CN1071285A - 系统电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种系统电源，包括使电器尤其是 电子电器正常工作提供能源的至多为一个实时单独 立有效电力电源及其静止型功率变换的电源系统，其 特征是至少为一个电源系统的实时多独立有效电力 电源及其静止型网络电源变换的系统电源制式方法 和装置。

Description

本发明系统电源涉及一种如权利要求1前序部分所述的包括使电器尤其是电子电器正常工作提供能源的至多为一个实时单独立有效电力电源及其静止型功率变换的电源系统制式方法和装置。

在中国专利88204686.1和88102343.4号申请中，公开了一种电子电器自具多功能电源系统装置。其目的是由电子电器自身具有高性能多功能可后备、辅助、不间断、网络内外充供电的电源系统，其构成是在相关电源之间接入具有单向导通控制功能的电子元器件及其功能电路。其缺点是仅限于电子电器及其自身具有，施用范围有限，通用性差。

在US3453518中公开了一种电池充电控制装置。它的目的是由一个市电变换电源10可分别或同时对电池16充电或对负载11供电，可由市电变换电源10或电池16之一对负载11供电。其构成是由五位三层共计十五个活动接点的机械开关12对市电变换电源10、电池16及负载11进行共计四种功能的选择控制，在充电功能时有一个充电速率控制电路18同时工作。其缺点是结构复杂，可靠性差，功能有限，使用不便，须人工操作，即时只能有一种功能，对负载只能有一个电源供电，不但稳定可靠性差，根本不具备辅助供电、网络供电、不间断供电功能，根本不适用于对电源的稳定性、可靠性、不间断性等有苛刻要求的电子计算机等高精尖娇的现代电器设备使用。

现行广泛使用的种类繁多、性能各异、独立专用的稳定电源（稳压、稳流、稳频）、变换电源、充电电源、净化电源、逆变电源、UPS不间断电源乃至当今世界最为先进的EXIDE电子公司九 十年代最先进设计的性能优于其他各种UPS，且在很大程度上改善现今微机性能的在线式EXIDE    POWER    WARE    1000、EXIDE    PLUS    5UPS不间断电源等各类电源系统制式方法和装置。其目的是对电子计算机等电器尤其是电子电器设备提供稳定可靠无干扰的电源、备用电源、不间断电源，避免市电波动干扰停断电造成损失损坏。以UPS不间断电源为例，其典型构成是对一路市电进行抗扰滤波，由工频变压器分级或逆变稳压稳流稳频，市电停断电或电压降至170V后，有确定转换工作点如170V和转换时间如0～9mS地变换为由蓄电池提供能源进行逆变，提供短时的可供存储及关机操作避免信息丢失和设备损坏的等效一路市电的不间断的后备电源。不足之处是他们均不同程度的存在着设备占用率高、有效使用率极低、耗资高、效率低、体积庞大、结构复杂、故障率高、可靠性差、并非是真正的不间断供电、操作繁琐使用不便，其长期耗能运行极限作用只是市电断电后提供短时等效的一路市电，市电及蓄电池尤其在转换过程中有时间间断是时序地、分时的工作，均属实时单独立有效电力电源及其静止型功率变换电源系统，使其功能、性能受到根本性限制，不但造成各种资源的巨大浪费且无法确保万无一失地真正无间断高质量高稳定高可靠高效率优质供电。

本发明旨在克服上述现有技术中的缺点而提供一种结构最简、耗资最少、体积最小、效率最高、效益最大、比能最大、功率强大、负载力强、超级在线、纯零转换、级路供电、网络保险、最佳波形、无噪声、无干扰、稳定性最好、可靠性最高、方便灵活、全适需自动、无须日常操作、永久高效多重节能、空满载效率皆同、大功率长时间兼容、可级联并联增能扩容、可各路端口通用共用复用、可无工频变压器、可全半导体电子开关构成、可电压幅度频率相位波形相数不同、各种性质常规非常规电力电源通用、可各路电源非同时随意通断非同时为零、可备用、辅助、不间断、 网络供电、全适需自动充电、可满足电器真正需要改变电器工作状态大为延长电器寿命，可局部或全部由电器自身具有更为科学合理优化设置的真正高性能全功能高质量高稳定高可靠高效率无间断网络供电的至少为一个电源系统的实时多独立有效电力电源及其网络电源变换的SPS（Systematic    Power    Supply）系统电源制式方法和装置。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

一种系统电源，包括使电器尤其是电子电器正常工作提供能源的至多为一个实时单独立有效电力电源及其静止型功率变换的电源系统，其特征是至少为一个电源系统的实时多独立有效电力电源及其静止型网络电源变换的系统电源制式方法和装置。

电器系消耗电能而作功的用电器件、装置或设备。电子电器系实质工作电源为直流电的电子元器件、装置或设备。实时系某一物理过程、事件或现象发生或出现的实际时间。独立有效系不依靠其他由自身单独存在而起有效作用。电力电源系来自发电厂、发电机、电池向电器提供动力能源的电源。静止型功率变换系采用各种半导体元件的电子手段有效地改变电压、电流、频率、相位、相数中任意一项以上的变换功能及其电路装置，包括采用晶体二极管、可控硅、晶体三极管、VMOS管、复合管、集成电路等半导体元器件进行的整流、逆变、变频、直流变换等。电源系统系由至多为一个实时单独立有效电力电源及其静止型功率变换的供电集合体。静止型网络电源变换系采用各种半导体元件的电子手段有效地选择实时多个独立有效的电力电源构成的网络电源中任意一个以上的变换功能及其电路装置。系统电源系至少为一个电源系统的实时多个独立有效电力电源及其静止型网络电源变换满足负载真正需要的实时网络供电集合体。实时单独立有效电力电源可以是时序或称分时的多个独立有效电力电源。实时多独立 有效电力电源可以是多个实时单独立有效电力电源。任意多个源于同一独立有效电力电源功率变换而得的电源只是一个独立有效电力电源。

常规电源系统，电力电源是实时单独立有效的，静止型功率变换是绝对禁止“共态导通”的，其电力电源的选择变换须是同频率、同相位的，是间断的，实时单独立有效电力电源的供电必是时序的、分时的、单一的、单幅的、单频的、单波形的、单级的、单路的、单相或三相的、端口专用的、有确定转换工作点的。

本发明的系统电源是可以由多个常规电源系统构成的满足电器负载真正需要的实时网络电源。电力电源是实时多独立有效的，静止型网络电源变换是绝对必须有“共态导通”的，其网络电源选择变换是可以不同频率、不同相位的，是真正不间断纯零变换时间的，实时多独立有效电力电源的供电是即时的、同时的、单一或多个乃至全部的、单幅或多幅的、单频或多频的、单波形或多波形的、单级或多级的、单路或多路的、单相三相或任意多相的，即各种性质电力电源同时通用的无确定转换工作点的实时网络供电。

系统电源的实时多独立有效电力电源数≥2，电池电源数≥1，电压幅度可以非同时为零，电压幅度、频率、相位、波形、相数等特性可以不同，频率可以同时分别是常规的市电工频50或60Hz＝10%，发电机组的中频400Hz、1000Hz、20KHz，逆变的高频＞20KHz1浠黄鞯D400～600KHz，更可以是这些常规频率之外的0～1MHz的任意其他频率，可多级多路设置，同级内的各路或对其下级所需电压幅度在允许值范围内等效。

系统电源的静止型网络电源变换，其所用器件、电路形式、参数要求与常规静止型功率变换皆同，其工作状态为由实时多独立有效电力电源及电器负载间电压电流实时控制的稳态或暂稳态 或无稳态开关状态，其结构形式为按实时多独立有效电力电源级路设置所需的矩阵形式，其工作过程是完全无须人工操作的全自动网络控制，其作用是根据多独立有效电力电源构成的网络电源及电器负载的实时需要，选择多独立有效电力电源之一乃至全部进行稳定供电、后备供电、辅助供电、不间断供电、高效率供电、高质量供电、高可靠供电的适需全自动的网络电源变换。

静止型网络电源变换的功能可以是系统电源自身或相互之间的多级串联“与”逻辑，级内多路并联“或”逻辑，电压幅度允值等效，可端口通用共用复用，即一个端口可接入一个任意性质的电源或接入多个等效电源或可输入可输出，无极性限制，因此可按实际需要方便灵活地任意级联并联满足增加功能或大容量的需要，可以进行系统电源自身或相互间的由内向外或由外向内的有效供电的适需全自动的网络电源变换。

实时多独立有效电力电源及其静止型网络电源变换的系统电源，可以是多个常规电源系统，即多个实时单独立有效电力电源及其静止型功率变换电源系统。可以是无工频变压器的，可以由电器尤其是电子电器自身局部或全部具有，成为电器自具的系统电源。

充电系由一个电源对电池进行的直流供电，常规设置为恒压或恒流充电。本发明的系统电源的充电是由实时多独立有效电力电源及其静止型网络电源变换控制的限压限流变压变流的全自动适需充电。

系统电源可以根据电器尤其是电子电器负载的真正实际需要更为科学合理地优化设置，成为真正高质量高稳定高可靠高效率无间断供电的高性能全功能系统电源。

本发明的系统电源具有现有技术常规电源系统无可比拟的诸多显著的优异特点：

1.使系统的结构最简，耗资最少，性能最好，功能最全。可完全淘汰取代独立专用性能有限功能单一种类繁杂故障率高效率低下的稳压、稳流、稳频、变换、充电、净化、逆变、UPS不间断电源等各种电源设备，节省为其生产所需的巨大的人力、物力、能源、时间等贵重资源，具有全社会性的不可估量的经济效益。

2.超级在线，纯零转换，级路供电，网络保险，稳定性最好，可靠性最高，实现真正不间断供电，可靠性数量级地提高。常规电源系统，其极限作用只是一路市电及断电后逆变而得的一路等效市电，为实时单独立有效电力电源，供电级路数≤1。而系统电源为实时多独立有效电力电源，供电级路数≥2，最低也≥1，加之结构简化，器件数大为减少，故障率大为降低，使可靠性数量级的提高。只要实时多独立有效电力电源不同时为零，即只要有一路独立有效电力电源正常有效，即可确保正常供电，使得市电停断乃至频繁通断时，电器均毫无感觉地安然工作。

3.体积最小，比能最大，功率强大，负载力强。因其是静止型网络电源变换选择实时多独立有效电力电源之一乃至全部进行的供电，故功率强大，负载力强。因其静止型网络电源变换，可无工频变压器，可各种频率电源等效同能，可功能归并将不必要的变换降为最少，结构大为简化，故其体积最小。其能量无论与体积价格效率相比，均比能量最大，系统电源的体积可为一般UPS不间断电源的三分之一，而功率能量却至少可为其三倍，单位能量价格为UPS的几十分之一，单位能量供电时间、效率能量比为其数倍至数十倍。

4.效率最高，可永久高效多重节能，可空满载效率皆同。一般UPS不间断电源经工频变压器变压整流再逆变为等效交流市电，对电源频率要求单一，最佳负载为30～60%时理想效率为70～80%，否则效率更低。系统电源因其可无工频变压器，可适用各种频率， 可无须不必要的功率变换，无空载消耗，故可空满载效率皆近似为100%，因此可高效节能。因其波形好，又可改变电器工作状态，降低损耗，又一次节能，而对于象计算机房须空调恒温的场所，因损耗温升降低，故可降低空调降温所耗电能，又再一次节能。可节能30～70%，因其是长期运行使用，故可永久性地高效多重节能，节能效果十分可观。

5.可使用任何性质的电力电源，端口通用，级联并联，增能扩容，方便灵活。因其所用独立有效电力电源的电压幅度、频率、相位、波形、相数可以不同，各路端口可通用、共用、复用，故在单机功能容量不足时，可随需方便地级联并联，增加功能、扩大容量，一般的UPS不间断电源则只能使用市电及机内蓄电池电源，不可级联并联，功能容量不能扩展。

6.可大功率长时间兼容。UPS不间断电源的功率是确定的，供电时间是短时的，大功率UPS轻负载使用效率极低，不宜轻载使用作为长时间供电电源，即便是长时间UPS，只能增能延时，其功率却不能再增。系统电源仅后备功率即可为其数倍，在线功率则更大，负载力强，可在大范围变动，因其效率近似为100%，且空满载效率皆同，故轻载使用即为长时间供电的系统电源。

7.实时备用、辅助、不间断、网络供电适需自动，各种工作状态完全由实时静止型网络电源变换全自动动态控制，以适应网络电源及电器负载的运行情况。UPS则只能后备时序不间断供电，无辅助供电真正不间断供电的网络供电功能。

8.最佳波形，无噪声，无干扰，无须日常操作管理，系统电源的波形为电器真正所需，故可使电器具有最佳工作波形，可以无工频变压器，故可做到无噪声，静止型网络电源变换为稳态工作，可消除对电网高频开关干扰，且可将电网的干扰化害为宝，变为有用能储存。系统电源一旦开机启动投入使用，便全自动适 需工作，日后无须开关机等日常操作管理，仅对电器进行开关机工作操作即可，节省人力，减少事故。UPS不间断电源则须按规定程序每次开关机操作，否则极易造成损坏。

9.可改变电器原工作状态，大为延长电器寿命，满足电器真正需要，可将大部分现代高科技电器电源的无稳态工作状态变为暂稳态或稳态工作，降低各种损耗，延长器件寿命，工作更为可靠。

10.系统电源尤其是其静止型网络电源变换部分可由电器自身局部或全部具有，使得结构更为紧凑，体积微小，不但使电器自身具有功能齐全性能优良的系统电源，而且可作为其他适用电器的电源，显著地增强了电器的适用性和功能。

11.降低电池性能要求，大为延长电池寿命，高性能的全自动适需充电，使电池工作于适需的随时充放电状态，确保其无酸液及大量带酸气体外溢损坏设备，故可使用各种电池，且使其寿命大为延长，普通蓄电池可用5～15年或更长。UPS不间断电源中的蓄电池须使用免维护蓄电池，如使用普通蓄电池则腐蚀严重，因其处于强充强放电循环工作，寿命为2～3年，一次费用及维护费用均高。

附图的图面说明如下：

附图是系统电源的体系框图，其中包括独立专用的和由电器自身具有的至多为一个实时单独立有效电力电源及其静止型功率变换的电源系统和至少为一个电源系统的实时多独立有效电力电源及其静止型网络电源变换的系统电源的工作原理、体系构成、互相作用关系及可预见的积极效果。箭头表示相互间的作用关系和作用方向，每项中的多个箭头则表示多种可能的作用关系，单实线箭头表示单路作用，双线宽箭头表示某一同级的多路作用，同样两个箭头同级内重合可视为二者合一或只取其一或一个为外 接，作用顺序及关系可以完全不受图示所限，可以有跨越、归并、各种新的组合。所以该系统电源体系框图包括了所有的适应各种负载要求的各种电源系统的工作原理、相互关系和各种可能的构成。凡是双线宽箭头所示之处，其工作原理、构成、作用关系、所产生的积极效果均是本发明的特征所在。

本发明下面将结合附图作进一步详述。

本发明系统电源的附图，实质上示出了各种可能的实施方案。各种性能不同功能各异的系统电源体系的工作原理、构成作用关系、应产生的积极效果等均一目了然。普通技术人员皆可按图示实施出符合实际需要的系统电源。从附图可清楚地得知，本发明的系统电源包括了适用于无论是阻性、容性、感性及混合性质的各种负载所用的所有各种结构形式的常规电源系统，然而无论这些电源系统结构形式如何复杂，性能如何好，功能如何强，装置设备数量如何多，作为实时独立有效电力电源而言，其只有工频市电一个，市电停断电后，也只能有一个由UPS不间断电源间接或电池直接供电的一个电池电源，它们均是各自分时分别工作的，是实时单独立有效电力电源的时序控制电源系统，因此其稳定可靠性等均受到根本性限制。系统电源是由实时多个常规电源系统的各种性质的独立有效电力电源及其静止型网络电源变换构成的实时控制供电系统，可以多级多路地网络联接进行网络供电。具体实施时，根据负载的真正需要将电器机内电源系统、独立专用电源系统、实时多个独立有效电力电源系统、静止型网络电源变换进行最优化设计。凡是同一实时独立有效电力电源系统的全同功能的构成均可简化归并为一，多个实时独立有效电力电源系统均可由静止型网络电源变换进行各级的同级多路并联构成实时多独立有效电力电源及其静止型网络电源变换的系统电源。静型网络电源变换其工作原理、构成、所用器件及其参数特性均与静 止型功率变换相同，为半导体电子器件及其电路由负载及相关电源实时电压或电流关系实时控制，均为普通技术人员所熟知，加之可实施例数量繁多，再一一述及，实属繁琐平庸，无须赘述。

Claims (10)

1、一种系统电源，包括使电器尤其是电子电器正常工作提供能源的至多为一个实时单独立有效电力电源及其静止型功率变换的电源系统，其特征是至少为一个电源系统的实时多独立有效电力电源及其静止型网络电源变换的系统电源制式方法和装置。

2、根据权利要求1所述的系统电源，其特征是实时多独立有效电力电源数≥2、电池电源数≥1、电压幅度非同时为零的系统电源。

3、根据权利要求1所述的系统电源，其特征是实时多独立有效电力电源的电压幅度、频率、相位、波形、相数特性可以不同，各种性质电力电源通用的系统电源。

4、根据权利要求1所述的系统电源，其特征是实时多独立有效电力电源的频率可以同时分别是常规的工频、中频、高频，更可以是其外的0～1MHz的其他任意频率的系统电源。

5、根据权利要求1所述的系统电源，其特征是实时多独立有效电力电源可多级多路设置，同级内各路电压幅度允值等效的系统电源。

6、根据权利要求1所述的系统电源，其特征是半导体电子开关矩阵实时适需全自动网络控制选择实时多独立有效电力电源之一乃至全部供电的静止型网络电源变换的系统电源。

7、根据权利要求1所述的系统电源，其特征是多级串联“与”逻辑，级内多路并联“或”逻辑，可端口通用、共用、复用，可无极性限制，可随需级联并联增能扩容，可内外充供电的静止型网络电源变换的系统电源。

8、根据权利要求1所述的系统电源，其特征是可由至少一个的多个常规电源系统构成，可无工频变压器，可改变电器工作状态大为延长电器寿命，可由电器尤其是电子电器自身局部或全部具有的系统电源。

9、根据权利要求1所述的系统电源，其特征是实时多独立有效电力电源对电池电源充电尤其是限压限流变压变流全自动适需充电的系统电源。

10、根据权利要求1～9所述的系统电源，其特征是实时多独立有效电力电源多级多路设置，同级内各路电压幅度允值等效，频率可以是常规的工频、中频、高频更可以是其外的0～1MHz的任意其他频率，电压幅度、频率、相位、波形、相数特性可以不同，各种性质电力电源可以通用，独立有效电力电源数≥2，电池电源数≥1，电压幅度可不同时为零，至少为一个电源系统的实时多独立有效电力电源及其半导体电子开关矩阵实时适需全自动网络控制选择实时多独立有效电力电源之一乃至全部供电，可无工频变压器，可级联并联增能扩容，内外充供电，多级串联“与”逻辑，级内多路并联“或”逻辑，可端口通用、共用、复用，无极性限制的静止型网络电源变换的可由电器尤其是电子电器自身局部或全部具有满足电器负载实际需要的实时网络供电的真正无间断、无噪音、高效率、高稳定、高可靠、高性能全功能的系统电源制式方法和装置。