TWI542988B - 不斷電系統及其供應方法、具體非暫態的電腦可使用媒體 - Google Patents

不斷電系統及其供應方法、具體非暫態的電腦可使用媒體 Download PDF

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TWI542988B
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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Description

不斷電系統及其供應方法、具體非暫態的電腦可使用媒體
本發明是有關於一種不斷電系統及其供應方法,特別是一種適用於大型計算數據中心的不斷電系統及其供應方法。
近年來,由於大量的語音、數據和影片等應用需求,互聯網(Internet)的流量呈倍數增長。為了處理這些大量密集數據的傳輸及儲存,因此出現如雲端計算和大型數據中心等新穎的概念。這些概念能確保使用者分擔基礎設施的費用且降低個人用戶的花費。另,其他新概念如”電錶運算(Meter Computing)”及”隨收隨付(Pay As You Go)”的實現,更讓用戶使用計算資源,而不需要支付閒置的計算資源。
由於共享服務、應用及平台等資訊科技的發展,而增加對IT基礎設施“大型或巨型數據中心”的共享需求。 目前大型/巨型數據中心為了支援“雲端計算”的應用,都面臨且致力於解決成本、靈活性、可擴充性、效率、使用率、閒置率和管理等問題。而在因應對於大型數據中心需求增加的前提下。同時,業界已開始發展模組化/貨櫃型的數據中心架構。模組化/貨櫃型數據中心的基礎的發展是一個分散式概念,包括透過工廠模組化製造且用以處理及提供數據儲存的基礎元件。這些模組化的解決方案皆是以最佳化方式進行設計,而達到可靠、有效率、可重複和運營優化等目的。模組化/貨櫃型的數據中心可以提供標準化、降低成本、可擴充性、靈活性及快速應用於構構/擴充一個大型數據中心的方法。而一個典型的模組化/貨櫃型的數據中心包含一個不斷電系統(UPS Uninterruptable Power System),機架,冷卻系統和IT設備等。
不斷電系統是一種電氣設備,被用以提供緊急電源給關鍵負載(例:數據中心)於數據中心的輸入電源(一般為市電)失效時進行作動。又,不斷電系統不同於緊急電力系統(例如飛輪、燃料電池及發電機等)或是備用發電機,主要藉由例如儲存於電池或飛輪的能量提供”輸入電力源中斷”的瞬間保護。另,由於備份時間通常比較短(僅幾分鐘到十分鐘),但足以啟動備用電源,或進行正常關機保護負載和儲存其關鍵數據。一個不斷電系統通常用於數據中心、電腦和/或電信設備,以於發生不預期的電力中斷時作動,以避免嚴重的商業及數據損失。
本發明揭露一種適用於大型計算數據中心的不斷電系統及其供應方法。
本發明不斷電系統係與一交流電源相接,該不斷電系統包含一電力控制器、一電池串、一電池開關,及一電源供應器。該交流電源經由一電池充電器對該電池串充電。該電池開關與該交流電源及該電池串連接。該電源供應器與該電池開關連接,以依據該交流電源的能力,接受來自該交流電源或來自該電池串的電力,且該電源供應器提供相對應的電力給一負載。當該交流電源可用時,該電力控制器控制該電池開關將來自該交流電源的電力轉換至該電源供應器,反之,當該交流電源不可用時,該電力控制器控制該電池開關將來自該電池串的電力轉換至該電源供應器。
在一些實施例中,該電源供應器提供一直流電力給該負載。
在一些實施例中,該電源供應器包括一與該電池開關連接的升壓轉換器,其中,該升壓轉換器提供一電力給一直流-直流轉換器。
在一些實施例中,更包含一與該電力控制器及該電源供應器連接的電源選擇器,其中,該電力控制器控制該電源選擇器從至少一交流電源線和一備用電源中選擇該交流電源。
在一些實施例中,該備用電源是一發電機。
在一些實施例中,更包含一選擇性地連接在該 交流電源與該電源供應器之間,以分路該電池開關、該電池串及該電池充電器的旁路開關。
在一些實施例中,更包含一橫跨該電池開關的一緩衝電路,其抑制該電池開關切換時產生的一電弧。
在一些實施例中,更包含一提供能量給該電池串以提供電力給該負載的能源。
在一些實施例中,該能源選自由太陽能板、燃料電池、飛輪及替代來源構成的一群組。
於是,本發明一種不斷電系統供應方法,運用在一不斷電系統,該供應方法包含由一電力控制器監控一交流電源的一狀態,當該交流電源可用時,驅動一電池開關將該交流電源連接至一電源供應器,當該交流電源不可用時,驅動該電池開關將一電池串連接至該電源供應器,以該交流電源經由一電池充電器對該電池串充電,及經由該電源供應器提供一直流電源給一負載。
在一些實施例中,更包含由該電源供應器將來自該交流電源的一電力從交流轉換成直流。
在一些實施例中,使該交流電源與該電源供應器連接的該驅動步驟包括由一被該電力控制器控制的電源選擇器從至少一交流電源線和一備用電源選擇該交流電源。
在一些實施例中,使該交流電源與該電源供應器連接的該驅動步驟包括經由一分路開關分路該電池開關、該電池串及該電池充電器。
在一些實施例中,更包含經由一能源提供能量給該電池串。
在一些實施例中,該能源選自由太陽能板、燃料電池、飛輪及替代來源構成的一群組。
於是,本發明一種電腦可讀取媒體,其具有包含一不斷電系統供應方法,該方法運用於如請求項1所述的一不斷電系統,該方法包含由一電力控制器監控一交流電源的一狀態,當該交流電源可用時,驅動一電池開關將該交流電源連接至一電源供應器,當該交流電源不可用時,驅動該電池開關將一電池串連接至該電源供應器,及以該交流電源經由一電池充電器對該電池串充電。
在一些實施例中,使該交流電源與該電源供應器連接的該驅動步驟包括由一被該電力控制器控制的電源選擇器從至少一交流電源線和一備用電源選擇該交流電源。
在一些實施例中,使該交流電源與該電源供應器連接的該驅動步驟包括經由一旁路開關分路該電池開關、該電池串及該電池充電器。
由於大型/巨型數據中心需要具有較低成本、高效率、高擴充性、低元件數、易於優化的電池存儲容量、低維護成本,以及易於操作的不斷電系統。本發明藉由實現一種應用於數據中心關鍵負載備援的不斷電系統來解決前述問題,並保存所有雙轉換不斷電系統的特性。最重要的是,本發明相容於現有的模組化/貨櫃型的數據中心雲端 計算的架構。本發明揭露透過交流+直流電源供應器取代現有技術中的直流-交流轉換器,並提供板載穩壓器半穩壓直流電源來實現設備保護。本架構簡化正常待機與備援間功率切換作業,並減少了許多與現有技術相關的硬體開銷,更增進其效率。
0240‧‧‧電池組
0220‧‧‧整流器
0230‧‧‧電池充電器
0240‧‧‧電池組
0250‧‧‧變流器
0260‧‧‧保護設備
0310‧‧‧電力控制器
0311‧‧‧計算裝置
0312‧‧‧電腦可讀取媒體
0320‧‧‧電池開關
0330‧‧‧電池充電器
0339‧‧‧電池充電控制器
0340‧‧‧電池串
0350‧‧‧交流-直流電源供應器
0351‧‧‧升壓轉換器
0360‧‧‧交流電源
0361‧‧‧交流公用電線電力
0390‧‧‧被保護設備
0391‧‧‧直流-直流轉換器
0392‧‧‧伺服器/負載
0510‧‧‧電力控制器
0511‧‧‧計算裝置
0520‧‧‧電池開關
0530‧‧‧電池充電器
0539‧‧‧電池充電控制器
0540‧‧‧電池串
0550‧‧‧交流-直流電源
0551‧‧‧升壓轉換器
0552‧‧‧直流-直流轉換器
0560‧‧‧交流電源
0561‧‧‧交流公用電線電力
0562‧‧‧發電機
0570‧‧‧交流電源選擇器
0590‧‧‧保護設備
0591‧‧‧直流-直流電源
0592‧‧‧伺服器/負載
0710‧‧‧電力控制器
0711‧‧‧計算裝置
0720‧‧‧電池開關
0730‧‧‧電池充電器
0739‧‧‧電池充電控制器
0740‧‧‧電池串
0750‧‧‧交流-直流電源
0751‧‧‧升壓轉換器
0752‧‧‧直流-直流轉換器
0760‧‧‧交流電源
0761‧‧‧交流線路
0762‧‧‧發電機
0770‧‧‧交流源選擇器
0780‧‧‧旁路開關
0790‧‧‧被保護設備
0791‧‧‧直流-直流電源
0792‧‧‧伺服器/負載
0901‧‧‧大型/巨型數據中心
0902‧‧‧交流電源
0910‧‧‧模組化/貨櫃型的數據中心
0920‧‧‧模組化/貨櫃型的數據中心
0930‧‧‧模組化/貨櫃型的數據中心
0940‧‧‧機架
0941‧‧‧伺服器
0942‧‧‧伺服器
0950‧‧‧機架
0960‧‧‧機架
0970‧‧‧電池開關
1201‧‧‧集中式電池
1202‧‧‧分散式不斷電/電力調節器
1203‧‧‧分散式不斷電/電力調節器
1205‧‧‧伺服器
1206‧‧‧伺服器
1207‧‧‧電磁干擾/閃電電路
1209‧‧‧伺服器/電腦主機板
1210‧‧‧控制器
1220‧‧‧電池開關
1221‧‧‧緩衝電路
1230‧‧‧電池充電器
1231‧‧‧電池充電器
1240‧‧‧電池串
1250‧‧‧交流-直流電源
1251‧‧‧升壓轉換器
1252‧‧‧直流-直流轉換器
1258‧‧‧交流輸入
1259‧‧‧直流匯流排
1261‧‧‧公用電網交流電源
1262‧‧‧發電機
1263‧‧‧公用電網交流源
1270‧‧‧發電機轉換開關
1271‧‧‧發電機轉換開關
1280‧‧‧旁路開關
1291‧‧‧直流-直流轉換器
1292‧‧‧直流-直流轉換器
1293‧‧‧直流-直流轉換器
1294‧‧‧微處理器
1295‧‧‧記憶體
1296‧‧‧類比電路
2611‧‧‧太陽能電池板
2612‧‧‧太陽能電池板直流-直流轉換器
2621‧‧‧燃料電池
2622‧‧‧燃料電池直流-直流轉換器
2631‧‧‧飛輪
本發明其他之特徵及功效,將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現,其中:圖1是一示意圖,說明先前技術的電腦和商業製造商協會(Computer Business Equipment Manufacturers Association;CBEMA)的性能曲線;圖2是一示意圖,說明先前技術的一實施例;圖3是一示意圖,說明本發明的一實施例;圖4是一流程圖,說明該實施例的方法流程;圖5是一示意圖,說明本發明另一實施例;圖6是一流程圖,說明該實施例的方法流程;圖7是一示意圖,說明本發明另一實施例;圖8是一流程圖,說明該實施例的方法流程;圖9是一架構圖,說明本發明模組化/貨櫃型的數據中心的實施例;圖10是一架構圖,說明本發明模組化/貨櫃型的數據中心的實施例;圖11是一架構圖,說明本發明模組化/貨櫃型的數據中心的實施例; 圖12是一示意圖,說明本發明另一實施例;圖13是一示意圖,說明本發明另一實施例;圖14是一示意圖,說明本發明另一實施例;圖15是一原理圖,說明一升壓轉換器的實施例;圖16是一示意圖,說明在備份直流電池模式升壓轉換器的電流路徑Ib;圖17是一示意圖,說明本發明一示範性功率因數校正升壓變換器的較佳實施例。
圖18是一示意圖,說明本發明一示範性無橋式升壓轉換器的較佳實施例;圖19是一示意圖,說明本發明一示範性單向PFC升壓轉換器的較佳實施例;圖20是一示意圖,說明本發明一示範性多態維也納(Vienna)PFC升壓轉換器的較佳實施例;圖21是一示意圖,說明本發明一示範性交錯無橋式PFC升壓轉換器的較佳實施例;圖22是一示意圖,說明本發明一示範性多態無橋式PFC升壓轉換器的較佳實施例;圖23是為一示意圖,說明本發明一示範性反相降壓-升壓轉換器的較佳實施例,根據在電池串使用的電池之電壓,此拓撲可有效且高效率地配合電池串對於直流-直流轉換器和交流+直流電源供應器的要求;圖24是一示意圖,說明本發明一示範性非反相降壓-升壓轉換器的較佳實施例,這種轉換器拓撲利用不同的相 位控制(P1/P2),進一步確定轉換器之轉換特性;圖25是一示意圖,說明集成替代能源混合動力系統;圖26是一示意圖,說明集成替代能源混合動力系統;圖27是一示意圖,說明一與一機架0940中1+1的備援系統配置;圖28是一示意圖,說明一與一機架0940中1+1的備援系統配置;圖29是一示意圖,說明一1+1備援系統;圖30是一示意圖,說明一1+1備援系統;圖31是一示意圖,說明“1+1集中式電池備援伺服器”結構的操作模式;及圖32是一示意圖,說明“1+1集中式電池備援伺服器”結構的操作模式。
本發明提供了如下所述三個主要功能。
電力調節
交流-直流電源被設計成防止“電源線干擾”(如在圖1步驟(0100)中所描述符合CBEMA曲線要求)和“交流波形失真”(電力線路諧波/電壓波動/交流電源頻率變化)。電磁干擾(EMI ElectroMagnetic Interference)/防閃電電路提供防閃電/線路浪湧保護及噪音抑制功能。
由於電源線干擾影響IT負載正常運行,因此近年來,IT廠商在針對短暫電源線干擾的狀況下,一般使用符合諸如EN61000-3-2和IEC62040-3電力中斷需求的交流 -直流電源供應器來提供動力。同樣地,最初由電腦和商業製造商協會訂定,且通常被業界稱為電腦和商業製造商協會(Computer Business Equipment Manufacturers Association;CBEMA)曲線(圖1(0100))的一個應用註解,說明了在單相IT設備電源供應器中電力干擾的一最小容忍效能曲線。
不斷電系統
電池組、電池開關、隔離的電池充電器和控制器提供“不間斷”供電功能。在交流電源失效時,電池開關將根據控制器命令連接到直流電池串以提供持續電力給IT負載。
集中式電池
該系統集中電池貯存量於備援或多系統應用。一中央電池架構可以提供和一分散式電池系統相同的能量存儲需求,同時顯著地降低電池數量。
雖然本發明可以多種不同形式實現,在圖式中以及在此將被描述的本發明的詳細較佳實施例中將理解現在的揭露應被視為本發明的原理的範例而不是用以將本發明廣泛的觀點限制到實施例所描述的。
雖然本發明有多種不同形式的實施例顯示在附圖中,並且將在本文中詳細的描述本發明較佳的實施例,本公開應被視為本發明的原理的範例且當不能以此限定本發明實施之範圍。
本申請案的許多創新教示將以特別參照目前的 較佳實施例來描述,其中這些創新教示被有益地應用於一不斷電系統供應系統及其供應方法的特定問題。然而,應該理解的是本實施例只是這些創新教示其中的許多有利的用途的一個例子。在一般情況下,在本申請案的說明書中的陳述並不需限制任何各種請求保護的發明。而且,一些陳述可能適用於某些發明特徵,但不適用於其他的發明特徵。
不限定切換方法
本發明將討論各種升壓轉換器的拓撲結構,其中一些根據應用的脈絡是優選的。這些轉換器的拓撲結構將顯示包含MOSFET電氣開關,但本發明使用設備範圍並不在此限,並且可以包括任何形式的電氣開關,例如(但不限於)雙極電晶體、MOSFET及IGBT等。
不限定控制系統
當實現本文描述的電力控制器時,本發明可以利用各種結構。許多較佳的發明實施例可利用一計算機化的控制機制,其中電腦系統執行從一實體的、非暫態的、電腦可讀取的媒體讀取的機器指令。
系統概述0300
本發明的一個較佳的示範性系統實施例被描述於圖3(0300),在此應用上下文中,被UPS系統服務的該被保護設備0390包含一直流-直流轉換器0391的組合,其提供電力給一電腦伺服器/負載0392或一些其他負載。不斷電系統包括一個電力控制器0310,其可包含一個計算裝置 0311(例如一微處理器、微控制器、數位邏輯,或其他形式的數位電腦),其執行從一電腦可讀取媒體0312讀取的機器指令。此電力控制器0310用以協調一電池開關0320、一電池充電器0330、一電池串0340,及一交流+直流電源供應器0350的運作如同由一交流電源0360供應。
在正常操作中,電力控制器0310感測的交流電源0360(通常為一交流電公營事業供應者)的狀態,並將電池開關0320配置為提供交流電源給交流+直流電源供應器0350。交流+直流電源供應器0350被配置為接受交流輸入或直流高電壓輸入(100V-240V)並以一升壓轉換器0351處理這個輸入以提供直流電給一直流-直流轉換器0352,使提供一較低的直流電壓輸入(10V-24V)給該被保護設備0390。然後,在被保護設備0390內的直流-直流轉換器0391將此一較低的直流輸入電壓轉換成伺服器/負載0392中所需的直流電壓。
在穩定的交流電源0360輸入的正常狀態下,電池充電器0330確保電池串0340被適當地維持在一充飽電的狀態。這個電池串0340被配置為提供一相當於交流電源0360的直流電壓,並因此允許經由一包含於電池充電器0330的一電池充電控制器0339進行高效率地充電。
當交流電源0360因故失效時,電力控制器0310檢測此一電壓故障,並使電池開關0320從交流電源0360切換到電池串0340,並在這電源失效的情況下,提供直流電給交流+直流電源供應器0350。需特別說明的是,在 此情況下,被偵測到在交流電源0360中的電力失效,實際上可能是輕微的,例如偵測當下的一瞬間或是部分停電,亦或是一些其他的異常,其中交流電源0360仍提供不在品質標準可接受之電力。而這些情況下,無論來自交流電源0360的電力是否有效,電池充電器0330仍被設定為能對電池串0340充電。但供給交流+直流電源供應器的電力主要是從電池串0340取得,而不是交流電源0360。
此結構取消了與現有技術電池備援方案中關於直流電到交流電轉換的需求,因而簡化了電池充電器0330、電池串0340,及交流+直流電源供應器0350的實施例。
更進一步地,由於電池串0340相較於電池組0240(圖2(0240))具有較高電壓,因此電池串0340在充電作業上是比習知技術更有效率。換句話說,對一串聯的電池串0340進行充電將比對一並聯電池組構造(圖2(0240))需要更少的電流(在一較高的電壓的情況下),因此可減少了實現此功能的硬體元件。此外,在電源失效移轉(failover)情況下,使用在AC+DC電源供應器0350中的升壓轉換器0351允許瞬間從交流電源0360切換到電池串0340。再者,與使用在習知技術中的具有較高電流的直流到交流轉換器相比,較高的電池串0340電壓也讓交流+直流電源供應器0350有更高的效率。
方法概述0400
參閱圖3(0300)及圖4(0400),本發明不斷電系統供應方法是與一個總體方法相關聯,並包含以下步驟: (1)以一電力控制器監控來自一交流電源的線路電壓的狀態0401;(2)判斷交流電源電壓是否在預定的範圍和品質內,若否,則進行步驟(5)0402;(3)連接交流電源到一交流+直流電源供應器0403;(4)整流交流電源電力和充電電池串,並進行步驟(1)0404;(5)將交流+直流電源供應器從交流電源斷開0405;及(6)將電池串連接到交流+直流電源供應器,並進行步驟(1)0406。
熟悉本領域技藝者將了解這些方法步驟可以被增加或重新建構而不限於本發明的教示。此通用方法可藉由在此描述的各式元件而增加,以產生包含這個整體設計描述的多種發明實施例
備用系統概述-交流電源0500
圖5(0500)描述本發明另一較佳的示範系統實施例,一些較佳系統實施例中可以包含一交流電源0560,其包含複數電源例如交流公用電線電力0561及一備用交流電源例如一發電機0562或是其他電力來源。使用一交流電源選擇器0570允許依據一根據偵測到的電源輸入情況的電力控制器0510啟動的一交流輸入選擇控制線,在這些不同的交流電源0560選項0561,0562之間切換。
備用方法概述0600
圖3(0300)、5(0500)及圖6(0600)描述本發明不 斷電系統另一相關聯的實施例方法,並包含以下步驟:(1)以一電力控制器監控來自一交流電源的線路電壓的狀態0601;(2)判斷交流電源電壓是否在預定的範圍和品質內,若否,則進行步驟(6)0602;(3)將備用發電機從交流+直流電源供應器斷開0603;(4)將交流電源連接到一交流+直流電源供應器0604;(5)整流交流電源電力和充電電池串,並進行步驟(1)0605;(6)將交流電源從交流+直流電源供應器斷開0606;(7)判斷備用發電機電壓是否在預定的範圍和品質內,若否,則進行步驟(10)0607;(8)將電池串從交流+直流電源供應器斷開0608;(9)將備用發電機連接到交流+直流電源供應器,並進行步驟(12)0609;(10)將備用發電機從交流+直流電源供應器斷開0610;(11)將電池串連接到一交流+直流電源供應器0611;及(12)將備用發電機連接到電池串充電器,並進行步驟(1)0612。
熟悉本領域技藝者將了解這些方法步驟可以不受限於本發明的教示而被增加或重新建構。此通用方法可藉由在此描述的各式元件而增加,以產生包含這個整體設計描述的多種發明實施例。
備用系統概述-旁路0700
圖7(0700)描述本發明另一較佳的示範系統實施例,部分較佳的系統實施例中可以包含一旁路開關0780,其允許在電池開關0720、電池充電器0730,及/或電池串0740執行維持功能。在關閉旁路開關0780作動下這些構件被分路且可以被移除、測試,或被代替而不須中斷交流+直流電源供應器0750及被保護設備0790的整體運作。
備用方法概述0800
圖3(0300)、圖5(0500)及圖7(0700)描述的系統可與圖8描述的另一方法有關,並包含以下步驟:(1)以一電力控制器監控來自一交流電源的線路電壓的狀態0801;(2)判斷交流電源電壓是否在預定的範圍和品質內,若否,則進行步驟(6)0802;(3)將備用發電機從交流+直流電源供應器斷開0803;(4)將交流電源連接到一交流+直流電源供應器0804;(5)整流交流電源電力和充電電池串,並進行步驟(1)0805;(6)將交流電源從交流+直流電源供應器斷開0806;(7)將電池串連接到一交流+直流電源供應器0807;(8)啟動備用發電機0808;(9)監控備用發電機的狀態0809;(10)判斷備用發電機電壓是否在預定的範圍和品質內,若否,則進行步驟(8)0810;(11)將電池串從交流+直流電源供應器斷開0811; (12)將備用發電機連接到一交流+直流電源供應器0812及(13)將備用發電機連接到電池串充電器,並進行步驟(1)0813。
熟悉本領域技藝者將了解這些方法步驟可以被增加或重新建構而不限於本發明的教示。此通用方法可藉由在此描述的各式元件而增加,以產生包含這個整體設計描述的多種發明實施例。
此方法與圖6(0600)中描述相似,當在電力失效而備用發電機可能未啟動的情況下,其提供啟動備用發電機的方法。此外,在停電期間它提供了使用備用發電機將電池串充電的方法。
一般系統說明0900-1100
圖9(0900)至圖11(1100)描述的方塊圖說明大型/巨型數據中心0901的示範性的操作及結構。這個數據中心是由複數模組化/貨櫃型的數據中心0910,0920,0930組成。在每一模組/貨櫃型的數據中心中,複數個模組化機架也稱為伺服器機架0940,0950,0960可以堆疊大量的伺服器1205。在模組化/貨櫃型的數據中心中的電池串1240和電池充電器1230與電池開關0970被與伺服器安裝在同一個機架,或被安裝在一單獨的機架中。交流電源0902是一個三相星形(WYE)結構。一相電壓和中性線被分配給每一機架0940,0950,0960以形成一個平衡負載。類似的配置可以被使用於模組化/貨櫃型的數據中心0910,0920, 0930的安裝上。在每一機架0940,0950,0960中有複數個用以維持機架0940,0950,0960之間的一平衡負載的伺務器1205。
分散式不斷電系統/電源調節器1200
圖12(1200)說明在一模組化/貨櫃型的數據中心0910(圖9(0900)至圖11(1100))中的一伺服器機架0940(圖9(0900)至圖11(1100))的一具有集中式電池1201備用能量儲存構造的分散式不斷電系統/電源調節器。在本實施例中,模組化的數據中心0910包含多個伺服器機架0940,0950,0960,每一伺服器機架包括多個伺服器1205。每一伺服器1205包含一交流-直流電源供應器1250及一伺服器/電腦主機板1209。交流-直流電源供應器1250用以接受交流輸入(85VAC-240VAC,40-75赫茲)或直流輸入(85VDC×-240VDC×),並且經由兩個串聯且包括一升壓轉換器1251和一直流-直流轉換器1252的電力轉換級在內部處理這個輸入,以將這個電力輸入轉換成一直流匯流排1259(直流穩壓10-14V或半穩壓直流匯流排10-14VDC±10%),並將轉換結果饋入一伺服器/電腦主機板1209。伺服器/電腦主機板包含直流-直流轉換器1291,1292,1293。直流-直流轉換器1291,1292,1293將輸入電壓從10-14VDC轉換到一較低的穩壓直流準位,例如1.2V(伏特),3.3V,5V、±12VDC給IT負載(微處理器1294,記憶體1295,類比電路1296等等)
正常操作
在正常操作條件下,伺服器交流輸入1258從公用電網交流源1261接收電力,然後傳送電力至交流-直流電源供應器1250。在此條件下,交流-直流電源供應器工作在交流輸入模式,並將交流輸入1258轉換成直流匯流排1259(直流匯流排電壓10-14VDC)電壓,然後供電給伺服器/電腦主機板1209。在此期間,電池串1240經由電池充電器1230充電至被電池充電器預設的介於85VDC×-240VDC×之間的一電壓準位。
電力失效操作
在一公用電網交流電源1261失效的情況下,控制器1210感測到公用電網交流電源1261下降至超出其正常範圍(在任一半週期間針對一120V額定交流輸入電壓下降至低於一第一閥值90V,或是如果在預先指定的時間和可能包括但不限於限電、停電、電壓驟降、浪湧,不穩定性等情況下,RMS電壓低於100V的一第二週期)。控制器1210將使電池開關1220切換到電池備用模式,使電池串1240連接到交流-直流電源供應器1250。因此,控制器1210使發電機轉換開關1270連接到備用發電機1262,並與公用電網交流電源1261斷開。在電池備用期間,交流-直流電源供應器1250工作在直流輸入模式,其從預充電的電池串1240(電壓範圍85VDC×-240VDC×)擷取直流電壓,並轉換成一較低的直流匯流排電壓1259(10-14VDC),然後供電給伺服器/電腦主機板1209。
在電池備用模式中,當公用電網交流電源1261 下降至超出其指定範圍時,控制器1210會控制電池開關1220在半交流週期(小於8毫秒)期間切換至電池備用模式。發電機轉換開關1270需要花幾分鐘從公用電網交流電源1261分離並連接到備用發電機1262。發電機轉換開關1270的切換時序將使得它必須在電池串1240耗盡供應伺服器/電腦主機板1209的能量之前連接到備用發電機1262。
參閱圖12(1200),在備用發電機模式下,電池開關1220與電池串1240保持相連,交流-直流電源供應器1250工作在直流輸入模式而伺服器電力從備用發電機1262傳輸到電池充電器1230再到電池串1240,再與交流-直流電源供應器1250相連,而伺服器1205將工作在直流輸入模式下。可替代地,在這個備用發電機的情況下,電池開關1220可以與電池串1240斷開並切回到與公用電網交流電源連接,並使交流-直流電源供應器1250操作在交流輸入模式。在這種情況下,伺服器的電力從備用發電機1262傳輸到電池開關1220,發電機轉換開關1270,再連接到交流-直流電源供應器1250。綜上所述,在備用發電機模式下,電池開關1220可以處在交流或直流模式並供電給伺服器1205。
當公用電網交流電源1261回到正常的狀態,控制器1210會將電池開關1220,發電機轉換開關1270同時切換回公用電網連接模式,且伺服器1205將回到與公用電網交流電源1261連接,以操作於被公用電網交流電源1261 供電的交流輸入模式。
交流-直流電源供應器1250內部包含兩個功率級:升壓轉換器1251和直流-直流轉換器1252。升壓轉換器1251提供主動的功率因數校正以產生一理論上超過95%的功率因數。主動功率因數也明顯地減少總諧波和自動校正交流輸入電壓。升壓轉換器1251可在交流輸入或直流輸入工作。直流-直流轉換器1252轉換其輸入直流電壓為一較低的直流匯流排電壓1259(直流穩壓10-14V或半穩壓10-14VDC±10%),再饋入伺服器/電腦主機板1209。
伺服器1205由交流-直流電源供應器1250和主機板1209組成。主機板具有兩部分:直流-直流轉換器1291,1292,1293和IT負載微處理器1294、記憶體1295、類比電路1296等等。主機板經由內部轉換器1291,1292,1293取得直流匯流排電壓1259(10-14VDC)並轉換成一較低電壓(0.9VDC-5.0VDC或其他指定的直流電壓)以供電給IT負載微處理器1294、記憶體1295、類比電路1296等等。主機板1209IT負載可以依照上下文的應用需求為一單一設備或複數設備。
旁路操作
旁路開關1280與電池開關1220並聯連接,且提供兩個功能:
(i)維護:在本申請案中,當電池串1240和電池開關1220需要進行定期維護或電池試驗時,旁路開關1280旁路電池開關1220與電池串1240。
(ii)備援傳輸:旁路開關1280可以替電池開關1220作為一個備援轉換開關,以防止單點故障,並增加系統的可靠性。
位於跨越電池開關1220兩端的緩衝電路1221可作為一能量吸收器,以抑制從直流模式切換到交流模式時電池開關1220產生的電弧。
電磁干擾/防閃電電路1207提供照明/線路浪湧保護以供抑制噪音功能。它包含電磁干擾濾波器,能量吸收器和抑制器。
特性/功能
圖12(1200)描繪的不斷電系統/電力調節器集中式電池能量儲存分散式構造具有三個不同功能:
電力調節器
交流-直流電源供應器1250被設計成符合“電源線干擾”(符合CBEMA曲線要求)和“交流波形失真”(電力線諧波/電壓波動/交流電源頻率變化)需求。電磁干擾/防閃電電路1207做為閃電/電線浪湧保護以及雜訊抑制功能。
不間斷電力
不間斷電力供應器功能由電池串1240、電池開關1220、電池充電器1230和控制器1210提供。當交流電源失效時,電池開關1220會從公用電網電源斷開並根據控制器1210命令連接到電池串1240以提供連續電力給IT負載。
集中式電池
如圖6(0600)描述,系統集中電池存儲1240以提供備用電力給備援或者多系統應用。這種集中式電池結構可以提供與一個分散式電池系統相同的能量儲存需求,同時顯著地減少電池數量。
交流輸入參考
除非另有說明,所述交流電網電源輸入電壓是一由一頻率在45赫茲到500赫茲間且一RMS(room mean square)值在85伏特到480伏特間的正弦波組成的單相或三相系統。交流電網電源被配置為一星形(WYE)連接或一三角形連接。如圖9(0900)至圖11(1100)所示的系統,交流電源0902是一個星形構造,具有一單相或一三相電壓且中性線分配給每一機架0940,0950,0960以形成一個平衡負載。模組化/貨櫃型的數據中心0910,0920,0930可以使用一類似的分佈。每一機架0940,0950,0960內具有多個伺服器0941,0942,其被配置成機架0940,0950,0960之間的一平衡負載,以維持一平衡的三相交流系統。同樣的,交流電源0902可以被配置成一三角形系統(圖未示);電力線電壓480VAC(相對相)可以被分配給模組化/貨櫃型的數據中心0910,0920,0930,對於每一個模組化/貨櫃型的數據中心0910,0920,0930,各相電壓240VAC(相對中性點)可以被傳送到機架0940,0950,0960。該負載平衡技術是與在星形配置中的相同。
穩態電力路徑1300
圖13(1300)描述在伺服器1205被交流電源供應的穩態正常操作情況下,電力流經路徑。交流電源提供兩條電流路徑。IS路徑是主要電流路徑,其經由發電機轉換開關1270及電池開關1220提供輸入電力給交流-直流電源供應器1250。IC路徑是經過發電機轉換開關1270及電池充電器1230充電電池串1240的路徑。
停電電力路徑1400
圖14(1400)說明在停電期間不間斷(直流電池備份)電力狀態的電力路徑。當公用電源失效時,電池開關1220與電池串1240連接,且發電機轉換開關1270連接到備用發電機1262。伺服器1205藉由電流路徑Ib經由電池開關1220到交流-直流電源供應器1250,接受來自直流電池串1240的電力。在此模式之下,發電機1262經由電池充電器1230提供電力使電池串充電1240,並且經由電流路徑Ig提供電力給交流-直流電源供應器1250。
基本的升壓轉換器架構1500
圖15(1500)是一升壓轉換器的基本概要圖。一典型交流-直流電源供應器具有設計在內部的一升壓轉換器以防止交流波形失真(諧波/電壓波動/交流電源頻率變化)和電力線的干擾(圖1(0100)CBEMA曲線)。升壓轉換器還可以提供主動功率因數校正,典型地產生一超過95%理論上的功率因數,且顯著減少由電源供應器及其負載產生的總諧波。
在電池備份模式下的基本升壓轉換器1600
圖16(1600)描述在直流電池備份模式下的升壓轉換器電流路徑Ib:在任何時間中,升壓轉換器成為一以二極體D1及D4導通電流,而二極體D2及D3被反饋偏壓而無任何電流透過的直流-直流升壓轉換器。在此操作之下,無論是在交流或直流操作模式,二極體D1和D2必須被適當地排列以處理功率消耗。新穎之處在於,在直流電池備份模式中,電池串1240可以利用現有的交流-直流電源供應器1250升壓轉換器1251作為一直流-直流升壓轉換器,並轉換其輸出電壓到IT負載所需的電壓,這排除另一個外部升壓轉換器。這種安排可以節省成本,空間和提高系統的整體效率。
升壓轉換器拓撲1700-2400
圖17(1700)至圖24(2400)描述可以如同升壓轉換器1251用於此發明中的各式不同的升壓轉換器拓撲結構。這些不同的升壓轉換器拓撲結構可以被設計成符合“電源線干擾”(符合CBEMA曲線)和交流波形失真(諧波/電壓波動/交流電源線的變化)的需求。所描繪的各種升壓轉換器拓撲包括:圖17(1700)為一示意圖,說明可使用在一些較佳發明實施例中的一示範性功率因數校正(PFC Power Factor Correction)升壓轉換器。在圖17至24中描繪的升壓轉換器在輸入級可提供功率因數校正(PFC),具有非常低的線路諧波,並提供接近一致的功率因數。幾乎所有用於 IT設備的交流-直流電源供應器使用具有主動功率因數校正的升壓轉換器拓撲結構;圖18(1800)為一示意圖,說明可使用在一些較佳的發明實施例中的一示範性無橋式升壓轉換器;圖19(1900)為一示意圖,說明可使用在一些較佳的發明實施例中的一示範性單相PFC升壓轉換器;圖20(2000)為一示意圖,說明可使用在一些較佳發明實施例中的一示範性多態維也納(Vienna)PFC升壓轉換器;圖21(2100)為一示意圖,說明可使用在一些較佳的發明實施例中的一示範性交錯無橋式PFC升壓轉換器;圖22(2200)為一示意圖,說明可使用在一些較佳的發明實施例中的一示範性多態無橋式PFC升壓轉換器;圖23(2300)為一示意圖,說明可使用在一些較佳的發明實施例中的一示範性反相降壓-升壓轉換器,根據在電池串使用的電池電壓,此拓撲在使電池串是有效地符合在交流+直流電源供應器中的直流-直流轉換器的要求;及圖24(2400)為一示意圖,說明可使用在一些較佳的發明實施例中的一示範性非反相降壓-升壓轉換器,這種轉換器拓撲利用不同的相位控制(P1/P2)以判斷轉換器的轉換特性。
本領域技藝者將理解在本發明可以使用其他的升壓轉換器拓撲結構,並且這些示範性的電路拓撲結構並不限於所要求保護的發明範圍。
圖17(1700)至圖24(2400)描述的各種升壓及降壓-升壓轉換器可以與交流-直流電源供應器的直流-直流轉換器部分組合及/或整合在其中,以形成一整合的轉換方法,進而取消了由先前技術UPS系統規定的傳統的直流-交流轉換。這個元件的整合提高整體系統效率同時減少整體系統架構的元件數量。
具有集成替代能源的混合系統2500-2600
圖25(2500)及圖26(2600)描述具有集成替代能源的一混合系統。如圖25(2500)中所示,具有集中式電池1201的“分散式”不斷電系統/電力調節器可以如圖26所示,與太陽能板2611和太陽能板直流-直流轉換器2612、燃料電池2621、燃料電池直流-直流轉換器2622,和飛輪2631整合在一起。所有的替代能源太陽能板2611、燃料電池2621,和飛輪2631可以經由太陽能板直流-直流轉換器2612以及燃料電池直流-直流轉換器2622儲存能量在電池串1240。在交流電源故障/直流電池備份狀態,太陽能板2611、燃料電池2621,和飛輪2631將提供電力給伺服器1205及充電電池串1240。另一方面,當伺服器1205工作在直流輸入模式,且電池開關1220在電池模式連接電池串1240至伺服器1205的輸入端時,電池串1240可作為主要輸入電源。在此操作模式下,發電機轉換開關1270處在公用模式,經由充電器1230對電池串1240充電,且公用電網交流電源作為備用電源。當電池串1240電壓低於其指定的電壓時,電池開關1220將切換到公用交流電源而伺服器 1205將由公用電網交流電源1261供電。
備援配置1+1備援2700-2800
參閱圖9(0900)至圖11(1100),機架0940可能包含多個伺服器來提供不同電腦處理的需求。圖27及圖28(2800)描述一在機架0940中的一1+1備援系統配置。在此配置中,”具有電池備份能量儲存的分散式UPS(不斷電)/電力調節器”1202及伺服器1205系統是與由”具有電池備份能量儲存的分散式UPS/電力調節器”1203及伺服器1206構成的一完全相同的系統並聯。當公用電網交流電源1261跌出其正常工作範圍(當一120V交流額定輸入電壓在任一半周期降至低於90V的一第一閥值,或者如果RMS電壓針對一預先指定的時間和可能包含但不限於限電、停電、電壓驟降、浪湧及不穩定性等情況下低於100V的一第二周期),包含N個電池串的電池串1240提供備份電力給伺服器1205。同樣地,當公用電網交流電源1263跌出其正常操作範圍,電池串1241包含N個電池串且提供備份能量給伺服器1206。圖27及圖28的配置包含2N個電池串以提供1+1備援伺服器備用電源。每一“具有電池備份能量儲存的分散式UPS/電力調節器”執行與圖12相同的操作模式。
1+1備援的集中式備援2900-3000
圖29(2900)及圖30(3000)描述一執行與圖27(2700)及圖28(2800)的1+1備援系統相同功能的1+1備援系統,但具有一集中式電池系統。其電池串數量是1N而非圖27(2700)及圖28(2800)中的2N。這個系統提供了與圖 27(2700)及圖28(2800)的系統相同的備援功能,但是少用了1N個電池,少了一個備用交流發電機和少一個控制器。電池串1240在穩態條件下透過電池充電器1230,1231得到來自交流電源1261,1263兩者的充電。
1+1備援的集中式備援操作3100-3200
圖31(3100)及圖32(3200)描述圖29(2900)及圖30(3000)的”具有集中式電池的1+1備援伺服器”結構的操作模式。假設交流電源1261失去電力。當發生這種情況時,圖29(2900)及圖30(3000)的控制器1210感測到伺服器1205輸入電壓低於其指定範圍,並隨即發送一個指令到電池開關1220,使操作於直流電池模式並與公用電網交流電源1261斷開。因此,電池串1240經由電流路徑Ib供應電力給伺服器1205。同時,控制器1210指示發電機轉換開關1270與失效的交流電源1261斷開並連接到備用發電機1262。
電池串1240是被電池充電器1230(來自發電機1262且經由電流路徑Ig)充電。同時,他們也被電池充電器1231(源自交流電源1263的B相)經由電流路徑Ic充電。在這種情況下,電池串1240提供電力給伺服器1205,且從兩個備份交流電源被充電:備用發電機1262和交流電源B相1263。
圖29(2900)及圖30(3000)的控制器在圖31(3100)及32(3200)中為了簡潔和清楚的顯示電流路徑而被故意省略。
較佳系統實施例摘要
本發明較佳示範性系統實施例揭露結構的基本主題的多種變化,但一個廣義的不斷電系統供應器系統包括:(a)電力控制器;(b)電池開關;(c)電池充電器;(d)電池串;及(e)交流+直流電源供應器;其中電力控制器還包括一感應輸入及一控制輸出;電池開關還包含一控制輸入、一共同輸出、第一開關輸入,及第二開關輸入;交流+直流電源供應器還包括一電力輸入和一負載輸出連接;交流+直流電源供應器的電力輸入電連接到電池開關的共用輸出;電池開關的第一開關輸入電連接到該電池串;電池開關的第二開關輸入電連接到一公用電網交流電源;電力控制器的感應輸入電連接到公用電網交流電源;電力控制器的控制輸出電連接到電池開關的控制輸入;當來自公用電網交流電源的電力可使用時,該電力控制 器的控制輸出被配置成啟動該電池開關,使公用電網交流電源電連接到交流+直流電源供應器的電力輸入,並在來自公用電網交流電源的電力不可使用時,使電池串電連接到交流+直流電源供應器的電力輸入;電池充電器還包括一公用電網交流電源輸入、一發電機輸入,和一電隔離的負載輸出;電池充電器的電力輸入電連接到公用電網交流電源;電池充電器的發電機輸入電連接到一替代電源;電池充電器的負載輸出電連接到電池串;和電池充電器對電池串充電以響應從公用電網交流電源或替代電源接收到的電力。
此一般系統概要可以透過本文中所描述各式元件而增加以產生各種包含整體設計描述的發明實施例。
較佳實施例方法摘要
本發明較佳的示範性方法實施例揭露實現基本主題的各種變化,但可以被廣義化為一不斷電系統供應方法,該方法運用一不斷電系統,並包括:(a)電力控制器;(b)電池開關;(c)電池充電器;(d)電池串;及(e)交流+直流電源供應器;其中電力控制器還包括一感應輸入及一控制輸出; 電池開關還包含一控制輸入、一共同輸出、第一開關輸入,及第二開關輸入;交流+直流電源供應器還包括一電力輸入和一負載輸出連接;交流+直流電源供應器的電力輸入是電連接到電池開關的共用輸出;電池開關的第一開關輸入電連接到該電池串;電池開關的第二開關輸入電連接到公用電網交流電源;電力控制器的感應輸入電連接到公用電網交流電源;電力控制器的控制輸出電連接到電池開關的控制輸入;當來自公用電網交流電源的電力可使用時,該電力控制器的控制輸出被配置成啟動該電池開關,使公用電網交流電源電連接到交流+直流電源供應器,並在來自公用電網交流電源的電力不可使用時,使電池串電連接到交流+直流電源供應器;電池充電器還包括一公用電網交流電源輸入、一發電機輸入,和一電隔離的負載輸出;電池充電器的電力輸入是電連接到公用電網交流電源;電池充電器的發電機輸入是電連接到一替代電源;電池充電器的負載輸出是電連接到電池串;和電池充電器對電池串充電以響應從公用電網交流電源 或替代電源接收到的電力。
其中該方法步驟包含:(1)用電力控制器監控公用電網交流電源;(2)若公用電網交流電源目前正在提供電力,則致動電池開關使公用電網交流電源連接到交流+直流電源供應器;(3)若公用電網交流電源目前沒有提供電力,則致動電池開關使電池串連接到交流+直流電源供應器;及(4)電池充電器以取自公用電網交流電源或替代電源的電力對電池串充電。
熟悉本領域技藝者將理解這些方法步驟可以被增加或重新建構而不限於本發明的教示。本文中所描述的通用方法可增加各式元件,以產生包含此整體設計描述的多種發明實施例。
在本實施例中所描繪的方法步驟都來自於圖4(0400)。然而,這些步驟可以使用如圖6(0600)和圖8(0800)所示的替代方法而增加,且不失去本發明的教示。
替代的較佳實施例系統摘要
本發明可以被以多種較佳的替代形式實施,其中一些可包含以下結構:●一具有針對資料中心之集中式電池系統的分散式不斷電/電力調節器,包含以下元件:■交流-直流電源供應器。一交流-直流電源供應器可以相同的輸入連接器在交流或直流輸入模式下運 作。在交流模式的運作狀態下,交流輸入電壓的範圍是85Vrms-265Vrms,40-75Hz,或者是從85VDC×-265VDC×=374VDC直流輸入範圍。在直流模式的運作狀態下,電源供應器可以設計為能滿足任何直流輸入電壓範圍,只要它能運作在85Vrms-265Vrms,40-75Hz的一交流輸入電壓範圍。該電源供應器具有兩個內部的功率轉換級:(1)第一級是一能提供主動功率因素校正的升壓轉換器,及(2)第二級是一直流-直流轉換器,其可將該升壓輸出轉換為一較低的已整流或半整流(其額定電壓的±10%)的10-14 VDC的直流電壓滙流排,並供給該IT負載。該電源供應器被設計為能滿足CBEMA曲線及交流波型失真要求(諧波、電壓波動及交流電源頻率變化),以供運用於電力調節。
■電池開關。一電池開關可連接公用電網交流電源或直流電池電源至前述的電源供應器。在一般的運作狀態下,該電池開關連接公用電網交流電源至電源供應器的輸入;當該電網交流電源失效時,該電池開關連接該直流電池至電源供應器並自該電網交流電源斷開。該電池開關係受控於下述的控制器發出的指令。
■控制器。該控制器監控公用輸入電力的品質。在公用電網交流電源中斷期間,於自失效的公用電網交流電源斷開時,控制器命令電池開關連接至備用 電池。此外,控制器也命令備用發電機轉換開關連接至發電機,以提供備用電源功能予資料中心。當公用電網交流電源恢復正常,控制器會命令電池開關連接至公用模式。
■隔離式電池充電器。電池充電器設置於公用電網交流電源與電池串之間,並在正常的交流運作狀態下對電池串充電。當交流電源失效時,電池充電器會持續從備用發電機對電池串充電。該針對電池充電器的隔離要求係出自於安全考量,當電池充電器失效時其可提供公用電網交流電源與電池串之間的隔離作用。
■電池串。在正常的交流公用狀態下,電池串會被充電。電池串會放電並提供電力予前述的資料中心的電源供應器,以確保當公用電網交流電源失效時,不斷電系統仍供應予IT負載。
■浪湧保護。EMI/閃電電路提供閃電/線路浪湧保護及噪音抑制功能/電源調節特徵。
●前述系統的架構中:在一1+1、N+1、N+2...至N+N的備援系統中,電池串被集中以減少電池數量並同時保持系統備援目標。
●前述系統的架構中,該架構系適用於一包含微處理器、儲存裝置、硬碟、記憶體或其他任意組合的IT負載。
●前述系統的架構中,跨接電池開關的緩衝電路用做一能量吸收器。當電池開關從直流模式中斷而回到公用模式, 該緩衝電路可抑制橫跨電池轉換電路的電壓電弧。
●前述系統的架構中,一旁路開關係跨接於電池開關。該靜態開關可以是一機械或電子裝置。該靜態開關提供兩種功能:(1)當電池開關及電池進行維護或測試時,其能旁路電池開關;及(2)當電池開關故障時,其可用作為另一電池開關,以增進系統的可靠度。
●前述系統的架構中,該交流輸入電壓是以星形(WYE)構造形式連接。
●前述系統的架構中,該交流輸入電壓為三角形結構。
●前述系統的架構中,該交流輸入電壓是一單相線路對由一三相電力系統配置的相位電壓。
●前述系統的架構中,該前述以外的交流輸入電壓可以從85Vrms到480Vrms。該直流電池電壓可以是任何不超過480×=678VDC的電壓。
●前述系統的架構中,該前述以外的交流輸入電壓是一具有頻率介於45Hz到500Hz之間的正弦波。
●前述系統的架構中,該系統可以與替代能源:太陽能板、燃料電池、飛輪及其他替代能源整合在一起。
●前述系統的架構中,電池串可以選自於一化學群組,其選自於:鉛酸蓄電池、鋰鐵、鎳鎘、鈉硫、釩氧化還原、鎳鎘、鹼性電池。
●前述系統的架構中,該交流-直流電源供應器可在系統處於直流電池備用模式時,作為一直流-直流電源供應器。
●前述系統的架構中,該交流-直流電源供應器可在交流模式或直流模式下運作,且任一模式會在連接自交流-直流電源供應器的同一輸入下運作。
●前述系統的架構中,電池串可以被設計成被所有分散式系統共用的一集中式系統,或者電池串可以被設計成與每一個電源供應器整合的分散式系統。
●前述系統的架構中,該電池充電器對在正常運作狀態下可被多個交流電源充電的集中電池串充電。而在電力失效事件中,電池串可被其連接的其他交流電源(如備用發電機)進行充電,該交流電源用以提供電池串及負載一額外且不斷電的電源。
系統/方法的變化態樣
本發明揭露基本架構的多種變化。但要特別說明的是,前述實施例並未呈現出所有可能的應用範圍,而是僅在幾乎無限的可能中揭露部分實施例。
該基本系統及方法可由多種輔助實施例擴增,包括但不限於:
●在一實施例中,該公用電源包含一個三相三角形電源。
●在一實施例中,該公用電源包含一個三相星型電源。
●在一實施例中,該負載輸出係電連接於一運算裝置。
●在一實施例中,該負載輸出係電連接於一連網的運 算伺服器。
●在一實施例中,該電池開關還包括一配置為一能量吸收器的緩衝電路。
●在一實施例中,該電池開關還包括一旁路開關。
●在一實施例中,輸入電壓對交流+直流電源供應器是一單相電線對一三相電源系統配置的相位電壓。
●在一實施例中,該系統還包含一能量源,該能量源選自由太陽能板、燃料電池、飛輪及替代能源所組成的一群組。
●在一實施例中,該電池串選自由鉛酸、鐵鋰、鎳鎘、鈉硫、釩氧化還原、鎳鎘電池及鹼性電池組成的一化學群組。
熟悉本領域技藝者將可根據前述發明內容教示之元件的組合而理解可能還有其它的實施例。
一般性的電腦可讀取媒體
在眾多替代的實施例中,本發明可被實現為一電腦程式產品,以運用於一電腦化的計算系統。熟悉本領域技藝者能夠輕易理解的是,定義由本發明界定功能的程式可被以任何適當的程式語言寫成,並能以多種形式傳輸至電腦,其形式包含但不限於以下內容:(a)永久儲存於不可覆寫之儲存媒體(如唯讀記憶體或光碟片等唯讀記憶裝置)的資訊;(b)可修改地儲存於可覆寫之儲存媒體(如軟碟及硬碟)的資訊;及/或(c)藉由諸如區域網路、電話網路或公共網路(如互聯網)等通訊媒介傳輸至電腦的資訊。當運 載實施本發明之方法的電腦可讀指令時,該電腦可讀媒體可呈現出多種本發明的替代實施例。
惟以上所述者,僅為本發明之實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
0710‧‧‧電力控制器
0720‧‧‧電池開關
0730‧‧‧電池充電器
0739‧‧‧電池充電控制器
0740‧‧‧電池串
0750‧‧‧交流-直流電源供應器
0751‧‧‧升壓轉換器
0752‧‧‧直流-直流轉換器
0760‧‧‧交流電源
0761‧‧‧交流線路
0762‧‧‧發電機
0770‧‧‧交流源選擇器
0780‧‧‧旁路開關
0790‧‧‧保護設備
0791‧‧‧直流-直流電源
0792‧‧‧伺服器/負載

Claims (18)

  1. 一種不斷電系統,與一交流電源相接,該不斷電系統包含:一電力控制器;一電池串,被該交流電源經由一電池充電器充電;一電池開關,與該交流電源及該電池串連接;及一電源供應器,與該電池開關連接,以依據該交流電源的能力,接受來自該交流電源或來自該電池串的電力,且該電源供應器提供相對應的電力給一負載,其中,當該交流電源可用時,該電力控制器控制該電池開關將來自該交流電源的電力轉換至該電源供應器,反之,當該交流電源不可用時,該電力控制器控制該電池開關將來自該電池串的電力轉換至該電源供應器。
  2. 如請求項1所述的不斷電系統,其中,該電源供應器提供一直流電力給該負載。
  3. 如請求項2所述的不斷電系統,其中,該電源供應器包括一與該電池開關連接的升壓轉換器,其中,該升壓轉換器提供一電力給一直流-直流轉換器。
  4. 如請求項1所述的不斷電系統,更包含一與該電力控制器及該電源供應器連接的電源選擇器,其中,該電力控制器控制該電源選擇器從至少一交流電源線和一備用電源中選擇該交流電源。
  5. 如請求項4所述的不斷電系統,其中,該備用電源是一 發電機。
  6. 如請求項1所述的不斷電系統,其中,更包含一旁路開關,其選擇性地連接在該交流電源與該電源供應器之間,以分路該電池開關、該電池串及該電池充電器。
  7. 如請求項1所述的不斷電系統,其中,更包含一橫跨該電池開關的一緩衝電路,其抑制該電池開關切換時產生的一電弧。
  8. 如請求項1所述的不斷電系統,更包含一提供能量給該電池串以提供電力給該負載的能源。
  9. 如請求項8所述的不斷電系統,其中,該能源選自由太陽能板、燃料電池、飛輪及替代來源構成的一群組。
  10. 一種不斷電系統供應方法,運用在一不斷電系統,該方法包含:由一電力控制器監控一交流電源的一狀態;當該交流電源可用時,驅動一電池開關將該交流電源連接至一電源供應器;當該交流電源不可用時,驅動該電池開關將一電池串連接至該電源供應器;以該交流電源經由一電池充電器對該電池串充電;及經由該電源供應器提供一直流電源給一負載。
  11. 如請求項10所述的不斷電系統供應方法,更包含由該電源供應器將來自該交流電源的一電力從交流轉換成直流。
  12. 如請求項10所述的不斷電系統供應方法,其中,使該交流電源與該電源供應器連接的該驅動步驟包括:由一被該電力控制器控制的電源選擇器從至少一交流電源線和一備用電源選擇該交流電源。
  13. 如請求項10所述的不斷電系統供應方法,其中,使該交流電源與該電源供應器連接的該驅動步驟包括:經由一旁路開關分路該電池開關、該電池串及該電池充電器。
  14. 如請求項10所述的不斷電系統供應方法,更包含:經由一能源提供能量給該電池串。
  15. 如請求項14所述的不斷電系統供應方法,其中,該能源選自由太陽能板、燃料電池、飛輪及替代來源構成的一群組。
  16. 一種具體非暫態的電腦可使用媒體,其具有包含一不斷電系統供應方法的一電腦可讀取程式碼手段,該方法運用於如請求項1所述的一不斷電系統,並包含:由一電力控制器監控一交流電源的一狀態;當該交流電源可用時,驅動一電池開關將該交流電源連接至一電源供應器;當該交流電源不可用時,驅動該電池開關將一電池串連接至該電源供應器;及以該交流電源經由一電池充電器對該電池串充電。
  17. 如請求項16所述的具體非暫態的電腦可使用媒體,其 中,使該交流電源與該電源供應器連接的該驅動步驟包括:由一被該電力控制器控制的電源選擇器從至少一交流電源線和一備用電源選擇該交流電源。
  18. 如請求項16所述的具體非暫態的電腦可使用媒體,其中,使該交流電源與該電源供應器連接的該驅動步驟包括:經由一旁路開關分路該電池開關、該電池串及該電池充電器。
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