RU56086U1

RU56086U1 - COMPUTER UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY SYSTEM

Info

Publication number: RU56086U1
Application number: RU2006108226/22U
Authority: RU
Inventors: Станислав Иванович Королев; Григорий Павлович Казьмин; Павел Юрьевич Мельников; Анатолий Николаевич Синичкин
Original assignee: Станислав Иванович Королев; Григорий Павлович Казьмин; Павел Юрьевич Мельников; Анатолий Николаевич Синичкин
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2006-08-27

Abstract

Полезная модель относится к области электроники и может быть использована в системе электропитания компьютеров и компьютерных систем, особенностью которых является наличие в блоках питания бестрансформаторных выпрямителей. Система бесперебойного электропитания компьютера содержит основной и резервный источники питания. Основной источник питания включает выпрямитель, к выходу которого подключен емкостной накопитель энергии постоянного тока, и регулируемый высокочастотный вольтдобавочный конвертор, соединенный с выходом выпрямителя. Резервный источник питания включает низковольтный аккумулятор, подключенный к сети переменного тока через зарядное устройство, и повышающий конвертор, вход которого соединен с выходом аккумулятора. Выходы конверторов основного и резервного источников питания подключены к соответствующим входам схемы ИЛИ, а выход схемы ИЛИ соединен со входом сетевого блока питания компьютера. Резервный источник питания служит в качестве резервного накопителя энергии. Технический результат заключается в накоплении резервной энергии и стабилизации напряжения резервного накопителя энергии. Наличие накопителя энергии исключает перерывы в электропитании компьютеров при сбоях сетевого напряжения и увеличивает время бесперебойной работы компьютера.The utility model relates to the field of electronics and can be used in the power supply system of computers and computer systems, a feature of which is the presence of transformerless rectifiers in power supplies. The uninterruptible power supply system of the computer contains the main and backup power sources. The main power source includes a rectifier, the output of which is connected to a capacitive storage of direct current energy, and an adjustable high-frequency boost converter connected to the output of the rectifier. The backup power source includes a low-voltage battery connected to the AC network through a charger, and a boost converter, the input of which is connected to the output of the battery. The outputs of the converters of the main and backup power sources are connected to the corresponding inputs of the OR circuit, and the output of the OR circuit is connected to the input of the network power supply of the computer. The backup power source serves as a backup energy storage. The technical result consists in the accumulation of backup energy and voltage stabilization of the backup energy storage. The presence of an energy storage device eliminates interruptions in the power supply of computers in the event of a power failure and increases the uptime of the computer.

Description

Полезная модель относится к области электроники и может быть использована в системе электропитания компьютеров и компьютерных систем, особенностью которых является наличие в блоках питания бестрансформаторных выпрямителей.The utility model relates to the field of electronics and can be used in the power supply system of computers and computer systems, a feature of which is the presence of transformerless rectifiers in power supplies.

Известны источники бесперебойного электропитания типа on-line, выпускаемые такими производителями, как АРС, Best Power, Emerson Electric, Excide Electronics и др. (Excide Electronics: Источники бесперебойного электропитания корпорации Excide Electronics. Проспект фирмы, 1998 г., PC Magazine/RE, спецвыпуск, январь 1997 г. с.68-79. Мир ИБП. Мир ПК, март 1997 г., с.33-57. Брифинг производителей источников бесперебойного электропитания. Компьютер. Октябрь 1997 г., с.212-230). Они содержат выпрямитель, аккумулятор и инвертор. Сетевое напряжение переменного тока преобразуется этими известными источниками в напряжение постоянного тока. Одновременно часть энергии аккумулируется, причем аккумулятор постоянно подзаряжается этим напряжением постоянного тока. Затем происходит обратное преобразование постоянного напряжения в переменное, которым и питают компьютеры и компьютерные системы.On-line uninterruptible power supplies are known from manufacturers such as APC, Best Power, Emerson Electric, Excide Electronics, etc. (Excide Electronics: Uninterruptible Power Supplies by Excide Electronics Corporation. Company Prospectus, 1998, PC Magazine / RE, special issue, January 1997, pp. 68-79. UPS world. PC World, March 1997, pp. 33-57. Briefing of manufacturers of uninterruptible power supplies. Computer. October 1997, pp. 212-230). They contain a rectifier, battery and inverter. The AC mains voltage is converted by these known sources into DC voltage. At the same time, part of the energy is accumulated, and the battery is constantly recharged with this DC voltage. Then there is the inverse conversion of direct voltage to alternating voltage, which is fed by computers and computer systems.

Эти источники бесперебойного электропитания в нормальном режиме осуществляют питание компьютеров напряжением переменного тока после двойного преобразования сетевого напряжения переменного тока. При отклонениях сетевого напряжения от нормального режима электропитание компьютеров осуществляют от аккумулятора, но предварительно преобразуя его напряжение в напряжение переменного тока. То есть и в нормальном режиме, и при сбоях в сети происходит двойное преобразование электрической энергии. Однако двойное These uninterruptible power supplies in normal mode supply power to computers with AC voltage after double conversion of AC voltage. If the mains voltage deviates from the normal mode, the computers are powered from the battery, but before converting its voltage to AC voltage. That is, in normal mode, and in case of network failures, double conversion of electrical energy occurs. However double

преобразование не позволяет добиться высокого КПД и, как и в предыдущем случае, значительно снижается надежность бесперебойного электропитания за счет наличия 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. Наличие двух преобразователей (выпрямителя и инвертора) значительно усложняет схему и делает ее недостаточно экономичной.the conversion does not allow to achieve high efficiency and, as in the previous case, the reliability of uninterrupted power supply is significantly reduced due to the presence of a rather complex device - an inverter. 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. The presence of two converters (rectifier and inverter) greatly complicates the circuit and makes it not economical enough.

Из уровня техники известен также источник бесперебойного электропитания потребителей (свидетельство РФ на полезную модель №13122, МПК 7 H 02 J 9/00; 9/06), который содержит последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в постоянное (выпрямитель), накопитель резервной энергии (конденсатор), к выходу которого подключены потребители с бестрансформаторными входами. Это устройство может быть использовано для питания компьютера без дополнительного преобразования постоянного напряжения в синусоидальный сигнал, поскольку потребители с бестрансформаторными входами могут работать и на постоянном, и на переменном токе. Использование этого известного источника значительно повышает надежность, КПД и снижает габариты устройства. Однако устройство имеет существенный недостаток: время бесперебойной работы зависит от величины энергии, запасенной в накопителе резервной энергии и имеет экспоненциальный характер. Известно, что для современных компьютеров оптимальная длительность бесперебойной работы составляет около 30 сек. Для увеличения этого времени возникает необходимость в повышении емкости накопителя резервной энергии (конденсатора). Но дальнейшее увеличение емкости конденсатора является экономически нецелесообразным и ведет к значительному увеличению массы и габаритов устройства.The prior art also provides an uninterruptible power supply source for consumers (certificate of the Russian Federation for utility model No. 13122, IPC 7 H 02 J 9/00; 9/06), which contains a series-connected AC to DC converter (rectifier), a backup energy storage device (capacitor) ), the output of which is connected to consumers with transformerless inputs. This device can be used to power a computer without additional conversion of direct voltage to a sinusoidal signal, since consumers with transformerless inputs can operate on direct or alternating current. The use of this known source significantly increases reliability, efficiency and reduces the dimensions of the device. However, the device has a significant drawback: uptime depends on the amount of energy stored in the backup energy storage device and is exponential. It is known that for modern computers the optimal uptime is about 30 seconds. To increase this time, there is a need to increase the capacity of the backup energy storage device (capacitor). But a further increase in the capacitance of the capacitor is not economically feasible and leads to a significant increase in the mass and dimensions of the device.

Известно устройство, принятое за прототип, которое реализует способ бесперебойного электропитания компьютера по патенту РФ на изобретение №2242833, МПК 7 H 02 J 9/04. Схема этого устройства (источника бесперебойного электропитания) представлена на фиг.2 описания этого способа. Она содержит выпрямитель, к выходу которого подключен емкостной накопитель энергии постоянного тока, и регулируемый высокочастотный вольтдобавочный конвертор, соединенный с выходом выпрямителя. Такой источник электропитания позволяет осуществлять бесперебойное электропитание компьютера непосредственно напряжением постоянного тока после преобразования сетевого напряжения, а при отклонениях сетевого напряжения - от постоянно заряженного емкостного накопителя энергии постоянного тока. С помощью конвертора постоянное напряжение, подаваемое на компьютер, стабилизируется. Поскольку при отклонениях сетевого напряжения электропитание осуществляют непосредственно от постоянно заряженного накопителя энергии постоянного тока, это улучшает качество энергии, подаваемой на вход компьютера за счет ликвидации переходных режимов. Поэтому электропитание будет более надежно и качественно, а КПД более высок. Но время бесперебойной работы и этого известного источника зависит от величины энергии, запасенной в накопителе резервной энергии, и, чтобы добиться повышения длительности бесперебойной работы компьютера, приходится значительно увеличивать массу и габариты устройства.A known device adopted for the prototype, which implements the uninterruptible power supply of a computer according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2242833, IPC 7 H 02 J 9/04. A diagram of this device (uninterruptible power supply) is presented in figure 2 of the description of this method. It contains a rectifier, the output of which is connected to a capacitive storage of direct current energy, and an adjustable high-frequency boost converter connected to the output of the rectifier. Such a power source allows for uninterrupted power supply to the computer directly with DC voltage after converting the mains voltage, and with deviations of the mains voltage from a constantly charged capacitive DC energy storage device. With the help of the converter, the constant voltage supplied to the computer is stabilized. Since the power supply is varied directly from a constantly charged dc energy storage device when the mains voltage deviates, this improves the quality of the energy supplied to the computer input by eliminating transient conditions. Therefore, the power supply will be more reliable and high quality, and the efficiency is higher. But the uptime of this well-known source depends on the amount of energy stored in the backup energy storage device, and in order to increase the duration of the computer's uninterrupted operation, it is necessary to significantly increase the mass and dimensions of the device.

Задача заявляемой полезной модели заключается в том, чтобы наряду с надежным и качественным бесперебойным электропитанием компьютера увеличить время его бесперебойной работы.The objective of the claimed utility model is to, along with reliable and high-quality uninterrupted power supply to the computer, increase the time of its uninterrupted operation.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель при решении поставленной задачи, The technical result, the achievement of which the claimed utility model is aimed at solving the problem,

заключается в накоплении резервной энергии и стабилизации напряжения резервного накопителя энергии.It consists in the accumulation of backup energy and voltage stabilization of the backup energy storage.

Для достижения этого технического результата система бесперебойного электропитания компьютера имеет общее с прототипом то, что содержит основной источник питания, включающий выпрямитель, к выходу которого подключен емкостной накопитель энергии постоянного тока, и регулируемый высокочастотный вольтдобавочный конвертор, соединенный с выходом выпрямителя. Но в отличие от прототипа она дополнительно содержит схему ИЛИ и резервный источник питания, включающий низковольтный аккумулятор, подключенный к сети переменного тока через зарядное устройство, и повышающий конвертор, вход которого соединен с выходом аккумулятора, при этом выход регулируемого высокочастотного вольтдобавочного конвертора основного источника питания соединен с одним из входов схемы ИЛИ, ко второму входу которой подключен выход повышающего конвертора резервного источника питания, а выход схемы ИЛИ соединен со входом сетевого блока питания компьютера.To achieve this technical result, the uninterruptible power supply system of the computer has in common with the prototype that it contains a main power source including a rectifier, the output of which is connected to a capacitive DC energy storage device, and an adjustable high-frequency boost converter connected to the rectifier output. But unlike the prototype, it additionally contains an OR circuit and a backup power source, including a low-voltage battery connected to the AC network via a charger, and a boost converter, the input of which is connected to the battery output, while the output of the adjustable high-frequency boost converter of the main power source is connected with one of the inputs of the OR circuit, to the second input of which the output of the boost converter of the backup power source is connected, and the output of the OR circuit is connected to the input with network power supply of the computer.

Отличия от прототипа подтверждают новизну заявляемой полезной модели.Differences from the prototype confirm the novelty of the claimed utility model.

Поскольку заявляемая система бесперебойного электропитания имеет резервный источник электропитания, который постоянно подзаряжается от сети через зарядное устройство и по сути является резервным накопителем энергии, то в случае разряжения емкостного накопителя энергии основного источника питания компьютер через второй вход схемы ИЛИ подключается к резервному источнику электропитания. В результате увеличивается время его бесперебойной работы. Повышающий конвертор обеспечивает стабилизацию Since the inventive uninterruptible power supply system has a backup power source, which is constantly recharged from the network through the charger and is essentially a backup energy storage device, in case of discharge of the capacitive storage energy of the main power source, the computer is connected to the backup power source through the second input of the OR circuit. As a result, its uptime is increasing. Boost Converter Stabilizes

выходного напряжения на уровне 310В при снижении напряжения аккумулятора вследствие его разряда.output voltage at the level of 310V when the battery voltage decreases due to its discharge.

На чертеже приведена блок-схема заявляемого устройства.The drawing shows a block diagram of the inventive device.

Система бесперебойного электропитания компьютера содержит выпрямитель 1, к выходу которого последовательно подключен емкостной накопитель энергии постоянного тока 2 и регулируемый высокочастотный вольтдобавочный конвертор 3, с помощью которого стабилизируют постоянное напряжение, подаваемое на компьютер через логическую схему ИЛИ 4. Один из входов этой схемы ИЛИ соединен с выходом конвертора 3, а ее выход соединен со входом сетевого блока питания компьютера 5. Система питания снабжена резервным источником постоянного напряжения, включающим низковольтный аккумулятор 6, в качестве которого использован электрохимический аккумулятор напряжением 12 В. Выход аккумулятора 6 соединен со входом повышающего конвертора 7. Выход конвертора 7 подключен ко второму входу логической схемы ИЛИ 4. При этом подзаряд аккумулятора 6 обеспечивается зарядным устройством 8, в качестве которого использован понижающий выпрямитель. Логическая схема ИЛИ 4 состоит из диодов 9, 10, катоды которых объединены и являются выходом схемы ИЛИ. С анодом диода 9 соединен выход конвертора 3, а с анодом диода 10 - выход конвертора 7.The uninterruptible power supply system of the computer contains a rectifier 1, the output of which is connected in series with a capacitive storage of direct current energy 2 and an adjustable high-frequency boost converter 3, by which the constant voltage supplied to the computer through the OR logic 4 is stabilized. One of the inputs of this OR circuit is connected to the output of the converter 3, and its output is connected to the input of the network power supply of computer 5. The power system is equipped with a backup DC voltage source, including a low-voltage battery 6, which is used as a 12 V electrochemical battery. The output of the battery 6 is connected to the input of the boost converter 7. The output of the converter 7 is connected to the second input of the OR logic 4. In this case, the battery 6 is recharged with a charger 8, which a reducing rectifier is used. The logic circuit OR 4 consists of diodes 9, 10, the cathodes of which are combined and are the output of the OR circuit. The output of the converter 3 is connected to the anode of the diode 9, and the output of the converter 7 is connected to the anode of the diode 10.

Система бесперебойного электропитания компьютера работает следующим образом. В нормальном режиме сетевое напряжение переменного тока выпрямляется выпрямителем 1 в постоянное напряжение величиной 310 В, которым, во-первых, через конвертор 3 и логическую схему ИЛИ 4 практически без потерь энергии питают компьютер 5, а во-вторых, непосредственно подзаряжают емкостной накопитель энергии постоянного тока 2, который поддерживает в необходимых пределах постоянное напряжение на входе конвертора 3 The uninterruptible power supply system of the computer operates as follows. In normal mode, the AC mains voltage is rectified by rectifier 1 to a constant voltage of 310 V, which, firstly, through computer 3 and OR logic 4 feed computer 5 with practically no loss of energy, and secondly, they directly charge the DC capacitive storage current 2, which maintains, within the required limits, a constant voltage at the input of converter 3

при исчезновении или сбоях сетевого напряжения, обеспечивая надежное электропитание компьютера 5. По мере разряда емкостного накопителя 2 происходит выключение диода 9 схемы ИЛИ 4 и включается диод 10. В этом случае питание компьютера 5 происходит от резервного источника питания, то есть от аккумулятора 6. Для обеспечения стабильного напряжения на входе компьютера 5 при широком изменении входного напряжения в диапазоне 100÷280 B, введен повышающий конвертор. 7. Повышающим конвертором 7 напряжение 12 В аккумулятора 6 конвертируют в напряжение постоянного тока 310 В, которое через второй вход схемы ИЛИ 4 подают на вход сетевого блока питания компьютера 5. Конвертор 7 обеспечивает также стабилизацию выходного напряжения на уровне 310 В при снижении напряжения аккумулятора 6 вследствие его разряда. Этим обеспечивается увеличение срока службы аккумулятора 6 и повышается надежность работы системы электропитания. Наличие накопителя энергии исключает перерывы в электропитании компьютеров при сбоях сетевого напряжения и увеличивает время бесперебойной работы компьютера. Заряд аккумулятора 6 обеспечивается от переменного напряжения сети через зарядное устройство (выпрямитель) 8.in case of disappearance or malfunction of the mains voltage, ensuring reliable power supply to the computer 5. As the capacitive storage 2 is discharged, the diode 9 of the OR 4 circuit is turned off and the diode 10 is turned on. In this case, the power to the computer 5 comes from the backup power source, that is, from the battery 6. For providing a stable voltage at the input of the computer 5 with a wide change in the input voltage in the range 100 ÷ 280 V, a boost converter is introduced. 7. Using a step-up converter 7, the voltage 12 V of the battery 6 is converted into a DC voltage of 310 V, which is fed to the input of the network power supply of the computer through the second input of the OR circuit 4. Converter 7 also provides stabilization of the output voltage at 310 V when the voltage of the battery 6 decreases due to its discharge. This ensures an increase in the service life of the battery 6 and increases the reliability of the power supply system. The presence of an energy storage device eliminates interruptions in the power supply of computers in the event of a power outage and increases the uptime of the computer. The charge of the battery 6 is provided from the alternating voltage of the network through the charger (rectifier) 8.

Claims

An uninterruptible power supply system for a computer, comprising a main power source including a rectifier, the output of which is connected to a capacitive direct current energy storage device, and an adjustable high-frequency boost converter connected to the rectifier output, characterized in that it additionally contains an OR circuit and a backup power source including a low voltage a battery connected to the AC mains via the charger, and a boost converter, the input of which is connected to the battery output and, at the same time, the output of the adjustable high-frequency boost converter of the main power source is connected to one of the inputs of the OR circuit, to the second input of which the output of the boost converter of the backup power source is connected, and the output of the OR circuit is connected to the input of the network power supply of the computer.