专利名称：利用整流的ac和电池为ac负载产生备用不间断电源的系统和方法
技术领域：
本发明涉及到电源，特别是涉及到用来产生备用不间断电源的系统和方法。
不间断电源(UPS)被广泛地用于在交流(AC)公用输入电压故障的情况下为电子装置提供电源。UPS已经被广泛地应用于计算机，包括但是不仅限于个人计算机，工作站，微型计算机和主机计算机，用来确保重要的数据不会丢失，即使是暂时失去AC公用输入电压，计算机仍然可以连续工作。
参见
图1A，图中表示由AC公用输入电压供电的一个AC负载的简化框图。如图1所示，AC公用输入电压100被提供给例如墙头插座的第一插头102，将AC负载120插入其中。按照这种常规结构，如果AC公用输入电源发生故障，AC负载120就会停止工作。
参见图1B，在AC公用输入电压100的第一插头102和AC负载120之间插入一个不间断供电系统110。可以理解，UPS可以设在AC120负载之外，如图1B所示用第二插头112连接UPS110和AC负载120。或者是可以将UPS110作为AC负载120整体中所包括的一部分。
图1B还表示了包括电子电路在内的AC负载120的细节。本领域的技术人员都可以理解，可以用UPS提供的AC电流直接操作某些AC负载例如AC电动机。然而，如果AC负载包括电子电路140，电子电路往往是由一或多种直流(DC)工作电压来操作的。如图1B所示，电子电路140需要三种DC操作电压138a-138c，分别是-5伏DC，+5伏DC和-12伏DC。也可以使用其它DC操作电压。不3难理解，这种电子电路140可以是个人计算机，工作站，微型计算机和主机计算机，或是其它民用，商用或军用电子产品。
为了供应DC操作电压138a-138c，电源130将UPS110产生的AC电流变换成用于电子电路140的DC操作电压138a-138c。相应的电源130通常包括输入整流，例如是通过全波整流二极管132产生整流电压。也可以采用半波输入整流或其它形式的输入整流，这对于熟悉本领域的技术人员来说也是完全可以理解的。可以用电容134对来自全波整流二极管132的整流电压滤波。滤波的电压被提供给一个DC到DC变换器136。DC到DC变换器136可以包括一个升压变换器和/或一个高频变换器，这都是本领域的技术人员所熟知的。包括升压变换器可以实现功率因数校正并且减少输入AC线电流中总的谐波畸变。电源130的设计是本领域技术人员公知的技术，在此无需进一步描述。
UPS大致被划分成在线UPS和备用UPS。在在线UPS中采用电池提供DC到AC逆变器为AC负载供电。一个AC到DC变换器(也可以称为“充电器”)保持电池处在其充电状态。由于电池可为AC负载持续供电，在AC公用输入电压故障时没有过渡过程。另外，电池可以滤除AC公用输入电压的畸变或是噪声，从而减少对AC负载的“干扰”。遗憾的是，在线UPS需要大电池，AC到DC变换器和DC到AC逆变器。因此，在线UPS即昂贵又笨重。
与此相反，备用UPS从AC公用输入电压为AC负载供电，直到AC公用输入电压出现故障。然后切换到用电池和逆变器为AC负载供电。因此，电池和逆变器仅仅是在备用的基础上为AC负载供电。
图2是一种常规备用UPS的框图。如图2所示，备用UPS110’从第一插头102接收AC公用输入电压100，并且经由第一开关202通过第二插头112将AC公用输入电压提供给AC负载。第一开关202可以是一个继电器和/或一个晶闸管(triac)，只要AC公用输入电压还在向第一插头102供电，它就维持闭合。一旦失去AC公用输入电压100，第一开关202就打开。第一开关202可以依靠其常开结构打开，或者是在控制器214的控制下打开。然后，控制器214使第二开关204闭合。当第二开关204闭合时，DC到AC逆变器212通过第二插头112从电池210向AC负载120提供AC电源。当第一插头102上的AC公用输入电压恢复时，第二开关204打开，而第一开关202闭合，从而将电池210断开。如果通过一条检测线路216检测AC公用输入电压100的丢失和恢复，就用于控制器214控制第一开关202和第二开关204打开和闭合。按照本领域的技术人员所知还可以采用其它的结构。充电器206使电池210维持在充电状态。常规的备用UPS110’的设计和使用是本领域技术人员公知的技术，在此无需进一步描述。
遗憾地是，常规的备用UPS110’存在许多缺点。例如，为了避免通过第一插头102从备用UPS110’到AC公用输入电压100的反馈，需要由控制器214提供一种延迟，让第一开关202在第二开关204闭合之前打开。这样会给从AC公用输入电压100到备用电池210的切换带来一种“先断开再接通”的过渡过程。AC负载120在这一过渡过程中将会失去电源。另外，开关204需要采用即能阻塞峰值输入线浪涌电压又要阻塞逆变器电压的高压双向开关。最后，从电池210过渡的DC到AC逆变器212需要满足持续工作的全额定容量，并且应该能够在短时间内提供AC负载所需要的浪涌功率。当电池处在以地为参考的低电压时，DC到AC逆变器212还需要在电池与负载之间提供隔离。因此，DC到AC逆变器212可能即昂贵又不可靠。
在本发明人Oughton的美国专利US5291383中提出了一种包括高频谐振变换器的在线UPS。此项专利的图1表示一个UPS系统的框图。这一UPS系统包括可以连接到AC公用电源的一个整流器。整流器向一个输入滤波器提供DC电压，后者向一个高频谐振变换器的输入提供未经调节的DC电压。谐振变换器在其输出端向一个隔离功率变压器提供经过调节的AC电压。功率变压器包括原边绕组和副边绕组，用原边绕组和副边绕组将变换器耦合到整流器，整流器通过一个输出滤波器向一个脉宽调制(PWM)逆变器提供DC电压。PWM逆变器通过一个低通滤波器向连接到UPS系统的负载提供DC电压。采用适当的控制电路来控制PWM逆变器和谐振变换器。这一UPS系统还包括可以通过一个开关连接到变换器输入端的电池以及电池的充电器，充电器也连接到AC电源上。参见Oughton的专利第一栏13-36行。也可以参见Widener和本发明人Oughton的美国专利US5057698。
如上文所述的UPS昂贵，复杂而且笨重，并且可靠性容易出问题。另外，备用UPS在失去AC公用输入电压时往往不能为AC负载提供不间断的过渡。
本发明的目的之一是提供一种改进的备用UPS系统和方法，可以为AC负载提供备用和不间断的电源。
本发明的另一个目的是为AC负载提供用来产生备用不间断电源的系统和方法，所使用的部件可以降低成本及复杂性和/或体积。
本发明的再一个目的是为AC负载提供用来产生备用不间断电源的系统和方法，在AC公用输入电压发生故障和AC公用输入电压恢复时向AC负载不间断地传送功率。
按照本发明的上述和其它目的是通过用来为AC负载产生备用不间断电源的系统和方法来实现的，对AC输入电压整流，产生一个整流电压，并且响应AC公用输入电压的预定变化接通一个DC电池电压，从而产生备用的DC电压。整流电压和备用DC电压被连接到一个包括输入整流的AC负载，从而产生备用不间断电源，无需使用昂贵，笨重和/或不可靠的逆变器或变换器。在AC公用输入电压发生故障和AC公用输入电压恢复时可以不间断地地传送功率，为AC负载提供支持。
本发明的基础在于许多AC负载的输入端都不需要AC电源，这其中包括但是并不仅限于参照图1B所述的包括电子电路和具有输入整流的电源的那种AC负载。许多AC负载都可以用整流的AC电源工作。因此，在AC公用输入电压工作时不是为AC负载产生AC电源，而是产生整流的AC电源。在AC公用输入电压故障时，由电池提供一个备用DC电压。许多包括输入整流的AC负载都可以使用整流AC电压和备用DC电压。因而就能省略对笨重和昂贵的逆变器或变换器的需求，从而实现一种降低成本，缩小体积并且/或者改善可靠性的UPS。
在一个最佳实施例中，用一或多个二极管对AC公用输入电压整流。这些二极管可以防止对AC公用输入电压的反馈，因而能够立即向AC负载提供备用DC电压，从而实现一种不间断的过渡。由二极管开关(也就是单向开关)接通和断开电池，因此，在确认AC公用输入电压已经完全恢复之前不需要断开电池。这样就能在AC公用输入电压恢复时为负载不间断地供电。
在本发明的最佳实施例中，用一个二极管整流器对AC公用输入电压整流，最好是采用包括至少四个二极管的全波二极管整流器产生整流的电压。用一个二极管开关响应AC公用输入电压中预定的变化而接通来自电池的DC电压，从而产生备用DC电压。二极管开关可以由一个独立的二极管和一个电子或是机电式开关构成。二极管开关也可以是诸如晶闸管那样的单个元件。二极管整流器和二极管开关按照二极管-OR的连接关系来连接，为UPS的输出提供备用的不间断电源。
二极管-OR连接可以随时提供最强的电源来支持AC负载。这样就能为AC负载提供先接通后断开的不间断电源支持。可以用一个控制器接通二极管开关，响应AC公用输入电压的故障而接通电池，而不是首先从UPS断开AC公用输入电压。这样就能提供不间断的过渡。另外，二极管-OR连接可以在AC公用输入电压由于供电管制或其它状态而降低时接通电池，而不需要等到AC公用输入电压完全丢失。最后，当AC公用输入电压恢复时，二极管-OR连接不需要在重新连接AC公用输入电压之前断开电池，而是可以利用二极管-OR连接同时连接电池和AC公用输入电压。因此，为包括输入整流的AC负载产生备用不间断电源的这种系统(装置)和方法可以首先不间断，低成本，紧凑，和/或可靠的备用不间断电源。
图1A是一种由AC公用输入电压供电的常规AC负载的简化框图；图1B是插在AC公用输入电压和AC负载之间的一个常规UPS的简化框图；图2是一种常规UPS的框图；图3表示按照本发明的UPS系统和方法的第一实施例；图4表示按照本发明的UPS系统和方法的第二实施例；图5表示图3和4中电压和信号的时序图；图6表示图3和4中控制器的操作流程图。
以下要参照附图更加具体地描述本发明，在图中表示了本发明的最佳实施例。然而，本发明可以有许多不同的体现形式，不应该被认为是仅限于所述的实施例；提供这些实施例的作用只是为了透彻和完整的说明，并且向本领域的技术人员充分地表达本发明的范围。相同的元件始终采用相同的符号。
以下要参照图3来描述本发明的UPS系统和方法的第一实施例。如图3所述，按照本发明的UPS310的输入通过第一插头102连接到AC公用输入电压100。UPS310的输出通过第二插头112连接到一个AC负载120。如上所述，如果将UPS310集成在AC负载120中，就不需要第二插头112。
继续对图3的描述，UPS310包括一个二极管整流器，例如是单个二极管328，它提供AC公用输入电压100的半波整流。用二极管-OR连接将电池320和二极管开关314串联地连接到二极管整流器328。电池320产生一个足以为AC负载120供电的DC电压VB。当二极管开关314激活时，就产生备用DC电压VS。正如本领域技术人员所熟知的，二极管-OR连接包括连接到一个公共节点上的两个或更多二极管，因而仅有一个二极管的电流可以通过公共节点，而其它二极管会阻塞来自公共节点的电流。换句话说也就是提供了一种单向连接。因此，在图3中，这种二极管-OR连接能够阻止来自电池320的电流反馈给AC公用输入电压100，并且也能够阻止来自AC公用输入电压的电流反馈给电池320。二极管-OR连接330提供UPS310的输出。
UPS310还包括一个线路开关312。线路开关312是可以选择的，因为二极管328能够阻止从电池320到AC公用输入电压100的反馈。然而，对机械线路开关312可能需要调节。
在图3的实施例中，二极管开关314包括一个二极管316和一个开关318，它们串联连接在二极管-OR连接330和电池320之间。开关318可以是诸如继电器的一个机电式开关。开关318也可以是一个电子开关，例如是一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)，功率场效应晶体管(FET)，双极晶体管，或者是任何其它电子开关。二极管开关314提供单向的电流。
同样如图3所示，还包括一个为电池320充电的电池充电器322。电池充电器322的设计是本领域技术人员所熟知的，在此无需解释。最后，按照下文中的具体描述，控制器324通过一条控制线326控制AC公用输入电压100，通过第二控制线334控制线路开关312，并且通过第一控制线332控制二极管开关314的开关318。
然而，一般来说，当检测线326上检测到失去AC公用输入电压时，控制器324可以在线路开关312打开之前立即闭合二极管开关314的开关318，为AC负载120提供不间断传送功率的支持。二极管328提供单向导通电流，并且阻止向AC公用输入电压100的反馈。然后可以用控制器打开线路开关312，在后备电池投入使用时根据调节的需要而实际打开一个开关。当AC公用输入电压100恢复时，控制器324可以闭合线路开关312。二极管开关314或314’提供单向导通电流，使AC公用输入电压100不会流入电池320。在等待一个预定的时间之后，可以在供电线路达到稳定时打开开关318。不难理解，具体的控制器324可以使用一或多个模拟或数字集成电路，离散的模拟或数字电路，能够运行存储程序的集成电路微处理器，专用集成电路(ASIC)，或者是硬件和/或软件的任何其它组合。
图4表示本发明的第二实施例。如图4所示，UPS410包括一个由按照本领域技术人员公知的方式来连接的四个二极管428a-428d构成的全波二极管整流器。另外二极管开关314’是一个集成(单一元件)的二极管开关，例如是一个晶闸管，它的单个半导体器件中包括一个开关和一个二极管。与图3一样，控制器324使用第一线路332控制晶闸管314’。控制器324使用第二控制线路334控制线路开关312。
以下参见图5和6来说明如图3和4所示的本发明的UPS的工作原理。图5表示图3和4的PUS中各种电压和信号的时序图。图6表示控制器324的操作流程图。不难理解，流程中的各个框及其在流程中的组合都是可以用计算机程序指令来实现的。可以将这些计算机程序指令提供给一个处理器或者是其它可编程数据处理装置而构成一个控制器，由处理器或其它可编程数据处理装置上执行的指令构成一个用于执行各个流程框内具体功能的装置。还可以将这些计算机程序指令存储在一个可由计算机读出的存储器中，它可以指示处理器或是其他可编程数据处理装置按照特定的方式工作，用存储在计算机可读存储器中的指令产生一个制成品，包括用来实现在流程图的各个框中规定的功能的指令装置。
流程图中的框表示用来执行特定功能的装置的支持组合，用来执行特定功能的各步骤的组合，以及用来执行特定功能的程序指令装置。可以理解的是，流程图中表示的每个框以及这些框在流程图中的组合都可以由用来执行图6中所示的具体功能或步骤的专用硬件基础上的计算机系统来实现，或者是通过专用硬件和计算机指令的组合来实现。
参见图3，4，5和6，开始，AC公用输入电压100从时间T0到时间T1在第一插头102上提供正常的正弦电压V100。在此期间，控制器324在框602通过线路326检测AC公用输入电压，直至框604中在时间T1发生变化。如下文所述，这种变化可能是由于断电造成的AC公用输入电压100的故障，或者是由于节电造成的AC公用输入电压100下降。
如图5所示，从时间T0到时间T1，第一控制线332上的控制信号V332无效。同样，由电池320提供的备用DC电压VS是零。UPS410在二极管-OR连接330上的输出电压V330是半波整流的AC电压(图3)或全波整流的AC电压(图4)。
参见图6，如果在框604中通过线路326检测到AC公用输入电压的变化，控制器324需要等待一个时间间隔T2，确认AC公用输入电压100已经改变而不是仅仅出现了一个电压尖峰或漏检。可以理解的是，时间间隔T2是很短的，仅仅是AC输入电压一个周期的一个片段。另外，可以使时间间隔T2尽量短，仅仅取决于控制器324的最短检测时间。在时间间隔T2内，控制器电压V332保持无效，备用电压VS维持在零，而输出电压V330也下降到零。
参见图6，如果AC公用输入电压V100的变化在时间间隔T2内持续，控制器324就在框608接通二极管开关314或314’。与此相应，如图5所示，在时间间隔T2结束时接通第一控制线332，从而接通二极管开关314或314’。备用DC电压VS因而增大到其最大值，而输出电压V330提供与AC公用输入电压V100的RMS值接近的DC电压，或者是适合为AC负载120供电的其他电压值。在图6中的框612，控制器324可以用第二控制线334选择断开线路开关312。同样是可以理解的，通过线路开关312自身的机械动作也可以打开线路开关334，无需进行控制器干预。
在框614，控制器连续检测AC公用输入电压V100，检测AC公用输入电压V100是否已经恢复(框616)。参见图5，AC公用输入电压V100在时间T3已经恢复。响应在框616检测到的输入电压恢复，控制器324在框618通过第二控制线334接通线路开关312。同样是可以理解的，线路开关312可以在线电压恢复时自动接通，无需由控制器324来接通。
继续参见图6，在框622，二极管开关314或314’不会立即断开。而是由控制器324等待一个时间间隔T4，确保AC公用输入电压V100达到稳定。在时间间隔T4内，由于二极管-OR连接330的作用，当AC公用输入电压V100超过DC电池电压VB时，二极管开关314或314’变成了反向偏置，从UPS的输出上断开来自电池320的DC电压VB。因此，在时间间隔T4中，电池320和AC公用输入电压V100在二极管-OR连接330处交替地提供UPS输出电压，这取决于整流AC公用输入电压和DC电池电压哪一个更高。上述说明中假设二极管316或二极管开关314’上没有电压降，这是可以理解的。如果存在电压降，电池320和AC公用输入电压100在二极管-OR连接320处交替地提供输出电压，这取决于没有电压降的整流AC公用输入电压和DC电池电压哪一个更高。
在经过时间间隔T4之后并且已经确认AC公用输入电压100稳定，在框624断开二极管开关314或314’。可以理解的是，在时间间隔T4内可以使恢复的AC公用输入电压与AC负载达到同步，在UPS中不需要复杂的锁相环。然后由UPS提供整流的AC公用输入电压，并且由电池充电器322为电池320充电。
可以理解的是，如果开关314’如图4所示是一个晶闸管或者可控硅整流器(SCR)，在断开第一控制线332之后可以采用线路交换来关断开关314’。如果开关318如图3所示是一个与二极管316独立的开关，例如是一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)或另外的电子或手动开关，控制器324可以通过断开第一控制线332而切断开关318。这样就能够提供低电压降，防止电池320过度放电，并且线电压幅值不需要超过电池电压就能够切断开关314’。
因此，如果检测到线电压降低，二极管开关314或314’可以立即闭合提供备用电源，不需要等待线路开关312打开。随后可以打开线路开关进一步确保不会出现反馈。这样就能执行一种“先接通再断开”的过渡，不间断地传送功率。电池320可以支持稳态和短时间的负载功率需求。当AC公用输入电压100恢复时，线路开关312闭合，而二极管开关314或314’变成反向偏置，从而从AC公用输入电压100上自动断开电池320。随后可以在AC公用输入电压达到稳定时断开二极管开关314或314’。
由于整流的AC被提供给UPS输出节点330，二极管开关314或314’的定额仅仅需要阻塞电池电压VB，而不需要阻塞电池电压VB和峰值AC公用输入电压100的定额。这样，与图2中的开关204相比，二极管开关314或314’不需要是双向的，并且其额定值仅仅需要阻塞开关204需要阻塞的电压的一小部分。如果要求低电压降，可以用串联的一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)和二极管构成二极管开关314或314’，它可以在备用模式下断开电池。
另外，电池320最好具有适当的高电压，这样就不需要图2中的DC到AC逆变器212。电池320本身对负载冲击或其他短时负载就具有短时的过载能力。与此相反，如果在图2的DC到AC逆变器212中包括一个DC到DC变换器，它的额定值就不仅仅需要支持稳态供电还要满足短时过载要求。
本发明的DC(单向)输出与许多电子电路所常用的包括输入整流的电源是兼容的。由于不需要执行电力线频率滤波，本发明与低谐波畸变/功率因数校正的电源没有冲突。在配合具有功率因数校正和/或谐波减少技术的电源使用时，电源中的功率因数校正可以用来将中等的电池电压提升到电源所使用的电压。这样，100-120伏电池320就可以支持包括功率因数校正的100-240V的RMS电源120。如果不包括功率因数校正，可以使用一个240V电池320。
值得注意的是，本发明不会产生额外的电磁干扰(EMI)，因为不需要使用高频的逆变器和/或变换器。充电器322可以产生低级的EMI，它要比逆变器或变换器产生的干扰低得多，并且可以在充电器上滤除，不需要提供用来传送UPS的全部负载电流的滤波器。本发明的高效率和低损失在使用中不需要提供风扇或特别的通风口。这样能便于UPS与AAC负载的集成。
最后，如图5中的时间间隔T4所示，按照本发明可以达到自然的负载功率分配。在节电期间，当AC公用输入电压仍然处在低电平时，AC公用输入电压在其电压大于电池电压VB(减去二极管314或314’的任何电压降)时可以提供UPS的输出。然而，如果电池电压VB高于AC公用输入电压100，电池320就可以提供UPS的输出电压。这种方式在持续节电状态的情况下是有益的，只有在AC公用输入电压降低到电池电压以下的一部分时间内需要消耗电池功率。这样就能在节电期间大大延长有效的后备时间。
本发明可以在有AC公用输入电压时产生整流AC电压，为了提供能够安全地传送包括DC分量的整流AC的电源线，可能需要修改或更换AC负载120的输入电源线。因此，对于使用额定250V的IEC320电源线的AC负载，这种线可以传送AC或DC电源。然而，对于NEHA电源线来说，需要用普通的AC NEMA电源线替换DC NEMA电源线。这种DC NEHA电源线和按照本发明的UPS一起可以便利安装并且满足调整的需要。
值得注意的是，由于为电源130提供了整流AC电压，本发明有可能仅仅使电源130中的四个二极管132当中的两个导通，这样就有可能增加功率消耗并且缩短这两个二极管的平均故障时间。然而，由于所有四个二极管132通常是封装在单个电子封装中的，四个二极管电子封装的功率消耗和增加和平均故障时间的缩短都很小。
总而言之，整流电压被提供给包括输入整流的AC负载，按照常规从一个AC公用输入电压供电。用二极管-OR连接方式连接一个足够为AC负载直接供电的电池，在AC公用输入电压不足以为AC负载供电时将电池功率直接提供给AC负载。可以为AC负载提供不间断电源，并且可以从电池和AC负载之间去掉传统的逆变器和/或变换器。按照本发明的备用UPS和方法因而可以更加坚固，可靠性更高，性能更好，并且/或者比惯用的备用UPS便宜。
在附图和说明书中已经描述了本发明的典型最佳实施例，尽管采用了具体的描述方式，它们都是通用的，并且仅仅是为了说明而并非用于限制的目的，权利要求书确定了本发明的范围。
权利要求
1．一种备用不间断电源(UPS)包括对交流(AC)公用输入电压整流而产生一个整流电压的装置；产生直流(DC)电压的电池；响应AC公用输入电压的预定变化而接通DC电压的装置，从而产生一个备用DC电压；以及用来将整流电压和备用DC电压连接到一个包括输入整流的AC负载的装置。
2．按照权利要求1的备用UPS，其特征是接通装置包括一个二极管整流器。
3．按照权利要求2的备用UPS，其特征是接通装置包括一个二极管和一个开关。
4．按照权利要求3的备用UPS，其特征是二极管和开关是由一个晶闸管构成的．
5．按照权利要求3的备用UPS，其特征是开关是由电子开关或是机电开关构成的。
6．按照权利要求1的备用UPS，其特征是接通装置包括用来响应AC公用输入电压的故障而接通DC电压的装置，从而产生备用DC电压。
7．按照权利要求1的备用UPS，其特征是接通装置包括在预定时间内响应AC公用输入电压的故障而接通DC电压的装置，从而产生备用DC电压。
8．按照权利要求1的备用UPS，其特征是接通装置包括响应AC公用输入电压的下降而接通DC电压的装置，从而产生备用DC电压。
9．按照权利要求1的备用UPS，其特征是连接装置包括用来将整流电压和备用DC电压连接到一个包括输入整流的AC电源的装置。
10．为包括输入整流的AC负载产生备用不间断电源的一种方法包括以下步骤对交流(AC)公用输入电压整流，产生一个整流电压；响应AC公用输入电压的预定变化而接通直流(DC)电池电压，从而产生一个备用DC电压；以及将整流电压和备用DC电压连接到包括输入整流的AC负载。
11．按照权利要求10的方法，其特征是整流步骤中包括用二极管对AC公用输入电压整流的步骤，从而产生整流电压。
12．按照权利要求11的方法，其特征是接通步骤中包括响应AC公用输入电压的变化而单向接通DC电池电压的步骤，从而产生备用DC电压。
13．按照权利要求10的方法，其特征是接通步骤中包括响应AC公用输入电压的故障而接通DC电池电压的步骤，从而产生备用DC电压。
14．按照权利要求10的方法，其特征是接通步骤中包括在预定时间内响应AC公用输入电压的故障而接通DC电池电压的步骤，从而产生备用DC电压。
15．按照权利要求10的方法，其特征是接通步骤中包括响应AC公用输入电压的下降而接通DC电池电压的步骤，从而产生备用DC电压。
16．按照权利要求10的方法，其特征是连接步骤中包括以下步骤，将整流电压和备用DC电压连接到一个AC电源，在AC电源的输入端包括整流。
17．一种在输出端产生不间断功率的备用不间断电源(UPS)，其特征是包括一个整流器，对交流(AC)公用输入电压整流而产生一个整流电压；产生直流(DC)电压的电池；以及连接到电池上的一个开关，它响应AC公用输入电压的预定变化从电池产生一个备用DC电压，整流器和开关被连接到UPS的输出，在UPS的输出上提供直流电压和备用DC电压。
18．按照权利要求17的备用UPS，其特征是整流器包括一个二极管整流器。
19．按照权利要求17的备用UPS，其特征是二极管整流器包括一全波二极管整流器。
20．按照权利要求19的备用UPS，其特征是开关包括一个二极管开关。
21．按照权利要求20的备用UPS，其特征是二极管开关包括一个晶闸管。
22．按照权利要求20的备用UPS，其特征是二极管开关包括与一个电子开关或机电开关串联的一个二极管。
23．按照权利要求17的备用UPS，其特征是进一步包括连接到开关的一个控制器，它响应AC公用输入电压的变化接通开关，由电池产生备用电压。
24．按照权利要求23的备用UPS，其特征是控制器响应AC公用输入电压的故障而接通开关，从而产生备用DC电压。
25．按照权利要求23的备用UPS，其特征是控制器在预定时间内响应AC公用输入电压的故障而接通开关，从而产生备用DC电压。
26．按照权利要求23的备用UPS，其特征是控制器响应AC公用输入电压的下降而接通开关，从而产生备用DC电压。
27．按照权利要求17的备用UPS，其特征是备用UPS的输出被连接到一个包括输入整流的AC电源。
28．在一个输出节点上为AC负载产生备用不间断电源的一种方法包括以下步骤对交流(AC)输入电压整流，产生一个整流电压；响应AC公用输入电压的预定变化而接通一个直流(DC)电池电压，从而产生一个备用DC电压；以及将整流电压和备用DC电压连接到输出节点。
29．按照权利要求28的方法，其特征是整流步骤中包括用二极管对AC公用输入电压整流，从而产生整流电压的步骤。
30．按照权利要求29的方法，其特征是接通步骤中包括响应AC公用输入电压的预定变化而单向接通DC电池电压的步骤，从而产生备用DC电压。
31．按照权利要求28的方法，其特征是接通步骤中包括响应AC公用输入电压的故障而接通DC电池电压的步骤，从而产生备用DC电压。
32．按照权利要求31的方法，其特征是接通步骤中包括在预定时间内响应AC公用输入电压的故障而接通DC电池电压的步骤，从而产生备用DC电压。
33．按照权利要求28的方法，其特征是接通步骤中包括响应AC公用输入电压的下降而接通DC电池电压的步骤，从而产生备用DC电压。
34．按照权利要求28的方法，其特征是在连接步骤后面是进一步将输出节点连接到一个AC电源的步骤，在AC电源的输入端包括整流。
35．一种备用不间断电源(UPS)，在其输出端提供备用的不间断功率，其特征是包括对交流(AC)公用输入电压整流的二极管整流器；按照二极管-OR连接方式串联连接的一个电池和一个二极管开关，二极管开关响应AC公用输入电压的预定变化，二极管-OR连接在其输出端为UPS提供备用不间断功率。
36．按照权利要求35的备用UPS，其特征是二极管整流器包括全波二极管整流器。
37．按照权利要求35的备用UPS，其特征是二极管开关包括一个晶闸管。
38．按照权利要求35的备用UPS，其特征是二极管开关包括一个与电子开关或机电开关串联的二极管。
39．按照权利要求35的备用UPS，其特征是进一步包括一个连接到二极管开关上的控制器，它响应AC公用输入电压的预定变化而接通二极管开关。
40．按照权利要求39的备用UPS，其特征是控制器响应AC公用输入电压的故障而接通二极管开关。
41．按照权利要求39的备用UPS，其特征是控制器在预定时间内响应AC公用输入电压的故障而接通二极管开关。
42．按照权利要求39的备用UPS，其特征是控制器在预定时间内响应AC公用输入电压的下降而接通二极管开关。
43．按照权利要求35的备用UPS，其特征是备用UPS的输出被连接到一个包括输入整流的AC电源。
44．一种控制备用不间断电源(UPS)的方法，该UPS包括一个对交流(AC)公用输入电压整流的二极管整流器，以及按照二极管-OR连接方式串联连接到二极管整流器的一个电池和一个二极管开关，所述方法包括以下步骤检测AC公用输入电压的变化；等待第一预定时间；如果在AC公用输入电压中检测到的变化持续下去，就在第一预定时间之后接通二极管开关；检测AC公用输入电压的恢复；等待第二预定时间；以及如果在AC公用输入电压中检测到的恢复持续下去，就在第二预定时间之后断开二极管开关。
45．按照权利要求44的方法，其特征是检测变化的步骤中包括检测AC公用输入电压故障的步骤。
46．按照权利要求44的方法，其特征是检测变化的步骤中包括检测AC公用输入电压下降的步骤。
47．按照权利要求44的方法，其特征是第一预定时间明显比第二预定时间短。
48．按照权利要求47的方法，其特征是第一预定时间是AC公用输入电压一个周期的片段，而第二预定时间是AC公用输入电压的多个周期。
49．按照权利要求44的方法，其特征是UPS进一步包括AC公用输入电压和二极管整流器之间的线路开关其中的接通步骤后面是断开线路开关的步骤；并且这其中断开二极管开关的步骤之前是接通线路开关的步骤。
50．一种备用不间断电源(UPS)包括对交流(AC)公用输入电压整流的装置，用于产生一个整流电压；产生直流(DC)电压的电池；以及响应AC公用输入电压的预定变化而接通DC电压的装置，从而产生一个备用DC电压；以及从整流电压和备用DC电压为负载产生至少一个DC工作电压的装置。
51．按照权利要求50的备用UPS，其特征是整流装置包括一个二极管整流器。
52．按照权利要求51的备用UPS，其特征是用于接通的装置包括一个二极管和一个开关。
53．按照权利要求52的备用UPS，其特征是二极管和开关由一个晶闸管构成。
54．按照权利要求52的备用UPS，其特征是开关包括一个电子开关或机电开关。
55．按照权利要求50的备用UPS，其特征是用于接通的装置中包括响应AC公用输入电压的故障而接通DC电压的装置，从而产生备用DC电压。
56．按照权利要求50的备用UPS，其特征是用于接通的装置中包括在预定时间内响应AC公用输入电压的故障而接通DC电压的装置，从而产生备用DC电压。
57．按照权利要求50的备用UPS，其特征是用于接通的装置中包括。响应AC公用输入电压的下降而接通DC电压的装置，从而产生备用DC电压。
58．产生备用不间断电源的一种方法包括以下步骤对交流(AC)公用输入电压整流，产生一个整流电压；响应AC公用输入电压的预定变化而接通一个直流(DC)电池电压，从而产生一个备用DC电压；以及从整流电压和备用DC电压为负载产生至少一个DC工作电压。
59．按照权利要求58的方法，其特征是整流步骤中包括用二极管对AC公用输入电压整流的步骤，产生一个整流电压。
60．按照权利要求59的方法，其特征是接通步骤中包括响应AC公用输入电压的预定变化而单向接通DC电池电压的步骤，从而产生备用DC电压。
61．按照权利要求58的方法，其特征是接通步骤中包括响应AC公用输入电压的故障而接通DC电池电压的步骤，从而产生备用DC电压。
62．按照权利要求61的方法，其特征是接通步骤中包括在预定时间内响应AC公用输入电压的故障而接通DC电池电压的步骤，从而产生备用DC电压。
63．按照权利要求58的方法，其特征是接通步骤中包括响应AC公用输入电压的下降而接通DC电池电压的步骤，从而产生备用DC电压。
全文摘要
为AC负载产生备用不间断电源的系统和方法,对AC公用输入电压整流,产生一个整流电压,并且响应AC公用输入电压的变化接通一个DC电池电压,从而产生备用DC电压。整流电压和备用电压被连接到包括输入整流的AC负载,从而产生备用不间断电源,不需要昂贵,笨重和/或不可靠的逆变器或变换器。为了在AC公用输入电压故障和AC公用输入电压恢复时支持AC负载,可以不间断地传送功率。最好采用一个二极管整流器对AC公用输入电压整流,最好是由包括四个二极管的全波二极管整流器来产生整流电压。用一个二极管开关响应AC公用输入电压的变化而接通来自电池的DC电压,从而产生备用DC电压。二极管开关可以包括独立的二极管和一个电子或机电开关。或者是可以采用单一元件例如一个晶闸管的二极管开关。二极管整流器和二极管及开关按照二极管－OR方式连接,为UPS的输出提供备用不间断电源。二极管－OR连接方式可以一直用最强的电源来支持AC负载。
文档编号H02J9/06GK1302469SQ9980648
公开日2001年7月4日 申请日期1999年3月16日 优先权日1998年5月21日
发明者小G·W·奥顿 申请人:帕尔威电力器具公司