CN103296747A - 不间断电源系统 - Google Patents

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张国祥
蔡佑淇
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Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Abstract

一种不间断电源系统，用于为一服务器机柜的交流电源供应单元提供电压，该不间断电源系统包括交流电源、整流器、太阳能电池模块、控制器、直流升压转换器、第一和第二二极管。该控制器通过设定占空比最大值的时钟信号及根据该太阳能电池模块的输出电压自动调节该直流升压转换器的输出电压，以使得该第一和第二二极管截止或导通，从而使得该太阳能电池模块和该交流电源可同时或交替地提供电压给电源分配单元。上述不间断电源系统稳定性高。

Description

不间断电源系统
技术领域
本发明涉及一种不间断电源系统。
背景技术
目前，不间断电源系统对主电源交流电源和太阳能电池模组的切换乃通过切换浪涌保护器如电磁继电器而实现的，一般地，仅当太阳能电池模组输出的电压大于该交流电源的输出电压的峰值时，该不间断电源系统才切换至该太阳能电池模组，然而，太阳光强并不稳定，使得该太阳能电池模组所输出的电压不稳定，如此将可能使得该不间断电源系统频繁地切换该交流电源和太阳能电池模组，如此，浪涌保护器频繁地在高压下切换，容易产生接点氧化等问题，从而影响该交流电源和太阳能电池模组的切换，不利于系统的稳定性。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种稳定性较高的不间断电源系统。
一种不间断电源系统，用于为一服务器机柜的交流电源供应单元提供电压，该不间断电源系统包括：
一交流电源，用于输出交流电压；
一整流器，用于将该交流电源所输出的交流电压转换为第一直流电压；
一功率因数校正电路，用于提高该整流器所输出的第一直流电压的功率因数，该功率因数校正电路的电压输出端输出第二直流电压至一第一二极管的阳极；
一太阳能电池模块，用于将太阳能转换为电能并输出一第三直流电压；
一直流升压转换器，该直流升压转换器的电压输入端连接该太阳能电池模块以接收该第三直流电压，该直流升压转换器的电压输出端连接一第二二极管的阳极，该第一和第二二极管的阴极相连，该直流升压转换器用于将该第三直流电压转换为第四直流电压；
一控制器，用于输出一时钟信号至该直流升压转换器，以控制该直流升压转换器所输出的第四直流电压的大小，其中该时钟信号的占空比不超过一指定值；当该太阳能电池模块所输出的第三直流电压大于一指定电压时，该第四直流电压大于该功率因数校正电路所输出的第二直流电压，使得该第一二极管截止，该第二二极管导通，则该第四直流电压通过该第二二极管输出；当该第三直流电压小于该指定电压时，该第四直流电压小于该第二直流电压，使得该第一二极管导通，该第二二极管截止，则该第二直流电压通过该第一二极管输出；当第三直流电压等于该指定电压时，该第四直流电压等于该第二直流电压，该第一和第二二极管均导通，该二和第四直流电压分别通过该第一和该第二二极管输出；
一直流降压转换器，与该第一和第二二极管的阴极相连，用于将该第二直流电压或该第四直流电压降为电压值处于该交流供应单元可接受的范围内的第五直流电压；以及
一电源分配单元，用于将该第五直流电压输出至该交流电源供应单元。
上述不间断电源系统通过设定该直流升压转换器的时钟信号的最大值及根据该太阳能电池模块的输出电压自动调节该直流升压转换器的输出电压，使得该第一和第二二极管截止或导通，从而使得该太阳能电池模块和该交流电源可交替地提供电压给该电源分配单元，利于系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明的不间断电源系统的较佳实施方式的示意图。
图2为图1中的不间断电源系统的部分电路图。
主要元件符号说明
不间断电源系统 100
第一浪涌保护器 45
整流器 65
PFC电路 95
直流降压转换器 85
电池 90
直流电力模块 80
第二浪涌保护器 70
PDU 10
第一断路器 60
第二断路器 50
太阳能电池模块 30
交流电源 40
PSU 20
控制器 105
直流升压转换器 116
二极管 D1-D3
电感 L
电容 C
场效应管 Q
电压输入端 M、N
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参考图1，本发明不间断电源系统100用于为一服务器机柜的交流电源供应单元（power supply unit，PSU）20提供电压。该不间断电源系统100包括交流电源40、太阳能电池模块30、电池90、直流电力模块80、第一和第二浪涌保护器45和70、直流升压转换器116、整流器65、PFC（power factor correction，功率因数校正）电路95、直流降压转换器85、PDU（power distribution unit，电源分配单元）10、二极管D2和D3。该PDU 10包括第一和第二断路器60和50。
该交流电源40依次通过该第一断路器60、该第一浪涌保护器45、整流器65和该PFC电路95连接该二极管D3的阳极，该二极管D3的阴极通过该直流降压转换器85连接该PDU 10的第一电源输入端。该太阳能电池模块30依次通过该第二断路器50、该第二浪涌保护器70和该直流升压转换器116与该二极管D2的阳极相连，该二极管D2的阴极连接该二极管D3的阴极。该电池90直接与该PDU 10的第二电源输入端相连。该直流电力模块80连接该PDU 10的第三电源输入端。该PDU 10的电源输出端与该PSU 20的交流电压输入端相连。
本实施例中，该第一和第二断路器60和50均用于过流保护，该第一和第二浪涌保护器45和70均为电磁继电器，该第一和第二浪涌保护器45和70仅当回路出现浪涌电流和瞬时过电压才断开，其他情况下均处于闭合状态。
该交流电源40为该不间断电源系统100的主电源，本实施例中，该交流电源40为三相交流电源，其他实施例中，该交流电源40还可为一相交流电源。
该整流器65用于将该交流电源40所输出的交流电压转换为直流电压。
该PFC电路95用于提高该整流器65所输出的直流电压的功率因数。
该直流降压转换器85用于将该PFC电路95所输出的直流电压转换为一特定范围的直流电压。本实施例中，该转换后的直流电压的范围为127伏特至375伏特，该范围等效于该PSU 20所能接受的90伏特至264伏特的交流电压调节范围，故，当处于该特定范围的直流电压通过该PDU 10输入该PSU 20的交流输入端时，该PSU 20依然可正常工作。
请参考图2，本实施例中，该直流升压转换器116包括电压输入端M和N、电感L、场效应管Q、二极管D1和电容C，其中该电压输入端M和N用于接收来自该第二浪涌保护器70的电压。该场效应管Q的栅极连接该控制器105，该场效应管Q的漏极通过该电感L连接该电压输入端M，该场效应管Q的源极和该电压输入端N均接地，该二极管D1的阳极连接该场效应管Q的漏极，该二极管D1的阴极通过该电容C接地，该二极管D1的阴极还连接该二极管D2的阳极。
该控制器105用于输出一时钟信号至该直流升压转换器116，以调节该直流升压转换器116的输出电压，其中该时钟信号的占空比不超过一指定值如50%，该指定值可根据该太阳能电池模块30的太阳能电池板的电性能参数设定，以充分利用太阳能。本实施例中，该直流升压转换器116的输出和输入电压的关系式为：
Vout/Vin =1/（1-D）；
其中Vout为该直流升压转换器116的输出电压，Vin为该直流升压转换器116的输入电压（即该太阳能电池模块30的输出电压），D为该直流升压转换器116所接收的时钟信号的占空比。本实施例中，假设该PFC电路95的输出电压为390伏特，该控制器105所输出的时钟信号的占空比的指定值（即最大值）为50%，则根据上述公式可设定该太阳能电池模块30相对该PFC电路95的输出电压的对比电压为195伏特（即390*(1-50%)伏特）。当该太阳能电池模块30的输出电压大于195伏特时，该直流升压转换器16将该太阳能电池模块30的输出电压转换为大于该PFC电路95的输出电压的电压值如400伏特，使得该太阳能电池模块30的输出电压恒大于该PFC电路95的输出电压，继而使得该二极管D2导通，该二极管D3截止，从而使得该直流升压转换器116保持输出电压至该直流降压转换器85，而该PFC电路95不提供电压给该直流降压转换器85。当该太阳能电池模块30的输出电压小于195伏特时，由于该时钟信号的占空比的最大值为50%，又根据上述公式可知，该直流升压转换器116的输出电压将小于该PFC电路95的输出电压（即390伏特），使得该二极管D2截止，该二极管D3导通，从而使得该PFC电路95保持输出电压至该直流降压转换器85，而该直流升压转换器116不提供电压给该直流降压转换器85。当该太阳能电池模块30的输出电压等于195伏特时，该直流升压转换器16的输出电压等于该PFC电路95的输出电压，使得该二极管D2和D3均导通，使得该直流升压转换器116和该PFC电路95同时提供电压给该直流降压转换器85。如此，即可让该交流电源40和该太阳能电池模块30同时或交替的提供电压给该PDU 10，避免由于频繁地切换该第一和第二浪涌保护器45和70所产生的接点氧化等问题，以及避免该直流升压转换器116频繁关闭和开启所导致的使用性能下降的问题。
该电池90和该直流电力模块80均为该不间断电源系统100的辅助电源，当该交流电源40和该太阳能电池模组30因故障停止供电时，该PDU 10的输入电压由该电池90或该直流电力模块80提供。本实施例中，该直流电力模块80包括其他服务器机柜的直流电源。该直流电力模块80和该电池90均通过该PDU 10直接输出直流电压至该PSU 20。
上述不间断电源系统100通过设定该直流升压转换器116的时钟信号的最大值及根据该太阳能电池模块30的输出电压自动调节该直流升压转换器116的输出电压，使得该二极管D2和D3截止或导通，从而使得该太阳能电池模块30和该交流电源40可交替地提供电压给该PDU 10。如此，无需通过该第一和第二浪涌保护器45和70来切换该交流电源40和该太阳能电池模块30，则可避免因频繁地切换该第一和第二浪涌保护器45和70所产生的接点氧化等问题，且无需通过关闭该直流升压转换器116即可控制该交流电源40提供电压给该PDU 10，利于系统的稳定性，另外，由于该太阳能电池模块30和该交流电源40还可同时提供电压该PDU 10，提高太阳能利用率。

Claims (10)

1.一种不间断电源系统，用于为一服务器机柜的交流电源供应单元提供电压，该不间断电源系统包括：
一交流电源，用于输出交流电压；
一整流器，用于将该交流电源所输出的交流电压转换为第一直流电压；
一功率因数校正电路，用于提高该整流器所输出的第一直流电压的功率因数，该功率因数校正电路的电压输出端输出第二直流电压至一第一二极管的阳极；
一太阳能电池模块，用于将太阳能转换为电能并输出一第三直流电压；
一直流升压转换器，该直流升压转换器的电压输入端连接该太阳能电池模块以接收该第三直流电压，该直流升压转换器的电压输出端连接一第二二极管的阳极，该第一和第二二极管的阴极相连，该直流升压转换器用于将该第三直流电压转换为第四直流电压；
一控制器，用于输出一时钟信号至该直流升压转换器，以控制该直流升压转换器所输出的第四直流电压的大小，其中该时钟信号的占空比不超过一指定值；当该太阳能电池模块所输出的第三直流电压大于一指定电压时，该第四直流电压大于该功率因数校正电路所输出的第二直流电压，使得该第一二极管截止，该第二二极管导通，则该第四直流电压通过该第二二极管输出；当该第三直流电压小于该指定电压时，该第四直流电压小于该第二直流电压，使得该第一二极管导通，该第二二极管截止，则该第二直流电压通过该第一二极管输出；当第三直流电压等于该指定电压时，该第四直流电压等于该第二直流电压，该第一和第二二极管均导通，该二和第四直流电压分别通过该第一和该第二二极管输出；
一直流降压转换器，与该第一和第二二极管的阴极相连，用于将该第二直流电压或该第四直流电压降为电压值处于该交流供应单元可接受的范围内的第五直流电压；以及
一电源分配单元，用于将该第五直流电压输出至该交流电源供应单元。
2.如权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：该时钟信号的占空比的指定值根据该太阳能电池模块的太阳能电池板的电性能参数设定。
3.如权利要求2所述的不间断电源系统，其特征在于：该指定电压根据该时钟信号的占空比的指定值以及该直流升压转换器的输出电压与输入电压之间的关系式设定。
4.如权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：该第四直流电压的电压值范围为127伏特至375伏特。
5.如权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：该电源分配单元还包括一断路器，该断路器连接于该交流电源和该整流器之间，以用于过流保护。
6.如权利要求3所述的不间断电源系统，其特征在于：该不间断电源系统还包括第一和第二浪涌保护器，该第一浪涌保护器连接于该第一交流电源和该整流器之间，该第二浪涌保护器连接于该直流升压转换器和该太阳能电池模块之间，该第一和第二浪涌保护器均仅当回路出现浪涌电流和瞬时过电压才处于断开状态。
7.如权利要求6所述的不间断电源系统，其特征在于：该直流转换器包括电感、场效应管、第三二极管、电容、第一和第二电压输入端，其中该第一和第二电压输入端用于接收来自该第二浪涌保护器的电压；该场效应管的栅极连接该控制器，该场效应管的漏极通过该电感连接该第一电压输入端，该场效应管的源极和该第二电压输入端均接地，该第三二极管的阳极连接该场效应管的漏极，该第三二极管的阴极通过该电容接地，该第三二极管的阴极还连接该第二二极管的阳极。
8.如权利要求7所述的不间断电源系统，其特征在于：该直流升压转换器的输出电压与输入电压之间的关系式为：
Vout/Vin =1/（1-D）；
其中，Vout为该直流升压转换器的输出电压，Vin为该直流升压转换器的输入电压，D为该直流升压转换器所接收的时钟信号的占空比。
9.如权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：该不间断电源系统还包括一第一直流辅助电源，当该交流电源和该太阳能电池模块停止提供电压给该电源分配单元时，该第一直流辅助电源为一直流电力模块，该直流电力模块为其他服务器机柜的直流供电系统。
10.如权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：该不间断电源系统还包括一第二直流辅助电源，该第二直流辅助电源用于提供电压值在该交流供电单元可接受的范围内的直流电压给该交流电源供应单元，该第二直流辅助电源为一电池。
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