CN103904771A

CN103904771A - 不间断供电电源装置

Info

Publication number: CN103904771A
Application number: CN201310733002.7A
Authority: CN
Inventors: 椛泽孝; 坂本仁一
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: EP2750262A1; US9490661B2; EP2750262B1; US20140183959A1; CN103904771B; JP2014128142A

Abstract

本发明的不间断供电电源装置包括：电池；对电池的电力进行转换的功率转换电路；以及电压控制电路，该电压控制电路在未从外部电源装置输出停电检测信号的状态下，使功率转换电路的输出电压维持在低于额定电压的待机电压，在从外部电源装置输出停电检测信号的状态下，对功率转换电路进行控制，以使功率转换电路的输出电压达到额定电压。

Description

不间断供电电源装置

技术领域

本发明涉及不间断供电电源装置。

背景技术

在将商用电源的电力转换为规定电压的电力提供给电子设备的外部电源装置中，若发生商用电源的瞬时停电，则提供给电子设备的电力的电压会暂时下降，可能会对该电子设备的工作造成妨碍。已知有下述不间断供电电源装置（Uninterruptible Power Supply）：利用外部电源装置在上述情况下输出的停电检测信号来检测商用电源的瞬时停电，并在瞬时停电时由备用电池等向电子设备供电。

通常在外部电源装置中标准配备的通用的停电检测电路在发生瞬时停电的时刻到外部电源装置输出停电检测信号为止，大多会产生较长时间的延迟。此外，现有的不间断供电电源装置在检测到停电检测信号后起动内部的整流器电路、逆变器电路等，所以在检测到停电检测信号之后直到成为能提供额定电压的电力的状态为止，需要一定程度的时间。因此，在因瞬时停电而停止由商用电源向外部电源装置供电时，尽管从发生瞬时停电到外部电源装置的输出电压下降为止存在稍许时间差，但不间断供电电源装置的备用电力仍可能赶不上，而造成提供给电子设备的电力的电压暂时下降。

作为用来解决上述问题的现有技术，已知有高速地检测商用电源的瞬时停电的停电检测装置等（参照日本专利特开平10-19943号公报、日本专利特开2001-13175号公报、日本专利特开2006-126135号公报、日本专利特开2007-225427号公报）。

然而，高速地检测商用电源的瞬时停电的停电检测装置通常结构复杂且尺寸较大，而且开发需要较多的费用和时间，因此很多时候非常昂贵。

发明内容

本发明是鉴于上述状况而完成的，其目的在于以低成本提供一种在发生商用电源的瞬时停电时、提供给电子设备的电力的电压暂时下降的可能性较小的不间断供电电源装置。

<本发明的第一方式>

本发明的第一方式的不间断供电电源装置包括：电池；对所述电池的电力进行转换的功率转换电路；以及电压控制电路，该电压控制电路在未从外部电源装置输出停电检测信号的状态下，使所述功率转换电路的输出电压维持在低于额定电压的待机电压，在从所述外部电源装置输出停电检测信号的状态下，对所述功率转换电路进行控制，以使所述功率转换电路的输出电压达到所述额定电压。

由此，在未从外部电源装置输出停电检测信号的状态下，将功率转换电路的输出电压维持在低于额定电压的待机电压。并且，在从外部电源装置输出停电检测信号时，对功率转换电路进行控制，以使功率转换电路的输出电压达到额定电压。由此，能大幅度地缩短从检测到停电检测信号的时刻起、直到达到能提供额定电压的电力的状态为止的时间差。因此，无需设置昂贵的停电检测装置，就能够减小商用电源发生瞬时停电时、提供给电子设备的电力的电压暂时下降的可能。

此外，能在待机时将功率转换电路的输出电压维持在低于额定电压的待机电压。因此，在由外部电源装置以额定电压对电子设备供电的期间，几乎不会消耗不间断供电电源装置的电池的电力。因此，不会发生在待机时消耗电池的电力而导致在关键的发生瞬时停电时、无法由不间断供电电源装置进行供电的情况。

由此，根据本发明的第一方式，能获得以下效果：能以低成本提供在商用电源发生瞬时停电时、向电子设备提供的电力的电压暂时下降的情况较少的不间断供电电源装置。

<本发明的第二方式>

本发明的第二方式的不间断供电电源装置的特征在于，在上述本发明的第一方式中，所述电压控制电路包括对所述功率转换电路的输出电压进行分压的第一电阻器和第二电阻器、与所述第二电阻器并联连接的第三电阻器、对所述第三电阻器与所述第二电阻器之间的并联连接进行切断的开关、以及基于所述停电检测信号对所述开关进行控制的电压控制部，所述功率转换电路包括电压调整部，该电压调整部调整输出电压，以使所述第一电阻器与所述第二电阻器的连接点的电压达到规定的电压。

根据上述特征，仅通过开关的开闭控制来改变分压比，就能控制功率转换电路的输出电压。更具体而言，在从外部电源装置输出停电检测信号时，仅通过使开关闭合来使第三电阻器与第二电阻器并联连接以改变分压比，就能使功率转换电路的输出电压从待机电压上升到额定电压。由此，能在从外部电源装置输出停电检测信号的时刻起的更短时间内，使功率转换电路的输出电压上升到额定电压，因此，能进一步地减少商用电源发生瞬时停电时、提供给电子设备的电力的电压暂时下降的情况。

<本发明的第三方式>

本发明的第三方式的不间断供电电源装置的特征在于，在上述本发明的第一方式或第二方式中，还包括充电电路，该充电电路利用外部电源装置的电力对所述电池进行充电。

根据上述特征，能在方式瞬时停电时使电池的充电状态维持在能提供足够电力的状态，因此，能事先防止在发生瞬时停电时无法从电池提供足够电力而导致向电子设备提供的电力的电压暂时下降的情况。

附图说明

图1是UPS的框图。

图2是对UPS以及ATX电源的动作进行图示的时序图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

<UPS10的结构>

参照图1对作为本发明所涉及的“不间断供电电源装置”的UPS10的结构进行说明。

图1是UPS10的框图。

作为“外部电源装置”的ATX（Advanced Technology eXtended：进阶技术扩展）电源20是由商用电源供电来动作、并向服务器30提供规定电压的直流电的装置。通常的ATX电源20具备通用的停电检测电路来作为标准配备，在检测到商用电源的停电时输出停电检测信号（PWOK、SMBALERT等）。UPS10是在商用电源（未图示）发生瞬时停电时向服务器30提供规定电压的直流电的装置。服务器30与UPS10的输出端子17以及ATX电源20的输出端子21相连接。

UPS10包括电池11、升压断路器电路12、电压控制电路13以及充电电路14。

电池11例如为镍氢充电电池等能进行充放电的充电电池。电池11的正极与开关SW1的一端侧相连，其负极接地。开关SW1的另一端侧与二极管D1的阳极端子相连接。通过使该开关SW1闭合，从而将电池11的电力提供给升压断路器电路12。

另外，即使如后述那样不设置充电电路14而例如使电池11作为一次性电池，也能够实施本发明。

作为“功率转换电路”的升压断路器电路12是公知的升压电路，是对电池11的电压进行升压以转换为一定电压的电路。“功率转换电路”可以是例如公知的降压断路器电路、升降压断路器电路，也可以是根据例如服务器30的规格等、将电池11的直流电转换为交流电的公知的逆变器电路。

升压断路器电路12包括线圈L1、开关SW2、二极管D3以及开关控制部15。

线圈L1的一端侧与二极管D1的阴极端子相连接，其另一端与二极管D3的阳极端子以及开关SW2的一端侧相连接。二极管D3的阴极端子与二极管D4的阳极端子相连接，二极管D4的阴极端子与输出端子17相连接。开关SW2的另一端侧接地。开关SW2例如是晶体管、FET（Field effect transistor：场效应晶体管）等半导体开关元件。作为“电压调整部”的开关控制部15对开关SW2进行导通/断开控制，并调整其占空比，从而执行将升压断路器电路12的输出电压维持在一定电压的控制。更具体而言，开关控制部15对开关SW2进行导通/断开控制来调整输出电压，以使得后述的参照电压V1的电压达到规定的电压。

电压控制电路13包括第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、开关SW3以及电压控制部16。

第一电阻器R1和第二电阻器R2构成对升压断路器电路12的输出电压进行分压的分压电路。第三电阻器R3与第二电阻器R2并联连接。开关SW3例如是晶体管、FET等半导体开关元件，对第三电阻器R3与第二电阻器R2之间的并联连接进行切断。电压控制部16例如是公知的微机控制装置，基于ATX电源20所输出的停电检测信号PWOK来执行开关SW3的开闭控制。

更具体而言，第一电阻器R1的一端侧与二极管D3的阴极端子相连接，其另一端侧与电阻器R2的一端侧相连接。第二电阻器R2的另一端侧接地。第三电阻器R3的一端侧连接到第一电阻器R1与第二电阻器R2的连接点，其另一端侧与开关SW3的一端侧相连接。开关SW3的另一端侧接地。第一电阻器R1与第二电阻器R2的连接点与升压断路器电路12的开关控制部15相连接，该连接点的电压即为升压断路器电路12的参照电压V1。

充电电路14是利用ATX电源20的电力对电池11进行充电的电路。更具体而言，充电电路14与输出端子17相连接，ATX电源20所输出的电力的一部分通过输出端子17来提供。此外，充电电路14与开关SW4的一端侧相连接，开关SW4的另一端侧与电池11的正极相连接。开关SW4例如是晶体管、FET等半导体开关元件。通过闭合该开关SW4来对电池11进行充电。充电电路14基于电池11的充电状态对开关SW4进行开闭控制。另外，充电电路14与二极管D2的阳极端子相连接，二极管D2的阴极端子与二极管D1的阴极端子相连接。

由此，UPS10优选为设有利用ATX电源20的电力对电池11进行充电的充电电路14。由此，能够在发生瞬时停电时使电池11的充电状态维持在能提供足够电力的状态，因此，能够事先防止在发生瞬时停电时无法从电池11提供足够电力而导致提供给服务器30的电力的电压暂时下降的情况。

<UPS10的动作>

参照图2对UPS10的动作进行说明。

图2是对UPS10及ATX电源20的动作进行图示的时序图。

UPS10通过使开关SW1为闭合状态（导通），从而开始利用升压断路器电路12来进行升压（时刻T1）。由此，参照电压V1上升到规定的电压，并且升压断路器电路12的输出电压Vout（输出端子17的电压）从0V上升到待机电压Vout1（时刻T2）。待机电压Vout1是比额定电压Vout2要低的电压。例如在该实施例中，对于额定电压Vout2为12V的情况，将待机电压Vout1设定为其大约90%的电压、即约为10.9V。在不从ATX电源20输出停电检测信号PWOK的状态（停电检测信号PWOK为高（H）电平的状态）下，升压断路器电路12的输出电压Vout被维持在待机电压Vout1。

另外，升压断路器电路12从使开关SW1闭合的时刻（时刻T1）起、直到输出电压Vout从0V上升到待机电压Vout1（时刻T2）为止，需要5ms左右的时间。

若发生商用电源的瞬时停电、导致停止向ATX电源20提供交流电AC（时刻T3），对于ATX电源20，则在从停止向ATX电源20供电的时刻起至少经过约12ms之后，停电检测信号PWOK从高（H）电平变化为低（L）电平（时刻T4）。并且，对于ATX电源20，在从停止向ATX电源20供电的时刻起至少经过约13ms之后（时刻T6），直流电压输出DC开始下降。即，在ATX电源20中，从停电检测信号PWOK变化为低（L）电平起、直到直流电压输出DC的电压开始下降为止的时间差仅为1ms左右。

UPS10在停电检测信号PWOK从高（H）电平变化为低（L）电平的时刻，使SW3变为闭合状态（导通）（时刻T4）。若SW3闭合，则在该时刻，第三电阻器R3与第二电阻器R2并联连接，由此，分压比改变，参照电压V1变为低于规定电压的电压（时刻T4）。

若参照电压V1变为低于规定电压的电压，则升压断路器电路12的开关控制部15对开关SW2的控制信号的占空比进行调整，以使得参照电压V1达到规定电压。由此，升压断路器电路12的输出电压Vout从待机电压Vout1上升到额定电压Vout2（时刻T5）。即，在从ATX电源20输出停电检测信号PWOK的状态（停电检测信号PWOK为低（L）电平的状态）下，升压断路器电路12的输出电压Vout达到额定电压Vout2。

从该开关SW3闭合的时刻（时刻T4）起、直到升压断路器电路12的输出电压Vout上升到额定电压Vout2（时刻T5）为止的时间约为0.5ms。该时间短于从停电检测信号PWOK变为低（L）电平起、直到直流电压输出DC的电压开始下降为止的时间差1ms。即，UPS10在发生瞬时停电而导致ATX电源20的停电检测信号PWOK变为低（L）时，能在ATX电源20的直流电压输出DC的电压开始下降之前，使升压断路器电路12的输出电压达到额定电压Vout2（DC12V）。因此，UPS10在商用电源发生瞬时停电时几乎不会发生提供给服务器30的电力的电压暂时下降的情况。

由此，本发明所涉及的UPS10在未从ATX电源20输出停电检测信号PWOK的状态下，将升压断路器电路12的输出电压Vout维持在比额定电压要低的待机电压Vout1。并且，在从ATX电源20输出了停电检测信号PWOK时，对升压断路器电路12进行控制，以使升压断路器电路12的输出电压Vout达到额定电压Vout2。由此，能大幅度地缩短从检测到停电检测信号PWOK的时刻起、直到达到能提供额定电压Vout2的电力的状态为止的时间差。因此，无需设置昂贵的停电检测装置，利用结构极其简单的电压控制电路13，就能减少在商用电源发生瞬时停电时、提供给服务器30的电力的电压暂时下降的情况，从而能够实现无缝的备用电源接入。

此外，UPS10在待机时将升压断路器电路12的输出电压Vout维持在低于额定电压Vout2的待机电压Vout1。因此，在从ATX电源20向服务器30供电的期间，几乎不会消耗UPS10的电池11的电力。因此，不会发生在待机时消耗电池11的电力而导致在关键的发生瞬时停电时无法由UPS10向服务器30供电的情况。

由此，根据本发明，能以低成本提供在商用电源发生瞬时停电时、向服务器30等电子设备提供的电力的电压暂时下降的情况较少的UPS10。

此外，电压控制电路13能够仅通过使开关SW3闭合并使第三电阻器R3与第二电阻器R2并联连接，从而使升压断路器电路12的输出电压Vout从待机电压Vout1上升到额定电压Vout2。由此，能够在从ATX电源20输出停电检测信号PWOK的时刻起的更短时间内，使升压断路器电路12的输出电压Vout上升到额定电压Vout2，因此，能够进一步地减少商用电源发生瞬时停电时、提供给服务器30的电力的电压暂时下降的情况。

另外，本发明显然并不特别限于上述说明的实施例，可以在权利要求所记载的发明范围内进行各种变形。

Claims

1.一种不间断供电电源装置，包括电池、以及对所述电池的电力进行转换的功率转换电路，其特征在于，

具有电压控制电路，该电压控制电路在未从外部电源装置输出停电检测信号的状态下，使所述功率转换电路的输出电压维持在低于额定电压的待机电压，在从所述外部电源装置输出停电检测信号的状态下，对所述功率转换电路进行控制，以使所述功率转换电路的输出电压达到所述额定电压。

2.如权利要求1所述的不间断供电电源装置，其特征在于，

所述电压控制电路包括对所述功率转换电路的输出电压进行分压的第一电阻器和第二电阻器，与所述第二电阻器并联连接的第三电阻器，对所述第三电阻器与所述第二电阻器之间的并联连接进行切断的开关，以及基于所述停电检测信号对所述开关进行控制的电压控制部，

所述功率转换电路包括电压调整部，该电压调整部调整输出电压，以使所述第一电阻器与所述第二电阻器的连接点的电压达到规定的电压。

3.如权利要求1或2所述的不间断供电电源装置，其特征在于，

还具备充电电路，该充电电路利用外部电源装置的电力对所述电池进行充电。