НЕИЗОЛИРОВАННОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО С ДВУХПОЛЯРНЫМИ ВХОДАМИ Российский патент 2013 года по МПК H02M3/00 H02M3/158 H02J9/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится, в основном, к зарядке аккумуляторных батарей источников бесперебойного питания. В частности, по меньшей мере, один вариант осуществления относится к неизолированным зарядным устройствам с двухполярными входами.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Источники бесперебойного питания (ИБП) используются для обеспечения надежного энергоснабжения множества различных типов электронного оборудования. Это электронное оборудование часто требует подачи конкретного напряжения и/или тока от ИБП. Непреднамеренные колебания выходной мощности ИБП могут повредить электронное оборудование, что приводит к потере производительности и может потребовать дорогостоящего ремонта или замены электрических деталей.

На Фиг.1 представлена блок-схема типичного ИБП 100 постоянного включения, который обеспечивает в нагрузку 140 регулируемое питание, а также резервное питание. Аналогичные изображенному на Фиг.1, ИБП поставляются компанией American Power Conversion (АРС) в Уэст Кингстон (штат Род-Айленд). ИБП 100 включает в себя выпрямитель/повышающий преобразователь 110, инвертор 120, контроллер 130, аккумуляторную батарею 150 и зарядное устройство 160 с изолирующим трансформатором. ИБП имеет входы 112 и 114 для соединения, соответственно, с линией и нейтралью входного источника питания переменного тока, и имеет выходы 116 и 118 для обеспечения выходной линии и нейтрали в нагрузку 140.

В режиме питания от линии под управлением контроллера 130 выпрямитель 110 принимает входное напряжение переменного тока и обеспечивает выходные положительное и отрицательное напряжения постоянного тока на выходных линиях 121 и 122 относительно общей линии 124. Зарядное устройство 160 с изолирующим трансформатором может использоваться для зарядки аккумуляторной батареи 150 с помощью изолирующего трансформатора. В режиме питания от аккумуляторной батареи в случае потери входного питания переменного тока выпрямитель 110 формирует напряжения постоянного тока от аккумуляторной батареи 150. Общая линия 124 может быть соединена с входной нейтралью 114 и выходной нейтралью 118 для обеспечения непрерывной нейтрали через ИБП 100. Инвертор 120 принимает напряжения постоянного тока с выпрямителя 110 и обеспечивает выходное напряжение переменного тока на линиях 116 и 118.

В существующих схемах для зарядки аккумуляторных батарей ИБП используется топология изолированного полумоста, включающая в себя относительно крупный изолирующий трансформатор, который является дорогостоящим, требует множества соответствующих высококачественных компонентов и может входить в насыщение из-за неравномерности магнитного потока, что приводит к отказу полупроводникового устройства.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

По меньшей мере, один аспект изобретения направлен на источник бесперебойного питания, имеющий положительную шину постоянного тока, нейтральную шину постоянного тока и отрицательную шину постоянного тока. Источник бесперебойного питания включает в себя схему зарядного устройства аккумуляторной батареи, имеющую катушку индуктивности, первый выход зарядного устройства и второй выход зарядного устройства. Первый переключатель, соединенный с первым выводом катушки индуктивности, сконфигурировано с возможностью соединения положительной шины постоянного тока с первым выходом зарядного устройства. Второе переключатель, соединенный со вторым выводом катушки индуктивности, сконфигурировано с возможностью соединения отрицательной шины постоянного тока с катушкой индуктивности. Нейтральная шина постоянного тока может быть соединена со вторым выходом зарядного устройства. Схема зарядного устройства аккумуляторной батареи может быть сконфигурирована с возможностью получения энергии, по меньшей мере, от одной из положительной шины постоянного тока и отрицательной шины постоянного тока, для зарядки аккумуляторной батареи, соединенной с первым выходом зарядного устройства и вторым выходом зарядного устройства.

По меньшей мере, один другой аспект изобретения касается способа зарядки аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания, имеющего положительную шину постоянного тока, нейтральную шину постоянного тока и отрицательную шину постоянного тока. В данном способе, по меньшей мере, один из первых выходов зарядного устройства аккумуляторной батареи соединяют с положительной шиной постоянного тока, а катушка индуктивности схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи - с отрицательной шиной постоянного тока. В данном способе второй выход зарядного устройства аккумуляторной батареи соединяют с нейтральной шиной постоянного тока, а ток подают, по меньшей мере, от одной из положительной шины постоянного тока и отрицательной шины постоянного тока, через катушку индуктивности на аккумуляторную батарею.

По меньшей мере, один другой аспект изобретения касается источника бесперебойного питания, имеющего положительную шину постоянного тока, нейтральную шину постоянного тока и отрицательную шину постоянного тока. Источник бесперебойного питания содержит схему зарядного устройства аккумуляторной батареи, имеющую катушку индуктивности, первый выход зарядного устройства и второй выход зарядного устройства. Источник бесперебойного питания включает в себя средство для селективного соединения первого выхода зарядного устройства с положительной шиной постоянного тока, а катушки индуктивности - с отрицательной шиной постоянного тока. Второй выход зарядного устройства может быть соединен с нейтральной шиной постоянного тока. Схема зарядного устройства аккумуляторной батареи может быть сконфигурирована с возможностью пропускания тока, по меньшей мере, от одной из положительной шины постоянного тока и нейтральной шины постоянного тока, через катушку индуктивности для зарядки аккумуляторной батареи.

Различные варианты осуществления указанных аспектов могут включать в себя модуль управления, сконфигурированный с возможностью синхронного включения первого переключателя и второго переключателя. Модуль управления может управлять первым переключателем для многократного подключения и отключения положительной шины постоянного тока с выходом первого зарядного устройства в течение первого промежутка времени. Модуль управления может быть сконфигурирован с возможностью управления вторым переключателем для многократного подключения и отключения отрицательной шины постоянного тока к катушке индуктивности в течение второго промежутка времени.

В различных вариантах осуществления первый переключатель может быть сконфигурирован с возможностью периодического пропускания тока от положительной шины постоянного тока в течение первого непрерывного промежутка времени, а второй переключатель может быть сконфигурирован с возможностью периодического пропускания тока от нейтральной шины постоянного тока в течение второго непрерывного промежутка времени. Первый и второй промежутки времени могут, по меньшей мере, частично перекрываться. Схема зарядного устройства аккумуляторной батареи может быть сконфигурирована с возможностью одновременного приема тока от положительной шины постоянного тока и отрицательной шины постоянного тока. В одном варианте осуществления источник питания постоянного тока может быть соединен, по меньшей мере, с одной из положительной шины постоянного тока, нейтральной шины постоянного тока и отрицательной шины постоянного тока.

Источник бесперебойного питания может включать в себя модуль управления, сконфигурированный с возможностью формирования верхнего порога тока и нижнего порога тока и управления током катушки индуктивности на уровне значения между верхним порогом тока и нижним порогом тока. Модуль управления может регулировать первую скважность управляющего сигнала с широтно-импульсной модуляцией для возбуждения тока катушки индуктивности на уровне ниже верхнего порога тока, и модуль управления может регулировать вторую скважность управляющего сигнала с широтно-импульсной модуляцией для возбуждения тока катушки индуктивности на уровне выше нижнего порога тока. В одном варианте осуществления схема зарядного устройства аккумуляторной батареи может включать в себя трансформатор и резистор, а модуль управления может быть сконфигурирован с возможностью измерения, по меньшей мере, одного из напряжения трансформатора или напряжения резистора, для определения величины тока катушки индуктивности.

Источник бесперебойного питания может иметь и первый промежуток времени, и второй промежуток времени, каждый от 8 до 12 миллисекунд.

Источник бесперебойного питания может иметь нижний порог тока 0 Ампер.

Источник бесперебойного питания по п.1 может иметь схему зарядного устройства аккумуляторной батареи сконфигурированную таким образом, что аккумуляторная батарея получает практически одинаковую по величине мощность от каждой из положительной шины постоянного тока и отрицательной шины постоянного тока.

Другие аспекты и преимущества описанных здесь систем и способов ясны из нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые рисунки, иллюстрирующие принципы настоящего изобретения только в виде примера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает функциональную блок-схему, иллюстрирующую источник бесперебойного питания в рабочем состоянии;

Фиг.2 - функциональная блок-схема, иллюстрирующая схему зарядного устройства аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания в рабочем состоянии;

Фиг.3 - функциональная блок-схема, иллюстрирующая схему зарядного устройства аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания в рабочем состоянии;

Фиг.4 - функциональная блок-схема, иллюстрирующая схему зарядного устройства аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания в рабочем состоянии;

Фиг.5 - функциональная блок-схема, иллюстрирующая схему зарядного устройства аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания в рабочем состоянии;

Фиг.6 - функциональная блок-схема, иллюстрирующая схему зарядного устройства аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания в рабочем состоянии; и

Фиг.7 - блок-схема последовательности этапов способа, иллюстрирующая способ зарядки аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания в рабочем состоянии.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение не ограничивается в своих применениях деталями конструкции и расположением компонентов, изложенными в нижеследующем описании или изображенными на чертежах. Настоящее изобретение допускает другие варианты осуществления и применение или осуществление различными способами. Кроме того, фразеология и терминология используются здесь с целью описания и не должны рассматриваться как ограничительные. Использование терминов «включающий в себя», «содержащий» или «имеющий», «вмещающий», и их вариаций предполагает охват перечисленных после этого элементов и их эквивалентов, а также дополнительных элементов.

По меньшей мере, один вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает улучшенное распределение энергии в аккумуляторной батарее, например, в изображенном на Фиг.1 источнике бесперебойного питания. Однако варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются применением в источниках бесперебойного питания и в большинстве случаев могут применяться с другими источниками питания или другими системами.

Как показано на чертежах с целью иллюстрации, настоящее изобретение может быть осуществлено в системах и способах зарядки аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания, имеющего положительную шину постоянного тока, нейтральную шину постоянного тока и отрицательную шину постоянного тока. Такие системы и способы позволяют селективно соединять, по меньшей мере, один первый выход схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи с положительной шиной постоянного тока, а катушку индуктивности зарядного устройства аккумуляторной батареи с отрицательной шиной постоянного тока. Такие системы и способы позволяют соединять второй выход зарядного устройства аккумуляторной батареи с нейтральной шиной и могут подавать питание, по меньшей мере, с одной из положительной или отрицательной шины через схему зарядного устройства аккумуляторной батареи на аккумуляторную батарею. В вариантах осуществления описанных здесь систем и способов может изменяться одна или более из множества скважностей управляющих сигналов для поддержания тока катушки индуктивности схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи между значением верхнего порога и значением нижнего порога.

На Фиг.2 показана функциональная блок-схема, иллюстрирующая схему 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания в рабочем состоянии. Схема 200 зарядного устройства для аккумуляторной батареи, как правило, включает в себя положительную шину 205 постоянного тока, нейтральную шину 210 постоянного тока и отрицательную шину 215 постоянного тока. Такие линии шин, как правило, передают или распределяют мощность между электрическими компонентами. В одном варианте осуществления положительная шина 205 постоянного тока включает в себя линию шины +400 В, нейтральная шина 210 постоянного тока включает в себя линию шины 0 В, а отрицательная шина 215 постоянного тока включает в себя линию шины -400 В. Линии шины 205, 210 и 215 могут выполнять функцию интерфейса между электрическими компонентами. Например, каждая из положительной шины 205 постоянного тока, нейтральной шины 210 постоянного тока и отрицательной шины 215 постоянного тока может соединять источник бесперебойного питания (на Фиг.2 не показан) со схемой 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи. В одном варианте осуществления схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи может входить в состав источника бесперебойного питания. Например, линии шин 205, 210 и 215 могут включать в себя положительную и отрицательные линии электроснабжения и нейтральную линию выпрямителя источника бесперебойного питания. В одном варианте осуществления положительная шина 205 постоянного тока, нейтральная шина 210 постоянного тока и отрицательная шина 215 постоянного тока могут быть связаны с модулем питания источника бесперебойного питания.

В одном варианте осуществления положительная шина 205 постоянного тока и нейтральная шина 210 постоянного тока соединяются с противоположными сторонами, по меньшей мере, одного первого конденсатора 220. Первый конденсатор 220 в одном варианте осуществления может быть связан с источником напряжения, таким как выпрямитель источника бесперебойного питания. Первый конденсатор 220 может быть связан напрямую или через промежуточные электрические элементы с входным напряжением на источнике бесперебойного питания. В одном варианте осуществления сторона положительного заряда первого конденсатора 220 может быть соединена с положительной шиной 205 постоянного тока, а сторона отрицательного заряда первого конденсатора 220 может быть соединена с нейтральной шиной 210 постоянного тока. В одном варианте осуществления первый конденсатор 220 может быть расположен между положительной линией электроснабжения и нейтральной линией выпрямителя источника бесперебойного питания.

Схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи может также включать в себя, по меньшей мере, один второй конденсатор 225, который в одном варианте осуществления соединяет нейтральную шину 210 постоянного тока с отрицательной шиной 215 постоянного тока. Например, второй конденсатор 225 может быть связан с источником напряжения. В одном варианте осуществления сторона положительного заряда второго конденсатора 225 может быть соединена с нейтральной шиной 210, а сторона отрицательного заряда второго конденсатора 225 может быть соединена с отрицательной шиной 215. В одном варианте осуществления второй конденсатор 225 может быть расположен между нейтральной линией и отрицательной линией электроснабжения выпрямителя источника бесперебойного питания.

В одном варианте осуществления любой из двух конденсаторов - первый конденсатор 220 или второй конденсатор 225 - или оба вместе могут входить в состав выпрямителя источника бесперебойного питания.

Зарядное устройство 200 аккумуляторной батареи может также включать в себя, как минимум, один первый переключатель 230. Первый переключатель 230, как правило, включает в себя электрическое или механическое устройство, которое может устанавливать или разрывать соединение в схеме. Например, первый переключатель 230 может включать в себя, по меньшей мере, один транзистор. В одном варианте осуществления первый переключатель 230 включает в себя, по меньшей мере, один полевой транзистор (FET), хотя могут использоваться и другие типы транзисторов (например, биполярные плоскостные, транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник и др.). В одном варианте осуществления, в соответствии с Фиг.2, отдельным элементом схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи 200 может быть диод 235. Номинальные напряжения компонентов схемы 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи могут отличаться. Например, если каждый из конденсаторов 220 и 225 заряжается до 400 В, а конденсатор 255 заряжается до 200 В, каждый из конденсаторов 220 и 225 может иметь номинальное напряжение 450 В. В этом наглядном примере и переключатель 230, и диод 235 могут иметь номинальное напряжение 600 В, переключатель 240, и диод 245 могут иметь номинальное напряжение 800 В, а конденсатор 255 может иметь номинальное напряжение 250 В.

Первый переключатель 230 может работать как в разомкнутом состоянии, так и в замкнутом, и первый переключатель 230, как правило, может переключаться между этими двумя состояниями. Разомкнутое состояние, как правило, включает в себя подключение бездействующей схемы через первый переключатель 230 (например, в режиме холостого хода), а замкнутое состояние, как правило, включает в себя подключение действующей схемы через первый переключатель 230 (например, в режиме короткого замыкания), вследствие чего элементы с одной стороны первого переключателя 230 могут быть электрически соединены с элементами с другой стороны первого переключателя 230.

В одном варианте осуществления, когда первый переключатель 230 замкнут, ток может протекать от положительной шины 205 постоянного тока через схему зарядного устройства аккумуляторной батареи 200. Например, когда первый переключатель 230 находится в замкнутом положении, схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи может включать в себя замкнутую цепь, соединяющую положительную шину 205 постоянного тока и нейтральную шину 210 постоянного тока, таким образом, что ток может подаваться от положительной шины 205 постоянного тока. В другом варианте осуществления, когда первый переключатель 230 находится в разомкнутом положении, схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи может включать в себя разомкнутую цепь, вследствие чего положительная шина 205 постоянного тока и нейтральная шина 210 постоянного тока не соединяются. В этом варианте осуществления, когда первый переключатель 230 разомкнут, ток от положительной шины 205 постоянного тока не подается.

Схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи может также включать в себя, по меньшей мере, один второй переключатель 240. Второй переключатель 240 может включать в себя, по меньшей мере, один транзистор. Второй переключатель 240 может работать либо в разомкнутом состоянии, либо в замкнутом, и, как правило, может переключаться между этими двумя состояниями. Разомкнутое состояние, как правило, включает в себя подключение бездействующей схемы через второй переключатель 240, а замкнутое состояние, как правило, включает в себя подключение действующей схемы через второй переключатель 240, вследствие чего элементы с одной стороны второго переключателя 240 могут быть электрически соединены с элементами с другой стороны второго переключателя 240.

В одном варианте осуществления, когда второй переключатель 240 замкнут, ток может протекать от нейтральной шины 210 постоянного тока через схему 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи. Например, когда второй переключатель 240 находится в замкнутом положении, схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи может содержать замкнутую цепь, соединяющую нейтральную шину 210 постоянного тока и отрицательную шину 215 постоянного тока таким образом, что ток может подаваться от нейтральной шины 210 постоянного тока. В другом варианте осуществления, когда второй переключатель 240 находится в разомкнутом положении, схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи может содержать разомкнутую цепь, вследствие чего нейтральная шина 210 постоянного тока и отрицательная шина 215 постоянного тока не соединяются. В этом варианте осуществления, когда второй переключатель 240 разомкнут, ток от отрицательной шины постоянного тока 215 не подается.

Схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи может включать в себя, по меньшей мере, одну аккумуляторную батарею 250 и, по меньшей мере, один конденсатор 255. В одном варианте осуществления аккумуляторная батарея 250 может включать в себя, по меньшей мере, один комплект аккумуляторных батарей. В одном варианте осуществления, когда источник бесперебойного питания, включающий в себя схему 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи, находится в режиме питания от аккумуляторной батареи, аккумуляторная батарея 250 может подавать питание в источник бесперебойного питания. Выходная мощность аккумуляторной батареи 250 может подаваться, например, на компоненты источника бесперебойного питания, такие как инвертор, либо непосредственно на нагрузку, связанную с источником бесперебойного питания.

В одном варианте осуществления аккумуляторная батарея 250 может включать в себя, по меньшей мере, одну положительную клемму V_BATT ⁺ и, по меньшей мере, одну отрицательную клемму V_BATT ^-. В соответствии с Фиг.2, положительная клемма V_BATT ⁺ может быть соединена с первым выходом 260 зарядного устройства, а отрицательная клемма V_BATT ^- может быть соединена со вторым выходом 265 зарядного устройства. Следует понимать, что в различных вариантах осуществления эти соединения могут быть изменены на противоположные таким образом, что первый выход 260 зарядного устройства может быть соединен с отрицательной клеммой V_BATT ^-, а второй выход 265 зарядного устройства может быть соединен с положительной клеммой V_BATT ⁺. В одном варианте осуществления первый выход 260 зарядного устройства может соединять клемму, такую как положительная клемма V_BATT ⁺ аккумуляторной батареи 250, с положительной шиной 205 постоянного тока. В этом варианте осуществления соединение между положительной шиной 205 постоянного тока и аккумуляторной батареей 250 через первый выход 260 зарядного устройства может включать в себя различные компоненты схемы 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи, такие как первый переключатель 230, диод 245 и прочие описанные здесь компоненты, изображенные, например, на Фиг.2. В одном варианте осуществления второй 265 выход зарядного устройства может соединять клемму, такую как отрицательная клемма V_BATT ^- аккумуляторной батареи 250, с нейтральной шиной 210 постоянного тока. Следует понимать, что в изображенном на Фиг.2 варианте осуществления эти соединения могут быть изменены на противоположные таким образом, что второй выход 265 зарядного устройства соединяется с положительной клеммой V_BATT ⁺ аккумуляторной батареи 250, а отрицательная клемма V_BATT ^- аккумуляторной батареи 250 соединяется с первым выходом 260 зарядного устройства.

В одном варианте осуществления схема 200 зарядного устройства для аккумуляторной батареи может включать в себя, по меньшей мере, один модуль 270 управления. Модуль 270 управления, как правило, управляет коммутацией, например, любого из первого переключателя 230 или второго переключателя 240. Модуль 270 управления может считывать ток в схеме 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи, например, ток через катушку 275 индуктивности. Модуль 270 управления может включать в себя, по меньшей мере, один процессор либо схему, сконфигурированную с возможностью выполнения логических операций, которые, например, осуществляют управление коммутацией первого переключателя 230 или второго переключателя 240 между разомкнутым и замкнутым состояниями. В одном варианте осуществления модуль 270 управления является основным контроллером источника бесперебойного питания, содержащим зарядную схему. В одном варианте осуществления модуль 270 управления может включать в себя, по меньшей мере, один генератор управляющих сигналов для формирования управляющего сигнала с широтно-импульсной модуляцией, имеющего скважность, который может быть подан на первый переключатель 230 или второй переключатель 240 с целью управления операциями переключения. В одном варианте осуществления управляющий сигнал с широтно-импульсной модуляцией, имеющий первую скважность, может быть подан на первый переключатель 230, а управляющий сигнал с широтно-импульсной модуляцией, имеющий вторую скважность, может быть подан на второй переключатель 240. В этом варианте осуществления первая скважность (применяемая к первому переключателю 230) и вторая скважность (применяемая ко второму переключателю 240) могут быть различными.

Схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи может включать в себя, по меньшей мере, одну катушку 275 индуктивности, которая может иметь, например, допустимое отклонение индуктивности менее 15%, хотя возможны и другие величины допустимого отклонения. В одном варианте осуществления первый вывод катушки индуктивности 275 может быть соединен с первым переключателем 230, а второй вывод катушки индуктивности 275 может быть соединен со вторым переключателем 240. В этом наглядном примере ток через катушку 275 индуктивности может поступать от положительной шины 205 постоянного тока и нейтральной шины 210 постоянного тока в зависимости от состояния первого переключателя 230 и второго переключателя 240. Например, когда первый переключатель 230 замкнут (т.е., осуществляет соединение), ток через катушку 275 индуктивности может поступать по цепи от положительной шины 205 постоянного тока к нейтральной шине 210 постоянного тока. Далее, в этом наглядном примере, когда второй переключатель 240 замкнут, ток через катушку 275 индуктивности может поступать по цепи от нейтральной шины 210 постоянного тока к отрицательной шине 215 постоянного тока. В одном варианте осуществления первый переключатель 230 и второй переключатель 240 могут замыкаться одновременно. В этом варианте осуществления ток через катушку 275 индуктивности может поступать одновременно как от положительной шины постоянного тока 205, так и от нейтральной шины постоянного тока 210. В одном варианте осуществления ток, по меньшей мере, от одной из положительной шины 205 постоянного тока или отрицательной шины 215 постоянного тока может протекать через катушку 275 индуктивности и по первому выходу 260 зарядного устройства для зарядки аккумуляторной батареи 250. В этом наглядном примере второй выход 265 зарядного устройства может быть соединен с нейтральной шиной 210 постоянного тока.

В одном варианте осуществления первый переключатель 230 и второй переключатель 240 могут переключаться поочередно таким образом, что когда один переключатель разомкнут, другое, как правило, замкнуто. Например, в варианте осуществления, в котором катушка 275 индуктивности осуществляет зарядку и разрядку на 100 кГц, первый переключатель 230 и второй переключатель 240 могут переключаться на 50 кГц. В данном примере рассеяние мощности первого переключателя 230 и второго переключателя 240 может происходить на половинной рабочей частоте катушки 275 индуктивности.

В другом варианте осуществления первый переключатель 230 и второй переключатель 240 могут переключаться синхронно таким образом, что оба переключателя в одно и то же время находятся в одном и том же состоянии. Например, и первый переключатель 230, и второй переключатель 240 могут быть разомкнуты в течение одного и того же промежутка времени или его части. В другом варианте осуществления и первый переключатель 230, и второй переключатель 240 могут быть замкнуты в течение одного и того же промежутка времени или его части. В данном наглядном примере, в котором и первый переключатель 230, и второй переключатель 240 работают синхронно, каждое из устройств - первый переключатель 230, второй переключатель 240 и катушка 275 индуктивности, может работать на одной и той же частоте, такой как, например, 100 кГц. В различных вариантах осуществления эти компоненты могут работать на частотах, которые варьируются, например, от 20 кГц до 150 кГц.

В одном варианте осуществления первый переключатель 230 может многократно переключаться из одного состояния в другое (например, из разомкнутого в замкнутое), в то время как второй переключатель 240 остается в одном и том же состоянии (например, разомкнутом). В варианте осуществления, в котором первый переключатель 230 многократно переключается из разомкнутого состояния в замкнутое в течение некоторого промежутка времени, в то время как второй переключатель 240 остается в разомкнутом состоянии, ток на катушку 275 индуктивности может подаваться от положительной шины 205 постоянного тока. Указанный промежуток времени может составлять, например, 10 мс, хотя возможны и другие временные интервалы. В одном варианте осуществления, в котором первый переключатель 230 циклически переключается из одного состояния в другое, в то время как второй переключатель 240 остается в разомкнутом состоянии, ток на катушку 275 индуктивности может подаваться только от положительной шины 205 постоянного тока. Следует понимать, что в других вариантах осуществления путь тока к катушке 275 индуктивности может проходить от любой из положительной шины 205 постоянного тока или нейтральной шины 210 постоянного тока, либо от обоих вместе в один и тот же момент времени либо в различные моменты времени.

Далее, в данном наглядном примере, в котором первый переключатель 230 переключается из одного состояния в другое, в то время как второй переключатель во 240 остается в разомкнутом состоянии, в одном варианте осуществления по истечении некоторого промежутка времени рабочие операции первого переключателя 230 и второго переключателя 240 могут изменяться на обратные, т.е. первый переключатель 230 остается в одном состоянии (например, разомкнутом), в то время как второй переключатель 240 многократно переключается из одного состояния в другое в течение некоторого промежутка времени (т.е., многократно размыкается и замыкается). В этом варианте осуществления, например, ток на катушку 275 индуктивности может подаваться с нейтральной шины 210 постоянного тока, в то время как второй переключатель 240 циклически переключается, а первый переключатель 230 остается в разомкнутом состоянии. В различных вариантах осуществления могут продолжаться указанные циклические операции, при которых один переключатель многократно переключается между разомкнутым состоянием и замкнутым, в то время как другой переключатель остается в одном состоянии, которое в различных вариантах осуществления может быть либо разомкнутым состоянием, либо замкнутым состоянием. Например, второй переключатель 240 может периодически переключается между разомкнутым состоянием и замкнутым, в то время как первый переключатель 230 находится в разомкнутом состоянии в течение первого промежутка времени в 10 мс. По истечении первого промежутка времени второй переключатель 240 может оставаться в одном состоянии (например, разомкнутом), в то время как первый переключатель 230 периодически переключается между разомкнутым состоянием и замкнутым в течение второго промежутка времени, который также может, хотя и не обязательно, составлять 10 мс.

В различных вариантах осуществления, в которых, например, переключатели срабатывают синхронно, поочередно или циклически, когда один переключатель переключается из одного состояния в другое, а другое нет, на элементы схемы 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи, такие как катушка 275 индуктивности, ток может подаваться, по меньшей мере, от одной из положительной шины 205 постоянного тока или нейтральной шины 210 постоянного тока. Это может осуществляться поочередно, либо одновременно, либо в течение, например, последовательных, перекрывающихся или частично перекрывающихся промежутков времени.

В одном варианте осуществления модуль 270 управления может считывать ток катушки 275 индуктивности. Например, модуль 270 управления может измерять, считывать или иным образом принимать или получать показание напряжения, по меньшей мере, одного из резистора 280 или трансформатора 285. В одном варианте осуществления модуль 270 управления может получать величину вторичного напряжения трансформатора 285 тока, который может включать в себя, например, трансформатор, имеющий коэффициент трансформации 1:100 с допустимым отклонением менее 5%. В одном варианте осуществления напряжения резистора 280 и трансформатора 285 могут суммироваться для обеспечения обратной связи по току катушки индуктивности на котроллер 270. В этом случае котроллер 270 может использовать обратную связь по току катушки индуктивности на основе измерений напряжения, по меньшей мере, одного из резистора 280 или трансформатора 285 для управления током катушки 275 индуктивности с целью регулирования напряжения или тока аккумуляторной батареи 250.

В одном варианте осуществления в модуле 270 управления используется гистерезисное управление, с помощью которого, как правило, осуществляется управление током катушки 275 индуктивности таким образом, что, например, ток катушки индуктивности может оставаться в пределах диапазона, который может определяться верхним порогом и нижним порогом. Например, схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи может включать в себя токочувствительный трансформатор 285 и токочувствительный резистор 280, которые могут считывать ток катушки индуктивности. Величина такого считанного тока катушки индуктивности может оцениваться по сравнению с верхним и нижним порогами, чтобы определить, находится ли ток катушки индуктивности в пределах указанного диапазона. Далее, в этом иллюстративном примере, когда информация с трансформатора 285 или резистора 280 указывает на то, что ток катушки индуктивности приближается к минимальному порогу или находится ниже его, модуль 270 управления может осуществлять замыкание, по меньшей мере, одного из первого переключателя 230 или второго переключателя 240, создав цепь протекания тока к катушке 275 индуктивности, по меньшей мере, от одной из положительной шины 205 или нейтральной шины 210. В одном варианте осуществления, когда информация от одного или более из резистора 280 и трансформатора 285 указывает на то, что ток катушки индуктивности является слишком большим (например, приближающимся к максимальному порогу или превышающим его), модуль 270 управления может осуществлять размыкание, например, первый переключатель 230, которое прерывает протекание тока от положительной шины 205 на катушку 275 индуктивности, понижая ток катушки индуктивности. В одном варианте осуществления модуль 270 управления может осуществлять управление током катушки индуктивности на основе информации, относящейся к напряжению аккумуляторной батареи 250. Например, в различных вариантах осуществления, если напряжение аккумуляторной батареи 250 находится либо выше, либо ниже порога, модуль 270 управления может осуществлять либо размыкание, либо замыкание одного из первого переключателя 230 или второго переключателя 240, с целью либо создания, либо исключения пути тока, проходящего через катушку 275 индуктивности. В одном варианте осуществления верхний и нижний пороги могут изменяться на основе напряжения аккумуляторной батареи 250.

В модуле 270 управления могут использоваться способы широтно-импульсной модуляции (ШИМ), в которые не входит управление с фиксированной частотой. Однако в одном варианте осуществления управление с фиксированной частотой может использоваться в случаях, когда, например, переключатели 230 и 240 не чередуются каждый цикл коммутации. Например, модуль управления может включать в себя, по меньшей мере, один генератор управляющих сигналов для формирования одного управляющего сигнала ШИМ для каждого из первого переключателя 230 и второго переключателя 240. С каждым управляющим сигналом ШИМ, управляемым модулем 270 управления, могут быть связаны различные скважности. Модуль 270 управления может регулировать скважность управляющего сигнала ШИМ, например, для переключения состояния, по меньшей мере, одного из первого переключателя 230 или второго переключателя 240, с целью увеличения или уменьшения тока, протекающего через катушку 275 индуктивности.

В одном варианте осуществления модуль 270 управления может применять первую скважность к первому переключателю 230 и применять вторую скважность ко второму переключателю 240. В одном варианте осуществления совместное применение модулем 270 управления различных скважностей, по меньшей мере, к одному из первого переключателя 230 или второго переключателя 240, поддерживает ток катушки индуктивности на уровне значения между верхним порогом тока и нижним порогом тока. В одном варианте осуществления верхний и нижний пороги, используемые для управления скважностью, связанной с первым переключателем 230, могут отличаться от верхнего и нижнего порогов, используемых для управления скважностью, связанной со вторым переключателем 240. В одном варианте осуществления модуль 270 управления может регулировать скважность управляющего сигнала ШИМ для управления током катушки индуктивности на уровне значения между верхним и нижним порогами. Например, первый переключатель 230 может переключаться из замкнутого положения в разомкнутое положение для прерывания протекания тока от положительной шины 205 постоянного тока через катушку 275 индуктивности, что может понизить ток катушки индуктивности. В одном варианте осуществления второй переключатель 240 может переключаться из разомкнутого положения в замкнутое положение для обеспечения увеличения тока, протекающего от отрицательной шины 215 постоянного тока через катушку 275 индуктивности.

Следует понимать, что в различных вариантах осуществления модуль 270 управления может управлять состоянием переключателей, например, любого из первого переключателя 230 и второго переключателя 240 или обоих вместе с использованием гистерезисного управления. Тем самым может регулироваться тока, протекающий от любой из положительной шины 205 постоянного тока, нейтральной шины 210 постоянного тока или отрицательной шины 215 постоянного тока. Указанный ток может протекать через катушку 275 индуктивности и может подаваться на аккумуляторную батарею 250, по меньшей мере, через один из первого выхода зарядного устройства 260 или второго выхода зарядного устройства 265. Подача тока на аккумуляторную батарею 250, как правило, заряжает аккумуляторную батарею 250.

Дополнительно, следует понимать, что любое из первого переключателя 230 или второго переключателя 240 или оба вместе могут быть разомкнуты или замкнуты для регулирования, например, тока, протекающего от любой из положительной шины 205 постоянного тока, нейтральной шины 210 постоянного тока или отрицательной шины 215 постоянного тока, тока или напряжения катушки 275 индуктивности и тока или напряжения, подаваемого на аккумуляторную батарею 250. Номенклатура идентификации первого и второго элементов схемы 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи не является ограничительной. Например, первый и второй элементы, такие как первый переключатель 230 и второй переключатель 240, либо первый выход 260 зарядного устройства и второй выход 265 зарядного устройства могут быть эквивалентными или взаимозаменяемыми элементами.

На Фиг.3 установлена функциональная блок-схема, иллюстрирующая схему 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания в рабочем состоянии. В изображенном на Фиг.3 варианте осуществления первый переключатель 230 находится в замкнутом состоянии, а второй переключатель 240 находится в разомкнутом состоянии. В этом наглядном примере замкнутый первый переключатель 230 замыкает цепь между положительной шиной 205 постоянного тока и аккумуляторной батареей 250. В соответствии с Фиг.3, на катушку 275 индуктивности с положительной шины 205 постоянного тока может поступать ток, который может подаваться на аккумуляторную батарею 250 через первый выход 260 зарядного устройства. Следует понимать, что подача тока от любой из положительной шины 205 постоянного тока, нейтральной шины 210 постоянного тока или отрицательной шины 215 постоянного тока, может включать в себя подачу тока от модуля питания, соединенного с любой из этих линий шин. В соответствии с Фиг.3, переключатель 240 разомкнут, а катушка 275 индуктивности в данном примере не получает ток от отрицательной шины 215 постоянного тока.

В соответствии с Фиг.3, первый переключатель 230 соединен с первым выводом 275 катушки индуктивности. Ток может протекать через замкнутый первый переключатель 230, через катушку 275 индуктивности и на аккумуляторную батарею 250 через первый выход 260 зарядного устройства. В одном варианте осуществления катушка 275 индуктивности может заряжаться, когда ток протекает через нее, например, от одной из линий шин постоянного тока. В этом варианте осуществления ток катушки индуктивности может со временем увеличиваться. В другом варианте осуществления катушка 275 индуктивности может разряжаться, когда ток с катушки 275 индуктивности утекает в аккумуляторную батарею 250, и в этом варианте осуществления ток катушки индуктивности может со временем уменьшаться. На Фиг.3 изображена контур 305 тока, который, как правило, показывает ток, протекающий через схему 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи в варианте осуществления на Фиг.3, на котором первый переключатель 230 замкнут, а второе переключатель 240 разомкнут. Из чертежа можно увидеть, что схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи может получать ток с модуля питания, соединенного с положительной шиной 205 постоянного тока и нейтральной шиной 210 постоянного тока через первый переключатель 230 и катушку 275 индуктивности и подавать ток на аккумуляторную батарею 250. Например, модуль 270 управления может замыкать первый переключатель 230 для получения тока от положительной шины 205 постоянного тока, увеличивая ток через катушку 275 индуктивности для зарядки аккумуляторной батареи 250. В одном варианте осуществления, в котором первый переключатель 230 замкнут, в то время как второй переключатель 240 разомкнут, следует понимать, что около половины напряжения схемы 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи (в одном примере 200 В) может подаваться на катушку 275 индуктивности, при этом, например, другие 200 В подаются на аккумуляторную батарею 250 или конденсатор 255.

На Фиг.4 представлена функциональная блок-схема, иллюстрирующая схему 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания в рабочем состоянии. В изображенном на Фиг.4 варианте осуществления как первый переключатель 230, так и второй переключатель 240 разомкнуты. В этом примере как положительная шина 205 постоянного тока, так и отрицательная шина 215 постоянного тока электрически отсоединены от катушки 275 индуктивности.

В одном варианте осуществления ток, по меньшей мере, от одной из положительной шины 205 постоянного тока или нейтральной шины 210 постоянного тока может циркулировать по контуру 405 тока через катушку 275 индуктивности и конденсатор 255. Например, режим работы схемы 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи со временем может изменяться. Если режим работы перед показанным на Фиг.4 режимом работы включал в себя вариант осуществления, в котором первый переключатель 230 было замкнут, ток мог подаваться от положительной шины 205 постоянного тока; если второй переключатель 240 было замкнут, ток мог подаваться от нейтральной шины 210 постоянного тока; а если и первый переключатель 230, и второй переключатель 240 были замкнуты, ток мог подаваться как от положительной шины 205 постоянного тока, так и от нейтральной шины 210 постоянного тока. Далее, в этом примере, когда любой из этих режимов изменяется на режим работы, изображенный на Фиг.4, ток, имеющийся в контуре 405 тока, может проходить через катушку 275 индуктивности и первый выход 260 зарядного устройства для зарядки аккумуляторной батареи 250.

В одном варианте осуществления модуль 270 управления может размыкать как первый переключатель 230, так и второй переключатель 240, поскольку, например, ток катушки индуктивности приближается к значению верхнего порога или превышает его. В другом варианте осуществления первый переключатель 230 и второй переключатель 240 могут размыкаться в одно и то же время, чтобы избежать перегрузки, например, аккумуляторной батареи 250, резистора 280, трансформатора 285, прочих элементов схемы 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи, источника бесперебойного питания, либо его нагрузки.

На Фиг.5 - функциональная блок-схема, иллюстрирующая схему 200 зарядного устройства для аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания в рабочем состоянии. В изображенном на Фиг.5 варианте осуществления первый переключатель 230 разомкнут, а второе переключатель 240 замкнут. В вариантах осуществления, в которых второй переключатель 240 находится в замкнутом положении, например, в варианте осуществления, изображенном на Фиг.5, катушка 275 индуктивности может получать ток от нейтральной шины 210 постоянного тока через катушку 275 индуктивности. Это может осуществляться, например, для поддержания тока катушки индуктивности на уровне, находящемся между верхним порогом и нижним порогом. В одном варианте осуществления модуль управления 270 может замыкать второй переключатель 240 для увеличения тока катушки индуктивности, протекающего через катушку 275 индуктивности по цепи, как правило, обозначаемой контуром 505 тока. Далее, в данном наглядном примере при переходе второго переключателя 240 в разомкнутое состояние ток катушки индуктивности может подаваться на аккумуляторную батарею 250 по контуру 405 тока, показанному на Фиг.4. В одном варианте осуществления, в котором второй переключатель 240 замкнут, в то время как первый переключатель 230 разомкнут, следует понимать, что все или практически все напряжение схемы 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи (в одном примере 400 В) может быть подано на катушку индуктивности 275.

Благодаря тому, что первый переключатель 230 остается в разомкнутом положении, а второй переключатель 240 многократно переключается между изображенным на Фиг.5 замкнутым положением и изображенным на Фиг.4 разомкнутым положением, ток катушки индуктивности поочередно увеличивается (при подаче тока от нейтральной шины 210 постоянного тока) и уменьшается (при отводе тока на аккумуляторную батарею 250). В соответствии с фигурой, схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи используется для зарядки аккумуляторной батареи 250 путем многократного изменения режима работы между режимами, показанными на Фиг.4 и 5. Следует также понимать, что многократное изменение режима работы между режимами, показанными на Фиг.3 и 4, вызывает увеличение тока катушки индуктивности (при подаче тока от положительной шины 205 постоянного тока) и уменьшение тока катушки индуктивности (при отводе тока на аккумуляторную батарею 250).

На Фиг.6 представлена функциональная блок-схема, иллюстрирующая схему 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания в рабочем состоянии. В одном варианте осуществления, показанном на Фиг.6, как первый переключатель 230, так и второй переключатель 240 замкнуты. В соответствии с Фиг.6, замкнутые переключатели 230 и 240 позволяют катушке 275 индуктивности заряжаться как от положительной шины 205 постоянного тока (благодаря замкнутому первому переключателю 230), так и от нейтральной шины 210 постоянного тока (благодаря замкнутому второму переключателю 240). В соответствии с Фиг.6, контур 305 тока может заряжать катушку 275 индуктивности от положительной шины 205 постоянного тока и подавать, по меньшей мере, некоторую часть этой энергии на аккумуляторную батарею 250 через первый выход 260 зарядного устройства. Кроме того, в соответствии с Фиг.6, контур 505 тока может заряжать катушку 275 индуктивности, и этот заряд может затем передаваться в аккумуляторную батарею 250, например, через контур 305 тока.

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, одно из первого переключателя 230 или второго переключателя 240, находящегося в замкнутом положении, может вызвать увеличение тока катушки индуктивности. Например, модуль 270 управления может замыкать одно из первого переключателя 230 или второго переключателя 240, либо оба из них для возбуждения тока в катушке индуктивности на уровне выше порога. Далее, в этом примере для снижения скорости увеличения тока катушки индуктивности или для уменьшения тока катушки индуктивности модуль 270 управления может размыкать одно из первого переключателя 230 или второго переключателя 240, либо оба из них (как показано на Фиг.3-5).

В каждом из вариантов осуществления, изображенных на Фиг.2-6, показана работа схемы 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи, по меньшей мере, в один и тот же момент времени. В различных вариантах осуществления режим работы схемы 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи со временем может изменяться. Например, первый переключатель 230 или второй переключатель 240 может со временем переключаться между разомкнутым и замкнутым состояниями по различным схемам, которые могут перекрываться. В различных вариантах осуществления любое из первого переключателя 230 или второго переключателя 240, либо оба вместе могут, например, размыкаться, замыкаться, переключаться из разомкнутого состояния в замкнутое, либо переключаться из замкнутого состояния в разомкнутое.

Следует понимать, что в различных вариантах осуществления возможны измененные конфигурации схемы 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи. Например, любая из положительной шины 205 постоянного тока, нейтральной шины 210 постоянного тока или отрицательной шины 215 постоянного тока может соединяться с любой клеммой аккумуляторной батареи 250 через любое из следующего: первый выход 260 зарядного устройства, второй выход 265 зарядного устройства и промежуточные компоненты схемы, такие как показанные на чертежах, либо другие компоненты или топологии. Схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи может быть совместима с любой топологией, в которой, например, положительная и отрицательная шины постоянного тока используются в качестве входов для зарядки аккумуляторной батареи, причем одна клемма аккумуляторной батареи соединяется со средней точкой или нейтральной линией положительной и отрицательной шин постоянного тока. К рассмотренному может относиться, например, источник бесперебойного питания с двойным преобразованием.

На Фиг.7 представлена блок-схема последовательности этапов способа, иллюстрирующая способ 700 зарядки аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания в рабочем состоянии. В одном варианте осуществления источник бесперебойного питания включает в себя положительную шину постоянного тока, нейтральную шину постоянного тока и отрицательную шину постоянного тока. Способ 700 может включать в себя этап, на котором соединяют первый выход зарядного устройства схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи с положительной шиной постоянного тока (этап 705). Соединение первого выхода зарядного устройства с положительной шиной постоянного тока (этап 705) может включать в себя соединение положительной шины постоянного тока, связанной с модулем питания, с аккумуляторной батареей через выход зарядного устройства, соединенный с клеммой аккумуляторной батареи. В одном варианте осуществления этап соединения с положительной шиной постоянного тока (этап 705) может включать в себя соединение первого выхода зарядного устройства с положительной шиной постоянного тока через один или более промежуточных элементов схемы зарядного устройства для аккумуляторной батареи, таких как, например, один или более трансформаторов, диодов, катушек индуктивности или переключателей.

В одном варианте осуществления соединение первого выхода зарядного устройства с положительной шиной постоянного тока (этап 705) может включать в себя выполнение первой операции переключения на первом выводе катушки индуктивности схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи. Например, операция переключения может замыкать переключатель для осуществления электрического соединения, которое соединяет, например, шину постоянного тока с входной шиной аккумуляторной батареи (этап 705). В одном варианте осуществления первая операция переключения может выполняться неоднократно в течение некоторого промежутка времени для многократного осуществления соединения и разъединения между шиной постоянного тока и входной шиной аккумуляторной батареи. В различных вариантах осуществления соединение положительной шины постоянного тока с первым выходом зарядного устройства (этап 705) позволяет катушке индуктивности схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи заряжаться от положительной шины постоянного тока и подавать мощность в аккумуляторную батарею, связанную с схемой зарядного устройства аккумуляторной батареи.

Способ 700 может также включать в себя этап, на котором соединяют, по меньшей мере, одну катушку индуктивности схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи с отрицательной шиной постоянного тока (этап 710). В различных вариантах осуществления этап соединения катушки индуктивности (этап 710) может включать в себя соединение катушки индуктивности схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи с отрицательной шиной постоянного тока либо напрямую, либо через промежуточные элементы схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи, такие как, например, переключатель. В способе 700 в различных вариантах осуществления может выполняться любое из соединений: соединение с положительной шиной постоянного тока (этап 705), соединение с отрицательной шиной постоянного тока (этап 710), либо соединение с положительной шиной постоянного тока (этап 705) и соединение с отрицательной шиной постоянного тока (этап 710).

В одном варианте осуществления соединение шины постоянного тока с катушкой индуктивности (этап 710) может включать в себя выполнение второй операции переключения на втором выводе катушки индуктивности. Например, операция переключения может замыкать переключатель для замыкания электрического соединения, которое соединяет, например, шину постоянного тока с катушкой индуктивности (этап 710). В одном варианте осуществления вторая операция переключения может выполняться неоднократно в течение некоторого промежутка времени для многократного осуществления соединения и разъединения между отрицательной шиной постоянного тока и катушкой индуктивности. В различных вариантах осуществления соединение отрицательной шины постоянного тока с катушкой индуктивности (этап 710) позволяет катушке индуктивности заряжаться от нейтральной шины постоянного тока, и такой заряд может далее использоваться для зарядки аккумуляторной батареи, связанной со схемой зарядного устройства аккумуляторной батареи.

В одном варианте осуществления в способе 700 может выполняться этап, на котором соединяют второй выход зарядного устройства схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи с нейтральной шиной постоянного тока (этап 715). Например, клемма аккумуляторной батареи может быть соединена либо иным образом связана с выходом зарядного устройства схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи, а выход зарядного устройства может быть соединен с нейтральной шиной постоянного тока. В различных вариантах осуществления нейтральная шина постоянного тока может образовывать замкнутую цепь с катушкой индуктивности и, по меньшей мере, с одной из положительной шины постоянного тока или отрицательной шины постоянного тока.

Как правило, любой описанный здесь этап соединения, такой как этап соединения с положительной шиной постоянного тока (этап 705), этап соединения с отрицательной шиной постоянного тока (этап 710) или этап соединения с нейтральной шиной постоянного тока (этап 715) может включать в себя электрическое соединение, по меньшей мере, двух элементов напрямую или через один или более промежуточных элементов, таких как различные компоненты схемы. Способ 700 в одном варианте осуществления может включать в себя три описанных выше этап соединения (этап 705, этап 710 и этап 715), которые соединяют, соответственно, положительную шину постоянного тока, отрицательную шину постоянного тока и нейтральную шину постоянного тока со схемой зарядного устройства аккумуляторной батареи, которая может включать в себя два выхода зарядного устройства на аккумуляторную батарею, например, первый выход зарядного устройства, соединяющийся с первой клеммой аккумуляторной батареи, и второй выход зарядного устройства, соединяющийся со второй клеммой аккумуляторной батареи.

Следует понимать, что способ 700 может включать в себя вариант осуществления, в котором источник напряжения, имеющий три выхода (например, положительный, отрицательный и нейтральный), заряжает аккумуляторную батарею, имеющую две клеммы (например, положительную и отрицательную). В этом примере, по меньшей мере, одна клемма аккумуляторной батареи может быть соединена либо иным образом связана с нейтральным выходом источника напряжения (например, с нейтральной шиной постоянного тока), а другая клемма аккумуляторной батареи может быть соединена либо с положительным выходом источника напряжения, либо с отрицательным выходом источника напряжения (т.е., с положительной шиной постоянного тока или с отрицательной шиной постоянного тока).

В одном варианте осуществления в способе 700 может выполняться этап, на котором подают ток через катушку индуктивности схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи на аккумуляторную батарею (этап 720). В одном варианте осуществления подача тока (этап 720) может включать в себя подачу тока, по меньшей мере, от одной из положительной шины постоянного тока или нейтральной шины постоянного тока, через катушку индуктивности на аккумуляторную батарею. Например, по меньшей мере, одна из операций переключения - первая или вторая - может управлять током катушки индуктивности по цепи, по меньшей мере, от одной из положительной шины постоянного тока или нейтральной шины постоянного тока, через катушку индуктивности для зарядки аккумуляторной батареей (этап 720). Способ 700, как правило, включает в себя управление первой и второй операциями переключения для регулирования тока, получаемого, например, от положительной шины постоянного тока или отрицательной шины постоянного тока в результате, по меньшей мере, одного из этапов соединения - этапа соединения с положительной шиной постоянного тока (этап 705), этапа соединения с отрицательной шиной постоянного тока (этап 710) или этапа соединения с нейтральной шиной постоянного тока (этап 715). Как правило, за счет управления первой и второй операциями переключения осуществляется управление током катушки индуктивности путем регулирования величины тока, подаваемого на катушку индуктивности или отводимого с нее.

В одном варианте осуществления элементы или этапы на Фиг.1-7 включают в себя элементы источника бесперебойного питания 100. Например, в различных вариантах осуществления модуль 270 управления содержит контроллер 130, а аккумуляторная батарея 250 содержит, например, аккумуляторную батарею 150. Дополнительно, очевидно, что в одном варианте осуществления схема 200 зарядного устройства аккумуляторной батареи может включать в себя не показанные элементы, соответствующие элементам на Фиг.1, таким как, например, множество входов, выходов или нейтральных линий.

Отметим, что на Фиг.1-7 перечисленные позиции изображены в виде отдельных элементов. Однако в фактических реализациях описанных здесь систем и способов они могут являться неотъемлемыми компонентами других электронных устройств, таких как цифровой компьютер. Таким образом, по меньшей мере, некоторые из описанных здесь элементов и этапов могут быть реализованы, по меньшей мере, в части программного обеспечения, которое может быть выполнено, по меньшей мере, частично, в готовом изделии, содержащем среду для хранения программ. Среда для хранения программ может включать в себя одно из следующего: несущую волну, компьютерный диск (магнитный или оптический (например, CD или DVD, либо и тот и другой)), энергонезависимая память, лента, системная память и жесткий диск компьютера.

Из вышеизложенного ясно, что изложенные здесь системы и способы позволяют реализовать простой и эффективный способ зарядки аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания. Указанные системы и способы в соответствии с различными вариантами осуществления позволяют заряжать аккумуляторную батарею путем соединения одной клеммы аккумуляторной батареи с нейтральной линией шины источника напряжения и соединять положительную и отрицательную линии шин источника постоянного тока с элементами схемы зарядки аккумуляторной батареи. Тем самым исключается необходимость в топологиях изолированного полумоста, включающих в себя изолирующие трансформаторы и соответствующие компоненты, благодаря чему повышается эффективность и надежность при уменьшении габаритов и снижении стоимости.

Любые ссылки на варианты осуществления, или элементы, или этапы систем и способов, указанных здесь в единственном числе, могут предусматривать варианты осуществления, содержащие множество этих элементов, и любые ссылки во множественном числе на любой описанный здесь вариант осуществления, или элемент, или этап могут также предусматривать варианты осуществления, содержащие только один элемент. Ссылки в единственном или множественном числе не ограничивают описанные выше системы или способы, их компоненты, этапы или элементы.

Любой описанный здесь вариант осуществления может быть объединен с любым другим вариантом осуществления, и ссылки на «вариант осуществления», «некоторые варианты осуществления», «альтернативный вариант осуществления», «различные варианты осуществления», «один вариант осуществления» и т.п. не обязательно являются взаимоисключающими. Любой вариант осуществления может быть объединен с любым другим вариантом осуществления любым способом, согласующимся с описанными здесь задачами, целями и потребностями.

В случае, если технические признаки, упомянутые в каком-либо пункте формулы изобретения, сопровождаются ссылочными символами, указанные ссылочные символы включены с единственной целью повышения доступности формулы изобретения для понимания, и, следовательно, ни ссылочные символы, ни их отсутствие никоим образом не ограничивают объем каких-либо элементов формулы изобретения.

Специалисту будет ясно, что описанные здесь системы и способы могут быть осуществлены в других конкретных вариантах в пределах их сущности или существенных признаков. Например, варианты осуществления настоящего изобретения, как правило, не ограничиваются источниками бесперебойного питания и могут использоваться с другими источниками питания, преобразователями, преобразователями частоты, устройствами управления параметрами электропитания или другими системами. Поэтому указанные выше варианты осуществления следует рассматривать во всех отношениях скорее как иллюстративные, чем как ограничивающие описанные системы и способы. Таким образом, объем описанных здесь систем и способов определяется скорее прилагаемой формулой изобретения, чем приведенным выше описанием, и, следовательно, все изменения, находящиеся в пределах сущности формулы изобретения, в нее включены.

Изобретение относится, в основном, к зарядке аккумуляторных батарей источников бесперебойного питания. Технический результат заключается в обеспечении улучшенного распределения энергии в аккумуляторной батарее. Для этого заявленные системы и способы реализации источника бесперебойного питания, имеющего положительную шину постоянного тока, нейтральную шину постоянного тока и отрицательную шину постоянного тока, в одном варианте осуществления включают в себя как источник бесперебойного питания схему зарядного устройства аккумуляторной батареи, имеющую катушку индуктивности, первый выход зарядного устройства и второй выход зарядного устройства. Первый переключатель, соединенный с первым выводом катушки индуктивности, сконфигурирован с возможностью соединения положительной шины постоянного тока с первым выходом зарядного устройства. Второй переключатель, соединенный со вторым выводом катушки индуктивности, сконфигурирован с возможностью соединения отрицательной шины постоянного тока с катушкой индуктивности. Нейтральная шина постоянного тока может быть соединена со вторым выходом зарядного устройства. Схема зарядного устройства для аккумуляторной батареи может быть сконфигурирована с возможностью получения энергии, по меньшей мере, от одной из положительной шины постоянного тока и отрицательной шины постоянного тока для зарядки аккумуляторной батареи, соединенной с первым выходом зарядного устройства и вторым выходом зарядного устройства. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Источник бесперебойного питания, содержащий:
положительную шину постоянного тока, нейтральную шину постоянного тока и отрицательную шину постоянного тока;
схему зарядного устройства аккумуляторной батареи, имеющую катушку индуктивности, первый выход зарядного устройства и второй выход зарядного устройства;
первый переключатель, соединенный с первым выводом катушки индуктивности и сконфигурированный с возможностью селективного соединения положительной шины постоянного тока с первым выходом зарядного устройства; и
второй переключатель, соединенный со вторым выводом катушки индуктивности и сконфигурированный с возможностью селективного соединения отрицательной шины постоянного тока с катушкой индуктивности;
при этом нейтральная шина постоянного тока соединена со вторым выходом зарядного устройства; и
схема зарядного устройства аккумуляторной батареи сконфигурирована с возможностью получения энергии, по меньшей мере, от одной из положительной шины постоянного тока и отрицательной шины постоянного тока для зарядки аккумуляторной батареи, соединенной с первым выходом зарядного устройства и вторым выходом зарядного устройства.

2. Источник бесперебойного питания по п.1, содержащий:
модуль управления, сконфигурированный с возможностью синхронного включения первого переключателя и второго переключателя.

3. Источник бесперебойного питания по п.1, содержащий:
модуль управления, сконфигурированный с возможностью управления первым переключателем для многократного подключения и отключения положительной шины постоянного тока с первым выходом зарядного устройства в течение первого промежутка времени.

4. Источник бесперебойного питания по п.3, в котором модуль управления сконфигурирован с возможностью управления вторым переключателем для многократного подключения и отключения отрицательной шины постоянного тока к катушке индуктивности в течение второго промежутка времени.

5. Источник бесперебойного питания по п.4, в котором модуль управления сконфигурирован с возможностью управления вторым переключателем для многократного подключения и отключения отрицательной шины постоянного тока к катушке индуктивности в течение промежутка времени, следующего за первым промежутком времени.

6. Источник бесперебойного питания по п.4, в котором и первый промежуток времени, и второй промежуток времени составляют каждый от 8 до 12 мс.

7. Источник бесперебойного питания по п.1, в котором:
первый переключатель сконфигурирован с возможностью периодического пропускания тока от положительной шины постоянного тока в течение первого непрерывного промежутка времени; и
второй переключатель сконфигурирован с возможностью периодического пропускания тока от нейтральной шины постоянного тока в течение второго непрерывного промежутка времени.

8. Источник бесперебойного питания по п.7, в котором первый непрерывный промежуток времени и второй непрерывный промежуток времени, по меньшей мере, частично перекрываются.

9. Источник бесперебойного питания по п.1, в котором схема зарядного устройства для аккумуляторной батареи сконфигурирована с возможностью одновременного приема тока от положительной шины постоянного тока и от отрицательной шины постоянного тока.

10. Источник бесперебойного питания по п.1, дополнительно содержащий:
источник питания постоянного тока, соединенный, по меньшей мере, с одной из положительной шиной постоянного тока, нейтральной шиной постоянного тока или отрицательной шиной постоянного тока.

11. Источник бесперебойного питания по п.1, дополнительно содержащий:
модуль управления, сконфигурированный с возможностью управления током катушки индуктивности на уровне значения между верхним порогом тока и нижним порогом тока.

12. Источник бесперебойного питания по п.11, в котором нижний порог тока составляет 0 А.

13. Источник бесперебойного питания по п.11, в котором:
схема зарядного устройства аккумуляторной батареи включает в себя трансформатор тока и резистор; и
модуль управления сконфигурирован с возможностью измерения, по меньшей мере, одного из напряжения трансформатора или напряжения резистора для определения величины тока катушки индуктивности.

14. Источник бесперебойного питания по п.1, в котором схема зарядного устройства аккумуляторной батареи сконфигурирована таким образом, что аккумуляторная батарея получает практически одинаковую по величине мощность от каждой из положительной шины постоянного тока и отрицательной шины постоянного тока.

15. Способ зарядки аккумуляторной батареи источника бесперебойного питания, имеющего положительную шину постоянного тока, нейтральную шину постоянного тока и отрицательную шину постоянного тока, содержащий этапы, на которых:
соединяют, по меньшей мере, один из:
первого выхода зарядного устройства схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи с положительной шиной постоянного тока; и катушку индуктивности схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи с отрицательной шиной постоянного тока;
соединяют второй выход зарядного устройства схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи с нейтральной шиной постоянного тока; и
подают ток, по меньшей мере, от одной из положительной шины постоянного тока и нейтральной шины постоянного тока через катушку индуктивности на аккумуляторную батарею.

16. Способ по п.15, содержащий этапы, на которых:
выполняют первую операцию переключения на первом выводе катушки индуктивности для соединения положительной шины постоянного тока с первым выходом аккумуляторной батареи; и
выполняют вторую операцию переключения на втором выводе катушки индуктивности для соединения катушки индуктивности с отрицательной шиной постоянного тока.

17. Способ по п.16, содержащий этап, на котором:
первую операцию переключения и вторую операцию переключения выполняют синхронно.

18. Способ по п.16, содержащий этап, на котором:
одновременно соединяют положительную шину постоянного тока с первым выходом аккумуляторной батареи и отрицательную шину постоянного тока с катушкой индуктивности.

19. Способ по п.16, содержащий этапы, на которых:
выполняют первую операцию переключения для многократного подключения и отключения положительной шины постоянного тока к первому выходу зарядного устройства в течение первого промежутка времени; и
выполняют вторую операцию переключения для многократного подключения и отключения отрицательной шины постоянного тока к катушке индуктивности в течение второго промежутка времени.

20. Способ по п.16, содержащий этапы, на которых:
формируют верхний порог тока катушки индуктивности и нижний порог тока катушки индуктивности;
управляют током катушки индуктивности на уровне значения между верхним порогом тока и нижним порогом тока.

21. Способ по п.19, содержащий этап, на котором:
измеряют, по меньшей мере, одно из напряжения трансформатора схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи и напряжения резистора схемы зарядного устройства аккумуляторной батареи для определения величины тока катушки индуктивности.

22. Способ по п.19, содержащий этап, на котором:
регулируют, по меньшей мере, один из верхнего порога тока и нижнего порога тока на основе, по меньшей мере, отчасти напряжения аккумуляторной батареи.

23. Способ по п.15, содержащий этап, на котором:
получают практически одинаковую по величине мощность от каждой из положительной шины постоянного тока и отрицательной шины постоянного тока, через схему зарядного устройства аккумуляторной батареи для зарядки аккумуляторной батареи.

24. Источник бесперебойного питания, содержащий:
положительную шину постоянного тока, нейтральную шину постоянного тока и отрицательную шину постоянного тока;
схему зарядного устройства аккумуляторной батареи, имеющую катушку индуктивности, первый выход зарядного устройства и второй выход зарядного устройства;
средство для селективного соединения:
первого выхода зарядного устройства с положительной шиной постоянного тока; и
катушки индуктивности с отрицательной шиной постоянного тока;
второй выход зарядного устройства, соединенный с нейтральной шиной постоянного тока;
схема зарядного устройства аккумуляторной батареи сконфигурирована с возможностью протекания тока, по меньшей мере, от одной из положительной шины постоянного тока и нейтральной шины постоянного тока через катушку индуктивности для зарядки аккумуляторной батареи.