專利名稱：It專用不間斷電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種IT專用不間斷電源。
所有與IT相關(guān)的領(lǐng)域，例如通訊、控制、網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等，都在飛速發(fā)展。為了確保供電不中斷，確保數(shù)據(jù)產(chǎn)生、處理和傳送的安全、準(zhǔn)確和穩(wěn)定，在這些領(lǐng)域都采用了不間斷電源UPS。
UPS是一種能提供穩(wěn)頻、穩(wěn)壓、不間斷交流電壓的全功能設(shè)備，可以帶電阻性負(fù)載、電容性負(fù)載、電感性負(fù)載和電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。為了確保各種功能的實(shí)現(xiàn)，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于IT對(duì)不間斷電源供電質(zhì)量的要求越來(lái)越高，為了在保持原來(lái)所有功能的前提下，不斷滿足IT對(duì)數(shù)據(jù)安全的需求，其功能變得越來(lái)越多，性能變得越來(lái)越高，而電路結(jié)構(gòu)也變得越來(lái)越復(fù)雜。毫無(wú)疑問(wèn)，隨著電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的增加，UPS的故障率也隨之增加。對(duì)不間斷電源行業(yè)具有極大諷刺意義和尷尬的事情是，隨著電力供電質(zhì)量的提高，一年之內(nèi)難得仃電，但采用了UPS的IT系統(tǒng)，由于UPS設(shè)備本身的故障，電壓中斷的次數(shù)有時(shí)反而比不采用UPS增多。
本發(fā)明的目的旨在克服UPS存在的上述缺陷，盡可能滿足IT不斷增長(zhǎng)的對(duì)數(shù)據(jù)安全的需求，可使故障率減至最低，達(dá)到或基本達(dá)到UPS在壽命期內(nèi)無(wú)故障。
本發(fā)明的目的是以下述方案實(shí)現(xiàn)的由于與IT相關(guān)的設(shè)備都是清一色的計(jì)算機(jī)及其外設(shè)，這些設(shè)備都采用了高穩(wěn)定、高可靠的開(kāi)關(guān)電源，不再一定需要交流供電，可以把UPS的應(yīng)用定位在IT范圍之內(nèi)，并把UPS的功能限制到僅與其應(yīng)用范圍相適應(yīng)，其方法是，對(duì)本來(lái)只能交流供電的與IT相關(guān)的所有用戶設(shè)備，實(shí)現(xiàn)直流供電，這就極大地簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，完全免除了諧波干擾，雖然看起來(lái)其應(yīng)用范圍較窄，功能較單一，但好鋼用在了刀刃上，使其在確定的應(yīng)用范圍內(nèi)，把確定的功能發(fā)揮到了極至。以用戶設(shè)備的安全為第一，把對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生，處理，傳送的干擾降至最低，因此具有以下特點(diǎn)1．成本、體積、重量、功耗減少到十分之一，百分之一，甚至千分之一。
2．達(dá)到或基本達(dá)到壽命期內(nèi)無(wú)故障。
3．免除了諧波干擾，確保數(shù)據(jù)產(chǎn)生、處理和傳送的安全、準(zhǔn)確和穩(wěn)定。
4．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，便于推廣。


圖1,IT專用不間斷電源輸出的直流電壓從用戶設(shè)備的交流輸入端進(jìn)入。
圖2,IT專用不間斷電源輸出的直流電壓從用戶設(shè)備開(kāi)關(guān)電源的DC/DC變換器的輸入端進(jìn)入。
圖3,IT專用不間斷電源輸出的直流電壓由電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器1和備用直流電源共同提供。
圖4,IT專用不間斷電源輸出的直流電壓由有源功率因數(shù)校正器和備用直流電源共同提供。
圖5,IT專用不間斷電源輸出的直流電壓由整流濾波后的脈動(dòng)電壓和備用直流電源共同提供。
圖6,IT專用不間斷電源輸出的直流電壓由備用直流電源單獨(dú)提供圖7，備用直流電源由電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器2和蓄電池和SCR1組成。
圖8,IT專用不間斷電源的原理框圖。
由于與IT相關(guān)的用戶設(shè)備都采用了開(kāi)關(guān)電源，供電電壓進(jìn)入開(kāi)關(guān)電源后，第一步就是整流，220V的市電電壓經(jīng)整流濾波后，變成300V左右的直流電壓，由IT專用不間斷電源提供的300V左右的直流電壓經(jīng)整流濾波后，仍然是300V的直流電壓，因此，直流電壓可以直接進(jìn)入本來(lái)只能交流供電的用戶設(shè)備。
直流電壓進(jìn)入用戶設(shè)備的切入點(diǎn)有兩個(gè)，第一個(gè)切入點(diǎn)是，直接進(jìn)入原來(lái)交流電壓的輸入端(如圖1)，這個(gè)切入點(diǎn)的特點(diǎn)是，相當(dāng)于用戶設(shè)備仍然在用交流電壓供電，用不著對(duì)用戶設(shè)備作任何改變，即IT專用不間斷電源與傳統(tǒng)UPS有完全相同的接口，用戶設(shè)備的交流輸入插頭，既可以插入原來(lái)的交流插座，又可以插入IT專用不間斷電源提供的直流插座。
第二個(gè)切入點(diǎn)是用戶設(shè)備開(kāi)關(guān)電壓DC/DC變換器的電壓輸入端(如圖2)，這個(gè)切入點(diǎn)的特點(diǎn)是，用戶設(shè)備在市電正常時(shí)是交流供電(交流從原來(lái)插座進(jìn)入)，在市電仃電時(shí)是直流供電。因?yàn)橛檬须姽╇姇r(shí)，UPS的損耗為零，而市電仃電的時(shí)間與其正常供電的時(shí)間相比，完全可以忽略，因此，整機(jī)的效率非常高，如果這時(shí)采用圖6的電路模式，其成本、體積、重量、功耗都只有原來(lái)的千分之一，實(shí)際上接近于零。又因?yàn)槠湓骷臄?shù)目減少到接近零，按這種電路生產(chǎn)出的產(chǎn)品，其故障率也接近于零，完全可以做到UPS在壽命期內(nèi)無(wú)故障。
IT專用不間斷電源實(shí)現(xiàn)直流供電的直流電壓，由市電經(jīng)整流濾波、穩(wěn)壓后的恒定直流電壓和后備直流電源組成，這個(gè)恒定直流電壓可以由電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器1提供(如圖3)，其特點(diǎn)是進(jìn)入用戶設(shè)備的電壓，與傳統(tǒng)UPS一樣，是經(jīng)過(guò)穩(wěn)定了的電壓，保持了傳統(tǒng)UPS相同的外部特征。由于免除了DC/AC變換器，極大地簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，使得其成本、體積、重量、功耗都減少到原來(lái)的十分之一。由于其元器件減少了80％以上，可以基本做到UPS在壽命期內(nèi)無(wú)故障。
這個(gè)恒定直流電壓可以由有源功率因數(shù)校正器提供(如圖4)，其特點(diǎn)是進(jìn)入用戶設(shè)備的電壓不但是經(jīng)過(guò)穩(wěn)定了的直流電壓，而且，這種電壓又經(jīng)過(guò)了有源功率因數(shù)校正，使得對(duì)網(wǎng)側(cè)的諧波干擾降至最低，而整機(jī)的功率因數(shù)提高到接近于1。
IT專用不間斷電源實(shí)現(xiàn)直流供電的直流電壓，由市電經(jīng)整流濾波后的脈動(dòng)直流電壓和后備直流電源組成(如圖5)，其特點(diǎn)是，效率較圖3、圖4的電路為高，因?yàn)樯倭艘粋€(gè)變換環(huán)節(jié)，電能的損耗進(jìn)一步減少。其實(shí)，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源來(lái)講，這種脈動(dòng)直流的供電方式，其效果與恒定直流的供電效果并沒(méi)有什么不同，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源的工作電壓范圍很寬，充其量相當(dāng)于開(kāi)關(guān)電壓用交流市供電時(shí)的效果。由于整機(jī)沒(méi)有功率變換器，直流電壓從輸入到輸出，只有相當(dāng)于一個(gè)半導(dǎo)體PN結(jié)所產(chǎn)生的電能損耗，其成本、體積、重量、功耗都減少到原來(lái)的百分之一。由于元器件進(jìn)一步減少，所以平均無(wú)故障時(shí)間進(jìn)一步增加，可以做到UPS在壽命期內(nèi)無(wú)故障。
IT專用不間斷電源實(shí)現(xiàn)直流供電的直流電壓，僅由后備直流電源組成(如圖6)，其特點(diǎn)是，杜絕任何干擾，與外界沒(méi)有任何直接電的連接，安全保密，穩(wěn)定可靠，特別適合于要害部門(mén)，或者移動(dòng)的系統(tǒng)，如飛行器，機(jī)器人等。蓄電池可以采用兩組，一組在線使用，另一組離線充電，兩組蓄電池自動(dòng)切換。對(duì)于這種模式的IT專用不間斷電壓，如果一定要計(jì)算其成本，體積、重量、功耗的話，則這四項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到了其極限值零。
圖7是備用直流電源框圖，后備直流電源由蓄電池及電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器2和SCR1組成，SCR1的陽(yáng)極接在蓄電池正極，其陰極接到整流濾波器的輸出端。蓄電池的充電器由電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器2組成，電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器2的檢測(cè)電路接在蓄電池的放電回路和和蓄電池的正極，同時(shí)檢測(cè)充電電流和蓄電池端電壓。在充電初期，進(jìn)行定流充電，在充電后期，進(jìn)行定壓充電，最后進(jìn)行浮充。圖中SCR1的作用是，在交流市電正常時(shí)，截?cái)嘈铍姵氐碾妷?，確保蓄電池只充電不放電，確保蓄電池浮充電壓，確保蓄電池百分之百的容量。當(dāng)市電中斷時(shí)，SCR1在40微秒之內(nèi)導(dǎo)通，確保用戶設(shè)備供電電壓不中斷。
圖8是IT專用不間斷電源原理框圖，圖中示出了全部八種實(shí)施方案的原理框圖，以下的敘述均對(duì)照此圖。
IT專用不間斷電源原輸出的直流電壓從兩個(gè)切入點(diǎn)進(jìn)入用戶設(shè)備，短劃線A、B表示兩條路徑可任選其中之一。A路徑表示從用戶設(shè)備的原交流插頭進(jìn)入，B路徑表示從用戶設(shè)備開(kāi)關(guān)電源的DC/DC變換器進(jìn)入，兩個(gè)切入點(diǎn)的不同特性，前面已有描述。
實(shí)施方案1A當(dāng)市電正常時(shí)，市電經(jīng)過(guò)整流濾波后，由電壓補(bǔ)償爭(zhēng)壓器1穩(wěn)壓后從0點(diǎn)輸出，此時(shí)，SCR1截止，輸出的電壓是恒定的直流電壓。同時(shí)，整流濾波后的直流電壓通過(guò)電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器2向蓄電池充電。當(dāng)市電中斷時(shí)，SCR1導(dǎo)通，蓄電池的電壓通過(guò)電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器2穩(wěn)壓后，到達(dá)0點(diǎn)，進(jìn)入用戶設(shè)備的仍然是穩(wěn)定的直流電壓。當(dāng)市電恢復(fù)正常時(shí)，整流濾波、補(bǔ)償穩(wěn)壓后的電壓又到達(dá)0點(diǎn)，同時(shí)SCR1關(guān)斷，恢復(fù)到開(kāi)始的工作狀態(tài)。
實(shí)施方案2A當(dāng)市電正常時(shí)，市電經(jīng)過(guò)整流濾波后，由有源功率因數(shù)校正器穩(wěn)壓后從0點(diǎn)輸出，此時(shí)，SCR1截止，輸出的電壓是恒定的直流電壓。同時(shí)，整流濾波后的直流電壓通過(guò)電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器2向蓄電池充電。當(dāng)市電中斷時(shí)，SCR1導(dǎo)通，蓄電池的電壓通過(guò)有源功率因數(shù)校正器后，到達(dá)0點(diǎn)，進(jìn)入用戶設(shè)備的是蓄電池單邊下降的直流電壓(有源功率校正器對(duì)直流電壓無(wú)作用)。當(dāng)市電恢復(fù)正常時(shí)，整流濾波、功率因數(shù)校正后的電壓又到達(dá)0點(diǎn)，同時(shí)SCR1截止，恢復(fù)到開(kāi)始的工作狀態(tài)。
實(shí)施方案3A在本實(shí)施方案中，IT專用不間斷電源虛線框中的短劃線框沒(méi)有，當(dāng)市電正常時(shí)，SCR1截止，輸出的電壓是整流濾波后的脈動(dòng)直流電壓，同時(shí)，這個(gè)電壓通過(guò)電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器2向蓄電池充電。當(dāng)市電中斷時(shí)，SCR1導(dǎo)通，蓄電池的電壓通過(guò)SCR1到達(dá)0點(diǎn)，進(jìn)入用戶設(shè)備的是蓄電池單邊下降的直流電壓。當(dāng)市電恢復(fù)正常時(shí)，整流濾波后的電壓又到達(dá)0點(diǎn)，同時(shí)SCR1截止，恢復(fù)到開(kāi)始的工作狀態(tài)。
實(shí)施方案4A在本實(shí)施方案中，IT專用不間斷電源虛線框中的短劃線框沒(méi)有，當(dāng)市電正常時(shí)，進(jìn)入用戶設(shè)備的是蓄電池的單邊下降電壓，市電整流濾波后的直流電壓通過(guò)電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器2向蓄電池充電。當(dāng)市電中斷時(shí)，也是蓄電池向用戶設(shè)備供電，因此，SCR1一直導(dǎo)通。當(dāng)市電恢復(fù)正常時(shí)，整流濾波后的直流電壓又開(kāi)始對(duì)蓄電池充電，恢復(fù)到開(kāi)始的工作狀態(tài)。
以上四種實(shí)施方案對(duì)應(yīng)A種切入方式，另外對(duì)應(yīng)B種切入方式也有四種實(shí)施方案，實(shí)施方案1B-4B，這時(shí)，用戶設(shè)備的交流插頭不插入任何插座。因其工作原理相同，不再重復(fù)。
實(shí)施方案4C在本實(shí)施方案中，IT專用不間斷電源虛線框中的短劃線框沒(méi)有，用戶設(shè)備原有的交流插頭插入市電插座中。當(dāng)市電正常時(shí)，SCR1關(guān)斷，市電從用戶設(shè)備的原交流插座進(jìn)入，同時(shí)，市電整流濾波后的直流電壓通過(guò)電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器2向蓄電池充電。當(dāng)市電中斷時(shí)，SCR1導(dǎo)通，蓄電池向用戶設(shè)備供電，。當(dāng)市電恢復(fù)正常時(shí)，SCR1重新關(guān)斷，恢復(fù)到開(kāi)始的工作狀態(tài)。
IT專用不間斷電源的整流濾波電路采用半控整流橋，當(dāng)市電在正常范圍之內(nèi)時(shí)，半控橋全導(dǎo)通，當(dāng)市電電壓超過(guò)用戶設(shè)備所能承受的上限時(shí)，關(guān)斷整流橋，切斷高壓，同時(shí)SCR1導(dǎo)通，備用直流電源進(jìn)入用戶設(shè)備，確保用戶設(shè)備安全和供電電壓不中斷。
由于IT專用不間斷電源輸出的是直流電壓，不能帶上述四種負(fù)載中電感性負(fù)載，也就是不能帶電動(dòng)機(jī)、變壓器之類的設(shè)備，這是其應(yīng)用的局限性。正是以這種局限性為代價(jià)，才使得其性能發(fā)揮到極至。但是，與IT相關(guān)的所有設(shè)備，其中都并不包括電動(dòng)機(jī)和變壓器，傳統(tǒng)UPS雖然能帶這樣的設(shè)備，實(shí)際上也并沒(méi)有帶。另外，普通空調(diào)可用變頻空調(diào)取代，日光燈可用節(jié)能燈取代，線性穩(wěn)壓電源可用開(kāi)關(guān)電源取代，實(shí)際上，這種局限性只是有其名而無(wú)其實(shí)，因此，IT專用不間斷電源的實(shí)際應(yīng)用范圍并沒(méi)有因?yàn)槠漭敵龅氖侵绷麟妷憾s少。
IT專用不間斷用到的整流濾波器、電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器、有源功率因數(shù)校正器、可控硅的觸發(fā)電路等等均系現(xiàn)有技術(shù)，勿需贅述。
權(quán)利要求
1．一種IT專用不間斷電源，其特征是對(duì)本來(lái)只能使用交流電壓供電的用戶設(shè)備，實(shí)現(xiàn)直流電壓供電。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征是直流電壓直接進(jìn)入用戶設(shè)備原來(lái)的交流輸入端，或者進(jìn)入用戶設(shè)備開(kāi)關(guān)電源的DC/DC變換器的輸入端。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征是實(shí)現(xiàn)直流供電的直流電壓由市電經(jīng)整流濾波、穩(wěn)壓后的恒定直流電壓和后備直流電源共同組成，或者由市電經(jīng)整流濾波后的脈動(dòng)直流電壓和后備直流電源共同組成，或者僅由后備直流電源單獨(dú)組成。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源，其特征是恒定直流電壓由直流電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器1或有源功率因數(shù)校正器提供。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源，其特征是后備直流電源由蓄電池及電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器2和SCR1組成，SCR1的陽(yáng)極接蓄電池的正極，其陰極接到整流濾波器的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明是一種IT專用不間斷電源,適用于IT所涉及的各領(lǐng)域,能完全滿足IT不斷增長(zhǎng)的對(duì)數(shù)據(jù)安全的需求,可使故障率減至最低,達(dá)到或基本達(dá)到UPS在壽命期內(nèi)無(wú)故障。其方法是,把UPS的應(yīng)用定位在IT范圍之內(nèi),并把UPS的功能限制到僅與其應(yīng)用范圍相適應(yīng),實(shí)現(xiàn)的方法是,對(duì)本來(lái)只能交流供電的與IT相關(guān)的所有用戶設(shè)備,實(shí)現(xiàn)直流供電,因此,極大地簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu),雖然看起來(lái)其應(yīng)用范圍較窄,功能較單一,但好鋼用在了刀刃上,使其在確定的應(yīng)用范圍內(nèi),把確定的功能發(fā)揮到了極至,以用戶設(shè)備的安全為第一,把對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生,處理,傳送的干擾降至最低,其特點(diǎn)是節(jié)能高效、簡(jiǎn)單可靠、故障率低。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1323086SQ0111431
公開(kāi)日2001年11月21日 申請(qǐng)日期2001年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月25日
發(fā)明者郁百超 申請(qǐng)人:郁百超