ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ И СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H02M1/14 H02M1/42 H02M3/137 H02M5/297 H02M7/53846 H02P27/06 H02J9/04 

Область техники

По меньшей мере, один вариант осуществления настоящего изобретения в целом относится к управлению преобразователем, а более точно, к управлению преобразователем, связанным с, по меньшей мере, одним из источника бесперебойного питания, преобразователя частоты и стабилизатора напряжения.

Предшествующий уровень техники

Преобразователи, которые формируют, по меньшей мере, часть источников бесперебойного питания (ИБП, UPS), преобразователей частоты или стабилизаторов напряжения, используются для обеспечения надежного питания для разных типов электронного оборудования. Зачастую, это электронное оборудование требует конкретных значений напряжения и/или тока, подаваемых из преобразователя. Нежелательное искажение во входном токе преобразователя может проходить через выход преобразователя и подаваться на электрическое оборудование, что приводит к неэффективной работе, потере производительности и может потребовать дорогостоящего ремонта или замены электрических компонентов.

На Фиг.1 приведена структурная схема типичного преобразователя 100, который образует часть ИБП, который обеспечивает стабилизированное питание, а также резервное питание на нагрузку 140. ИБП, подобные показанному на фиг.1, доступны от корпорации American Power Conversion (APC), Западный Кингстон, RI. Преобразователь 100 может включать в себя выпрямитель 110, инвертор 120, контроллер 130 и аккумуляторную батарею 150. Преобразователь 100 имеет входы 112 и 114 для присоединения, соответственно, к линии и нейтрали входного источника питания переменного тока (AC) и имеет выходы 116 и 118 для обеспечения выходной линии и нейтрали в нагрузку 140.

В линейном режиме работы, под управлением контроллера 130, выпрямитель 110 принимает входное напряжение переменного тока и обеспечивает положительное и отрицательное выходные напряжения постоянного тока (DC) на выходных линиях 121 и 122 по отношению к общей линии 124. В режиме работы от аккумуляторной батареи, при потере входного питания переменного тока, выпрямитель 110 вырабатывает напряжения постоянного тока из аккумуляторной батареи 150. Общая линия 124 может быть присоединена к входной нейтрали 114 и выходной нейтрали 118 для обеспечения непрерывной нейтрали через преобразователь 100. Инвертор 120 принимает напряжения постоянного тока из выпрямителя и обеспечивает выходное напряжение переменного тока на линиях 116 и 118.

Краткое изложение существа изобретения

Система и способы, раскрытие в материалах настоящей заявки контролируют и управляют входным сигналом в преобразователь в одном или более из ИБП, преобразователя частоты или стабилизатора напряжения. Для повышения эффективности, искажение, по меньшей мере, частично обусловленное напряжением пульсации, может быть удалено из сигнала управления. Дополнительно, может регулироваться входной ток, подаваемый в преобразователь. Это улучшает работу преобразователя и снижает или устраняет, по меньшей мере, один или более из сигналов гармонического искажения и субгармонического колебания из входного сигнала преобразователя. По меньшей мере, один аспект изобретения направлен на способ для управления преобразователем. Способ принимает сигнал напряжения, который включает в себя искажение, такие как напряжение пульсаций, и определяет сигнал управления частично на основании сигнала напряжения, сравнивая сигнал напряжения с опорным сигналом. Сигнал управления может включать в себя искажение, связанное с напряжением пульсации. Способ формирует средний сигнал управления, имеющий меньшие искажения, чем сигнал управления, посредством фильтрования, по меньшей мере, части напряжения пульсации из сигнала управления. Способ вырабатывает значение опорного тока, по меньшей мере, частично на основании среднего сигнала управления и приводит входной ток преобразователя к значению опорного тока.

По меньшей мере, еще один аспект изобретения направлен на систему для управления преобразователем. Система включает в себя модуль управления, связанный с преобразователем и включающий в себя фильтр. Фильтр выполнен с возможностью приема сигнала управления, имеющего искажение, связанные с напряжением пульсаций, и фильтр выполнен с возможностью формирования среднего сигнала управления, по существу, свободного от напряжения пульсации. Модуль управления выполнен с возможностью вырабатывания значения опорного тока, по меньшей мере, частично на основании среднего сигнала управления, и модуль управления дополнительно выполнен с возможностью приведения входного тока преобразователя к значению опорного тока.

По меньшей мере, еще один аспект настоящего изобретения направлен на систему для управления источником бесперебойного питания. Система включает в себя средство для фильтрации сигнала управления, который имеет искажение, связанное с напряжением пульсации, чтобы формировать средний сигнал управления, по существу, свободный от искажения. Модуль управления связан с источником бесперебойного питания, и модуль управления выполнен с возможностью выработки значения опорного тока, по меньшей мере, частично на основании среднего сигнала управления. Модуль управления дополнительно выполнен с возможностью приведения входного тока источника бесперебойного питания к опорному значению.

По меньшей мере, еще один аспект изобретения направлен на машиночитаемый носитель, имеющий хранимую на нем последовательность команд, включающую в себя команды, которые обеспечивают выполнение процессором управления преобразователем для приема сигнала напряжения, включающего в себя напряжение пульсации. Команды обеспечивают выполнение процессором управления преобразователем для определения сигнала управления, частично, на основании сигнала напряжения посредством сравнения сигнала напряжения с опорным сигналом, причем сигнал управления включает в себя искажение, связанное с напряжением пульсации. Команды обеспечивают выполнение процессором управления преобразователем для формирования среднего сигнала управления посредством фильтрования, по меньшей мере, части напряжения пульсации из сигнала управления и для формирования значения опорного тока, по меньшей мере, частично на основании среднего сигнала управления. Команды обеспечивают выполнение процессором управления преобразователем для приведения входного тока преобразователя к значению опорного тока и чтобы подачи выходного тока на выпрямитель, связанный с, по меньшей мере, одним из источника бесперебойного питания, преобразователя частоты и стабилизатора напряжения.

Различные варианты осуществления этих аспектов могут включать в себя обеспечение корректировки коэффициента мощности для входного тока преобразователя или сдвиг фазы среднего сигнала управления. По меньшей мере, один вариант осуществления может включать в себя обеспечение выходного тока из преобразователя в нагрузку. В различных вариантах осуществления, выходной ток из преобразователя в нагрузку может иметь частоту, которая синхронна или асинхронна с входным током преобразователя. В одном из вариантов осуществления, напряжение пульсации может быть отфильтровано из сигнала напряжения, и сигнал напряжения может приводиться к значению опорного напряжения. Один из вариантов осуществления включает в себя выборку сигнала управления на множестве моментов времени из периода времени сигнала напряжения для формирования среднего сигнала управления. В различных вариантах осуществления, по меньшей мере, один из выпрямителя и инвертора может быть связан с преобразователем, а фильтр может быть выполнен с возможностью удаления, по меньшей мере, части сигнала субгармонического колебания, суммарного сигнала гармонического искажения, или того и другого, из входного тока преобразователя. В одном из вариантов осуществления, компенсатор опережения-отставания регулирует фазу среднего сигнала управления. В различных вариантах осуществления, регулирование коэффициента заполнения сигнала управления широтно-импульсной модуляции приводит входной ток преобразователя к значению опорного тока.

Эти намерения и цели достигаются способами и системами согласно независимому пункту 1 формулы изобретения и любым другим независимым пунктам формулы изобретения. Дополнительные подробности включены в остальные зависимые пункты формулы изобретения. Другие аспекты и преимущества систем и способов, раскрытых в материалах настоящей заявки, станут очевидными из последующего подробного описания, взятого совместно с прилагаемыми чертежами, иллюстрирующими принципы изобретения только в качестве примера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи.

Прилагаемые чертежи не подразумеваются выполненными в масштабе. На чертежах:

фиг.1 изображает функциональную структурную схему, иллюстрирующую преобразователь в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.2 изображает структурную схему, иллюстрирующую систему для управления преобразователем в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.3 изображает диаграмму, иллюстрирующую субгармоническое колебание входного тока преобразователя в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.4 изображает диаграмму, иллюстрирующую суммарное гармоническое искажение входного тока преобразователя в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.5 изображает диаграмму, иллюстрирующую передаточные характеристики фильтра со скользящим средним в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.6 изображает структурную схему, иллюстрирующую управление преобразователем в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.7 изображает диаграмму, иллюстрирующую фильтрацию сигнала посредством фильтра со скользящим средним в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

фиг.8 изображает диаграмму, отображающую работу преобразователя в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

фиг.9 изображает блок-схему последовательности операций способа, отображающую способ управления преобразователем в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Изобретение не ограничено в своем применении деталями конструкции и компоновкой компонентов, изложенными в сопровождающем описании или проиллюстрированными на чертежах. Изобретение допускает другие варианты осуществления и осуществление на практике или выполнение различными способами. К тому же, фразеология и терминология, используемые в материалах настоящей заявки, предназначены для целей описания и не должны рассматриваться в качестве ограничивающих. Использование терминов «включающий в себя», «содержащий» или «имеющий», «содержащий в себе», «заключающий в себе» и их вариантов в материалах настоящей заявки, подразумевается охватывающим элементы, перечисленные после них, и их эквиваленты, а также дополнительные элементы.

По меньшей мере, один вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает улучшенное управление преобразователем, например, преобразователем по фиг.1. Однако, варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены преобразователем по фиг.1 и могут использоваться с другими преобразователями, источниками питания, преобразователями частоты, стабилизаторами напряжения или другими системами в целом.

Как показано на чертежах для целей иллюстрации, изобретение может быть воплощено в системах и способах для управления преобразователем. Эти системы и способы могут приводить входной ток преобразователя к значению опорного тока, имеющему уменьшенное искажение. Варианты осуществления систем и способов, раскрытые в материалах настоящей заявки, предусматривают фильтрацию субгармонического колебания, гармонического искажения, или того и другого.

Фиг.2 является структурной схемой, иллюстрирующей систему 200 для управления преобразователем в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Система 200 обычно включает в себя, по меньшей мере, один преобразователь 205. Преобразователь 205 может включать в себя схемы для преобразования сигнала переменного тока (AC) в сигнал постоянного тока (DC) или для преобразования сигнала постоянного тока в сигнал переменного тока. В одном из вариантов осуществления преобразователь 205 включает в себя схемы для преобразования сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока и для преобразования сигнала постоянного тока в сигнал переменного тока. Преобразователь 205 может включать в себя источник бесперебойного питания, преобразователь частоты или стабилизатор напряжения. Например, в одном из вариантов осуществления, преобразователь 205 может включать в себя источник бесперебойного питания (ИБП), который поддерживает непрерывную или почти непрерывную подачу электропитания на различные нагрузки. ИБП может быть одним из множества постоянно включенных или непостоянно включенных ИПБ. В одном из вариантов осуществления, преобразователь 205 может подвергаться заключению о соответствии нормам гармоник, таким как изложенные в промышленных стандартах IEEE-519 и IEC 61000-3-2.

Преобразователь 205 может включать в себя, по меньшей мере, один выпрямитель 210. Выпрямитель 210 обычно включает в себя схемы, которые преобразую сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока. В одном из вариантов осуществления, выпрямитель 210 включает в себя выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности (PFC). Выпрямитель PFC обычно регулирует коэффициент мощности выпрямителя 210, чтобы уменьшать потери мощности вследствие потерь реактивной мощности, которые рассеиваются по всей системе 200 и, например, могут проявляться в качестве гармонического искажения во входном токе выпрямителя 210 в тех случаях, когда есть нелинейная нагрузка. Коэффициент мощности равный единице является идеальным и представляет систему с минимальными потерями, причем система 200 в одном из вариантов осуществления, где выпрямитель 210 включает в себя выпрямитель PFC, может поддерживать коэффициент мощности близким к 1,0, например, таким как, по меньшей мере, равный 0,90. Выпрямитель 210 в различных вариантах осуществления может обеспечивать однополупериодное или двухполупериодное выпрямление.

В одном из вариантов осуществления, выпрямитель 210 преобразователя 205 может выдавать напряжение V_DC и/или ток I_DC в, по меньшей мере, один инвертор 215. В еще одном варианте осуществления, выпрямитель 210 может выдавать V_DC или I_DC в, по меньшей мере, одну нагрузку 220. Инвертор 215 в одном из вариантов осуществления может быть включен в качестве части преобразователя 205. В одном из вариантов осуществления, где присутствует инвертор 215, он 215 может принимать напряжение V_DC постоянного тока из выпрямителя 210 и обеспечивать выходной сигнал переменного тока в нагрузку 220, которая может включать в себя нелинейную нагрузку, такую как компьютерная нагрузка или другое электронное оборудование. В различных вариантах осуществления, инвертор 215 может включать в себя трехфазный инвертор или однофазный инвертор. В одном из вариантов осуществления, инвертор 215 может включать в себя инверторы, такие как описанные в патентах США 6838925 и 7126409, оба на Нельсона и переуступлены правопреемнику настоящей заявки, и оба включены в материалы настоящей заявки посредством ссылки во всей своей полноте.

Нагрузка 220 может включать в себя линейную или нелинейную нагрузку. Например, нагрузка 220 может включать в себя компьютер, сервер, оборудование связи, оборудование хранения данных, сменные модули или другое электронное оборудование, либо устройства, требующие входной мощности. Нагрузка 220 может включать в себя нагрузку постоянного тока или нагрузку переменного тока и, в различных вариантах осуществления, нагрузка 220 может принимать, в качестве входного сигнала, по меньшей мере, один из выходных сигналов напряжения выпрямителя 210 и инвертора 215. Система 200 изображает вариант осуществления, где присутствует инвертор 215 и подает выходной сигнал на нагрузку 220. В одном из вариантов осуществления, система 200 может не включать в себя инвертор 215. Например, преобразователь 205 может включать в себя преобразователь частоты, а выходной сигнал выпрямителя 210 может подаваться в качестве входного сигнала на нагрузку 220.

В одном из вариантов осуществления, преобразователь 205 образует часть системы силового преобразователя двойного преобразования AC-DC-AC, такую как источник бесперебойного питания, преобразователь частоты или стабилизатор напряжения переменного тока. Такая система двойного преобразования может работать в любом из синхронного или асинхронного режимов работы. Во время синхронной работы, выходной ток преобразователя 205 имеет частоту, которая в целом синхронна с частотой входного тока преобразователя 205. Во время асинхронной работы, выходной сигнал преобразователя 205 имеет частоту, которая в целом асинхронна с частотой входного тока преобразователя 205. В одном из вариантов осуществления, выходная частота может быть отличной от входной частоты. При любой из синхронной или асинхронной работы, искажение во входном токе выпрямителя 210 системы двойного преобразования AC-DC-AC могут вызывать суммарное гармоническое искажение (THD) и снижать входной коэффициент мощности.

В одном из вариантов осуществления системы двойного преобразования, преобразователь 205 включает в себя как выпрямитель 210, так и инвертор, и выпрямитель 210 может включать в себя входной выпрямитель PFC. Обычно, входной ток выпрямителя 210 может искажаться при обоих, синхронном и асинхронном, режимах работы. Например, эксплуатация системы двойного преобразования AC-DC-AC в асинхронном режиме работы может привносить субгармоническое колебание во входной ток у выпрямителя 210, так как выпрямитель 210 может принимать колебательные токи из линий 112 и 114 электроснабжения по фиг.1.

Фиг.3 изображает диаграмму, иллюстрирующую субгармоническое колебание входного тока преобразователя в соответствии с вариантом осуществления. Как проиллюстрировано в варианте осуществления по фиг.3, напряжение V_DC(Ripple) пульсации в напряжении V_DC шины постоянного тока выпрямителя 210 вызывает субгармоническое колебание и искажает входной ток I_IN выпрямителя 210. Субгармоническое колебание, как изображено на фиг.3, например, могут возникать, когда входной ток выпрямителя 210 несет составляющие на частотах, которые являются меньшими, чем выходная частота выпрямителя 210. Это может вызывать насыщение магнитного потока в питающем трансформаторе и индукторе выпрямителя 210. Субгармоническое колебание также может вызывать искажение формы кривой напряжения в точке общего соединения (PCC) в системе 200 и может вызывать нежелательные визуально заметное мерцание света.

Фиг.4 изображает диаграмму, иллюстрирующую суммарное гармоническое искажение входного тока преобразователя в соответствии с вариантом осуществления изобретения. В различных вариантах осуществления, гармоническое искажение может возникать, когда преобразователь 205 работает в синхронном или асинхронном режимах работы. Искажение во входном токе I_IN преобразователя 205, то есть, входном токе выпрямителя 210, может повышать уровни THD I_IN и снижать входной коэффициент мощности.

Обращаясь к фиг.2, в одном из вариантов осуществления, системы и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, включают в себя цифровое управление входными характеристиками в преобразователе 205 в обоих, синхронном и асинхронном, режимах работы. Например, системы и способы управления, раскрытие в материалах настоящей заявки. могут устранять субгармоническое колебание, когда преобразователь 205 системы двойного преобразования AC-DC-AC работает в асинхронном режиме, и может снижать суммарное гармоническое искажение входного тока системы двойного преобразования AC-DC-AC во время работы как в синхронном, так и асинхронном режимах работы.

Со ссылкой на систему 200 по фиг.2, характеристики преобразователя 205 могут управляться, по меньшей мере, одним модулем 225 управления. Модуль 225 управления в целом управляет работой преобразователя 205 и может включать в себя, по меньшей мере, один процессор. Например, модуль 225 управления может управлять одним или более из входного тока I_IN и напряжения V_DC выпрямителя 210. Например, выпрямитель 210 может подводить одно или более из I_DC и V_DC, по меньшей мере, по одной электрической шине, а инвертор 215 может питать нагрузку 220 одним или более из напряжения V_OUT и тока I_OUT. В различных вариантах осуществления этого примера, частота выходного напряжения инвертора 215 (например, V_OUT) может быть такой же как, либо отличной от частоты входного напряжения выпрямителя 210. Продолжая этот пример, модуль 225 управления может регулировать входной ток I_IN выпрямителя 210, чтобы удерживать напряжение V_DC шины постоянного тока на опорном напряжении V_DC ^*, например, посредством регулирования входного тока выпрямителя 210, по меньшей мере, частично на основании требования мощности нагрузки 220.

В одном из вариантов осуществления, модуль 225 управления включает в себя, по меньшей мере, один регулятор 230 напряжения. Регулятор 230 напряжения поддерживает в целом постоянный уровень выходного напряжения и, например, может включать в себя любой из регулятора напряжения пропорционального (П) типа, пропорционально-интегрального (ПИ) или пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) типа. Выходной сигнал регулятора 230 напряжения, в варианте осуществления, может вводиться в, по меньшей мере, один фильтр, такой как, по меньшей мере, один фильтр 235 со скользящим средним. Фильтр 235 со скользящим средним обычно действует, усредняя некоторое количество точек выборки из входного сигнала для формирования каждой точки в выходном сигнале. Фильтр 235 со скользящим средним может фильтровать выходной сигнал регулятора 230 напряжения и, в различных вариантах осуществления, фильтр 235 со скользящим средним может включать в себя систему первого порядка, имеющую малую постоянную времени, для минимизации влияния на устойчивость контура напряжения выпрямителя 210. В одном из вариантов осуществления, фильтр со скользящим средним включает в себя фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ, FIR).

Хотя и не показано на фиг.2, должно быть принято во внимание, что выходной сигнал модуля 225 управления может приниматься в качестве входного сигнала преобразователя 205. Например, опорный ток I_IN ^* модуля 225 управления может подаваться на вход преобразователя 205 на выпрямителе 210. В одном из вариантов осуществления, модуль 225 управления приводит входной ток I_IN преобразователя 205 к значению опорного тока I_IN ^* модуля 225 управления. В одном из вариантов осуществления, преобразователь 205 включает в себя модуль 225 управления. Например, модуль 225 управления может быть интегрирован в или быть частью преобразователя 205.

Фиг.5 изображает диаграмму, иллюстрирующую передаточные характеристики фильтра 235 со скользящим средним в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Как проиллюстрировано на фиг.5, фильтр 235 со скользящим средним может иметь нулевой коэффициент усиления на частоте f_W и ее кратных значениях и единичный коэффициент усиления при сигнале постоянного тока. Например, если входной сигнал фильтра 235 со скользящим средним является сигналом постоянного тока, он будет проходить на выход без ослабления. В одном из вариантов осуществления, если входной сигнал фильтра 235 со скользящим средним является сигналом 60 Гц, а временное окно T_W = 1/f_W (то есть, 1/60 Гц в этом примере), то выходной сигнал фильтра 235 со скользящим средним может быть нулевым. Выходной сигнал фильтра 235 со скользящим средним также может быть нулевым на кратных значениях частоты 2f_W, 3f_W, и т.д., входного сигнала (то есть, 120 Гц, 180 Гц, 240 Гц, и т.д.). В одном из вариантов осуществления, частотой входного сигнала фильтра 235 со скользящим средним может быть 50 Гц, где T_W = 1/60 Гц. В этом примере, коэффициент усиления может находиться между нулем и единицей. В одном из вариантов осуществления этого примера, коэффициент усиления может быть меньшим, чем или равным 0,25.

С дополнительной ссылкой на фиг.2, система 200 также может включать в себя, по меньшей мере, один компенсатор 240 опережения-отставания, который, в одном из вариантов осуществления может регулировать отставание по фазе, которое может привноситься фильтром 235 со скользящим средним. Например, фильтр 235 со скользящим средним может привносить отставание по фазе на или около частоты перехода через ноль контура напряжения. В этом варианте осуществления, компенсатор 240 опережения-отставания может быть последовательно соединен с фильтром 235 со скользящим средним, чтобы регулировать это отставание в частотной характеристике.

Например, что касается уравнения (1), в одном из вариантов осуществления, фильтр 235 со скользящим средним может включать в себя фильтр нижних частот первого порядка, где G_MAF(s) является эквивалентом передаточной функции s-области (то есть, частотной области) фильтра 235 со скользящим средним, с τ_MAF, в качестве его постоянной времени, и где 1+sτ_MAF является действительным полюсом фильтра 235 со скользящим средним. В одном из вариантов осуществления, действительный полюс фильтра 235 со скользящим средним может быть существенно в стороне от частоты перехода контура напряжения, так что он не нарушает устойчивости контура напряжения, который в целом управляет суммарным гармоническим искажением во входном токе I_IN выпрямителя 210. Например, действительный полюс фильтра 235 со скользящим средним может быть в местоположении, большем, чем или равным 60 Гц, при частоте переходов контура напряжения, расположенной на приблизительно 6-10 Гц.

В одном из вариантов осуществления, где система 200 включает в себя компенсатор 240 опережения-отставания, сдвиг по фазе, привнесенный фильтром 235 со скользящим средним по частоте переходов через ноль, может регулироваться подключением компенсатора 240 опережения-отставания последовательно с фильтром 235 со скользящим средним, как показано в уравнении (2), где G_LEAD-LAG(s) - передаточная функция в s-области компенсатора 240 опережения-отставания, а T_Z и 0,1 T_Z - постоянные времени нуля и полюса компенсатора 240 опережения-отставания. В одном из вариантов осуществления, постоянная времени T_Z может быть установлена в τ_MAF (то есть, T_Z=τ_MAF ) для компенсации полюса в фильтре 235 со скользящим средним в варианте осуществления по уравнению (1). В еще одном варианте осуществления, постоянная времени T_Z может быть расположена около τ_MAF для уменьшения действия полюса фильтра 235 со скользящим средним.

В одном из вариантов осуществления, входное напряжение V_IN(RMS) по среднеквадратическому (RMS) значению в установившемся состоянии может уменьшаться он номинального значения, например, 120 В, по мере того, как выходная мощность преобразователя 205 увеличивается или вследствие регулирования питания. Это может происходить в вариантах осуществления, включающих в себя нелинейную нагрузку 220, такую как компьютер. В одном из вариантов осуществления, коррекция напряжения среднеквадратического значения может применяться модулем 225 управления для компенсации этого уменьшения, чтобы осуществлять управление с постоянной мощностью (то есть, удерживать выходной сигнал регулятора 230 напряжения, P^*, в целом неизменным во время колебаний входного напряжения V_IN линии электроснабжения). В еще одном варианте осуществления, компенсация напряжения среднеквадратического значения может использоваться для улучшения динамической характеристики системы 200 по отношению к возмущениям в линии, таким как изменения (например, выброс или провал) во входном напряжении V_IN. Например, модуль 225 управления может включать в себя контур 245 прямой связи входного напряжения среднеквадратического значения. Обычно, падение V_IN(RMS) может компенсироваться применением контура 245 прямой связи входного напряжения среднеквадратического значения, который, в одном из вариантов осуществления, регулирует опорный ток I_IN ^*, так что V_DC остается на V_DC ^* при полной нагрузке. В одном из вариантов осуществления, контур 245 прямой связи входного напряжения среднеквадратического значения может включать в себя, по меньшей мере, один контроллер коррекции напряжения среднеквадратического значения, например, который может включать в себя контроллер интегрального типа или сеть фильтров нижних частот, связанную с математическими операциями или алгоритмом управления, включающим в себя, например, код машинной цифровой обработки (DSP), для компенсации падения установившегося состояния во входном напряжении V_IN линии электроснабжения и для удержания V_DC на или около V_DC ^* при любых условиях нагрузки 220, включая условие полной нагрузки для нелинейной нагрузки 220.

Контур 245 прямой связи входного напряжения среднеквадратического значения обычно осуществляет управление с постоянной мощностью, например, в применениях, включающих в себя многофазные инверторы с нагрузкой, разделяемой между входными фазами. Контур 245 прямой связи входного напряжения среднеквадратического значения также может улучшать динамическую характеристику преобразователя 205, такую как характеристика напряжения V_DC шины постоянного тока, и входных токов во время возмущений на линии, таких как изменения входного напряжения V_IN.

В одном из вариантов осуществления, где модуль 225 управления не включает в себя контур 245 входного напряжения среднеквадратического значения, выходной сигнал регулятора 230 напряжения может включать в себя опорный по амплитуде ток для входного тока I_IN. Фиг.6, которая является структурной схемой, иллюстрирующей управление преобразователем 205, включает в себя пример этого варианта осуществления. Как проиллюстрировано на фиг.6, выход регулятора 230 напряжения может быть подключен к фильтру 235 со скользящим средним (не показан на фиг.6) для фильтрации пульсации из выходного тока I_m ^* регулятора напряжения.

С дополнительной ссылкой на фиг.2, V_IN(RMS) - среднеквадратическое значение входного напряжения V_IN, P^* - опорное значение входной мощности, I_IN ^* - значение опорного входного тока, используемое для управления выпрямителем 210. В одном из вариантов осуществления, входной ток I_IN может быть синфазным с V_IN, а токи I_{DC_REC} шины постоянного тока (выходной ток выпрямителя 210) и T_{DC_INV} (входной ток 215 инвертора) могут включать в себя, по меньшей мере, одну из составляющей постоянного тока, составляющей частоты коммутации и составляющей переменного тока низкой частоты. Составляющие переменного тока в одном или более из I_{DC_REC} и I_{DC_INV} могут служить причиной соответствующих составляющих пульсации в напряжении V_DC шины постоянного тока. В одном из вариантов осуществления, по сравнению с напряжением пульсации низкой частоты, напряжение пульсаций частоты коммутаций в V_DC может игнорироваться вследствие своей низкой амплитуды. Поэтому, напряжение V_DC установившегося состояния шины может включать в себя напряжение V_DC(Ripple) пульсации низкой частоты в дополнение к опорному напряжению V_DC ^*, как показано в уравнении (3).

В одном из вариантов осуществления, который включает в себя инвертор 215, V_DC(Ripple) может быть поделено на составляющие, показанные в уравнении (4), где: V_{DC_REC(Ripple)} и V_{DC_INV(Ripple)} включают в себя напряжения пульсаций, вносимые выпрямителем 210 и инвертором 215, соответственно.

В варианте осуществления, где преобразователь 205 включает в себя одиночную шину постоянного тока, напряжение V_{DC_REC(Ripple)} пульсации может содержать в себе составляющие на 2 × f_IN и ее кратных значениях, где f_IN - частота линии преобразователя 205. В альтернативном варианте осуществления, где преобразователь 205 включает в себя разделенную шину постоянного тока, напряжение V_{DC_REC(Ripple)} пульсации может содержать в себе составляющие на f_IN и ее кратных значениях 205. Аналогично, в одном из вариантов осуществления, где присутствует инвертор 215, напряжение V_{DC_INV(Ripple)} пульсации может содержать в себе составляющие на выходной частоте f_OUT инвертора 215 и ее кратных значениях, причем инвертор 215 включает в себя многоуровневый инвертор, и, например, 2 × f_OUT, где инвертор 215 включает в себя, двухуровневый инвертор.

В одном из вариантов осуществления, в установившемся состоянии, регулятор 230 напряжения обрабатывает напряжения V_{DC_REC(Ripple)} и V_{DC_INV(Ripple)} пульсаций и вводит соответствующие составляющие пульсаций в опорный сигнал P^* мощности. В этом варианте осуществления, если эти составляющие пульсаций не отфильтрованы из P^*, например, фильтром 235 со скользящим средним, они могут пропускаться в значение I_IN ^* опорного тока. В одном из вариантов осуществления, пульсация в значении I_IN ^* опорного тока, которая привнесена от V_{DC_REC(Ripple)}, если не отфильтрована, может вызывать гармоническое искажение во входном токе I_IN выпрямителя 210, так как модуль 225 управления приводит I_IN к значению I_IN ^*. Более того, в одном из вариантов осуществления, пульсация, которая привнесена от V_{DC_INV(Ripple)}, может вызывать субгармоническое колебание и гармоническое искажение в I_IN, например, когда преобразователь 205 является работающим в асинхронном режиме работы (например, в тех случаях, когда выходной ток I_OUT имеет частоту f_OUT, которая является асинхронной с частотой f_IN входного тока I_IN). В альтернативном варианте осуществления, пульсация, которая привнесена от V_{DC_INV(Ripple)}, может вызывать гармоническое искажение в I_IN, например, когда преобразователь 205 является работающим в синхронном режиме работы (например, в тех случаях, когда выходной ток I_OUT имеет частоту f_OUT, которая является синхронной с частотой f_IN входного тока I_IN).

В одном из вариантов осуществления, преобразователь 205 может включать в себя систему одиночного преобразования AC-DC. Это, например, может происходить, когда инвертор 215 отсутствует, а нагрузка 220 включает в себя нагрузку постоянного тока, присоединенную через линейную шину постоянного тока к выпрямителю 210. В одном из вариантов осуществления этого примера, V_DC может включать в себя только напряжение V_{DC_REC(Ripple)} пульсаций, которое может увеличивать суммарное гармоническое искажение во входном токе I_IN выпрямителя 210. В этом примере, напряжение V_{DC_REC(Ripple)} пульсации может синхронизироваться с V_IN и, как результат, в этом варианте осуществления, входной ток I_IN может не включать в себя субгармоническое колебание. Продолжая этот пример, входной ток I_IN может включать в себя составляющие тока на f_IN и ее кратных значениях. Вообще, входной ток I_IN, может иметь основную частоту (например, частоту линии), а также составляющую тока и гармонические составляющие тока на разных частотах, которые могут включать в себя кратные значения частоты линии. Суммарное гармоническое искажение входного тока I_IN в этом примере может регулироваться контуром напряжения низкой полосы пропускания (например, 6-10 Гц) в соответствии с нормами по гармоникам IEEE-519 и IEC 61000-3-2.

В одном из вариантов осуществления, преобразователь 205 может включать в себя систему двойного преобразования AC-DC-AC, имеющую выпрямитель 210 и инвертор 215. В этом варианте осуществления, когда инвертор 215 является работающим в синхронизированном режиме (то есть, когда выходной ток I_OUT включает в себя частоту, которая синхронна с частотой входного тока I_IN), напряжения V_{DC_REC(Ripple)} и V_{DC_INV(Ripple)} пульсаций могут синхронизироваться частотой входного тока I_IN. В этом примере, субгармоническое колебание в целом не заметно во входном токе I_IN, а напряжения пульсаций обычно вызывают только гармоническое искажение. В одном из вариантов осуществления этого примера, когда инвертор 215 питает резистивную нагрузку 220, напряжения V_{DC_REC(Ripple)} и V_{DC_INV(Ripple)} пульсаций могут, по меньшей мере, частично гасить друг друга, таким образом, понижая уровни гармонического искажения. Однако, в варианте осуществления, где инвертор 215 питает нелинейную нагрузку или реактивную нагрузку 220, напряжения V_{DC_REC(Ripple)} и V_{DC_INV(Ripple)} пульсаций типично не гасят друг друга и, как результат, гармоническое искажение, связанное с этими напряжениями пульсаций, если они не отфильтрованы, могут появляться во входном токе I_IN.

В еще одном варианте осуществления, когда инвертор 215 работает в асинхронном режиме работы, так что частота (f_OUT) у I_OUT является отличной от частоты (f_IN) у I_IN, напряжение V_{DC_INV(Ripple)} пульсации может не синхронизироваться с V_{DC_REC(Ripple)} или с V_IN. В этом примере, субгармоническое колебание на частоте, которая является абсолютным значением разности между f_IN и f_OUT (то есть, |f_IN-f_OUT|) может возникать в опорном входном токе I_IN ^*. В одном из вариантов осуществления этого примера, фильтр 235 со скользящим средним фильтрует это субгармоническое колебание, которое может присутствовать на выходе регулятора 230 P^* напряжения, так что модуль 225 управления приводит входной ток I_IN к значению I_IN ^* опорного тока, которое включает в себя уменьшенный уровень субгармонического колебания.

В различных вариантах осуществления, модуль 225 управления может отфильтровывать напряжение пульсации из опорного сигнала P^* мощности. Например, модуль 225 управления может реализовывать цифровую фильтрацию с использованием фильтра 235 со скользящим средним. Фиг.7 изображает диаграмму, иллюстрирующую фильтрацию сигнала выхода регулятора 230 напряжения посредством фильтра 235 со скользящим средним в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Фильтр 235 со скользящим средним типично включает в себя скользящее окно T_W, которое, в одном из вариантов осуществления, может быть временной длительностью, в течение которой выполняется усреднение точек выборки. Например, и как проиллюстрировано на фиг.7, скользящее окно T_W может быть обратной величиной выходной частоты f_OUT выходного напряжения регулятора 230 напряжения (то есть, 1/f_OUT).

В одном из вариантов осуществления, скользящее окно T_W фильтра 235 со скользящим средним может соответствовать периодичности пульсации в опорном сигнале P^* мощности. Например, когда преобразователь 205 включает в себя разделенные электрические шины постоянного тока, и, когда инвертор 215 включает в себя многоуровневый инвертор, напряжение пульсации в V_DC, а отсюда P^*, может иметь периодичность 1/(|f_IN-f_OUT|) во время асинхронной работы и 1/f_IN во время синхронной работы. Например, в варианте осуществления, где f_IN = 50 Гц, а f_OUT = 60 Гц (то есть, асинхронная работа), скользящее окно T_W равно 100 мс. Этот вариант осуществления проиллюстрирован на фиг.8, которая является диаграммой, изображающей работу преобразователя в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Фиг.8 изображает пример напряжения шины постоянного тока системы двойного преобразования AC-DC-AC во время асинхронной работы, включающей в себя резистивную нагрузку 220, входную частоту f_IN 50 Гц и выходную частоту f_OUT 60 Гц в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Этот иллюстративный вариант осуществления, наряду с функциональными возможностями, может привносить задержку в контур напряжения и может требовать значительной емкости хранения памяти для хранения всех выборок опорного сигнала P^* мощности в окне 100 мс.

В еще одном варианте осуществления, скользящее окно T_W может быть задано обратной величиной выходной частоты, как показано в уравнении (5), когда инвертор 215 включает в себя многоуровневый инвертор, и обратной величиной вдвое большей выходной частоты, как показано в уравнении (6), когда инвертор 215 включает в себя двухуровневый инвертор.

В одном из вариантов осуществления, напряжение V_{DC_INV(Ripple)} пульсации инвертора может вызывать субгармоническое колебание в значении I_IN ^* опорного тока во время асинхронной работы. В этом варианте осуществления, например, может быть достаточным, чтобы фильтр 235 со скользящим средним отфильтровывал пульсации в опорном сигнале P^* мощности, вызванные V_{DC_INV(Ripple)}. Однако, в связанном варианте осуществления, фильтр 235 со скользящим средним также может ослаблять пульсацию в опорном сигнале P^* мощности, вызванную V_{DC_REC(Ripple)}, что снижает искажение в опорном входном токе I_IN ^*, и, таким образом, во входном токе I_IN.

В различных вариантах осуществления, когда преобразователь 205 находится в синхронном режиме работы, инвертор 215 может питать, по меньшей мере, одну нагрузку 220, которая может включать в себя, по меньшей мере, одну нелинейную нагрузку или реактивную нагрузку. В таком варианте осуществления, напряжение V_{DC_INV(Ripple)} пульсации инвертора и напряжение V_{DC_REC(Ripple)} пульсации выпрямителя обычно не гасят друг друга, и фильтр 235 со скользящим средним может ослаблять пульсацию в опорном сигнале P^* мощности, по меньшей мере, частично, вследствие одного или более из V_{DC_INV(Ripple)} и V_{DC_REC(Ripple)} для получения малого суммарного гармонического искажения (THD) во входном токе I_IN. Хотя уровни THD могут широко меняться, в одном из вариантов осуществления, уровни THD, например, могут быть меньшими, чем 5%. В одном из вариантов осуществления, уровни THD во входном токе I_IN, например, могут быть меньшими чем или равными 3,5%. Возможны варианты осуществления, где уровень THD во входном токе I_IN является большим, чем 5%.

Фильтр 235 со скользящим средним, например, может включать в себя цифровой фильтр 235 со скользящим средним из 20 × m выборок, где 20 × m чисел ячеек памяти хранят выборки опорного сигнала P^* мощности в течение скользящего окна T_W. В этом примере, 20 × m является количеством имеющихся в распоряжении выборок P^* в скользящем окне T_W. Продолжая этот иллюстративный вариант осуществления, фильтр со скользящим средним по 20 × m точкам выборки может использоваться для получения среднего значения опорного сигнала P_AVG ^* мощности на скользящем окне T_W, как показано в уравнении (7), где T_W может обновляться на частоте выборки.

Проиллюстрированный выше вариант осуществления, однако, может требовать значительной емкости хранения памяти для хранения всех подвергнутых выборке измерительных точек опорного сигнала P^* мощности, то есть, 20 × m чисел.

Фиг.7, как описано выше, иллюстрирует вариант осуществления, работающий с пониженными требованиями к емкости хранения памяти. На фиг.7, однопериодный цикл выходного напряжения V_OUT преобразователя 205, который, в различных вариантах осуществления может соответствовать входной частоте выпрямителя 210 или выходной частоте 215 инвертора, изображен в этом примере со скользящим окном T_W, равным 1/f_OUT. В варианте осуществления по фиг.7, скользящее окно T_W поделено на двенадцать равных интервалов периода T_W/20 времени, где T₁ - первый интервал. В этом иллюстративном варианте осуществления, выборки P^* (то есть, m выборок) в пределах интервала T₁ могут усредняться и сохраняться в качестве P₁. Эта последовательность операций повторяется для определения средних значений P_AVG ^* опорной мощности на каждом из 20 интервалов (то есть, T_W/20 в этом примере), которые могут получаться и сохраняться в памяти в качестве P₁, P₂, P₃, … P₁₉, P₂₀. В этом варианте осуществления, фильтр 235 со скользящим средним включает в себя фильтр со скользящим средним по двадцати точкам для получения среднего значения P_AVG ^* опорной мощности. Принимается во внимание, что, в этом примере, скользящее окно T_W обновляется каждый интервал T_W/20 секунд, и что, в этом примере, 20 ячеек хранения могут использоваться для получения среднего значения P_AVG ^* опорной мощности 20 × m чисел точек выборки, как показано в уравнении (8).

В одном из вариантов осуществления, входной сигнал преобразователя 205 может включать в себя смесь из составляющей напряжения постоянного тока, составляющей напряжения 50 Гц и составляющей напряжения пульсаций 60 Гц, где T_W = 1/60Hz. В этом примере, сигнал постоянного тока может проходить через выход фильтра 235 со скользящим средним без ослабления, составляющая 60 Гц может быть ослаблена (например, по существу, до нуля), так что он не проходит через выход фильтра со скользящим средним, а составляющая 50 Гц может, по меньшей мере, частично ослабляться. В этом примере, составляющая 60 Гц может быть более полно ослаблена, чем составляющая 50 Гц. В этом проиллюстрированном варианте осуществления, выходной сигнал фильтра 235 со скользящим средним может включать в себя полный сигнал постоянного тока, никакой составляющей 60 Гц и существенно ослабленную составляющую 50 Гц, как проиллюстрировано посредством P^* _AVG по фиг.7.

В одном из вариантов осуществления, модуль 225 управления приводит входной ток I_IN к значению опорного тока I_IN ^*. Например, модуль 225 управления может управлять входным током I_IN, регулируя коэффициент заполнения сигнала управления широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM). В еще одном варианте осуществления, модуль 225 управления может приводить напряжение V_DC к опорному напряжению V_DC ^*, регулируя коэффициент заполнения сигнала управления ШИМ. Хотя и не показано на фиг.2, модуль 225 управления в одном из вариантов осуществления включает в себя, по меньшей мере, один генератор сигнала управления. Генератор сигнала управления может быть встроенным по отношению к или связанным с модулем 225 управления, а в одном из вариантов осуществления, генератор сигнала управления может вырабатывать, по меньшей мере, один сигнал несущей.

Вообще, генератор сигнала управления может создавать, формировать, распространять и иным образом выводить сигнал управления, такой как сигнал управления широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В различных вариантах осуществления, генератор сигнала управления или модуль 225 управления могут регулировать коэффициент заполнения сигнала управления ШИМ в выпрямителе 210 для приведения входного тока I_IN к значению I_IN ^* опорного входного тока. В одном из вариантов осуществления, генератор сигнала управления может включать в себя, по меньшей мере, одну цифровую схему, выполненную с возможностью вывода широтно-импульсного сигнала. Генератор сигнала управления также, например, может включать в себя схемы или другие генераторы для формирования сигнала управления ШИМ любым из способа пересечения, способа дельта, способа сигма-дельта, или другими видами выработки и манипуляции формой сигнала.

Принимается во внимание, что в, по меньшей мере, одном варианте осуществления, элементы системы 200 могут включать в себя элементы преобразователя 100. Например, в различных вариантах осуществления, модуль 225 управления включает в себя контроллер 130, выпрямитель 110 включает в себя выпрямитель 215, инвертор 215 включает в себя инвертор 120, а нагрузка включает в себя нагрузку 140, и так далее. Дополнительно, очевидно, что, в одном из вариантов осуществления, система 200 включает в себя элементы, не показанные на фиг.2, которые соответствуют элементам по фиг.1, например, таким как аккумуляторная батарея 150 или многочисленные входы, выходы, шины или линии электроснабжения.

Фиг.9 изображает блок-схему последовательности операций способа 900 для управления преобразователем в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. В одном из вариантов осуществления, способ 900 включает в себя этап приема сигнала напряжения (Этап 905). Например, прием сигнала напряжения (Этап 905) может включать в себя прием напряжения V_DC выпрямителя постоянного тока, например, источника бесперебойного питания, преобразователя частоты или стабилизатора напряжения. Напряжение выпрямителя постоянного тока также может указываться ссылкой как напряжение постоянного тока, выходное напряжение выпрямителя, напряжение шины постоянного тока или выходное напряжение инвертора. В одном из вариантов осуществления, прием сигнала напряжения (Этап 905) включает в себя прием сигнала напряжения, который включает в себя, по меньшей мере, напряжение пульсации или другую форму искажения. Прием сигнала напряжения (Этап 905) также может включать в себя, например, прием сигнала напряжения одним или более из контроллера, модуля управления, приемника или регулятора напряжения. В различных вариантах осуществления, регулятор напряжения, который принимает или сконфигурирован для приема сигнала напряжения, может включать в себя любой из пропорционального, пропорционально-интегрального или пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора напряжения.

Способ 900 может включать в себя этап определения сигнала управления (Этап 910). Определение сигнала управления (Этап 910) может включать в себя оценивание принятого сигнала напряжения. Например, определение сигнала управления может включать в себя определение сигнала управления, по меньшей мере, частично на основании сигнала напряжения, сравнением сигнала напряжения с опорным сигналом. В одном из вариантов осуществления, сигнал управления может включать в себя искажение, связанное с, по меньшей мере, одним напряжением пульсации.

В иллюстративном варианте осуществления, принятый сигнал напряжения (Этап 905) может включать в себя искажение. Способ 900 может оценивать принятый сигнал напряжения, чтобы определять или вырабатывать сигнал управления. Например, регулятор напряжения может принимать, в качестве входного сигнала, сигнал напряжения и формировать, в качестве выходного сигнала, сигнал управления мощностью. В одном из вариантов осуществления этого примера, сигнал управления мощностью может включать в себя напряжение пульсации или другое искажение, которое также присутствует в принятом сигнале напряжения. Определение сигнала управления (Этап 910) может включать в себя оценивание принятого сигнала напряжения вместе с опорным сигналом напряжения для формирования опорного сигнала P^* мощности. Опорный сигнал мощности может включать в себя одно или более напряжений пульсации, связанных с любым из выпрямителя (V_{DC_REC(Ripple)}) и инвертора (V_{DC_INV(Ripple)}). В одном из вариантов осуществления, регулятор напряжения может приводить принятое напряжение к опорному сигналу напряжения.

Способ 900 может оценивать сигнал управления, такой как опорный сигнал мощности, который включает в себя искажение, связанное с одним или более напряжений пульсации, например, чтобы формировать средний сигнал управления (Этап 915). Формирование среднего сигнала управления (Этап 915) в одном из вариантов осуществления включает в себя прием сигнала управления, который включает в себя искажение, и отфильтровывание искажения из сигнала управления, чтобы формировать средний сигнал управления. Например, один или более фильтров со скользящим средним может принимать опорный сигнал мощности, который включает в себя искажение напряжения пульсации, отфильтровывать искажение напряжения пульсации из опорного сигнала P^* мощности и формировать, в качестве выходного сигнала, средний опорный сигнал P_AVG ^* управления мощностью. Средний опорный сигнал P_AVG ^* управления мощностью может быть, по существу, свободным от напряжения пульсации или может включать в себя напряжение пульсации амплитуды, которая является меньшей, чем амплитуда напряжения пульсации опорного сигнала P^* мощности. В различных вариантах осуществления, другие типы фильтров, такие как фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ), могут использоваться для формирования среднего сигнала управления (Этап 915).

В одном из вариантов осуществления, средний сигнал управления может быть, по существу, свободным от искажения, связанного с напряжением пульсации. Степень, с которой напряжения пульсации удаляются из сигнала управления при формировании среднего сигнала управления (Этап 915), обычно изменяется. Например, в одном из вариантов осуществления, амплитуда напряжения пульсации в среднем сигнале управления является меньшей, чем половина амплитуды напряжения пульсации в сигнале управления. В различных вариантах осуществления, амплитуда напряжения пульсации в среднем сигнале управления, например, который был обработан фильтром со скользящим средним, может быть меньшей, чем 20% амплитуды сигнала управления до обработки фильтра со скользящим средним. В одном из вариантов осуществления, фильтр со скользящим средним может устранять 90% или более от напряжения пульсации из сигнала управления при формировании среднего сигнала управления (Этап 915).

Способ 900 может включать в себя этап сдвига фазы среднего сигнала управления (Этап 920). Например, фильтр со скользящим средним, связанный с формированием среднего сигнала управления (Этап 915), такого как средний опорный сигнал P_AVG ^* управления мощностью, причем фильтр со скользящим средним может привносить отставание по фазе в средний опорный сигнал P_AVG ^* управления мощностью. В этом примере, компенсатор опережения-отставания может обрабатывать средний опорный сигнал управления мощностью, сдвигая его фазу (Этап 920), чтобы корректировать отставание по фазе, привнесенное фильтром со скользящим средним.

В одном из вариантов осуществления, способ 900 может включать в себя этап выработки, по меньшей мере, одного значения I_IN ^* опорного тока (Этап 925). В одном из вариантов осуществления, формирование, по меньшей мере, одного значения опорного тока (Этап 925) включает в себя выработку значения опорного тока в первый момент времени выборки, частично на основании входного напряжения преобразователя и напряжения шины постоянного тока (например, напряжения V_DC выпрямителя или конденсатора). Например, значение опорного тока может определяться частично посредством оценивания подвергнутого выборке напряжения V_DC шины постоянного тока, и одного или более входного напряжения V_IN преобразователя, тока I_OUT нагрузки, тока I_{DC_REC} выпрямителя и тока I_{DC_INV} инвертора.

Способ 900 может включать в себя этап приведения входного тока преобразователя, I_IN, к значению I_IN ^* опорного входного тока (Этап 930). В одном из вариантов осуществления, приведение входного тока к значению опорного входного тока (Этап 930) включает в себя регулирование коэффициента заполнения сигнала управления широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Обычно, регулирование коэффициента заполнения заставляет входной ток I_IN преобразователя, такой как входной ток выпрямителя, настраиваться на значение, более близкое или, по существу, равное значению I_IN ^* опорного входного тока. В одном из вариантов осуществления, приведение входного тока I_IN к значению I_IN ^* опорного входного тока (Этап 930) может включать в себя регулирование коэффициента заполнения сигнала управления ШИМ, чтобы подводить входной ток I_IN(n+1) в (n+1)^ый момент времени выборки к значению I_IN(n) ^* опорного тока в 11^ый момент времени выборки. По существу, принимается во внимание, что, в различных вариантах осуществления, входной ток I_IN может удерживаться на значении опорного входного тока I_IN ^* через один или более периодов выборки, то есть, при задержке в один или более циклов коммутации. В одном из вариантов осуществления, регулирование коэффициента заполнения сигнала управления ШИМ включает в себя приведение напряжения V_DC к значению V_DC ^* опорного напряжения.

В одном из вариантов осуществления, приведение входного тока к опорному входному току I_IN ^* (Этап 930) включает в себя регулирование коэффициента заполнения сигнала управления ШИМ. Это заставляет входной ток I_IN настраиваться на значение, по существу, равное опорному току I_IN ^* индуктора, например, в момент времени после первого момента времени выборки и до следующего (например, второго) момента времени выборки. Например, во второй момент (n+1) времени выборки, опорный входной ток I_IN(n+1) ^* может иметь иное значение, чем у опорного входного тока в первый (n^ый) момент времени выборки, I_IN(n) ^*, например, вследствие энергетических требований нелинейной нагрузки. Однако, регулирование коэффициента заполнения сигнала управления ШИМ в варианте осуществления заставляет входной ток I_IN(n+1) в (n+1)^ый момент времени выборки быть, по существу, равным опорному току I_IN(n) ^* индуктора в n^ый момент времени выборки. По существу, в различных вариантах осуществления, входной ток I_IN может приводиться к или, соответственно, удерживаться у опорного входного тока I_IN ^* (Этап 930) через один или более периодов выборки, то есть, при задержке в один или более циклов коммутации. В одном из вариантов осуществления, приведение входного тока I_IN к значению I_IN ^* опорного входного тока может включать в себя этап обеспечения коррекции коэффициента мощности по отношению к входному току I_IN. Например, выпрямитель может включать в себя выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности (PFC), который обеспечивает коррекцию коэффициента мощности.

В некоторых вариантах осуществления, разность в n^ый момент времени выборки между входным током I_IN(n) и опорным входным током I_IN(n) ^* может указываться ссылкой как погрешность e_{IN (n)} тока. Так как в различных вариантах осуществления, многие нагрузки работают нелинейным образом по отношению к току или потребляемой мощности, выходной ток I_OUT преобразователя, потребляемый нагрузкой, может часто изменяться. Как результат, входной ток I_IN типично может регулироваться и управляться, чтобы регулировать выходную мощность, переданную в нагрузку. Вообще, когда погрешность e_IN(n) тока имеет значение равное нулю, входной ток I_IN находится в соответствующей значении для функционирования преобразователя. Так как опорный входной ток I_IN(n) ^* может быть выражен относительно коэффициента D_n заполнения, коэффициент D_n заполнения сигнала управления ШИМ может регулироваться, чтобы приводить погрешность e_IN(n) тока к нулю в n^ый момент времени выборки, до того, как делается (n+1)^ый отсчет (например, отсчет во второй момент времени выборки отсчетов).

Изменение коэффициента D_n заполнения, таким образом, в целом приводит входной ток I_IN в первый момент времени выборки к уровню, по существу, равному опорному входному току I_IN(n)^* после первого момента времени выборки и до второго или другого последующего момента времени выборки. Вообще, новая погрешность e_IN(n) тока может возникать во второй или последующий момент времени выборки. Однако, продолжая этот иллюстративный вариант осуществления, в этот последующий момент времени выборки, входной ток I_IN(n) был подвергнут управлению или был приведен к значению около уровня опорного тока I_IN(n) ^* индуктора в предыдущий момент времени выборки. Таким образом, принимается во внимание, что регулирование коэффициента заполнения сигнала управления ШИМ в одном из вариантов осуществления может заставлять входной ток I_IN в целом отслеживать опорный входной ток I_IN ^* посредством задержки, по меньшей мере, одной выборки.

Принимается во внимание, что, в различных вариантах осуществления, входной ток I_IN в последующий момент времени выборки может не быть точно равным входному опорному току I_IN ^* в первый момент времени выборки. В различных вариантах осуществления, эти два значения могут быть по существу равными. Например, в одном из вариантов осуществления, входной ток I_IN во второй, третий или последующий момент времени выборки может приводиться к значению в пределах 10% опорного входного тока I_IN ^* в первый момент времени выборки (то есть, плюс или минус 10%). В различных других вариантах осуществления, эти значения могут отклоняться друг от друга на более чем +/-10% и по прежнему быть, по существу, равными.

В одном из вариантов осуществления, способ 900 может включать в себя этап, на котором обеспечивают выходной ток I_OUT преобразователя в нагрузку (Этап 935). В различных вариантах осуществления, выходной ток I_OUT может включать в себя частоту, которая является синхронной или асинхронной с частотой входного тока I_IN. Подача выходного тока I_OUT (Этап 935) может, но не обязательно, включать в себя подачу выходного тока фильтра, такого как LC-фильтр, к нагрузке. В различных вариантах осуществления, подача выходного тока I_OUT к нагрузке (Этап 935) включает в себя пропускание выходного тока через диодный мост или другую выпрямительную схему. В одном из вариантов осуществления, обеспечение выходного тока I_OUT (Этап 935) включает в себя представление выходного тока I_OUT доступным нагрузке, в любом случае, присутствует или нет нагрузка фактически. Принимается во внимание, что, в различных вариантах осуществления, способ 900 также может включать в себя такое этап подачи преобразованного выходного напряжения, такого как выходное напряжение выпрямителя или выходное напряжение инвертора, к нагрузке.

Отметим, что, на фиг. с 1 по 9, пронумерованные элементы показаны в качестве отдельных элементов. Однако, в фактических реализациях систем и способов, описанных в материалах настоящей заявки, они могут быть неотделимыми компонентами других электронных устройств, таких как цифровой компьютер. Таким образом, действия, описанные выше, могут быть реализованы в программном обеспечении, которое может быть воплощено в изделии, которое включает в себя носитель хранения программ. Носитель хранения программ включает в себя сигналы данных, воплощенные в одном или более из несущей волны, компьютерного диска (магнитного или оптического (например, CD (компакт-диска) или DVD (цифрового многофункционального диска), либо обоих), энергонезависимой памяти, ленты, системной памяти и компьютерного накопителя на жестком диске.

Из вышеизложенного будет принято во внимание, что системы и способы цифрового управления, направленные на входные характеристики, например, преобразователя ШИМ AC-DC или AC-DC-AC, которые обеспечиваются системами и способами, описанными в материалах настоящей заявки, дают простой и эффективный способ для снижения или устранения субгармонического колебания и суммарного гармонического искажения во входном токе I_IN во время асинхронного режима работы, то есть, когда выходная частота преобразователя не синхронизирована с входной частотой преобразователя.

Устранение или снижение субгармонического колебания из входного тока I_IN может уменьшать искажение в напряжении преобразователя точки общего соединения (PCC) и может исключать насыщения магнитного потока в компонентах преобразователя (например, трансформаторах и индукторах).

Системы и способы согласно различным вариантам осуществления способны уменьшать суммарное нелинейное искажение входного тока во входном токе I_IN выпрямителя, такого как выпрямитель PFC, во время синхронного режима работы, то есть, когда выходная частота преобразователя синхронна с входной частотой преобразователя. Дополнительно, преобразователь может включать в себя один или более из выпрямителя и инвертора, и преобразователь может включать в себя или быть связанным с одним или более из источника бесперебойного питания, преобразователя частоты и стабилизатора напряжения. Это повышает эффективность и совместимость, а также снижает себестоимость.

Любые ссылочные указания на перед и назад, лево и право, верх и низ, верхний и нижний предназначены для удобства описания, не ограничивают настоящие системы и способы или их компоненты никакой позиционной или пространственной ориентацией.

Любые ссылки на варианты осуществления или элементы, либо действия систем и способов, приведенных в материалах настоящей заявки, упомянутые в единственном числе, также охватывают варианты осуществления, включающие в себя множество этих элементов, а любые ссылки во множественном числе на варианты осуществления или элементы, либо действия, приведенные в материалах настоящей заявки, также могут охватывать варианты осуществления, включающие в себя всего лишь один элемент. Ссылки в единственной или множественной форме не подразумеваются как ограничивающие раскрытые здесь системы и способы, их компоненты, действия или элементы.

Любой вариант осуществления, раскрытый в материалах настоящей заявки, может комбинироваться с любым другим вариантом осуществления, и ссылки, такие как «вариант осуществления», «некоторые варианты осуществления», «альтернативный вариант осуществления», «различные варианты осуществления», «один из вариантов осуществления», или тому подобные, не обязательно являются взаимоисключающими и предназначены, чтобы указывать, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, могут быть включены в, по меньшей мере, один вариант осуществления. Появления таких терминов в материалах настоящей заявки не обязательно все являются указывающими ссылкой на один и тот же вариант осуществления. Любой вариант осуществления может быть скомбинирован с любым другим вариантом осуществления любым образом, совместимым с целями, намерениями и необходимостями, раскрытыми в материалах настоящей заявки.

Ссылки на «или» могут истолковываться в качестве включающих, так что любые термины, описанные с использованием «или», могут указывать на любое из одиночного, более чем одного и всех из описанных терминов.

В тех случаях, когда технические признаки, упомянутые в любом пункте формулы изобретения, сопровождаются ссылочными символами, ссылочные символы были включены с единственной целью повышения простоты понимания пунктов формулы изобретения и, соответственно, ни ссылочные символы, ни их отсутствие не оказывают никакого ограничивающего действия на объем каких бы то ни было элементов формулы изобретения.

Специалист в данной области техники поймет, что системы и способы, описанные в материалах настоящей заявки, могут быть воплощены в других специфичных формах, не выходя из их сущности и неотъемлемых характеристик. Например, фильтр со скользящим средним может быть интегрирован в существующие цифровые схемы управления преобразователем. Поэтому, вышеизложенные варианты осуществления должны считаться во всех своих аспектах скорее иллюстративными, нежели ограничивающими описанные системы и способы. Объем систем и способов, описанных в материалах настоящей заявки, таким образом, указан скорее прилагаемой формулой изобретения, нежели предшествующим описанием, и все изменения, которые подпадают под значение и диапазон эквивалентности формулы изобретения, поэтому, подразумеваются охваченными в ней.

Изобретение относится к области электротехники, к управлению преобразователем, связанным, по меньшей мере, с одним из источников бесперебойного питания. Техническим результатом является устранение искажений из сигнала управления, улучшение работы преобразователя, снижение гармонических искажений и субгармонических колебаний из сигнала управления. В преобразователе частоты и стабилизации напряжения источника бесперебойного питания (ИБП) контролируют и управляют входным сигналом в преобразователе в одном или более из ИБП. Искажение, обусловленное, по меньшей мере, частично напряжением пульсации, может быть удалено из сигнала управления, который управляет входным током в преобразователь. Системы и способы, описанные в материалах настоящей заявки, обеспечивают простой эффективный способ для снижения или устранения одного или более из субгармонического колебания и суммарного гармонического искажения из входного тока преобразователя во время синхронного и асинхронного режимов работы. Преобразователь может включать в себя один или более из выпрямителя и инвертора. 4 н. и 29 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ управления преобразователем, содержащий этапы, на которых:
принимают сигнал напряжения, включающий в себя напряжение пульсации;
определяют сигнал управления частично на основании сигнала напряжения посредством сравнения сигнала напряжения с опорным сигналом, причем сигнал управления включает в себя искажение, связанное с напряжением пульсации;
формируют средний сигнал управления посредством фильтрования, по меньшей мере, части напряжения пульсации из сигнала управления;
генерируют значение опорного тока, по меньшей мере, частично на основании среднего сигнала управления; и
приводят входной ток преобразователя к значению опорного тока.

2. Способ по п.1, в котором приведение входного тока включает в себя этап, на котором обеспечивают коррекцию коэффициента мощности для входного тока преобразователя.

3. Способ по п.1, содержащий этап, на котором смещают фазу среднего сигнала управления.

4. Способ по п.1, содержащий этап, на котором
обеспечивают выходной ток из преобразователя в нагрузку, при этом выходной ток имеет частоту, которая синхронна с частотой входного тока.

5. Способ по п.1, содержащий этап, на котором
обеспечивают выходной ток из преобразователя в нагрузку, при этом выходной ток имеет частоту, которая асинхронна с частотой входного тока.

6. Способ по п.1, содержащий этапы, на которых отфильтровывают напряжение пульсации из сигнала напряжения и приводят сигнал напряжения к значению опорного напряжения.

7. Способ по п.6, содержащий этап, на котором
подают сигнал напряжения на инвертор, связанный с преобразователем.

8. Способ по п.1, в котором на этапе формирования значения опорного тока
принимают входной сигнал среднеквадратичного значения из преобразователя.

9. Способ по п.1, в котором на этапе приведения входного тока регулируют коэффициент заполнения сигнала управления широтно-импульсной модуляции, связанного с входным током.

10. Способ по п.1, в котором напряжение пульсации включает в себя напряжение пульсации выпрямителя и напряжение пульсации инвертора.

11. Способ по п.1, содержащий этап, на котором
управляют преобразователем таким образом, чтобы он работал в одном из синхронного режима работы и асинхронного режима работы.

12. Способ по п.1, в котором преобразователь содержит, по меньшей мере, одно из источника бесперебойного питания, преобразователя частоты и стабилизатора напряжения.

13. Способ по п.1, в котором на этапе формирования среднего сигнала управления
осуществляют выборку сигнала управления на множестве моментов времени из периода времени сигнала напряжения.

14. Способ по п.1, в котором прием сигнала напряжения, определение сигнала управления, формирование среднего сигнала управления, выработку значения опорного тока и приведение входного тока преобразователя к значению опорного тока выполняют, по меньшей мере, частично процессором, и при этом способ реализуют, по меньшей мере, частично программой, хранимой на машиночитаемом носителе и выполняемой процессором.

15. Преобразователь, содержащий:
вход, сконфигурированный для приема входного тока;
выход, сконфигурированный для обеспечения выходного тока;
модуль управления, включающий в себя фильтр;
указанный фильтр выполнен с возможностью приема сигнала управления, имеющего искажение, связанное с напряжением пульсации, и формирования среднего сигнала управления, по существу, свободного от напряжения пульсации;
при этом указанный модуль управления выполнен с возможностью формирования значения опорного тока, по меньшей мере, частично на основании среднего сигнала управления; и
указанный модуль управления приспособлен для приведения входного тока преобразователя к значению опорного тока.

16. Преобразователь по п.15, содержащий
выпрямитель, выполненный с возможностью приема входного тока.

17. Преобразователь по п.16, содержащий
инвертор, связанный с выпрямителем, при этом входной ток является синфазным с выходным током инвертора.

18. Преобразователь по п.16, содержащий
инвертор; и
при этом указанный фильтр выполнен с возможностью удаления, по меньшей мере, части сигнала субгармонического колебания из входного тока.

19. Преобразователь по п.16, в котором напряжение пульсации включает в себя, по меньшей мере, одно из напряжения пульсаций выпрямителя и напряжения пульсаций инвертора.

20. Преобразователь по п.16, содержащий
компенсатор опережения-отставания, выполненный с возможностью настройки фазы среднего сигнала управления.

21. Преобразователь по п.16, в котором
указанный выпрямитель связан с инвертором; при этом
указанный фильтр выполнен с возможностью удаления, по меньшей мере, части гармонического искажения из входного тока.

22. Преобразователь по п.21, в котором гармоническое искажение является меньшим, чем или равным 3,5% входного тока.

23. Преобразователь по п.16, в котором модуль управления выполнен с возможностью настройки сигнала управления, чтобы приводить напряжение выпрямителя к значению опорного напряжения.

24. Преобразователь по п.23, в котором модуль управления выполнен с возможностью формирования значения опорного тока, по меньшей мере, частично на основании среднеквадратического значения напряжения выпрямителя.

25. Преобразователь по п.15, в котором фильтр выполнен с возможностью удаления, по меньшей мере, части гармонического искажения из входного тока.

26. Преобразователь по п.15, содержащий:
генератор сигнала управления, связанный с модулем управления, причем генератор сигнала управления выполнен с возможностью регулирования коэффициента заполнения сигнала управления широтно-импульсной модуляции, чтобы приводить входной ток преобразователя к значению опорного тока.

27. Преобразователь по п.15, содержащий, по меньшей мере, один из преобразователя широтно-импульсной модуляции AC-DC, имеющего выпрямитель, и преобразователя широтно-импульсной модуляции переменный ток - постоянный ток - переменный ток, имеющего выпрямитель и инвертор.

28. Преобразователь по п.15, содержащий, по меньшей мере, одно из источника бесперебойного питания, преобразователя частоты и стабилизатора напряжения.

29. Преобразователь по п.15, содержащий:
преобразователь входного тока, имеющий частоту в диапазоне от 55 Гц до 65 Гц.

30. Преобразователь по п.29, в котором входной ток включает в себя частоту в диапазоне 45 Гц до 55 Гц.

31. Система управления источником бесперебойного питания, содержащая:
средство для фильтрации сигнала управления, имеющего искажение, связанное с напряжением пульсации, чтобы формировать средний сигнал управления, по существу, свободный от искажения;
модуль управления, связанный с источником бесперебойного питания и выполненный с возможностью вырабатывания значения опорного тока, по меньшей мере, частично на основании среднего сигнала управления;
причем указанный модуль управления выполнен с возможностью приведения входного тока источника бесперебойного питания к значению опорного тока.

32. Система по п.31, в которой источник бесперебойного питания включает в себя, по меньшей мере, один из преобразователя частоты и стабилизатора напряжения.

33. Машиночитаемый носитель, содержащий хранимые на нем последовательности команд, включающих в себя команды, которые обеспечивают выполнение процессором управления преобразователем, чтобы:
принимать информацию, имеющую отношение к сигналу напряжения, включающему в себя напряжение пульсации;
формировать средний сигнал управления посредством фильтрования, по меньшей мере, части напряжения пульсации из сигнала управления;
определять сигнал управления, частично, на основании сигнала напряжения посредством сравнения сигнала напряжения с опорным сигналом, причем сигнал управления включает в себя искажение, связанное с напряжением пульсации;
вырабатывать значение опорного тока, по меньшей мере, частично на основании среднего сигнала управления;
приводить входной ток преобразователя к значению опорного тока; и
подавать входной ток в выпрямитель, связанный с, по меньшей мере, одним из источника бесперебойного питания, преобразователя частоты и стабилизатора напряжения.