具有无源平衡的UPS设备的制作方法

具有无源平衡的ups设备
技术领域
1.本发明涉及转换器、不间断电源(ups)设备、用于不间断电源设备的控制器、可切换电阻器提供dc电压平衡的用途、以及用于在转换器中平衡dc拆分链路的电压的方法。


背景技术：

2.在具有ac/dc升压器的ups中，需要对dc链路进行预充电。例如在ups设备中的转换器可以包括预充电电路，该预充电电路连接到转换器的ac线路和dc线路，以便在转换器启动时对电容进行预充电，以避免用于在接通电路时加载电容器的高电流。特别地，在具有拆分dc链路的单元上，电压平衡可能是一个问题。在4线系统中情况并非如此，因为中点电压是通过键合固定的，但是，在中点浮置的3线分布中，这可能会成为一个问题。典型地，预充电可以通过ac预充电电路来完成，该ac预充电电路对于每一相包括开关、限流电阻器和二极管。然而，这样的电路可能遭受不平衡的电压和电流以及缺乏抵抗故障的能力。


技术实现要素：

3.因此，本发明的目的可以是提供一种改进转换器的电路。
4.该问题由独立权利要求的主题解决。实施例由从属权利要求、以下描述和附图提供。
5.所描述的实施例类似地涉及转换器、不间断电源(ups)设备、用于不间断电源设备的控制器、可切换电阻器提供dc电压平衡的用途、以及用于在转换器中平衡dc拆分链路的电压的方法。尽管可能未详细描述，但实施例的不同组合可以产生协同效应。
6.此外，应当注意，本发明的关于方法的所有实施例都可以按照所描述的步骤的顺序来执行，然而这不必是该方法的步骤的唯一和基本顺序。在不背离相应方法实施例的情况下，本文中提出的方法可以以所公开的步骤的另一顺序执行，除非在下文中明确提及相反。
7.技术术语按其常识使用。如果传达某些术语的特定含义，则在下文中将在使用这些术语的上下文中给出术语的定义。
8.根据第一方面，提供了一种转换器，该转换器包括具有正极线、浮置中点和负极dc线的dc拆分链路、布置在正极线与中点之间的第一dc电容、布置在负极线与中点之间的第二dc电容、与第一dc电容并联布置的第一电阻器和与第二dc电容并联布置的第二电阻器。第一电阻器和第二电阻器被配置为至少在转换器的预充电阶段期间被接合。
9.中点是浮置的，因此不接地。如果没有电阻器，正极线与负极线之间的电压可能会以任何比率拆分，从而导致不希望的不平衡。电阻器使得能够平衡拆分dc链路中的电压，即，正极线和中点的电压相对于中点与负极线之间的电压，特别是在接通转换器之后立即对电容器进行预充电期间。由于电阻器电路是无源的，所以平衡是安全的，并且通过简单布置来执行而没有切换延迟，或者没有在例如有源元件的控制不可用或在此时不可用的情况下的延迟。即，当有源平衡电路不工作或尚未工作时，无源平衡可以特别地提供平衡，例如，
在启动转换器时的转换器的预充电阶段，或用于支持有源平衡装置。因此，还提供了无源dc电压平衡装置的接合以促进有源转换器根据操作条件的需要进行平衡。因此，电阻器可以在预充电阶段之后保持接通或重新接通。在某些操作条件下这可能是这种情况，例如，有源平衡不稳定，用于支持有源平衡，或用于在例如功率短时中断或关闭转换器或ups时对dc电容放电。
10.在本公开中，两个电阻器的布置被指定为“电阻器电路”。它可以被实现作为ac预充电电路的补充，ac预充电电路通常可以布置为具有串联限流电阻器和ac输入接合继电器的三相二极管桥。
11.此外，对于“电容”或“电容器”，在本公开全文中是指dc拆分链路的dc电容或dc电容器。
12.根据一个实施例，转换器还包括与第一电阻器串联布置的第一可切换触点和与第二电阻器串联布置的第二可切换触点。换言之，第一电阻器和第一可切换触点串联布置在正极线与浮置中点之间，使得它们与第一电容并联。因此，第二电阻器和第二可切换触点串联布置在浮置中点与负极线之间，使得它们与第二电容并联。触点允许接合或解除接合电阻器，并且因此允许由电阻器执行的无源平衡。
13.根据一个实施例，第一可切换触点和第二可切换触点被配置为同时被切换。这可以确保在例如无意中仅接合一个电阻器时不会发生不平衡。
14.根据一个实施例，第一触点和第二触点是单个开关中的部分。换言之，触点是同一开关的触点，因此只需要一个控制信号就可以同时切换它们。
15.根据一个实施例，可切换触点是“常通”(normal-on)类型。即，如果没有控制信号可用，则触点闭合，使得它们将正极线或负极线之间的电流通过电阻器传导到中点。
16.根据一个实施例，开关是机电继电器。机电继电器可以是“常通”类型，使得开关无需激活信号即可闭合，并且提供耦合而没有损耗，从而不会在两条路径之间引入任何差异或不平衡。
17.根据一个实施例，当预充电完成时，开关(即，开关的触点)断开。在这种情况下，电阻器的无源平衡停止。例如，当有源平衡电路可操作时或当达到电容处的电压阈值时，预充电可以定义为完成。另一时间点可以是预充电电路解除接合时。然而，这个时间点不一定与开关断开的时间点重合。
18.以这种方式，提供了无源dc电压平衡装置，该装置在拆分dc链路拓扑中从dc链路预充电阶段的开始直到有源转换器的启动而被接合。通过闭合开关，即断开例如继电器，当预充电完成时，在正常转换器操作期间上述无源平衡的后续隔离通过开关装置(例如，继电器)来获取。
19.根据一个实施例，转换器是整流器。在这种情况下，预充电电路是所谓的ac预充电电路。然而，根据另外的实施例，转换器也可以是dc-dc转换器。在这种情况下，可以以类似的方式使用由dc电源(诸如电池)供电的2极有源转换器进行预充电。
20.根据一个实施例，第一电阻器和第二电阻器的值相等。具有相同的值是平衡的先决条件。
21.根据一个实施例，第一dc电容和第二dc电容各自由至少一个电容器实现。dc拆分链路包括例如在dc拆分链路的正极部分中并且对应地在dc拆分链路的负极部分中的电解
电容器的并联连接，该电解电容器在浮置中点处连接。
22.根据另一方面，提供了一种用于如本文所述的转换器的控制器，该控制器被配置为切换第一可切换触点和第二可切换触点。如上所述，当预充电完成时，触点可以关断，即，从闭合状态切换到断开状态。例如，当预充电电路解除接合时，或当电容器具有预定义阈值电压时，或当有源平衡电路工作时，控制器可以同时切换触点。控制器还可以被配置为切换，即，接合和解除接合预充电电路。控制器可以是模拟或数字电路，并且可以包括逻辑元件。逻辑元件可以包括硬连线和/或可编程逻辑。逻辑元件可以被包含在微处理器、cpld、fpga或其他可编程电子设备中。指令可以存储在诸如eeproms、其他存储器等存储器设备中。
23.根据另一方面，提供了一种包括如本文所述的转换器和控制器的不间断电源设备。
24.根据另一方面，提供了与不间断电源设备中的dc拆分链路的dc电容并联布置的可切换电阻器提供dc电压平衡的用途。可切换电阻器可以是与开关串联的电阻器。电阻器可以在预充电阶段中和/或之后被接合。对于拆分dc链路，存在正路径和负路径。因此，可切换电阻器可以位于正路径和负路径中以提供dc电压平衡。
25.因此，提出了可切换无源平衡装置，该装置确保了在对拆分dc链路的dc电容器进行预充电期间平衡拆分dc链路的电压。本发明的优选实施例是在ups的上下文中，但它可以用于采用连接到dc电源的拆分dc链路的系统的任何组合，例如光伏装置、电池能量存储系统(bess)等。
26.根据另一方面，提供了一种用于在转换器中平衡具有正极线、浮置中点和负极dc线的dc拆分链路的电压的方法，其中第一dc电容布置在正极线与浮置中点之间，第二dc电容布置在负极线与浮置中点之间，并且其中第一电阻器与第一dc电容并联布置，并且第二电阻器与第二dc电容并联布置。该方法包括以下步骤：启动转换器，开始对电容进行预充电，并且至少在对电容进行预充电期间，接合电阻器并且平衡第一电容和第二电容处的电压。启动转换器表示向转换器或在一般情况下向ups供电。如上所述，由于例如“常通”类型的电阻器，在有源预充电单元可操作之前立即开始预充电。
27.该方法可以包括其他步骤。例如，当标称操作可用、达到电压阈值或预充电被解除接合时，其他步骤可以是解除接合电阻器。
28.参考附图和以下描述将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。原则上相同或等效的要素具有相同的附图标记。
附图说明
29.图1示出了根据实施例的具有电阻器电路的ac/dc转换器的图；
30.图2示出了根据实施例的具有电阻器电路的dc/dc转换器的图；
31.图3示出了根据实施例的不间断电源设备的框图；以及
32.图4示出了根据实施例的方法的图。
具体实施方式
33.图1示出了根据实施例的ac/dc转换器100的图。更复杂地，图1示出了拆分dc链路
130包括dc电容108和dc电容109，dc电容108包括并联连接在正极线120与流动中点122之间的三个电解电容器，并且dc电容109相应地包括并联连接在负极线121与流动中点122之间的三个电解电容器。图1进一步示出了ac预充电电路140，ac预充电电路140包括具有串联限流电阻器104和ac输入接合触点或继电器102的三相二极管桥106、107。此外，图1示出了电阻器电路110，电阻器电路110包括与电容108串联和并联的电阻器111和触点113、以及与电容109串联和并联的电阻器112和触点114。所绘制的两个触点113、114可以是同一开关115的两个触点以防止在单个组(a single bank)上意外插入并联电阻，从而导致不平衡。此外，它可以是常闭继电器115，以确保即使在组件故障的情况下也始终插入无源平衡。
34.图2示出了根据实施例的转换器200的图。类似于图1所示的转换器100，电容108、109被预充电；然而，预充电是用2极有源转换器202执行的，最终由诸如电池204之类的dc电源供电。
35.图3示出了根据实施例的不间断电源(ups)设备300的框图。ups包括上述转换器100或200、dc拆分链路108、109、具有触点的电阻器电路110、和控制器150。
36.图4示出了根据实施例的方法400的图。该方法可以例如由用于ups 300中的转换器100、200的控制器150执行并且包括以下步骤：
37.在第一步骤402中，转换器启动，即，上电。在第二步骤404中，dc电容108、109被预充电。预充电可以通过例如ac 140或dc/dc202预充电单元来完成。在下一步骤406中，电阻器被接合以获取电容108、109的电压的平衡。为此，具有触点的开关115的触点113、114闭合。触点可以默认闭合，使得该步骤406可以不是活动步骤。该步骤406和前面的步骤404可以同时执行，也可以以相反顺序执行。在执行这些步骤之后，dc电容器108、109以平衡方式被预充电。在下一步骤408中，当预充电完成、电压已经达到预定义阈值、或者有源平衡可用时，触点113、114关断，即，断开，使得电阻器111、112被解除接合。关于步骤408，如果操作条件需要，则触点113、114也可以保持在接通状态以支持有源平衡，或者它们可以再次接通。
38.控制器可以是模拟、数字或混合电路，并且可以包括逻辑元件。
39.通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他要素或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的多个项目或步骤的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施这一事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。可以实现计算机程序以提供逻辑。计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质，但也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。