УСТРОЙСТВО БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ МНОГОКАНАЛЬНОЕ СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЕ Российский патент 2004 года по МПК H02J7/34 

Изобретение относится к силовой электротехнике и может быть использовано для создания многоканальных устройств бесперебойного электропитания комплексов технических средств стабилизированными гальванически развязанными напряжениями постоянного тока.

Известны одноканальные устройства бесперебойного электропитания постоянного тока, содержащие сетевой выпрямитель, входы переменного тока которого подключены к промышленной сети переменного тока, а выходы постоянного тока к входным выводам зарядно-буферного преобразователя ЗБП, выходные выводы постоянного тока которого подключены к выводам резервной аккумуляторной батареи АБ и образуют выходные выводы устройства [1, 2].

Выходное напряжение в этих устройствах зависит от резервной АБ, следовательно, может быть выполнено только одноканальным и изменяется в процессе ее заряда и разряда в широких пределах (более +/-15%).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство бесперебойного электропитания многоканальное стабилизирующее, содержащее сетевой выпрямитель, выводами переменного тока подключенный к промышленной сети электроснабжения переменного тока, а выводами постоянного тока - к входным выводам зарядно-буферного преобразователя ЗБП, выходные выводы постоянного тока которого подключены к выводам резервной аккумуляторной батареи АБ и входным выводам преобразователей постоянного напряжения ПН, по числу каналов выходного напряжения, при этом преобразователи ЗБП и ПН выполнены по схеме высокочастотного преобразования и состоят из инвертора, узла управления с ШИМ-регулятором и трансформаторно-выпрямительного узла ТВУ, первичная обмотка трансформатора которого подключена к выводам переменного тока инвертора, входы управления которого подключены к выходным выводам узла управления, а выходы постоянного тока ТВУ образуют выходные выводы устройства [3].

Данное устройство позволяет получить на выходе несколько каналов выходного стабилизированного напряжения. Устройство выполняется по модульной структуре построения. Наращивание выходной мощности в каждом канале производится параллельным соединением модулей преобразователей по входу и выходу. Однако в данном устройстве осуществляется двойное последовательное преобразование энергии в каждом канале и кпд устройства равно произведению кпд преобразователя ПН и кпд преобразователя ЗБП, при этом ЗБП выполняется на суммарную выходную мощность устройства и мощность, необходимую для заряда АБ.

Цель изобретения - повышение кпд и уменьшение массогабаритных характеристик устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство бесперебойного электропитания многоканальное стабилизирующее, содержащее сетевой выпрямитель, выводами переменного тока подключенный к промышленной сети электроснабжения переменного тока, а выводами постоянного тока - к входным выводам зарядно-буферного преобразователя ЗБП, выходные выводы постоянного тока которого подключены к выводам резервной аккумуляторной батареи АБ и входным выводам преобразователей постоянного напряжения ПН, по числу каналов выходного напряжения, при этом преобразователи ЗБП и ПН выполнены по схеме высокочастотного преобразования энергии и состоят из инвертора, узла управления с ШИМ-регулятором и трансформаторно-выпрямительного узла ТВУ, первичная обмотка трансформатора которого подключена к выводам переменного тока первого инвертора, входы управления которого связаны с выходными выводами узла управления, а выходы постоянного тока ТВУ образуют выходные выводы каналов постоянного тока устройства, в каждый преобразователь ПН введен дополнительный инвертор и коммутатор импульсов управления КИУ, а выходной трансформатор узла ТВУ снабжен второй первичной обмоткой, которая подключена к выводам переменного тока дополнительного инвертора, входные выводы постоянного тока которого подключены к выводам постоянного тока сетевого выпрямителя, причем выходные выводы узла управления подключены к входным выводам узла коммутатора КИУ, первые выходные выводы которого подключены к выводам управления первого инвертора, а вторые выходы - к выводам управления второго дополнительного инвертора, а вывод контроля напряжения к выводам постоянного тока сетевого выпрямителя.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства бесперебойного электропитания.

Устройство содержит сетевой выпрямитель СВ 1 с входными выводами переменного тока 2 и выходными выводами постоянного тока 3, которые подключены к входным силовым выводам зарядно-буферного преобразователя ЗБП 4, выходные выводы 5 которого подключены к резервной аккумуляторной батарее АБ 6 и первым входным выводам преобразователей постоянного напряжения ПН 7,1, 7,2, по числу каналов выходного напряжения.

Преобразователи ЗБП и ПН выполняются по схеме высокочастотного преобразования энергии и содержат узел управления УУ 8 с ШИМ-регулятором, первый инвертор 9 и трансформаторно-выпрямительный узел ТВУ 10, первая первичная обмотка 11 выходного трансформатора которого подключена к выходам переменного тока первого инвертора.

В преобразователь ПН введен дополнительный второй инвертор 12, выводы переменного тока которого подключены ко второй дополнительной первичной обмотке 13 выходного трансформатора ТВУ, и коммутатор импульсов управления 14, при этом выходные выводы узла управления подключены к входным выводам коммутатора КИУ, первые 15 выходные выводы которого подключены к выводам управления первого инвертора, а вторые 16 выходные выводы - к входам управления дополнительного второго инвертора, при этом вывод контроля напряжения узла КИУ подключен к выводам постоянного тока 3 сетевого выпрямителя 1.

Устройство работает следующим образом:
Напряжение системы электроснабжения переменного тока подается на входные выводы переменного тока 2 сетевого выпрямителя СВ 1, с выходных выводов 3 которого постоянное напряжение подается на силовые входные выводы 3 преобразователей ПН 7.1, 7.2 и вывод контроля коммутатора импульсов управления КИУ 14.

Если напряжение системы электроснабжения находится в пределах заданного допуска, КИУ вырабатывает сигнал, коммутирующий импульсы управления с выходов узла управления УУ 8 на входы управления 16 второго дополнительного инвертора 12. Инвертор 12 преобразует выходное постоянное напряжение СВ в переменное напряжение повышенной частоты прямоугольной формы, которое с выходных выводов инвертора 12 подается на вторую 13 первичную обмотку выходного трансформатора узла ТВУ 10, на выходных выводах которого формируется выходное постоянное напряжение каналов устройства. Стабилизация выходных напряжений осуществляется по цепи обратной связи с выхода преобразователя при помощи ШИМ-регулятора узла управления 8.

Одновременно выходное напряжение СВ подается на вход 3 зарядно-буферного преобразователя ЗБП 4, на выходе 5 которого формируется напряжение постоянного тока с выходной характеристикой JU, при этом происходит заряд резервной АБ 6 постоянным током, величина которого определяется выбранной АБ и условиями ее заряда, до уровня напряжения непрерывного подзаряда, которое поддерживается со стабильностью не хуже +/-1%.

Напряжение с выводов резервной ДБ подается на входные выводы 5 преобразователей ПН 7.1, 7.2 и входные выводы инверторов 9.

При отключении системы электроснабжения, или выходе ее за пределы заданного допуска, КИУ 14 формирует сигнал, который переключает импульсы управления с выхода УУ 8 на входы управления 15 первого инвертора 9 и снимает импульсы управления со входа второго инвертора 12, который при этом отключается.

Инвертор 9 преобразует постоянное напряжение АБ 6 в переменное напряжение повышенной частоты прямоугольной формы, которое с выхода инвертора 9 подается на первую 11 первичную обмотку трансформатора узла ТВУ 10, обеспечивая бесперебойность выходных напряжений на выходе устройства.

АБ разряжается, узел КИУ контролирует ее напряжение и при разряде ниже критического вырабатывает сигнал, снимающий импульсы управления со входа инвертора 9. Устройство отключается.

Повторное включение устройства возможно только при подаче напряжения системы электроснабжения переменного тока на вход СВ.

Так же как и в устройстве-прототипе в предлагаемом устройстве наращивание выходной мощности каналов производится параллельным соединением соответствующих модулей ПН.

В отличие от устройства-прототипа, в котором осуществляется последовательное преобразование энергии сетевого выпрямителя преобразователями ЗБП и ПН, в предлагаемом устройстве осуществляется параллельное преобразовние энергии по каналам ЗБП и ПН.

Мощность, потребляемая от сетевого выпрямителя:
в предлагаемом устройстве
Рс=Ро/К2+Рз/К1,
в устройстве-прототипе
Рс=(Ро/К2+Рз)/К1,
где Рс - мощность, потребляемая от СВ,
Ро - суммарная выходная мощность,
Рз - мощность необходимая для заряда АБ,
К1 - коэффициент полезного действия преобразователей ЗБП,
К2 - коэффициент полезного действия преобразователей ПН.

В предлагаемом устройстве ЗБП выполняется только на мощность, необходимую для заряда АБ, а в прототипе на полную мощность устройства, что приводит к увеличению необходимого количества параллельно включенных модулей ЗБП.

Кроме того, в предлагаемом устройстве нет необходимости в устройстве, отключающем АБ от нагрузки при ее критическом разряде, в устройстве-прототипе оно необходимо и выполняется на полную выходную мощность устройства.

Все это приводит к значительному увеличению кпд и сокращению массогабаритных характеристик и стоимости предлагаемого устройства.

Источники информации
1. Электропитающее оборудование для предприятий связи. Каталог 1997 г., с. 3, М.: TOO "TT-Принт", 1997.

2. В. Колосов. Устройства бесперебойного питания. Электроника. Наука, технология, бизнес, 1998, 2, с. 53.

3. Модульные системы электропитания для аппаратуры телекоммуникации производства фирмы БЕННИНГ, Германия. Материалы семинара. М., март 1998, гл. 3: Система электропитания BL-T.

Изобретение относится к силовой электротехнике и может быть использовано для создания многоканальных устройств бесперебойного электропитания комплексов технических средств, стабилизированными гальванически развязанными напряжениями. Устройство содержит сетевой выпрямитель, выводами переменного тока подключенный к промышленной сети электроснабжения переменного тока, а выводами постоянного тока - к входным выводам зарядно-буферного преобразователя (ЗБП), выходные выводы постоянного тока которого подключены к резервной аккумуляторной батарее (АБ) и входам преобразователей напряжения (ПН) постоянного тока в постоянный, по числу каналов выходного напряжения. ЗБП и ПН выполнены по схеме высокочастотного преобразования и состоят из инвертора (И), узла управления с ШИМ-регулятором (УУ) и трансформаторно-выпрямительного узла (ТВУ), первичная обмотка трансформатора которого подключена к выводам переменного тока инвертора, а выходы постоянного тока ТВУ образуют выходные выводы устройства. Техническим результатом является повышение кпд и уменьшение массогабаритных характеристик, для чего ПН выполнены по схеме с двумя входными фидерами электроснабжения, для чего в них введены коммутатор импульсов управления (КИУ) и дополнительный инвертор (И1), входные силовые выводы которого подключены к выходу сетевого выпрямителя и входу контроля КИУ, а выходы переменного тока к введенной второй первичной обмотке трансформатора узла ТВУ. Выходные выводы УУ подключены ко входам КИУ, первые выходы которого подключены ко входам управления И, а вторые выходы - ко входам управления И1. В предлагаемом устройстве отсутствует, в отличие от известных, двойное преобразование энергии при электроснабжении от основной сети, при этом ЗБП выполняется только на мощность, необходимую для заряда АБ, а в известных на полную мощность устройства. Кроме того, в предлагаемом устройстве нет необходимости в устройстве, отключающем АБ от нагрузки при ее критическом разряде, а в известных устройствах оно необходимо и выполняется на полную выходную мощность устройства. 1 ил.

Многоканальное стабилизирующее устройство бесперебойного электропитания, содержащее сетевой выпрямитель, выводами переменного тока подключенный к промышленной сети электроснабжения переменного тока, а выводами постоянного тока - к входным выводам зарядно-буферного преобразователя (ЗБП), выходные выводы постоянного тока которого подключены к выводам резервной аккумуляторной батареи и к входным выводам преобразователей постоянного напряжения (ПН) по числу каналов выходного напряжения, при этом ЗБП и ПН - преобразователи выполнены по схеме высокочастотного преобразования энергии и состоят из первого инвертора, узла управления с ШИМ-регулятором и трансформаторно-выпрямительного узла (ТВУ), первичная обмотка трансформатора которого подключена к выводам переменного тока первого инвертора, выводы управления первых инверторов ЗБП и ПН - преобразователи связаны с выходными выводами соответствующего узла управления, а выходы постоянного тока ТВУ образуют выходные выводы соответствующих ЗБП и ПН - преобразователей, отличающееся тем, что в каждый преобразователь ПН введены второй инвертор и коммутатор импульсов управления (КИУ), а выходной трансформатор ТВУ каждого преобразователя ПН снабжен второй первичной обмоткой, которая подключена к выводам переменного тока второго инвертора, соответствующего преобразователю ПН, входные выводы указанного второго инвертора подключены к выводам постоянного тока сетевого выпрямителя, причем выходные выводы узла управления каждого преобразователя ПН подключены к входным выводам соответствующего КИУ, первые выходные выводы которого подключены к выводам управления первого инвертора, а вторые выходные выводы - к выводам управления второго инвертора, а вывод контроля напряжения - к выводам постоянного тока сетевого выпрямителя.