1.公開的領域

本公開的實施例總體涉及用于提供電力的系統和方法。

2.背景描述

通常將電源(諸如不間斷電源(UPS))用于向電氣設備或者負載提供電力。在主電源或者電源不可用時，UPS可以提供電力。傳統的在線式UPS使用功率因數校正電路(PFC)來整流由電氣設施提供的輸入功率，以向DC總線提供電力。整流的DC電壓在電源電力可用時通常用于為電池充電，并且向DC總線提供電力。在不存在電源電力的情況下，電池向DC總線提供電力。逆變器從DC總線生成到負載的AC輸出電壓。由于DC總線由電源或者電池供電，因此在電源出現故障并且電池充分充電時，UPS的輸出功率是不間斷的。

概述

本發明的至少一些方面和實施例針對供電系統，該供電系統包括：輸入端，該輸入端被配置成接收來自輸入電源的輸入AC電力；輸出端，該輸出端被配置成向負載提供輸出AC電力；變換器，該變換器耦合于輸入端并且被配置成將輸入AC電力變換成經變換的DC電力；第一DC總線，該第一DC總線耦合于變換器并且被配置成接收經變換的DC電力；逆變器，該逆變器耦合于第一DC總線和輸出端，并且該逆變器被配置成將來自第一DC總線的DC電力變換成輸出AC電力；第一DC開關電路，該第一DC開關電路耦合在第一DC總線和中性點之間；以及控制器，該控制器耦合于第一DC開關電路，并且被配置成操作第一DC開關電路，使得在第一DC總線上的電壓在變換器和逆變器的切換操作期間是零。

根據一個實施例，變換器包括耦合在輸入端和中性點之間的至少一個第一開關，逆變器包括耦合在第一DC總線和輸出端之間的至少一個第二開關，并且控制器耦合于至少一個第一開關和至少一個第二開關，并且控制器還被配置成：操作至少一個第一開關的切換以生成DC電力；操作至少一個第二開關的切換以生成輸出AC電力；并且操作第一DC開關電路使得在至少一個第一開關兩端的電壓在接通切換期間是零，并且在至少一個第二開關兩端的電壓在關斷切換期間是零。

根據另一個實施例，第一DC開關電路包括：DC開關，該DC開關耦合在第一DC總線和中性點之間；以及二極管，該二極管在第一DC總線和中性點之間并聯耦合于DC開關；其中，在操作第一DC開關電路使得在第一DC總線上的電壓是零時，控制器還被配置成操作DC開關以關斷。在一個實施例中，控制器還被配置成：在同步切換時期上使至少一個第一開關的接通切換和至少一個第二開關的關斷切換同步。在另一個實施例中，控制器還被配置成在同步切換時期之前的第一時間處關斷DC開關。

根據一個實施例，供電系統被配置成操作使得在同步切換時期之前的第一時間處，在輸出端處的電流大于在輸入端處的電流。在一個實施例中，供電系統還包括耦合于中性點的電容器、以及耦合于電容器和第一DC開關電路之間的第二DC總線，其中，在同步切換時期之前的第一時間處，由逆變器變換成輸出AC電力的DC電力源自經變換的DC電力和來自第二DC總線的DC電力。

根據另一個實施例，供電系統還包括：至少一個DC輸入線路，該至少一個DC輸入線路被配置成耦合于DC源；以及DC/DC變換器，該DC/DC變換器耦合在至少一個DC輸入線路和第一DC總線之間，并且DC/DC變換器被配置成接收來自DC源的備用DC電力，并且向第一DC總線提供經調節的DC電力；其中，由逆變器變換成輸出AC電力的DC電力源自在經變換的DC電力和備用DC電力中的至少一者。

根據一個實施例，DC/DC變換器包括至少一個第一DC/DC開關，該至少一個第一DC/DC開關耦合在至少一個DC輸入線路和中性點之間；其中，控制器還耦合于至少一個第一DC/DC開關，并且控制器還被配置成：在由逆變器變換成輸出AC電力的DC電力源自備用DC電力的情況下，控制器操作至少一個第一DC/DC開關以生成經調節的DC電力，并且操作第一DC開關電路使得在至少一個第一DC/DC開關兩端的電壓在接通期間是零。

根據另一個實施例，DC/DC變換器包括至少一個第二DC/DC開關，該至少一個第二DC/DC開關耦合在至少一個DC輸入線路和第一DC總線之間；其中，控制器還耦合于至少一個第二DC/DC開關，并且控制器還被配置成：在由逆變器變換成輸出AC電力的DC電力源自經變換的DC電力的時候，控制器操作至少一個第二DC/DC開關以從經變換的DC電力生成電池充電電力，并且操作第一DC開關電路使得在至少一個第二DC/DC開關兩端的電壓在關斷期間是零。

根據一個實施例，供電系統是包括多個部分的三相供電系統，每個部分被配置成對從輸入電源接收的3相電力中的一相進行操作；第一DC開關電路由三相供電系統的多個部分共享，并且控制器還被配置成使在供電系統的每一部分上的變換器和逆變器的切換操作同步。在一個實施例中，供電系統還包括：第二DC總線，該第二DC總線耦合于變換器，并且該第二DC總線被配置成接收經變換的DC電力；以及第二DC開關電路，該第二DC開關電路耦合在第二DC總線和中性點之間；其中，控制器還耦合于第二DC開關電路，并且控制器還被配置成操作第二DC開關電路，使得第二DC總線上的電壓在變換器和逆變器的切換操作期間是零。

本發明的另一方面針對用于操作供電系統的方法，該供電系統包括輸入端、耦合于輸入端的變換器、耦合于變換器的第一DC總線、耦合于第一DC總線的逆變器以及輸出端，該方法包括：在輸入端處接收來自電源的輸入AC電力；利用變換器將輸入AC電力變換成經變換的DC電力；向第一DC總線提供經變換的DC電力；利用逆變器將來自第一DC總線的DC電力變換成輸出AC電力；向輸出端提供輸出AC電力；以及控制供電系統，使得在第一DC總線上的電壓變為零，以在變換器和逆變器中提供零電壓切換(ZVS)。

根據一個實施例，變換輸入AC電力包括切換變換器的至少一個第一開關以生成經變換的DC電力；變換來自第一DC總線的DC電力包括切換變換器的至少一個第二開關以生成輸出AC電力；并且控制供電系統使得在第一DC總線上的電壓變為零包括：在接通切換期間，將至少一個第一開關兩端的電壓驅動到零；并且在關斷切換期間，將至少一個第二開關兩端的電壓驅動到零。

根據另一個實施例，供電系統還包括耦合在中性點和第一DC總線之間的第一DC開關，并且將至少一個第一開關兩端的電壓驅動到零以及將至少一個第二開關兩端的電壓驅動到零包括關斷第一DC開關。在一個實施例中，該方法還包括：在同步切換時期上使至少一個第一開關的接通切換和至少一個第二開關的關斷切換同步。在另一個實施例中，關斷第一DC開關包括：在同步切換時期之前的在輸出端處的電流大于在輸入端處的電流時的第一時間處關斷第一DC開關。

根據一個實施例，供電系統還包括耦合于變換器的第二DC總線，并且該方法還包括：控制供電系統使得在第二DC總線上的電壓變為零，以在變換器和逆變器中提供ZVS。在一個實施例中，供電系統是三相供電系統，控制供電系統使得在第一DC總線上的電壓變為零包括：選擇性地將第一DC總線上的電壓驅動到零，以在供電系統的多個相上的變換器和逆變器中提供ZVS，并且該方法還包括使供電系統的多個相上的變換器和逆變器的切換操作同步。

本發明的至少一個方面針對三相供電系統，該三相供電系統包括：多個輸入端，每個輸入端被配置成接收來自輸入電源的輸入3相電力中的一相；多個輸出端，每個輸出端被配置成向負載提供輸出3相電力中的一相；變換器，該變換器耦合于多個輸入端，并且該變換器被配置成將接收的輸入3相電力變換成經變換的DC電力；至少一個DC總線，該至少一個DC總線耦合于變換器，并且該至少一個DC總線被配置成接收經變換的DC電力；逆變器，該逆變器耦合于至少一個DC總線和多個輸出端，并且該逆變器被配置成將來自至少一個DC總線的DC電力變換成輸出3相電力；以及用于在三相供電系統中的每個相上的變換器和逆變器中提供零電壓切換(ZVS)的裝置。

附圖簡述

以下參考并不旨在按比例繪制的附圖來討論至少一個實施例的各個方面。附圖被包括以提供各個方面和實施例的說明以及進一步的理解，并且附圖被并入以及構成本說明書的一部分，但不旨在作為對公開內容的限制的定義。在附圖中，在各個圖中示出的每個相同的或者幾乎相同的部件用相似的數字來標示。出于清楚的目的，并非每個部件都可在每個圖中被標記出。在附圖中：

圖1是根據本公開的方面的3相3級UPS拓撲的示意圖；

圖2包括示出根據本公開的方面的UPS系統的切換循環的圖；

圖3是根據本公開的方面的包括DC-DC變換器的3相3級UPS拓撲的示意圖；

圖4是示出根據本公開的方面的PWM信號生成的圖示；以及

圖5為在其之上可實施本發明的各個實施例的系統的框圖。

詳細描述

本文討論的方法和系統的示例在應用中并不限于在以下描述中闡述的或者在附圖中示出的部件的構造和布置的細節。在其他實施例中能夠實現方法和系統，并且能夠以各種方式實踐或執行方法和系統。本文提供的具體實現的示例僅用于說明性目的且并不旨在限制。具體來說，結合任何一個或者多個示例討論的動作、部件、元件以及特征不旨在排除任何其他的示例中的類似角色。

并且，本文所用的措辭和術語也是出于說明的目的，且不應視為具有限制性。對于本文的系統和方法的示例、實施例、部件、元件或者動作的指的是單數的任何引用，也可以包含包括復數的實施例，并且對于本文的任何實施例、部件、元件或者動作復數的任何引用，也可以包含僅包括單數的實施例。單數形式或者復數形式的引用并不旨在限制當前公開的系統或者方法、它們的部件、動作或者元件。本文使用“包括”、“包括”、“具有”、“包含”、“涉及”及其變型意在包括其后列舉的項目和其等價物以及額外的項目。“或”的引用可解釋為包括一切的，使得使用“或”所描述的任何術語可以指示所描述的術語的單個、多于一個以及全部中的任何一種。另外，在本文件和通過引用并入的文件之間用法不一致的情況下，在并入的文件中的術語用法作為對本文件中的術語用法的補充；對于不可協調的不一致，以本文件中的術語用法為準。

如以上討論的，UPS系統通常被用于向負載提供電力。高效率已變成在UPS設計中的最重要的參數之一，并且各個解決方案和/或拓撲結構已經被開發以提高UPS的效率。在一些UPS系統中，只要電源電壓可用，那么節能模式在UPS處于旁路操作或者離線模式的情況下是可用的。這種方法具有諸如差勁的浪涌處理能力、未濾波和未調節的輸出電壓以及沒有功率因數校正的缺點。其他UPS系統包括delta變換拓撲結構，其提供了輸出電壓調節和功率因數校正；然而，浪涌處理能力和濾波仍然受限，并且需要相對大的變壓器。在其他UPS系統中，通過使用多級變換器和/或新興的氮化鎵(GaN)或者碳化硅(SiC)半導體達到高效率水平；然而，這種變換器和半導體通常增加UPS的的超過可接受水平的成本和/或復雜性。另一些UPS系統包括混合PFC和逆變器拓撲結構；然而，由于PFC調節和逆變器調節相互影響，混合拓撲結構很難控制。另外，混合拓撲結構通常僅在以正常操作條件下(例如，在輸入和輸出同相位時)操作時具有高效率。

本文描述了新的3級UPS拓撲結構，其降低了整體切換損耗(即，提供了更高的效率)。3級UPS拓撲結構在PFC開關接通并且逆變器開關關斷時引入零電壓切換(ZVS)，這樣降低了切換損耗并且實現更高的整體效率。

圖1是3級UPS 100的示意圖。UPS 100是3相UPS，其包括三個部分102、104、106。每個部分102、104、106被配置成耦合于3相電源中的一相。每個部分102、104、106基本相同，并且以基本相同的方式對其對應的相起作用。正因如此，下面關于第一部分102來更詳細地討論UPS100。

UPS 100包括PFC變換器101、逆變器103、正DC總線136、負DC總線138、正“浮動”DC總線140、負“浮動”DC總線142、第一DC開關電路105、第一電容器132、第二DC開關電路109、第二電容器134、中性點144和控制器152。PFC變換器101包括第一電感器108、第一開關112、第二開關114、第三開關116和第四開關118。逆變器103包括第五開關120、第六開關122、第七開關124、第八開關126和第二電感器146。第一DC開關電路105包括第九開關128和體二極管150。第二DC開關電路109包括第十開關130和體二極管151。

根據一個實施例，第一開關112和第二開關114是1200V絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)；然而，在其他實施例中，IGBT 112、114的額定值可以不同，或者可以采用不同類型的開關(例如，如果在PFC變換器101中單向功率變換是足夠的，那么可以以二極管代替IGBT 112、114)。在一個實施例中，第五開關120和第六開關122是1200V絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)；然而，在其他實施例中，IGBT 120、122的額定值可以不同，或者可以采用不同類型的開關。在一個實施例中，第三開關116、第四開關118、第七開關124和第八開關126是600V IGBT；然而，在其他實施例中，IGBT 116、118、124、126的額定值可以不同，或者可以采用不同類型的開關。每個IGBT 112-126還包括在其集電極和發射極之間的內部二極管148。根據一個實施例，第九開關128和第十開關130是600V金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)；然而，在其他實施例中，MOSFET128、130的額定值可以不同，或者可以采用不同類型的開關。第一DC開關電路105的體二極管150耦合在MOSFET 128的源極和漏極之間。第二DC開關電路109的體二極管151耦合在MOSFET 130的源極和漏極之間。

第一電感器108的第一端子耦合于UPS 100的輸入端107。輸出端107被配置成耦合于3相電源。第一電感器108的第二端子耦合于第一開關112的發射極。第一開關112的集電極耦合于正“浮動”DC總線140。第五開關120的集電極耦合于正“浮動”DC總線140。第五開關120的發射極耦合于第二電感器146的第一端子。第二電感器146的第二端子耦合于UPS100的輸出端147。第二開關114的集電極還耦合于第一電感器108的第二端子。第二開關114的發射極耦合于負“浮動”DC總線142。第六開關122的發射極還耦合于負“浮動”DC總線142。第六開關122的集電極還耦合于第二電感器146的第一端子。

第三開關116的集電極還耦合于第一電感器108的第二端子。第三開關116的發射極耦合于第四開關118的發射極。第四開關118的集電極耦合于中性點144。第八開關126的集電極耦合于中性點144。第八開關126的發射極耦合于第七開關124的發射極。第七開關124的集電極還耦合于第二電感器146的第一端子。第九開關128的源極耦合于正“浮動”DC總線140。第九開關128的漏極耦合于正DC總線136。第一電容器132的第一端子耦合于正DC總線136，并且第一電容器132的第二端子耦合于中性點。第二電容器134的第一端子耦合于中性點144，并且第二電容器134的第二端子耦合于負DC總線138。第十開關130的源極還耦合于負DC總線138。第十開關130的漏極耦合于負“浮動”DC總線142。控制器152耦合于每個開關112-130的柵極。

現將關于在第一部分102處的輸入相線的正部分描述UPS 100的操作。還在第一部分102處的輸入相線的負部分產生類似的操作。由3相電源提供的AC3相電力中的一相由輸入端107接收。控制器152操作PFC開關(即，第一開關112和第三開關116)作為升壓變換器，以將在AC3相電力中的一相變換成經變換的DC電力。控制器152還操作PFC開關(即，第一開關112和第三開關116)，以在輸入端107處提供功率因數校正。經變換的DC電力被提供給“浮動”DC總線140。逆變器開關(即，第五開關120)由控制器152操作作為降壓變壓器，以將來自正“浮動”DC總線140的DC電力變換成經調節的AC電力。經調節的AC電力被提供給輸出端147。

根據在UPS 100的輸出端147處的電流，從正“浮動”DC總線140提供給逆變器開關(即，第五開關120)的DC電力可以源自UPS 100的不同部分。例如，當在UPS 100的輸出端147處的電流小于在UPS 100的輸入端107處的電流時，由逆變器開關(即，第五開關120)變換的DC電力源自由PFC開關(即，第一開關112和第三開關116)提供給“浮動”DC總線140的經變換的DC電力。在這一實施例中，在“浮動”DC總線140上的經變換的DC電力的一部分電力經由(通常保持接通的)第九開關128還被提供給DC總線136，以對第一電容器132充電。當在UPS 100的輸出端147處的電流大于在UPS 100的輸入端107處的電流時，第一電容器132放電，并且放電的DC電力從DC總線136經由第九開關128被提供給“浮動”DC總線140。源自PFC開關(即，第一開關112和第三開關116)和DC總線136兩者的DC電力被提供給逆變器開關(即，第五開關120)，以用于變換成經調節的AC電力。

控制器152還操作開關112-130以在PFC零點開關(即，第三開關116)接通時以及在逆變器開關(即，第五開關120)關斷時提供ZVS。控制器152使PFC零點開關和逆變器開關同步，使得在同步切換時期期間，PFC零點開關(即，第三開關116)接通，而逆變器開關(即，第五開關120)關斷。在一個實施例中，在同步切換時期期間，PFC零點開關被接通與逆變器開關被關斷基本上在相同時間。在另一實施例中，在同步切換時期期間，PFC零點開關可以在逆變器開關被關斷之前相對短的時間被接通。

DC總線開關(即，第九開關128)通常保持接通，但是在PFC零點和逆變器開關的同步切換時期附近的短持續時間關斷。當DC總線開關(即，第九開關128)關斷時，無論何時總的正逆變器電流高于總的正PFC變換器電流(即，當第九開關128向正“浮動”DC總線140提供電力時)，在正“浮動”DC總線140上的電壓都將降到零(中性)。

這將允許要接通的PFC零點開關(即，第三開關116)具有在PFC零點開關兩端的零電壓(即，ZVS)，并且允許要關斷的逆變器開關(即，第五開關120)具有在逆變器開關兩端的零電壓(即，ZVS)。下面參考圖2更詳細地討論UPS 100提供ZVS的操作。

圖2包括示出根據至少一個實施例的UPS 100的切換循環的圖。圖2包括第一圖200和第二圖250，第一圖200示出在UPS 100的多個切換周期上的在UPS 100中的不同電流，并且第二圖250示出UPS 100在UPS 100的多個切換周期上的不同的控制信號。

第一圖200包括第一跡線202、第二跡線204和第三跡線206，第一跡線202示出在PFC開關的升壓二極管(即，第一開關112或第二開關114的內部二極管148)中的電流，第二跡線204示出在逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)中的電流，并且第三跡線206示出在DC電容器(即，第一電容器132或第二電容器134)和DC開關(即，第九開關128或第十開關130)中的電流。第二圖250包括第一跡線252、第二跡線254和第三跡線256，第一跡線252示出從控制器152到PFC零點開關(即，第三開關116或第四開關118)的柵極的控制信號，第二跡線254示出從控制器152到逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)的柵極的控制信號，并且第三跡線256示出從控制器152到DC開關(即，第九開關128或第十開關130)的柵極的控制信號。

控制器152在同步切換時期上使PFC零點開關(即，第三開關116或第四開關118)的接通與逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)的關斷同步。在一個實施例中，控制器152在PFC零點開關(即，第三開關116或第四開關118)的接通與逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)的關斷之間引入相對小的延遲。例如，如在圖2中的第二圖250中顯示，在第一時間208處，來自控制器152的高控制信號252將PFC零點開關(即，第三開關116或第四開關118)接通。在相對小的延遲后并且在第二時間210處，來自控制器的低控制信號254將逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)關斷。在一個實施例中，在第一時間208和第二時間210之間的延遲是500ns左右；然而，在其他實施例中，可以不同地限定在第一時間208和第二時間210之間的延遲。

控制器152還將高控制信號256傳輸到DC開關(即，第九開關128或第十開關130)，以將DC開關通常保持在接通狀態。在PFC零點開關和逆變器開關的同步切換時期附近(即，在第一時間208和第二時間210附近)，控制器152將DC開關(即，第九開關128或第十開關130)關斷。例如，如在圖2中的第二圖250中顯示，在第三時間212(發生在第一時間208之前)處，控制器152將低控制信號256傳輸到DC開關(即，第九開關128或第十開關130)，以將DC開關關斷。根據一個實施例，第三時間212發生在第一時間208的500ns之前；然而，在其他實施例中，可以不同地限定在第三時間212和第一時間208之間的延遲。

在第四時間214(發生在第二時間210之后)處，控制器152將高控制信號256傳輸到DC開關，以將DC開關重新接通。根據一個實施例，控制器152可以等到在逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)中的一個逆變器開關接通為止，再重新接通DC開關(即，保持DC開關處于斷開狀態)。在第二圖250中通過點線257來顯示這一操作，并且開關以這種方式的操作可以進一步降低切換損耗。

如在第一圖200中所見，歸因于升壓變換器的性質，PFC升壓二極管的電流202就在PFC零點開關(即，第三開關116或第四開關118)在第一時間208處接通之前處于低點處。類似地，歸因于降壓變換器的性質，逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)中的電流204就在PFC零點開關(即，第三開關116或第四開關118)在第一時間208處接通之前處于高點處(即，大于PFC升壓二極管電流202)。例如，在一個實施例中，就在PFC零點開關(即，第三開關116或第四開關118)在第一時間208處接通之前，逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)中的電流204比PFC升壓二極管的電流202高30A；然而，在其他實施例中，可以不同地限定在逆變器電流和PFC電流之間的差異。因此，就在PFC零點開關(即，第三開關116或第四開關118)在第一時間208處接通之前，電流206從DC總線136、138經由DC開關(即，第九開關128和第十開關130)被汲取到“浮動”DC總線140、142。

如以上討論的，DC開關(即，第九開關128和第十開關130)在PFC零點開關和逆變器開關的同步切換時期之前(即，在第三時間212處)關斷，并且在同步切換時期之后(即，在第四時間214處)接通。通過關斷DC開關(即，第九開關128和第十開關130)，同時DC開關將電力傳遞到“浮動”DC總線140、142(例如，在第三時間212處)，在“浮動”DC總線140、142上的電壓降到零。

例如，如在第一圖200的第三跡線206中所見，就在同步切換時期之前(即，在第三時間212處)，當PFC升壓二極管的電流202處于其最低處并且在逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)中的電流204處于其最高處時，將電力從DC總線136、138傳遞到“浮動”DC總線140、142。一旦DC開關(即，第九開關128和第十開關130)關斷，PFC變換器101便不能將足夠的電力傳遞到逆變器103，并且由于剩余的逆變器電流在逆變器零點開關(ZPS)(即，第七開關124和第八開關126)中被迫慣性滑動(free-wheel)，所以在“浮動”DC總線140、142上的電壓降到零。

當PFC零點開關(即，第三開關116或第四開關118)在第一時間208處接通并且逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)在第二時間210處關斷時，在每個開關兩端的電壓是零，造成ZVS和降低的切換損耗。通過在PFC開關接通并且逆變器開關關斷時引入ZVS，降低了UPS 100的切換損耗，實現了UPS 100更高的整體效率。

如以上討論的，在切換時期期間，UPS 100的部分102、104、106的PFC零點開關(即，第三開關116或第四開關118)和逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)的切換是同步的；然而，在UPS 100是3相UPS的情況下，在UPS的所有三相上的PFC零點開關和逆變器開關的切換是同步的，使得接通在UPS 100中的所有PFC零點開關(即，第三開關116或第四開關118)與關斷在UPS 100中的所有逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)同時或者略早于關斷在UPS 100中的所有逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)。通過在UPS 100上同步每個PFC零點開關和每個逆變器開關，由UPS 100的每個部分102、104、106(即，每相)“共享”的DC開關(即，第九開關128和第十開關130)被操作以在UPS 100的每相(即，在每部分中)上的PFC開關接通并且逆變器開關關斷時引入ZVS。

根據一個實施例，UPS 100包括用于電池操作的DC-DC變換器。例如，根據在圖3中顯示的一個實施例，其中，類似的參考數字指的是與圖1的類似的部件，UPS 100包括DC-DC變換器302。

DC-DC變換器302包括第十一開關310、第十二開關312、第十三開關314和第十四開關316。根據一個實施例，開關310-316是600V IGBT；然而，在其他實施例中，IGBT 310-316的額定值可以不同，或者可以采用不同類型的開關。每個開關310-316包括在其集電極和發射極之間的內部二極管318。另外，如以上討論的，UPS 100的第一開關112(例如，如在圖1中顯示的)已由二極管304代替。

第十一開關310的集電極耦合于正“浮動”DC總線140。第十一開關310的發射極耦合于第十二開關312的集電極。第十二開關312的發射極耦合于中性點144。第十三開關314的集電極還耦合于中性點144。第十三開關314的發射極耦合于第十四開關316的集電極。第十四開關316的發射極耦合于負“浮動”DC總線142。正DC-DC變換器線路306耦合于第十一開關310的發射極和第十二開關312的集電極。正DC-DC變換器線路306還被配置成耦合于電池的正極。負DC-DC變換器線路308耦合于第十三開關314的發射極和第十四開關316的集電極。負DC-DC變換器線路308還被配置成耦合于電池的負極。

在電池操作模式中(例如，當從電源接收的AC電力不夠時)，DC-DC變換器302經由正DC-DC變換器線路306和負DC-DC變換器線路308從電池接收備用DC電力，并且向“浮動”DC總線140、142提供經調節的DC電力。控制器152操作DC-DC變換器302的開關310-316，以向“浮動”DC總線140、142提供理想的DC電力。通過將DC-DC變換器302耦合于具有零電壓的“浮動”DC總線140、142(即，當DC開關128、130關斷時)，只要在同步切換點處(例如，在時間208處)對于每個DC總線的總的逆變器電流大于DC-DC變換器電流，則有可能在電池操作中的升壓開關(即，第十二開關312或第十三開關314)接通期間獲得ZVS。類似地，在充電操作期間(即，在正常操作同時采用源自AC電源的充電電力為電池充電期間)在第十一開關310或者第十四開關316關斷期間能夠獲得ZVS。

如以上描述的，在系統的每相上PFC零點開關和逆變器開關的操作(即，接通和關斷)是同步的。控制器152向每個開關的柵極提供脈寬調制(PWM)信號，以使每個開關的操作同步。在一個實施例中，通過電流參考信號與固定斜波(ramp)波形的比較來生成PWM信號。例如，圖4是示出根據至少一個實施例的PWM信號生成的圖400。控制器152將電流參考信號402與鋸齒波形404比較，以生成同步關斷PWM信號405。同步關斷PWM信號405包括高部406(其對應于鋸齒波形404大于電流參考信號402的時候)和低部408(其對應于鋸齒波形404小于電流參考信號402的時候)，并且同步關斷PWM信號405由控制器152傳輸，以同步關斷某些開關(例如，每相的逆變器開關)。對應的同步接通PWM信號也可以由控制器152通過將鋸齒波形404逆變來生成。這一同步接通PWM信號由控制器152傳輸，以同步打開某些開關(例如，每相的PFC零點開關)。在其他實施例中，可以采用不同類型的波形或者方法來生成PWM信號。

圖5示出形成可被配置成實施本文公開的一個或多個方面的系統500的計算部件的示例框圖。例如，系統500可以通信性地耦合于控制器或者被包括在控制器內，和/或系統500被配置成如以上討論地使耦合于數據中心的每相的負載平衡。

系統500可以包括例如通用計算平臺，諸如，基于英特爾PENTIUM類型處理器的、摩托羅拉PowerPC的、Sun UltraSPARC的、德州儀器-DSP的、惠普PA-RISC處理器的或者任何其他類型處理器的通用計算平臺。系統500可以包括專門編程的專用硬件，例如，專用集成電路(ASIC)。可以將本公開的各個方面實施為在系統500(諸如，在圖5中顯示的系統)上執行的專用軟件。

系統500可以包括連接于一個或多個存儲器設備510(諸如，磁盤驅動器、存儲器、閃存或者用于儲存數據的其他設備)的處理器/ASIC 506。例如，在一個實施例中，系統500包括由英國劍橋的ARM Holdings制造的Cortex-M4處理器；然而，在其他實施例中，可以采用其他合適的處理器。

存儲器510可以用于在系統500的操作期間儲存程序和數據。計算機系統500的部件可以通過互連機構508耦合，互連機構508可以包括一個或多個總線(例如，在集成在相同機器內的部件之間的總線)和/或網絡(例如，在駐留在分離的機器上的部件之間的網絡)。互連機構508實現了在系統500的部件之間交換通信(例如，數據、指令)。

系統500還包括一個或多個輸入設備504，輸入設備504可以包括例如鍵盤或觸摸屏。系統500還包括一個或多個輸出設備502，輸出設備502可以包括例如顯示器。另外，除了互聯機構508之外或作為互連機構508的替代物，計算機系統500可以包含可將計算機系統500連接至通信網絡的一個或多個接口(未顯示)。

系統500可以包括儲存系統512，儲存系統512可以包括其中可以儲存信號的計算機可讀的和/或可寫入的非易失性介質，以提供將要由處理器執行的程序，或者提供將要由程序處理的儲存在介質上或者介質中的信息。介質可以例如是磁盤或者閃存，并且在一些示例中，介質可以包括RAM或者其他非易失性存儲器，諸如，EEPROM。在一些實施例中，處理器可以使數據從非易失性介質中被讀取到允許與介質相比通過處理器/ASIC更快地訪問信息的另一個存儲器510。這個存儲器510可以是易失性的隨機存取存儲器，諸如，動態隨機存取存儲器(DRAM)或者靜態存儲器(SRAM)。其可以位于儲存系統512中，或者位于存儲器系統510中。處理器506可以操縱在集成電路存儲器510內的數據，并且在處理完成后，隨后將數據復制到儲存器512。用于管理在儲存器512和集成電路存儲器元件510之間的數據移動的各個機構是已知的，并且本公開并不限于此。本公開不限于特定的存儲器系統510或者儲存系統512。

系統500可以包括使用高級計算機編程語言可編程的通用計算機平臺。系統500還可以使用專門編程的專用硬件(例如，ASIC)來實施。系統500可以包括處理器506，處理器506可以是可商購得到的處理器，諸如，可以從英特爾公司得到的馳名的Pentium類處理器。很多其他的處理器是可用的。處理器506可以執行操作系統，該操作系統可以是例如可以從微軟公司得到的Windows操作系統、可以從蘋果計算機得到的MAC OS System X、可以從Sun Microsystems得到的Solaris操作系統、或者可以從各個來源得到的UNIX和/或LINUX。可以使用很多其他操作系統。

處理器和操作系統可以一起形成計算機平臺，對于該計算機平臺可以以高級編程語言形式的編寫應用程序。應理解的是，本公開并不限于特定的計算機系統平臺、處理器、操作系統或者網絡。另外，對于本領域技術人員應明顯的是，本公開并不限于專門編程的語言或者計算機系統。另外，應認識到，還可以使用其他合適的編程語言和其他合適的計算機系統。

除了ZVS之外，UPS 100還可以提供另一個益處。通常，在涉及半橋的電路(諸如，逆變器應用)中，有擊穿的風險。擊穿通常發生在互補型逆變器開關(例如，第五開關120和第六開關122)由于故障(例如，諸如，出現故障的柵極驅動器、非故意的控制信號、出現故障的半導體等)而同時打開的時候。互補型開關的這個同時的打開可以將DC總線短路，并且造成對部件的損害以及由于產生的高峰值電流和功率損耗而造成的潛在電弧閃光。通常通過實施包括能夠檢測開關在活動區中是否被驅動的去飽和功能的、更先進的柵極驅動器來降低擊穿的風險。這種柵極驅動器更復雜、具有更多部件、并且更昂貴，并且在標準UPS拓撲結構的情況下，這種柵極驅動器需要被布置在所有逆變器開關上，以獲得全擊穿保護。然而，在UPS 100中，因為有可能通過關斷DC開關128、130來切斷DC總線，所有也有可能通過僅將去飽和柵極驅動器添加到第九開關128和第十開關130來實現全擊穿保護。

如以上描述的，在三相UPS系統中采用UPS 100；然而，在其他實施例中，也可以在單相UPS系統中采用UPS 100。在其他實施例中，UPS 100

如以上描述的，就在PFC零點開關(即，第三開關116或第四開關118)打開之前，逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)中的電流204通常比PFC升壓二極管的電流202更大；然而，在其他實施例中，PFC升壓二極管電流202可以比在逆變器開關中的電流204更大。在這一實施例中，可以獲得ZVS以用于關斷逆變器開關(即，第五開關120或第六開關122)。同樣在這一實施例中，PFC升壓二極管(即，第一開關112的內部二極管148)與DC開關(即，第九開關128)的體二極管150串聯同時被整流，這導致降低的反向恢復損耗。

如以上描述的，UPS 100是基于NPC-2的3級UPS拓撲結構；然而，在其他實施例中，可以在其他類型的UPS拓撲結構(例如，NPC-1拓撲結構或者2級拓撲結構(例如，在與圖1中顯示的類似的拓撲結構中，其中，第三開關116、第四開關118、第七開關124和第八開關126被省略))中采用類似的配置。

本文描述的至少一些實施例提供了3級UPS拓撲結構，其降低了整體切換損耗(即，提供了更高的效率)。3級UPS拓撲結構通過操作由UPS的所有相“共享”的、與DC總線“串聯”的DC開關電路，引入ZVS。“共享”的DC開關電路被操作以在開關打開期間將PFC開關兩端的電壓驅動為零，并且在開關關斷期間將逆變器開關兩端的電壓驅動為零，從而采用有限數量的額外部件降低了切換損耗并且實現了更高的整體效率。

以上已經描述了至少一個實施例的幾個方面，應認識到，對于本領域技術人員來說，各種改變、修改和改進是容易想到的。這種改變、修改以及改進旨在成為本公開的一部分，并且旨在位于本公開的范圍內。因此，前述的描述和附圖僅是舉例說明，并且本公開內容的范圍應當從所附的權利要求及其等價物的正確解釋中確定。