[發明專利]一種不間斷電源

在審

• 申請號: 202210923452.1
• 申請日: 2022-08-02
• 公開（公告）號: CN115473322A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 孟盟;劉全義;葛毅;吳蕊;李明馨;李佳星
• 申請（專利權）人: 北京知行新能科技有限公司
• 主分類號: H02J9/06
• 分類號: H02J9/06
• 代理公司: 北京金闕華進專利事務所(普通合伙) 11224
• 代理人: 陳建春

本申請公開了一種不間斷電源，其包括電源模塊、超級電容及至少一路供電輸出端口，所述電源模塊包括AC?DC主電路子模塊、AC?DC控制子模塊及控制電源子模塊；所述AC?DC主電路子模塊包括依次連接的整流及功率因數校正單元、高頻逆變單元、諧振腔及變壓器單元及高頻整流單元；所述AC?DC主電路子模塊實現從交流到直流的功率變換，所述控制電源子模塊用于為所述AC?DC控制子模塊中的各個集成電路芯片提供工作電源，所述直流電壓輸出連接到所述超級電容及所述至少一路供電輸出端口。本發明的不間斷電源體積小，可很好地適用于功率較低的分布式應用場合。

技術領域

本申請涉及電源領域，尤其涉及一種不間斷電源。

背景技術

在許多工業、商業、航空、軍用等領域，完成數據采集、狀態監測、計算與控制等功能的硬件設備，通常是由多種物理零件構成的，例如一臺計算設備可能包括的物理零件有主板、總線、電源、硬盤、存儲控制器以及內置存儲器等。為了節約成本和方便維修，可將這些物理零件設計為現場可更換單元(Field Replace Unit，簡稱FRU)，當硬件設備中某個FRU出現故障時，直接對其進行更換即可。

此外，硬件設備在供電方面一般還有電源不間斷的需求，以保證在外界電源異常斷電時，設備可以進行數據存儲或備份、系統狀態記錄、發出報警提示等操作。通常由不間斷電源(UPS)來滿足硬件設備的交流輸入電源不間斷需求。如圖1所示，現有的UPS系統一般由四部分組成：整流、儲能、逆變、開關控制。AC-DC電源轉換器將電網來的交流電經全波整流、濾波變為直流電壓，供給逆變器。DC-AC逆變器通常采用大功率IGBT模塊全橋逆變電路，具有很大的功率富余量，在輸出動態范圍內輸出阻抗特別小，具有快速響應特性。由于采用高頻調制限流技術、快速短路保護技術，使逆變器無論是供電電壓瞬變還是負載沖擊或短路，均可安全可靠地工作。控制器是完成整機功能控制的核心，它除了提供檢測、保護、同步以及各種開關和顯示驅動信號外，還完成SPWM正弦脈寬調制的控制，由于采用靜態和動態雙重電壓反饋，極大地改善了逆變器的動態特性和穩定性。現有的儲蓄裝置是由蓄電池組組成，內部絕大部分選用鉛酸蓄電池串聯而成，存儲轉換后的能量，同時能通過電池管理系統(BMS)將采集的電壓、電流信號傳給控制器，通過控制器處理后進而顯示在屏幕上；當市電斷開，控制器收到信號后，由控制器發送啟動信號，將靜態開關切換至蓄電池組輸出，繼續為負載供電。

當市電正常時，直流主回路有直流電壓，供給DC-AC交流逆變器，輸出穩定的交流電壓，同時市電對電池充電。當任何時候市電欠壓或突然掉電，則由蓄電池組通過隔離二極管開關向直流回路饋送電能。從電網供電到電池供電沒有切換時間。當電池能量即將耗盡時，不間斷電源發出聲光報警，并在電池放電下限點停止逆變器工作。不間斷電源還有過載保護功能，當發生過載時，此時前面空氣開關也可能跳閘。消除故障后，只要合上開關，重新開機即開始恢復工作。

傳統UPS適用于兩種情況，一種是要求“電源不間斷”的時間足夠長，例如在交流電源停電幾小時的情況下，一直維持給硬件設備供電，總的供電電量達到若干kWh。另外一種是要求“電源不間斷”時間較短，但需要供電的設備較多，功率較大，例如在大型機房中，大量硬件設備的總功率達到幾百kW，10分鐘時間內的供電電量可能達到了幾十kWh。

通過在交流供電處使用UPS可滿足傳統的電源不間斷的需求，但傳統“不間斷電源”存在諸多缺點及不足：

1)傳統立式(塔式)結構必須要擁有寬闊的散熱通道、大尺寸大功率的散熱風扇，從而才能滿足發熱散熱的問題；

2)UPS模塊功率受限于體積的大小及器件發熱后的散熱問題；

3)儲能裝置選用的是蓄電池組，該裝置對溫度的要求極高，一般是+5℃～+40℃，如果溫度過低會使電池的容量下降，如果溫度過高則會影響電池的使用壽命。而且，電池組電壓很高，存在電擊的危險，增加了日后維護、更換的難度系數；

4)當一部分負載接通或斷開時，都會使負載產生階躍變化，但是UPS不能瞬時更正這種突然變化的電流，很容易損壞設備造成人員財產的損失。