第一和第二總線，所述第二半橋電路的輸出端口被配置為耦合到負(fù)載，所述第二半橋電路的輸入端口耦合到所述第一和第二總線。所述方法包括:在第一模式中操作所述轉(zhuǎn)換器，在所述第一模式中，所述第一半橋電路和所述第二半橋電路分別操作為整流器和逆變器；以及在第二模式中操作所述轉(zhuǎn)換器，在所述第二模式中，所述第一半橋電路和所述第二半橋電路操作為從所述AC電源到所述負(fù)載的通過式開關(guān)。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是圖示根據(jù)一些實(shí)施例的UPS系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖2是圖示根據(jù)一些實(shí)施例的帶有晶體管化旁路電路的UPS系統(tǒng)。
[0013]圖3是圖示根據(jù)一些實(shí)施例的圖2的UPS系統(tǒng)的操作的流程圖。
[0014]圖4是圖示根據(jù)一些實(shí)施例的帶有雙模式轉(zhuǎn)換器的UPS系統(tǒng)。
[0015]圖5是圖示根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例的圖4的UPS系統(tǒng)的操作的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的具體示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以多種不同形式體現(xiàn)，且不應(yīng)被解釋為限制于本文所述實(shí)施例;相反地，提供這些實(shí)施例以便本公開將透徹和完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全地傳遞本發(fā)明的范圍。在附圖中，類似的編號指代類似的元件。將會理解，當(dāng)將一個元件稱為“連接”或“親合”到另一元件時，其能夠直接地連接到該另一元件或者耦合到該另一元件或者可以存在中間元件。本文中所使用的術(shù)語“和/或”包括相關(guān)聯(lián)的所列項中一個或多個的任意以及所有組合。
[0017]本文所用術(shù)語僅用于描述具體實(shí)施例的目的，而不旨在限制本發(fā)明的范圍。本文中所使用的單數(shù)形式“一個(a、an)”和“所述(the)”旨在包含多個的形式，除非明確聲明是其他情況。還將理解的是，術(shù)語“包括(includes，including)”和/或“包含(comprises ,comprising)”當(dāng)在本申請中使用時，指示存在所聲明的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但并不排除存在或還有一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或其組入口 Ο
[0018]除非定義為其他情況，否則本文所用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)都具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員的公知含義相同的含義。還將理解的是，術(shù)語(諸如在公用字典中所定義的那些)應(yīng)該被解釋為與在本發(fā)明和相關(guān)技術(shù)的上下文中其含義相一致的含義，并且將不以理想化或過度形式化的意義上進(jìn)行解釋，除非本文中明確定義如此。
[0019]本發(fā)明的一些實(shí)施例源自于以下創(chuàng)造性實(shí)現(xiàn):很多UPS應(yīng)用，希望具有由雙轉(zhuǎn)換配置提供的功率調(diào)節(jié)能力，但還能夠在使用電源與負(fù)載之間的相對低損耗的功率傳遞路徑的模式中運(yùn)行相當(dāng)長的時間。這種功率傳遞路徑還可以用于在雙轉(zhuǎn)換電路故障時維持運(yùn)行。在所述模式中，還希望具有電流控制和其他控制能力。在一些實(shí)施例中，所述能力可以以下創(chuàng)造性UPS來提供:該UPS具有晶體管化或其他非電流換向的旁路開關(guān)，該旁路開關(guān)可以用于支持電流控制旁路運(yùn)行模式。在進(jìn)一步實(shí)施例中，所述能力可以以下獨(dú)出心裁的UPS來提供:該UPS具有靈活的轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，該轉(zhuǎn)換