CN101902056A - 不间断电源和使不间断电源省电的方法 - Google Patents

不间断电源和使不间断电源省电的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种不间断电源，该不间断电源能够自动检测负载水平，并且根据检测到的负载水平自动关机断电和自动开机供电，从而使不间断电源的备用电源的能量不被浪费，并延长不间断电源的使用寿命。另外，本发明还提供一种使不间断电源省电的方法。

Description

不间断电源和使不间断电源省电的方法
技术领域
本发明涉及不间断电源(UPS)。
背景技术
随着电子技术的不断发展，对供电系统的质量要求也不断提高。由于UPS可以在负载突然断电时能够及时给负载提供连续的、稳定的、纯净的交流正弦波电源，从而避免引起数据丢失和错误、设备损坏或失控死机、停止工作等事故，因此被广泛用于使用电子设备的许多行业。
通常，作为电子设备的备用电源设备，当市电正常输入时，UPS将市电稳压后供给负载使用，同时对UPS机内电池充电，将能量储存在机内电池中，而当市电突然中断(事故停电)或输入故障时，UPS立即将机内电池的能量转换为交流电继续供负载使用，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
然而，人们基本上均关注于UPS为负载供电的质量，而很少关注当负载不使用或者切除电源时UPS的状态，在这种情况下，通常会让UPS继续保持通电状态。这意味着UPS浪费其备用电源的能量而进入小电流(绢电流)放电周期。一般来说，UPS仅仅具有几百个放电周期，更多的浪费意味着更短的寿命，这对于用户来说是不利的。
发明内容
本发明的目的是提供一种不间断电源，其可以根据负载水平而自动断电，从而减少其备用电源的能量的浪费。
本发明的另一目的是提供一种不间断电源，其可以根据负载水平而自动启动。
本发明的再一目的是提供一种使不间断电源省电的方法。
这里所述的“负载水平”是指负载的耗电大小。
根据本发明的一个方面，提供一种不间断电源，其具有待机模式和备用模式，其能够自动检测负载水平，在备用模式下，当检测到负载水平小于指定水平时，该不间断电源自动关机断电。
根据本发明的上述不间断电源，在待机模式下，当检测到负载水平上升到所述指定水平以上时，该不间断电源自动开机供电。
根据本发明的上述不间断电源，当所述负载具有备用电池时，该不间断电源在负载处于非工作状态、其备用电池电量不满时，检测到的负载水平将大于等于所述指定水平，这时该不间断电源将保持处于备用模式而给负载的备用电池充电直至使其充满，在负载的备用电池被充满后，该不间断电源会检测到负载水平小于所述指定水平，这时该不间断电源自动关掉备用电池并切断交流输出而进入待机模式。
根据本发明的上述不间断电源，包括：输入单元，用于从交流电源接收输入交流电；控制单元，其耦合至输入单元和输出单元，用于控制不间断电源的工作模式；输出单元，由控制单元控制其是否向负载供电；其中，所述控制单元还用于自动检测负载水平，并根据检测到的负载水平而使不间断电源自动关机断电或自动开机供电。所述控制单元可以由微处理器，例如单片机来实现。
根据本发明的上述不间断电源，所述控制单元包括：电流传感器，用于感测负载的电流，其可以由霍耳传感器或电流采样电阻来实现；检测单元，用于对电流传感器感测到的负载的电流进行处理；判断单元，用于根据来自检测单元的电流来判断所检测的负载水平是否在指定水平以上。可选地，所述控制单元中的电流传感器及检测单元也可以从其中分离出来而成为独立的单元。
根据本发明的上述不间断电源，所述控制单元还包括：定时叫醒单元，用于在不间断电源处于待机模式时，每隔指定时间叫醒UPS且在非常短的时间使能输出单元进行交流输出，以检测负载水平，当负载水平在指定水平以上时，使不间断电源开机供电，而当负载水平小于指定水平时，控制单元再次进入睡眠状态，不间断电源进入待机模式
根据本发明的上述不间断电源，其中的单元划分可以根据需要和功能进行适当的调整，而不局限于上述划分。
根据本发明的另一方面，提供一种使不间断电源省电的方法，不间断电源能够自动检测负载水平，当检测到负载水平小于指定水平时，该不间断电源自动关机断电。
根据本发明的上述方法，包括如下步骤：不间断电源检测是否接有外部交流电源，当检测到接有外部交流电源时，则不间断电源切换到由外部交流电源直接给负载供电；当检测到没有连接外部交流电源时，切换到其内部备用电池供电；在不间断电源的备用电池供电时，检测负载的交流输出电流，并计算负载的输出功率；将负载的输出功率与指定水平进行比较，当其在指定水平以上时，不间断电源持续使能交流输出；当其小于指定水平时，不间断电源进入待机状态。
根据本发明的上述方法，在不间断电源处于待机状态时，当不间断电源检测到负载水平在所述指定水平以上时，该不间断电源自动开机供电。
根据本发明的上述方法，在不间断电源处于待机状态时，每隔一预定时间唤醒，短暂使能交流输出，检测交流输出水平，并且将其与所述指定水平比较，当其在所述指定水平以上时，不间断电源自动开机；当其小于所述指定水平时，不间断电源再次进入待机状态。
本发明的不间断电源在负载降到指定水平以下时会自动断电或者禁止交流输出，从而使用户将UPS置于一边时，UPS本身会自动断电，这样可以防止UPS在非备用模式时浪费能量，节省UPS备用能量而延长其使用寿命。而当UPS的输出负载大于指定水平时，UPS将通电或者使其交流输出自动激活，这样，用户只需控制工作系统即负载而无需关照UPS。
附图说明
图1示出了应用了本发明的UPS的系统的方框示意图；
图2示出了本发明的UPS中的控制单元的方框示意图；
图3示出了本发明的一种使UPS省电的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明并不仅仅限于此。
图1示出了使用本发明的UPS的系统的方框示意图。如图1所示，所述系统包括交流输入电源11、UPS 12、以及负载13，所述负载13经UPS 12连接于交流输入电源11。这里交流输入电源11可以是连接到市电的设置于墙壁上的电源插座；负载13代表可以使用UPS 12的诸如计算机之类的所有电子设备，其具有电源输入端131和工作系统132，可选地，还可以包括电池133。所述UPS 12具有待机模式(即不使用储备其备用供电单元中的电能对外部设备供电)和备用模式(即使用储备其备用供电单元中的电能对外部设备供电)，当交流输入电源11是可以提供的时候，UPS 12处于待机模式，仅将交流输入电源11的交流电传递至负载13。当交流输入电源11是不可提供的时候，UPS 12以其备用模式工作，使用其储备在备用供电单元(例如电池)中的能量为负载供电。
在图1所示的系统中，所述UPS 12包括输入单元120、电流传感器121、检测单元122、判断单元123、输出单元124，所述输出单元124中设置有备用供电单元1241。其中所述输入单元120，例如可以是UPS的电源输入接口，用于接收来自交流输入电源11的交流电，并将其传递给负载。所述电流传感器121例如可以是霍耳传感器或电流采样电阻，用于感测负载电流，并将感测到的负载电流传送至检测单元122。所述检测单元122例如可以包括运算放大器、A/D转换器等，在UPS 12处于备用模式时，所述检测单元122对来自电流传感器121的电流进行过滤、放大、A/D转换等处理，然后传至判断单元123。所述判断单元123基于检测单元122传送来的经过处理的电流计算负载功率W，并将所计算出的负载功率W与预先指定的负载功率值WT进行比较，当W＞＝WT时，表示UPS 12连接有负载且负载处于工作状态或充电状态，这时判断单元123输出控制信号给输出单元124，使其中的备用供电单元1241工作以向负载供电；当W＜WT时，表示UPS所连接的负载未处于工作状态或充电状态或者负载已从电源断开，这时判断单元123输出控制信号给输出单元124，使其中的备用供电单元1241进入睡眠状态或者自动关机而禁止交流输出。其中，WT可以由用户根据负载状况进行设定。在上述实施例中，是采用功率这一物理量来判断负载水平，也可以根据情况采用电流等来判断负载水平，这时判断单元就可以省去计算的过程。
为了使本发明的UPS使用起来更为方便，还可以在UPS中设置定时叫醒单元125，其每隔两、三秒叫醒UPS的检测单元122和判断单元123且在非常短的时间使能输出单元124输出交流电能(例如＜＝50ms)以检测交流输出负载，即由电流传感器检测负载电流，然后由检测单元对负载电流进行处理，由判断单元计算功率并与WT比较，如果此时交流输出功率大于WT，那么UPS将自动开机且使能AC输出，否则检测电源122和判断单元123将再次睡眠，UPS返回待机状态。定时叫醒单元125的设置确保当负载(例如便携电子设备)插回到UPS或者再次通电时，UPS可以返回工作并能及时提供能量给负载13。
另外，在负载具有备用电池时，当负载不工作而其电池不满时，UPS检测AC输出负载的结果将大于等于WT，UPS不会断电而是经负载的电源输入端给负载的备用电池充电直到充满。当负载的备用电池充满电时，UPS将会检测到负载的输出功率下降到WT以下，这时UPS会自动关机而切断交流输出。
图1只示意性地示出了本发明的UPS的结构，对于本领域技术人员应当明白的是，UPS中的各单元既可以为各自独立的单元，由各自独立的软件、硬件、或软件和硬件的结合来实施，也可以根据需要将其中几个单元放在一起由一个单元实施其中的几种功能。例如，可选地，可以将电流传感器121并入检测单元而形成一个具有电流感测功能的检测单元；可选地，可以将图1中的检测单元122、判断单元123、定时叫醒单元125合在一起形成一个控制单元，由微处理器(如单片机)来实现该三个单元的功能，也可以只将图1中的判断单元123、定时叫醒单元125合在一起形成一个控制单元，由微处理器(如单片机)来实现这两个单元的功能。例如图2，其示出了本发明的UPS应用于便携超声成像诊断装置的示意图。为了方便，在图2中与图1中相同或相似的部件采用相同的附图标记标示。如图2所示，所述负载具体化为便携超声成像诊断装置，其具有电源输入端131、工作系统132、和电池133。图2中的UPS 22与图1中的UPS 12的不同之处在于将判断单元2231和定时叫醒单元2232结合在一个模块即控制单元223中，由微处理器MCU(例如单片机)来实现，然后由控制单元223所产生的控制信号控制输出单元是否给负载(即便携超声成像诊断装置)13供电。
此外，可选地，图1所示的单元也可以再细分成两个或更多的单元来分别执行其功能，例如，判断单元可以分成计算单元和判断单元两个单元。
还有，可选地，图1所示的单元中的功能可以根据需要进行调整，例如，当采用负载功率作为判断负载水平的物理量时，在上面所述判断单元123中进行的计算过程也可以移至检测单元122中完成。
此外，本发明只提及UPS中与本发明有关的部件，为了简化描述而没有描述其它部件，但现有技术中UPS中的其它部件也可以结合到本发明中，例如用于切换交流输入电源直接供电与UPS供电的开关单元、使UPS稳压的整流器等等。
本发明的UPS设备尤其适用于经常插拔、不是长时间连续工作的电子设备，例如笔记本电脑、便携超声成像诊断装置等，本发明在保证为这些电子设备及时供电的同时，还可以节约其自身电能、延长自身的使用寿命。图3示出了根据本发明的一种使UPS省电的方法，如图3所示，UPS在开机时，会首先检测是否接有外部交流电源，即步骤S101。当UPS检测到接有外部交流电源时，则进入步骤S102，UPS切换到由外部交流电源直接给外部负载供电；而当UPS检测到没有连接外部交流电源时，则进入步骤S103，UPS切换到其内部备用电池供电，输出交流电，同时检测交流输出的电流，计算输出功率。然后进入步骤S104，比较输出功率与预先指定限值。当输出功率大于等于预先指定限值时，表明负载需要供电，则进入步骤S105，使UPS处于开机状态，持续使能交流输出；当输出功率小于预先指定限值时，表明负载不需要供电，则进入步骤S106，UPS自动关机。UPS在待机状态下每隔预定时间(例如2-3秒)唤醒UPS中的控制器，例如MCU(微处理器，例如单片机)一次，短暂使能交流输出，以检测交流输出功率，即步骤S107。然后在步骤S108，比较输出功率与预先指定限值。当输出功率小于所述预先指定限值时，表明没有负载需要供电，UPS再次进入睡眠状态，并返回步骤S107；而当输出功率大于等于预先指定限值时，表明有负载需要供电，则进入步骤S109，UPS自动开机，恢复其供电功能。
以上所述仅是本发明的实施例，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明精神的前提下，可以作出若干改进、修改、和变形，这些改进、修改、和变形都应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (16)

1.一种不间断电源，其具有待机模式和备用模式，其能够自动检测负载水平，在备用模式下，当检测到负载水平小于指定水平时，该不间断电源自动关机断电。
2.根据权利要求1的不间断电源，在待机模式下，当检测到负载水平上升到所述指定水平以上时，该不间断电源自动开机供电。
3.根据权利要求1的不间断电源，当所述负载具有备用电池时，该不间断电源在负载处于非工作状态、其备用电池电量不满时，检测到的负载水平将大于等于所述指定水平，这时该不间断电源将保持处于备用模式而给负载的备用电池充电直至使其充满，在负载的备用电池被充满后，该不间断电源会检测到负载水平小于所述指定水平，这时该不间断电源自动关掉备用电池并切断交流输出而进入待机模式。
4.根据权利要求1-3中之一的不间断电源，包括：
输入单元，用于从交流电源接收输入交流电；
控制单元，其耦合至输入单元和输出单元，用于控制不间断电源的工作模式；
输出单元，由控制单元控制其是否向负载供电；
其中，所述控制单元还用于自动检测负载水平，并根据检测到的负载水平而使不间断电源自动关机断电或自动开机供电。
5.根据权利要求4的不间断电源，所述控制单元包括：
电流传感器，用于感测负载的电流；
检测单元，用于对电流传感器感测到的负载的电流进行处理；
判断单元，用于根据来自检测单元的电流来判断所检测的负载水平是否在指定水平以上。
6.根据权利要求5的不间断电源，所述控制单元还包括：
定时叫醒单元，用于在不间断电源处于待机模式时，每隔指定时间叫醒不间断电源且在非常短的时间使能输出单元进行交流输出，以检测负载水平，当负载水平在指定水平以上时，使不间断电源开机供电，而当负载水平小于指定水平时，控制单元再次进入睡眠状态，不间断电源进入待机模式。
7.根据权利要求5或6的不间断电源，其中所述电流传感器为霍耳传感器或电流采样电阻。
8.根据权利要求4的不间断电源，所述控制单元是微处理器。
9.根据权利要求1-3中之一的不间断电源，包括：
输入单元，用于从交流电源接收输入交流电；
电流传感器，用于感测负载的电流；
检测单元，用于对电流传感器感测到的负载的电流进行处理；
控制单元，其耦合至检测单元和输出单元，用于根据检测到的负载水平而使不间断电源自动关机断电或自动开机供电；
输出单元，由控制单元控制其是否向负载供电。
10.根据权利要求9的不间断电源，其中所述控制单元包括：
判断单元，用于根据来自检测单元的电流判断负载水平是否在指定水平以上。
11.根据权利要求10的不间断电源，其中所述控制单元还包括：
定时叫醒单元，用于在不间断电源处于待机模式时，每隔指定时间叫醒不间断电源且在非常短的时间使能输出单元进行交流输出，以检测负载水平，当负载水平在指定水平以上时，使不间断电源开机供电，而当负载水平小于指定水平时，控制单元再次进入睡眠状态，使不间断电源再次进入待机模式。
12.根据权利要求1-11中之一的不间断电源，其中负载水平为负载的输出功率。
13.一种用于使不间断电源省电的方法，不间断电源能够自动检测负载水平，当检测到负载水平小于指定水平时，该不间断电源自动关机断电。
14.根据权利要求13的方法，包括如下步骤：
不间断电源检测是否接有外部交流电源，当检测到接有外部交流电源时，则不间断电源切换到由外部交流电源直接给负载供电；当检测到没有连接外部交流电源时，切换到其内部备用电池供电；
在不间断电源的备用电池供电时，检测负载的交流输出电流，并计算负载的输出功率；
将负载的输出功率与指定水平进行比较，当其在指定水平以上时，不间断电源持续使能交流输出；当其小于指定水平时，不间断电源进入待机状态。
15.根据权利要求13或14的方法，在不间断电源处于待机状态时，当不间断电源检测到负载水平在所述指定水平以上时，该不间断电源自动开机供电。
16.根据权利要求15的方法，在不间断电源处于待机状态时，每隔一预定时间唤醒，短暂使能交流输出，检测交流输出水平，并且将其与所述指定水平比较，当其在所述指定水平以上时，不间断电源自动开机；当其小于所述指定水平时，不间断电源再次进入待机状态。
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