使用具有差模电感器耦接的ups模块的ups系统与方法
【技术领域】
[0001]本发明主题涉及电力转换设备及方法，并且更特别地涉及不间断电源(UPS)设备及方法。
【背景技术】
[0002]UPS系统通常在诸如数据中心，医疗中心和工业设施的设施中使用。可在这样的设施中使用UPS系统以在主公用电源故障的情况下提供备用电力来维持运行。这些UPS系统通常具有包括由DC连接耦接的整流器和逆变器的“在线”配置，该DC连接还耦接到诸如电池，燃料电池或其它能量存储装置的辅助电源。同样可以使用诸如待机和在线互动式配置的其它配置。
[0003]UPS系统可具有包括两个或多个UPS模块的模块结构，每一个UPS模块例如可包括整流器，逆变器和DC/DC转换器以便连接到电池或其它DC电源。模块通常被设计为并联运行以提供可扩展的功率容量，例如，模块可共同耦接到AC源，DC源(例如电池)和/或负载。
[0004]在该UPS模块中使用的转换器电路通常是开关模式功率转换器电路。该开关模式转换器的并联布置可能易受到在模块之间显著高频电流的产生的伤害。在并联逆变器布置中，这个问题可通过同步例如在Tassitino, Jr等人的美国专利N0.7, 405, 494中描述的逆变器所使用的PWM周期来解决。在并联的DC/DC电池转换布置中，在电池连接路径中可连接大的电感器以便将电池连接电路的谐振频率移动到DC/DC转换器的PWM频率范围之外。
【发明内容】
[0005]本发明主题的一些实施例提供不间断电源(UPS)系统，该UPS系统包括至少两个UPS模块，该UPS模块具有通过相应的导体共同耦接到电流源/吸收器的相应开关模式功率转换器电路。该系统进一步包括至少一个磁耦接该至少两个导体的差模电感器。
[0006]在一些实施例中，开关模式功率转换器电路可包括通过导体共同耦接到DC电源端子的相应DC/DC转换器电路。DC/DC转换器电路可在可变频率处运行和/或可能不同步。该至少两个UPS模块可进一步包括具有耦接到DC/DC转换器中的相应一个的输入以及共同耦接到负载的输出的相应逆变器电路。
[0007]在一些实施例中，至少一个差模电感器可包括磁耦接导体的铁氧体芯。该铁氧体芯例如可包括每一个导体穿过其至少一次的铁氧体环。
[0008]在进一步实施例中，开关模式功率转换器电路可包括通过导体共同耦接到负载端子的相应逆变器电路。在更进一步实施例中，开关模式功率转换器电路可包括通过导体共同耦接到AC电源端子的相应整流器电路。
[0009]根据一些实施例，至少两个UPS模块可包括至少三个UPS模块，该UPS模块具有通过至少三个相应的导体共同耦接到电流源/吸收器的相应开关模式功率转换器电路。至少一个差模电感器可包括多个差模电感器，该差模电感器中的相应一个磁耦接至少三个导体中的相应对。可将至少三个导体中的至少一个磁耦接到少于至少三个导体中的全部剩余导体。
[0010]本发明主题的一些实施例提供一种包括至少两个UPS模块的UPS系统。该至少两个UPS模块的每一个包括具有被配置为耦接到负载的输出以及耦接到逆变器电路输入的DC/DC转换器电路。该系统进一步包括至少两个导体，相应的导体将UPS模块的相应开关模式DC/DC转换器电路共同耦接到电池端子以及磁耦接该至少两个导体的至少一个差模电感器。
[0011]进一步的实施例提供操作包括至少两个UPS模块和至少两个导体的UPS系统的方法，相应的导体将UPS模块的相应开关模式DC/DC转换器电路共同耦接到电池端子。该方法包括感应耦接该至少两个导体的差分模式。
【附图说明】
[0012]图1是示出根据本发明主题的一些实施例的UPS系统的原理图。
[0013]图2是示出根据进一步实施例的UPS系统的原理图。
[0014]图3是示出图2的UPS系统中的UPS模块的实现的原理图。
[0015]图4是示出根据一些实施例的差模电感器实现的原理图。
[0016]图5是示出根据进一步实施例的UPS系统的原理图。
[0017]图6和图7示出根据一些实施例的差模电感器布置的示例。
[0018]图8是示出根据更进一步实施例的UPS系统的原理图。
[0019]图9是示出根据一些实施例的具有用于并联逆变器的差模电感器的UPS系统的原理图。
[0020]图10是示出根据一些实施例的具有用于并联整流器的差模电感器的UPS系统的原理图。
【具体实施方式】
[0021]现在将参考附图描述本发明主题的具体示例性实施例。然而，本发明主题可以许多不同的形式实施并且不应被解释为限于在本文中陈述的实施例；相反，提供这些实施例以使本公开透彻和完整，并且将向本领域技术人员全部传达发明主题的范围。在附图中，相同的数字指示相同的元件。将理解的是，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，它可直接连接或耦接到其它元件或可存在中介元件。在本文中使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目中的任意和所有组合。
[0022]本文中使用的术语的目的在于仅描述特定实施例而非限制发明主题。如本文中使用的，除非另外明确陈述，单数形式的“一”、“一个”和“所述”旨在同样包括复数形式。将进一步理解的是，术语“包括”，“包含”当在本说明书中使用时，特指所述特征，整数，步骤，操作，元件和/或部分的存在，但不排除一个或多个其它特征，整数，步骤，操作，元件，部件和/或其组合的存在或附加。
[0023]除非另外定义，在本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明主题所属领域的普通技术人员的普遍理解的相同意义。将进一步理解的是，诸如那些在通常使用的字典中定义的术语应当被理解为具有与说明书的上下文中及相关领域中它们的意义一致的意义，并且除非在本文中明确定义，将不能以理想化或过度正式的形式来理解。
[0024]图1示出根据本发明主题的一些实施例的UPS系统100。该系统100包括至少两个UPS模块110，每一个UPS模块110包括至少一个开关模式转换器电路112。相应的开关模式转换器电路112的端口通过相应的导体120共同耦接到至少一个电流源/吸收器10。此处使用的“电流源/吸收器”指用作电流源和/或电流吸收器的装置，诸如(DC和/或AC)电源，负载或可既用作源又用作负载的装置。如图1的极性点所指示的，在差分(反向并联)布置中，至少一个差模电感器130磁耦接到导体120。如在下面更详细地解释的，开关模式转换器电路112例如可包括DC/DC转换器电路，逆变器电路和/或整流器电路。电流源和/或吸收器10例如可包括电池，电网或发电机源，和/或诸如UPS系统100所服务的负载。
[0025]在模块UPS系统中可有利地实现本发明主题的某些实施例，该UPS系统中的多个UPS模块的DC/DC电池转换器电路共同耦接到诸如电池的DC电源。在一些系统中，该DC/DC转换器可不同步和/或可在可变PWM频率处运行。因此，该布置可能在模块之间产生显著的高频电流。这些高频电流可加强导体和/或例如滤波器电容器的DC/DC转换器的部件的互连。诸如PWM同步和/或大的同轴电感器的使用的用于减轻该高频电流的传统技术可降低鲁棒性和/或可涉及不期望的成本，重量和体积。
[0026]图2示出根据本发明主题的一些实施例的UPS系统200。系统200包括至少两个UPS模块210，每一个UPS模块包括通过DC连接215耦接的整流器电路212和逆变器电路214。整流器电路212可具有共同耦接到诸如电网源或发电机的AC电源10”的输入。在正常运行条件(即，当AC电源10”激活时)，整流器电路212在DC连接215上的产生DC电压。将逆变器电路214共同耦接到负载10”’并且产生AC电压以对负载10”’供电。可运行逆变器电路214以提供由UPS模块210共享的大致相等的负载。可使用的负载共享技术的示例在Tassitino，Jr.等人的美国专利N0.5，745，356和N0.6，549，440中描述，它们中的每一个通过引用并入本文。
[0027]在模块210中DC/DC电池转换器电路216耦接到DC连接。导体220将DC/DC转换器电路216共同耦接到电池10’的端子。在AC电源10”衰减或故障的情况中，电池10’(其可能包括一个或多个电池)和DC/DC转换器电路216可为逆变器电路214提供辅助电力。DC/DC转换器电路216还可从DC连接215为电池10’提供充电电流。DC/DC转换器电路216可不同步和/或在可变PWM频率处运行。
[0028]相应的差模电感器230磁耦接到导体220的相应对，并且可被配置为降低在DC/DC转换器电路216之间穿过的高频电流。如图3所示，UPS模块210的DC/DC转换器电路216可包括耦接到包括电感器L和开关S的升压电路的输入滤波电容C。差模电感器230可为穿过D