CN101162843B

CN101162843B - 复合式不间断供电电源

Info

Publication number: CN101162843B
Application number: CN200610140855A
Authority: CN
Inventors: 张太平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: CN101162843A

Abstract

本发明是一种专门针对现代信息设备而设计的不间断供电电源。由于现有的不间断电源不能与计算机类负载实现最佳匹配，本发明在电源、负载一体化思想指导下，在负载分类技术基础上，针对不同的负载，采取不同的保护方式，从而实现了电源与负载经济、合理的平衡与匹配。主要用于数据中心等计算机应用系统的供电保护。

Description

复合式不间断供电电源

技术领域本发明涉及一种不间断供电电源，该电源的负载设备限定为：从该设备的单相双极性交流接口直接输入单极性直流电，也可正常工作的各种计算机类信息设备。

背景技术现有的不间断供电电源，按供电保护方式可分为后备式和在线式(包括互动在线式、传统双变换在线式、Delta变换在线式)两大类。这两大类不间断电源都是在“负载具有统一供电保护要求”前提下设计的，没有充分考虑同一供电电源所带负载的不同供电要求。作为不间断电源主要负载的计算机类设备，其最小应用单元也是由一台主机和一台显示器构成的简单系统。主机是数据存储、处理设备，对数据完整性起决定作用，不允许供电中断，故对主机这样的不允许供电中断负载(以下简称不中断负载)，电源应提供完备的在线式保护。而显示器是人机交互设备，长时间掉电并不会影响数据完整性，但从工作连续性考虑，应对其供电故障时间加以合理限制；另外，后备式比在线式结构简单，成本低。所以，在可能的情况下，应优先选择后备式，故对显示器这样的允许供电短时中断负载(以下简称短时中断负载)，经济、合理的保护方式是后备式保护。可见，现有的后备式不间断电源，不能满足不允许供电中断负载的可靠性要求；而在线式对允许供电短时中断负载而言又存在过度保护问题。总之，现有的不间断供电电源不能与计算机类负载实现最佳匹配。

发明内容本发明的目的，是在电源、负载一体化思想指导下，在负载分类技术措施基础上，提供一种能与计算机类负载平衡、匹配的不间断供电电源，它既没有能力不足问题，也没有能力过剩问题，同时要求结构简单、成本低、便于生产。

一种复合式不间断供电电源，包括：一套模块式整流器、一套蓄电池组、一套交直流切换控制器、一套市电过电压保护装置、一套交流可控开关、一套直流可控开关、两套浪涌电流抑制器；所述模块式整流器，是一种离线式整流器，模块式结构便于电源容量的扩减，其输出端并接蓄电池组，以在线方式提供不中断负载电能；所述蓄电池组由单体电池串、并联而成，是本发明中的储能元件，模块式整流器和蓄电池组构成本发明中的直流部分，其任意一极需与交流市电中性线短接，相应地有正、负电源两种应用方式；所述市电过电压保护装置，设置在交流市电进线端，为后续电路提供过电压保护；所述交流可控开关的功率触点，一端经过一套浪涌电流抑制器后与市电相线相接，直流可控开关的功率触点，一端经过另一套浪涌电流抑制器后，与直流电的非接中性线极相接，交、直流功率触点的另一端直接并接，从该并接点以后备方式提供短时中断负载电能；所述交直流切换控制器，具有互锁、延时环节，控制器分别控制交、直流可控开关，使短时中断负载在市电正常时，由交流市电直接供电，在市电故障时由直流电后备供电，从而将供电故障时间限制为切换控制器的延时时间；所述浪涌电流抑制器，在电源突然加载时限制浪涌电流幅值。

由于该电路采用了分类供电电路，以在线方式提供不中断负载电能，以后备方式提供短时中断负载电能，达到了能力与要求的平衡，实现了电源与负载经济、合理的匹配，它既没有能力不足问题，也没有能力过剩问题.同时，该电路省略了直流逆变成交流的逆变环节，简化了结构，降低了成本.另外，在通信电源制造业、电力行业已经形成了成熟的模块式整流器、配电柜设计、制造技术，这些成熟技术可直接或稍加改造即可应用于本发明的生产，故本发明的工业化应用程度高.

附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图是本发明复合式不间断供电电源的电路图。

具体实施方式附图给出了复合式不间断供电电源的一个具体实例，包括：一个模块式整流器A，一个蓄电池组B，一个交直流切换控制器C，一个过电压保护器D，两个浪涌电流抑制器E、F，一个交流接触器K1，一个直流接触器K2，一个不允许供电中断负载Load1，一个允许供电短时中断负载Load2。

现代信息设备广泛采用开关电源。所谓开关电源，即是将外部提供的单相双极性交流市电，经工频整流后变成单极性的直流电，供内部变换器使用。如果外部提供一个单极性的直流电，其幅值只要在双极性交流电蜂值附近，则可以保证信息设备的正常工作。

市电采用TN-S制式，包括以下三类线：相线L、中性线N、保护地线P。

模块式整流器A，是一种输入市电与输出直流隔离型整流器，模块式结构便于电源容量的扩减。其详细工作原理可见公开出版的各种通信用高频开关电源书籍。整流器的输出给蓄电池组B充电，同时提供不中断负载Load1电能，以及需要时经过直流接触器K2的切换提供短时中断负载Load2的电能。

蓄电池组B对相电压为220V的国家和地区，可用24节12V蓄电池串联而成；对相电压为110V的国家和地区可用12节12V蓄电池串联而成。为提高容量和工作可靠性，可并联使用蓄电池组。当整流器A输出正常时，蓄电池组B充电待用，当整流器A无输出时，放电提供负载电能。

整流器A和蓄电池组B构成复合式不间断电源的直流部分。直流的正极V+或负极V-任意一极，需与交流中性线N相接，相应地分成正、负直流电源两种具体方式。本申请文件中，不失一般性，为描述方便使用正电源，即将直流负极V-与交流中性线N相接。

过电压保护器D并接在交流市电的相线L和中性线N之间，将交流电压限制在安全工作范围，后续电路可不再考虑过电压因素。

交流接触器K1功率触点K11的一端，经过浪涌电流抑制器E后，与交流相线L相接；直流接触器K2的功率触点K21的一端，经过另一个浪涌电流抑制器F后，与直流正极V+相连；两个功率触点的另一端直接并接后，作为短时中断负载Load2的电源。

交直流切换抑制器C、交流接触器K1、直流接触器K2和两个浪涌电流E、F构成后备式短时中断负载Load2供电电路。

控制器C可进一步分成：市电检测部分、交流接触器K1控制部分、直流接触器K2控制部分。

(1)市电检测部分欠电压继电器K3的线圈并接在交流市电的相线L和中性线N之间，感知市电是否正常。欠电压继电器K3的一个常开触点k31用于控制交流接触器k1的状态；另一个常闭触点k32控制直流接触器k2的状态。K31、k32构成第一级互锁环节，保证交、直流接触器不能同时处于导通状态。

(2)交流接触器K1控制部分欠电压继电器K3的常开触点K31与交流缓吸继电器K4的线圈串联后，并接在市电的相线L和中性线N之间；K4延时闭合的常开触点K41、直流接触器K2的常闭信号触点K22、交流接触器K1的线圈串联后并接在市电的相线L和中性线N之间.

(3)直流接触器K2控制部分欠电压继电器K3的常闭触点K32与直流缓吸继电器K5的线圈串联后，并接在直流电的两极间；K5延时闭合的常开触点K51与交流接触器K1的常闭信号触点K12、直流接触器K2的线圈串联后并接在直流电的两极间。

交流接触器K1线圈回路中的常闭信号触点K22与直流接触器K2线圈回路中的常闭信号触点K12构成第二级互锁环节，两级互锁环节确保交、直流接触器不能同时处于导通状态。

整流器A和蓄电池B构成的直流部分，对不中断负载Load1提供在线式保护，简单明了。下面结合附图，分初始状态、交流切换到直流、直流切换到交流三种情况，对本发明中短时中断负载Load2的供电过程加以介绍：

(1)初始状态市电持续稳定地处于合格状态，欠电压继电器K3吸合，常开触点K31闭合，常闭触点K32断开，交流缓吸继电器K4吸合，交流接触器K1吸合，直流缓吸继电器K5释放，直流接触器K2释放，直流常开功率触点K21断开，交流常开功率触点K11闭合，短时中断负载Load2由市电直接供电。

(2)交流向直流切换当市电欠压或掉电时，欠电压继电器K3感知这一变化，释放线圈：常开触点K31立即断开，交流缓吸继电器K4失电，其线圈立即释放，常开触点K41立即断开，交流接触器K1失电，其线圈立即释放，常开功率触点K11立即断开，常闭信号触点K12立即闭合，允许直流接触器K2接通，短时中断负载Load2无供电电源，处于短时掉电状态；欠电压继电器K3的常闭触点K32立即闭合，直流缓吸继电器K5线圈得电，通电延时时间到后，常开触点K51闭合，同已经闭和的常闭触点K12一起，接通直流接触器K2的线圈回路，常开功率触点K21闭合，直流电经浪涌电流抑制器F给短时中断负载Load2恢复供电，将掉电时间限定为直流缓吸继电器K5的延时时间。同时，直流接触器K2的常闭信号触点K22断开，不允许交流接触器K1接通，防止交、直流直通。

(3)直流向交流切换当市电恢复正常后，欠电压继电器K3感知这一变化，吸合线圈：常闭触点K32立即断开，直流缓吸继电器K5失电，线圈立即释放，常开触点K51立即断开，直流接触器K2失电，线圈立即释放，常开功率触点K21立即断开，常闭信号触点K22立即闭合，允许交流接触器K1接通，此时短时中断负载Load2处于无任何电源供电的短时掉电状态；欠电压继电器K3的常开触点K31立即吸合，接通交流缓吸继电器K4的线圈电路，通电延时时间到后，闭合常开触点K41，同已经闭合的常闭信号触点K22一起，接通交流接触器K1的线圈回路，常开功率触点K11闭合，交流市电经浪涌抑制器E给短时中断负载Load2恢复供电，将供电中断时间限定在交流缓吸继电器K4的延时时间，同时断开常闭触点K12，不允许直流接触器K2导通。

控制电路中引入延时电路，是为了适应大容量开关速度慢的问题，突破了传统后备方式中对电源装机容量的限制。

Claims

1.一种复合式不间断供电电源，包括：一套模块式整流器、一套蓄电池组、一套交直流切换控制器、一套市电过电压保护装置、一套交流可控开关、一套直流可控开关、两套浪涌电流抑制器；所述模块式整流器，是一种离线式整流器，模块式结构便于电源容量的扩减，其输入端连接在交流市电，其输出端并接蓄电池组，以在线方式为不允许供电中断负载提供电能；所述蓄电池组由单体电池串联而成，是所述复合式不间断供电电源中的储能元件，模块式整流器和蓄电池组构成直流部分，其输出直流电的任意一极需与交流市电中性线短接，相应地有正、负电源两种应用方式；所述市电过电压保护装置，设置在交流市电进线端，为后续电路提供过电压保护；所述交流可控开关的功率触点，一端经过一套浪涌电流抑制器后与市电相线相接，直流可控开关的功率触点，一端经过另一套浪涌电流抑制器后，与直流电的非接中性线极相接，交、直流可控开关的功率触点的另一端直接并接，从该并接点以后备方式为允许供电短时中断负载提供电能；所述交直流切换控制器，具有互锁、延时环节，该交直流切换控制器分别控制交、直流可控开关，使允许供电短时中断负载在市电正常时由交流市电直接供电，在市电故障时由直流电后备供电，从而将供电故障时间限制为交直流切换控制器的延时时间；所述浪涌电流抑制器，在电源突然加载时限制浪涌电流幅值，所述复合式不间断供电电源的特征在于：

该复合式不间断供电电源将负载分成不允许供电中断负载、允许供电短时中断负载两类，对不允许供电中断负载提供在线式供电保护，对允许供电短时中断负载提供后备式供电保护；该电源内没有直流逆变为交流的逆变器；直流电的任意一极需与交流市电中性线短接；后备式供电保护中的后备电源，来自在线式供电保护中的直流电；后备式切换通过交、直流两类可控开关，分两步完成，第一步先断开原供电线路，第二步再接通新供电线路，断开动作的完成不能导致接入动作的自动完成；交直流切换控制器具有互锁环节，保证交、直流可控开关不能同时处于导通状态；交、直流切换每个通道均设置有浪涌电流抑制器；交直流切换控制器在交流向直流切换和直流向交流切换的每个方向上都有延时环节，切换时间为几秒钟；后备式切换对电源装机容量无限制。