(57)【要約】  ＵＰＳは、多相交流電源から電力を受け入れるように構成されている。ＵＰＳは、多相交流電源から供給される電力を直流電力に変換するように構成された電力変換回路を含む。電力変換回路は、相導体を含む。ＵＰＳは、また、ＵＰＳの出力に接続されたニュートラル（１１２、３１２）と、相導体をニュートラルに接続する複数の入力コンデンサ（１０４、３０４）と、正の直流バス電圧（１０８，３０８）を有する正の直流バスおよび負の直流バス電圧を有する負の直流バス（１１０、３１０）を含む直流システムと、制御システム（３８１、３４０）とを含む。制御システムは、入力コンデンサで直流電圧を制御することにより、正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差を制御するように構成されている。
2009509486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相交流電源から電力を受け入れるように構成された無停電電源装置であって、
前記多相交流電源から供給される電力を直流電力に変換するようになされ、相導体を含む電力変換回路と、
前記無停電電源装置の出力に接続されたニュートラルと、
前記相導体を前記ニュートラルに接続する複数の入力コンデンサと、
正の直流バス電圧を有する正の直流バスおよび負の直流バス電圧を有する負の直流バスを含む直流システムと、
前記入力コンデンサで直流電圧を制御することにより、正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差を制御するように構成された制御システムとを含む、無停電電源装置。
【請求項２】
前記制御システムは、前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差に少なくとも部分的に基づいて、前記入力コンデンサで直流電圧を制御する、請求項１の無停電電源装置。
【請求項３】
前記制御システムは、最大許容直流オフセットに少なくとも部分的に基づいて、前記入力コンデンサで直流電圧を制御する、請求項１の無停電電源装置。
【請求項４】
前記電力変換回路は、前記多相交流電源の１相当たり少なくとも２つのコントローラを含む、請求項１の無停電電源装置。
【請求項５】
前記電力変換回路は、複数のコントローラを含み、
前記制御システムは、前記複数のコントローラのうちの少なくとも１つのために基準波形を生成する基準波形発生器を含み、
基準波形の振幅は、正の直流バスと負の直流バスとの合わせた大きさに少なくとも部分的に基づく、請求項１の無停電電源装置。
【請求項６】
正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差に少なくとも部分的に基づく信号は、基準波形と合わせられる、請求項５の無停電電源装置。
【請求項７】
前記ニュートラルの電位と前記交流電源の中性点の電位との差に少なくとも部分的に基づく信号は、基準波形と合わせられる、請求項５の無停電電源装置。
【請求項８】
正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差、および前記ニュートラルの電位と前記交流電源の中性点の電位との差の両方に少なくとも部分的に基づく信号は、基準波形と合わせられる、請求項５の無停電電源装置。
【請求項９】
前記基準波形発生器は、前記各複数のコントローラのために個々の基準波形を生成する、請求項５の無停電電源装置。
【請求項１０】
前記制御システムは、さらに、入力および出力を含む第１のレギュレータを含み、
正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差に対応する信号は、入力に供給され、
差を解消するために調整に対応する基準信号は、第１のレギュレータの出力で生成される、請求項１の無停電電源装置。
【請求項１１】
前記制御システムは、さらに、入力および出力を含む第２のレギュレータを含み、
第２のレギュレータの入力は、第１のレギュレータの出力と通信し、
信号が、基準信号、および前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差に基づいて、第２のレギュレータの出力で生成される、請求項１０の無停電電源装置。
【請求項１２】
前記制御要素は、第１のレギュレータの出力に接続され、前記制御要素は、最大基準信号を基準信号と比較し、前記基準信号が、最大基準信号より大きい場合、前記最大基準信号以下の信号が、第２のレギュレータの入力で付与される、請求項１１の無停電電源装置。
【請求項１３】
前記制御システムは、さらに、デジタルシグナルプロセッサとメモリとを含み、第１のレギュレータ動作および第２のレギュレータ動作が、メモリに含まれている、請求項１１の無停電電源装置。
【請求項１４】
第２のレギュレータの帯域幅は、第１のレギュレータの帯域幅の少なくとも１０倍より大きい、請求項１１の無停電電源装置。
【請求項１５】
第１のレギュレータおよび第２のレギュレータは、比例積分制御を使用する、請求項１１の無停電電源装置。
【請求項１６】
電力変換回路と、ニュートラルと、ニュートラルを含む直流システムとを含む多相無停電電源装置の動作を制御する方法であって、
前記ニュートラルは、前記電力変換回路および前記無停電電源装置の出力に接続されており、
前記方法は、
前記直流システムの不安定性を求める工程と、
前記電力変換回路に含まれる各複数の相導体を前記ニュートラルに接続する入力コンデンサで、直流電圧を制御することにより不安定に対応する工程とを含む、方法。
【請求項１７】
前記求める工程は、正の直流バスの電圧と負の直流バスの電圧との大きさの差を求める工程を含む、請求項１６の方法。
【請求項１８】
さらに、前記不安定を解消する工程を含む、請求項１６の方法。
【請求項１９】
さらに、
正の直流バス電圧と負の直流バス電圧との合わせた大きさに少なくとも部分的に基づいて第１の基準信号を生成する工程と、
正の直流電圧バスの電圧と負の直流バスの電圧との大きさの差に少なくとも部分的に基づいて第２の基準信号を生成する工程と、
第１の基準信号および第２の基準信号を合わせることにより、第３の基準信号を生成する工程と、
第３の基準信号を使用して、前記電力変換回路の動作を制御する工程とを含む、請求項１６の方法。
【請求項２０】
さらに、前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差に少なくとも部分的に基づいて、第２の基準信号を生成する工程を含む、請求項１９の方法。
【請求項２１】
前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差を求める工程は、
前記多相交流電源の瞬間線間電圧を加算し、前記多相交流電源によって付与される回線の量で前記加算の結果を割る工程を含む請求項２０の方法。
【請求項２２】
前記電力変換回路は、複数のコントローラを含み、
さらに、
各複数のコントローラのために個々の第１の基準信号を生成する工程と、
各第３の基準信号のために、個々の第１の基準信号のうちの１つを第２の基準信号と合わせることにより、複数の第３の基準信号を生成する工程と、
各複数のコントローラに複数の第３の基準信号のうちの異なる信号を供給する工程とを含む、請求項１９の方法。
【請求項２３】
各複数の第３の基準信号は、基準波形である、請求項２２の方法。
【請求項２４】
さらに、第２の基準信号が最大値より大きいかどうかを求める工程を含む、請求項１９の方法。
【請求項２５】
さらに、第２の基準信号が最大値を超える場合、第２の基準信号を調整する工程を含む、請求項２４の方法。
【請求項２６】
前記無停電電源装置は、入力および出力を有する第１のレギュレータと、入力および出力を有する第２のレギュレータとを含み、
さらに、
正の直流バスの電圧と負の直流バスの電圧との大きさの差に少なくとも部分的に基づいて第１のレギュレータの出力で信号を生成する工程と、
第１のレギュレータの出力で生成された信号を第２のレギュレータの入力と通信する工程と、
第２のレギュレータの出力で第２の基準信号を生成する工程とを含む、請求項１９の方法。
【請求項２７】
さらに、前記通信する工程の前に、第１のレギュレータの出力で生成された信号を、前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差に対応する信号と合わせる工程を含む、請求項２６の方法。
【請求項２８】
さらに、第１のレギュレータの出力で生成された信号が、前記合わせる工程の前に、所定の設定点を超えるかどうかを求める工程を含む、請求項２７の方法。
【請求項２９】
多相交流電源から電力を受けるようになされた無停電電源装置であって、
正の直流バス電圧を有する正の直流バスおよび負の直流バス電圧を有する負の直流バスの両方で、前記多相交流電源から供給される電力を直流電力に変換するようになされ、相導体を含む電力変換回路と、
前記無停電電源装置の出力に接続されたニュートラルと、
前記ニュートラルに相導体を接続する複数の入力コンデンサと、
前記複数の入力コンデンサで直流電圧を制御することにより、正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差を制御するための手段とを含む、無停電電源装置。
【請求項３０】
前記制御するための手段は、前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差に少なくとも部分的に基づいて、前記複数の入力コンデンサで直流電圧を制御する、請求項２９の無停電電源装置。
【請求項３１】
前記制御するための手段は、最大許容直流オフセットに少なくとも部分的に基づいて前記複数の入力コンデンサで直流電圧を制御する、請求項２９の無停電電源装置。
【請求項３２】
前記電力変換回路は、複数のコントローラを含み、
前記制御するための手段は、前記複数のコントローラのうちの少なくとも１つのために基準波形を生成する基準波形発生器を含み、
基準波形の振幅は、正の直流バスおよび負の直流バスの合わせた大きさに少なくとも部分的に基づく、請求項２９の無停電電源装置。
【請求項３３】
正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差に少なくとも部分的に基づく信号は、基準波形と合わせられる、請求項３２の無停電電源装置。
【請求項３４】
前記ニュートラルの電位と前記交流電源の中性点の電位との差に少なくとも部分的に基づく信号は、基準波形と合わせられる、請求項３２の無停電電源装置。
【請求項３５】
正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差、および前記ニュートラルの電位と前記交流電源の中性点の電位との差の両方に少なくとも部分的に基づく信号は、基準波形と合わせられる、請求項３２の無停電電源装置。
【請求項３６】
前記基準波形発生器は、前記各複数のコントローラのために個々の基準波形を生成する、請求項３２の無停電電源装置。
【請求項３７】
前記制御するための手段は、さらに、入力および出力を含む第１のレギュレータを含み、
正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差に対応する信号は、入力に供給され、
差を解消するために調整に対応する基準信号が、第１のレギュレータの出力で生成される、請求項２９の無停電電源装置。
【請求項３８】
前記制御するための手段は、さらに、入力および出力を含む第２のレギュレータを含み、
第２のレギュレータの入力は、第１のレギュレータの出力と通信し、
信号が、基準信号、および前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差に基づいて、第２のレギュレータの出力で生成される、請求項３７の無停電電源装置。
【請求項３９】
前記制御するための手段は、さらに、第１のレギュレータの出力に接続された制御要素を含み、
前記制御要素は、最大基準信号を前記基準信号と比較し、
前記基準信号が最大基準信号より大きい場合、前記最大基準信号以下の信号が、第２のレギュレータの入力で付与される、請求項３８の無停電電源装置。
【請求項４０】
前記制御するための手段は、さらに、デジタルシグナルプロセッサと、メモリと、を含み、
第１のレギュレータ動作および第２のレギュレータ動作が、メモリに含まれる、請求項３８の無停電電源装置。
【請求項４１】
第２のレギュレータの帯域幅は、第１のレギュレータの帯域幅の少なくとも１０倍より大きい、請求項３８の無停電電源装置。
【請求項４２】
第１のレギュレータおよび第２のレギュレータは、比例積分制御を使用する、請求項３８の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明の少なくとも１つの実施形態は、無停電電源装置（「ＵＰＳ」）に関し、特に、中性線を備えない交流電源に接続された場合の動作用のＵＰＳに関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術の検討
無停電電源装置は、１つまたは複数の電気負荷、例えば、臨界負荷に対してより高い信頼性の電力を供給するために使用されることが多い。典型的には、オンラインＵＰＳでは、ＵＰＳが交流入力を直流に変換し、直流を負荷に接続された交流出力に変換するＵＰＳの回路に直流を供給する。さらに、ＵＰＳは、典型的には、交流入力が利用不可能な間、電力を供給するバッテリを含む。現在、力率制御を利用する多相ＵＰＳが、公知である。このようなＵＰＳは、典型的には、ニュートラルを含む多相交流入力に接続されている。一般に、ＵＰＳは、ＵＰＳ入力からＵＰＳ出力への連続ニュートラル接続を含む。これら公知の多くのアプローチにおいて、ＵＰＳとともに使用されるバッテリは、ニュートラルに接続されている。
【０００３】
例えば、ＵＰＳにおいて、交流を直流に変換するために使用される電力コンバータの高度の概略図を、図１に示す。１つの実施形態において、交流電源１００は、ＵＰＳに含まれる整流器１０２に接続されている。ＵＰＳは、典型的には、フィルタコンデンサとして利用され、電気的ノイズを除去しうるが、そうでない場合、ノイズをＵＰＳから交流電源１００に送信する入力コンデンサ１０４も含む。整流器１０２は、整流交流を、正の直流バス１０８および負の直流バス１１０のそれぞれに供給される直流に変換する回路１０６に含まれる複数の昇圧コンバータ１１５Ａ、１１５Ｂ、１１７Ａ、１１７Ｂ、１１９Ａ、１１９Ｂに接続されている。図１に示すように、ＵＰＳは、ニュートラル１１２も含む。正の直流バス１０８、負の直流バス１１０およびニュートラル１１２は、それぞれ、ＵＰＳの出力で直流を交流出力電圧に変換するＵＰＳ回路（例えば、インバータ）にさらに提供される。明瞭とするために、直流を交流に変換するために使用される回路は、当業者に公知であり、図１に示さない。
【０００４】
各入力コンデンサ１０４は、回線（例えば、回線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のうちの１つ）から、ニュートラル１１２および交流電源１００のニュートラル１１４に接続される共通点１１３に接続されている。このように、ＵＰＳのニュートラル１１２は、交流電源１００から提供されるニュートラル１１４に接続されている。
【０００５】
ＵＰＳは、バッテリ、例えば、ニュートラル１１２に接続された負のバッテリ電位、およびスイッチ１０３（例えば、シリコン制御整流器）を介して昇圧コンバータ１１５Ａの入力に接続される正のバッテリ電位で構成される第１のバッテリ１０１を含む。第２のバッテリ１０５は、ニュートラル１１２に接続された正のバッテリ電位、およびスイッチ１０７を介して昇圧コンバータ１１５Ｂに接続された負のバッテリ電位で構成されている。
【０００６】
回路の動作は、当業者に公知であり、例えば、アメリカン・パワー・コン見解・デンマークＡＰＳによる、２００２年１月２２日出願の、国際出願第ＰＣＴ／ＤＫ０２／０００４１号に、非常に詳細に記載されており、その開示を本明細書において参考として援用する。
【０００７】
簡潔には、交流電源１００（例えば、回線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の各相を整流し、各相について、交流入力の正の半周期および交流入力の負の半周期を付与する。２つの昇圧コンバータ回路（例えば、回路１１５Ａ、１１５Ｂ）は、各相が、交流入力の正の半周期および交流入力の負の半周期の間、それぞれ動作するために使用される。回線Ｌ２、Ｌ３に関連する各昇圧回路（例えば、昇圧回路１１７Ａ、１１７Ｂ、１１９Ａ、１１９Ｂ）は、実質的に同一であり、昇圧回路のみの動作の説明は、本明細書に規定された１１５Ａおよび１１５Ｂである。昇圧回路１１５Ａは、インダクタ１１６Ａ、スイッチ１１８Ａ（例えば、トランジスタ）、およびダイオード１２０Ａを含む。インダクタ１１６Ａは、スイッチ１１８Ａによってニュートラル１１２に切り替え可能に接続され、動作サイクルの第１の期間にインダクタにエネルギを保存する。動作サイクルの第２の期間において、インダクタ１１６Ａは、スイッチ１１８Ａをオフにする場合、ニュートラル１１２から接続を切られる。インダクタ１１６Ａがニュートラル１１２から接続を切られる場合、インダクタに保存されたエネルギは、ダイオード１２０Ａを介して、正の直流バス１０８に供与される。インダクタ１１６Ａが正の直流バス１０８にエネルギを供給している間、コンデンサ１２２も充電される。
【０００８】
回線Ｌ１の負の半周期の間、インダクタ１１６Ｂ、スイッチ１１８Ｂおよびダイオード１２０Ｂを含む昇圧回路１１５Ｂは、回路１１５Ａについての記載と類似するように動作して、負の直流バス１１０に電力を供給する。残りの各昇圧回路は、各回線の正の半周期および負の半周期に、それぞれ、正の直流バス１０８および負の直流バス１１０に電力を供給するように、例えば、昇圧回路１１７Ａおよび１１９Ａが、正の直流バス１０８に電力を供給し、昇圧回路１１７Ｂおよび１１９Ｂが、負の直流バス１１０に電力を供給するように、動作する。回路１０６において切り替えを提供するスイッチの動作は、一般的には、所望の出力波形と既存波形との比較に応じて、オン・オフを切り替える制御論理によって提供される。典型的には、昇圧コンバータの動作は、パルス幅変調によって制御される。さらに、回路１０６は、交流電源１００から取り出された電力の完全力率を維持するために、力率制御を含んでいてもよい。
【０００９】
交流電源１００が利用不可能な場合、バッテリ１０１、１０５からの直流電力は、回路１１５Ａ、１１５Ｂ、１１７Ａ、１１７Ｂ、１１９Ａ、１１９Ｂの入力に電力を供給する。さらに、交流電源１００が、例えば、大きな電気負荷の間、交流電源を補うために利用可能な場合、バッテリ１０１、１０５からの電力を、回路１１５Ａ、１１５Ｂに供給することができる。
【００１０】
正の直流バス１０８および負の直流バス１１０への負荷は、平衡化されることが多い。しかし、２つのバス１０８、１１０が不均一に負荷をかけられる状況がある。例えば、いくつかのＵＰＳでは、個々のバッテリチャージャを使用する。第１のバッテリチャージャは、正の直流バス１０８に電力を供給するバッテリを充電し、第２のバッテリチャージャは、負の直流バス１１０に電力を供給するバッテリを充電する。個々のバッテリチャージャは異なる量の電力を取り出してもよい。例えば、１つのチャージャが、放電される１セットのバッテリに接続されており、一方、別のチャージャが、部分的にまたは完全に充電される１セットのバッテリに接続されている。２つのバス１０８、１１０の不均一な負荷の結果、ある量の直流電流が、ニュートラル１１２に流れる。図１に示すように、直流電流は、ニュートラル１１２を介してＵＰＳ入力に戻り、そこから、ニュートラル１１４を介して交流電源１００に戻る。
【００１１】
回路は、一般的に、互いに対して１２０度の相変位で互いに同じ振幅を有する電流を取り出す３つの電流源として動作するため、理論的には、回路１０６の各相によって取り出された電流も平衡化されるべきである。しかし、実際には、構成要素の許容範囲およびハードウェアにおける他の小さな変化は、他の２つの回路と比較すると、制御回路１０６の
各昇圧回路（つまり、１１５Ａ、１１５Ｂ、１１７Ａ、１１７Ｂ、１１９Ａ、１１９Ｂ）で取り出された電流の振幅および相変位のいずれかまたは両方において少なくとも小さな意図しない差を生じる。回路１０６によって取り出された電流が、相から相まで平衡化されないので、取り出された不平衡な電流により、ニュートラルにおいて電流を生じる。ここでも、ニュートラル電流は、ニュートラル１１４を介して、ＵＰＳニュートラル１１２から交流電源１００に流れる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
電気系ニュートラルに関する情報は、本明細書で使用される用語のうちのいくつかに関する背景として本明細書で示される。図２を参照して、Ｙ接続システムから供給される多相交流電源およびデルタ構成システムから供給される交流電源のためのシステム接続は、図２Ａおよび２Ｂでそれぞれ示されている。図２Ａに示すように、Ｙ接続システムは、各相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のための導体および中性点Ｎｐを含む。点線によって表わされる中性線は、中性点Ｎｐに接続され、線導体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と共に負荷への接続に利用することができる。本明細書に記載された交流電源１００がニュートラルを含んでいない状況は、中性線が、線導体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と共に備えないということについて言及する。
【００１３】
同様に、図２Ｂに示すデルタシステムは、中性点Ｎｐも含む。しかし、デルタシステムの中性点は、物理的に具体化されず、その結果、中性線は、Ｙ構成電源のために示されるように、デルタ構成交流電源に接続することができない。中性線が、デルタ構成システムから得られないので、ニュートラルは、デルタシステムが使用される線導体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と共に、電気機器（ＵＰＳを含む）に提供することができない。
【００１４】
平衡化された多相交流システムにおいて、図２ＡのＹ構成システムを参照して示される中性点は、各線導体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から測定した電圧が、残りの線導体からニュートラルまで測定した他の電圧のそれぞれに関して等しい大きさを有する点である。すなわち、同じ電圧は、中性点Ｎｐを参照して、各３つの回線ターミナルＬ１、Ｌ２、Ｌ３に存在する。デルタ接続システムにおいて、線導体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３からデルタ中性点Ｎｐまで測定した電圧の大きさも互いに等しい。したがって、中性線がデルタシステムに設けられることができる物理的な位置は利用可能ではないが、中性点は存在する（図１を参照して、交流電源は、中性点Ｎｐを備えたＹ構成において構成される）。
【００１５】
さらに、向上した安全性（特に、理由）のために、ニュートラルを使用することは有利である可能性があるが、交流電源１００（Ｙ構成電源またはデルタ構成電源も）が、ニュートラル１１４を含んでいない状況がある。２つのより一般的な例として、米国で使用する４８０ボルトのデルタ接続交流電源および日本で見られる３ワイヤ２００ボルト交流システムがある。ＵＰＳシステムは、ニュートラル（例えば、３ワイヤシステム）を含まない交流電源１００で使用されるので、ニュートラルを提供しない交流電源にＵＰＳをニュートラルと接続することが望ましい。しかし、ＵＰＳ用の典型的な制御システムは、そのような装置での満足な動作を提供しない。
【００１６】
例えば、典型的には、ＵＰＳにおいて昇圧回路の電子機器で使用される制御システムは、基準波形発生器を含む。制御システムは、各３つの回線の正の半周期の制御のための正のレギュレータ、および各３つの回線の負の半周期の制御のための負のレギュレータを含む。それぞれのバスの利得に基づく誤差信号は、入力としてレギュレータによって受け入れられる。すなわち、正の利得と基準との差は、正のバス用のレギュレータに供給され、負の利得と基準との差は、負のバス用のレギュレータに供給される。レギュレータ出力は、基準波形発生器に入力として供給され、基準波形発生器の出力は、昇圧回路の切り替えを制御するために使用される。ＵＰＳ動作中、正の直流バスおよび負の直流バスを平衡化
して実質的に維持することが望ましい。すなわち、制御システムは、正の直流バスの直流電位および負の直流バスの直流電位の等しい大きさを維持する役割を果たす。一例として、正の直流バスの大きさが、負の直流バスに供給される電流の振幅の大きさに対して正の直流バスに供給される電流の正の半周期の振幅を増加させることにより、制御システムは、負の直流バスの大きさより小さい条件に対応する。
【００１７】
その結果、レギュレータの出力信号は、回路１０６によって各回線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から取り出される電流を制御するために使用されるコントローラ（例えば、ＰＷＭ電流制御装置）に供給される基準波形の振幅を求める。
【００１８】
そのようなアプローチは、典型的には、正の直流バス１０８の電圧と、交流電源がＵＰＳニュートラルへの接続のために中性線を付与しない負の直流バス１１０の電圧との平衡を維持することができない。
【００１９】
個々の変圧器（例えば、ニュートラル変圧器）は、ニュートラルを含むＵＰＳが、ニュートラルを備えない交流電源に接続されるＵＰＳ入力でニュートラルを取り出すために頻繁に使用される。もちろん、追加の変圧器が必要となるため、この解決法は高価である。さらに、ニュートラル変圧器は、より大きいスペースを設けることが必要となり、変圧器の消費のために全体のシステム効率を低下する。これらの変圧器消費のいくつかは、次いで、冷却装置が取り除かれなければならないさらなる熱を発生して、ＵＰＳ動作のために、所望の周囲温度を維持する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
発明の概要
ＵＰＳの直流システムにおける不安定性を制御するために、本発明の少なくとも１つの実施形態は、ＵＰＳの入力コンデンサで直流電圧を制御することにより、正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差を制御する。
【００２１】
本発明の１つの態様では、ＵＰＳは、多相交流電源から電力を受け入れられるように構成されている。ＵＰＳは、多相交流電源から供給される電力を直流電力に変換するように構成された電力変換回路を含む。電力変換回路は、相導体を含む。ＵＰＳは、さらに、ＵＰＳの出力に接続されるニュートラルと、相導体をニュートラルに接続する複数の入力コンデンサと、正の直流バス電圧を有する正の直流バスおよび負の直流バス電圧を有する負の直流バスを含む直流システムと、制御システムと、を含む。制御システムは、入力コンデンサで直流電圧を制御することにより、正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差を制御するように構成されている。
【００２２】
１つの実施の形態では、制御システムは、ニュートラルの電位と多相交流電源の中性点の電位との差に少なくとも部分的に基づいて、入力コンデンサで直流電圧を制御する。他の実施形態では、制御システムは、最大許容直流オフセットに少なくとも部分的に基づいて、入力コンデンサで直流電圧を制御する。
【００２３】
他の態様では、本発明は、電力変換回路と、ニュートラルと、出力と、ニュートラルを含む直流システムとを含む多相ＵＰＳを制御する方法を提供する。ニュートラルは、電力変換回路およびＵＰＳの出力に接続されている。直流システムの不安定性が求まる。ＵＰＳは、電力変換回路に含まれる各複数の相導体をニュートラルに連結する入力コンデンサで直流電圧を制御することにより、不安定性に対応する。
【００２４】
１つの実施形態では、第１の基準信号は、正の直流バス電圧および負の直流バス電圧の合わせた大きさに少なくとも部分的に基づいて生成される。第２の基準信号は、正の直流
バスの電圧と負の直流バスの電圧との大きさの差に少なくとも部分的に基づいて生成される。第１の基準信号および第２の基準信号を合わせる第３の基準信号が生成される。第３の基準信号は、電力変換回路の動作を制御するために使用される。
【００２５】
さらに他の態様では、ＵＰＳは、多相交流電源から電力を受け入れるように構成されている。ＵＰＳは、正の直流バス電圧を有する正の直流バスと負の直流バス電圧を有する負の直流バスとの両方で、多相交流電源から供給される電力を直流電力に変換するように構成された電力変換回路を含む。電力変換回路は、相導体を含む。ＵＰＳは、さらに、ＵＰＳの出力に連結されたニュートラルと、相導体をニュートラルに連結する複数の入力コンデンサと、複数の入力コンデンサで直流電圧を制御することにより、正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差を制御するための手段とを含む。
【００２６】
１つの実施形態では、制御するための手段は、デジタルシグナルプロセッサと、メモリとを含み、第１のレギュレータ動作および第２のレギュレータ動作がメモリに含まれている。
【００２７】
添付図面は、縮尺どおり描かれることは意図されない。図面では、様々な図で説明される各同一またはほとんど同一の要素は、同じ数字によって表わされる。明瞭さを目的に、すべての要素は、すべての図面において表示しない場合もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
詳細な説明
本発明は、その用途において、以下の説明で述べるまたは図面で説明する構成の詳細および構成要素の配置に限定されない。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施または実行することができる。また、本明細書で使用される語法および用語は、説明のためであり、限定と見なされるべきではない。本明細書において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」およびそれらの変形は、後に記載する項目、それらの均等物、さらなる項目を包含することを意味する。
【００２９】
典型的なアプローチは、ニュートラルが利用不可能な場合に、ニュートラルを流れる任意の電流が交流入力コンデンサを介して、代替のリターンパスを検索するので、ニュートラルを付与しない交流電源を備えるニュートラルを有するＵＰＳの満足な動作を可能としない。例えば、交流電源ニュートラルが接続を切られる、または、さもなければ利用不可能である場合、直流バスの不平衡な負荷により引き起こされるＵＰＳニュートラルの電流は、直流システムが機能しなくなるまで、不安定性をさらに増加する入力コンデンサで直流電圧を生成する。他の例として、交流電源ニュートラルが接続を切られる、またはさもなければ利用不可能である場合、非対称な電流需要によって引き起こされるＵＰＳニュートラルにおけるニュートラル電流は、交流電源に戻る代わりに、ＵＰＳの入力コンデンサを循環する。より詳細に以下に説明するように、入力コンデンサを循環する交流電流は、入力コンデンサの寿命を低減しうる。
【００３０】
より詳細には、図１のＵＰＳを参照して、バス電圧の不安定性が、正の直流バス１０８と負の直流バス１１０との間に生じ、ニュートラル１１２から直流電流１００の中性点Ｎｐまでのニュートラル接続が利用不可能である場合、不安定性に起因する直流電流は、ニュートラル１１２を流れる。その結果、各回線（例えば、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に各コンデンサにおいて予め現われた交流電圧は、ここで、直流電圧を含む。さらに、交流入力１００の中性点を参照すると、直流ニュートラル１１２の電位が直流電圧の量によって変わる。そのような不安定性が生じる場合、最低電圧（したがって、より大きな電流を要求する
）で動作する直流バスに電力を供給する電圧信号の振幅は減少してもよく、バスの電圧が完全に崩壊するまでそのように減少し続けてもよい。例えば、正の直流バス１０８が、負の直流バス１１０より大きな負荷を有する場合、各正の昇圧回路（例えば、回路１１５Ａ）に供給された電圧の正の半周期は減少し始める。既存の制御システムが、入力コンデンサを循環する電流の効果の説明を適切に行なえないので、結局、条件は、正の半周期が０の振幅を有する点まで拡大することができる。
【００３１】
図１に示す回路が、交流電源１００へのニュートラル接続なしで動作される場合、第２の重要な問題が生じる可能性がある。特に、３相から取り出される電流の振幅および／または相変位の差に起因する任意の電流は、通常、ニュートラル１１４を介して戻る。交流電源からのニュートラルが存在しない場合、この電流は、その代りに、コンデンサ１０４を循環する。一般的に、コンデンサ１０４は、昇圧回路に名目上の入力電流の周波数よりはるかに高い周波数にある電流のために設計されている。回線周波数（例えば、５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）では、コンデンサは、昇圧回路への名目上の入力電流よりはるかに少量の電流を取り出す。このように、昇圧回路によって取り出された全電流の一部である電流は、回線周波数でコンデンサによって運ばれる名目上の電流と等しい大きさを有していてもよい。その結果、昇圧回路の入力電流における小さな割合の不安定性でさえ、交流電源へのニュートラル接続が利用不可能なコンデンサにおいて著しい電圧不安定性を引き起こす可能性がある。交流コンデンサは、典型的には、それらにおいて現われる交流電圧に高く依存する寿命を有し、寿命は、一般的に交流電圧（典型的には、約７〜８倍反比例して）に反比例する。したがって、一様でない電圧分布によって引き起こされる印加電圧は、コンデンサ１０４の寿命の実質的低下を引き起こす可能性がある。
【００３２】
一般的に、多相ＵＰＳは、各回線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を上記ニュートラル１１２に連結する入力コンデンサ１０４を含む。さらに、ニュートラル１１２も、ＵＰＳ出力に接続されている。このトポロジにおいて、入力コンデンサ１０４は、高周波ノイズを低減または取り除くが、さもなければノイズは、ニュートラルに存在する。図１に示すように、入力コンデンサ１０４は、電力コンバータ回路への入力で、回線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に接続することができる。あるいは、入力コンデンサは、例えば、各インダクタ（例えば、インダクタ１１６Ａ）の回線側からニュートラル１１２に整流器１０２の出力で接続して、同じ結果を達成することができる。
【００３３】
例えば、バッテリ１０１、１０５および図１を参照して説明するように、多相ＵＰＳのトポロジは、しばしば、ＵＰＳバッテリからニュートラルへの接続を含む。したがって、ニュートラル１１２は、電力変換回路の入力を直流システム、バッテリおよびＵＰＳ出力に接続する。いくつかのシステムは、その負荷から電力コンバータ回路の出力を分離するトポロジにおいて電力コンバータを使用し、例えば、電気通信で使用される整流器システムは、直流／直流コンバータを供給している交流／直流コンバータの出力でガルバニック分離を頻繁に使用する。典型的な多相ＵＰＳのトポロジとは対照的に、電力コンバータ回路を分離するシステムは、ニュートラルを介して、出力に共通モードノイズの通信に取り組む必要はない。すなわち、電力コンバータのニュートラルの電気的ノイズは、中性分離のある形態が存在する負荷に送信されない。
【００３４】
制御の観点から、入力コンデンサ１０４を含有することは、入力コンデンサ１０４が制御システムの複雑性を増加させるので重要である。特に、入力コンデンサ１０４の存在は、制御ループにおいて９０度の位相シフトを加える。位相シフトは、直流バスコンデンサ（例えば、コンデンサ１２２）によって生成された位相シフトに加えられる。入力コンデンサ１０４によって加えられた位相シフトは、コンデンサを介してニュートラル１１２に電力コンバータの相導体を接続するＵＰＳで使用される制御システムにおける主な原因とされるべきである。
【００３５】
その結果、入力コンデンサ１０４において電圧の適切な分布を確保する間、過剰ピーク電圧からＵＰＳ出力を保護しながら、先のアプローチは、直流バスを平衡化する有効な方法を付与しない。さらに、先のアプローチは、直流バスを平衡化するのに適切でさえはない。すなわち、先のアプローチが、交流電源ニュートラルが利用不可能である入力コンデンサ１０４を使用するトポロジを扱わないので、先のアプローチに含まれる制御方式は、そのようなトポロジで機能しない。
【００３６】
図３は、本発明の１つの実施形態によるＵＰＳ３８９の概略図を示す。ＵＰＳ３８９は、入力３８８、電力変換回路３９２、バッテリ３９１、直流システム３９５（例えば、直流リンク）、インバータ３９４および出力３９６を含む。多相交流電源３０１は、ＵＰＳ入力３８８に電力を供給する。図３に示す実施形態では、交流電源は３相を含む。しかし、多相交流電源は、任意の数の相を含んでいてもよい。さらに、交流電源３０１とＵＰＳ３３８の入力との接続は、各相の導体３９０を含むが、中性線を含まない。したがって、１つの実施形態では、ＵＰＳの入力３８８は、ニュートラルのための接続を含まない。しかし、他の実施形態では、ＵＰＳの入力３８８は、ニュートラルのための接続を含み、例えば、ここで、ＵＰＳは、入力３８８で中性線を含む交流電源３０１または中性線を供給しない交流電源３０１のいずれかとともに使用するために設計されている。
【００３７】
電力変換回路３９２は、入力３９８および出力３９９を含む。ここでまた、電力コンバータ回路３９２の入力３９８は、ニュートラル３１２を含んでいてもよい。１つの実施形態では、ＵＰＳの入力３８８および電力変換回路３９８の入力は、同じである。１つの実施形態によれば、電力変換回路３９２は、交流電源３０１から供給される交流電力を電力変換回路３９２の入力３９９で直流システム３９５に供給される直流電力に変換する。
【００３８】
さらに、１つの実施形態では、電力変換回路３９２は、双方向である。すなわち、第１の動作では、電力変換回路３９２は、上記するように、動作する。しかし、第２の動作では、電力変換回路３９２は、出力３９９で直流システムから直流電力を受け、入力３９８で交流電力を供給する。
【００３９】
１つの実施形態によれば、直流システム３９５は、正のバス３０８、負のバス３１０、ニュートラル３１２を含む。１つの実施形態では、電力変換回路３９２の出力３９９は、正の直流バス３０８、負の直流バス３１０およびニュートラル３１２に接続されている。１つの実施形態では、正の直流バス３０８の公称電圧および負の直流バス３１０の公称電圧は、ニュートラル３１２を中心とする。この実施形態の見解では、正の直流バス３０８とニュートラル３１２との電圧は、＋４００ボルトであり、負の直流バス３１０とニュートラル３１２との電圧は、−４００ボルトである。他の見解では、正の直流バス３０８とニュートラル３１２との電圧は、＋２２５ボルトであり、負の直流バス３１０とニュートラル３１２との電圧は−２２５である。さらに他の見解では、正の直流バス３０８とニュートラル３１２の電圧は、＋４３０ボルト〜＋４５０ボルトの範囲であり、負の直流バス３１０とニュートラル３１２との電圧は、−４３０ボルト〜−４５０ボルトの範囲である。
【００４０】
インバータ３９４は、直流システム３９５に接続された入力３８７、およびＵＰＳの出力３９６に接続された出力３８６を含む。１つの実施形態によれば、インバータ３９４は、インバータの出力３８６で直流システム３９５から供給される直流電力を交流電力に変換する。この実施形態の見解では、インバータ３８６の出力およびＵＰＳ３９６の出力は、同じである。インバータ３９４の出力３８６は、ニュートラル３１２、およびＵＰＳの出力３９６に供給される１つまたは複数の相を含む。例えば、インバータ３９４の出力３８６は、３相およびニュートラルを含んでいてもよい。
【００４１】
１つの実施形態では、電力変換回路３９２は、バッテリ入力３８５を含む。この実施形態の見解では、バッテリ入力３８５は、電力変換回路３９２とバッテリ３９１との間で、双方向電力フローを可能にする。その結果、第１の動作では、バッテリ３９１は、電力変換回路３９２から供給される電力を使用して充電されてもよく、第２の動作では、バッテリ３９１は、さらに、電力変換回路３９２に電力を供給してもよい。この実施形態の見解では、バッテリ入力３８５は、ニュートラル３１２への接続、正のバッテリ電位および負のバッテリ電位を含む。
【００４２】
１つの実施形態では、バッテリ３９１は、ＵＰＳの外側に位置する。バッテリ３９１は、単一のバッテリであってもよく、または、複数のバッテリ、例えば、正の直流バスへの接続のための第１のバッテリおよび負の直流バスへの接続のための第２のバッテリを含んでいてもよい。バッテリ３９１は、容量十分のセルバッテリ、ゲルセルバッテリ、または吸収されたガラスマット設計を使用するバッテリを含む任意のタイプのバッテリであってもよい。
【００４３】
様々な予備電源を、バッテリ３９１の代わりにまたは組み合わせて使用することができる。例えば、発生器（例えば、直流発電機）、燃料電池および太陽電池は、ＵＰＳのシステムに予備電源として含まれていてもよい。１つの実施形態では、予備電源は、電力変換回路を使用しないように、直流システムに接続されている。
【００４４】
１つの実施形態では、ＵＰＳ３８９は、電力変換回路３９２およびインバータ３９４と通信する制御システム３８１を含む。例えば、制御システム３８１は、１つの実施形態において、電力変換回路３９２およびインバータ３９４の両方に含まれた電子回路の動作を制御することができる。より詳細には、制御システム３８１は、１つの見解において、電力変換回路３９２およびインバータ３９４の各々に含まれる固体スイッチの動作を制御することができる。１つの実施形態では、制御システム３８１は、電力変換回路３９２の動作を制御する第１の制御システムおよびインバータの動作を制御する第２の制御システムの２つの制御システムを含む。
【００４５】
制御システム３８１は、アナログ回路および／またはディジタル回路を含むことができる。さらに、１つの実施形態では、制御システム３８１は、マイクロプロセッサと、メモリと、を含み、マイクロプロセッサは、メモリに記憶された情報を使用して１つまたは複数のアルゴリズムを実行する。さらに、１つの実施形態では、制御システム３８１は、複数のフィードバック制御ループを使用する。
【００４６】
図４Ａ〜４Ｂは、図３のＵＰＳ３８９の要素のうちのいくつかをより詳細に説明し、さらに、ＵＰＳ３８９と使用することができる制御システム３４０の実施形態を含む。図４は、多相交流電源３０１、電子回路３０６（例えば、電力変換回路３８９）、バッテリ３９１、入力コンデンサ３０４および直流システム３９５を含む。三線交流供給装置３０１は、整流器３０２および入力コンデンサ３０４でＵＰＳに接続されている。個々のコンデンサ（例えば、コンデンサ３０４Ａ）は、ニュートラル３１２に多相交流電源３０１の各回線を接続する。１つの実施形態では、交流電源３０１は、Ｙ字に接続されており、中性線は設けられないが、中性点Ｎｐを含む。他の実施形態では、交流電源は、デルタに接続されている。
【００４７】
１つの実施形態によれば、電子回路３０６は、整流器３０２および昇圧変換器３１５Ａ、３１５Ｂ、３１７Ａ、３１７Ｂ、３１９Ａ、３１９Ｂを含む。このように、１つの実施形態では、電子回路３０６は、回線当たり複数の昇圧回路、例えば、回線当たり２つの昇圧回路を含む。例えば、回路３１５Ａは、回線Ｌ１の正の半周期に昇圧回路を付与し、回
路３１５Ｂは、回線Ｌ１の負の半周期に昇圧回路を付与する。同様に、回路３１７Ａは、回線Ｌ２の正の半周期に昇圧回路を付与し、回路３１７Ｂは、回線Ｌ２の負の半周期に昇圧回路を付与する。さらに、回路３１９Ａは、回線Ｌ３の正の半周期に昇圧回路を付与し、回路３１９Ｂは、回線Ｌ３の負の半周期に昇圧回路を付与する。
【００４８】
１つの実施形態において、各昇圧回路３１５Ａ、３１５Ｂ、３１７Ａ、３１７Ｂ、３１９Ａ、３１９Ｂは、コントローラ（例えば、コントローラ３３１Ａ）、インダクタ（例えば、インダクタ３２６Ａ）、スイッチ（例えば、スイッチ３２８Ａ）、ダイオード（例えば、ダイオード３３０Ａ）、出力（例えば、出力３３９）およびセンサ（例えば、センサ３３３Ａ）を含む。コントローラ３３１Ａは、第１の入力Ｉｒｅｆ、第２の入力Ｉｓｅｎｓｅおよび出力３１３Ａを含む。同様に、コントローラ３３１Ｂは、第１の入力Ｉｒｅｆ、第２の入力Ｉｓｅｎｓｅおよび出力３１３Ｂを含む。正の直流バス３０８に接続された昇圧回路（例えば、昇圧回路３１５Ａ、３１７Ａ、３１９Ａ）の動作は、昇圧回路３１５Ａを参照して以下に記載される。しかし、これらの３つの昇圧回路は、同様に動作する。負の直流バス３１０に接続された昇圧回路（例えば、昇圧回路３１５Ｂ、３１７Ｂ、３１９Ｂ）の動作は、昇圧回路３１５Ｂを参照して以下に記載される。しかし、これらの３つの昇圧回路は、同様に動作する。
【００４９】
直流システム３９５（例えば、直流リンク）は、正の直流バス３０８、負の直流バス３１０およびニュートラル３１２を含む。１つの実施形態では、直流システム３９５は、ニュートラル３１２に正の直流バス３０８を接続する第１のコンデンサ３２２、およびニュートラル３１２に負の直流バス３１０を接続する第２のコンデンサ３２３を含む。１つの実施形態では、ニュートラル３１２は、ＵＰＳの入力からＵＰＳの出力までの連続ニュートラルである。この実施形態の見解では、ＵＰＳは、正の直流バス３０８、負の直流バス３１０およびニュートラル３１２に接続され、ＵＰＳの出力で多相交流を付与するインバータを含む。
【００５０】
１つの実施形態によれば、制御システム３４０は、多相交流電源３０１がニュートラルを含まないニュートラル３１２を有するＵＰＳ（例えば、ＵＰＳ３８９）において電力コンバータを制御するのに適切である。制御システム３４０は、正の直流バス電圧および負の直流バス電圧の大きさをそれぞれ求める構成要素３３２、３３４を含む。制御システム３４０は、さらに、合計点３５０、追加制御システム点３５６、３６０、３６２および３６４を含む。
【００５１】
制御システム３４０は、さらに、基準電源３５４、リミッタ３５８、第１のレギュレータ３４２、第２のレギュレータ３４６および第３のレギュレータ３４８を含む。１つの実施形態によれば、第１のレギュレータ３４２は、第１の制御ループで使用され、一方、第２のレギュレータ３４６および第３のレギュレータ３４８が、第２の制御ループにおいて直列に接続されている。第１のレギュレータ３４２は、入力３４３および出力３４５を含む。第２のレギュレータ３４６は、入力３４９および出力３５１を含む。第３のレギュレータ３４８は、入力３５５および出力３５７を含む。リミッタ３５８は、入力３５２および出力３５３を含む。１つの実施形態によれば、制御システム３４０は、さらに、基準波形発生器３４４、位相ロックループ要素３６６および制御システム点（例えば、制御システム点３８０）を含む。基準波形発生器３４４は、第１の入力３４７、位相ロックループ要素３６６に接続された第２の入力３５９、および出力（例えば、出力３７０）を含む。
【００５２】
相導体は、交流電源３０１の各回線（例えば、回線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）から整流器３０２に設けられている。整流器３０２の動作の結果、各回線は、２つの相導体、例えば、回線Ｌ１から供給される相導体３３５および３３７に分離される。図４に示す実施形態では、相導体３３５は、昇圧回路３１５Ａに電流を送り、相導体３３７は、昇圧回路３１５Ｂ
に電流を送る。昇圧回路３１７Ａ、３１７Ｂ、３１９Ａ、３１９Ｂに関連する相導体は、同様に分離される。
【００５３】
図４Ａ〜４Ｂに示す実施形態によれば、入力コンデンサ１０４は、整流器３０２入力およびニュートラル３１２で相導体間に接続されている。この実施形態の見解では、ＵＰＳ入力および整流器入力は、電気的に等価であり、同じ物理的位置であってもよい。他の実施形態によれば、入力コンデンサ１０４は、整流器３０２の出力およびニュートラルで、相導体（例えば、相導体３３５、３３７）間で接続されている。
【００５４】
本明細書で使用するように、用語「導体」は、電流を送るように設計されたワイヤ、ケーブル、バス、ハンダトレースまたは他の構造を表す。さらに、導体は、平行に接続される多数の電流搬送経路を含んでいてもよい。
【００５５】
１つの実施形態によれば、交流電源３０１の中性点Ｎｐへの接続は、ＵＰＳで利用可能ではない。その結果、ニュートラル３１２に流れる電流ｉＮは、入力コンデンサ３０４の１つまたは複数を含む回路を流れることとなる。図４Ａでは、これらの電流は、以下として識別される：回線Ｌ１に関連する相導体からニュートラル３１２まで流れるｉ１；回線Ｌ２に関連する相導体からニュートラル３１２まで流れるｉ２；回線Ｌ３に関連する相導体からニュートラル３１２まで流れるｉ３。上記するように、これらの電流は、直流システムの不安定性に起因する直流電流、および／または昇圧回路によって回線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から取り出された電流の差に起因する交流電流を含むことができる。１つの実施形態では、直流電流は、入力コンデンサ３０４を流れることができない。その結果、直流電位が、入力コンデンサ３０４において現われる。この直流電位は、入力コンデンサ３０４において現われる任意の交流電圧と重ねられる。
【００５６】
各回路３１５Ａおよび３１５Ｂのコントローラ３３１Ａ、３３１Ｂは、それぞれ、感度電流を、制御システム３４０から供給される基準信号と比較して、スイッチ３２８Ａ、３２８Ｂの動作をそれぞれ制御する。その結果、コントローラ３３１Ａ、３３１Ｂは、昇圧回路３１５Ａ、３１５Ｂによってそれぞれ取り出される電流を制御する。スイッチ３２８Ａが閉じている場合（例えば、トランジスタが伝導する場合）、スイッチ３２８Ａは、インダクタ３２６Ａとニュートラル３１２との接続を付与する。センサ３３３Ａは、インダクタ３２６Ａを介して電流フローを感知し、第１の入力（Ｉｓｅｎｓｅ）に電流フローに対応する信号を付与する。コントローラは、また、第２の入力（Ｉｒｅｆ）で、制御システム３４０から基準信号を受ける。回路３１５Ａは、出力３３９を含む。
【００５７】
スイッチ（例えば、３２８Ａ、３２８Ｂ）は、電流経路を遮断し、かつ電流経路を完成するために設計された任意の要素であってもよい。例えば、１つの実施形態では、スイッチ（例えば、３２８Ａ、３２８Ｂ）は、トランジスタである。１つの見解では、スイッチは、ＭＯＳＦＥＴなどの電界効果トランジスタである。他の見解では、トランジスタは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（つまり、ＩＧＢＴ）である。コントローラ３３１Ｂは、スイッチ３２８Ｂの動作を制御する。スイッチ３２８Ｂは、閉じている場合、インダクタ３２６Ｂとニュートラル３１２との接続を付与する。センサ３３３Ｂは、インダクタ３２６Ｂを介して電流フローを感知し、コントローラ３３１Ｂに、第１の入力（Ｉｓｅｎｓｅ）への電流フローに対応する信号を付与する。コントローラは、また、第２の入力（Ｉｒｅｆ）で制御システム３４０から基準信号を受ける。回路３１５Ｂは、出力３４１を含む。
【００５８】
回路３１５Ａ、３１５Ｂ（および回路３１７、３１９の対応する回路）は、例えば、図１およびコンデンサ１２２を参照して上記昇圧回路１１５Ａおよび１１５Ｂに類似するように、予め記載されるようにコンデンサ３２２および３２３にエネルギを付与する。
【００５９】
１つの実施形態において、コントローラ３３１Ａ、３３１Ｂは、平均電流制御を使用する電流制御装置である。他の実施形態において、コントローラ３３１Ａ、３３１Ｂは、ピーク電流制御を使用する電流制御装置である。さらに、コントローラは、固定切り替え周波数または可変切り替え周波数のいずれかを使用して動作してもよい。１つの実施形態では、コントローラ（例えば、３３１Ａ、３３１Ｂ）は、演算増幅器、コンパレータおよびロジックゲートを含む。この実施形態の見解では、ロジックは、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（つまり、ＦＰＧＡ）に含まれている。
【００６０】
１つの実施形態では、各コントローラ（例えば、コントローラ３３１Ａ）は、それぞれ、コントローラに供給される基準波形に接近して続く対応するインダクタ（例えば、インダクタ３２６Ａ）に電流を付与するように、対応するスイッチ（例えば、スイッチ３３０Ａ）のオン・オフを切り替えるように動作する。言いかえれば、昇圧回路（例えば、昇圧回路３１５Ａ）は、基準波形に近似する出力を付与するように動作する。この実施形態では、所定の切り替えサイクルにおいて、インダクタ（例えば、インダクタ３２６Ａ）の電流が、基準波形によって確立される所望の電流未満である。スイッチがオンにされ、インダクタの電流が上昇し始める。インダクタの電流が、スイッチを切り替えサイクルの間にオンする場合、それが基準より低い場合と同じ程度の量だけ基準波形を超えるまで、スイッチはそのままである。インダクタの電流が、切り替えサイクルが開始した場合と同じ程度の量だけ基準波形によって確立された電流未満である点に減少するまで、スイッチは次いで切れたままである。
【００６１】
上記動作に起因するインダクタの電流は、基準波形に接近して続く低周波信号（例えば、回線周波数で、典型的には５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）および三角形の高周波波形（つまり、リップル電流）の合計と見なすことができる。入力コンデンサ３０４は、フィルタの役割を果たし、三角波を取り除いて、各昇圧回路によって取り出された電流と、対応する基準波形との近接関係を維持する役目を果たす。
【００６２】
代替の実施形態は、例えば、ヒステリシス制御および定周波数制御への様々なアプローチを含むコントローラ動作を使用することができることが当業者に認識される。
【００６３】
１つの実施形態では、バッテリ３９１は、正の直流バス３０８に電力を供給する１つまたは複数のバッテリと、負の直流バス３１０に電力を供給する１つまたは複数のバッテリと、を含む。バッテリ３９１への接続は、図１に関して一般に記載されるように、各昇圧回路になされている。例えば、第１のバッテリ３９１Ａの正のバッテリ電位が、スイッチ３８４によって相導体３３５に接続されるとともに、第２のバッテリ３９１Ｂの負のバッテリ電位が、スイッチ３８５によって相導体３３７に接続されている状態で、バッテリは、回線Ｌ１に関連する各回路３１５Ａ、３１５Ｂに接続されている。１つの実施形態によれば、第１のバッテリ３９１Ａの負のバッテリ電位は、図４Ａに示すように、第２のバッテリ３９１Ｂの正のバッテリ電位およびニュートラル３１２に接続されている。同様のバッテリ接続は、各回路３１７Ａ、３１７Ｂおよび３１９Ａ、３１９Ｂと、第１のバッテリ３９１Ａおよび第２のバッテリ３９１Ｂとの間でなされる。すなわち、この実施形態において、バッテリ３９１Ａは、個々のスイッチ（例えば、スイッチ３８４）を介して昇圧回路３１７Ａおよび３１９Ａを供給する。さらに、バッテリ３９１Ｂは、個々のスイッチ（例えば、スイッチ３８５）を介して昇圧回路３１７Ｂおよび３１９Ｂを供給する。１つの実施形態では、スイッチは、サイリスタである。
【００６４】
一般に、制御システム３４０は、正の直流バス電圧３０８と負のバス電圧３１０との差、およびニュートラル３１２の電位と交流電源３０１の中性点Ｎｐとの差の両方を求め、これらの値に少なくとも部分的に基づく制御信号を生成する。１つの実施形態によれば、
基準波形発生器３４４は、各コントローラ（例えば、図４Ａ〜４ＢのＵＰＳの３相の実施形態において）のために、個々の基準波形を生成する。基準波形発生器３４４は、コントローラ（例えば３３１Ａ、３３１Ｂ）の切り替え出力を制御するために使用される基準信号を生成して、各スイッチ（例えば、スイッチ３２８Ａ、３２８Ｂ）のオン・オフ期間を制御する。基準波形発生器３４４の出力は、ニュートラルの電位と交流電源の中性点の電位との差に少なくとも部分的に対応する制御信号と組み合わされる。１つの実施形態によれば、力率制御は、制御システム３４０によって使用されて、回路３０６によって取り出される電力のために、実質的に完全力率を維持する。
【００６５】
さらに、いくつかの先行技術のアプローチとは対照的に、正の直流バス３０８および負の直流バス３１０のそれぞれを規制するための個々のレギュレータは必要ではない。１つの実施形態によれば、第２のレギュレータ３４６および第３のレギュレータ３４８は、第３のレギュレータの出力が、基準波形が各コントローラ（例えば、コントローラ３１５Ａ）に通信される前に、制御システム点（例えば、点３８０）で基準波形発生器３４４によって生成された基準波形と合わせられる（例えば、から引かれた）状態で、直列に接続されている。
【００６６】
１つの実施形態によれば、基準波形発生器３４４によって生成された基準波形の振幅は、直流バス電圧の合計の大きさに基づいて求まる。図４Ａ〜４Ｂに示すように、正の直流バス電圧３０８の大きさ（つまり、利得）は、制御要素３３２によって求まり、負の直流バス電圧３１０の大きさは、制御要素３３４によって求まる。直流バス電圧の全大きさは、合計点３５０で求まる。全大きさは、点３７２で基準電源３５４と比較されて、直流バス電圧の大きさと基準との差を付与する。第１のレギュレータ３４２は、入力３４３でこの値を受け入れ、１つの実施形態において、その出力３４５で、基準波形発生器３４４の入力３４７に送られる振幅制御信号を付与し、ここで、それは、例えば、出力３７０で生成された基準波形の振幅を確立するために使用され、コントローラ（例えば、コントローラ３３１Ａ）に通信される。１つの実施形態では、基準波形発生器３４４は、各コントローラのために出力（例えば、出力３７０）を含み、基準波形発生器は、各コントローラのために個々の基準波形を生成する。
【００６７】
図４Ａ〜４Ｂに示す実施形態では、ＵＰＳのニュートラル３１２は、制御システム３４０に基準点を付与する。しかし、代替の基準点の使用の主な原因となるために、変化が制御システム３４０になされるなら、ニュートラル１１２以外の基準点を使用することができることが当業者によって認識されるべきである。１つの代替の実施形態では、負の直流バス３１０は、制御システム３４０に基準点を付与する。この代替の実施形態では、合計点３５０は不必要である。代わりに、要素３３２からの信号は、合計点３５０の出力の代わりに使用することができる。さらに、制御システム点３５６は、要素３３２からの信号を２で割り、正の直流バス３０８とニュートラル３１２との電位差からの結果を引く制御要素と取り替えられるべきである。
【００６８】
第２の制御ループは、直流システム３９５での不安定性および多相交流電源３０１の中性点Ｎｐの電位とニュートラル３１２の電位との差に対応して、直流オフセット信号を生成する。１つの実施形態では、第２のレギュレータ３４６および第３のレギュレータ３４８は、第２の制御ループにおいて直列に使用される。第２の制御ループにおいて、点３５６で正の直流バス３０８の電圧の大きさと負の直流バス３１０の電圧の大きさとの差が求まる。第２のレギュレータ３４６は、入力３４９で差に対応する信号を受け、生じる差（理想的には、差は０であるべきである）に基づいて、その出力３５１で制御信号を生成する。差は、不安定性が直流システム３９５に存在することを示す。
【００６９】
１つの実施形態では、正の直流バス３０８で存在する電圧の大きさが、負の直流バス３
１０で存在する電圧の大きさ未満である場合に、レギュレータが、正の直流バスに供給される電力を増加させることを意図する出力を付与するように、第２レギュレータ３４６の極性が確立される。より詳細に以下に記載するように、１つの実施形態では、制御信号をリミッタ３５８の入力３５２に供給して、多相交流電源３０１の中性点Ｎｐの電位に対して、ニュートラル３１２の電位の最大直流偏移を制限して、過剰ピーク電圧がＵＰＳ出力で生成されるのを防ぐ。
【００７０】
１つの実施形態では、昇圧回路（例えば、昇圧回路３１５Ａ）は、交流電源３０１から供給される電圧の正のピークおよび負のピークが、対応する直流バス（つまり、それぞれ、正の直流バスおよび負の直流バス）の電位以下のままである限り、修正されたシヌソイドおよび力率の両方である交流電源３０１から取り出された電流を維持する。さもなければ、正のピーク電圧または負のピーク電圧が、対応する直流バスの電位を超える場合、整流器３０２への入力電流は、ゆがめられてもよく、力率制御は、（交流電圧が直流電圧を超える大きさに一部依存して）失われてもよい。
【００７１】
１つの実施形態では、リミッタ３５８が、交流電源３０１から供給される正のピークおよび負のピークが、対応する直流バスの電位以下のままであるように、最大直流シフトを制限するので、力率制御は維持される。
【００７２】
本発明の１つの実施形態によれば、ＵＰＳニュートラル３１２の電位と、交流電源３０１の中性点Ｎｐの電位との差は、点３６０で、３つの線間電圧（つまり、多相入力３０１の各回線に存在する瞬間電圧のベクトル和）を加え、点３６２で多相交流電源３０１に含まれる相（例えば、３）の量で合計を割ることにより求まる。
【００７３】
１つの実施形態では、過剰ピーク電圧の生成を防ぐために、制御システム３４０は、以下のようにニュートラル電位の差を使用する。リミッタから供給される設定点は、ＵＰＳのニュートラル３１２に対して直流バス３１２の電位の所望値に相当する。リミッタ３５８（つまり、リミッタ３５８によって適用されるように最大限度に対する任意の制限にさらされるバス電圧の差）から供給される設定点の差、および点３６４で求まるように２つの中性点（例えば、ニュートラルバス３１２および交流電源３０１の中性点Ｎｐ）の差である制御信号は、第３のレギュレータ３４８の入力３５５に供給される。その結果、第３のレギュレータ３４８は、直流バス３０８、３１０の出力を平衡化し、かつＵＰＳニュートラル３１２の電位と中性点Ｎｐの電位のいかなる差も等しくするように動作する。
【００７４】
本発明の実施形態によれば、個々の基準波形は、回路３０６で使用される各コントローラ（例えば、コントローラ３３１Ａ）のために、基準波形発生器３４４の出力（例えば、出力３７０）で生成される。コントローラは、対応するスイッチ、例えば、スイッチ３２８Ａを動作するために使用される制御信号を生成する場合、基準波形を使用する。この実施形態の見解では、コントローラは、パルス幅変調を使用する。波形の振幅は、第１のレギュレータ３４２から供給される制御信号によって一部確立される。さらに、基準波形発生器３４４は、さらに、入力３５９で、位相ロックループ要素３６６によって生成される信号を受け入れる。位相ロックループ要素３６６は、多相交流電源の位相関係に関する情報を付与する。基準波形発生器３４４は、情報を使用して、各コントローラ（例えば、コントローラ３３１Ａ）のために生成された基準波形間の適切な位相関係を維持する。
【００７５】
１つの実施形態では、各出力（例えば、出力３７０）で付与される基準波形は、第３のレギュレータ３４８の出力３５７で付与される信号と合わせられる。この実施形態の見解では、第３のレギュレータ３４８によって付与される信号は、正の直流バス３０８の電位と負の直流バス３１０の電位との差、およびニュートラル３１２の電位と多相交流電源３０１の中性点Ｎｐの電位との差の両方に基づく。このように、第３のレギュレータ３４８
によって付与される信号は、基準波形と合わせられる場合、直流バスシステムの直流電位の差と、直流ニュートラル３１２の電位と交流電源３０１の中性点Ｎｐの電位との任意の差の影響との両方をオフセットすることができる信号を付与する。
【００７６】
１つの実施形態によれば、制御システム３４０は、リミッタ３５８を含み、入力コンデンサ３０４におけるピークおよびＲＭＳ電圧が、制御システム３４０によって付与される調整の結果、あまりにも大きくなるのを防ぐ。より詳細に以下に検討するように、一般的に、昇圧回路によって取り出される電流が、より重く負荷される直流バスを供給するこれらの回路のために瞬間的に減少するように、制御回路は、基準波形に直流オフセットを付与する。しかし、あまりにも過剰なオフセット電流が、直流バスに供給される場合、入力コンデンサ３０４におけるピークおよびＲＭＳ電圧は、直流バス電圧を超えうる。１つの実施形態では、リミッタ３５８は、直流バス電圧以下である回路（例えば、回路３１５Ａ）のいずれかに供給される最大瞬間ピーク電圧をもたらす最大直流オフセット（ＵＰＳニュートラル１１２に対して）を含む。この実施形態の見解では、名目上の直流バス電圧は、それぞれ、正の直流バス３０８および負の直流バス３１０について、＋４００ＶＤＣおよび−４００ＶＤＣである。このように、１つの実施形態では、リミッタ３５８は、コントローラに伝えられた基準波形に適用することができる最大直流オフセットを付与する。１つの見解では、リミッタは、第２のレギュレータ３４６が最大直流オフセットを超える出力信号（例えば、設定点）を生成する場合、最大オフセットであるその出力３５３で信号を付与する。１つの実施形態では、最大オフセットは、＋／−４０ボルトである。
【００７７】
一般的に、直列で使用されるレギュレータ間の規定速度の著しい差（例えば、１０：１の差）を維持することは有利であり、ここで、ループ中の第１のレギュレータは、最も遅く（例えば、最も小さな帯域幅を有する）、ループの最後のレギュレータは、最も速い（例えば、最も大きな帯域幅を有する）。このアプローチは、直列に使用されるレギュレータの任意の量に一般的に当てはまり、安定制御システムを付与する役目を果たす。１つの実施形態によれば、制御システム３４０は、第２のレギュレータ３４６、第３のレギュレータ３４８およびコントローラ（例えば、３３１Ａ）を含む制御ループを含む。１つの実施形態では、コントローラは、１〜１０ｋＨｚの規定帯域幅で最も速い速度を有し、一方、第２のレギュレータは、５〜２０Ｈｚの規定帯域幅を有する。この実施形態では、第３のレギュレータ３４８は、コントローラと第２のレギュレータ３４６との間に直列に位置する。従って、第３のレギュレータは、１〜１０ｋＨｚ未満および５〜２０Ｈｚより大きい規定帯域幅を有する。この実施形態の見解では、第３のレギュレータ３４８は、２００〜４００Ｈｚの範囲に規定帯域幅を有する。
【００７８】
レギュレータ３４２、３４６および３４８は、所望の値と比較された場合、いくつかのエラーを含んでいてもよい入力に応じて、出力を調整することができる任意の回路またはアルゴリズムになり得る。例えば、レギュレータ３４２、３４６および３４８の１つまたは複数は、オペアンプ、抵抗器およびコンデンサを含む電子回路になり得る。より詳細には、レギュレータ３４２、３４６、３４８は、コンパレータになり得る。他の例において、レギュレータ機能の１つまたは複数は、レギュレータ（例えば、比較）の機能を行なうアルゴリズムが、マイクロプロセッサによって実行されるように、ファームウェアで実行される。この実施形態の見解では、アルゴリズムは、メモリに保存される。前の実施形態のうちのいずれかにおいて、所望の値（例えば、基準または設定点）が実際の値（例えば、測定値）と比較されるように、レギュレータは、フィードバック制御を使用することができる。レギュレータは、２つの値の差を低減する、または解消することを目的とする出力を付与することによって、その差に対応することができる。
【００７９】
最も一般的な多相交流システムは、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで動作する。第３のレギュレータ３４８の帯域幅が、周波数を動作するシステムより大きい場合、第３のレギュレー
タは、基準波形に加えられた場合、入力コンデンサ３０４における電圧平衡をもたらす出力を付与する。すなわち、１つの実施形態では、第３のレギュレータ３４８は、振幅および／または位相変位、例えば、要素の許容範囲によって引き起こされる意図しない変化の差によって引き起こされるいかなる不安定性も修正する信号を付与する。
【００８０】
リミッタ３５８を使用する上記アプローチは、制御システム３４０が、いつでも修正することができる直流バスシステムの不安定性の範囲を制限する。しかし、実際、平衡化負荷は、インバータによって直流バスシステムに配置される。したがって、一般的に、正の直流バス３０８と負の直流バス３１０との不安定性を引き起こす個々のバッテリチャージャによって、負荷が直流バスシステムに配置される。１つの実施形態では、ＵＰＳは、各バッテリチャージャのための個々の電流制限制御を含み、バッテリチャージャがあまりにも大きなバス不安定性を生成することを防ぐ。他の実施形態によれば、制御システム３４０は、バッテリチャージャ回路の任意の電流制限を開始する前に、直流システム３９５でのある程度の不安定性を可能にする。
【００８１】
図５Ａ〜５Ｂは、本発明の実施形態による制御システム（例えば、制御システム３４０）に関するプロセス５００を説明する。図５に示すプロセス５００は、電力変換回路、例えば、ＵＰＳと使用される電力変換回路の制御に関する。次の記載は、図４Ａ〜４Ｂに示す電力コンバータを参照してなされるが、そのようなプロセスは、交流入力を受け、直流システムに出力を付与するトポロジを使用する任意の数の電力コンバータと共に使用することができる。
【００８２】
示された実施形態では、電気的システム測定は、電力変換回路および電力変換回路に電力を供給する交流電源のためになされる。ステージ５０２では、正の直流バス３０８および負の直流バス３１０の両方の直流バス電圧が測定される。ステージ５０４では、交流電源３０１の線間電圧および相関係が測定される。さらに、ステージ５０６では、各昇圧回路（例えば、３１５Ａ、３１５Ｂ、３１７Ａ、３１７Ｂ、３１９Ａ、３１９Ｂ）の相電流が測定される。
【００８３】
測定された直流バス電圧は、ステージ５０８で使用されて、正の直流バス３０８および負の直流バス３１０に存在する電圧の全大きさを求める。ステージ５１０では、直流バス電圧の全大きさの値は、基準と比較される。ステージ５１２では、振幅制御信号は、ステージ５１０で行なわれる比較に基づいて生成される。１つの実施形態では、第１のレギュレータ（例えば、第１のレギュレータ３４２）は、振幅制御信号を生成する。ステージ５０４の回線測定は使用されて、ステージ５１４で位相ロックループ信号を生成する。ステージ５１４で生成された位相ロックループ信号およびステージ５１２で生成された振幅制御信号は、ステージ５１６で第１の基準波形を生成するために使用される。
【００８４】
線間電圧がともに加算される場合、交流電源３０１に関する線間測定もステージ５１７で使用される。１つの実施形態では、ステージ５１７で行なわれた加算は、交流電源３０１の回線の瞬間電圧のベクトル和である。加算の結果は、ステージ５１８で、交流電源３０１に含まれた回線の量で割られる。結果は、ステージ５２０で示され、交流電源の中性点Ｎｐの電位とＵＰＳのニュートラル３１２との電位差を示す値である。この情報は、以下に記載されるように、プロセス５００で使用される。
【００８５】
測定された直流バス電圧も、正の直流バス３０８の電圧の大きさと、負の直流バス３１０の電圧の大きさの電圧差を求めるために、ステージ５２２で使用される。直流システム３９５でのいかなる不安定性も修正するのに必要な設定点を求めるために、ステージ５２２で生成された信号は、ステージ５２４で使用される。１つの実施形態では、ステージ５２４でなされた決定は、第２のレギュレータ（例えば、第２のレギュレータ３４６）によ
ってなされる。ステージ３２４で求められた設定点は、ステージ５２６でそれを最大許容設定点と比較することにより評価される。設定点が最大設定点を超えない場合、次いで、もしあれば、交流中性点Ｎｐの電位とＵＰＳニュートラル（例えば、ニュートラル３１２）との差を主な原因とするために、ステージ５３２で調整される。しかし、設定点が、最大設定点を超える場合、調整は、例えば、ステージ５３０で設定点になされる。従って、ステージ５２６で求められた設定点が、最大を超える場合、調整された設定点（ステージ５３０で生成された）は、次いで、さらにステージ５３２で調整されて、ニュートラル電位の任意の差を主な原因とする。
【００８６】
ステージ５３４では、制御信号は、もしあれば、直流システムの不安定性、およびもしあれば、交流電源３０１の中性点Ｎｐとニュートラル３１２との間のニュートラル電位の差に少なくとも部分的に基づいて生成される。１つの実施形態では、ステージ５３４での信号の生成は、第３のレギュレータ（例えば、第３のレギュレータ３４８）を使用して遂行される。ステージ５３６では、ステージ５３４で生成された信号およびステージ５１６で生成された基準波形は、第２の基準波形を生成するために合わせられる。ステージ５３８では、ステージ５０６で測定された相電流は、第２の基準と比較される。１つの実施形態では、比較はコントローラによって行なわれ、この実施形態の１つの見解では、コントローラは、電流制御装置である。ステージ５４０では、スイッチ制御信号は、昇圧回路（例えば、昇圧回路３１５Ａ）のスイッチ（例えば、スイッチ３２８Ａ）の動作を制御するように生成される。１つの実施形態では、コントローラは、スイッチ制御信号を生成する。
【００８７】
図４Ａ〜４Ｂを再び参照して、直流システムは、平衡化された直流システム３９５を有する初期状態にある場合、１つの実施形態では、直流システム３９５での不安定性は、次の方法で変更される。負の直流バス３１０と比較して、正の直流バス３０８で負荷が増加した結果、不安定性が生じると仮定して、正の直流バス３０８での電圧は落ち始める。
【００８８】
１つの実施形態によれば、正の直流バス３０８での電圧の大きさが、負の直流バス３１０での電圧の大きさ未満になるので、制御システム３４０は、少なくとも部分的に不安定性を認識する。従って、要素３３４から供給される信号は、要素３３２から供給される信号より大きい。その結果、正信号は、第２のレギュレータ３４６の入力３４９で、制御システム点３５６によって生成される。この実施形態では、第２のレギュレータは、正利得を有する；したがって、正信号は、リミッタ３５８の入力３５２に伝えられる場合、第２のレギュレータ３４６の出力３５１で生成される。リミッタ３５８の出力３５３で生成された信号は、また、正であり、制御システム点３６４に伝えられる。この例は、初期状態で直流システム３９５の対称な負荷を仮定するので、制御システム点３６２によって生成される信号は０であり、つまり、最初に、交流電源３０１の中性点は、ニュートラル３１２と同じ電位にある。その結果、リミッタ３５８の出力３５３で生成された信号は、制御システム点３６４を介して第３のレギュレータ３４８の入力３５５に伝えられる。この実施形態では、第３のレギュレータ３４８は、正利得を有し、したがって、正信号は、第３のレギュレータ３４８の出力３５７で生成される。
【００８９】
１つの実施形態では、正信号が、基準波形発生器３４４の出力３７０から引かれる場合、出力３５７で生成された正信号は、各制御システム点３８０に伝えられる。信号の組み合わせの結果は、正の昇圧回路（例えば、回路３１５Ａ、３１７Ａ、３１９Ａ）に関してであり、コントローラ（例えば、コントローラ３３１Ａ）のＩｒｅｆ入力に伝えられる基準波形の振幅が低減する。反対に、各負の昇圧回路（例えば、昇圧回路３１５Ｂ、３１７Ｂ、３１９Ｂ）に伝えられた基準波形の振幅に対応する増加がある。その結果、正の昇圧回路によって取り出された電流は、瞬間的に、正の昇圧回路に供給される基準波形の大きさの減少の結果、減少する。
【００９０】
正の昇圧回路によって取り出された電流の瞬間の減少、および負の昇圧回路によって取り出された電流の対応する増加は、ニュートラル３１２に一時的に流れる電流ｉＮをもたらす不安定性をもたらす。１つの実施形態では、入力コンデンサ３０４は、直流電流の流れを可能としない交流コンデンサであり、従って、電流ｉＮは、入力コンデンサ３０４において現われる交流電圧と重ねられる直流電圧をもたらす。１つの実施形態によれば、直流電圧が、コンデンサに正電荷を付与するので、直流電圧は、ニュートラル３１２の電位に対して増加する交流電源３０１（例えば、回線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の相での電圧をもたらす。
【００９１】
電圧増加は、ニュートラル３１２の電位を交流電源３０１の中性点Ｎｐの電位に対して減少させ、つまり、２つの電位はもはや等しくない。ニュートラル３１２のより負の電位は、交流電源３０１から整流器３０２を介して、各正の昇圧回路（３１５Ａ、３１７Ａ、３１９Ａ）に供給される電圧の正の半周期の大きさが明らかに増加される。このように、正の昇圧回路は、直流システム３９５の正の直流バス３０８で負荷が増加した結果に生じる不安定性に応じて、増加した電力を受ける。直流バス３０８に供給された増加した電力は、直流システム３９５での平衡を回復する機能を果たす。
【００９２】
不均一な負荷が一定のままである限り、入力コンデンサで重ねられる直流電圧が維持される。
【００９３】
上記するように、コンデンサにおける電圧が変化する場合、電流ｉＮに起因する直流電圧の量によって、制御システム３４０は、制御システム点３６０、３６２でフィードバックを介して相対ニュートラル電位の変化が生じることを検知する。制御システム点３６４では、交流電源中性点Ｎｐとニュートラル３１２との電位の差に対応する信号は、リミッタ３５８の出力で生成される信号と合わせられる。ただし、直流バスの不均一な負荷が一定ならば、入力３５５で第３のレギュレータ３４８に付与される信号は、ここで０であるべきである。ただし、所望のオフセットがリミッタ３５８によって確立された任意の最大を超えないならば、制御システム点３６２（ニュートラル３１２の電位に対して交流電源の中性点Ｎｐの電位の変化を反映して）で生成された信号が、リミッタ３５８（負の直流バス３１０の電圧の大きさが、正の直流バス３０８の電圧の大きさを超えた量を反映して）の出力３５３で生成された信号に等しく、反対であるべきであるので、信号は、ここで、０であるべきである。このように、第３のレギュレータ３４８の出力３５７で生成した信号が０であるので、基準波形発生器３４４の出力（例えば、出力３７０）で生成された基準波形は、調整なしで、昇圧回路（例えば、昇圧回路３１５Ａ、３１５Ｂ、３１７Ａ、３１７Ｂ、３１９Ａ、３１９Ｂ）に供給される。１つの実施形態では、直流システムでの不安定性は、迅速に修正され（数ミリ秒以下のオーダーで）、従って、第３のレギュレータ３４８の出力３５７で生成された信号は、数ミリ秒以下の間ゼロでなく、個々の不安定性のために修正する。
【００９４】
１つの実施形態では、不安定性（減少または増加のいずれか）の大きさの次の変化は、制御システム３４０によって検出され、電子回路３０６の動作中のさらなる調整をもたらし、「新しい」不安定性の影響のために修正する。
【００９５】
上記から分かるように、制御システム３４０は、入力コンデンサ３０４において直流電圧を制御することにより、正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差を制御する。制御は、不安定性を解消すること、または許容可能な不安定性を維持し制御することを含んでいてもよい。上述するように、不安定性が一定である限り、入力コンデンサ３０４において生成された直流電圧は、一定のままである。コンデンサの直流電圧の結果、制御システム点３６２から供給される信号は０でない。しかし、制御システム点３
６２から制御システム点３６４に伝えられた信号が取り消されなければ、第３のレギュレータ３４８の出力３５７で生成された信号は０でない。第３のレギュレータ３４８の０でない出力は、制御システム点３８０で基準波形発生器３４４の出力と合わせられる望まれない基準信号をもたらす。この合わせられた信号は、昇圧回路（例えば、３１５Ａ、３１５Ｂ）の電流需要において望まれない調整をもたらす。
【００９６】
１つの実施形態では、一定の直流電圧は、第２のレギュレータ３４６に積分機能を含めることにより、一定の不安定性に応じて、入力コンデンサ３０４において維持される。この実施形態では、入力コンデンサで生成された制御可能な直流電圧は、直流システム（例えば、正の直流バス３０８に存在する電圧の大きさおよび負の直流バス３１０に示される電圧の大きさは、直流システム３９５の不均一バスの負荷にもかかわらず等しい）で平衡を達成する。その結果、一旦、直流システム３９５が平衡化されるようになれば、制御システム点３５６によって生成された信号は０になる。しかし、第２のレギュレータ３４６は、その出力３５１で０でない設定点、例えば、元の不安定性（直流システム３９５に残る不安定性）に応じてなされる調整を反映する設定点を維持する。第２のレギュレータの出力３５１で生成された０でない設定点は、制御システム点３６４に伝えられ、ここで、それは、制御システム点３６２によって生成された信号と合わせられる。この実施形態の見解では、２つの信号は、実質的に等しいまたは反対である。したがって、制御システム点３６４および第３のレギュレータ３４８は、０である出力を生成する。
【００９７】
他の実施形態によれば、一定の直流電圧は、一定の不安定性に応じて入力コンデンサ３０４において維持され、ここで、第２のレギュレータ３４６は、積分機能を含まない。この実施形態では、入力コンデンサで生成された制御可能な直流電圧は、直流システム３９５で許容可能な不安定性を維持するが、不安定性を取り除かない。ここで、正の直流バスで表される電圧の大きさおよび負の直流バスで表される電圧の大きさは等しくないので、制御システム点３５６によって生成された信号は０でない。０でない信号は、第２のレギュレータ３４６の出力３５１で生成された０でない信号をもたらす。この実施形態の見解では、リミッタ３５８の出力３５３で生成された結果の信号は、制御システム点３６２で生成された信号に実質的に等しく反対である。したがって、制御システム点３６４および第３のレギュレータ３４８は、０の出力を生成し、直流システム３９５の平衡に変化があるまで、昇圧回路によって取り出された電流になされる調整はそれ以上ない。
【００９８】
本発明の実施形態は、ＵＰＳシステムで使用されると本明細書に記載されているが、本発明の実施形態は、独立交流直流コンバータまたは他のタイプのシステムの交流直流コンバータ構成要素として使用することができる。例えば、制御システム３４０および回路３０６は、バッテリチャージャ、電気自動車、フォークリフト、電気めっき設備の整流器、溶接機、および直流モータを含む機械に使用されるシステムの一部として使用することができる。
【００９９】
他の代替アプローチは、単独でまたは上記実施形態と組み合わせて使用されて、電力コンバータの直流システムの平衡を維持してもよい。例えば、平衡化された直流バス電圧を維持するように直流バスにおいて負荷を制御することは、他の代案である。例えば、制御システム３４０および回路３６６が、ＵＰＳで使用される場合、インバータによって各バスから取り出された電力は、正の直流バス３０８および負の直流バス３１０で電圧間の平衡を維持するように制御することができる。他の可能な代替の実施形態は、バス平衡のために前述されたアプローチおよび直流システム３９５での負荷の制御のために本明細書に記載されたアプローチの組み合わせである。
【０１００】
他の実施形態では、代替の切り替えアプローチは、第１の直流バス（例えば、正の直流バス）から取り出され、インバータフィルタチョークに保存されたエネルギが、直流シス
テム３９５の不安定性を修正するために、第２の直流バス（例えば、負の直流バス）に一時的に供給されるように、ＵＰＳのインバータ回路の動作を修正するために使用される。このアプローチは、ＵＰＳに含まれるニュートラルクランプのスイッチトランジスタの切り替えを制御することにより達成される。特に、比較的短いターンオフ間隔は、ニュートラルクランプのスイッチトランジスタの動作に加えられる。１つの実施形態で、ターンオフ間隔が、高電圧を有する直流バスに接続されたスイッチトランジスタのターンオフ後に生じる。トランジスタオフタイムの間、バスの不安定性の大きさに依存して調整されてもよい。さらに、このアプローチは、本明細書に記載した実施形態のうちのいずれとも組み合わせてもよい。
【０１０１】
他の代替の実施形態では、ＵＰＳの制御システム３４０は、リミッタ３５８の出力に追加波形を重ねる。１つの実施形態では、波形は、交流電源３０１（例えば、１５０Ｈｚまたは１８０Ｈｚ）の周波数の３倍の周波数を有する。この波形は、リミッタ３５２の出力３５３で制御信号に加えられる。この加えられた波形が、正確な位相および振幅を有する場合、昇圧回路入力で受けた電圧は、線間電圧（ゼロ交差後に単一ピーク９０度ではなく）のゼロ交差後におよそ６０度および１２０度で生じる２つのピークを含む。これらのピークの振幅も元の信号に比べて低減される。１つの実施形態では、このアプローチは、およそ１５％のピーク電圧の低減をもたらす。ピーク電圧の低減は、回路３０６が、より高い交流線間電圧で動作することを可能とし、または非常に低い入力電流ひずみを維持しながら低い直流バス電圧で動作することを可能にする。
【０１０２】
制御システム３４０は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはそれらの２つ以上の組み合わせを含むことができる。１つの実施形態では、制御システム３４０のハードウェア要素は、演算増幅器、抵抗器およびコンデンサの組み合わせを含む。１つの実施形態では、１つまたは複数の制御ループが、ハードウェアにおいて具体化されており、１つまたは複数の制御ループが、ファームウェアにおいて具体化されている。例えば、速い規定速度を要求する制御ループは、ハードウェアにおいて実行され、一方、高速を要求しない制御ループは、デジタルシグナルプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラム可能なゲートアレイ、または他のプログラマブルデバイスにおいて実行される。
【０１０３】
１つの実施形態において、交流電源で動作のために設計されたＵＰＳの制御システム３４０は、ＵＰＳがシステムで動作することを可能にするために変更され、ここで、交流電源ニュートラルは、利用不可能である（例えば、既存の改造ＵＰＳ）。この実施形態の１つの見解では、制御システム３４０は、そのような動作を可能とするために再プログラムされる。他の見解では、制御システム３４０の要素は、再構成される。さらに他の見解では、制御システム３４０は、再プログラムされ、制御システムの要素のうちのいくつかは再構成され、または交換される。
【０１０４】
本明細書で使用する用語コンデンサは、電気回路中に電気容量を付与するために使用することができる任意の装置について記載する。コンデンサは、単一装置、または例えば、並列に接続される複数のコンデンサを含んでいてもよい。
【０１０５】
このように、本発明の少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様について記載して、様々な変化、変更、改良が当業者に容易に思い浮かぶであろう。そのような変化、変更および改良は、本開示の一部であるように意図され、本発明の趣旨および範囲内にあるように意図される。従って、先の記載および図面は、一例にすぎない。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】図１は、先行技術の電力コンバータの回路図である。
【図２Ａ】図２Ａは、多相交流電源の回路図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、多相交流電源の回路図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による無停電電源装置のブロック図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施形態による電力コンバータの回路図を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施形態による電力コンバータの回路図を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施形態による方法のフローチャートを示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施形態による方法のフローチャートを示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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