СПОСОБ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОМПЬЮТЕРОВ ИЛИ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ Российский патент 2004 года по МПК H02J9/04 

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано для питания компьютеров и систем на их основе.

В настоящее время существуют в основном два способа бесперебойного электропитания компьютеров и систем на их основе. По первому способу, в системах бесперебойного электропитания типа off-line, выпускаемых фирмами АРС, Best Power, Emerson Electric, Exide Electronics и др. (Exide Electronics:

“Источники бесперебойного питания корпорации Exide Electronics”. Проспект фирмы, 1998), питание компьютеров или компьютерных систем осуществляют в нормальном режиме непосредственно от сети напряжением переменного тока, а при отклонениях сетевого напряжения от нормального режима электропитание осуществляют от аккумуляторов, но преобразуя предварительно посредством инвертора напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока.

Преобразование постоянного тока напряжение в переменное снижает КПД и существенно снижает надежность за счет введения довольно сложного устройства - инвертора для обеспечения преобразования, кроме того, при переключении компьютеров при электропитании от сети переменного тока на инвертор возможен перерыв в питании, что ухудшает качество подаваемого напряжения на компьютер.

По второму способу обеспечения компьютеров и компьютерных систем бесперебойным электропитанием, который принят за прототип, сетевое напряжение переменного тока преобразуют в напряжение постоянного тока. Одновременно аккумулируют часть энергии, постоянно заряжая аккумулятор этим напряжением постоянного тока, и выполняют обратное преобразование напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока. которым и питают компьютеры и компьютерные системы. Этот способ реализуется в системах типа “on-line”, выпускаемых фирмами АРС, Best Power, Emerson Electric, Exide Electronics и др. (Exide Electronics: “Источники бесперебойного питания корпорации Exide Electronics”. Проспект фирмы, 1998. Источники бесперебойного электропитания. PC MAGAZINE/RE. Спецвыпуск, январь 1997 г., с.68-79. Мир ИБП. Мир ПК, март 1997 г., с.33-57. Брифинг производителей источников бесперебойного питания. Компьютер. Октябрь 1997 г., с.212-230).

Согласно этому способу в нормальном режиме питание компьютеров осуществляют напряжением переменного тока после двойного преобразования сетевого напряжения переменного тока. При отклонениях сетевого напряжения от нормального режима электропитание компьютеров и компьютерных систем осуществляют от аккумулятора, преобразуя предварительно его напряжение в напряжение переменного тока, т.е. и в нормальном режиме и при сбоях в сети происходит двойное преобразование электроэнергии. Однако двойное преобразование не позволяет добиться высокого КПД, как и в предыдущем случае значительно снижается надежность за счет необходимости введения 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. Для реализации этого способа необходимы два преобразователя. Этим схема усложняется, а сам способ недостаточно экономичен.

Задача изобретения - экономично с высокой надежностью и высоким КПД обеспечить бесперебойное качественное электропитание компьютеров и компьютерных систем.

Задача решена следующим образом:

В известном способе бесперебойного электропитания компьютеров или компьютерных систем, при котором сетевое напряжение переменного тока часть энергии аккумулируют путем постоянной зарядки накопителя энергии постоянного тока, согласно заявленному способу электропитание компьютеров и компьютерных систем осуществляют непосредственно напряжением постоянного тока, причем в нормальном режиме - сразу после преобразования сетевого напряжения постоянного тока, а при отклонениях сетевого напряжения питания осуществляют непосредственно от накопителя энергии постоянного тока. Кроме того, перед подачей электропитания компьютерам или системам напряжение постоянного тока конвертируют и стабилизируют.

Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что электропитание компьютеров, компьютерных систем и устройств, особенностью которых является использование в блоках питания на входе бестрансформаторных выпрямителей, осуществляют непосредственно напряжением постоянного тока, причем в нормальном режиме сразу после преобразования сетевого напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, а при отклонениях сетевого напряжения от нормального режима - непосредственно от накопителя энергии. Кроме того, перед подачей электропитания на компьютеры его конвертируют и стабилизируют. Отличия заявляемого способа от прототипа говорят о его новизне. Компьютеры, их аппаратные средства имеют блоки питания, выполненные по традиционной схеме: сетевой выпрямитель с конденсатором одноактный либо двухтактный конвертор, работающие на повышенных частотах (20-50) кГц.

Осуществление электропитания компьютеров непосредственно напряжением постоянного тока после преобразования сетевого напряжения или от накопителя энергии постоянного тока согласно заявляемому способу промышленно применимо. Оно исключает двойное преобразование напряжения, а значит исключает и потери энергии, не требует дополнительных устройств на улучшение качества входного напряжения для компьютеров. Поскольку при отклонениях сетевого напряжения питание осуществляют непосредственно от постоянно заряженного накопителя энергии постоянного тока, что улучшает качество подаваемого напряжения за счет ликвидации переходных режимов, т.о. электропитание будет более надежно и качественно, а КПД более высок. Исключая двойное преобразование, способ позволяет исключить из канала питания при реализации довольно сложное устройство - инвертор, который определяет во многом КПД (снижая его), надежность бесперебойного электропитания компьютеров и систем на их основе. Таким образом, упростив сам способ, сделав его экономичнее, можно повысить надежность и КПД при обеспечении компьютеров бесперебойным электропитанием.

Известные способы (в т.ч. и заявляемый) построены на резервировании энергии, на использовании этой энергии при отклонении сетевого напряжения от нормального режима. Но в известных системах повышения КПД надежности добиваются за счет уменьшения помех, сокращения переходных процессов, минимизации потерь энергии, улучшения качественных характеристик выходного инвертируемого напряжения. Это все усложняет способ бесперебойного электропитания. Заявляемый способ исключает потери энергии на повторное преобразование сетевого напряжения, а также перерывы в электропитании компьютеров. Заявителям не известен из уровня техники такой путь решения поставленной задачи. Регулируя и стабилизируя напряжение постоянного тока, можно значительно расширить диапазон изменений входного напряжения компьютера от 100 до 280 В.

На фиг.1 приведена блок-схема, реализующая заявляемый способ. На фиг.2, фиг.3 и фиг.4 - варианты блок-схем с конвертором.

Блок схема (фиг.1) содержит выпрямитель 1, к выходу которого последовательно подключены накопитель энергии постоянного тока 2 и потребитель 3 (компьютер или компьютерная система). Между потребителем 3 и выпрямителем 1 включен регулируемый конвертор 4 (фиг.2), с помощью которого стабилизируют постоянное напряжение, подаваемое на компьютер или компьютерную систему.

В случае применения низковольтного аккумулятора (12 В) к его выходу подключают конвертор 5, преобразующий напряжение 12 В в напряжение 300-310 В (фиг.3), либо конвертор 6, преобразующий напряжение 12 В в напряжение ±5В и ±2В, подаваемое непосредственно на выходные клеммы блока питания компьютера. В обеих последних схемах аккумулятор (накопитель) 2 заряжают от сети посредством маломощного зарядного устройства 7. В качестве накопителя энергии постоянного тока 2 в зависимости от возможных перерывов в сети могут быть использованы либо электролитические конденсаторы, либо молекулярные накопители, либо аккумуляторные батареи.

Способ выполняют следующим способом: сетевое напряжение выпрямляют выпрямителем 1 в напряжение постоянного тока величиной 300-310 В, которым непосредственно без потерь энергии питают компьютер 3 или компьютерную систему 3. Этим напряжением постоянного тока одновременно заряжают накопитель энергии постоянного тока 2, который поддерживает в необходимых пределах постоянное напряжение при исчезновении или сбоях сетевого напряжения, обеспечивая постоянное и надежное электропитание компьютера 3. Для обеспечения стабильного напряжения на входе компьютера при широком изменении входного напряжения посредством регулируемого конвертора 4 напряжения постоянного тока стабилизируют. Если аккумулятор низковольтный (12 В), то напряжение постоянного тока конвертируют конвертором 5 в напряжение постоянного тока с величиной 300-310 В и стабилизируют его, либо конвертором 6 - в напряжение постоянного тока с величиной ±5 В, ±12 В и стабилизируют его по каналу +5 В, электропитание подают непосредственно на входные клеммы блока питания компьютера. В обоих последних случаях накопитель 2 заряжают от сети переменного тока посредством зарядного устройства 7.

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано для питания компьютеров и систем на их основе, особенностью которых является использование в блоках питания на входе бестрансформаторных выпрямителей. Сетевое напряжение переменного тока преобразуют в напряжение постоянного тока посредством выпрямителя. Этим напряжением непосредственно питают компьютер и системы на их основе. Одновременно этим напряжением постоянно заряжают накопитель электрической энергии. При исчезновении или сбоях в сетевом напряжении питание компьютера и систем на их основе осуществляют непосредственно напряжением постоянного тока накопителя. Непосредственная подача постоянного тока на вход блока питания компьютера и систем на их основе без его дальнейшего преобразования исключает потери энергии и повышает надежность. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ бесперебойного электропитания компьютеров и систем на их основе с использованием бестрансформаторных выпрямителей, при котором сетевое напряжение переменного тока преобразуют в напряжение постоянного тока, отличающееся тем, что электропитание компьютеров и систем на их основе осуществляют напряжением постоянного тока, подаваемого непосредственно на вход блока питания с бестрансформаторным выпрямителем, а при отклонениях сетевого напряжения от нормального режима питание осуществляется непосредственно от накопителя энергии постоянного тока.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что напряжение постоянного тока перед подачей его на компьютер, компьютерную систему или устройство, использующее в блоке питания бестрансформаторный выпрямитель, стабилизируют.