CN101800480B

CN101800480B - 一种高低效率整流模块电源系统及其控制方法

Info

Publication number: CN101800480B
Application number: CN2010101328833A
Authority: CN
Inventors: 胡龙文; 杨靖; 王渭渭
Original assignee: Emerson Network Power Co Ltd
Current assignee: Vertiv Tech Co Ltd
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2030-03-23
Also published as: CN101800480A

Abstract

本发明涉及一种高低效率整流模块电源系统的控制方法，所述电源系统包括两个以上整流模块，所述两个以上整流模块至少具有两种不同的效率，所述控制方法包括根据整流模块的效率从高到低为其设置优先级，并根据负载控制需要数量的整流模块工作，并控制剩余整流模块休眠。本发明还相应提供了一种高低效率整流模块电源系统。本发明通过将高效率整流模块与低效率整流模块相结合，并控制高效率整流模块优先工作，低效率整流模块休眠来提高系统效率并控制系统成本。

Description

一种高低效率整流模块电源系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电源技术，更具体地说，涉及一种高低效率整流模块电源系统及其控制方法。

背景技术

电源系统内需要根据负载配置多个整流模块，这些整流模块的工作效率也直接影响到电源系统的效率，进而影响电源系统的能耗。近年来随着高效率整流模块的推出，单个高效率整流模块的效率得到了明显的提升，由多个高效率整流模块组成的高效率电源系统效率自然得到了明显的提升。但是由于高效率整流模块在成本及售价上都很高，这严重影响了高效率电源系统和高效率整流模块的销售，从而制约了高效率电源系统的推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有高效率电源系统的上述成本高的缺陷，提供一种将高效率整流模块与低效率整流模块相结合的电源系统以及控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种高低效率整流模块电源系统及其控制方法，通过将高效率整流模块与低效率整流模块相结合，并采用一定的控制方法来提高电源系统的效率，实现节能的目的。

在本发明的第一方面中，提供了一种高低效率整流模块电源系统的控制方法，所述电源系统包括多个整流模块，所述多个整流模块至少具有两种不同的效率，所述控制方法包括：根据整流模块的效率从高到低为其设置优先级，并根据负载控制需要数量的整流模块工作，并控制剩余整流模块休眠；

所述根据负载控制需要数量的整流模块工作包括：

S1、控制高优先级的整流模块作为当前优先级的整流模块先投入工作，转步骤S2；

S2、判断所述当前优先级的整流模块数是否满足负载，是则根据负载选择需要数量的当前优先级的整流模块工作，否则控制当前优先级的整流模块全部投入工作并转步骤S3；

S3、将所述当前优先级的下一级整流模块作为当前优先级的整流模块，转步骤S2；

所述控制方法还包括轮转工作操作：根据整流模块工作时间，选择与工作的所述整流模块同一优先级的整流模块定期轮转工作；该轮转工作操作为根据负载情况投入需要的高效率整流模块工作数，或者为考虑备份原则至少投入一定数量的高效率整流模块工作数。

在本发明所述的高低效率整流模块电源系统的控制方法中，所述控制方法还包括烘干操作：定期控制休眠的整流模块工作预定时间。

在本发明的第二方面中，提供了一种高低效率整流模块电源系统，所述电源系统包括：控制模块以及与之相连的多个整流模块，所述多个整流模块至少具有两种不同的效率，所述控制模块用于根据整流模块的效率从高到低为其设置优先级，并根据负载控制需要数量的整流模块工作，以及控制剩余整流模块休眠；所述控制模块包括：

控制单元，用于控制高优先级的整流模块作为当前优先级的整流模块先投入工作；

判断选择单元，用于判断所述当前优先级的整流模块数是否满足负载，是则根据负载选择需要数量的当前优先级的整流模块工作，否则通知控制单元控制当前优先级的整流模块全部投入工作并调用调整单元；

所述调整单元，用于将所述当前优先级的下一级整流模块调整为当前优先级的整流模块，并调用所述判断选择单元执行判断步骤；

所述控制模块还执行轮转工作操作：根据整流模块工作时间，选择与工作的所述整流模块同一优先级的整流模块定期轮转工作；该轮转工作操作为根据负载情况投入需要的高效率整流模块工作数，或者为考虑备份原则至少投入一定数量的高效率整流模块工作数。

在本发明所述的高低效率整流模块电源系统中，所述控制模块还执行烘干操作：控制休眠的整流模块工作预定时间。

在本发明的第三方面中，还提供了另一种高低效率整流模块电源系统，包括：控制模块以及与之相连的至少一个第一效率整流模块和至少一个第二效率整流模块，所述第一效率整流模块的工作效率高于所述第二效率整流模块，所述控制模块用于根据负载控制所述第一效率整流模块和第二效率整流模块工作；

且所述控制模块包括控制单元和判断选择单元：所述判断选择单元根据负载判断第一效率整流模块是否满足负载，是则通知控制单元根据负载选择需要数量的第一效率整流模块工作，否则通知控制单元根据负载选择需要数量的第二效率整流模块投入工作；所述控制模块还执行轮转工作操作：根据整流模块工作时间，选择与工作的所述整流模块相同效率的整流模块定期轮转工作；该轮转工作操作为根据负载情况投入需要的高效率整流模块工作数，或者为考虑备份原则至少投入一定数量的高效率整流模块工作数。

实施本发明的高低效率整流模块电源系统及其控制方法，具有以下有益效果：

1、本发明提供的高低效率整流模块电源系统的控制方法，可以通过控制高效率的整流模块优先工作，当最高效率的整流模块不足以供给负载时，投入次高效率的整流模块工作，并控制剩余整流模块休眠，从而实现整个电源系统达到最大效用的节能。

2、本发明的控制方法还根据整流模块工作时间控制同一优先级即效率相等的整流模块轮转工作，即工作时间长的整流模块进行休眠，而工作时间短的整流模块进行工作，这样避免总是个别整流模块处于高负载情况下，提高了系统的可靠性。

3、本发明的控制方法还定期控制休眠的整流模块工作预定的时间，达到对所有整流模块，尤其是长期未工作的整流模块定期烘干以避免老化的效果，以消除环境对长期不工作的低效率整流模块的影响，避免模块内部积露、电路板腐蚀或功率器件失效等问题。

4、本发明提供的高低效率整流模块电源系统，通过将低效率整流模块和高效率整流模块相结合，降低了系统的成本，并通过增加的控制模块控制各个整流模块按照效率高低依次投入工作，并根据工作时间长短控制同一效率的整流模块轮换工作，以及定期控制休眠的整流模块工作以达到烘干以避免老化的效果，有效地提高了整流模块的寿命以及工作效率，实现了电源系统的节能。

5、本发明提供的采用3个低效率整流模块和1个高效率整流模块的电源系统，经试验证明，在负载小于40A时系统的效率明显高于全部采用低效率整流模块的电源系统，同时与全部采用高效率整流模块的电源系统的效率相当，因此在有效降低电源系统成本的同时实现了系统的节能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明第一实施例中高低效率整流模块电源系统的模块示意图；

图2是本发明第一实施例中高低效率整流模块电源系统的控制方法流程图；

图3是本发明第二实施例中高低效率整流模块电源系统的模块示意图；

图4是图3的电源系统和全部采用低效率整流模块或高效率整流模块的电源系统的对比效率曲线图。

具体实施方式

本发明可以在普通的低效率整流模块电源系统中，根据正常工况下的负载配置合理的高效率整流模块数量，使高效率整流模块优先一直工作并带载，低效率整流模块处于休眠状态，仅是起备份作用和工作于异常工况下(异常如高效率整流模块故障、停电后蓄电池大电流充电等)。通过这种系统配置使低效率电源系统在常态下通过配置的高效率整流模块获得很高的系统效率。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

请参阅图1，为本发明第一实施例中高低效率整流模块电源系统的模块示意图。如图1所示，本发明提供的高低效率整流模块电源系统1，包括控制模块以及与之相连的多个整流模块。这些整流模块至少具有两种不同的效率。如图1中所示，该电源系统包括了N₁个第一效率整流模块、N₂个第二效率整流模块......N_m个第M效率整流模块，且其效率从高到低依次排列。即该电源系统内可以采用高低两种效率的整流模块，也可以采用多种效率的整流模块相结合。

在本发明提供的高低效率整流模块电源系统1中，控制模块用于根据整流模块的效率从高到低为其设置优先级，并根据负载控制需要数量的整流模块工作，以及控制剩余整流模块休眠。由于效率依次降低，因此第一效率整流模块至第M效率整流模块的优先级依次降低。在设置了优先级后，使高效率的整流模块优先工作，当最高效率的整流模块不足以供给负载时，投入次高效率的整流模块工作，从而实现整个电源系统达到最大效用的节能。因此在本实施例中，控制模块进一步包括：控制单元、判断选择单元和调整单元。其中，控制单元用于控制高优先级的整流模块作为当前优先级的整流模块先投入工作；判断选择单元用于判断所述当前优先级的整流模块数是否满足负载，是则根据负载选择需要数量的当前优先级的整流模块工作，否则通知控制单元控制当前优先级的整流模块全部投入工作并调用调整单元；调整单元用于将所述当前优先级的下一级整流模块调整为当前优先级的整流模块，并调用所述判断选择单元执行判断步骤。

例如，在本实施例中，先检查第一效率整流模块的数量是否满足负载，是则选择满足负载数量的第一效率整流模块工作，其它整流模块休眠，如果不满足则控制第二效率整流模块投入工作，并重新检查第二效率整流模块的数量是否满足负载，如果不满足则控制第三效率整流模块投入工作......如此类推，就能选择需要数量的整流模块来满足负载。

为了提高系统的可靠性，如果某一优先级内的整流模块数高于该级别内需要工作的整流模块数，则控制模块还执行轮转工作操作，即根据整流模块工作时间，选择与工作的所述整流模块同一优先级的整流模块定期轮转工作。这样工作时间长的整流模块就能进行休眠，而工作时间短的整流模块进行工作，避免了总是个别整流模块处于高负载情况下，有效提高了系统的可靠性。上述工作时间可以是根据整流模块整个工作周期的工作时间数，如果工作时间长的进行休眠，工作时间短的进行工作；也可以是根据电源系统此次上电以来工作时间数进行轮换。该轮转工作操作不仅可以是根据负载情况恰好投入需要的高效率整流模块工作数，也可以是考虑备份原则至少投入一定数量的高效率整流模块工作数(例如投入一半数量的高效率整流模块工作，另一半作为该高效率整流模块的备份在需要时投入工作)。因此，高效整流模块和次高效整流模块的配置原则不局限于常态负载原则，可综合考虑性价比、电源系统可靠性多项因素，如多配置一些高效率整流模块以避免总是一个高效率整流模块工作在高负载情况下。

在本发明的一些优选实施例中，控制模块还执行烘干操作，定期控制休眠的整流模块工作预定时间。这种烘干操作的方式可以是多样的。例如，在每个工作周期启动时，使所有的整流模块都同时开启(包括需要休眠的整流模块)，共同投入带动负载工作一段预定的时间，达到所有整流模块都定期烘干以避免老化的效果。或者在每个工作周期内，在已控制需要数量的整流模块工作时，选定一段预定的时间使所有休眠的整流模块开启工作，达到烘干的效果。又或者采取只是所有休眠的整流模块工作，而工作的较高效率的整流模块进行休眠的烘干策略。还可以是每次轮换周期是此批或此个处于休眠状态的较低效率整流模块工作，下次是另外一批或另外一个处于休眠状态的较低效率整流模块工作。

下面以配置了两种效率的整流模块的电源系统1为例对本发明的过程进行说明。该电源系统包括控制模块以及分别与之相连的至少一个第一效率整流模块(N₁个)和至少一个第二效率整流模块(N₂个)，其中第一效率整流模块的工作效率高于第二效率整流模块，控制模块用于根据负载控制所述第一效率整流模块和第二效率整流模块工作。在本实施例中，控制模块进一步包括控制单元和判断选择单元。其中，判断选择单元根据负载判断第一效率整流模块是否满足负载，是则通知控制单元根据负载选择需要数量的第一效率整流模块工作，否则通知控制单元根据负载选择需要数量的第二效率整流模块投入工作。根据各自的工作效率不同，第一效率整流模块被称为高效率整流模块，第二效率整流模块被称为低效率整流模块。在此电源系统工作中，控制模块设定了整流模块工作轮转周期(如7天)，在此周期到时，首先使所有的整流模块(包括高效率整流模块和低效率整流模块)都同时开启，共同投入带动负载工作一段设定的时间(如2小时)，达到所有整流模块(主要是低效率整流模块)定期烘干以避免老化的效果，以消除环境对长期不工作的低效率整流模块的影响(如果低效率整流模块总是处于休眠状态，由于工作环境等影响，低效率整流模块可能存在模块内部积露、电路板腐蚀和功率器件失效等后果)，提高低效率整流模块的可靠性。此共同带载时间过后，重新使低效率整流模块休眠，仅高效率整流模块工作，如果系统中总高效率模块数大于需要投入工作的高效率模块数(主要是根据负载情况来计算)，工作时间长的高效率整流模块休眠，工作时间短的高效率模块数工作，通过这种高效率模块工作轮转使高效率模块运行工况比较平均，从而提高了高效率整流模块的可靠性。整个控制策略简单易实现，提高了普通电源系统的效率，且保证了高效率和低效率整流模块的可靠性，即保证了混合电源系统的可靠性。

请参阅图2，为本发明第一实施例中高低效率整流模块电源系统的控制方法流程图。如图2所示，为了提高本发明的高低效率整流模块电源系统的工作效率，本发明提供了相应的控制方法，主要由上述控制模块来完成。

本发明提供的控制方法包括根据整流模块的效率从高到低为其设置优先级，并根据负载控制需要数量的整流模块工作，并控制剩余整流模块休眠。其中，根据负载控制需要数量的整流模块工作通过图1所示的步骤来实现。

首先在步骤S1中，控制高优先级的整流模块作为当前优先级的整流模块先投入工作，转步骤S2。

随后在步骤S2中，判断所述当前优先级的整流模块数是否满足负载，是则执行步骤S22，即根据负载选择需要数量的当前优先级的整流模块工作，否则执行步骤S21，即控制当前优先级的整流模块全部投入工作并转步骤S3。

在步骤S3中，将所述当前优先级的下一级整流模块作为当前优先级的整流模块，转步骤S2。

本发明提供的控制方法同样包括轮转工作操作：根据整流模块工作时间，选择与工作的所述整流模块同一优先级的整流模块定期轮转工作。此外，该方法还包括烘干操作：定期控制休眠的整流模块工作预定时间。

请参阅图3，为本发明第二实施例中高低效率整流模块电源系统的模块示意图。如图3所示，配置了4个标称50A整流模块以组成200A电源系统1。其中，1个第一效率整流模块即高效率整流模块的效率约为96-98％，3个第二效率整流模块即低效率整流模块的效率约为92-94％。在本实施例中，采用的高效率整流模块的效率约为97％，低效率整流模块效率约93％。

为了对本发明的实施效果进行考量，本申请对3组电源系统进行了试验。其中，第一组电源系统全部采用4个上述低效率整流模块构成。第二组电源系统采用图2所示的本发明的高低效率整流模块电源系统，即3个低效率整流模块和1个高效率整流模块。第三组电源系统全部采用4个上述高效率整流模块构成。在试验中，第一组和第三组电源系统都工作于节能运行模式(根据负载只投入需要投入的整流模块，其它整流模块休眠，使工作的整流模块带载大于设定的百分比，以80％为例)。而代表本发明的第二组电源系统采取了本发明提供的控制方法即高效率整流模块优先工作。

请参阅图4，为各电源系统的对比效率曲线图。如图4所示，本发明的电源系统明显比第一组采用4个低效率整流模块组成的系统效率在全负载范围内都高，且在负载较小(＜40A，此时只有一个高效率整流模块工作，其余整流模块休眠不投入)时效率提升非常明显。第三组采用4个高效率整流模块组成的电源系统相比于本发明的电源系统，在负载＜40A即系统只需投入1个高效率整流模块时效率差异极小可忽略，在负载＞40A系统效率才逐渐拉开差距。

考虑到使用200A的电源系统普遍负载都较小(如通信基站电源系统普遍负载在20-40A，可只配置1个高效率整流模块，再配置3个低效率整流模块只是为了整流模块备份和市电停电再来电后蓄电池的充电)，采用3个低效率整流模块和1个高效率整流模块组成的系统通过本发明的控制方法达到了4个全高效率整流模块组成的系统在常态负载下(负载＜40A)的电源系统效率，但却具有非常高的经济可行性，即用户只购买一个高效率和多个低效率整流模块基本达到了购买全部高效率整流模块所期望的电源系统的高效率和节能效果。相对于全低效率整流模块组成的系统，整个电源系统的效率在常态负载下(负载＜40A)有约5％的提升，效率提升非常明显。效率提升的另一个效果是电源系统发热小，机房空调耗电进一步下降，大限度地提高了节能效果。可以对在网的电源系统进行新增一个高效率整流模块(或根据需要新增多个)或将部分低效率整流模块更换为高效率整流模块，此成本较低的改造将大幅提升常态情况下电源系统的效率，带来可观的经济价值。

下面对本发明的电源系统的硬件实现方式进行描述。在本发明中，电源系统的实现可以是各高低效整流模块具有统一的硬件接口和软件通信策略，即方便易操作的电源系统混合方案。也可以是不同效率整流模块具有不同硬件和软件接口，电源系统包含这些不同效率整流模块接口并能通过一定机制以实现各种效率的整流模块的工作和休眠。

本发明的电源系统可以是新设计的混合电源系统，也可以是在老的电源系统上通过一定的改造而实现的相同目的的混合电源系统。还可以是在低高效率整流模块相同接口情况下直接新增高效率整流模块或将部分低效率整流模块更换为高效率整流模块而实现的混合电源系统。

高低效整流模块的工作和休眠可以是控制模块通过软件通信发出的控制指令，也可以是控制模块通过硬件实现的控制。还可以是非控制模块如上层监控软件实现的控制。当然也可以是整流模块内部软件通信或硬件实现的控制。还可以是人为的根据现场情况手动的控制。

需要说明的是，本发明提供的高低效率整流模块电源系统及其控制方法不仅适用于低压电源系统(如24V-48V电源系统)，也适用于高压电源系统(如240V-380V电源系统)。

综上所述，本发明为了实现电源系统节能并控制设备的成本，提供了一种高低效整流模块电源系统，通过高效率整流模块优先工作，低效率整流模块休眠的控制方法提高系统效率；一方面采用高效率整流模块轮换工作提高系统中高效率整流模块的可靠性；另一方面采用低效率整流模块定期工作即烘干操作提高低效率模块的可靠性，从而总体提高系统的整体可靠性。

本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims

1.一种高低效率整流模块电源系统的控制方法，其特征在于，所述电源系统包括多个整流模块，所述多个整流模块至少具有两种不同的效率，所述控制方法包括：根据整流模块的效率从高到低为其设置优先级，并根据负载控制需要数量的整流模块工作，并控制剩余整流模块休眠；

所述根据负载控制需要数量的整流模块工作包括：

2.根据权利要求1所述的高低效率整流模块电源系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括烘干操作：定期控制休眠的整流模块工作预定时间。

3.一种高低效率整流模块电源系统，其特征在于，所述电源系统包括：控制模块以及与之相连的多个整流模块，所述多个整流模块至少具有两种不同的效率，所述控制模块用于根据整流模块的效率从高到低为其设置优先级，并根据负载控制需要数量的整流模块工作，以及控制剩余整流模块休眠；所述控制模块包括：

4.根据权利要求3所述的高低效率整流模块电源系统，其特征在于，所述控制模块还执行烘干操作：控制休眠的整流模块工作预定时间。