[發明專利]一種UPS供電系統及方法

在審

• 申請號: 201710391420.0
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107134848A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 曹偉華
• 申請（專利權）人: 鄭州云海信息技術有限公司
• 主分類號: H02J9/06
• 分類號: H02J9/06;H02J7/02
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司37100
• 代理人: 闞恭勇

技術領域

本發明涉及服務器主板供電技術，尤其涉及一種UPS供電系統及方法。

背景技術

為了保障計算機系統在停電之后繼續工作一段時間以使用戶能夠緊急存盤，使用戶不致因停電而影響工作或丟失數據，現在的數據機房普遍使用UPS系統。

現有技術是將蓄電池（多為鉛酸免維護蓄電池）與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統設備。主要用于給單臺計算機、計算機網絡系統或其它電力電子設備如電磁閥、壓力變送器等提供穩定、不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS 將市電穩壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流式電穩壓器，同時它還向機內電池充電；當市電中斷（事故停電）時， UPS 立即將電池的直流電能，通過逆變器切換轉換的方法向負載繼續供應220V交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。

現有技術方案中，UPS供電需要經過一次逆變和一次整流才能直接供應服務器主板，以逆變器效率90%和整流器效率95%來計算，整體效率85.5%，具有結構復雜，轉換效率差，成本高昂的缺點。

發明內容

為了解決以上技術問題，本發明提出了一種UPS供電系統。采用電池串并聯自動切換線路，直接供應終端服務器設備，取消逆變及整流環節。

本發明的技術方案是:

一種UPS供電系統，主要包括四個部分，1）整流器、2）電壓偵測系統、3.電池、4）電池串并聯切換系統；

其中，

1）整流器，由全橋整流器，變壓器及輸出電感組成，在交流電供電時提供高壓直流電，給電池組充電；

2）電壓偵測系統，由比較器與電阻R1和R2組成，通過電阻R1和電阻R2的分壓設定，比較器的正向端電壓與服務器供電系統的輸出電壓作對比，決定UPS的電池的工作狀態；交流電供電時比較器輸出低電平，交流電斷電時比較器輸出高電平。

3）電池，單個電池的額定輸出電壓略低于服務器供電系統輸出電壓，有串聯充電狀態和并聯輸出狀態；

4）電池串并聯切換系統，根據交流電的供電情況來切換電池串聯或并聯的狀態。在交流電供電時，電壓偵測系統輸出低電平，Q4為P-Mosfet處于導通狀態，Q3和Q5為N-Mosfet處于截止狀態，此時電池為串聯狀態，接收整流器輸出的高壓充電電流；在交流電斷開時，電壓偵測系統輸出高電平，Q4為截止狀態，Q3和Q5處于導通狀態，此時電池為并聯輸出狀態，直接供應后端服務器設備。

本發明還提供了一種UPS供電方法，主要包括如下幾個步驟：

1）UPS接入后，交流電源分為兩條線路，一條供應服務器電源供應系統，一條在UPS內部的整流環路作用下變為高壓直流電，并開始給串聯的電池組充電；

2）剛接入UPS電源時，整流器通過二極管D1給電容C4充電，在電阻R1和電阻R2的分壓下，比較器正向端電壓小于負向端，因為負向端直接入設備供電正向端，所以輸出低電平，直到出現交流電源斷電，由于二極管D1反向截止特性，電容C1維持其兩端電壓差不變，比較器正向端電壓大于負向端時，轉變為輸出高電平；

3）電池充電時采用串聯狀態，放電時采用并聯狀態，每個電池的輸出電壓略低于服務器電源供應系統的輸出電壓；

4）在比較器輸出低電平時，Q4為P-Mosfet導通，Q3與Q5為為N-Mosfet截止，使電池組處于串聯狀態，以適應高電壓充電，當比較器輸出高電平時Q4截止，Q3與Q5在R3與R4分壓下會在Q4充分截止后導通，使得電池對設備供電。

本發明的有益效果是

本發明具有效率極高（接近100%），響應及時，結構簡單，成本低廉，可靠度高，能從根本上提高UPS轉換效率，提升UPS供電時間的優勢。

附圖說明

圖1是本發明的功能模塊圖。

圖2是本發明的電路圖；

圖3是本發明的工作流程圖。

具體實施方式

下面對本發明的內容進行更加詳細的闡述：

如圖1、2所示，本發明的供電系統包括：

1.整流器---由全橋整流器，變壓器及輸出電感組成，在交流電供電時提供高壓直流電，給電池組充電。

2.電壓偵測系統---由比較器 M1與電阻R1和R21組成，通過R1和R2的分壓設定比較器的正向端電壓與服務器供電系統的輸出電壓作對比，決定UPS的電池的工作狀態，交流電供電時比較器輸出低電平，交流電斷電時比較器輸出高電平。