RU2242833C1

RU2242833C1 - Method for no-break power supply to computers or computer systems

Info

Publication number: RU2242833C1
Application number: RU2003109676/09A
Authority: RU
Inventors: А.В. Гусельников (RU); А.В. Гусельников; С.И. Королев (RU); С.И. Королев; А.В. Кудин (RU); А.В. Кудин; Г.Н. Цветкова (RU); Г.Н. Цветкова
Original assignee: Гусельников Александр Викторович; Королев Станислав Иванович; Кудин Анатолий Владимирович; Цветкова Галина Николаевна
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2004-12-20

Abstract

FIELD: electronics; power supply to computers and systems built around them, especially power units at transformerless rectifier input.

SUBSTANCE: ac supply mains voltage is converted into dc voltage by means of rectifier. Computers and systems built around them are directly supplied with power at this voltage. At the same time this voltage is continuously supplied to electrical energy storage. Upon failure or interruption of power supply dc voltage is directly applied to computers and systems built around them from storage without its further conversion thereby affording no-break power supply.

EFFECT: enhanced reliability of power supply excluding power loss.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано для питания компьютеров и систем на их основе.The invention relates to the field of electronics and can be used to power computers and systems based on them.

В настоящее время существуют в основном два способа бесперебойного электропитания компьютеров и систем на их основе. По первому способу, в системах бесперебойного электропитания типа off-line, выпускаемых фирмами АРС, Best Power, Emerson Electric, Exide Electronics и др. (Exide Electronics:Currently, there are basically two methods for uninterrupted power supply of computers and systems based on them. According to the first method, in uninterruptible power supply systems of the off-line type, manufactured by APC, Best Power, Emerson Electric, Exide Electronics, etc. (Exide Electronics:

“Источники бесперебойного питания корпорации Exide Electronics”. Проспект фирмы, 1998), питание компьютеров или компьютерных систем осуществляют в нормальном режиме непосредственно от сети напряжением переменного тока, а при отклонениях сетевого напряжения от нормального режима электропитание осуществляют от аккумуляторов, но преобразуя предварительно посредством инвертора напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока.“Exide Electronics Corporation Uninterruptible Power Supplies.” The prospectus of the company, 1998), the power of computers or computer systems is carried out in normal mode directly from the mains with an alternating current voltage, and when the mains voltage deviates from the normal mode, the power is supplied from the batteries, but the DC voltage is first converted into an alternating current by means of an inverter.

Преобразование постоянного тока напряжение в переменное снижает КПД и существенно снижает надежность за счет введения довольно сложного устройства - инвертора для обеспечения преобразования, кроме того, при переключении компьютеров при электропитании от сети переменного тока на инвертор возможен перерыв в питании, что ухудшает качество подаваемого напряжения на компьютер.Converting DC voltage to AC reduces efficiency and significantly reduces reliability due to the introduction of a rather complex device - an inverter to ensure conversion, in addition, when switching computers when using AC power to the inverter, a power interruption is possible, which affects the quality of the voltage supplied to the computer .

По второму способу обеспечения компьютеров и компьютерных систем бесперебойным электропитанием, который принят за прототип, сетевое напряжение переменного тока преобразуют в напряжение постоянного тока. Одновременно аккумулируют часть энергии, постоянно заряжая аккумулятор этим напряжением постоянного тока, и выполняют обратное преобразование напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока. которым и питают компьютеры и компьютерные системы. Этот способ реализуется в системах типа “on-line”, выпускаемых фирмами АРС, Best Power, Emerson Electric, Exide Electronics и др. (Exide Electronics: “Источники бесперебойного питания корпорации Exide Electronics”. Проспект фирмы, 1998. Источники бесперебойного электропитания. PC MAGAZINE/RE. Спецвыпуск, январь 1997 г., с.68-79. Мир ИБП. Мир ПК, март 1997 г., с.33-57. Брифинг производителей источников бесперебойного питания. Компьютер. Октябрь 1997 г., с.212-230).According to the second method of providing computers and computer systems with uninterrupted power supply, which is adopted as a prototype, the AC mains voltage is converted to DC voltage. At the same time, part of the energy is accumulated by constantly charging the battery with this DC voltage, and the DC voltage is converted back to AC voltage. which feed computers and computer systems. This method is implemented in on-line systems manufactured by APC, Best Power, Emerson Electric, Exide Electronics, etc. (Exide Electronics: “Uninterruptible Power Supplies of Exide Electronics Corporation.” Company Prospectus, 1998. Uninterruptible Power Supplies. PC MAGAZINE / RE. Special issue, January 1997, pp. 68-79. UPS world. PC World, March 1997, pp. 33-57. Briefing of uninterruptible power supply manufacturers. Computer. October 1997, p. 212 -230).

Согласно этому способу в нормальном режиме питание компьютеров осуществляют напряжением переменного тока после двойного преобразования сетевого напряжения переменного тока. При отклонениях сетевого напряжения от нормального режима электропитание компьютеров и компьютерных систем осуществляют от аккумулятора, преобразуя предварительно его напряжение в напряжение переменного тока, т.е. и в нормальном режиме и при сбоях в сети происходит двойное преобразование электроэнергии. Однако двойное преобразование не позволяет добиться высокого КПД, как и в предыдущем случае значительно снижается надежность за счет необходимости введения довольно сложного устройства-инвертора. К тому же возможен перерыв в электропитании при переключениях с сети переменного тока на инвертор, что ухудшает качество электропитания в переходных режимах при переключении. Для реализации этого способа необходимы два преобразователя. Этим схема усложняется, а сам способ недостаточно экономичен.According to this method, in normal mode, the computers are powered by AC voltage after double conversion of the AC voltage. When the mains voltage deviates from the normal mode, the power of computers and computer systems is carried out from the battery, first converting its voltage to AC voltage, i.e. both in normal mode and in the event of a network failure, double conversion of electricity occurs. However, double conversion does not allow to achieve high efficiency, as in the previous case, reliability is significantly reduced due to the need to introduce a rather complex inverter device. In addition, a break in the power supply when switching from AC to inverter is possible, which affects the quality of power in transient conditions when switching. To implement this method, two transducers are required. This complicates the scheme, and the method itself is not economical enough.

Задача изобретения - экономично с высокой надежностью и высоким КПД обеспечить бесперебойное качественное электропитание компьютеров и компьютерных систем.The objective of the invention is economically with high reliability and high efficiency to ensure uninterrupted high-quality power supply to computers and computer systems.

Задача решена следующим образом:The problem is solved as follows:

В известном способе бесперебойного электропитания компьютеров или компьютерных систем, при котором сетевое напряжение переменного тока часть энергии аккумулируют путем постоянной зарядки накопителя энергии постоянного тока, согласно заявленному способу электропитание компьютеров и компьютерных систем осуществляют непосредственно напряжением постоянного тока, причем в нормальном режиме - сразу после преобразования сетевого напряжения постоянного тока, а при отклонениях сетевого напряжения питания осуществляют непосредственно от накопителя энергии постоянного тока. Кроме того, перед подачей электропитания компьютерам или системам напряжение постоянного тока конвертируют и стабилизируют.In the known method for uninterruptible power supply of computers or computer systems, in which the AC voltage part of the energy is accumulated by constantly charging the DC energy storage device, according to the claimed method, the power of computers and computer systems is carried out directly by the DC voltage, and in normal mode, immediately after the network conversion DC voltage, and with deviations of the mains supply voltage directly DC energy storage. In addition, before supplying power to computers or systems, the DC voltage is converted and stabilized.

Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что электропитание компьютеров, компьютерных систем и устройств, особенностью которых является использование в блоках питания на входе бестрансформаторных выпрямителей, осуществляют непосредственно напряжением постоянного тока, причем в нормальном режиме сразу после преобразования сетевого напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, а при отклонениях сетевого напряжения от нормального режима - непосредственно от накопителя энергии. Кроме того, перед подачей электропитания на компьютеры его конвертируют и стабилизируют. Отличия заявляемого способа от прототипа говорят о его новизне. Компьютеры, их аппаратные средства имеют блоки питания, выполненные по традиционной схеме: сетевой выпрямитель с конденсатором одноактный либо двухтактный конвертор, работающие на повышенных частотах (20-50) кГц.The inventive method differs from the prototype in that the power supply of computers, computer systems and devices, the peculiarity of which is the use of transformerless rectifiers in the power supplies at the input, is carried out directly with direct current voltage, moreover, in normal mode, immediately after converting the AC voltage to DC voltage, and when the mains voltage deviates from the normal mode - directly from the energy storage. In addition, before applying power to computers, it is converted and stabilized. The differences of the proposed method from the prototype indicate its novelty. Computers, their hardware, have power supplies made according to the traditional scheme: a network rectifier with a capacitor, a one-cycle or a two-cycle converter, operating at increased frequencies (20-50) kHz.

Осуществление электропитания компьютеров непосредственно напряжением постоянного тока после преобразования сетевого напряжения или от накопителя энергии постоянного тока согласно заявляемому способу промышленно применимо. Оно исключает двойное преобразование напряжения, а значит исключает и потери энергии, не требует дополнительных устройств на улучшение качества входного напряжения для компьютеров. Поскольку при отклонениях сетевого напряжения питание осуществляют непосредственно от постоянно заряженного накопителя энергии постоянного тока, что улучшает качество подаваемого напряжения за счет ликвидации переходных режимов, т.о. электропитание будет более надежно и качественно, а КПД более высок. Исключая двойное преобразование, способ позволяет исключить из канала питания при реализации довольно сложное устройство - инвертор, который определяет во многом КПД (снижая его), надежность бесперебойного электропитания компьютеров и систем на их основе. Таким образом, упростив сам способ, сделав его экономичнее, можно повысить надежность и КПД при обеспечении компьютеров бесперебойным электропитанием.The power supply of computers directly with direct current voltage after converting the mains voltage or from a direct current energy storage device according to the claimed method is industrially applicable. It eliminates double voltage conversion, which means it eliminates energy loss, does not require additional devices to improve the quality of the input voltage for computers. Since with deviations of the mains voltage, power is supplied directly from a constantly charged direct current energy storage device, which improves the quality of the supplied voltage by eliminating transient conditions, i.e. the power supply will be more reliable and high quality, and the efficiency is higher. Excluding double conversion, the method allows to exclude from the power channel during implementation a rather complex device - an inverter, which largely determines the efficiency (reducing it), the reliability of uninterrupted power supply to computers and systems based on them. Thus, having simplified the method itself and made it more economical, it is possible to increase reliability and efficiency while providing computers with uninterrupted power supply.

Известные способы (в т.ч. и заявляемый) построены на резервировании энергии, на использовании этой энергии при отклонении сетевого напряжения от нормального режима. Но в известных системах повышения КПД надежности добиваются за счет уменьшения помех, сокращения переходных процессов, минимизации потерь энергии, улучшения качественных характеристик выходного инвертируемого напряжения. Это все усложняет способ бесперебойного электропитания. Заявляемый способ исключает потери энергии на повторное преобразование сетевого напряжения, а также перерывы в электропитании компьютеров. Заявителям не известен из уровня техники такой путь решения поставленной задачи. Регулируя и стабилизируя напряжение постоянного тока, можно значительно расширить диапазон изменений входного напряжения компьютера от 100 до 280 В.Known methods (including the claimed) are built on the reservation of energy, on the use of this energy when the mains voltage deviates from the normal mode. But in the known systems of increasing the efficiency, reliability is achieved by reducing interference, reducing transients, minimizing energy loss, improving the quality characteristics of the output invertible voltage. This all complicates the uninterruptible power supply method. The inventive method eliminates the loss of energy on the repeated conversion of the mains voltage, as well as interruptions in the power supply of computers. Applicants are not known from the prior art this way of solving the problem. By adjusting and stabilizing the DC voltage, you can significantly expand the range of changes in the input voltage of the computer from 100 to 280 V.

На фиг.1 приведена блок-схема, реализующая заявляемый способ. На фиг.2, фиг.3 и фиг.4 - варианты блок-схем с конвертором.Figure 1 shows a block diagram that implements the inventive method. In Fig.2, Fig.3 and Fig.4 are variants of block diagrams with a converter.

Блок схема (фиг.1) содержит выпрямитель 1, к выходу которого последовательно подключены накопитель энергии постоянного тока 2 и потребитель 3 (компьютер или компьютерная система). Между потребителем 3 и выпрямителем 1 включен регулируемый конвертор 4 (фиг.2), с помощью которого стабилизируют постоянное напряжение, подаваемое на компьютер или компьютерную систему.The block diagram (Fig. 1) contains a rectifier 1, the output of which is connected in series to a DC energy storage device 2 and a consumer 3 (computer or computer system). Between the consumer 3 and the rectifier 1 is included adjustable converter 4 (figure 2), with which stabilize the constant voltage supplied to the computer or computer system.

В случае применения низковольтного аккумулятора (12 В) к его выходу подключают конвертор 5, преобразующий напряжение 12 В в напряжение 300-310 В (фиг.3), либо конвертор 6, преобразующий напряжение 12 В в напряжение ±5В и ±2В, подаваемое непосредственно на выходные клеммы блока питания компьютера. В обеих последних схемах аккумулятор (накопитель) 2 заряжают от сети посредством маломощного зарядного устройства 7. В качестве накопителя энергии постоянного тока 2 в зависимости от возможных перерывов в сети могут быть использованы либо электролитические конденсаторы, либо молекулярные накопители, либо аккумуляторные батареи.In the case of using a low-voltage battery (12 V), a converter 5 that converts 12 V to 300-310 V (Fig. 3) or a converter 6 that converts 12 V to ± 5 V and ± 2 V directly supplied is connected to its output to the output terminals of the computer power supply. In both of the latter schemes, the battery (accumulator) 2 is charged from the mains by means of a low-power charger 7. As electrostatic capacitors of DC power 2, either electrolytic capacitors, or molecular storage devices, or rechargeable batteries can be used.

Способ выполняют следующим способом: сетевое напряжение выпрямляют выпрямителем 1 в напряжение постоянного тока величиной 300-310 В, которым непосредственно без потерь энергии питают компьютер 3 или компьютерную систему 3. Этим напряжением постоянного тока одновременно заряжают накопитель энергии постоянного тока 2, который поддерживает в необходимых пределах постоянное напряжение при исчезновении или сбоях сетевого напряжения, обеспечивая постоянное и надежное электропитание компьютера 3. Для обеспечения стабильного напряжения на входе компьютера при широком изменении входного напряжения посредством регулируемого конвертора 4 напряжения постоянного тока стабилизируют. Если аккумулятор низковольтный (12 В), то напряжение постоянного тока конвертируют конвертором 5 в напряжение постоянного тока с величиной 300-310 В и стабилизируют его, либо конвертором 6 - в напряжение постоянного тока с величиной ±5 В, ±12 В и стабилизируют его по каналу +5 В, электропитание подают непосредственно на входные клеммы блока питания компьютера. В обоих последних случаях накопитель 2 заряжают от сети переменного тока посредством зарядного устройства 7.The method is performed in the following way: the mains voltage is rectified by a rectifier 1 into a direct current voltage of 300-310 V, which is fed directly to computer 3 or computer system 3 without this energy loss. This direct current voltage is charged to the direct current energy storage device 2, which maintains the necessary limits constant voltage upon disappearance or malfunction of the mains voltage, providing a constant and reliable power supply to the computer 3. To ensure a stable input voltage e computer with a wide change in input voltage through an adjustable converter 4, the DC voltage stabilize. If the battery is low voltage (12 V), then the DC voltage is converted by converter 5 into a DC voltage with a value of 300-310 V and stabilized, or by converter 6 into DC voltage with a value of ± 5 V, ± 12 V and stabilized by +5 V channel, power is supplied directly to the input terminals of the computer power supply. In both of the latter cases, the storage device 2 is charged from the AC mains via the charger 7.

Claims

1. A method of uninterrupted power supply to computers and systems based on them using transformerless rectifiers, in which the AC voltage is converted to direct current voltage, characterized in that the power to computers and systems based on them is carried out by direct current supplied directly to the input of the power supply with a transformerless rectifier, and when the mains voltage deviates from the normal mode, power is supplied directly from the energy storage and direct current.

2. The method according to claim 1, characterized in that the DC voltage before supplying it to a computer, computer system or device using a transformerless rectifier in the power supply is stabilized.