[发明专利]一种不间断电源

说明书

本申请公开了一种不间断电源，其包括电源模块、超级电容及至少一路供电输出端口，所述电源模块包括AC‑DC主电路子模块、AC‑DC控制子模块及控制电源子模块；所述AC‑DC主电路子模块包括依次连接的整流及功率因数校正单元、高频逆变单元、谐振腔及变压器单元及高频整流单元；所述AC‑DC主电路子模块实现从交流到直流的功率变换，所述控制电源子模块用于为所述AC‑DC控制子模块中的各个集成电路芯片提供工作电源，所述直流电压输出连接到所述超级电容及所述至少一路供电输出端口。本发明的不间断电源体积小，可很好地适用于功率较低的分布式应用场合。

技术领域

本申请涉及电源领域，尤其涉及一种不间断电源。

背景技术

在许多工业、商业、航空、军用等领域，完成数据采集、状态监测、计算与控制等功能的硬件设备，通常是由多种物理零件构成的，例如一台计算设备可能包括的物理零件有主板、总线、电源、硬盘、存储控制器以及内置存储器等。为了节约成本和方便维修，可将这些物理零件设计为现场可更换单元(Field Replace Unit，简称FRU)，当硬件设备中某个FRU出现故障时，直接对其进行更换即可。

此外，硬件设备在供电方面一般还有电源不间断的需求，以保证在外界电源异常断电时，设备可以进行数据存储或备份、系统状态记录、发出报警提示等操作。通常由不间断电源(UPS)来满足硬件设备的交流输入电源不间断需求。如图1所示，现有的UPS系统一般由四部分组成：整流、储能、逆变、开关控制。AC-DC电源转换器将电网来的交流电经全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变器。DC-AC逆变器通常采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术、快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。控制器是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈，极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。现有的储蓄装置是由蓄电池组组成，内部绝大部分选用铅酸蓄电池串联而成，存储转换后的能量，同时能通过电池管理系统(BMS)将采集的电压、电流信号传给控制器，通过控制器处理后进而显示在屏幕上；当市电断开，控制器收到信号后，由控制器发送启动信号，将静态开关切换至蓄电池组输出，继续为负载供电。

当市电正常时，直流主回路有直流电压，供给DC-AC交流逆变器，输出稳定的交流电压，同时市电对电池充电。当任何时候市电欠压或突然掉电，则由蓄电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时，不间断电源发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作。不间断电源还有过载保护功能，当发生过载时，此时前面空气开关也可能跳闸。消除故障后，只要合上开关，重新开机即开始恢复工作。

传统UPS适用于两种情况，一种是要求“电源不间断”的时间足够长，例如在交流电源停电几小时的情况下，一直维持给硬件设备供电，总的供电电量达到若干kWh。另外一种是要求“电源不间断”时间较短，但需要供电的设备较多，功率较大，例如在大型机房中，大量硬件设备的总功率达到几百kW，10分钟时间内的供电电量可能达到了几十kWh。

通过在交流供电处使用UPS可满足传统的电源不间断的需求，但传统“不间断电源”存在诸多缺点及不足：

1)传统立式(塔式)结构必须要拥有宽阔的散热通道、大尺寸大功率的散热风扇，从而才能满足发热散热的问题；

2)UPS模块功率受限于体积的大小及器件发热后的散热问题；

3)储能装置选用的是蓄电池组，该装置对温度的要求极高，一般是+5℃～+40℃，如果温度过低会使电池的容量下降，如果温度过高则会影响电池的使用寿命。而且，电池组电压很高，存在电击的危险，增加了日后维护、更换的难度系数；

4)当一部分负载接通或断开时，都会使负载产生阶跃变化，但是UPS不能瞬时更正这种突然变化的电流，很容易损坏设备造成人员财产的损失。