Método y aparato para proporcionar energía ininterrumpida.

Un sistema de alimentación ininterrumpida que comprende:

un primer terminal (112) de entrada para recibir una primera tensión de entrada proveniente de una primerafuente de tensión;

un segundo terminal de entrada para recibir una segunda tensión de entrada proveniente de una segundafuente (250) de tensión; y

un circuito elevador dispuesto para acoplarse de manera selectiva al primer terminal de entrada o al segundoterminal de entrada y configurado para proporcionar una tensión continua de salida positiva y una tensióncontinua de salida negativa generadas a partir de al menos una tensión de entre la primera tensión de entraday la segunda tensión de entrada,

donde el sistema de alimentación ininterrumpida está configurado de tal manera que en un modo defuncionamiento de respaldo, la tensión continua de salida negativa se genera a partir de la segunda tensiónde entrada utilizando un camino de corriente desde la segunda fuente de tensión de entrada a través de almenos dos interruptores (278, 288) controlados acoplados en serie.

Método y aparato para proporcionar energía ininterrumpida

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la Invención Las realizaciones de la invención se refieren de manera general a sistemas de suministro de energía y de manera más específica, al menos una realización se refiere a un método y un equipo para generar una tensión de salida generada a partir de una tensión de entrada.

2. Debate sobre la Técnica Relacionada Los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS, Uninterruptible Power Supply) para proporcionar energía a cargas críticas son bien conocidos. La FIGURA 1 proporciona un diagrama de bloques de un sistema 100 de alimentación ininterrumpida en línea típico que proporciona energía regulada así como energía de respaldo a una carga 140. La compañía American Power Conversion (APC) Corporation de West Kingston, RI, comercializa sistemas de alimentación ininterrumpida similares al que se muestra en la FIGURA 1. El sistema 100 de alimentación ininterrumpida incluye un circuito 110 rectificador / convertidor elevador (boost) , un inversor 120, un controlador 130 y una batería 150. El sistema de alimentación ininterrumpida dispone de terminales 112 y 114 de entrada para acoplarse respectivamente a la línea y al neutro de una fuente de alimentación de corriente alterna de entrada y dispone de terminales 116 y 118 de salida para proporcionar una línea de salida y un neutro a la carga 140.

En el modo de funcionamiento en línea, bajo el control del controlador, el circuito 110 rectificador / convertidor elevador recibe la tensión alterna de entrada y proporciona tensiones continuas de salida positivas y negativas en las líneas 120 y 122 de salida con respecto a la línea 124 común. En el modo de funcionamiento de batería, cuando se produce una pérdida de potencia alterna de entrada, el circuito 110 rectificador / convertidor elevador genera las tensiones continuas a partir de la batería 150. La línea 124 común puede acoplarse al neutro 114 de entrada y al neutro 118 de salida para proporcionar un neutro continuo a través del sistema 100 de alimentación ininterrumpida. El inversor 120 recibe las tensiones continuas del circuito 110 rectificador / convertidor elevador y proporciona una tensión alterna de salida en las líneas 116 y 118.

En las FIGURAS 2A y 2B se muestran detalles adicionales del circuito 110 rectificador / convertidor elevador y de la batería 150 y, en particular, la FIGURA 2A muestra el modo de funcionamiento en línea del sistema de alimentación ininterrumpida y la FIGURA 2B muestra el modo de funcionamiento de batería del sistema de alimentación ininterrumpida. El circuito 110 rectificador / convertidor elevador incluye diodos 160, 162 de entrada, condensadores 164, 166 de entrada, relés 168 y 170, bobinas 172 y 174, transistores 176 y 178 elevadores, un diodo 177, diodos 180, 182 de salida, y condensadores 184, 186 de salida. Adicionalmente, el circuito rectificador / convertidor elevador incluye un transistor 188 que, tal como se describe más adelante, funciona como parte de un circuito reductor - elevador en el modo de funcionamiento de batería.

En el modo de funcionamiento en línea, los relés 168, 170 están configurados tal como se muestra en la FIGURA 2A para acoplar una tensión alterna de entrada de línea en los terminales 112, 114 de entrada a las bobinas 172 y 174, de tal manera se proporcionan tensiones rectificadas positivas y negativas respectivamente a las bobinas 172 y 174. La bobina 172 funciona conjuntamente con el transistor 176 y el diodo 180 como un circuito elevador de tensión positiva bajo el control del controlador 130 utilizando modulación de ancho de pulso para proporcionar una tensión continua positiva entre los bornes del condensador 184. De manera similar, la bobina 174 funciona conjuntamente con el transistor 178 y el diodo 182 como un circuito elevador de tensión negativa bajo el control del controlador 130 utilizando modulación de ancho de pulso para proporcionar una tensión continua negativa entre los bornes del condensador 186. El controlador controla el funcionamiento de los circuitos elevadores para proporcionar una corrección del factor de potencia en la entrada del sistema de alimentación ininterrumpida, con la corriente de entrada sustancialmente en fase con la tensión de entrada.

En el modo de funcionamiento de batería o de respaldo, por ejemplo, cuando ocurre un fallo en la fuente de tensión alterna, los relés 168, 170 se mueven, bajo el control del controlador, a las posiciones mostradas en la FIGURA 2B para acoplar la batería 150 a las bobinas 172 y 174. En el modo de funcionamiento de batería, el circuito elevador de tensión positiva funciona como se discutió anteriormente utilizando la tensión de la batería para generar la tensión continua entre los bornes del condensador 184. Para generar la tensión negativa entre los bornes del condensador 186 en modo batería, el transistor 188, bajo el control del controlador, funciona conjuntamente con la bobina 174 y el diodo 182 como un circuito reductor - elevador de manera que el transistor 188 es conmutado cíclicamente entre los estados de conducción y corte. En una versión, durante cada ciclo, el transistor 178 es conmutado al estado de conducción inmediatamente antes de que el transistor 188 se conmute al estado de conducción para reducir la tensión entre los bornes del transistor 188 en el instante del encendido a un valor aproximadamente igual a la tensión de la batería. La señal de control para el transistor 178 permanece activada durante la duración del tiempo de conducción del transistor 188. No existe ninguna circulación de corriente en el transistor 178 debido al hecho de

que el emisor del transistor 178 está sometido a la tensión de la batería. Cuando el transistor 188 entra en estado de corte, el transistor 178 se polariza de nuevo en conducción y la corriente de la bobina circula a través del diodo 177 y del transistor 178. El transistor 178 permanece en estado de conducción durante 0, 5 microsegundos para permitir que el transistor 188 se corte totalmente, y a continuación entra en estado de corte.

El documento de Solicitud de Patente de Estados Unidos Nº 2003/0137197 describe otro ejemplo de un dispositivo de suministro de alimentación ininterrumpida que tiene un circuito de corrección del factor de potencia para proporcionar tensiones continuas positivas y negativas.

El documento de Solicitud de Patente de Estados Unidos Nº 2004/0108836 describe un sistema de alimentación ininterrumpida eléctrico capaz de inhibir una intensidad excesivamente alta de corriente eléctrica de irrupción.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de alimentación ininterrumpida que comprende un primer terminal de entrada para recibir una primera tensión de entrada de una primera fuente de tensión, un segundo terminal de entrada para recibir una segunda tensión de entrada de una segunda fuente de tensión, y un circuito elevador dispuesto para acoplarse de manera selectiva al primer terminal de entrada o al segundo terminal de entrada y configurado para proporcionar una tensión continua de salida positiva y una tensión continua de salida negativa generadas a partir de al menos una tensión de entre la primera tensión de entrada y la segunda tensión de entrada, en el que el sistema de alimentación ininterrumpida está configurado de tal manera que, en un modo de funcionamiento de respaldo, la tensión continua de salida negativa se genera a partir de la segunda tensión de entrada utilizando un camino de corriente desde la segunda fuente de tensión de entrada a través de al menos dos interruptores controlados acoplados en serie.

Los sistemas de alimentación ininterrumpida pueden incluir adicionalmente un circuito de control acoplado con el circuito elevador, en donde el circuito elevador incluye un circuito elevador de tensión positiva y un circuito elevador de tensión negativa, en donde el circuito de control está acoplado al circuito elevador de tensión positiva para controlar al circuito elevador de tensión positiva con el fin de generar la tensión continua de salida positiva en un modo de funcionamiento en línea a partir de al menos la primera tensión de entrada, y en donde el circuito de control está acoplado al circuito elevador de tensión negativa para controlar al circuito elevador de tensión negativa con el fin de generar la tensión continua de salida negativa en el modo de funcionamiento en línea a partir de al menos la primera tensión de entrada. Los al menos dos interruptores controlados pueden incluir un primer interruptor controlado que forma parte del circuito elevador de tensión negativa, y un segundo interruptor controlado acoplado al circuito de control,... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de alimentación ininterrumpida que comprende:

un primer terminal (112) de entrada para recibir una primera tensión de entrada proveniente de una primera fuente de tensión; un segundo terminal de entrada para recibir una segunda tensión de entrada proveniente de una segunda fuente (250) de tensión; y un circuito elevador dispuesto para acoplarse de manera selectiva al primer terminal de entrada o al segundo terminal de entrada y configurado para proporcionar una tensión continua de salida positiva y una tensión continua de salida negativa generadas a partir de al menos una tensión de entre la primera tensión de entrada y la segunda tensión de entrada, donde el sistema de alimentación ininterrumpida está configurado de tal manera que en un modo de funcionamiento de respaldo, la tensión continua de salida negativa se genera a partir de la segunda tensión de entrada utilizando un camino de corriente desde la segunda fuente de tensión de entrada a través de al menos dos interruptores (278, 288) controlados acoplados en serie.

2. El sistema de alimentación ininterrumpida de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un circuito (130) de control acoplado al circuito elevador, en donde el circuito elevador incluye un circuito elevador de tensión positiva y un circuito elevador de tensión negativa, en donde el circuito de control está acoplado al circuito elevador de tensión positiva para controlar al circuito elevador de tensión positiva con el fin de generar la tensión continua de salida positiva en un modo de funcionamiento en línea a partir de al menos la primera tensión de entrada, y en donde el circuito de control está acoplado al circuito elevador de tensión negativa para controlar al circuito elevador de tensión negativa con el fin de generar la tensión continua de salida negativa en el modo de funcionamiento en línea a partir de al menos la primera tensión de entrada.

3. El sistema de alimentación ininterrumpida de la reivindicación 2, en donde los al menos dos interruptores controlados incluyen un primer interruptor (278) controlado que forma parte del circuito reductor negativo, y un segundo interruptor (288) controlado acoplado al circuito de control, al segundo terminal de entrada y al circuito elevador de tensión negativa y configurado de tal forma que, en el modo de funcionamiento de respaldo, se forma un camino de corriente a través del primer interruptor controlado del segundo interruptor controlado.

4. El sistema de alimentación ininterrumpida de la reivindicación 3, que comprende adicionalmente:

un tercer terminal (114) de entrada para acoplarse con una conexión de masa de al menos una fuente de tensión de entre la primera fuente de tensión y la segunda fuente de tensión; en donde el circuito elevador de tensión negativa incluye:

un primer diodo (277) acoplado entre el tercer terminal (114) de entrada y un primer terminal del primer interruptor (278) controlado; una bobina (274) que tiene un primer terminal y un segundo terminal donde el segundo terminal está acoplado a un segundo terminal del primer interruptor (278) controlado; y un segundo diodo (282) acoplado al segundo terminal del primer interruptor controlado; y en donde el segundo interruptor (288) controlado tiene un primer terminal acoplado al segundo terminal de entrada y un segundo terminal acoplado al primer terminal del primer interruptor (278) controlado.

5. El sistema de alimentación ininterrumpida de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente la segunda fuente de tensión, en donde la segunda fuente (250) de tensión incluye una batería acoplada entre el segundo terminal de entrada y el tercer terminal entrada.

6. El sistema de alimentación ininterrumpida de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, que comprende adicionalmente:

un primer circuito (268) de conmutación acoplado al circuito de control y operativo para acoplar de manera selectiva un terminal de entrada del circuito elevador de tensión positiva a un terminal de entrada de entre el primer terminal de entrada y el segundo terminal entrada; y un segundo circuito (270) de conmutación acoplado al circuito de control y operativo para acoplar de manera selectiva el primer terminal de la bobina (274) a un terminal entrada de entre el primer terminal (112) de entrada y el tercer terminal (114) de entrada.

7. El sistema de alimentación ininterrumpida de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente un inversor (120) acoplado al circuito elevador y operativo para generar una tensión alterna de salida en los terminales de salida primero y segundo generada a partir de la tensión continua positiva y de la tensión continua negativa.

8. El sistema de alimentación ininterrumpida de la reivindicación 7, en donde el sistema de alimentación ininterrumpida se configura para proporcionar una conexión neutra ininterrumpida desde el tercer terminal (114) de entrada hasta el segundo terminal (124) de salida.

9. El sistema de alimentación ininterrumpida de la reivindicación 2, en donde tanto el circuito elevador de tensión positiva como el circuito elevador de tensión negativa están controlados para proporcionar una corrección del factor de potencia.

10. El sistema de alimentación ininterrumpida de la reivindicación 1, en donde cada uno de los al menos dos 10 interruptores (278, 288) controlados incluye un transistor.

11. El sistema de alimentación ininterrumpida de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el circuito elevador se configura de tal manera que en el modo de funcionamiento de respaldo una tensión entre los bornes de un primer interruptor de los al menos dos interruptores controlados no es mayor que la segunda tensión de entrada.

12. Un método para generar una tensión de salida a partir de al menos una fuente de tensión de entre una fuente de tensión de entrada primera que proporciona una tensión primaria y la fuente (250) de tensión de entrada secundaria que proporciona una tensión de respaldo, donde el método comprende:

en un modo de funcionamiento en línea, generar una tensión continua positiva y una tensión continua negativa generadas a partir de al menos la tensión primaria; y en un modo de funcionamiento de respaldo, generar una tensión continua positiva y una tensión continua negativa generadas a partir de al menos la tensión de respaldo;

en donde, en el modo de funcionamiento de respaldo, la tensión continua negativa se genera utilizando una pluralidad de interruptores (278, 288) controlados acoplados de manera operativa en serie para crear un camino de corriente desde la fuente de tensión de entrada secundaria a través de cada uno de los interruptores de la pluralidad de interruptores controlados.

3.

13. El método de la reivindicación 12, que comprende adicionalmente:

controlar cada interruptor de la pluralidad de interruptores controlados utilizando modulación de ancho de pulso, de tal manera que durante el modo de operación de respaldo cada interruptor de la pluralidad de interruptores controlados es conmutado entre un estado de corte que tiene un tiempo de corte y un estado de conducción que tiene un tiempo de conducción con un ratio entre el tiempo de conducción y el tiempo de corte controlado para proporcionar una tensión de salida regulada.

14. El método de la reivindicación 12 ó 13, que comprende adicionalmente convertir la tensión continua positiva y la tensión continua negativa en una tensión alterna de salida tanto en el modo de funcionamiento en línea como en el

modo de funcionamiento de respaldo.

15. El método de la reivindicación 12, 13 ó 14, en donde controlar incluye controlar la pluralidad de interruptores controlados de tal manera que en un modo de funcionamiento de respaldo, la tensión entre los bornes de un primer interruptor de entre los interruptores controlados no es mayor que la tensión de respaldo.