TW201325026A - 不間斷電源系統 - Google Patents

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Abstract

一種不間斷電源系統用於為伺服器機櫃的交流電源供應單元提供電壓，該不間斷電源系統包括整流器、直流轉換器、電源分配單元、交流主電源、太陽能電池模組、電池以及來自其他伺服器機櫃的直流電力。該交流主電源透過該整流器將交流電壓轉換為直流電壓，再透過該直流轉換器和該電源分配單元輸出適合該交流電源供應單元工作的直流電壓至該交流電源供應單元。當該交流主電源停止供電時，該太陽能電池模組、該電池或該直流電力提供直流電壓給該交流電源供應單元。上述不間斷電源系統供電效率高且利於節能。

Description

不間斷電源系統
本發明涉及一種不間斷電源系統。
伺服器機櫃的不間斷電源包括主電源和輔助電源，主電源一般為交流電源，輔助電源為一可充電電池，該交流電源給伺服器供電的同時還透過一整流器將交流電壓轉換為直流電壓，以給該可充電電池充電，當該交流電源發生故障無法給伺服器供電時，該充電電池即透過一逆變器將直流電壓轉換為交流電壓，以給伺服器供電，如是，該整流器及逆變器在轉換電流的過程中將損耗一定量的電能，不利於節能且效率低。
鑒於以上內容，有必要提供一種利於節能且效率高的不間斷電源系統。
一種不間斷電源系統，用於為伺服器機櫃的交流電源供應單元提供電壓，該不間斷電源系統包括：
一交流主電源，用於輸出交流電壓；
一整流器，用於將該交流主電源所輸出的交流電壓轉換為直流電壓；
一直流轉換器，用於將該整流器所輸出的直流電壓降為電壓值於該交流供應單元可接受的範圍之間的另一直流電壓；
一電源分配單元，用於將該另一直流電壓輸出至該交流電源供應單元；
一第一直流輔助電源，當該交流電源停止供電時，該第一輔助電源透過該電源分配單元提供電壓值在該交流供電單元可接受的範圍之間的直流電壓給該交流電源供應單元。
上述不間斷電源系統透過該交流主電源或該第一直流輔助電源提供直流電壓給該交流電源供應單元，無需將直流電壓轉換為交流電壓再給該交流電源供應單元供電，效率高且利於節能。
請參閱圖1，本發明不間斷電源系統100用於為伺服器機櫃的交流電源供應單元（power supply unit，PSU）20提供電壓。該不間斷電源系統100包括交流電源40、太陽能電池模組30、電池90、直流電力模組80、第一和第二浪湧保護器45和70、整流器65、PFC（power factor correction，功率因數校正）電路95、隔離型直流轉換器85和PDU（power distribution unit，電源分配單元）10。該PDU 10包括第一和第二斷路器60和50。
該交流電源40依次透過該第一斷路器60、該第一浪湧保護器45、整流器65、PFC電路95和該隔離型直流轉換器85與該PDU 10的第一電源輸入端相連。該太陽能電池模組30依次透過該第二斷路器50和該第二浪湧保護器70與該整流器65和該PFC電路95之間的節點相連。該電池90與該PDU 10的第二電源輸入端相連。該直流電力模組80連接該PDU 10的第三電源輸入端。該PDU 10的電源輸出端與該PSU 20的交流電壓輸入端相連。
該第一和第二斷路器60和50均用於過流保護，該第一和第二浪湧保護器45均用於抑制浪湧電流和暫態過電壓。
該交流電源40為該不間斷電源系統100的主電源，本實施例中，該交流電源40為三相交流電源，其他實施例中，該交流電源40還可為一相交流電源。
該整流器65用於將該交流電源40所輸出的交流電壓轉換為直流電壓。
該PFC電路95用於提高該整流器65或該太陽能電池模組30所輸出的直流電壓的功率因數。
該隔離型直流轉換器85用於將該PFC電路95所輸出的直流電壓轉換為一特定範圍的直流電壓。本實施例中，該轉換後的直流電壓的範圍為127伏特至375伏特，該範圍等效於該PSU 20所能接受的90伏特至264伏特的交流電壓調節範圍，故，當處於該特定範圍的直流電壓透過該PDU 10輸入該PSU 20的交流輸入端時，該PSU 20依然可正常工作。
請參閱圖2，本實施例中，該隔離型直流轉換器85包括電容C1-C3、場效應電晶體Q1和Q2、變壓器T、二極體D1和D2、電感L、用於接收來自該PFC電路95的電壓的電壓輸入端A和B，以及用於輸出電壓至該PDU 10的第一電源輸入端的電壓輸出端M和N。該電壓輸入端A連接該場效應電晶體Q1的汲極，該場效應電晶體Q1的閘極與一直流轉換器控制IC晶片856的一訊號端相連，該場效應電晶體Q1的源極連接該變壓器T的原邊的異名端，該電壓輸入端A還透過該電容C1連接該變壓器T的原邊的同名端，該電壓輸入端B連接該場效應電晶體Q2的源極，該場效果應管Q2的閘極連接該IC晶片856的另一訊號端，該場效應電晶體Q2的汲極連接該變壓器T的原邊的異名端，該電壓輸入B還透過該電容C2連接該變壓器T的原邊的同名端。該變壓器T副邊的同名端連接該二極體D1的陽極，該變壓器T副邊的異名端連接該二極體D2的陽極，該二極體D1和D2的陰極均透過該電感L與該電壓輸出端M相連，該變壓器T的中間抽頭透過該電容C3連接該電壓輸出端M，該變壓器T的中間抽頭還與該電壓輸出端N相連。
由上述電路結構可知，該隔離型直流轉換器85沒有傳統半橋式轉換器所具備的BUCK電路和回饋電路，故，本隔離型直流轉換器85僅用於隔離和降壓。其他實施例中，該隔離型直流轉換器85還可為不包括BUCK電路和回饋電路的其他直流轉換器如全橋轉換器或推挽式轉換器。由於該PSU 20所能接受的交流電壓調節範圍較寬，故，該隔離型直流轉換器85雖不包括BUCK電路和回饋電路，但依然可提供安全的工作電壓給該PSU 20。
該太陽能電池模組30、電池90和直流電力模組80均為該不間斷電源系統100的輔助電源，當該交流電源40因故障停止供電時，該PDU 10的輸入電壓由該太陽能電池模組30、該電池90或該直流電力模組80提供。
該太陽能電池模組30將太陽能轉換為直流電壓，再透過該隔離型直流轉換器85將轉換後的直流電壓降壓為127伏特至375伏特範圍之間的直流電壓，以透過該PDU 10輸入至該PSU 20。本實施例中，該直流電力模組80包括其他伺服器機櫃的直流電源。該直流電力模組80和該電池90均透過該PDU 10直接輸出直流電壓至該PSU 20。
由上述可知，該不間斷電源系統100利用該PSU 20較寬的90伏特至264伏特的交流電壓調節範圍，直接提供在127伏特至375伏特之間的直流電壓給該PSU 20供電，無需將直流電壓轉換為交流電壓再給該PSU 20供電，效率高，且利於節能。另，該隔離性直流轉換器85不包括BUCK電路和回饋電路，利於節能。再者，該不間斷電源系統100的輔助電源包括該太陽能電池模組30、電池90和直流電力模組80，當主電源發生故障停止供電時，可由上述三個輔助電源之一供電，不間斷供電可靠性高。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
100．．．不間斷電源系統
45．．．第一浪湧保護器
65．．．整流器
95．．．PFC
85．．．直流轉換器
90．．．電池
80．．．直流電力模組
70．．．第二浪湧保護器
10．．．PDU
60．．．第一斷路器
50．．．第二斷路器
30．．．太陽能電池模組
40．．．交流電源
20．．．PSU
C1-C3．．．電容
Q1、Q2．．．場效應電晶體
T．．．變壓器
D1、D2．．．二極體
L．．．電感
856．．．IC晶片
圖1為本發明不間斷電源系統的較佳實施方式的方框圖。
圖2為圖1中不間斷電源系統的直流轉換器的較佳實施方式的電路圖。
100．．．不間斷電源系統
45．．．第一浪湧保護器
65．．．整流器
95．．．PFC
85．．．直流轉換器
90．．．電池
80．．．直流電力模組
70．．．第二浪湧保護器
10．．．PDU
60．．．第一斷路器
50．．．第二斷路器
30．．．太陽能電池模組
40．．．交流電源
20．．．PSU

Claims (10)

  1. 一種不間斷電源系統，用於為伺服器機櫃的交流電源供應單元提供電壓，該不間斷電源系統，包括：
    一交流主電源，用於輸出交流電壓；
    一整流器，用於將該交流主電源所輸出的交流電壓轉換為直流電壓；
    一直流轉換器，用於將該整流器所輸出的直流電壓降為電壓值處於該交流供應單元可接受的範圍內的另一直流電壓；
    一電源分配單元，用於將該另一直流電壓輸出至該交流電源供應單元；
    一第一直流輔助電源，當該交流電源停止供電時，該第一輔助電源透過該電源分配單元提供電壓值處於該交流供電單元可接受的範圍內的直流電壓給該交流電源供應單元。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之不間斷電源系統，其中該另一直流電壓的電壓值範圍為127伏特至375伏特。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之不間斷電源系統，其中該直流轉換器為一不包括BUCK電路和回饋電路的隔離型直流轉換器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之不間斷電源系統，其中該直流轉換器包括第一至第三電容、第一和第二場效應電晶體、變壓器、第一和第二二極體、電感、用於接收來自該整流器的電壓的第一和第二電壓輸入端，以及用於輸出電壓至該電源分配單元的第一和第二電壓輸出端，該第一電壓輸入端連接該第一場效應電晶體的汲極，該第一場效應電晶體的閘極與一直流轉換器控制IC晶片的一訊號端相連，該第一場效應電晶體的源極連接該變壓器的原邊的異名端，該第一電壓輸入端還透過該第一電容連接該變壓器的原邊的同名端，該第二電壓輸入端連接該第二場效應電晶體的源極，該第二場效應電晶體的閘極連接該IC晶片的另一訊號端，該第二場效應電晶體的汲極連接該變壓器的原邊的異名端，該第二電壓輸入端還透過該第二電容連接該變壓器的原邊的同名端，一第一電壓輸出端透過該電感連接該第一和第二二極體的陰極，該第一二極體的陽極連接該變壓器的副邊的同名端，該第二二極體的陽極連接該變壓器的副邊的異名端，該第一電壓輸出端還透過該第三電容與一第二電壓輸出端相連，該第二電壓輸出端連接該變壓器的副邊的中間抽頭。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之不間斷電源系統，其中該電源分配單元還包括一斷路器，該斷路器連接於該交流電源和該整流器之間，以用於過流保護。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之不間斷電源系統，還包括一浪湧保護器，該浪湧保護器連接於該第一交流電源和該整流器之間，以用於抑制浪湧電流和暫態過電壓。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之不間斷電源系統，其中該第一直流輔助電源為一直流電力模組，該直流電力模組為其他伺服器機櫃的直流供電系統。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之不間斷電源系統，還包括一功率因數校正電路，該功率因數校正電路連接於該整流器和該直流轉換器之間，以用於提高該整流器所輸出的直流電壓的功率因數。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之不間斷電源系統，還包括一第二直流輔助電源，該第二直流輔助電源與該整流器和該功率因數校正電路之間的節點相連，該第二直流輔助電源為一太陽能電池模組。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之不間斷電源系統，還包括一第三直流輔助電源，該第三直流輔助電源用於提供電壓值在該交流供電單元可接受的範圍內的直流電壓給該交流電源供應單元，該第三直流輔助電源為一電池。
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