CN108616163B - 一种用于备用供电的计算机电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于备用供电的计算机电源系统，包括：第一整流电路，其与交流电源连接，第一整流电路的输出端连接一直流稳压电路；电池包，其接触端连接第一整流电路的输出端；逆变电路，其选择性连接在第一整流电路的输出端，逆变电路的输出端连接一交流稳压电路，所述计算机设置有一直流输入端和一交流输入端，直流输入端与直流稳压电路输出端选择性连接，交流输入端连接一第二整流电路，第二整流电路的输入端与交流稳压电路的输出端选择性连接；充电时各个蓄电池并联连接，放电时各个蓄电池串联连接，各个蓄电池两端移动设置有一第一电容，第一电容选择性并联在其中一个蓄电池两端。本发明解决了计算机电源系统只能短时供电的技术问题。

Description

一种用于备用供电的计算机电源系统
技术领域
本发明涉及计算机电源技术领域，具体涉及一种用于备用供电的计算机电源系统。
背景技术
UPS即不间断电源，是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断时， UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。
但现有的UPS通过整流逆变后再与计算机电源连接，而不是将经过整流后的直流电直接与计算机的电源连接，导致当蓄电池单独为计算机供电时，还需要经过逆变和整流后才能被计算机使用，这种方式增加了电路的能耗，降低了蓄电池的续航时间。
另一方面，蓄电池都是有若干个电池组成的，随着使用时间的增加，各个电池的端电压会产生差异，导致蓄电池放电的提前结束，影响蓄电池的续航能力。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的目的是提供一种用于备用供电的计算机电源系统，对计算机的电源系统进行优化改进，同时均衡各个蓄电池间的放电电压，提高蓄电池的续航能力，本发明解决了计算机电源系统只能短时供电的技术问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种用于备用供电的计算机电源系统，包括：
第一整流电路，其与交流电源连接，所述第一整流电路的输出端连接一直流稳压电路；
电池包，其由若干选择性连接的蓄电池组成，所述电池包的接触端连接所述第一整流电路的输出端，所述蓄电池的标称电压与计算机的额定工作电压一致，各个所述蓄电池的串联标称电压与所述第一整流电路的输出直流电压相等；
逆变电路，其选择性连接在所述第一整流电路的输出端，所述逆变电路的输出端连接一交流稳压电路，所述计算机设置有一直流输入端和一交流输入端，所述直流输入端与所述直流稳压电路输出端选择性连接，所述交流输入端连接一第二整流电路，所述第二整流电路的输入端与所述交流稳压电路的输出端选择性连接；
其中，充电时，各个所述蓄电池并联连接，放电时，各个所述蓄电池串联连接，各个所述蓄电池两端移动设置有一第一电容，所述第一电容选择性并联在其中一个所述蓄电池两端。
优选的，所述第一整流电路的输出端正负极之间连接一第二电容，所述第二电容两端选择性连接一直流斩波电路的第一端，所述直流稳压电路的输入端通过所述直流斩波电路与所述第一整流电路的输出端连接，所述电池包的接触端还选择性连接在所述直流斩波电路的第二端。
优选的，所述电池包中设置有三个蓄电池，其中第一蓄电池正极设置有第一开关，所述第一蓄电池负极设置有第二开关；第二蓄电池正极设置有第三开关，所述第二蓄电池负极设置有第四开关；第三蓄电池正极设置有第五开关，所述第三蓄电池负极设置有第六开关；所述第二开关、第四开关和第六开关的另一端共接。
优选的，所述第一蓄电池的正极设置有第一接点，所述第二蓄电池的正极设置有第二接点，所述第三蓄电池的正极设置有第三接点，所述第一接点、第二接点和第三接点通过一第一圆环连接。
优选的，所述第一蓄电池的负极设置有第四接点，所述第二蓄电池的负极设置有第五接点，所述第三蓄电池的负极设置有第六接点，所述第四接点、第五接点和第六接点通过一第二圆环连接，所述第一圆环和第二圆环同心间隔设置，且所述第一圆环的半径大于所述第二圆环的半径。
优选的，所述第一圆环和第二圆环为绝缘体，各个所述接点左右两侧的圆环上分别设置有一导电部，各个所述导电部间隔设置，所述导电部与所在位置处的接点导电连接。
优选的，所述第一圆环和第二圆环上表面沿圆环周长方向分别开设一圆形导轨；
所述第一电容两端分别用一导电棒连接，所述导电棒的外侧端分别设置有一导电滑块，所述第一电容两侧的所述导电滑块滑动设置在对应两侧所述圆形导轨中；
所述圆环中心设置有一转动机构，内侧的所述导电棒通过一绝缘棒与所述转动机构的转动端连接。
优选的，所述第一蓄电池的负极端通过第七开关与所述第二蓄电池的正极端连接，所述第二蓄电池的负极端通过第八开关与所述第三蓄电池的正极端连接。
优选的，电池包充电时，闭合所述第一开关至第六开关，将所述第一开关、第三开关和第五开关通过所述直流斩波电路连接至所述第一整流电路的正极输出端，将所述第二开关、第四开关和第六开关的共接端通过所述直流斩波电路连接至所述第一整流电路的负极输出端。
优选的，电池包放电时，闭合所述第一开关、第七开关、第八开关和第六开关，将所述第一开关连接至所述第一整流电路的正极输出端，将所述第二开关、第四开关和第六开关的共接端连接至所述第一整流电路的负极输出端。
与现有技术相比，本发明包含的有益效果在于：
1、本发明优化了电池包内部的电路结构，降低了计算机系统的能耗，同时提高了电池包的续航能力；
2、均衡各个蓄电池的端电压，优化蓄电池的电压输出特性，进一步提高电池包的续航能力。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是电池包的连接结构示意图；
图3是蓄电池之间的连接结构示意图；
图4是第一圆环的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。
如图1-4所示，本发明提供了一种用于备用供电的计算机电源系统，包括电池包及其内部电路、与电池包输出端连接计算机PC及其外围电路。
电池包BAT就是一般所称的UPS，电池包BAT的内部电路包括第一整流电路100、直流稳压电路1、逆变电路200、交流稳压电路2和直流斩波电路8。
第一整流电路100与交流电源连接，所述第一整流电路100的输出端正负极之间连接一第二电容C2，用于储能，当电网断电到蓄电池介入续航这段死区时间内，通过第二电容C2为计算机提供续航电源，避免计算机跳电。所述第一整流电路100的输出端连接一直流稳压电路1。
直流斩波电路8的第一端通过开关Sk与所述第二电容C2两端连接，所述直流稳压电路1的输入端通过所述直流斩波电路8与所述第一整流电路100的输出端连接，第一整流电路100的输出直流电经过直流斩波电路8斩波后降压至计算机工作电压，后经过直流稳压电路1稳压后直接为计算机供电。
通常台式计算机只有一个220V的交流输入端，而作为本发明的其中一个改进点，在计算机PC上设置有一直流输入端和一交流输入端，所述直流输入端与所述直流稳压电路1输出端通过开关St选择性连接，当电网正常供电时，电源经过第一整流电路100整流、直流斩波电路8斩波、直流稳压电路1稳压后直接与计算机PC的直流输入端连接，也就是说，市电经过第一整流电路100一次整流后直接被计算机PC所用，从而可以省去不必要的逆变和再整流过程，这种方式优化了计算的电源系统，且降低了计算机的能耗，能量的传递过程更为直接，也提高了蓄电池的续航时间。
电池包由若干选择性连接的蓄电池组成，所述电池包的接触端通过开关Sq连接所述第一整流电路100的输出端，所述电池包的接触端还通过开关Sp连接在所述直流斩波电路8的第二端。电源经过第一整流电路100整流、直流斩波电路8斩波后对电池包进行充电，其中，所述蓄电池的标称电压与计算机的额定工作电压是一致的，所以电源经过第一整流电路100整流、直流斩波电路8斩波后可以同时为蓄电池和计算机直流端供电。
逆变电路200通过开关Sn选择性连接在所述第一整流电路100的输出端，所述逆变电路200的输出端连接一交流稳压电路2，同时在所述计算机交流输入端连接一第二整流电路3，所述第二整流电路3的输入端与所述交流稳压电路2的输出端通过开关Sr选择性连接。
这种设计方式使得，计算机PC预留有一个通用的交流输入端，在没有直流源的情况下，计算机的交流输入端通过第二整流电路3可以直接插设在通用的220V交流电源上。同时，本发明的电源系统中，也通过逆变电路200和交流稳压电路2来提供正常的可断电续航的220V交流电源，为其他交流负载提供可续航的交流电源。当然，不自带直流输入端的计算机PC可以通过逆变电路200、交流稳压电路2和第二整流电路3连接在第一整流电路100的直流输出端上，为计算机供电。
也就是说，本发明的计算机电源系统同时提供可续航的交流电和直流电，交流电为与市电相同的220V电源，为交流负载和没有自带直流输入端的计算机供电，220V的交流电可以通过再整流后为计算机使用。而本发明的计算机电源系统提供的直流电经直直变换后，其电压值与计算机的工作电压和电池包的充电电压一致，可以直接为电池包充电，同时直接被计算机使用，省去逆变和再整流过程，从而降低了计算机的能耗，能量的传递过程更为直接，也提高了蓄电池的续航时间。
本实施例中，所述电池包中设置有三个蓄电池Eq1、Eq2、Eq3来进行解释说明，具体可根据实际情况调整蓄电池的标称电压和使用数量，本实施例只是为例叙述方便采用3个蓄电池，优选的，可以根据计算机的额定工作电压来确定采用蓄电池的标称电压和蓄电池数量，使得每个蓄电池的标称电压与计算机的额定工作电压一致，第一整流电路100的输出直流电可以同时为计算机供电和对蓄电池充电；根据各个蓄电池的串联标称电压与第一整流电路100的输出直流电压一致来确定蓄电池的数量。
本实施例中，第一整流电路100接市电，第一整流电路100的输出直流电压为220V，计算机的直流工作电压为73V，蓄电池的标称电压也为73V，数量为3个。根据现实情况，比如计算机的直流工作电压为20V，则蓄电池的标称电压也为20V，数量为11个。
本实施例中，以3个蓄电池为案例进行说明，如果是11个蓄电池，则顺应增加即可。其中，第一蓄电池Eq1正极设置有第一开关S11，所述第一蓄电池Eq1负极设置有第二开关S12；第二蓄电池Eq2正极设置有第三开关S21，所述第二蓄电池Eq2负极设置有第四开关S22；第三蓄电池Eq3正极设置有第五开关S31，所述第三蓄电池Eq3负极设置有第六开关S32；所述第二开关S12、第四开关S22和第六开关S32的另一端共接，共接点记为A。
各个所述蓄电池两端移动设置有一第一电容C1，所述第一电容C1选择性并联在其中一个所述蓄电池两端。
具体的，所述第一蓄电池Eq1的正极设置有第一接点11，所述第二蓄电池Eq2的正极设置有第二接点21，所述第三蓄电池Eq3的正极设置有第三接点31，所述第一接点11、第二接点21和第三接点31通过一第一圆环6连接。
所述第一蓄电池Eq1的负极设置有第四接点12，所述第二蓄电池Eq2的负极设置有第五接点22，所述第三蓄电池Eq3的负极设置有第六接点32，所述第四接点12、第五接点22和第六接点32通过一第二圆环4连接，所述第一圆环6和第二圆环4同心间隔设置，且所述第一圆环6的半径大于所述第二圆环4的半径。
所述第一圆环6和第二圆环4为绝缘体，各个所述接点左右两侧的圆环上分别设置有一导电部，各个所述导电部间隔设置，所述导电部与所在位置处的接点导电连接，每个蓄电池两侧与接点连接的导电部对应间隔设置。
具体的，第一接点11两侧的第一圆环6上设置有导电部61，第二接点21两侧的第一圆环6上设置有导电部62，第三接点31两侧的第一圆环6上设置有导电部63。
第四接点12两侧的第二圆环4上设置有导电部41，第五接点22两侧的第二圆环4上设置有导电部42，第六接点32两侧的第二圆环4上设置有导电部43。
导电部61和导电部41之间的距离与第一圆环6和第二圆环4的间隔距离一致，导电部62和导电部42之间的距离与第一圆环6和第二圆环4的间隔距离一致，导电部63和导电部43之间的距离与第一圆环6和第二圆环4的间隔距离一致。
所述第一圆环6和第二圆环4上表面沿圆环周长方向分别开设一圆形导轨。如图4所示，以第一圆环6为例，圆形导轨64开设在第一圆环6上表面中心，圆形导轨64与第一圆环6同心设置，圆形导轨64贯穿导电部61、62和63中心，且圆形导轨64的深度小于导电部61、62和63的厚度，各个蓄电池的正极设置的第一接点11、第二接点21和第三接点31分别导电连接在各自对应的导电部上，优选的，导电部61、62和63等间距设置在第一圆环6上。
第二圆环4的结构与第一圆环6的结构对应一致。
同时，所述第一电容C1两端分别用一导电棒53连接，所述导电棒53的外侧端分别设置有一导电滑块51、52，导电棒53两端的距离与两侧圆形导轨之间的间隔距离一致。所述第一电容C1两侧的所述导电滑块51、52滑动设置在对应两侧所述圆形导轨中，当导电滑块移动到导电部中时，则与该导电部导电接触。
具体的，所述圆环中心设置有一中心轴71，中心轴71上设置有一转动机构7，内侧的所述导电棒53通过一绝缘棒54与所述转动机构7的转动端连接，通过转动机构7及绝缘棒54转动，带动第一电容C1及其两侧的导电棒53同步转动在第一圆环6和第二圆环4上，相当于控制第一电容C1及其两侧的导电棒53在第一圆环6和第二圆环4之间循环扫描。
随着第一电容C1的转动，第一电容C1两侧会相继与导电部61和导电部41导电接触、与导电部62和导电部42接触、与导电部63和导电部43接触，由于导电部与各自的接点导电连接，也就是说第一电容C1两侧会相继与第一接点11和第四接点12接触、与第二接点21和第五接点22接触、与第三接点31和第六接点32接触，也就是说各个蓄电池两端轮流与第一电容C1两端导通，由于各个导电部具有一定的跨度，从而在第一电容C1转动过程中，给与第一电容C1一定的时间与对应的蓄电池接触，电量在第一电容C1和与之接触的蓄电池之间进行转移和平衡，从而通过第一电容C1来均衡各个蓄电池两端电压，提高各个蓄电池输出电压的一致性，优化电池包的输出性能，从而提高电池包的续航能力。
本实施例中，所述第一电容C1的额定电压与各个蓄电池的浮充电压一致。
如图3所示，所述第一蓄电池Eq1的负极端通过第七开关Sa与所述第二蓄电池Eq2的正极端连接，所述第二蓄电池Eq2的负极端通过第八开关Sb与所述第三蓄电池Eq3的正极端连接。
市电恢复后，对电池包充电，将各个所述蓄电池并联连接。具体的，闭合开关Sk、Sp，闭合所述第一开关S11至第六开关S32，将所述第一开关S11、第三开关S21和第五开关S31连接至所述直流斩波电路8的正极输出端，将所述第二开关S12、第四开关S22和第六开关S32的共接端A连接至所述直流斩波电路8的负极输出端，从而使得各个蓄电池并联在直流斩波电路8的输出端，直流斩波电路8将220V的直流电变换成73的直流电，也就是说，市电通过第一整流电路100整流、直流斩波电路8斩波后，为各个蓄电池同时充电，从而将各个蓄电池并联连接至第一整流电路100的输出端，通过第一整流电路100为各个蓄电池同时充电，提高充电效率。
同时，闭合开关St，计算机PC直接通过直流稳压电路1与直流斩波电路8的输出端连接，为计算机供电。
闭合开关Sn，则通过逆变电路200逆变后，在交流稳压电路2的输出端提供一可续航的220V的交流电源，为计算机交流输入端或其他交流负载使用。
市电断电时，通过电池包放电续航，各个所述蓄电池串联连接。具体的，断开开关Sp，闭合开关Sq，闭合所述第一开关S11、第七开关Sa、第八开关Sb和第六开关S32，将所述第一开关S11连接至所述第一整流电路100的正极输出端，将所述第二开关S12、第四开关S22和第六开关S32的共接端A连接至所述第一整流电路100的负极输出端，从而将三个蓄电池首尾串联连接在第一整流电路100的输出端，此时，3个蓄电池的串联电压为220V，从而维持直流母线的电压，再通过直流斩波电路8斩波和直流稳压电路1稳压后，为计算机直流端供电续航，通过电池包放电为计算机供电。或者通过逆变电路200和交流稳压电路2提供一个220V的交流电源，为计算机交流输入端或其他交流负载提供续航电源。
在电池包放电过程中，启动转动机构7，带动第一电容C1在第一圆环6和第二圆环4上匀速转动，并与各对导电部导电接触，也就是将第一电容C1轮流与各个蓄电池两端导通，两端电压较高的蓄电池对第一电容C1充电，两端电压较低的蓄电池通过第一电容C1进行充电，由此，通过第一电容C1来调节相邻两个蓄电池中的电量，以平衡各个蓄电池的输出电压，从而提高各个蓄电池的放电一致性，避免因各个蓄电池的电压不平衡而使得电池包放电提前结束。
由上所述，本发明优化了电池包内部的电路结构，降低了计算机PC系统的能耗，同时提高了电池包的续航能力；同时，均衡各个蓄电池的端电压，优化蓄电池的电压输出特性，进一步提高电池包的续航能力。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易的实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种用于备用供电的计算机电源系统，其特征在于，包括：
第一整流电路，其与交流电源连接，所述第一整流电路的输出端连接一直流稳压电路；
电池包，其由若干选择性连接的蓄电池组成，所述电池包的接触端连接所述第一整流电路的输出端，所述蓄电池的标称电压与计算机的额定工作电压一致，各个所述蓄电池的串联标称电压与所述第一整流电路的输出直流电压相等；
逆变电路，其选择性连接在所述第一整流电路的输出端，所述逆变电路的输出端连接一交流稳压电路，所述计算机设置有一直流输入端和一交流输入端，所述直流输入端与所述直流稳压电路输出端选择性连接，所述交流输入端连接一第二整流电路，所述第二整流电路的输入端与所述交流稳压电路的输出端选择性连接；
其中，充电时，各个所述蓄电池并联连接，放电时，各个所述蓄电池串联连接，各个所述蓄电池两端移动设置有一第一电容，所述第一电容选择性并联在其中一个所述蓄电池两端；
所述电池包中设置有三个蓄电池，所述第一蓄电池的正极设置有第一接点，所述第二蓄电池的正极设置有第二接点，所述第三蓄电池的正极设置有第三接点，所述第一接点、第二接点和第三接点通过一第一圆环连接，所述第一蓄电池的负极设置有第四接点，所述第二蓄电池的负极设置有第五接点，所述第三蓄电池的负极设置有第六接点，所述第四接点、第五接点和第六接点通过一第二圆环连接，所述第一圆环和第二圆环上表面沿圆环周长方向分别开设一圆形导轨；所述第一电容两端分别用一导电棒连接，所述导电棒的外侧端分别设置有一导电滑块，所述第一电容两侧的所述导电滑块滑动设置在对应两侧所述圆形导轨中；圆环中心设置有一转动机构，内侧的所述导电棒通过一绝缘棒与所述转动机构的转动端连接；
所述第一圆环和第二圆环同心间隔设置，且所述第一圆环的半径大于所述第二圆环的半径，所述第一圆环和第二圆环为绝缘体，各个所述接点左右两侧的圆环上分别设置有一导电部，各个所述导电部间隔设置，所述导电部与所在位置处的接点导电连接。
2.如权利要求1所述的用于备用供电的计算机电源系统，其特征在于，所述第一整流电路的输出端正负极之间连接一第二电容，所述第二电容两端选择性连接一直流斩波电路的第一端，所述直流稳压电路的输入端通过所述直流斩波电路与所述第一整流电路的输出端连接，所述电池包的接触端还选择性连接在所述直流斩波电路的第二端。
3.如权利要求2所述的用于备用供电的计算机电源系统，其特征在于，第一蓄电池正极设置有第一开关，所述第一蓄电池负极设置有第二开关；第二蓄电池正极设置有第三开关，所述第二蓄电池负极设置有第四开关；第三蓄电池正极设置有第五开关，所述第三蓄电池负极设置有第六开关；所述第二开关、第四开关和第六开关的另一端共接。
4.如权利要求3所述的用于备用供电的计算机电源系统，其特征在于，所述第一蓄电池的负极端通过第七开关与所述第二蓄电池的正极端连接，所述第二蓄电池的负极端通过第八开关与所述第三蓄电池的正极端连接。
5.如权利要求4所述的用于备用供电的计算机电源系统，其特征在于，电池包充电时，闭合所述第一开关至第六开关，将所述第一开关、第三开关和第五开关通过所述直流斩波电路连接至所述第一整流电路的正极输出端，将所述第二开关、第四开关和第六开关的共接端通过所述直流斩波电路连接至所述第一整流电路的负极输出端。
6.如权利要求5所述的用于备用供电的计算机电源系统，其特征在于，电池包放电时，闭合所述第一开关、第七开关、第八开关和第六开关，将所述第一开关连接至所述第一整流电路的正极输出端，将所述第二开关、第四开关和第六开关的共接端连接至所述第一整流电路的负极输出端。
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