CN103532217A - 不间断电源系统 - Google Patents

Abstract

一种不间断电源系统用于为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整流器、直流转换器、电源分配单元、交流电源、电池以及电池充放电电路。该交流电源通过该整流器将交流电压转换为直流电压，再通过该直流转换器和该电源分配单元输出适合该交流电源供应单元工作的直流电压至该交流电源供应单元，且同时通过电池充放电电路为电池充电。当该交流电源停止供电时，该电池则通过电池充放电电路提供直流电压给该交流电源供应单元。上述不间断电源系统通过交流电源或电池提供不间断直流电压给该交流电源供应单元，效率高且电路简单。

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

服务器机柜的不间断电源包括主电源和辅助电源，主电源一般为交流电源，辅助电源为一可充电电池，该交流电源给服务器供电的同时还通过一整流器将交流电压转换为直流电压，以给该可充电电池充电，当该交流电源发生故障无法给服务器供电时，该充电电池即通过一逆变器将直流电压转换为交流电压，以给服务器供电，如此，该整流器及逆变器在转换电流的过程中将损耗一定量的电能，不利于节能且效率低。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种利于节能且效率高的不间断电源系统。

一种不间断电源系统，用于为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一第一直流电压；

一直流转换器，用于将该整流器所输出的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一第二直流电压；

一电池充放电电路，与直流转换器的输出端相连；

一电池，该充电电路用于为该电池充电；

一电源分配单元，用于将该第二直流电压输出至该交流电源供应单元；当该交流电源停止供电时，该电池通过该电池充放电单元输出电压至电源分配单元，该电源分配单元还用于将电池的电压输出至交流电源供应单元。

上述不间断电源系统在交流电源正常供电时将交流电源通过整流器及直流转换器转换为直流电压后为电源分配单元供电，并同时利用电池充放电电路对电池进行充电；在交流电源不能正常供电时则使得电池通过电池充电电路将电压输出至电源分配单元，简化了电路结构。

附图说明

图1为本发明不间断电源系统的较佳实施方式的方框图。

图2为图1中不间断电源系统的直流转换器与电池充放电电路的较佳实施方式的电路图。

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
直流转换器	85
		电池	90
直流电力模块	80
		第二浪涌保护器	70
PDU	10
		电池充放电电路	12
第一断路器	60
		第二断路器	50
太阳能电池模组	30
		交流电源	40
PSU	20
		电容	C1、C2
场效应管	Q1-Q5
		变压器	T
二极管	D1、D2、D3
		电感	L1、L2
IC芯片	856

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、太阳能电池模组30、电池90、直流电力模块80、第一和第二浪涌保护器45和70、整流器65、PFC（power factor correction，功率因子校正）电路95、隔离型直流转换器85、PDU（power distribution unit，电源分配单元）10及电池充放电电路12。该PDU 10包括第一断路器60及第二断路器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、PFC电路95和该隔离型直流转换器85与该PDU 10的第一电源输入端相连。该太阳能电池模组30依次通过该第二断路器50和该第二浪涌保护器70与该整流器65和该PFC电路95之间的节点相连。该电池90与该PDU 10的第二电源输入端相连。该电池充放电电路12连接于直流转换器85与电池90之间。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。

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均用于抑制浪涌电流和瞬时过电压。

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，其它实施例中，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或该太阳能电池模组30所输出的直流电压的功率因子。

该隔离型直流转换器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，该隔离型直流转换器85包括电容C1、电感L1二极管D1及D2、场效应管Q1和Q2、变压器T、用于接收来自该PFC电路95的电压的电压输入端A和B，以及用于输出电压至该PDU 10的第一电源输入端的电压输出端M和N。该电压输入端A连接变压器T的原边的中间抽头，该场效应管Q1的漏极与变压器T的原边的同名端相连，该场效应管Q2的漏极与变压器T的原边的异名端相连，该场效应管Q1及Q2的源极与电压输入端B相连之后接地。该场效应管Q1及Q2的栅极与一直流转换器控制IC芯片856的两信号端相连。

该变压器T的第一副边的同名端与二极管D1的阳极相连，二极管D1的阴极通过电感L1连接电压输出端M，该第一副边的中间抽头连接电压输出端N，该电压输出端M与N之间连接电容C1，该第一副边的异名端与二极管D2的阳极相连，该二极管D2的阴极与二极管D1的阴极相连。该电压输出端N还接地。

该电池充放电电路12包括开关RL、电感L2、二极管D3、电容C2、场效应管Q3-Q5以及变压器T的第二副边。该场效应管Q3的漏极与变压器T的第二副边的异名端相连，该场效应管Q4的漏极与变压器T的第二副边的同名端相连，该场效应管Q3及Q4的源极均接地，栅极与直流转换器控制IC芯片856的信号端相连。该变压器T的第二副边的中间抽头与场效应管Q5的漏极相连，还与开关RL的第一端相连，该场效应管Q5的源极与电感L2的第一端相连，该电感L2的第二端与开关RL的第二端相连，该场效应管Q5的源极还与二极管D3的阴极相连，该二极管D3的阳极接地，且通过电容C2与电感L2的第二端相连。该电池90与电容C2并联连接，且电池90的阳极与电感L2的第二端相连，电池90的阴极接地。该场效应管Q5的栅极与直流转换器控制IC芯片856的信号端相连。

当交流电源40正常供电时，该开关RL被断开，且直流转换器控制IC芯片856与场效应管Q1-Q5相连的各引脚均输出依次交替的高低电平信号至场效应管Q1-Q5的栅极，以控制场效应管Q1-Q5导通或截止。且当场效应管Q1导通时，场效应管Q2截止，当场效应管Q1截止时，场效应管Q2导通；当场效应管Q3导通时，场效应管Q4截止，当场效应管Q3截止时，场效应管Q4导通。场效应管Q5则接收交替的高低电平信号。

当场效应管Q1导通、场效应管Q2截止时，变压器T的原边的同名端接地，中间抽头与PFC电路95相连。经PFC电路95输出的电压经过变压器T的原边及第一副边变压处理之后通过变压器T的第一副边的中间抽头及同名端输出至PDU 10。同理，当场效应管Q1截止、场效应管Q2导通时，变压器T的原边的异名端接地，中间抽头与PFC电路95相连。经PFC电路95输出的电压经过变压器T的原边及第一副边变压处理之后通过变压器T的第一副边的中间抽头及异名端输出至PDU 10。

根据相似的原理可知，当场效应管Q3导通、场效应管Q4截止时，变压器T的第二副边的异名端接地，中间抽头与场效应管Q5的漏极相连。经PFC电路95输出的电压经过变压器T的原边及第二副边变压处理之后通过变压器T的第二副边的中间抽头及异名端输出至场效应管Q5。同理，当场效应管Q3截止、场效应管Q4导通时，变压器T的第二副边的同名端接地，中间抽头与场效应管Q5的漏极相连。经PFC电路95输出的电压经过变压器T的原边及第二副边变压处理之后通过变压器T的第二副边的中间抽头及同名端输出至场效应管Q5。之后，当场效应管Q5导通时，通过电感L2与场效应管Q5即可对电池90进行充电。

当交流电源40不能正常供电时，该开关RL被导通，且直流转换器控制IC芯片856与场效应管Q1-Q5相连的各引脚输出电平信号至场效应管Q1-Q5的栅极，以控制场效应管Q1及Q2截止，场效应管Q3及Q4轮替导通或截止，场效应管Q5截止。且当场效应管Q3导通时，场效应管Q4截止，当场效应管Q3截止时，场效应管Q4导通。

此时，由于场效应管Q5截止且开关RL导通，因此，电池90内的电压将会通过开关RL被输出至变压器T的第二副边。当场效应管Q3导通、场效应管Q4截止时，第二副边的异名端接地，电池90的电压将通过第二副边的中间抽头与异名端以及第一副边的中间抽头与异名端输出至PDU 10。当场效应管Q3截止、场效应管Q4导通时，第二副边的同名端接地，电池90的电压将通过第二副边的中间抽头与同名端以及第一副边的中间抽头与同名端输出至PDU 10。

该太阳能电池模组30、电池90和直流电力模块80均为该不间断电源系统100的辅助电源，当该交流电源40因故障停止供电时，该PDU 10的输入电压由该太阳能电池模组30、该电池90或该直流电力模块80提供。

该太阳能电池模组30将太阳能转换为直流电压，再通过该隔离型直流转换器85将转换后的直流电压降压为127伏特至375伏特范围之间的直流电压，以通过该PDU 10输入至该PSU 20。本实施例中，该直流电力模块80包括其它服务器机柜的直流电源。该直流电力模块80通过该PDU 10直接输出直流电压至该PSU 20。

由上述可知，该不间断电源系统100利用该PSU 20较宽的90伏特至264伏特的交流电压调节范围，直接提供在127伏特至375伏特之间的直流电压给该PSU 20供电，无需将直流电压转换为交流电压再给该PSU 20供电，效率高，且利于节能。另外，该隔离性直流转换器85及电池充放电电路12利用同一个变压器T的原边，简化了电路结构。再者，该不间断电源系统100的辅助电源包括该太阳能电池模组30、电池90和直流电力模块80，当主电源发生故障停止供电时，可由上述三个辅助电源之一供电，不间断供电可靠性高。

Claims (7)

1.一种不间断电源系统，用于为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一第一直流电压；

一直流转换器，用于将该整流器所输出的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一第二直流电压；

一电池充放电电路，与直流转换器的输出端相连；

一电池，该充电电路用于为该电池充电；

一电源分配单元，用于将该第二直流电压输出至该交流电源供应单元；当该交流电源停止供电时，该电池通过该电池充放电单元输出电压至电源分配单元，该电源分配单元还用于将电池的电压输出至交流电源供应单元。

2.如权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：该直流转换器包括第一电容、第一电感、第一二极管、第二二极管、第一及第二场效应管、变压器、用于接收来自整流器的电压的第一及第二电压输入端以及用于输出电压至该电源分配单元的第一及第二电压输出端，该第一电压输入端连接变压器的原边的中间抽头，该第一场效应管的漏极与变压器的原边的同名端相连，该第二场效应管的漏极与变压器的原边的异名端相连，该第二场效应管的源极与第二电压输入端相连之后接地，该第一及第二场效应管的栅极与一直流转换器控制IC芯片的两信号端相连，该变压器的第一副边的同名端与第一二极管的阳极相连，第一二极管的阴极通过第一电感连接第一电压输出端，该第一副边的中间抽头连接第二电压输出端，该第一及第二电压输出端之间连接第一电容，该第一副边的异名端与第二二极管的阳极相连，该第二二极管的阴极与第一二极管的阴极相连，该第二电压输出端还接地；该电池充放电电路包括开关、第二电感、第三二极管、第二电容、第三至第五场效应管以及变压器的第二副边，该第三场效应管的漏极与变压器的第二副边的异名端相连，该第四场效应管的漏极与变压器的第二副边的同名端相连，该第三及第四场效应管的源极均接地，该第三及第四场效应管的栅极与直流转换器控制IC芯片的信号端相连，该变压器的第二副边的中间抽头与第五场效应管的漏极相连，还与开关的第一端相连，该第五场效应管的源极与第二电感的第一端相连，该第二电感的第二端与开关的第二端相连，该第五场效应管的源极还与第三二极管的阴极相连，该第三二极管的阳极接地，且通过第二电容与第二电感的第二端相连，该电池与第二电容并联连接，且电池的阳极与第二电感的第二端相连，电池的阴极接地，该第五场效应管的栅极与直流转换器控制IC芯片的信号端相连。

3.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。

4.如权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：所述不间断电源系统还包括一浪涌保护器，该浪涌保护器连接于该交流电源和该整流器之间，以用于抑制浪涌电流和瞬时过电压。

5.如权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：所述不间断电源系统还包括一直流电力模块，该直流电力模块与电源分配单元相连。

6.如权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：所述不间断电源系统还包括一功率因子校正电路，该功率因子校正电路连接于该整流器和该直流转换器之间，以用于提高该整流器所输出的直流电压的功率因子。

7.如权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：所述不间断电源系统还包括一太阳能电池模组，该太阳能电池模组与该整流器和该功率因子校正电路之间的节点相连。

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