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CN102577068A - 三相大功率ups - Google Patents

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CN102577068A CN2010800454201A CN201080045420A CN102577068A CN 102577068 A CN102577068 A CN 102577068A CN 2010800454201 A CN2010800454201 A CN 2010800454201A CN 201080045420 A CN201080045420 A CN 201080045420A CN 102577068 A CN102577068 A CN 102577068A
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Abstract

根据一个方面，本发明的实施方式提供了功率转换器电路，其包括输入端、多条DC母线、第一功率转换器和第二功率转换器，输入端包括多条输入线，每条输入线被配置成耦合到具有正弦波形的多相AC电源的一相；多条DC母线包括具有第一标称DC电压的第一正DC母线、具有第二标称DC电压的第二正DC母线、具有第三标称DC电压的第一负DC母线和具有第四标称DC电压的第二负DC母线；第一功率转换器被耦合到输入端并被配置成在正弦波形的第一正区域和正弦波形的第一负区域期间从多相AC电源向多条DC母线供电；以及第二功率转换器被耦合到输入端并被配置成在正弦波形的第二正区域和正弦波形的第二负区域期间从多相AC电源向多条DC母线中的至少一些供电。

Description

三相大功率UPS
发明背景
包括电压转换器的不间断电源(UPS)是许多诸如用于数据中心中的计算机和服务器的电源系统的电气系统的基本部件。UPS可以与许多包括单相连接和3相连接的典型的功率系统一起使用，以及可以与低功率系统(例如，家用计算机)和高功率系统(例如，大的数据中心或处理设备)一起使用。高功率系统通常使用三相功率连接(例如，X、Y和Z相)。三相UPS电压转换器通常被用于向三相负载提供三相AC功率，以将三相AC电压从一个电平转换成另一电平，以及在电源故障的情况下向负载提供三相电源。到三相UPS电压转换器的输入连接和输出连接通常是三个端子的连接或四个端子的连接，用于三相电源连接的每一相的一个连接和可选的中性连接。电池也通常被耦合到UPS电压转换器并被用于储存能量以在电源故障的情况下使用。
典型的大功率(例如，超过100kV)UPS使用3×400V(在欧洲)或3×480V(在美国)的标称AC输入电压操作。无变压器的UPS可以用±450V的内部DC母线电压操作。在这样的配置中，包含在UPS中的组件由于与体积大的绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的杂散电感相关的大的电压过冲被优选额定为至少1200V操作。然而，1200V组件的使用通常导致增加的传导损耗和切换损耗，从而降低效率。
发明概述
根据一个方面，本发明的实施方式提供了功率转换器电路，其包括输入端、多条DC母线、第一功率转换器和第二功率转换器，输入端包括多条输入线，每条输入线被配置成耦合到具有正弦波形的多相AC电源的一相；多条DC母线包括具有第一标称DC电压的第一正DC母线、具有第二标称DC电压的第二正DC母线、具有第三标称DC电压的第一负DC母线和具有第四标称DC电压的第二负DC母线；第一功率转换器被耦合到输入端并被配置成在正弦波形的第一正区域和正弦波形的第一负区域期间从多相AC电源向多条DC母线供电；以及第二功率转换器被耦合到输入端并被配置成在正弦波形的第二正区域和正弦波形的第二负区域期间从多相AC电源向多条DC母线中的至少一些供电。
根据一种实施方式，第一正区域包括在正弦波形的峰值正振幅的相位角周围的区域中的正弦波形的相位角，第一负区域包括在正弦波形的峰值负振幅的相位角周围的区域中的正弦波形的相位角，以及第二正区域和第二负区域包括在正弦波形的零交叉周围的区域中的正弦波形的相位角。
根据另一方面，本发明的实施方式提供了一种从UPS提供AC输出功率的方法，UPS包括多相AC输入端、多条DC母线、功率转换器电路，多条DC母线包括第一正DC母线、第二正DC母线、第一负DC母线和第二负DC母线，功率转换器电路包括第一功率转换器和第二功率转换器，每个功率转换器被耦合到AC输入端和多条DC母线中的至少一条。根据一些实施方式，所述方法包括以下步骤：在从多相AC输入端提供的正弦波形的第一正区域期间和在正弦波形的第一负区域期间，从多相AC输入端向第一功率转换器的输入端供电以及从第一功率转换器的输出端向多条DC母线提供功率；在从正弦波形的第二正区域期间和在正弦波形的第二负区域期间，从多相AC输入端向第二功率转换器的输入端供电以及从第二功率转换器的输出端向多条DC母线中的至少一些提供功率；以及将从多条DC母线供应的功率转换成在UPS的AC输出端提供的AC输出功率。
根据另外的方面，本发明的实施方式提供了一种从UPS提供AC输出功率的方法，UPS包括AC输入端、耦合到AC输入端的第一功率转换器、耦合到AC输入端的第二功率转换器、DC电源和DC母线。根据一些实施方式，所述方法包括以下步骤：在UPS的第一工作状态，从AC输入端向第一功率转换器的输入端供电并从第一功率转换器的输出端向DC母线提供功率；在UPS的第一工作状态和UPS的第二工作状态中的每个状态，从AC输入端向第二功率转换器的输入端供电并从第二功率转换器的输出端向DC母线提供功率；在UPS的第二工作状态，从所述DC电源向第一功率转换器的输入端供电并从第一功率转换器的输出端向DC母线提供功率；以及在第一工作状态和第二工作状态的每个状态，将从DC母线供应的功率转换成在UPS的AC输出端提供的AC输出功率。
本发明的多个方面可以提供以下功能中的一个或多个。可以向负载提供可靠的三相电源。相比现有技术可以减小三相UPS的物理尺寸。与现有技术相比可以提高效率。可以使用无变压器的电路将AC功率转换成DC功率、将DC功率转换成AC功率，以及将DC功率从第一电压转换成第二电压。相比现有技术可以减少IGBT切换损耗。当与现有技术相比时可以使用具有较低电压额定的组件。与现有技术相比可以减少热损耗。当与现有技术相比时，可以减少使用飞跨电容器和/或钳位二极管的要求。相比现有技术可以减小与UPS一起使用的电池的电压。可以补偿由提供给三相UPS的输入端的电压和从三相UPS的输出端提取的功率的不匹配引起的不平衡的操作，而不使用变压器。
在阅读了以下的图、详细描述和权利要求之后，将更充分地理解本发明的这些以及其他的功能和本发明本身。
附图的简要描述
附图不意图按比例绘制。在附图中，在多个图中图示的每个相同的或近似相同的组件由同样的数字表示。为了清楚的目的，可能没有在每个附图中标记出每个组件。在附图中：
图1是三相UPS的示意图；
图2是AC/DC转换器的电路图；
图3是表示提供给图2的AC/DC转换器的示例性的功率信号的图解；
图4A-4C是表示图2的AC/DC转换器中的开关的状态的图解；
图5是脉宽调制控制电路的电路图；
图6是供图5的脉宽调制控制电路使用的示例性的控制信号的图；
图7是DC/AC转换器的电路图；
图8是表示示例性的AC和DC功率信号的图解；
图9A-9C是表示图8的DC/AC转换器中的开关的状态的图解；
图10是AC/AC转换器的电路图；
图11是DC/DC转换器的电路图；
图12是DC母线平衡器的电路图；
图13是表示用于控制包括在图12的DC母线平衡器中的开关的示例性信号的图解；
图14是从在图1中示出的三相UPS提供功率的过程的流程图；
图15是根据另一实施方式的UPS的电路图；以及
图16图示了对于在图15中图示的UPS的实施方式的负载分担的波形图。
详细描述
本发明不将其应用限制于在以下的描述中阐述的或在附图中图示的结构的细节和组件的布置。本发明能够具有其他的实施方式并能够以多种方式实践或实现。此外，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的而不应该被视为限制性的。本文使用的“包括(including)”“包括(comprising)”或“具有”“包含(containing)”“含有(involving)”及其变体意味着涵盖之后列出的项及其等同物以及其他的项。
本发明的实施方式提供了用于向负载提供不间断的三相电源的技术。例如，无变压器的三相不间断电源包括AC/DC转换器(例如，功率因数校正模块)、DC/AC转换器(例如，逆变器)、DC/DC转换模块、多条DC母线和DC母线平衡器。AC/DC转换器从三相电源接收三相AC功率(例如，3×400V相-相或3×480V相-相)并将三相功率转换成DC功率(例如，具有多个电压电平)。AC/DC转换器中的每一个接收三相功率连接的一相。在正常操作下(例如，当从三相电源接收到适宜的三相功率时)，在DC母线上出现的DC功率向DC/AC转换器提供功率。而且，在正常操作期间，DC/DC转换器将在DC母线上出现的DC功率转换成用于给电池充电的电压。在其他时间(例如，当三相电源不足或不可用时)，DC功率被从电池提供给DC/AC转换器。DC/AC转换器将DC功率转换成三相AC功率(例如，DC/AC转换器中的每一个提供三相信号中的单个相)。由AC/DC转换器接收的电压和由DC/AC转换器提供的电压可以是相等的或不同的。在正常操作期间或其他情况下，DC母线平衡器通过在DC母线之间转移能量平衡在DC母线上出现的电压。其他的实施方式在本发明的范围之内。
参考图1，UPS 5包括AC/AC模块10、20和30，DC/DC模块40，电池50，以及母线60、61、62、63和64。AC/AC模块10包括经由母线60、61、62、63和64耦合到DC/AC转换器12的AC/DC转换器11。AC/AC模块20包括经由母线60、61、62、63和64耦合到DC/AC转换器22的AC/DC转换器21。AC/AC模块30包括经由母线60、61、62、63和64耦合到DC/AC转换器32的AC/DC转换器31。DC/DC模块40包括DC/DC转换器41和DC母线平衡器42。DC/DC转换器41经由母线60、61、62、63和64耦合到DC母线平衡器42。AC/AC模块10、20和30以及DC/DC模块40经由母线60、61、62、63和64互相连接。UPS 5被配置成从耦合到UPS 5的三相馈电和/或从存储在电池50中的能量中的一个向负载(未示出)提供功率。
AC/AC模块10、20和30中的每一个被配置成以第一AC电压接收三相馈电中的一相(例如，X相、Y相或Z相)，以及经由输出端提供第二AC电压。AC/DC转换器11包括输入端13和14；AC/DC转换器21包括输入端23和24；以及AC/DC转换器31包括输入端33和34。DC/AC转换器12包括输出端15和16；DC/AC转换器22包括输出端25和26；以及DC/AC转换器32包括输出端35和36。AC/AC模块10、20和30中的每一个被配置成耦合到三相馈电的一相和中性连接。例如，AC/DC转换器11的输入端13可以耦合到X相，AC/DC转换器21的输入端23可以耦合到Y相，以及AC/DC转换器31的输入端33可以耦合到Z相。输入端14、24和34被配置成耦合到三相馈电的中性连接(或地连接)。AC/AC模块10、20和30中的每一个被配置成提供包括三相输出的一相的输出，尽管其他的配置是可能的。例如，输出端15可以被配置成提供X相输出，输出端25可以被配置成提供Y相输出，以及35可以被配置成提供Z相输出。输出端16、26和36中的每一个被配置成耦合到负载的中性连接。AC/AC模块10、20和30中的每一个被配置成经由母线60、61、62、63和64分担功率。
DC-DC模块40可以从AC/AC模块10、20和/或30接收功率(即，当在充电状态时)和向AC/AC模块10、20和/或30提供功率(即，当在放电状态时)。DC/DC转换器41被配置成经由连接43、44和45耦合到电池50。然而，连接44是可选的。尽管可以使用其他类型的电池，但电池50优选为铅酸蓄电池。DC/DC模块40被配置成当在输入端13、23和33处出现所需的三相馈电时(即，充电状态)向电池50提供DC功率(从而为电池50充电)。同样，DC/DC模块40被配置成在输入端13、23和33处缺少所需的三相馈电时(即，放电状态)使用来自电池50的能量向AC/AC模块10、20和30提供一个或多个DC电压。DC/DC模块40正在运行的状态可以由被配置成监控例如三相AC输入的控制器(未示出)控制。DC/DC转换器41被配置成在充电状态从AC/AC模块10、20和30接收DC电压组以及将DC电压组转换成由电池50所需的DC电池-充电电压。DC/DC转换器41还被配置成在放电状态期间以电池-充电电压从电池50接收DC功率，以及将其转换成DC电压组。DC/DC转换器41被配置成在放电状态期间向AC/AC模块10、20和30提供DC电压组。DC/DC转换器41经由母线60、61、62、63和64被耦合到DC母线平衡器42。DC母线平衡器42被配置成平衡在母线60、61、62、63和64上出现的电压，如在下面更详细地描述的。
UPS 5被配置成确定在到AC/AC模块10、20和/或30的输入端上是否出现适宜的输入功率。UPS 5可以使用一种或多种方法和/或电路检测到AC/AC模块的输入端上的适宜的功率的存在。例如，UPS 5可以包括被配置成确定在输入端13、23和/或33上出现的AC电压(如果有)是否处于所需电平的电路。UPS 5还可以包括被配置成监控DC/DC转换器电路41正工作在什么状态(例如，充电状态或放电状态)以及DC电压是否出现在母线60、61、62、63和/或64上的电路。例如，如果DC/DC转换器41正工作在充电状态，以及母线60、61、62、63和/或64上的各自的DC电压下降到各自所需的电平以下，电路可以提供指示正被提供给AC/AC转换器11、21和31的AC电压已下降到所需电平以下的信号。其他的方法和/或电路可以被用于检测输入AC电压是否在所需电平以下。UPS 5还被配置成使其自身与三相馈电断开连接(例如，通过将开关(如以下所描述的)设置到断开位置)。
脉宽调制(PWM)控制器被配置成控制UPS 5中的至少一些组件的运行。例如，不同的PWM控制器可以被用于AC/DC转换器11、21和31，DC/AC转换器12、22和32，DC/DC模块41，以及DC母线平衡器42，尽管其他的配置是可能的。例如，可以使用具有相同的物理配置但使用不同的控制信号的不同的PWM控制器，或可选地，可以使用具有不同的物理配置的PWM控制器。PWM控制器可以被配置成根据AC输入信号的频率和相位控制一部分开关的切换(例如，使用反馈环路)，或者可以根据所需的输出被设置(例如，向耦合到DC/AC转换器12、22和32的负载提供所需频率和相位的功率)。
参考图2，AC/DC转换器200(例如，AC/DC转换器11、21和31的示例性实施方式)包括二极管205、215、225、235、245和255，开关210、220、230、240、250和260，电容器280，以及电感器285。开关210、220、230、240、250和260是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，尽管可以使用其他的开关。优选地，开关210、220、250和260具有600V的最大额定电压以及开关230和240具有1200V的最大额定电压，尽管其他的额定电压是可能的。输入端202被配置成耦合到例如三相馈电的一相(例如，X相)。耦合在输入端202和地连接之间是电容器280。电感器285的节点286也耦合到输入端202。耦合到电感器285的节点287的是二极管225的正极227、开关230的发射极232、二极管235的负极236和开关240的集电极241。二极管225的负极226耦合到开关230的集电极231。二极管235的正极237耦合到开关240的发射极242。负极226、集电极231、二极管205的正极207、开关210的发射极212、二极管215的负极216和开关220的集电极221被耦合在一起。正极237、发射极242、二极管245的正极247、开关250的发射极252、二极管255的负极256和开关260的集电极261被耦合在一起。二极管205的负极206和开关210的集电极211被耦合到输出端265。二极管215的正极217和开关220的发射极222被耦合到输出端266。二极管245的负极246和开关250的集电极251被耦合到输出端267。二极管255的正极257和开关260的发射极262被耦合到输出端268。开关210、220、230、240、250和260的栅极213、223、233、243、253和263分别地每个被耦合到如下面将更详细地描述的脉宽调制控制器275。输出端265、266、267和268被配置成分别耦合到母线64、63、61和60。电感器285优选地具有100μH的电感，尽管可以使用其他的电感(例如，取决于系统5的额定功率)。电容器优选地具有200μF的电容，尽管可以使用其他的电容(例如，取决于系统5的额定功率)。
AC/DC转换器200被配置成从例如三相电源连接的一相接收AC功率以及经由输出端265、266、267和268提供多电平DC输出。例如，当AC/DC转换器200处于工作中且输入端202耦合到480VAC馈电时，AC/DC转换器200可以产生在输出端265和中性连接之间的大约+450VDC的电压(相对于馈电的中性连接)、在输出端266和中性连接之间的大约+150VDC的电压、在输出端267和中性连接之间的大约-150VDC的电压和在输出端268和中性连接之间的大约-450VDC的电压。同样，AC/DC转换器200被配置成产生在输出端265和266之间的(V1)、在输出端266和267之间的(V2)以及在输出端267和268之间的(V3)的大约300VDC的电压。
优选地，在输出端265和268上产生的电压是输入电压的函数。在输出端265和268上产生的电压优选地等于或大于在电容280两端的电压乘以
Figure BDA0000151354840000081
的根)。在电容器280两端的电压(即，相-中性电压)优选地实质上等于：
Figure BDA0000151354840000091
(如果中性连接可用)以及在电容器280两端的瞬时峰值电压在±(相-中性电压)
Figure BDA0000151354840000092
)之间变化。优选地，AC/DC转换器200被配置成使得在输出端265上提供的电压大于在电容器280两端的正峰值瞬时电压以及在输出端268上提供的电压小于在电容器280两端的负峰值瞬时电压。例如，假设在输入端202的输入为480V，相-中性电压近似为277Vrms，以及在电容器280两端的瞬时峰值电压为大约392V。因此，在这个实施例中，AC/DC转换器200被配置成使得输出端265输出大约392V的电压或更大的电压(例如，450V)以及输出端268输出大约-392V的电压或更小的电压(例如，-450V)。增加在输出端265和268上的电压输出的绝对值和在电容器280两端的峰值瞬时电压的绝对值之间的差异可以提高系统5的工作容限。
电容器280，电感器285，以及开关210、220、230、240、250和260的组合体被配置成作为升压转换器以及将提供给输入端202的AC信号转换成在电感器285的节点287处的四能级准方波(例如，如在图8中作为信号305示出的)。在节点287处的电压可以根据开关210、220、230、250、260的状态而变化(如下面更详细地描述的)。例如，当在输入端202上出现的AC电压的瞬时值在等于节点265处的DC电压的第一电压电平(例如，450V，如由AC/DC转换器200的配置所确定的)和等于节点266处的DC电压的第二电压电平(例如，150V)之间时，在电感器285的节点287处的方波在这些值(这里为450V和150V)之间切换；当在输入端202上出现的AC电压的瞬时值在等于节点266处的DC电压的第二电压电平和等于节点267处的DC电压的第三电压电平(例如，-150V)之间时，在电感器285的节点287处的方波在这些值(例如，-150V和-150V)之间切换；以及当在输入端202上出现的AC电压的瞬时值在等于节点267处的DC电压的第三电压电平和等于节点268处的DC电压的第四电压电平(例如，-450V)之间时，在电感器285的节点287处的方波在这些值(例如，-150V和-450V)之间切换。而且，电容器280和电感器285的组合体被配置成作为低通滤波器。
AC/DC转换器200被配置成通过切换开关210、220、230、240、250和260产生输出端265、266、267和268处的电压。开关被配置成由PWM控制器275驱动。PWM控制器275被配置成根据AC/DC转换器200正工作于三种状态中的哪一个来控制开关210、220、230、240、250和260。此外参考图3，AC/DC转换器200被配置成工作于三种状态。第一状态对应当由输入端202接收的输入电压高于由输出端265提供的电压的三分之一时(例如，如果峰值输入电压是±450VAC，那么第一状态对应当输入端高于150V时)。第二状态对应当由输入端202接收的输入在由输出端265提供的电压的三分之一和由输出端268提供的电压的三分之一之间(例如，150V和-150V)时。第三状态对应当由输入端202接收的输入低于由输出端268提供的电压的三分之一(例如，低于-150V)时。此外参考图4，PWM控制器275被配置成使得在第一状态期间，开关230和250被设置成它们的导通(导电)状态，开关240和260被设置成它们的断开(非导电)状态，以及开关210和220在断开状态和导通状态之间切换(图4A)。PWM控制器275被配置成使得在第二状态期间，开关220和250导通，开关210和260断开，以及开关230和240切换(图4B)。PWM控制器275被配置成使得在第三状态期间，开关220和240导通，开关210和230断开，以及开关250和260切换(图4C)。
参考图5-6，PWM控制器275被配置成使用控制信号控制开关210、220、230、240、250和260。PWM控制器275包括比较器505、515和525，以及逻辑反相器510、520和530。PWM控制器275被配置成引起AC/DC转换器200在本文所描述的状态中工作以便将输入的AC信号转换成本文所描述的DC信号。比较器505的正输入端506被耦合到正弦波调制信号源(以接收信号605)，以及比较器505的负输入端507被耦合到第一PWM载波信号610。比较器515的正输入端516被耦合到正弦波调制信号，以及比较器515的负输入端517被耦合到第二PWM载波信号615。比较器525的正输入端526被耦合到正弦波调制信号，以及比较器525的负输入端527被耦合到第三PWM信号620。比较器505的输出端508被耦合到开关210，以及经由逻辑反相器510耦合到开关220。比较器515的输出端518被耦合到开230以及经由逻辑反相器520耦合到开关240。比较器525的输出端528被耦合到开关250以及经由逻辑反相器530耦合到开关260。
由PWM控制器275使用的控制信号被选择成实现所需的开关210、220、230、240、250和260的切换模式。信号605、610、615和620优选为例如由波形发生器产生的低电压信号。正弦波信号605是频率和相位大约等于提供给输入端202的馈电的频率和相位的正弦信号。正弦波信号605具有大约等于阈值625的峰值振幅，其可以是多种值，例如，1V。第一PWM载波610、615和620是三角波，其具有实质上等于所需要的AC/DC转换器200的PWM切换频率的频率，尽管其他的频率是可能的。AC/DC转换器200的PWM切换频率优选地被选作IGBT切换损耗和输入电感器和电容器(例如，电容器280和电感器285)以及输出电感器和电容器的物理尺寸和成本之间的折中。PWM控制信号610的最大值大约等于阈值625以及第一PWM控制信号610的最小值大约等于阈值625的三分之一。PWM控制信号615的最大值大约等于阈值625的三分之一以及PWM控制信号615的最小值大约等于阈值625的负的三分之一。PWM控制信号620的最大值大约等于阈值625的负的三分之一以及PWM控制信号620的最小值大约等于阈值625的乘以-1。
PWM控制器275被配置成使用正弦波调制信号605和PWM控制信号610、615和620切换开关210、220、230、240、250和260。随着正弦波调制信号605变化，比较器505将对应正输入端505或负输入端507哪个较大而输出逻辑1或逻辑0。比较器505被配置成如果正输入端506大于负输入端507(例如，正弦波调制信号605的电压大于PWM控制信号610的电压)，则输出逻辑1。同样，比较器505被配置成如果正输入端506小于负输入端507(例如，正弦波调制信号605的电压小于PWM控制信号610的电压)，则输出逻辑0。虽然上面的论述专注于比较器505的工作，但比较器515和525的工作优选是类似的。优选地，PWM控制器275被配置成插入小的“死区”使得在任何给定的开关的断开和在另一开关上的导通之间稍有延迟(例如，防范不需要的开关对同时导通)。开关210、220、230、240、250和260被配置成使得逻辑1导通开关，而逻辑0断开开关，尽管反过来是可能的。
PWM控制器275可以被配置成变化它控制的开关被切换的占空比。例如，使用信号610、615、620和625，被重复转换的开关(例如，在第一状态中，开关210和220)的占空比被变化。比较指示开关210何时被导通和开关220何时被断开的区间630和635，区间630大于区间635。
再参考图2，将描述AC/DC转换器200的工作的实施例。AC/DC转换器200被配置成通过作为升压转换器向输出端265、266、267和268提供相应的DC电压。例如，在当开关220导通且开关210断开的第一状态中，电感器285将储存能量。当开关220断开时，储存在电感器285中的能量引起电流自由穿过二极管205。在当开关230导通且开关240断开的第二状态中，电感器285将储存能量。当开关230断开时，电感器285引起电流穿过二极管235。在第三状态中，当开关250导通且开关260断开时，电感器285将储存能量。当开关250断开时，储存在电感器285中的能量引起电流自由穿过二极管255。
参考图2和图7，DC/AC转换器700(例如，DC/AC转换器的示例性实施方式是12、22和32)包括二极管705、715、725、735、745和755，开关710、720、730、740、750和760，输入端765、766、767和768，滤波器770，以及输出端702。开关710、720、730、740、750和760是IGBT，尽管可以使用其他的晶体管。输入端765、766、767和768被配置成从例如AC/DC转换器200接收DC功率。耦合到输出端702的是二极管725的正极727、开关730的发射极732、二极管735的负极736和开关743的集电极741。二极管725的负极726被耦合到开关730的集电极731。二极管735的正极737被耦合到开关740的发射极742。负极726、集电极731、二极管705的正极707、开关710的发射极712、二极管715的负极716和开关720的集电极721被耦合在一起。正极737、发射极742、二极管745的正极747、开关750的发射极752、二极管755的负极756和开关760的集电极761被耦合在一起。二极管705的负极706和开关710的集电极711被耦合到输入端765。二极管715的正极717和开关720的发射极722被耦合到输入端766。二极管745的负极746和开关750的集电极751被耦合到输入端767。二极管755的正极757和开关760的发射极762被耦合到输入端768。开关710、720、730、740、750和760的基极713、723、733、743、753和763分别地每一个被耦合到如将在下面更详细地描述的脉宽调制控制器。开关730的发射极732、二极管725的正极727、开关740的集电极741和二极管735的负极736(即，定义节点772)被耦合到滤波器770。滤波器770包括电感器785和电容器790。电感器785被耦合在节点772和输出端702之间。电容器790被耦合在输出端702和地之间。电感器785优选地具有100μH的电感，尽管可以使用其他的电感(例如，取决于系统5的额定功率)。电容器790优选地具有200μF的电容，尽管可以使用其他的电容(例如，取决于系统5的额定功率)。
DC/AC转换器700被配置成从例如AC/DC转换器200接收DC功率，以及经由输出端702提供AC输出。例如，当DC/AC转换器700在工作中，且输入端765、766、767和768分别被耦合到AC/DC转换器200的输出端265、266、267和268时，可以在输出端702上产生AC输出。DC/AC转换器700被配置成在输出端702上产生AC输出，AC输出的峰值电压(例如，相对于中性连接)大约等于在输入端765上出现的电压(例如，在输出端702处的信号的正峰值电压)和在输入端768上出现的电压(例如，在输出端702处的信号的负峰值电压)。然而，可以产生其他的电压。
DC/AC转换器700可以被实现为电压控制DC/AC转换器或电流控制DC/AC转换器。优选地，当使用电流控制操作DC/AC转换器700时，“外部”电压环路被用于保持所需的电压。例如，控制电路(未示出)可以被配置成监控电感器785中的电流流动以及监控在输出端702处出现的电压(例如，确定输出是否是正弦的)。控制电路可以被配置成基于所测量的电流值和电压值调整提供给开关710、720、730、740、750和760的PWM信号，以维持所需的输出电压。DC/AC转换器700可以被配置成用固定的或可变的PWM频率操作，如本文所描述的。
DC/AC转换器700被配置成通过切换开关710、720、730、740、750和760将在输入端765、766、767和768出现的DC电压转换成AC输出电压。开关被配置成由PWM控制器775驱动，PWM控制器775优选地被以与PWM控制器275类似的方式配置。提供给PWM控制器775的控制信号可以与提供给PWM控制器275的那些信号类似，尽管控制信号的频率和/或振幅可以变化，以为耦合到输出端702的负载产生所需的输出。优选地，DC/AC转换器700被配置成使得在线周期(例如，通过第一状态、第二状态和第三状态的周期)的任何给定的部分，六个开关710、720、730、740、750和760中的两个以互补的方式转换，而剩余的四个开关被持续断开或持续导通。
此外参考图8，PWM控制器775可以引起DC/AC转换器700工作在三种状态中。第一状态对应在输出端702提供的电压输出高于在输入端765上提供的电压的三分之一的时间(例如，在输入端上的电压是450V，那么第一状态对应输出高于150V的时间)。第二状态对应在输出端702提供的输出在输入端765上提供的电压的三分之一和在输入端768提供的电压的三分之一之间(例如，-150V和150V)的时间。第三状态对应在输出端702提供的输出电压低于在输入端768上提供的电压的三分之一(例如，低于-150V)的时间。PWM控制器775被配置成使得在第一状态期间，开关730和750被导通，开关740和760被断开，以及开关710和720被切换(见图9A)。PWM控制器775被配置成使得在第二状态期间，开关720和750被导通，开关710和760被断开，以及开关730和740被切换(见图9B)。PWM控制器775被配置成使得在第三状态期间，开关720和740被导通，开关710和730被断开，以及开关750和760被切换(见图9C)。在第一状态中，开关710、720、730、740、750和760的切换配置被配置成引起节点780处的方波电压，其在450V和150V之间变化，具有不同的占空比。例如，方波的占空比可以根据DC/AC转换器正工作于哪一状态的哪一部分变化(例如，当输出端的电压在第一状态中接近450V时，方波的占空比接近100％)。在第二状态中，开关710、720、730、740、750和760的切换配置被配置成引起节点780处的方波电压，其在150V和-150V之间变化，具有不同的占空比。在第三状态中，开关710、720、730、740、750和760的切换配置被配置成引起节点780处的方波电压，其在-150V和-450V之间变化，具有不同的占空比。
滤波器770被配置成将在节点772处提供的输出滤波成提供给输出端702的实施上的AC输出电压。滤波器770可以是L-C低通滤波器，尽管其他的滤波器配置是可能的。
参考图10，AC/AC模块10包括AC/DC转换器200，DC/AC转换器700，电容器905、910、915和920。输出端265、266、267和268被分别耦合到输入端765、766、767和768。电容器905被耦合在输出端265和输入端765之间的会合点与输出端266和输入端766的会合点之间。电容器910被耦合在输出端266和输入端766之间的会合点与中性连接之间。电容器915被耦合在中性连接与输出端267和输入端767的会合点之间。电容器920被耦合在输出端267和输入端767的会合点与输出端268和输入端768的会合点之间。而且，输出端265和输入端765的会合点被耦合到母线64。输出端266和输入端766的会合点被耦合到母线63。输出端267和输入端767的会合点被耦合到母线61。输出端268和输入端768的会合点被耦合到母线60。
电容器905、910、915和920被配置成例如当提供给输入端202的功率信号的频率不同于由输出端702提供的信号频率时短时间地存储能量以及减小在母线60、61、62、63和/或64上出现的波纹电流。AC/AC模块10被配置成在工作中在电容器905和920两端产生300V电势，以及在电容器910和915两端产生150V电势。
参考图1和图11，DC/DC转换器1000(例如，DC/DC转换器的示例性实施方式41)被耦合到电池50并包括二极管1005、1015、1025和1035，开关1010、1020、1030和1040，电容器1050、1055、1060、1065，电容器1070和1075，以及电感器1080和1085。开关1010、1020、1030和1040优选为IGBT，尽管可以使用其他的开关。优选地，二极管为快速或超快速反向恢复二极管(例如，如可以在系统5别处使用的)。二极管1005的负极1006被耦合到开关1010的集电极1011，以及还被耦合到节点1090。二极管1005的正极1007、开关1010的发射极1012、二极管1015的负极1016和开关1020的集电极1021被耦合在一起。二极管1015的正极1017和开关1020的发射极1022被耦合在一起，以及还被耦合到节点1091。电容器1050的正端子1051被耦合到节点1090以及电容器1050的负端子1052被耦合到节点1091。电容器1070和电感器1080被耦合在正极1007、发射极1012、负极1016和集电极1021的会合点和节点1092之间。优选地，电感器1080被耦合到正极1007、发射极1012、负极1016和集电极1021的会合点，以及电容器1070被耦合到节点1092。电容器1055的正端子1056被耦合到节点1091，以及电容器1055的负端子1057被耦合到节点1092。二极管1025的负极1026被耦合到开关1030的集电极1031，并被进一步耦合到节点1093。二极管1025的正极1027、开关1030的发射极1032、二极管1035的负极1036、开关1040的集电极1041被耦合在一起。二极管1035的正极1037和开关1040的发射极1042被耦合在一起，并被进一步耦合到节点1094。电容器1065的正端子1066被耦合到节点1093以及电容器1065的负端子1067被耦合到节点1094。电容器1075和电感器1085被耦合在正极1027、发射极1032、负极1036以及集电极1041的会合点和节点1092之间。优选地，电感器1085被耦合到正极1027、发射极1032、负极1036和集电极1041的会合点，以及电容器1075被耦合到节点1092。电容器1060的正端子1061被耦合到节点1092，以及电容器1060的负端子1062被耦合到节点1093。节点1090、1091、1092、1093和1094被配置成分别耦合到母线64、63、62、61和60。开关被配置成耦合到PWM控制器1115。虽然电容器1050、1055、1060和1065已经在图中分配了不同的参考数字，但电容器1050、1055、1060和1065可以分别是电容器905、910、915和920。
DC/DC转换器1000被配置成向电池1095和1100提供功率以及从电池1095和1100接收功率。电池1095和1100经由断路器1105和1110被耦合到DC/DC转换器1000。电池1095的正端子1096经由断路器1105被耦合到电容器1070和电感器1080的会合点。电池1095的负端子1097被耦合到电池1100的正端子1101。电池1100的负端子1102经由断路器1110被耦合到电容器1075和电感器1085的会合点。可选地，电池1095的负端子1097和电池1100的正端子1101被耦合到节点1092以减少电池断路器两端的最大电压。优选地，电池1095和1100被配置成接收和提供在系统5的峰值电压(例如，在母线64上出现的电压)和系统5的峰值电压的三分之一(例如，在母线63上出现的电压)之间的电压。例如，电池1095和1100可以被配置成提供大约288V。
DC/DC转换器1000被配置成在两种状态——充电状态和放电状态中工作。在充电状态期间，DC/DC转换器1000作为升压转换器并从母线60、61、63和64接收第一DC电压组，以及向电池1095和1110提供第一电平电压。在放电状态期间，DC/DC转换器1000接收第二电平DC功率并分别向母线60、61、63和64提供第二DC电压。第一电压组和第二电压组可以实质上相等。第一DC电压和第二DC电压可以实质上相等。在充电状态期间，DC/DC转换器1000积极地对电池1095和1100充电，和/或提供浮充(例如，维持完全充电的电池中的电荷)。
开关1010、1020、1030和1040被配置成由PWM控制器1115控制。优选地，PWM控制器1115的配置与PWM控制器275类似，尽管其他的配置是可能的。优选地，开关1010和1040被控制成以类似的方式切换(例如，开关1010和1040都在大约相同的时刻被导通)以及开关1020和1030被控制成以类似的方式切换(例如，开关1020和1030都在大约相同的时刻被导通)。然而，如果负端子1097和正端子1101的会合点被耦合到节点1092，则开关1010、1020、1030和1040中的每一个可以被独立切换。PWM控制器1115被配置成通过变化开关1010的占空比变化电池1095的充电电压。同样，PWM控制器1115可以通过变化开关1040的占空比变化电池1100的充电电压。
当DC/DC转换器1000在充电状态中工作时，PWM控制器1115通过重复地切换开关1010和1040同时保持开关1020和1030断开引起DC/DC转换器1000作为降压转换器工作。当开关1010和1040导通时，DC/DC转换器1000用在节点1090和1094处出现的电压对电感器1080和1085充电。当开关1010和1040断开时，扼电流(例如，由电感器1080和1085放电所引起的)自由穿过二极管1015和1025。DC/DC转换器1000被配置成通过变化开关1010和1040被切换的占空比步降在节点1090和1094处出现的电压。例如，随着由PWM控制器1115提供的切换信号的占空比朝1增加，被提供给电池1095和1100的电压朝在节点1090和1094处出现的电压增加。电容器1070和1075被配置成通过滤除提供给电池1095和1110的信号的高频率成分减少波纹电流。
当DC/DC转换器1000在放电状态中工作时，PWM控制器1115通过重复切换开关1020和1030同时保持开关1010和1040断开引起DC/DC转换器1000作为降压转换器工作。例如，DC/DC转换器1000从电池1095和1100向节点1090和1094提供步升电压，以及向节点1091和1093提供步降电压。当开关1020和1030导通时，电池1095和1100引起电感器1080和1085储存能量。当开关1020和1030断开时，储存在电感器1080和1085中的能量(以及由电池1095和1100提供的能量)被分别通过二极管1005和1035放电(例如，自由穿过)。DC/DC转换器1000被配置成通过变化开关1020和1030被切换的占空比将由电池1095和1100提供的电压步升成所需的电平。例如，随着由PWM控制器1115提供的切换信号的占空比朝1增加，在节点1090、1091、1093和1094处提供的电压增加。DC/DC转换器1000还被配置成步降由电池1095和1100提供的电压以及向节点1091和1093提供步降的电压。DC/DC转换器1000被配置成以与以上描述的方式类似的方式向节点1091和1093提供步降的电压。电容器1050、1055、1060和1065被配置成滤除节点1090、1091、1093和1094上的信号的高频率成分。
参考图1和图12，DC母线平衡器42的一实施例，这里为DC母线平衡器1200，包括电容器1205、1210、1215、1220、1225和1230，开关1235、1245、1255、1265、1275和1285，二极管1240、1250、1260、1270、1280和1290，以及电感器1295、1300和1305。电容器1205的正端子1206、开关1235的集电极1236和二极管1240的负极1241被耦合到节点1310。开关1235的发射极1237、二极管1240的正极1242、开关1245的集电极1246和二极管1250的负极1251被耦合在一起。开关1245的发射极1247、二极管1250的正极1252、开关1255的集电极1256和二极管1260的负极1261被耦合在一起并被进一步耦合到节点1311。开关1255的发射极1257、二极管1260的正极1262、开关1265的集电极1266和二极管1270的负极1271被耦合在一起。开关1265的发射极1267、二极管1270的正极1272、开关1275的集电极1276、二极管1280的负极1281被耦合在一起，并被进一步耦合到节点1313。开关1275的发射极1277、二极管1280的正极1282、开关1285的集电极1286和二极管1290的负极1291被耦合在一起。开关1285的发射极1287和二极管1290的正极1292被耦合在一起，并被进一步耦合到节点1314。电容器1205的正端子1206被耦合到节点1310以及电容器1205的负端子1207被耦合到节点1311。电容器1210的正端子1211被耦合到节点1311以及电容器1210的负端子1212被耦合到节点1312。电容器1215的正端子1216被耦合到节点1312以及电容器1215的负端子1217被耦合到节点1313。电容器1220的正端子1221被耦合到节点1313以及电容器1220的负端子1222被耦合到节点1314。电容器1225和电感器1295被串联耦合在二极管1240和1250的会合点和二极管1260和1270的会合点之间。电感器1300和电容器1230被耦合在二极管1260和1270的会合点和二极管1280和1290的会合点之间。因此，电容器1225、电感器1295、电感器1300和电容器1230被串联耦合二极管1240和1250的会合点和二极管1280和1290之间。电感器1305被耦合在节点1312和二极管1260和1270的会合点之间。然而，电感器1305是可选的。例如，如果AC/DC转换器11、21和31被配置成控制从相应的正半周期和负半周期的AC输入提取的功率量。DC母线平衡器1200可以被配置成通过包括电感器1305来减少(以及可能消除)使用AC/DC转换器11、21和31(例如，为了平衡母线60、61、62、63和64)控制在AC输入上提取的功率的需求。1225和电感器1295的组合定义了谐振回路1320，以及电容器1230和电感器1300的组合定义了谐振回路1325。
PWM控制器1315被耦合到开关1235、1245、1255、1265、1275和1285中的每一个。PWM控制器1315被优选地以与PWM控制器275类似的方式配置。例如，PWM控制器1315包括多个比较器，每个比较器被配置成接收多个控制信号。控制信号被选择以便获得所需要的切换顺序(例如，如本文在DC母线平衡器42中所描述的)。PWM控制器1315被配置成提供优选具有恒定的频率和占空比的控制信号，尽管其他的配置是可能的。提供给开关1235、1255和1275的控制信号优选实质上是相同的，以及提供给开关1245、1265和1285的控制信号优选实质上是相同的。控制信号优选具有大约50％的占空比，尽管其他的占空比是可能的。同时参考图13，PWM控制器1315被配置成在开关1235、1245、1255、1265、1275和1285的切换之间插入“死区时间”以使被断开的开关在其他的开关被导通之前实质上是完全断开的。然而，死区时间的使用是可选的。PWM控制器1315被配置成提供控制信号以使开关1235、1245、1255、1265、1275和1285以大约等于谐振回路1320和1325的谐振频率的频率切换，尽管其他的频率是可能的。
DC母线平衡器1200被配置成通过适当地将存储在电容器1205、1210、1215和1220中的能量移动到母线64、63、61和60上来平衡和维持母线60、61、62、63和64上所需的电压。开关1235、1245、1255、1265、1275和1285被配置成由PWM控制器1315切换。PWM控制器1315被配置成控制开关为第一状态和第二状态。在第一状态中，开关1235、1255和1275导通而开关1245、1265和1285断开。在第二状态中，开关1235、1255和1265断开而开关1245、1265和1285导通。由于这些开关状态，在DC母线平衡器1200内的电压如在表1中所示交替。
  会合点   第一状态电压   第二状态电压
  开关1235和1245   节点1310处的电压   节点1311处的电压
  开关1255和1265   节点1311处的电压   节点1313处的电压
  开关1275和1285   节点1313处的电压   节点1314处的电压
因此，当节点1310、1311、1313和1314分别提供450V、150V、-150V和-450V时，那么表1中所描述的会合点中的每一个交替大约300V(峰-峰)。DC母线平衡器1200的其余的讨论假设母线64、63、61和60分别提供450V、150V、-150V和-450V(相对中性线)。
在DC母线平衡器1200的平衡操作期间(例如，在节点1310、1311、1312、1313和1314上的电压处于所需的电平)，在表1中所描述的会合点中的每一个处出现的信号将实质上是方的。另外，在平衡操作期间，在表1中所描述的会合点处的电压摆动将实质上是彼此同相的且具有实质上相同的振幅。在谐振回路1320和1325两端的电压差优选大约等于在母线60和64之间的总DC电压的三分之一(例如，300V)。电容器1225和1230分别被配置成充电到设置在谐振回路1320和1325两端的电势(例如，300V)。
DC母线平衡器1200被配置成使用存储在谐振回路1320和1325中的能量补偿节点1310、1311、1312、1313和1314上的不平衡电压。在DC母线1200的不平衡操作期间，在表1中所描述的会合点上产生的方波电压的振幅可能是不均匀的，这可能引起方波电压出现在一个或多个谐振回路1320和1325的两端。谐振回路1320和1325中的每一个被配置成使得随着电压出现在谐振回路1320和1325的两端，电流流过谐振回路1320和1325中的每一个。谐振回路1320和1325被配置成具有低阻抗(例如，接近零)以使在谐振回路1320和/或1325中的每一个两端的即使小的电压电势可以引起大电流流过谐振回路1320和/或1325。谐振回路1320和1325的阻抗可以是开关1235、1245、1255、1265、1275和1285被切换的频率的函数(反之亦然)。例如，随着切换频率接近等于谐振回路1320和1325的谐振频率，谐振回路1320和1325的阻抗接近零。谐振回路1320和1325被配置成引起电流流动，电流流动可以将能量从分别具有高于300V和150V的优选电压电平的电压的电容器1205、1210、1215和/或1220朝具有低于优选电压电平的电压的电容器移动。被耦合在具有较高电压的电容器(例如，电容器1205、1210、1215和/或1220)两端的开关(例如，开关1235、1245、1255、1265、1275和1285)被配置成作为发电机并产生流过谐振回路1320和/或1325的AC电流以建立朝具有最低电压的电容器(例如，电容器1205、1210、1215和/或1220)的实际功率的流动。DC母线平衡器1200被配置成使得流过谐振回路1320和1325的电流优选在不平衡的电容器之间的电压差超过相应的二极管1240、1250、1260、1270、1280和1290的正向电压降(例如，几伏)时开始。优选地，随着开关1235、1245、1255、1265、1275和1285被切换的频率接近谐振回路1225和1230的谐振频率，感生电流的零交叉发生在靠近第一状态和第二状态之间的死区时间，这可以减少切换损耗。
在操作中，参考图14，并另外参考图1-13，使用UPS 5向负载提供不间断电源的过程1400包括所示的步骤。然而，过程1400仅是示例性的而非限制性的。可以改变过程1400，例如，通过添加步骤、删除步骤、改变步骤或重新布置步骤。而且，虽然过程1400的一部分被作为连续的步骤示出，但某些步骤可以并行发生(例如，步骤1435和1440)。
在步骤1405，UPS 5被耦合到三相馈电。AC/AC模块10、20和30被分别耦合到三相馈电的X、Y和Z相。AC/AC模块10、20和30还被耦合到三相馈电的中性连接。馈电向UPS 5提供三相AC功率。
在步骤1410，UPS 5被耦合到一个或多个负载。UPS 5可以被耦合到三相负载(例如，AC/AC模块10提供X相，AC/AC模块20提供Y相，以及AC/AC模块30提供Z相)。可选地，UPS 5可以被耦合到一个或多个单相负载。例如，AC/AC模块10、20和30中的每一个可以向一个或多个负载提供单相功率。
在步骤1415，UPS 5确定AC馈电是否是可接受的。如果UPS 5确定AC输入功率是可接受的，则过程1400进行到步骤1420。如果UPS 5确定输入功率是不可接受的，例如，已经停止和/或变得不稳定(例如，低电压条件)，则过程1400进行到步骤1430。
在步骤1420，AC/DC模块11、21和31将输入AC功率转换成DC功率，DC功率被提供给母线60、61、63和64。在启动时或在合适的功率被提供给UPS 5时，AC/DC模块11、21和31被初始化(例如，开关被切换到对应被提供的功率信号的状态)。虽然以下的讨论侧重于AC/DC模块11，但AC/DC模块21和31的操作可以是类似的。AC/DC模块11使用组合的低通滤波器和升压转换器(即，电容器280和电感器285的组合)处理输入AC功率。PWM控制器275根据由AC/DC模块11接收的功率信号切换开关210、220、230、240、250和260。例如，PWM控制器275引起开关210、220、230、240、250和260在三种状态中的一种中工作。在第一状态中，PWM控制器275以互斥的方式转换开关210和220，维持开关230和250在接通位置，且维持开关240和260在断开位置。在第二状态中，PWM控制器275维持开关210和260在断开位置，维持开关220和250在接通位置，且以互斥方式转换开关230和240。在第三状态中，PWM控制器维持开关210和230在断开位置，维持开关220和240在接通位置，且以互斥方式转换开关250和260。当提供给AC/DC模块11的AC输入大于在输出端265提供的电压的三分之一时，PWM控制器275引起AC/DC转换器11工作在第一状态中。当提供给AC/DC模块11的AC输入在在输出端265提供的电压的三分之一和在输出端268提供的电压的三分之一之间时，PWM控制器275引起AC/DC转换器11工作在第二状态中。当提供给AC/DC模块11的AC输入小于在输出端268提供的电压的三分之一时，PWM控制器275引起AC/DC转换器11工作在第三状态中。
在步骤1425，DC/DC转换器1000对电池50充电。DC/DC转换器1000从母线60、61、63和64接收第一组DC电压。当UPS 5从馈电接收合适的功率时，DC/DC转换器1000将第一电压组转换成提供给电池50的第一DC电压。提供给电池50的电压在母线64上出现的电压和母线64上提供的电压的三分之一之间。
PWM控制器1115引起DC/DC转换器1000作为降压转换器将第一电压组转换成第一电压。PWM控制器1115引起开关1020和1030维持在断开位置，而开关1010和1040实质上同时导通和断开。每次开关1010和1040被导通时，电感器1080和1085充电并且电池1095和1100接收实质上等于第一电压的电压。每次开关1010和1040被断开时，电感器1080和1085放电(例如，电流自由穿过二极管1015和1025)并实质上向电池1095和1100提供第一电压。优选地，在电感器1080和1085完全放电之前，开关1010和1040被切换成导通状态。
在步骤1430，PWM控制器1115引起DC/DC转换器1000作为升压转换器将第二电压转换成第二电压组。PWM控制器1115引起开关1020和1030实质上同时导通和断开，而开关1010和1040被维持在断开位置。每次开关1020和1030被导通时，电感器1080和1085使用来自电池1095和1100的功率充电。每次开关1020和1030被断开时，电感器1080和1085放电且电流自由穿过二极管1005和1035(例如，由存储在电池1095和1100以及电感器1080和1085中的能量所引起的)。优选地，在电感器1080和1085完全放电之前，开关1020和1030被切换到导通状态。电容器1070和1075可以被用于减少提供给节点1090、1091、1093和1094的功率中的波纹电流。而且，UPS开关被设置成从电池50接收DC功率的状态。例如，在检测到AC馈电不可用和/或不稳定时，通过将AC/DC模块11中的所有的开关都配置到断开位置使连接13从母线64、63、61和60分离。同样，AC/DC转换器21和31的操作是类似的。
在步骤1435，DC母线平衡器1200平衡在母线60、61、63和64上出现的电压。虽然步骤1435被作为放置在其他步骤之间的步骤示出，但与在UPS 5的操作期间的其他步骤并行地，DC母线平衡器1200平衡在母线60、61、63和64上出现的电压。DC母线平衡器1200通过适当地将存储在电容器1205、1210、1215和1220中的能量移动到母线64、63、61和60上来平衡和维持母线60、61、62、63和64上的所需电压。开关1235、1245、1255、1265、1275和1285由PWM控制器1315切换。PWM控制器1315在第一状态和第二状态中切换切换开关1235、1245、1255、1265、1275和1285。在第一状态中，开关1235、1255和1275被导通而开关1245、1265和1285被设置为断开。在第二状态中，开关1235、1255、1265被设置为断开而开关1245、1265和1285被设置为导通。DC母线平衡器1200内的电压如在表1(以上示出的)中示出的交替。因此，当节点1310、1311、1313和1314分别提供450V、150V、-150V和-450V时，在表1中描述的会合点中的每一个交替大约300V(峰-峰)。DC母线平衡器步骤1435的其余讨论假设母线64、63、61和60分别提供450V、150V、-150V和-450V(相对中性线)。
在DC母线平衡器1200的平衡操作期间(例如，在节点1310、1311、1312、1313和1314上的电压处于所需的电平)，在表1中所描述的会合点中的每一个处出现的信号将实质上是方的。因此，在平衡操作期间，在表1中所描述的会合点处的电压摆动将实质上是同相的且具有实质上相同的振幅。在谐振回路1320和1325两端的电压差大约等于在母线60和母线之间的总DC电压的三分之一(例如，300V)。电容器1225和1230分别充电到设置在谐振回路1320和1325两端的电势(例如，300V)。
DC母线平衡器1200使用存储在谐振回路1320和1325中的能量补偿节点1310、1311、1312、1313和1314上的不平衡电压。在DC母线1200的不平衡操作期间，在表1中所描述的会合点上产生的方波电压的振幅可能是不均匀的，这可能引起方波电压出现在一个或多个谐振回路1320和1325的两端。随着电压出现在谐振回路1320和/或1325中的每一个的两端，电流分别流过谐振回路1320和/或1325中的每一个。在谐振回路1320和/或1325中流动的电流量可以通过减小谐振回路1320和1325的阻抗(例如，阻抗接近零)来增加。PWM控制器1315以使得谐振回路1320和1325的阻抗被减小的频率切换开关1235、1245、1255、1265、1275和1285。例如，随着切换频率接近等于谐振回路1320和1325的谐振频率，谐振回路1320和1325的阻抗接近零。当存在在谐振回路1320和1325的两端出现的电压时，电流从具有较高电压的电容器(例如，电容器1205、1210、1215和1220)朝具有较低电压的电容器(例如，电容器1205、1210、1215和1220)流动。被耦合在具有较高电压的电容器(例如，电容器1205、1210、1215和1220)两端的开关(例如，开关1235、1245、1255、1265、1275和1285)作为发电机并产生流过谐振回路1320和/或1325的AC电流以建立朝具有最低电压的电容器(例如，电容器1205、1210、1215和1220)的实际功率的流动。流过谐振回路1320和1325的电流优选在不平衡的电容器之间的电压差超过相应的二极管1240、1250、1260、1270、1280和1290的正向电压降(例如，几伏)时开始。
在谐振回路1320和1325中流动的感生电流的波形(例如，由DC母线平衡器1200的不平衡操作引起的)与正弦波类似。优选地，随着开关1235、1245、1255、1265、1275和1285被切换的频率接近谐振回路1320和1325的谐振频率，感生电流的零交叉发生在靠近第一状态和第二状态之间的死区时间，这可以减少切换损耗。
在步骤1440，在母线60、61、63和64上的DC功率由DC/AC转换器12、22和32转换成AC功率。DC/AC转换器12、22和32中的每一个被优选地配置为DC/AC转换器700。DC/AC转换器700经由母线60、61、63和64从AC/DC转换器200或电池50接收功率。DC/AC转换器700产生峰值电压大约等于在输入端765和输入端768上出现的电压的AC输出。DC/AC转换器12、22和32中的每一个的相优选是不同的以使标准的三相功率可以提供给负载。
此外参考图9-10，DC/AC转换器700通过以预定的顺序切换开关710、720、730、740、750和760将DC功率转换成AC功率。PWM控制器775根据在输出端702的所需输出以不同的顺序切换开关710、720、730、740、750和760。当所需输出(在输出端702处)在出现在输入端765上的电压和出现在输入端766上的电压之间时，PWM控制器775积极地导通和断开开关710和720，将开关730和750设置为导通位置，并将开关740和760设置为断开位置。当所需输出(在输出端702处)在出现在输入端766上的电压和出现在输入端767上的电压之间时，PWM控制器775积极地导通和断开开关730和740，将开关720和750设置为导通位置，并将开关710和760设置为断开位置。当所需输出(在输出端702处)在出现在输入端767上的电压和出现在输入端768上的电压之间时，PWM控制器775积极地导通和断开开关750和760，将开关720和740设置为导通位置，并将开关710和730设置为断开位置。在三种状态的每一种中，被积极切换的开关710、720、730、740、750和760的占空比被改变以使滤波器770的输出实质上为AC(例如，在图9-10中所示)。滤波器770(例如，LC低通滤波器)将在节点780提供的信号过滤成提供给输出端702的实质上的AC信号。
在步骤1445，AC功率被提供给负载。被提供给负载的功率的配置可以根据所需要的操作变化。例如，DC/AC转换器12、22和32中的每一个可以提供三相功率连接中的一相，DC/AC转换器12、22和32的全部或部分可以提供具有单相的功率，DC/AC转换器12、22和32中的每一个可以向单独的负载提供单相功率等。
其他的实施方式在本发明的精神和范围内。例如，由于软件的性质，以上描述的功能可以使用软件、硬件、固件、硬接线或这些中任何一个的组合实现。实现功能的特征还可以物理地位于不同的位置，包括分散式的，以使部分功能在不同的物理位置实现。虽然示出了三个DC/AC转换器(例如，DC/AC转换器12、22、32和42)，但如果只要需要单相功率，可以使用单个DC/AC转换器。AC/DC转换器和DC/AC转换器可以以交错的方式被分离成多个并联电路和开关，例如，以减少母线上的波纹电流。在母线61、62、64和65上出现的电压可以不同于本文所描述的电压。电池可以直接耦合到母线61、63和/或64，而不使用DC/DC转换器。DC母线的对称性可以通过AC/DC转换器的经修改控制方案控制。
参考图1，虽然UPS 5被示出包括DC/DC模块40，但DC/DC模块40可以省略。例如，UPS可以在不存在DC/DC模块40下将三相馈电从第一电压转换成第二电压。
虽然本文的说明书描述了多个分离的电容器，但两个或多个电容器可以被组合成单个电容器。例如，图10示出耦合在母线64和母线63之间的电容器905，图11示出耦合在母线64和母线63之间的电容器1050，以及图12示出耦合在母线64和母线63之间的电容器1205。电容器905、1050和1205可以是单个共享的电容器。
参考图2，虽然AC/DC转换器200被配置为提供正DC电压和负DC电压两者的四象限逆变器，但AC/DC转换器可以布置为其他的配置。例如，通过用二极管替换开关210和260，AC/DC转换器可以被配置为二象限整流器，在输入线电压的正半周期期间只提供正DC电压(以及在输入线电压的负半周期期间只提供负DC电压)。
参考图15，示出了UPS的另一实施方式1500。UPS 1500包括输入区1502、第一功率转换器1504、第二功率转换器1506、电池1550、电池充电器/升压电路1553、母线平衡器1571、第一DC母线1507、第二DC母线1513、第三DC母线1515、第四DC母线1511、中性线1510、第一DC母线电容器1606、第二DC母线电容器1608、第三DC母线平衡器1610、第四DC母线电容器1612和DC/AC转换器1613。应理解的是，在多种实施方式中，输入区1502、第一功率转换器1504、第二功率转换器1506、电池1550、电池充电器/升压电路1553、母线平衡器1571和第一DC母线1507中的任何一个或任何组合可以包括固态电路(例如，IGBT)或模拟电路。
在图15中图示的实施方式中，DC母线1507和1513是正母线而DC母线1515和1511是负母线；然而，应该意识到的是，可以使用具有多于四条母线或少于四条母线的其他的DC母线配置。在图示的实施方式中，第一DC母线1507具有第一正DC母线电压，第二DC母线1513具有第二正DC母线电压，第四DC母线1511具有第一负DC母线电压，以及第三DC母线1515具有第二负DC母线电压。根据一种实施方式，第二正DC母线电压的振幅是第一正DC母线电压的三分之一以及第二负DC母线电压的振幅是第一负DC母线电压的振幅的三分之一。
此外，在图15中图示的实施方式中，第一DC母线电容器1606被耦合在第一DC母线1507和第二DC母线1513之间；第二DC母线电容器1608被耦合在第二DC母线1513和中性线1510之间；第三DC母线电容器1610被耦合在中性线1510和第三DC母线1515之间；以及第四DC母线电容器1612被耦合在第三DC母线1515和第四DC母线1511之间。应该意识到的是，UPS 1500可以包括多于四个或少于四个DC母线电容器以及DC母线电容器可以以不同的方式配置。
根据一种实施方式，输入区1502包括：包含第一输入线1503、第二输入线1505、第三输入线1508和中性线1510的输入端1509；第一开关1512；第二开关1514；第一晶闸管1516；第二晶闸管1518；第一多个二极管1520；以及第二多个二极管1522。在一种实施方式中，开关1512、1514可以是诸如继电器或接触器的电磁开关；然而，可以使用其他类型的开关，例如，固态开关。在一种实施方式中，第一开关1512和第二开关1514之一或两者可以包括多极开关；然而，可以使用诸如一个单极开关或多个单极开关的其他类型的开关。在一种实施方式中，晶闸管1516、1518可以是可控硅整流器(SCR)；然而，可以使用其他类型的晶闸管。在一种实施方式中，二极管1520、1522可以是快速或超快速反向恢复二极管；然而，可以使用其他类型的二极管。根据一种实施方式，二极管1520和1522被组合配置以提供全波整流器。
在图示的实施方式中，输入端1509被配置成接收三相功率；然而，应该意识到的是，输入端1509可以被配置成接收其他类型的多相功率；以及因此，可以包括任意数目的相线。
在图15中图示的实施方式中，第一输入线1503被耦合到第一开关1512。第一输入线1503还选择性地通过第二开关1514被耦合到第二多个二极管1522的第一二极管1527的正极。第二输入线1505选择性地通过第二开关1514被耦合到第二多个二极管1522的第二二极管1529的正极。第三输入线1508选择性地通过第二开关1514被耦合到第二多个二极管1522的第三二极管1531的正极。第一输入线1503还选择性地通过第二开关1514被耦合到第一多个二极管1520的第一二极管1521的负极。第二输入线1505还选择性地通过第二开关1514被耦合到第一多个二极管1520的第二二极管1523的负极。第三输入线1508还选择性地通过第二开关1514被耦合到第一多个二极管1520的第三二极管1525的负极。第一晶闸管1516的正极被耦合到第一多个二极管1520的第一二极管1521的正极、第二二极管1523的正极和第二二极管1525的正极。第一晶闸管1516的负极被耦合到电池1550的负端子。第二晶闸管1518的负极被耦合到第二多个二极管1522的第一二极管1527的负极、第二二极管1529的负极和第三二极管1531的负极。第二晶闸管1518的正极被耦合到电池1550的正端子。
根据一些实施方式，第一功率转换器1504包括正升压电路和负升压电路，正升压电路包括第一开关1528、第一电感器1524、第一二极管1534和第三二极管1541，负升压电路包括第二开关1530、第二电感器1526、第二二极管1536和第四二极管1543。在一种实施方式中，开关1528和1530可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)；然而，可以使用其他类型的开关。在一种实施方式中，二极管1534、1536、1541、1543可以是快速或超快速反向恢复二极管；然而，可以使用其他类型的二极管。在图15中所示的实施方式中，第一功率转换器1504包括两个升压电路：正升压电路和负升压电路；然而，在其他的实施方式中，第一功率转换器1504可以包括多于两个或少于两个升压电路。例如，在一种实施方式中，第一功率转换器1504可以包括多个并联连接的正升压电路和多个并联连接的负升压电路。
在图示的实施方式中，第一电感器1524的第一节点1539被耦合到输入区1502中的第二多个二极管1522的第一二极管1527的负极、第二二极管1529的负极和第三二极管1531的负极。第一二极管1534的正极被耦合到第一电感器1524的第二节点1533和第一开关1528的集电极。第一二极管1534的负极被耦合到第一DC母线1507。第三二极管1541被耦合在第一开关1528的集电极和第一开关1528的发射极之间。第一开关1528的发射极被耦合到第二DC母线1513。第二电感器1526的第一节点1551被耦合到输入区1502中的第一多个二极管1520的第一二极管1521的正极、第二二极管1523的正极和第三二极管1525的正极。第二二极管1536的负极被耦合到第二电感器1526的第二节点1535和第二开关1530的发射极。第二二极管1536的正极被耦合到第四DC母线1511。第四二极管1543被耦合在第二开关1530的发射极和第二开关1530的集电极之间。第二开关1530的集电极被耦合到第三DC母线1515。
根据图示的实施方式，第二功率转换器1506包括第一二极管1538、第二二极管1542、第三二极管1544、第四二极管1540、第五二极管1545、第六二极管1547、第一开关1546、第二开关1548和电感器1532。在一种实施方式中，开关1546和1548可以是IGBT；然而，可以使用其他类型的开关。在一种实施方式中，二极管1538、1542、1544、1540、1545、1547可以是快速或超快速反向恢复二极管；然而，可以使用其他类型的二极管。
在图15中图示的实施方式中，第一二极管1538的负极被耦合到第一DC母线1507。第一二极管1538的正极被耦合到第一开关1546的集电极。第二二极管1542的负极被耦合到第一二极管1538的正极和第一开关1546的集电极。电感器1532的第一节点1549通过输入区1502的第一开关1512被选择性地耦合到输入区1502的第一输入线1503。第二二极管1542的正极被耦合到电感器1532的第二节点1537和第三二极管1544的负极。第五二极管1545被耦合在第一开关1546的集电极和第一开关1546的发射极之间。第一开关1546的发射极被耦合到中性线1510。第二开关1548的集电极被耦合到中性线1510。第三二极管1544的正极被耦合到第二开关1548的发射极。第六二极管1547被耦合在第二开关1548的集电极和第二开关1548的发射极之间。第二开关1548的发射极被耦合到第四二极管1540的负极。第四二极管1540的正极被耦合到第四DC母线1511。
根据图示的实施方式，电池充电器/升压电路1553包括第一电感器1552、第二电感器1554，第一开关1556、第二开关1558、第三开关1560、第四开关1562、第一二极管1564、第二二极管1566、第三二极管1568、和第四二极管1570。在一种实施方式中，开关1556、1558、1560、1562可以是IGBT；然而，可以使用其他类型的开关。在一种实施方式中，二极管1564、1566、1568、1570可以是快速或超快速反向恢复二极管；然而，可以使用其他类型的二极管。
在图15中图示的实施方式中，第一电感器1552的第一节点1559被耦合到电池1550的正端子。第一开关1556的集电极被耦合到第一DC母线1507。第一开关1556的发射极被耦合到第一电感器1552的第二节点1555和第二开关1558的集电极。第一二极管1564被耦合在第一开关1556的集电极和第一开关的发射极之间。第二开关1558的发射极被耦合到第二DC母线1513。第二二极管1566被耦合在第二开关1558的集电极和第二开关1558的发射极之间。第二电感器1554的第一节点1601被耦合到电池1550的负端子。第三开关1560的集电极被耦合到第三DC母线1515。第三开关1560的发射极被耦合到第一电感器1554的第二节点1557和第四开关1562的集电极。第三二极管1568被耦合在第三开关1560的集电极和第三开关的发射极之间。第四开关1562的发射极被耦合到第四DC母线1511。第四二极管1570被耦合在第四开关1562的集电极和第四开关1562的发射极之间。
根据一种实施方式，母线平衡器1571包括第一开关1572、第二开关1574、第三开关1576、第四开关1578、第五开关1580、第六开关1582、第一二极管1584、第二二极管1586、第三二极管1588、第四二极管1590、第五二极管1592、第六二极管1594、第一电感器1596、第二电感器1602、第三电感器1604、第一电容器1598和第二电容器1600。在一种实施方式中，开关1556、1558、1560、1562可以是IGBT；然而，可以使用其他类型的开关。在一种实施方式中，二极管1584、1586、1588、1590、1592、1594可以是快速或超快速反向恢复二极管；然而，可以使用其他类型的二极管。
根据在图15中图示的实施方式，第一开关1572的集电极被耦合到第一DC母线1507。第一二极管1584被耦合在第一开关1572的集电极和第一开关1572的发射极之间。第一开关1572的发射极被耦合到第二开关1574的集电极和第一电感器1596的第二节点1605。第二二极管1586被耦合在第二开关1574的集电极和第二开关1574的发射极之间。第二开关1574的发射极被耦合到第二DC母线1513。第三开关1576的集电极被耦合到第二DC母线1513。第三二极管1588被耦合在第三开关1576的集电极和第三开关1576的发射极之间。第三电感器1604的第一节点1609被耦合到第三开关1576的发射极。第四开关1578的集电极被耦合到第三开关1576的发射极和第三电感器1604的第一节点1609。第三二极管1590被耦合在第四开关1578的集电极和第四开关1578的发射极之间。第四开关1578的发射极被耦合到第三DC母线1515。第五开关1580的集电极被耦合到第三DC母线1515。第五二极管1592被耦合在第五开关1580的集电极和第五开关1580的发射极之间。第五开关1580的发射极被耦合到第二电感器1602的第一节点1597和第六开关1582的集电极。第六二极管被耦合在第六开关1582的集电极和第六开关1582的发射极之间。第六开关1582的发射极被耦合到第四DC母线1511。第一电感器1596的第一节点1595被耦合到第一电容器1598。第一电容器1598被耦合到第三电感器1604的第一节点1609、第三开关1576的发射极和第二电容器1600。第二电容器1600被耦合到第二电感器1602的第二节点1607。第三电感器1604的第二节点1603被耦合到中性线1510。
根据一种实施方式，DC/AC转换器1613包括第一开关1614、第二开关1616、第三开关1618、第四开关1620、第五开关1622、第六开关1624、第一二极管1626、第二二极管1628、第三二极管1630、第四二极管1632、第五二极管1634、第六二极管1636、电感器1638、电容器1640和输出端1642。在一种实施方式中，开关1614、1616、1618、1620、1622、1624可以是IGBT；然而，可以使用其他类型的开关。在一种实施方式中，二极管1626、1628、1630、1632、1634、1636可以是快速或超快速反向恢复二极管；然而，可以使用其他类型的二极管。根据一些实施方式，UPS包括多个DC/AC转换器，每个DC/AC转换器被耦合到第一DC母线1507、第二DC母线1513、第三DC母线1515和第四DC母线1511。为清晰起见，图15图示了作为具有单相输出端1642的单相转换器的DC/AC转换器1613。然而，应该意识到的是，在一些实施方式中，DC/AC转换器1613可以被配置成使得转换器1613在输出端1642提供多相AC输出。根据一些实施方式，UPS 1500包括多个转换器1613，其中，例如，每个转换器1613从DC母线1507、1511、1513和1515接收功率以及每个转换器为在输出端1642提供的多相输出的不同相提供输出。例如，在一种实施方式中，输出端1642是三相四线输出，其中采用分离的转换器1613分别向三相中的一相供电。根据一些实施方式，转换器1613被配置成作为逆变器操作。
第一开关1614的集电极被耦合到第一DC母线1507。第一二极管1626被耦合在第一开关1614的集电极和第一开关1614的发射极之间。第二开关1616的集电极被耦合到第一开关1614的发射极。第二二极管1628被耦合在第二开关1616的集电极和第二开关1616的发射极之间。第二开关1616的发射极被耦合到第二DC母线1513。第三开关1618的集电极被耦合到第三DC母线1515。第三二极管1630被耦合在第三开关1618的集电极和第三开关1618的发射极之间。第四开关1620的集电极被耦合到第三开关1618的发射极。第四二极管1632被耦合在第四开关1620的集电极和第四开关1620的发射极之间。第四开关1620的发射极被耦合到第四DC母线1511。第五开关1622的集电极被耦合到第一开关1614的发射极和第二开关1616的集电极。第五二极管1634被耦合在第五开关1622的集电极和第五开关1622的发射极之间。第六开关1624的集电极被耦合到第五开关1622的发射极。第六二极管1636被耦合在第六开关1624的集电极和第六开关1624的发射极之间。第六开关1624的发射极被耦合到第三开关1618的发射极和第四开关1620的集电极。电感器1638的第一节点1639被耦合到第五开关1622的发射极和第六开关1624的集电极。电感器1638的第二节点1637被耦合到输出端1642。电容器1640被耦合在输出端1642和中性线1510之间。
在一种实施方式中，UPS 1500的一些区1504、1506、1553、1571、1613还可以包括控制器1650、1652、1654、1656、1658。在一些实施方式中，控制器中的一个或多个可以实现所需的控制回路以实现UPS 1500的相关联的区的选定操作。在UPS 1500的不同的区1504、1506、1553、1571、1613内的开关的占空比可以由控制器1650、1652、1654、1656、1658独立操作。在一种实施方式中，控制器1650、1652、1654、1656、1658可以包括PWM控制。在另一实施方式中，控制器是数字控制器；然而，控制器还可以由模拟电路实现。在另一实施方式中，每个控制器1650、1652、1654、1656、1658包括可以用于配置控制器的单独控制的设置点。在一些实施方式中，主控制器控制UPS的多个区的操作以及控制器1650、1652、1654、1656、1658中的两个或多个被包括在主控制器中。
通过调整开关的切换模式，控制器1650、1652、1654、1656、1658控制开关的关联电感器中的实际电流以准确地遵循参考波形并最小化参考波形和实际的电流波形之间的差异。根据一些实施方式，控制器可以提供“P”(比例)型控制、“P-I”(比例-积分)型控制或“P-I-D”(比例-积分-微分)型控制中的任何一个。下面更详细地讨论参考波形的产生。
在一种实施方式中，控制器1650、1652、1654、1656、1658控制包括在第一功率转换器1504、第二功率转换器1506、电池充电器/升压电路1553、母线平衡器1571和DC/AC转换器1613之一中的一个或多个开关的操作。控制回路工作以测量通过关联开关的电流并从参考波形中减去所测量的电流信号。响应于测量差异(误差信号)，控制回路工作以调整开关的切换模式从而最小化误差信号。例如，产生的误差信号被提供给控制器，在一种实施方式中，提供给PWM控制器。在一种实施方式中，误差信号在被提供给控制器之前通过调整器被放大。控制器的操作可以取决于所使用的控制的类型(例如，比例、比例-积分或比例-积分-微分)。
在一种实施方式中，PWM控制器通过比较提供给PWM控制器的非反相输入端的误差信号和提供给PWM控制器的反相输入端的三角形的(或锯齿形状的)载波信号来实现。载波信号的频率确定PWM控制器的关联开关的切换频率。然而，应该意识到的是，PWM控制器可以被不同地配置。在一种实施方式中，PWM控制器通过模拟组件实现；然而，PWM控制器中的任何一个还可以数字地实现，例如，通过DSP、FPGA或微处理器实现。
在图15中图示的UPS 1500的一些实施方式能够在包括“正常”模式和“电池”模式的多个操作模式中操作。根据一种实施方式，操作模式根据提供给输入端1509以充分地给耦合到UPS的输出端1642的负载(未示出)供电的AC功率是否足够来确定。在提供给输入端1509以充分地给负载供电的AC功率足够的情况下，UPS 1500可以在正常模式中操作。在提供给输入端1509以充分地给负载供电的AC功率不足够的情况下，UPS1500可以在电池模式中操作。
根据一种实施方式，UPS 1500在正常模式中的操作现在参考图15来描述。输入区1502的输入端1509从外部的AC源(未示出)接收包括AC电压的输入AC功率。在一种实施方式中，提供给输入端1509的输入功率是三相功率且输入端1509的每条输入线1503、1505、1508被连接到三相电源中的一相。通过闭合时的第二开关1541，三相功率由输入线1503、1505、1508提供给整流器的相应的二极管1520、1522。第一多个二极管1520从输入端1509接收三相功率并将三相功率的负半周期提供给第一功率转换器1504。第二多个二极管1522从输入端1509接收三相功率并将三相功率的正半周期提供给第一功率转换器1504。在一种实施方式中，由第一多个二极管1520和第二多个二极管1522提供给第一功率转换器1504的功率分别从具有三相中的最大的负瞬时电压或最大的正瞬时电压的三相功率的一相中提取。
在正常操作模式中，第一功率转换器1504从整流器二极管1522、1520提取功率并将DC功率提供给DC母线1507、1513、1515、1511。第一功率转换器1504的正升压电路将DC功率提供给第一DC母线1507和第二DC母线1513。操作正升压电路的第一开关1528的占空比以控制第一电感器1524中的电信号的电流电平和波形。例如，如果第一开关1528的占空比接近100％，则第一开关1528总是导通的且在第一电感器1524的第二节点1533处的电压接近第二DC母线1513的电压电平。如果第一开关1528的占空比接近0％，则第一开关1528总是断开的且在第一电感器1524的第二节点1533处的电压接近第一DC母线1507的电压电平。
根据一种实施方式，在图15中图示的正升压电路被配置成操作为在输入端1509处的输入AC电压电平的正向部分的振幅具有大约在第一DC母线1507的第一正DC电压的振幅和第二DC母线1513的第二正DC电压的振幅之间的一值。如以上所讨论的，在一种实施方式中，第一开关1528的占空比由控制器1650操作。在另一实施方式中，控制器1650包括脉宽调制(PWM)控制器，然而，可以采用其他形式的控制。
第一功率转换器1504的负升压电路将DC功率提供给第三DC母线1515和第四DC母线1511。操作负升压电路的第二开关1530的占空比以控制第二电感器1526中的电信号的电流电平和波形。例如，如果第二开关1530的占空比接近100％，则第二开关1530总是导通的且在第二电感器1526的第二节点1535处的电压接近第三DC母线1515的电压电平。如果第二开关1530的占空比接近0％，则第二开关1530总是断开的且在第二电感器1526的第二节点1535处的电压接近第四DC母线1511的电压电平。根据一种实施方式，图15中图示的负升压电路被配置成操作为在输入端1509处的输入AC电压电平的负向部分的振幅具有大约在第四DC母线1511的第一负DC电压的振幅和第三DC母线1515的第二负DC电压的振幅之间的一值。在一种实施方式中，第二开关1530的占空比由控制器1650操作。在另一实施方式中，控制器1650包括脉宽调制(PWM)控制，然而，可以采用其他形式的控制。
根据一种实施方式，当第一功率转换器1504从输入端1509提取功率时，提供给第一功率转换器1504的电压遵循在输入端1509处的输入相-中性电压的正弦波形。根据一种实施方式，由于第一功率转换器1504的二极管配置，第一功率转换器1504只在每半个周期的120度相区间的期间从输入端1509提取功率。因此，在输入电压的每个零交叉附近加30度到减30度的相位区间期间，第一功率转换器1504不从输入端1509提取功率。根据这种实施方式，因为正升压电路只操作成在输入端1509的相-中性正电压的从30度到150度的区间期间提取功率，所以由正升压电路接收的电压的振幅将只在具有峰值相-中性电压的50％到100％的振幅的电压范围中变化。此外根据这种实施方式，因为负升压电路只操作成在输入端1509的相-中性负电压的从30度到150度的区间期间提取功率，所以由负升压电路接收的电压的振幅将只在具有峰值相-中性电压的50％到100％的振幅的电压范围中变化。
作为通过第一功率转换器所见的电压范围的前述限制的结果，第一功率转换器1504不使用接近零的电压操作。因此，根据这种实施方式，第一开关1528和第二开关1530不需要连接到中性线1510，而是分别连接到第二母线1513和第三母线1515。可以采用前述方法，因为第二母线1513和第三母线1515的绝对电压电平每一个都小于在输入端1509的峰值相-中性电压的50％。
应该意识到的是，第一开关1528和第二开关1530分别到DC母线1513、1515的连接减少了出现在开关两端的最大电压和最小电压之间的差的振幅，例如，当从导通状态转换到断开状态时。根据一种实施方式，其中在第一DC母线1507和第二DC母线1513之间的电压差是第一DC母线1507到中性线的电压的三分之二，相比于升压电路的开关被连接到中性线1510的设计，第一功率转换器1504的切换损耗被减少33％。根据一种实施方式，电感器1524、1526的电感作为前述方法的结果也被减少了，因为电感器也承受了更窄的电压范围。例如，如果切换损耗被减少33％，则电感器1524、1526也能够被减少33％。电感的减少还可以由于电感器中的减少的绕组量导致减少的电阻。
根据一些实施方式，UPS 1500包括第二功率转换器1506以在输入端1509处接收的电压的零交叉周围的相位区间期间，例如，从每个零交叉附近的大约加30度到大约减30度，提取功率。在图示的实施方式中，第二功率转换器1506从输入端1509提取AC功率并将DC功率提供给第一DC母线1507和第四DC母线1511。为清晰起见，图15图示了被耦合到输入端1509的单相的单个第二功率转换器1506。然而，在实际中，一些实施方式分别为在输入端提供的每一相采用分离的第二功率转换器1506。因此，根据包括三相的图示的实施方式，分离的开关1512分别被耦合到第一输入线1503、第二输入线1505和第三输入线1508中的每一条，其中开关将相应的输入线耦合到只从对应的输入线接收功率的第二功率转换器。
在图示的实施方式中，电感器1532和第一开关1546作为正升压电路以及电感器1532和第二开关1548作为负升压电路。
根据这种实施方式，控制第一开关1546和第二开关1548的占空比以在输入端1509的每个零交叉电压附近的+/-30度的相位区间期间分别从输入端1509提取正电压和负电压从而补偿在第一功率转换器1504不提取功率期间的输入波形的时期。在一种实施方式中，第一开关1546和第二开关1548的占空比由控制器1652操作。在另外的实施方式中，控制器1652提供脉宽调制(PWM)控制。下面将更详细地讨论第一开关1546和第二开关1548的占空比的操作。通过第一转换器1504和第二转换器1506的操作，DC母线1507、1513、1515、1511在UPS 1500的正常操作期间在输入端1509的电压的每半个周期的180度相位区间上接收DC功率。另外，根据这种实施方式，UPS 1500提供从输入电源提取的实质上为正弦的电流。
根据一些实施方式，当UPS 1500正接收输入端1509的足够的功率以满足连接的负载的功率需求时，电池充电器/升压电路1553工作以从DC母线1507、1513、1515、1511接收DC功率并在必要时将DC功率提供给电池1550以对电池1550充电。在图示的实施方式中，电池充电器/升压电路1553被操作为降压转换器以步降来自DC母线1507、1511的电压从而提供对电池1550充电所需的功率。当电池被充电时，第一开关1556和第四开关1562被控制为与电感器1552和1554分别作为降压电路操作，以及第二开关1558和第三开关1560被断开。
还应该意识到的是，以上所讨论的关于第一功率转换器1504的减少的尺寸和减少的损耗及其连接到第二DC母线1513和第三DC母线1515而不是连接到中性线1510的益处，还可以应用到电池充电器/升压电路1553。这是可能的，因为电池1550的正端子处的电压电平落在第一DC母线1507和第二DC母线1513之间的电压范围内以及电池1550的负端子处的电压电平落在第三DC母线1515和第四DC母线1511之间的电压范围内。因此，根据这种实施方式，第一开关1556和第四开关1562不需要连接到中性线1510，而改为分别通过第二二极管1566连接到第二母线1513和通过第三二极管1568连接到第三母线1515。
应该意识到的是，第一开关1556和第四开关1562分别到DC母线1513、1515的连接减少了出现在开关两端的最大电压和最小电压之间的差的振幅，例如，当从导通状态转换到断开状态时。根据一种实施方式，其中在第一DC母线1507和第二DC母线1513之间的电压差是第一DC母线1507到中性线的电压的三分之二，相比于开关被连接到中性线1510的设计，电池充电器/升压电路1553的切换损耗被减少33％。还应该意识到的是，电感器1552、1554的电感作为前述方法的结果也被减少了，因为电感器也承受了更窄的电压范围。例如，如果切换损耗被减少33％，则电感器1552、1554也能够被减少33％。电感的减少还可以由于电感器中的减少的绕组量导致减少的电阻。
在一些实施方式中，母线平衡器1571被配置成在需要时通过将存储在电容器1606、1608、1610、1612中的能量移动到母线1507、1513、1515、1511上来平衡和维持DC母线1507、1513、1515、1511上的所需电压。根据一些实施方式，母线平衡器1571的操作实质上与在上面关于图12所描述的母线平衡器1200的操作相同。因此，母线平衡器1571的操作这里是概括性的。
一般地，根据一种实施方式，在图15中图示的母线平衡器1571操作成使得在第一谐振回路(包括第一电感器1596和第一电容器1598)和第二谐振回路(包括第二电感器1602和第二电容器1600)两端的电压差优选等于在母线1507和母线1511之间的总DC电压的大约三分之一。此外，在DC母线平衡器1571的平衡操作期间(例如，DC母线1507、1513、1515、1511上的电压处于所需电平)，出现在节点1605、1609和1597处的信号实质上是方的。在平衡操作期间，在节点1605、1609和1597处的电压摆动将实质上是彼此同相的且具有实质上相同的振幅。在第一谐振回路(包括第一电感器1596和第一电容器1598)和第二谐振回路(包括第二电感器1602和第二电容器1600)两端的电压差优选大约等于在母线1507和母线1511之间的总DC电压的三分之一。电容器1598和1600被配置成充电到设置在谐振回路两端的电势。
根据一种实施方式，DC母线平衡器1571使用存储在第一谐振回路(包括第一电感器1596和第一电容器1598)和第二谐振回路(包括第二电感器1602的第二电容器1600)中的能量补偿DC母线1507、1513、1515、1511上的不平衡电压。
DC/AC转换器1613作为DC/AC转换器操作并被配置成从DC母线1507、1513、1515、1511接收DC功率以及将AC输出提供给输出端1642。DC/AC转换器1613的操作实质上与上面关于图7所描述的DC/AC转换器700的操作相同。因此，DC/AC转换器1613的操作这里是概括性的。
根据图示的实施方式，DC/AC转换器1613经由母线1507、1511、1513、1515从第一功率转换器1504或电池1550接收DC功率。DC/AC转换器1613通过以预定的顺序切换开关1614、1616、1618、1620、1622、1624将DC功率转换成AC功率。开关1614、1616、1618、1620、1622、1624被切换的顺序取决于在输出端1642的所需输出。一般地，被积极切换的开关1614、1616、1618、1620、1622、1624的占空比被改变以使输出端1642的电压实质上为AC。DC/AC转换器1613产生峰值电压大约等于在DC母线1507和1511上出现的电压的AC输出。
在一种实施方式中，出现在DC母线1507和1511上的标称电压被调整成稍微大于输入端1509处的输入电压的峰值振幅。这样做的目的是为了能够减轻例如由电压尖峰或异常高的输入电压产生的在输入端1509处的失真对DC/AC转换器1613的影响。因此由DC/AC转换器1613产生的AC输出的峰值电压可以稍微小于在DC母线1507和1511上出现的电压。前述方法还可以允许UPS 1500甚至在输入电压异常高的情况下以标称输出电压供电。应该意识到的是，提供给负载的功率的配置可以根据所需要的操作变化。例如，DC/AC转换器1613可以提供三相功率连接中的一相或具有单相的功率。在一种实施方式中，开关1614、1616、1618、1620、1622、1624的占空比由控制器1658操作。根据一种实施方式，控制器1658提供脉宽调整(PWM)控制。
根据一些实施方式，在提供给输入端1509的AC功率不足以满足连接到输出端1642的负载的需求时，可以使用来自电池1550的功率以满足连接的负载的需求。根据一种实施方式，由电池1550提供的功率可以单独使用或与供应给输入端的功率组合使用。
这里参考图15中图示的实施方式描述UPS 1500在电池模式中的操作。在电池操作模式的一种实施方式中，在输入端1509提供的AC功率不足以给负载供电，因此UPS 1500从电池1550向输出端1642提供功率。在这种实施方式中，第一功率转换器1504和第二功率转换器1506分别通过开关1514和1512与输入端1509断开连接。在一些实施方式中，诸如继电器或接触器1512、1514的机电设备被用于使输入端1509与第一功率转换器1504和第二功率转换器1506断开连接。根据其他的实施方式，开关1512和1514之一或两者包括固态开关。
根据一种实施方式，在输入端1509与第一功率转换器1504和第二功率转换器1506断开时，电池1550可被连接到第一功率转换器1504的输入端。在一种实施方式中，晶闸管1516、1518被操作在导通状态以将第一功率转换器1504连接到电池1550。根据一种实施方式，当使用电池电源操作时，馈给DC母线1507、1513、1515、1511的总DC功率的第一部分经由第一功率转换器1504从电池1500提供，而馈给DC母线1507、1513、1515、1511的总DC功率的第二部分直接由电池充电器/升压电路1553提供。
在一些实施方式中，当UPS 1500从电池1550向输出端1642提供功率时，第一功率转换器1504操作为电池电压升压电路。当UPS在电池电源下工作时，第一功率转换器1504经由被导通的晶闸管1518、1516从电池1550接收DC功率。第一功率转换器1504的正升压电路被控制成操作为升压电路并将DC功率从电池1550提供给第一DC母线1507和第二DC母线1513。第一功率转换器1504的负升压电路被控制成操作为升压电路并将DC功率从电池1550提供给第三DC母线1515和第四DC母线1511。根据前述内容，第一功率转换器1504提供供应给DC母线1507、1513、1515、1511的总功率的第一部分。
根据另外的实施方式，当工作在电池电源下时，电池充电器/升压电路1553操作为升压转换器以步升从电池1550接收的电压并提供供应给DC母线1507、1513、1515、1511的总功率的第二部分。在一种实施方式中，第二开关1558在包括电感器1552的升压电路中操作以从电池1550向DC母线1513供电。根据这种实施方式，第三开关1560在包括电感器1554的升压电路中操作以从电池1550向DC母线1515供电。此外根据这种实施方式，第一开关1556和第四开关1562在电池操作模式期间被断开以及来自电池的功率分别经由二极管1564和1570供应给DC母线1507和DC母线1511中的每一个。如以上所讨论的，在一种实施方式中，开关1556、1558、1560、1562、1528的占空比由控制器1654操作。在其他的实施方式中，控制器1654提供脉宽调制(PWM)控制。
根据一些实施方式，第一功率转换器1504提供大于由DC母线1507、1513、1515、1511供应的总功率的50％，以及电池充电器/升压电路1553提供由DC母线1507、1513、1515、1511供应的总功率的剩余部分(例如，49％)。在一种实施方式中，第一功率转换器1504提供由DC母线1507、1513、1515、1511供应的总功率的70％，以及电池充电器/升压电路1553提供剩余的30％。然而，应该意识到的是，由第一功率转换器1504提供给DC母线(以及因此负载)的功率量与相对于由电池充电器/升压电路1553提供给DC母线的功率量的比率可以与前述的实施例不同。因此，在一种实施方式中，电池充电器/升压电路1553提供大于由DC母线1507、1513、1515、1511供应的总功率的50％，以及第一功率转换器1504提供由DC母线1507、1513、1515、1511供应的总功率的剩余部分。
要意识到的是，通过限制由电池充电器/升压电路1553供应给DC母线1507、1513、1515、1511的总功率的百分比，电池充电器/升压电路1553可以被设计为小于由UPS 1500在输出端1642提供的总功率的连续额定功率。例如，电池充电器/升压电路1553的连续额定功率可以实质上小于UPS1500被额定提供的功率的100％。例如，如果电池充电器/升压电路1553被配置成将总功率的30％提供给DC母线1507、1513、1515、1511，那么电池充电器/升压电路1553可以被设计成额定功率等于UPS 1500的额定总功率的30％。
根据另外的实施方式，UPS 1500被配置成，在依赖于电池电源操作后，例如，当在输入端1509AC的电源可用时，在过渡状态中操作以返回到正常操作。根据一种实施方式，过渡状态包括两个区间。在第一区间期间，由第一功率转换器1504从电池1550提取的功率减少，而由电池充电器/升压电路1553从电池1550提取的功率增加。在第二区间期间，由第一和第二功率转换器1504从输入端1509提取的功率增加，而从电池1550提取的功率减少。在一种实施方式中，每个区间占用5秒，总的过渡在10秒中发生。然而，区间的长度可以互相不同并且可以占用更长或更短的时间量。根据另外的实施方式，第一区间和第二区间重叠每个区间的至少一部分。根据又一实施方式，第一区间和第二区间实质上同时发生。
在一种实施方式中，当检测到输入端1509的AC功率是稳定且在适当的电压和频率限制内时，UPS 1500开始第一区间以从电池模式过渡回正常模式。在第一区间期间，第一开关1512闭合以及AC功率由第二功率转换器1506从输入端1509提取。根据这种实施方式，第二开关1514在第一区间期间保持断开。如以上所描述的，在正常操作模式中，第二功率转换器1506只在输入波形的零交叉附近的区间中提取功率。然而，在过渡回AC功率的第一区间期间，控制第二功率转换器1506以在整个线周期上提取正弦电流波形。另外，在一种实施方式中，从输入端1509提取的AC功率在第一区间期间线性地从零增加到覆盖供应给DC母线的总功率的大约50％的水平(也就是，提供给输出端1642的功率的50％)。在由第二功率转换器1506提取的AC电力在第一区间期间增加的同时，从电池1550提取的功率减少。
此外，经由第一功率转换器提供给DC母线的电池功率相对于经由电池充电器/升压电路1553提供给DC母线的电池功率的比率在第一区间期间减少。因此，在第一区间的末端(例如，在5秒之后)，供应给DC母线1507、1513、1515、1511的功率的50％经由第二功率转换器1506从输入端1509提取，以及剩余的50％经由电池充电器/升压电路1553从电池1550提取。在第一区间期间，由第一功率转换器1504提取的电流可以被减少到零。
在第二区间期间，晶闸管1518、1516被断开以使电池与第一功率转换器1504隔离以及第二开关1514被闭合以允许第一功率转换器1504从输入端1509提取AC功率。此外，由第一功率转换器1504和第二功率转换器1506从输入端1509提取的AC功率的振幅和波形被调整。从AC输入提供的总功率的量增加而经由电池充电器/升压电路1553从电池1550提取的DC电流减少。因此，在第二区间的末端(例如，在另一5秒之后)，UPS 1500处于操作的稳态“正常模式”，其中所有需要的功率由第一功率转换器1504和第二功率转换器1506以之前描述的方式从输入端1509提取。要意识到的是，在以上描述的过渡状态期间，电池充电器/升压电路1553和第二功率转换器1506可以每个供应在UPS输出端1642提供的总功率的50％。然而，根据一些实施方式，由于从电池操作到正常操作的过渡的持续时间短，电池充电器/升压电路1553和第二功率转换器1506可以被设计成具有小于UPS的最大额定输出的50％的最大连续额定以及通过过渡仍可靠地工作。
因此，在一种实施方式中，电池充电器/升压电路1553可以被设计为等于小于总需求功率的50％的值的连续额定功率。例如，在一种实施方式中，电池充电器/升压电路1553具有等于UPS的最大额定功率输出的30-40％的连续额定功率。此外，第二功率转换器1506可以被设计成在零交叉附近的短暂相位区间期间以满功率处理来源于所需电流的有效电流。
还要意识到的是，电池充电器/升压电路1553的连续额定功率可以被设计为是UPS 1500被额定提供的功率的100％的连续额定功率。根据这种实施方式，电池充电器/升压电路1553具有等于UPS 1500的完全额定的额定。根据这种实施方式，由电池1550供应的所有功率可以经由电池充电器/升压电路1553提供给DC母线1507、1511、1513、1515。另外，根据这种实施方式经由第一功率转换器1504从电池1550向DC母线1507、1511、1513、1515供电是不必要的。因此，在一些实施方式中，第一晶闸管1516和第二晶闸管1518不包括在UPS中，即，电池不连接到第一功率转换器1504的输入端。
前述方法还可以允许UPS的操作以更简化的方式从电池操作过渡到正常操作。例如，可以采用单个过渡状态，其中由第一和第二功率转换器1504从输入端1509提取的功率增加而由电池充电器/升压电路1553从电池1550提取的功率减少。因此，在过渡区间的末端，UPS 1500处于操作的稳态“正常模式”，其中所有所需的功率由第一功率转换器1504和第二功率转换器1506以之前描述的方式从输入端1509提取。根据一种实施方式，过渡区间占用10秒；然而，区间的长度可以变化以及可以在不同的实施方式中占用更长或更短的时间量。
根据另外的实施方式，UPS还可以包括“超载”操作模式，其中从电池1550和输入端1509中的每一个向DC母线提供功率，一起用于超载的至少一些电平。根据一种实施方式，当在输出端1642所需的功率大于UPS1500的额定功率时，超载操作发生。例如，在负载需要UPS 1500的额定功率的150％的一种实施方式中，可以期望将输入端1509的AC电流限制为UPS 1500的额定功率的130％以避免上游断路器切断。照这样，剩余的20％可以由电池1550经由电池充电器/升压电路1553提供。根据这种实施方式，UPS 1500可以被配置成从电池1550提供总的所需功率的第一部分以及从输入端1509提供总的所需功率的第二部分。如以上所提到的，通过从电池1550和输入端1509向输出端1642提供功率，限制从输入端1509的外部AC源提取的AC电流以及避免诸如断路器或保险丝的上游电路保护设备切断可以是可能的。在一种实施方式中，前述方法基于载流量而不是功率来建立额定。在这种实施方式中，上面的限制可以通过改变输入电压的大小受到影响。例如，如果线电压异常低，例如标称值的85％，则从AC输入端供应的功率可以被限制为.85(130％)或110.5％而剩余的39.5％功率将从电池1550提供以将电流维持在所需的载流量限制内。
如以上提到的，UPS 1500可以包括产生参考波形的控制系统以控制UPS 1500的不同区中的开关的操作。参考波形可以根据UPS 1500是仅用在输入端1509接收的功率向输出端供电、仅用由电池1550提供的功率向输出端供电还是处于从电池功率到AC输入功率的过渡状态中变化。
一般地，控制器根据UPS 1500的模式和正被控制的单独的开关来操作开关以遵循不同参考波形。如以上关于图15的实施方式所讨论的，在UPS 1500的正常操作期间，第一功率转换器1504和第二功率转换器1506执行负载分担。第一功率转换器1504在来自每半个周期的120度的区间中从输入端1509提取功率以及第二功率转换器1506在每个零交叉附近+/-30度的区间中从输入端1509提取功率。
参考图16，示出了根据一种实施方式的UPS 1500的在第一功率转换器1504和第二功率转换器1506之间执行负载分担的参考波形图。根据一种实施方式，在负载分担期间执行的第一功率转换器1504和第二功率转换器1506之间的过渡被控制以防从两个升压电路提取的、可能以其他的方法在每个过渡产生的电流中的逐步改变。根据一些实施方式，前述方法限制了设置在UPS 1500的组件上的应力并增加了从输入端1509提取的电流的控制的准确度。
根据一些实施方式，在第一功率转换器1504和第二功率转换器1506之间的负载分担被允许在大于每个零交叉周围的±30度的限定的相位区间上发生。例如，随着输入电流波形接近零交叉，在第二功率转换器1506中的电流在零交叉之前45度处开始逐渐地增加并被控制以在零交叉之前30度内提供由UPS需要的所有电流。类似地，在第二功率转换器1506中的电流在零交叉之后从30到45度的相位区间中被逐渐减小，以使在零交叉之后45度电流等于零。
在第二功率转换器1506的这些负载分担区间期间，在第一功率转换器中的电流被控制以使由第一功率转换器1504和第二功率转换器1506在任意相位角提取的电流的总和等于总的所需正弦输入电流。要意识到的是，在其他的实施方式中，电流的逐渐增加和减少可以逐渐地超过由相对于在以上的实施例中的正弦输入电流的时期选定的15度相位区间占用的时间更多或更少地发生。另外，在限定的相位区间期间，电流被增加或减少的斜坡可以是线性(例如三角形)斜坡或正弦斜坡。
进一步参考图16，由控制器1650和1652产生的参考波形1702图示了由UPS 1500在输入端1509提取的所需总输入电流。在图示的实施方式中，波形1702是正弦波形。
在另外的实施方式中，波形1702被通过PLL(锁相环)与在输入端1509的输入电压同步并且其振幅由维持DC母线1507、1513、1515、1511的所需电压电平的DC母线电压调节器控制。如果DC母线电压的大小下降，在输入端1509的输入电流可以被增加以将更多的功率供应给DC母线1507、1513、1515、1511。相反地，如果DC母线电压的大小增加，在输入端1509的输入电流可以被减少以将更少的功率供应给DC母线1507、1513、1515、1511。
波形1704图示了根据一种实施方式的另外的参考波形。根据这种实施方式，正弦波1704图示了具有频率是输入电流的频率的12倍的正弦波。另外，在图示的实施方式中的波形1704包括DC偏移，DC偏移提供具有从0到1变化的大小的波形。在另外的实施方式中，波形1704还是相位角的函数并且通过PLL(锁相环)被与在输入端1509的输入电压同步，例如，以参考波形1702的频率的某个倍频而同步。因此，波形1704被提供有使得波形1704在参考波形1702的每个零交叉和每个峰值处都位于峰值(大小等于1)的频率。
根据一种实施方式，提供了波形1706，其包括在参考波形1702的零交叉的附近(以及包括零交叉)中的预定区域的+1大小。例如，在图示的实施方式中，波形1706对于在参考波形1702的每个零交叉周围从+30度到-30度的区域，例如，在相位区间1705期间，具有+1值。在其他的相位区间中，波形1706具有等于零的值。在另外的实施方式中，在相位区间1705中采用了具有大于零但不同于+1的值的常数。根据图示的实施方式，在其他的相位区间1707期间，波形1706遵循波形1704，因为波形1706在0值和1值之间过渡。例如，可以提供相位区间1707以产生波形1706，波形1706以除了步进方式的方式在相位区间1705和在其期间波形1706具有零大小的相位区间之间过渡。因此，在一种实施方式中，波形1706是相位角的函数并通过PLL(锁相环)被与在输入端1509的输入电压同步。前述结果可以通过例如至少部分地使用波形1704以产生波形1706来获得。
根据一种实施方式，控制器1652将乘法器波形1706与波形1702相乘以产生关于第二功率转换器1506的参考波形1708。关于第二功率转换器1506的参考波形1708图示了确定第二功率转换器1506何时从输入端1509提取电流的波形。根据一种实施方式，波形1706提供了关于第二功率转换器1506的电流参考乘法器。例如，波形1706可以被乘以参考波形1702以在参考波形1708被用于第二功率转换器1506的控制的情况下提供参考波形1708。在另外的实施方式中，当波形1706具有0值时，电流不被第二功率转换器1506提取。相反地，当波形1706具有1值时，所需输入电流的100％由第二功率转换器1506提取。当参考波形1708具有在0和1之间的值时，UPS 1500的总输入电流的某一部分由第二功率转换器1506提取。
在图16中图示的实施方式中，在第二功率转换器1506中的电流开始于零交叉之前的45度1709处被逐渐增加并被控制在零交叉之前30度1710达到所需电平。类似地，在第二功率转换器1506中的电流开始于在零交叉之后30度1712处被逐渐减少(在正方向或负方向上)并被控制在零交叉之后45度1714达到所需电平。
根据另外的实施方式，关于第一功率转换器1504的参考波形1716和关于第二功率转换器1506的参考波形1708的组合提供波形1702。例如，控制器1650可以从波形1702减去关于第二功率转换器1506的参考波形1708以产生关于第一功率转换器1504的参考波形1716。关于第一功率转换器1504的参考波形1716图示了确定第二功率转换器1506何时从输入端1509提取电流的波形。参考波形1716导致第一功率转换器1504在部分参考波形1702未被关于第二功率转换器1506的波形1708利用期间从输入端1509提取功率。
如以上所描述的，在一种实施方式中，在具有第一功率转换器1504的UPS操作和具有第二功率转换器1506的UPS操作之间的过渡可以不采用在两个功率转换器的操作中的步进式改变来进行。例如，当UPS 1500的输入端1509处的电流接近零交叉时，在第二功率转换器1506中的电流可以开始于零交叉之前45度被逐渐增加并被控制以在零交叉之前30度达到所需电平。类似地，在第二功率转换器1506中的电流可以在零交叉之后从30度到45度的相位区间中被逐渐减少，以使在零交叉之后45度，在第二功率转换器1506中的电流达到零。
根据一种实施方式，控制器1650从三条输入线1503、1505、1508的三个不同相(L1、L2、L3)组合关于第一功率转换器1504的参考波形的正部分1713。参考波形的组合的正部分1713图示了确定第一功率转换器1504的正升压电路何时从输入端1509提取功率的波形。控制器1650从三条输入线1503、1505、1508的三个不同相(L1、L2、L3)组合关于第一功率转换器1504的参考波形的负部分1715。参考波形的组合的负部分1715图示了确定第一功率转换器1504的负升压电路何时从输入端1509提取功率的波形。另外，根据一些实施方式，对应波形1704和1706的分离的波形被分别用于多相输入端1509的每一相，以产生对应波形1708的、在各相之间相位不同(例如通过三相系统中的120度)的波形。
在电池操作模式中，用于控制电池充电器/升压电路1553的参考波形可以是DC参考。在一种实施方式中，当电池充电器/升压电路1553被操作为升压电路时，参考由DC母线电压调节器产生，而当电池充电器/升压电路1553作为充电器运行时，参考由分离的充电电压调节器产生。
在一些实施方式中，图15的UPS 1500可以为一个或多个功率转换器采用模块化拓扑，例如，如在图1中一般图示的。根据一种实施方式，第二功率转换器1506包括每个分别耦合到多相AC输入端的单相的多个功率转换器。另外，第二功率转换器中的每一个包括连接到DC母线1507、1511、1513和1515中的每一个的输出端。
虽然本公开内容使用共同包装的设备(例如，并联耦合的开关和二极管)，但可以使用其他的电路。例如，可以使用被配置成允许电流在第一方向上实质上不受抑制地流动的电路，然而可以使用选择性地将电流控制在与第一方向相反的方向上流动的电路。
因此已经描述了本发明的至少一种实施方式的若干方面，要意识到的是，对本领域中的技术人员来说将容易进行各种改动、修改和改进。这些改动、修改和改进旨在是本公开内容的一部分，并且旨在本发明的精神和范围内。因此，前述说明和附图仅是举例的方式。

Claims (20)

1.一种功率转换器电路，包括：
输入端，其包括多条输入线，每条输入线被配置成耦合到多相AC电源的具有正弦波形的一相；
多条DC母线，其包括具有第一标称DC电压的第一正DC母线、具有第二标称DC电压的第二正DC母线、具有第三标称DC电压的第一负DC母线和具有第四标称DC电压的第二负DC母线；
第一功率转换器，其被耦合到所述输入端并被配置成在所述正弦波形的第一正区域和所述正弦波形的第一负区域期间从所述多相AC电源向所述多条DC母线供电；以及
第二功率转换器，其被耦合到所述输入端并被配置成在所述正弦波形的第二正区域和所述正弦波形的第二负区域期间从所述多相AC电源向所述多条DC母线中的至少一些供电。
2.如权利要求1所述的功率转换器电路，其中所述第一正区域和所述第二正区域包括所述正弦波形的不同区域，以及其中所述第一负区域和所述第二负区域包括所述正弦波形的不同区域。
3.如权利要求1所述的功率转换器电路，其中所述第一功率转换器包括正升压电路和负升压电路，
其中所述正升压电路被耦合到每条所述输入线并被配置成在所述多相AC功率信号的每一相的正弦波形的所述第一正区域期间提取电流，以及
其中所述负升压电路被耦合到每条所述输入线并被配置成在所述多相AC功率信号的每一相的正弦波形的所述第一负区域期间提取电流。
4.如权利要求3所述的功率转换器电路，其中所述第二功率转换器包括多个正升压电路和多个负升压电路，
其中所述第二功率转换器被配置成在所述第二正区域期间使用所述多个正升压电路中的每一个提取电流以从所述多相AC电源的不同的一条所述输入线提取电流，以及
其中所述第二功率转换器被配置成在所述第二负区域期间使用所述多个负升压电路中的每一个提取电流以从所述多相AC电源的不同的一条所述输入线提取电流。
5.如权利要求1所述的功率转换器电路，其中所述功率转换器电路被控制以使在所述输入端由所述功率转换器电路提取的电流总和在所述正弦波形的所有相位角提供实质上为正弦的电流。
6.如权利要求1所述的功率转换器电路，其中所述第一正区域包括在所述正弦波形的峰值正振幅的相位角周围的区域中的所述正弦波形的相位角，
其中所述第一负区域包括在所述正弦波形的峰值负振幅的相位角周围的区域中的所述正弦波形的相位角，以及
其中所述第二正区域和所述第二负区域包括在所述正弦波形的零交叉周围的区域中的所述正弦波形的相位角。
7.如权利要求1所述的功率转换器电路，其中所述第二功率转换器被配置成至少对于在所述正弦波形的每个零交叉周围±30度的范围中的相位角将从所述多相AC电源提取的功率供应给所述多条DC母线中的至少一些。
8.如权利要求1所述的功率转换器电路，还包括耦合到所述输入端的整流器，所述整流器包括耦合到所述第一功率转换器的输入端的输出端。
9.如权利要求8所述的功率转换器电路，还包括第一开关和第二开关，所述第一开关被配置成使所述整流器与所述多相AC电源的每一相电气隔离，所述第二开关被配置成使所述第二功率转换器与所述多相AC电源的每一相电气隔离。
10.一种从UPS提供AC输出功率的方法，所述UPS包括多相AC输入端、多条DC母线、功率转换器电路，所述多条DC母线包括第一正DC母线、第二正DC母线、第一负DC母线和第二负DC母线，所述功率转换器电路包括第一功率转换器和第二功率转换器，每个功率转换器被耦合到所述AC输入端和所述多条DC母线中的至少一条，所述方法包括以下步骤：
在从所述多相AC输入端提供的正弦波形的第一正区域期间和在所述正弦波形的第一负区域期间，从所述多相AC输入端向所述第一功率转换器的输入端供电以及从所述第一功率转换器的输出端向所述多条DC母线提供功率；
在所述正弦波形的第二正区域期间和在所述正弦波形的第二负区域期间，从所述多相AC输入端向所述第二功率转换器的输入端供电以及从所述第二功率转换器的输出端向所述多条DC母线的至少一些提供功率；以及
将从所述多条DC母线供应的功率转换成在所述UPS的AC输出端提供的AC输出功率。
11.如权利要求10所述的方法，还包括步骤：对于在所述正弦波形的峰值正振幅的相位角周围的区域中和在所述正弦波形的峰值负振幅的相位角周围的区域中的所述正弦波形的相位角，从所述第一功率转换器的输出端向所述多条DC母线提供功率。
12.如权利要求11所述的方法，还包括步骤：对于在所述正弦波形的零交叉周围的区域中的所述正弦波形的相位角，从所述第二功率转换器的输出端向所述多条DC母线中的至少一些提供功率。
13.如权利要求10所述的方法，还包括步骤：操作所述第一功率转换器和所述第二功率转换器以使在所述AC输入端提取的电流总和在所述正弦波形的所有相位角提供实质上为正弦的电流。
14.如权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：
产生表示所述UPS的正弦输入电流的波形；
对于在表示所述正弦输入电流的所述波形的零交叉的附近中的相位角，产生关于由所述第二功率转换器提取的电流的大小的第一参考波形；
通过组合所述第一参考波形和表示所述正弦输入电流的所述波形产生第一电流参考信号，其中所述第一电流参考信号在控制所述第二功率转换器的操作时采用；以及
通过组合所述第一电流参考信号和表示所述正弦输入电流的所述波形产生第二电流参考信号以控制所述第一功率转换器的操作。
15.一种从UPS提供AC输出功率的方法，所述UPS包括AC输入端、耦合到所述AC输入端的第一功率转换器、耦合到所述AC输入端的第二功率转换器、DC电源和DC母线，所述方法包括以下步骤：
在所述UPS的第一工作状态，从所述AC输入端向所述第一功率转换器的输入端供电并从所述第一功率转换器的输出端向所述DC母线提供功率；
在所述UPS的所述第一工作状态和所述UPS的第二工作状态的每个状态，从所述AC输入端向所述第二功率转换器的输入端供电并从所述第二功率转换器的输出端向所述DC母线提供功率；
在所述UPS的所述第二工作状态，从所述DC电源向所述第一功率转换器的所述输入端供电并从所述第一功率转换器的输出端向所述DC母线提供功率；以及
在所述第一工作状态和所述第二工作状态的每个状态，将从所述DC母线供应的功率转换成在所述UPS的AC输出端提供的AC输出功率。
16.如权利要求15所述的方法，还包括步骤：在所述UPS的所述第一工作状态，从所述DC母线向所述DC电源供电以对所述DC电源充电。
17.如权利要求16所述的方法，还包括步骤：从所述第一功率转换器的输出端向包括在所述DC母线中的多条DC母线供电，所述DC母线包括具有第一标称DC电压的第一正DC母线、具有第二标称DC电压的第二正DC母线、具有第三标称DC电压的第一负DC母线和具有第四标称DC电压的第二负DC母线。
18.如权利要求17所述的方法，还包括步骤：在所述第二工作状态，从所述DC电源供应输送给所述AC输出端的大部分功率。
19.如权利要求18所述的方法，还包括步骤：在从所述第二工作状态向所述第一工作状态过渡期间，从所述第二功率转换器的输出端供应输送给所述AC输出端的大部分功率。
20.如权利要求15所述的方法，其中从所述AC输入端供电的步骤包括从多相AC输入端的每一相供电。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105226693A (zh) * 2015-10-13 2016-01-06 辽宁立德电力电子股份有限公司 一种基于igbt技术的四象限双向储能逆变装置
CN107425596A (zh) * 2017-03-29 2017-12-01 华为技术有限公司 电子设备、电子设备控制方法及装置
CN110192343A (zh) * 2017-01-13 2019-08-30 西门子股份公司 供电系统和方法
CN115483751A (zh) * 2021-06-15 2022-12-16 施耐德电气It公司 用于在线ups系统的具有集成充电器和dc-dc的ac开关pfc

Families Citing this family (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7688048B2 (en) 2007-02-21 2010-03-30 American Power Conversion Corporation 3-phase high power UPS
FR2927201B1 (fr) * 2008-01-31 2010-02-12 Airbus France Circuit et systemes redresseurs de puissance, procede associe, aeronef comprenant de tels circuit ou systemes
US20120044719A1 (en) * 2009-04-27 2012-02-23 Alexander Ehret Control device for the voltage- absent switching of a switching element of a voltage converter
US8385091B2 (en) 2009-08-20 2013-02-26 Electric IT Corporation 3-phase high-power UPS
FR2952483B1 (fr) * 2009-11-06 2012-12-07 Mge Ups Systems Dispositif convertisseur et alimentation sans interruption equipee d'un tel dispositif.
US8391036B2 (en) * 2009-12-29 2013-03-05 International Business Machines Corporation Selective enablement of power supply sections for improving efficiency
US20120218795A1 (en) * 2011-02-28 2012-08-30 Siemens Corporation Pulse width modulated control for hybrid inverters
CA2833450A1 (en) * 2011-06-08 2012-12-13 Alstom Technology Ltd High voltage dc/dc converter with cascaded resonant tanks
US9509218B2 (en) 2011-08-01 2016-11-29 Alstom Technology Ltd. DC to DC converter assembly
EP2557675A1 (en) * 2011-08-08 2013-02-13 Siemens Aktiengesellschaft Direct electrical heating arrangement comprising a transformer and an indirect voltage link a.c. converter
EP2777127B1 (en) 2011-11-07 2016-03-09 Alstom Technology Ltd Control circuit
CN103959634B (zh) 2011-11-17 2017-09-01 通用电气技术有限公司 用于hvdc应用的混合ac/dc转换器
US8830705B2 (en) * 2011-12-19 2014-09-09 Zbb Energy Corporation System and method for low speed control of polyphase AC machine
CN104272573B (zh) * 2012-02-15 2017-04-12 施耐德电气It公司 模块化的三相在线ups
CA2865447C (en) 2012-03-01 2019-03-12 Alstom Technology Ltd Control circuit
WO2013153571A1 (ja) * 2012-04-10 2013-10-17 富士電機株式会社 電力変換装置
US9444320B1 (en) * 2012-04-16 2016-09-13 Performance Controls, Inc. Power controller having active voltage balancing of a power supply
US9413268B2 (en) 2012-05-10 2016-08-09 Futurewei Technologies, Inc. Multilevel inverter device and method
EP2858230B1 (en) * 2012-05-31 2020-12-02 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Power conversion apparatus
WO2013187883A1 (en) * 2012-06-12 2013-12-19 Schneider Electric It Corporation Apparatus and method for providing uninterruptible power
US9484770B2 (en) * 2012-12-07 2016-11-01 Keme, Inc. System and method of charging a chemical storage device
US9077255B2 (en) * 2013-01-11 2015-07-07 Futurewei Technologies, Inc. Resonant converters and methods
EP2763276A1 (de) * 2013-01-31 2014-08-06 Siemens Aktiengesellschaft Umrichter und Verfahren zum Betrieb eines solchen
US9941813B2 (en) 2013-03-14 2018-04-10 Solaredge Technologies Ltd. High frequency multi-level inverter
GB2516414A (en) * 2013-05-28 2015-01-28 Meb Engineering & Commercial Services Ltd Residential Domestic Uninterruptable Power Supply
US9318974B2 (en) 2014-03-26 2016-04-19 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter with flying capacitor topology
US10797490B2 (en) * 2014-03-26 2020-10-06 Intersil Americas LLC Battery charge system with transition control that protects adapter components when transitioning from battery mode to adapter mode
US9621067B2 (en) * 2014-06-24 2017-04-11 Phoebus-Power Technology Co., Ltd. Hybrid power supply device of air-conditioner
GB2528894B (en) * 2014-08-01 2017-05-10 Eisergy Ltd Power factor correction stages in power conversion
CN104333122B (zh) * 2014-11-18 2018-05-11 华为技术有限公司 供电总线电路
CN105743085B (zh) * 2014-12-12 2019-11-26 通用电气公司 向至少一个负载供电的系统及方法
WO2016167896A1 (en) 2015-04-15 2016-10-20 Liebert Corporation Method for balancing power in paralleled converters
RU2671947C1 (ru) * 2015-06-23 2018-11-08 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Инвертор с возможностью заряда
JP6348460B2 (ja) * 2015-07-08 2018-06-27 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換システム
AU2015414494B2 (en) 2015-11-13 2019-04-18 Innomotics Gmbh Medium voltage transformerless multilevel converter and method for controlling a medium voltage transformerless multilevel converter
US10502470B2 (en) 2016-03-22 2019-12-10 Vertiv Corporation System and method to maintain evaporator superheat during pumped refrigerant economizer operation
US20210006178A1 (en) * 2016-09-29 2021-01-07 Transportation Ip Holdings, Llc Harmonic distortion reduction system for converters connected to a common bus
US9900942B1 (en) 2016-10-21 2018-02-20 Semiconductor Components Industries, Llc Apparatus, systems and methods for average current and frequency control in a synchronous buck DC/DC LED driver
US9887614B1 (en) * 2016-10-21 2018-02-06 Semiconductor Components Industries, Llc Apparatus, systems and methods for average current control in a buck DC/DC LED driver
US10527952B2 (en) * 2016-10-25 2020-01-07 Kla-Tencor Corporation Fault discrimination and calibration of scatterometry overlay targets
US10637279B2 (en) 2017-02-22 2020-04-28 Vertiv Corporation Method of mitigating effects of AC input voltage surge in a transformer-less rectifier uninterruptible power supply system
DE102017212543A1 (de) * 2017-07-21 2019-01-24 Robert Bosch Gmbh Sende-/Empfangseinrichtung für ein Bussystem und Verfahren zur Reduktion von leitungsgebundenen Emissionen
US12199466B2 (en) 2017-08-25 2025-01-14 Schneider Electric It Corporation Uninterruptible power supply system and method
RU184526U1 (ru) * 2018-01-29 2018-10-30 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Автономный источник электропитания
DE102018108737B3 (de) 2018-04-12 2019-08-14 Fujitsu Limited Verfahren zum Ermitteln einer Konfiguration von mehreren Stromversorgungseinheiten eines Computersystems
US20190354154A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Inductors
CN108880311B (zh) 2018-07-05 2020-08-25 华为技术有限公司 一种多电平逆变器的箝位调制方法、装置及逆变器
CN110858727B (zh) * 2018-08-24 2025-02-25 台达电子工业股份有限公司 不断电电源供应器及其操作方法
EP3672054B1 (en) * 2018-12-21 2021-06-16 Eltek AS Power converter and method of controlling a power converter
EP3675345A1 (en) * 2018-12-31 2020-07-01 Solaredge Technologies Ltd. Balanced capacitor power converter
CN111510001B (zh) * 2019-01-30 2021-11-30 华为技术有限公司 电源整流的方法和装置
KR102594977B1 (ko) * 2019-04-09 2023-10-30 에스케이하이닉스 주식회사 신호전달회로 및 이를 포함하는 반도체 장치
US11711003B2 (en) * 2019-05-31 2023-07-25 MagniX USA, Inc. High voltage converter for use as electric power supply
RU193830U1 (ru) * 2019-07-11 2019-11-18 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ЭГО" Источник электропитания измерительной и регистрирующей аппаратуры от сети высокого напряжения
RU2740796C1 (ru) * 2019-12-23 2021-01-21 Публичное акционерное общество "Газпром" Система и способ бесперебойного электроснабжения постоянного тока
US20230163994A1 (en) * 2020-04-01 2023-05-25 Jack Ivan Jmaev Method and apparatus for providing infrastructure processing and communications
US11283273B2 (en) 2020-06-01 2022-03-22 Moxion Power Co. All-electric mobile power unit with variable outputs
US11955833B2 (en) 2021-01-14 2024-04-09 Schneider Electric It Corporation Intelligent load control to support peak load demands in electrical circuits
EP4030585A1 (en) * 2021-01-14 2022-07-20 Schneider Electric IT Corporation Intelligent load control to support peak load demands in electrical circuits
TWI779846B (zh) * 2021-09-24 2022-10-01 國立清華大學 並聯轉換器之載波同步方法及其系統

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5644483A (en) * 1995-05-22 1997-07-01 Lockheed Martin Energy Systems, Inc. Voltage balanced multilevel voltage source converter system
CN1270438A (zh) * 1999-04-06 2000-10-18 朗迅科技公司 两级三相分离升压变换器
CN101237191A (zh) * 2007-01-30 2008-08-06 刘丛伟 交流到交流变流器
WO2008103696A2 (en) * 2007-02-21 2008-08-28 American Power Conversion Corporation 3-phase high power ups
CN100421331C (zh) * 2003-08-15 2008-09-24 美国能量变换公司 不间断电源及向电负载提供电能的方法

Family Cites Families (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5239140A (en) * 1975-09-22 1977-03-26 Mitsubishi Electric Corp Non-interrupted powe source
AU2296677A (en) * 1976-03-10 1978-09-14 Westinghouse Electric Corp Load balancing system for ups rectifiers
US4564747A (en) * 1983-09-30 1986-01-14 Chevron Research Company Methods and apparatus for detecting abnormalities in proximity effect heat-tracing circuits
SE444493B (sv) * 1984-08-24 1986-04-14 Asea Ab Forfarande for styrning av en stromriktare och stromriktare for kraftoverforing med hjelp av hogspend likstrom
JPH038038Y2 (zh) * 1984-11-05 1991-02-27
FR2648612B1 (fr) * 1989-06-15 1991-10-11 Optis Elevator Cy Transformateur diphase-triphase
US5017800A (en) * 1989-09-29 1991-05-21 Wisconsin Alumni Research Foundation AC to DC to AC power conversion apparatus with few active switches and input and output control
FR2684250B1 (fr) * 1991-11-27 1994-04-01 Merlin Gerin Systeme de distribution d'energie electrique de haute qualite.
US6069412A (en) * 1993-03-29 2000-05-30 Powerware Corporation Power factor corrected UPS with improved connection of battery to neutral
US5684686A (en) * 1994-01-12 1997-11-04 Deltec Electronics Corporation Boost-input backed-up uninterruptible power supply
US5710504A (en) 1996-05-20 1998-01-20 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Switched capacitor system for automatic battery equalization
US6031738A (en) * 1998-06-16 2000-02-29 Wisconsin Alumni Research Foundation DC bus voltage balancing and control in multilevel inverters
DE19845903A1 (de) * 1998-10-05 2000-04-06 Aloys Wobben Elektrische Energieübertragungsanlage
US6040989A (en) * 1999-05-06 2000-03-21 Emerson Electric Co Device and method for generating three-phase sine waves using two pulse-width modulators
JP2000324711A (ja) 1999-05-17 2000-11-24 Canon Inc 組み電池装置
US6184593B1 (en) * 1999-07-29 2001-02-06 Abb Power T&D Company Inc. Uninterruptible power supply
BR9907351A (pt) * 1999-12-22 2001-08-07 Ericsson Telecomunicacoees S A Método e circuito de controle para retificador do tipo elevador trifásico de três nìveis
US6700351B2 (en) * 2000-02-18 2004-03-02 Liebert Corporation Modular uninterruptible power supply battery management
DE60125336T2 (de) 2000-02-29 2007-08-02 Eaton Power Quality Corp., Cleveland Stromwandler mit wechselstrom- und gleichstrombetriebsmodus und verfahren zum betrieb desselben
US6459596B1 (en) 2000-08-18 2002-10-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for a Reduced parts-counts multilevel rectifier
US20020133728A1 (en) * 2000-11-14 2002-09-19 Sanjay Agarwal Network traffic based adaptive power management system for computer networks
US6577106B2 (en) * 2000-11-30 2003-06-10 Honeywell International Inc. Multi-functional AC/DC converter
DK174494B1 (da) * 2001-01-26 2003-04-22 American Power Conversion Denm Kombineret AC-DC til DC konverter
US6631080B2 (en) * 2001-06-06 2003-10-07 Hybrid Power Generation Systems Llc Systems and methods for boosting DC link voltage in turbine generators
JP3858893B2 (ja) 2001-10-01 2006-12-20 サンケン電気株式会社 電圧バランス回路、電圧検出用回路、電圧バランス方法及び電圧検出方法
US20030076696A1 (en) * 2001-10-18 2003-04-24 Delta Electronics, Inc. Device of uninterruptible power supply
US7106607B2 (en) * 2002-01-22 2006-09-12 American Power Conversion Denmark Aps Combined AC-DC to DC converter
CN1333506C (zh) 2002-08-14 2007-08-22 艾默生网络能源有限公司 带母线均压功能的不间断电源系统
US7786616B2 (en) * 2003-02-07 2010-08-31 Cummins Power Generation Inc. Generator with DC boost and split bus bidirectional DC-to-DC converter for uninterruptible power supply system or for enhanced load pickup
US6914415B2 (en) * 2003-02-14 2005-07-05 Motorola, Inc. Battery adaptor to facilitate reconditioning in a smart charger
US7545120B2 (en) * 2003-07-29 2009-06-09 Dell Products L.P. AC-DC adapter and battery charger integration for portable information handling systems
US6903537B2 (en) * 2003-10-22 2005-06-07 Aimtron Technology Corp. Switching DC-to-DC converter with multiple output voltages
JP4445470B2 (ja) 2003-10-27 2010-04-07 三菱電機株式会社 電源装置
US7446433B2 (en) * 2004-01-23 2008-11-04 American Power Conversion Corporation Methods and apparatus for providing uninterruptible power
US7432615B2 (en) * 2004-01-29 2008-10-07 American Power Conversion Corporation Uninterruptable power supply system and method
US7050312B2 (en) * 2004-03-09 2006-05-23 Eaton Power Quality Corporation Multi-mode uninterruptible power supplies and methods of operation thereof
US7684222B2 (en) 2004-03-24 2010-03-23 Eaton Corporation Power conversion apparatus with DC bus precharge circuits and methods of operation thereof
US7339803B2 (en) * 2004-04-09 2008-03-04 Eaton Corporation Inverter bridge short-circuit protection scheme
CN102163872B (zh) 2004-08-31 2013-02-06 美国能量变换公司 提供不间断电源的设备及其方法
US7456518B2 (en) * 2004-08-31 2008-11-25 American Power Conversion Corporation Method and apparatus for providing uninterruptible power
JP4181104B2 (ja) 2004-10-06 2008-11-12 日本無線株式会社 蓄電器の電圧制御装置及びそれを備えた蓄電器モジュール
US7402921B2 (en) * 2005-04-21 2008-07-22 American Power Conversion Corporation Method and apparatus for providing uninterruptible power
US7352083B2 (en) * 2005-09-16 2008-04-01 American Power Conversion Corporation Apparatus for and method of UPS operation
US7456524B2 (en) * 2006-03-31 2008-11-25 American Power Conversion Corporation Apparatus for and methods of polyphase power conversion
US7705489B2 (en) * 2006-09-08 2010-04-27 American Power Conversion Corporation Method and apparatus for providing uninterruptible power
US8040702B2 (en) * 2006-09-15 2011-10-18 Mitsubishi Electric Corporation DC/DC power converting apparatus
US7639520B1 (en) * 2007-02-26 2009-12-29 Network Appliance, Inc. Efficient power supply
JP5049637B2 (ja) * 2007-04-12 2012-10-17 三菱電機株式会社 Ｄｃ／ｄｃ電力変換装置
US7619907B2 (en) * 2007-04-12 2009-11-17 Mitsubishi Electric Corporation DC/DC power conversion device
ES2378616T3 (es) * 2008-04-18 2012-04-16 Abb Research Ltd. Aparato y procedimiento para el control de una línea de transmisión
US8385091B2 (en) 2009-08-20 2013-02-26 Electric IT Corporation 3-phase high-power UPS
US8488345B2 (en) * 2010-12-01 2013-07-16 Rockwell Automation Technologies, Inc. Pulse width modulation control method and system for mitigating reflected wave effects in over-modulation region
CN202475260U (zh) * 2012-01-06 2012-10-03 无锡联动太阳能科技有限公司 高升压比变换器、太阳能逆变器与太阳能电池系统
EP2672621B1 (en) * 2012-06-07 2019-01-23 ABB Research Ltd. Method for zero-sequence damping and voltage balancing in a three-level converter with split dc-link capacitors and virtually grounded LCL filter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5644483A (en) * 1995-05-22 1997-07-01 Lockheed Martin Energy Systems, Inc. Voltage balanced multilevel voltage source converter system
CN1270438A (zh) * 1999-04-06 2000-10-18 朗迅科技公司 两级三相分离升压变换器
CN100421331C (zh) * 2003-08-15 2008-09-24 美国能量变换公司 不间断电源及向电负载提供电能的方法
CN101237191A (zh) * 2007-01-30 2008-08-06 刘丛伟 交流到交流变流器
WO2008103696A2 (en) * 2007-02-21 2008-08-28 American Power Conversion Corporation 3-phase high power ups

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105226693A (zh) * 2015-10-13 2016-01-06 辽宁立德电力电子股份有限公司 一种基于igbt技术的四象限双向储能逆变装置
CN110192343A (zh) * 2017-01-13 2019-08-30 西门子股份公司 供电系统和方法
CN110192343B (zh) * 2017-01-13 2023-07-04 西门子能源有限责任公司 供电系统和方法
CN107425596A (zh) * 2017-03-29 2017-12-01 华为技术有限公司 电子设备、电子设备控制方法及装置
CN107425596B (zh) * 2017-03-29 2020-03-31 华为技术有限公司 电子设备、电子设备控制方法及装置
CN115483751A (zh) * 2021-06-15 2022-12-16 施耐德电气It公司 用于在线ups系统的具有集成充电器和dc-dc的ac开关pfc
CN115483751B (zh) * 2021-06-15 2025-04-01 施耐德电气It公司 用于在线ups系统的具有集成充电器和dc-dc的ac开关pfc

Also Published As

Publication number Publication date
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