專利名稱：并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)及其啟動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及并聯(lián)UPS(不間斷電源)系統(tǒng)，更具體地說，涉及并聯(lián)UPS系統(tǒng)在電池模式下的啟動方法以及用于實現(xiàn)該方法的并聯(lián)UPS系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在線式雙變換拓?fù)涫钱?dāng)前并聯(lián)UPS系統(tǒng)中最常用的技術(shù)，單個UPS模塊內(nèi)部的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中PFC為前級功率因數(shù)校正AC/DC(交流/直流)電路，INV為后級逆變器電路，DC/DC為電池升壓單元，CHG為充電器電路，PWR為輔助電源單元。有的UPS模塊中將PFC與DC/DC合用同一套變換器電路，還有的UPS模塊將充電器電路直接掛接在直流母線(DC BUS)上，作為UPS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的一些變通，此處不做列舉和贅述，本文闡述的要點均以圖1所示UPS模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例，但并不限于這種結(jié)構(gòu)的UPS模塊。
本文中，UPS模塊的電池模式，即電池逆變器工作方式，指UPS模塊輸入電壓斷開或超出允許范圍，進(jìn)入電池放電狀態(tài)，輸出電壓正常的情況(該定義引自郵電部標(biāo)準(zhǔn)YD/T 1095-2000)；冷啟動是指在沒有市電交流或市電交流已被斷開時，一個新的UPS模塊啟動工作并進(jìn)入上述電池模式的情況。
上述UPS模塊應(yīng)用于UPS并聯(lián)系統(tǒng)時，熱插拔技術(shù)是一項重要技術(shù)性能。對于后插入UPS系統(tǒng)的UPS模塊，其啟動方法是熱插拔技術(shù)研究的要點之一。特別是UPS模塊在電池模式下的啟動方法，目前主要方案有以下兩種(1)、由集中控制電路為各個UPS模塊提供啟動偏置電流。如圖2所示，其中的集中控制電路通過輔助電源啟動線向各個UPS模塊提供啟動偏置電流，達(dá)到啟動各個UPS模塊的目的。這種方法的并聯(lián)UPS系統(tǒng)若需要在電池模式下完成啟動操作，可通過集中控制電路中的啟動開關(guān)電路，首先使得集中控制電路工作，然后通過輔助電源啟動線為各個UPS模塊提供輔助電源啟動偏置電流，從而完成啟動，此系統(tǒng)中的各個UPS模塊只接受由輔助電源啟動線傳來的驅(qū)動信號。這種方法只能用于集中控制的并聯(lián)UPS系統(tǒng)中，而這樣的UPS系統(tǒng)因其不能解決單點故障、可靠性低等缺點，終將不被采用。
(2)、由電池電壓直接產(chǎn)生啟動偏置電流。這方法在實際應(yīng)用時容易導(dǎo)致電池的小電流放電而損壞電池，而且對于電池電壓較高的場合，這種方式對人身安全也構(gòu)成一定的威脅，因此電池不宜直接掛接在啟動電路上，必須通過某種啟動開關(guān)電路來實現(xiàn)模塊電源的啟動，如圖3所示。這種方案若直接應(yīng)用于模塊并聯(lián)的UPS系統(tǒng)中，主要存在以下問題其一是后插入的UPS模塊不能實現(xiàn)電池方式下的自啟動，每一個UPS模塊都必須通過操作手動開關(guān)S 1-1來啟動，增加了人工操作，不適合熱插拔的技術(shù)要求；其二是各個UPS模塊的啟動開關(guān)電路是相互獨立的，不適合并聯(lián)UPS系統(tǒng)中所有模塊在電池方式下的一次性啟動操作。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種并聯(lián)UPS系統(tǒng)在電池模式下的啟動方法、以及用于實現(xiàn)該方法的并聯(lián)UPS系統(tǒng)，使得所述并聯(lián)UPS系統(tǒng)中只要有一個UPS模塊已正常工作，則其它后插入的UPS模塊都能夠自啟動其輔助電源，從而正常加入系統(tǒng)運行。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題的方案在于，一種并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)的啟動方法，其特征在于，包括以下步驟A、至少有一個不間斷電源模塊先啟動并工作于電池模式；B、所述并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)中未啟動工作的不間斷電源模塊通過接收啟動偏置電流，完成啟動；其特征在于，所述啟動偏置電流是由所述先啟動的不間斷電源模塊提供的。
其中，所述啟動偏置電流是由所述先啟動的不間斷電源模塊中的輔助電源單元的變換器輸出的。在所述步驟A中，可先啟動任意兩個或兩個以上不間斷電源模塊，由它們向其它未啟動的不間斷電源模塊的輔助電源單元輸出啟動偏置電流。所述未啟動工作的不間斷電源模塊還包括新插入所述并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)的不間斷電源模塊。所述先啟動工作的不間斷電源模塊的啟動方式可以是由市電模式轉(zhuǎn)換到電池模式的啟動，也可以是在電池模式下的通過啟動開關(guān)電路實現(xiàn)的啟動。
為實現(xiàn)上述方法，本發(fā)明提供一種并聯(lián)UPS系統(tǒng)，在現(xiàn)有通過啟動開關(guān)電路產(chǎn)生啟動偏置電流的并聯(lián)UPS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)中的不間斷電源模塊分為至少一個主不間斷電源模塊和至少一個從不間斷電源模塊，在所述主不間斷電源模塊中設(shè)有用于從其輔助電源主變換器的輸出端向外部輸出啟動偏置電流的發(fā)送支路；在所述從不間斷電源模塊中設(shè)有用于從外部接收啟動偏置電流、并輸入到其輔助電源控制電路的接收支路。
在本發(fā)明所述的不間斷電源系統(tǒng)中，通過在所述的主不間斷電源模塊中增設(shè)所述接收支路，并在所述從不間斷電源模塊中增設(shè)所述發(fā)送支路，也就是使所有模塊同時具有發(fā)送支路和接收支路，則可選擇任一個不間斷電源模塊作為主不間斷電源先啟動，其它模塊則作為從不間斷電源實現(xiàn)自啟動。
在上述不間斷電源系統(tǒng)的每一個不間斷電源模塊中，所述發(fā)送支路的輸出端與所述接收支路的輸入端連接在一起，通過同一根引出線連接到外部；所述不間斷電源系統(tǒng)中的所有不間斷電源模塊的所述引出線連接在一起，形成一條輔助電源啟動線。
在上述不間斷電源系統(tǒng)的每一個不間斷電源模塊中，所述發(fā)送支路包括一個正極與所述輔助電源主變換器的輸出端連接的第三二極管，所述接收支路包括一個負(fù)極與所述輔助電源控制電路的啟動偏置電流輸入端連接的第二二極管，所述第三二極管的負(fù)極與所述第二二極管的正極連接，并通過所述引出線連接到外部。
本發(fā)明的電路設(shè)計簡單，成本低廉，啟動可靠，不但可以應(yīng)用于集中控制的并聯(lián)UPS系統(tǒng)中，還特別適合分散并聯(lián)、集散并聯(lián)的UPS系統(tǒng)采用。該啟動方式對已工作模塊的依賴性最少，只要已工作的模塊輔助電源正常，則新插入系統(tǒng)的模塊就能實現(xiàn)啟動工作，不需要獨立的集中控制電路參與，對已工作模塊的輸入交流電、直流電的參數(shù)沒有要求。
下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是在線雙變換UPS模塊的典型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中由集中控制電路為UPS模塊的輔助電源單元提供啟動偏置電流時的示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中由啟動開關(guān)電路為UPS模塊的輔助電源單元提供啟動偏置電流時的示意圖；圖4是由本發(fā)明UPS模塊組成的并聯(lián)UPS系統(tǒng)的連接關(guān)系示意圖；圖5是本發(fā)明應(yīng)用于單相并聯(lián)UPS系統(tǒng)時的一個優(yōu)選實施例的電路圖；圖6是圖5中所用的控制器的內(nèi)部電路框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的總體構(gòu)思，是利用并聯(lián)UPS系統(tǒng)中各個UPS模塊的輔助電源單元的輸出電壓構(gòu)成一條輔助電源啟動線，只要有一個UPS模塊啟動后，系統(tǒng)中的其它UPS模塊以及新插入系統(tǒng)中的UPS模塊都均能夠通過這條母線實現(xiàn)其輔助電源單元的自啟動。
參考圖4，以其中的#1 UPS模塊為例，每個UPS模塊都由整流及功率因數(shù)控制單元PFC、逆變單元INV、充電單元CHG、輔助電源單元PWR、電池升壓單元DC/DC、蓄電池BT 1-1以及相關(guān)的切換開關(guān)構(gòu)成，圖中沒有繪制各單元之間的相關(guān)控制電路，實際系統(tǒng)當(dāng)然應(yīng)該包含相關(guān)控制電路。其中輔助電源單元又包括輔助電源控制電路及受其控制的輔助電源主變換器。充電單元的輸出端連接到輔助電源控制電路的啟動偏置電流輸入端，并通過第一二極管D 1-1連接到蓄電池的正極及輔助電源主變換器的啟動偏置電流輸入端；啟動開關(guān)電路S 1-1的一端連接在蓄電池BT 1-1的正極，另一端連接在輔助電源控制電路的啟動偏置電流輸入端。
其中，正極與輔助電源主變換器的輸出端連接、負(fù)極引出到外部的第三二極管D 1-3構(gòu)成啟動偏置電流發(fā)送支路；而負(fù)極與輔助電源控制電路的啟動偏置電流輸入端連接、正極引出到外部的第二二極管D 1-2構(gòu)成啟動偏置電流接收支路；二極管D 1-3的負(fù)極與二極管D 1-2的正極連接在一起，通過同一條引出線連接到外部，與其它各模塊的同一引出線相互連接，形成輔助電源啟動線。使得每一個UPS模塊的輔助電源單元既可以從輔助電源啟動線上引入啟動偏置電流，也可以通過該輔助電源啟動線為其他UPS模塊的輔助電源單元提供啟動偏置電流。同時，輔助電源主變換器的輸出端經(jīng)二極管D 1-3、D 1-2輔助電源控制電路的啟動偏置電流輸入端，所以二極管D 1-3、D 1-2還構(gòu)成反饋支路。
對于尚未工作的并聯(lián)UPS系統(tǒng)，在電池模式啟動時，可選擇任何一個UPS模塊，例如選擇#1 UPS模塊，通過按下其開關(guān)電路S 1-1來啟動，由蓄電池BT 1-1通過開關(guān)S 1-1為輔助電源控制電路提供工作電源，使整個輔助電源單元工作；當(dāng)輔助電源主變換器的輸出電壓正常建立后，又可通過反饋支路(即二極管D 1-3和二極管D 1-2)對輔助電源控制電路實現(xiàn)自饋電，以維持其正常供電，此時該UPS模塊的輔助電源單元完成其啟動過程。同時，輔助電源主變換器的輸出端可通過發(fā)送支路(即二極管D 1-3)向輔助電源啟動線輸出電壓，由于輔助電源啟動線連接到每一個UPS模塊的接收支路(即二極管D N-2)，輔助電源啟動線可通過二極管D N-2為未啟動的任一個UPS模塊的輔助電源控制電路提供啟動電壓，也就是說，系統(tǒng)中未啟動的UPS模塊可通過該輔助電源啟動線獲取啟動電壓，實現(xiàn)自啟動，不需要再按下啟動開關(guān)電路S N-1。
當(dāng)并聯(lián)UPS系統(tǒng)正常工作于電池模式后，如果有新的UPS模塊插入，也可通過輔助電源啟動線獲取啟動電壓，實現(xiàn)自啟動，不需要再按下啟動開關(guān)電路S N-1。
本發(fā)明既可以應(yīng)用在單相并聯(lián)UPS系統(tǒng)的輔助電源中，也可以應(yīng)用于其它并聯(lián)UPS系統(tǒng)的輔助電源單元中，如圖5所示為一個應(yīng)用于單相并聯(lián)UPS系統(tǒng)時的優(yōu)選實施例，圖中僅繪出了輔助電源單元，省略了UPS模塊中的其它電路；圖6是其中所用的控制器(U 1-1、......U N-1)的內(nèi)部電路框圖。本實施例是圖4中所示方案的具體化，其中的變壓器T 1-1對應(yīng)于圖4中的輔助電源主變換電路；而控制器U 1-1、開關(guān)管Q 1-1及其周邊電路則對應(yīng)于圖4中的輔助電源控制電路。充電單元的輸出端通過第一電阻R1-1連接到控制器U 1-1的啟動偏置電流輸入端，并通過第一二極管D 1-1連接到蓄電池的正極及變壓器T 1-1的初極線圈輸入端；蓄電池、變壓器T1-1的初級線圈及開關(guān)管Q 1-1通過第二電阻R 1-2形成回路，控制器U 1-1的控制信號輸出端連接到開關(guān)管Q 1-1的控制極；變壓器T 1-1的輸出端通過第三、第二二極管D 1-3、D 1-2和第三電阻R 1-3連接到控制器U 1-1的工作啟動偏置電流輸入端，連接在所述第二二極管D 1-2正極的引出線通過第四電阻R 1-4引到外部。其工作原理與圖4所示并聯(lián)UPS系統(tǒng)的原理相同，此處不再贅述。
因為單端反激電路具有設(shè)計簡單可靠、可隔離的多路輸出、成本低等很多優(yōu)點，從而被業(yè)界廣泛應(yīng)用到UPS模塊輔助電源的設(shè)計中，本發(fā)明的上述實施例都是以單端反激電路為例，但本發(fā)明的構(gòu)思應(yīng)不局限于單端反激電路。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)的啟動方法，其特征在于，包括以下步驟A、至少有一個不間斷電源模塊先啟動并工作于電池模式；B、所述并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)中未啟動工作的不間斷電源模塊通過接收啟動偏置電流，完成啟動；其特征在于，所述啟動偏置電流是由所述先啟動的不間斷電源模塊提供的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)的啟動方法，其特征在于，所述啟動偏置電流是由所述先啟動的不間斷電源模塊中的輔助電源單元的變換器輸出的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)的啟動方法，其特征在于，在所述步驟A中，可先啟動任意兩個或兩個以上不間斷電源模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)的啟動方法，其特征在于，所述未啟動工作的不間斷電源模塊包括新插入所述并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)的不間斷電源模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)的啟動方法，其特征在于，所述先啟動工作的不間斷電源模塊的啟動方式可以是由市電模式轉(zhuǎn)換到電池模式的啟動，也可以是在電池模式下的通過啟動開關(guān)電路實現(xiàn)的啟動。
6.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的啟動方法的不間斷電源系統(tǒng)，其中至少包含一個主不間斷電源模塊和一個的從不間斷電源模塊，每一個所述主、從不間斷電源模塊中包括輔助電源單元以及蓄電池；所述輔助電源單元包括用于為不間斷電源模塊中的其它功能單元提供工作電源的輔助電源主變換器、以及用于對其進(jìn)行控制的輔助電源控制電路；其特征在于，在所述主不間斷電源模塊中設(shè)有用于從其輔助電源主變換器的輸出端向外部輸出啟動偏置電流的發(fā)送支路；在所述從不間斷電源模塊中設(shè)有用于從外部接收啟動偏置電流、并輸入到其輔助電源控制電路的接收支路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，在所述的主不間斷電源模塊中還設(shè)有用于從外部接收啟動偏置電流、并輸入到其輔助電源控制電路的接收支路；在所述從不間斷電源模塊中還設(shè)有用于從其輔助電源主變換器的輸出端向外部輸出啟動偏置電流的發(fā)送支路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，在每一個不間斷電源模塊中，所述發(fā)送支路的輸出端與所述接收支路的輸入端連接在一起，并通過同一根引出線連接到外部；所述并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)中的所有不間斷電源模塊的所述引出線連接在一起，形成一條輔助電源啟動線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，在每一個不間斷電源模塊中，所述發(fā)送支路包括一個正極與所述輔助電源主變換器的輸出端連接的第三二極管，所述接收支路包括一個負(fù)極與所述輔助電源控制電路的啟動偏置電流輸入端連接的第二二極管，所述第三二極管的負(fù)極與所述第二二極管的正極連接，并通過所述引出線連接到外部。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，在每一個不間斷電源模塊的輔助電源單元中，由控制器U 1-1和開關(guān)管Q 1-1組成輔助電源控制電路，由變壓器T 1-1組成輔助電源主變換器；所述蓄電池、變壓器T 1-1的初級線圈及開關(guān)管Q 1-1通過第二電阻R 1-2形成回路，所述控制器U 1-1的控制信號輸出端連接到所述開關(guān)管Q 1-1的控制極；所述變壓器T 1-1的輸出端通過所述第三、第二二極管D 1-3、D 1-2和第三電阻R1-3連接到所述控制器U 1-1的工作啟動偏置電流輸入端，連接在所述第二二極管D 1-2正極的引出線通過第四電阻R 1-4引到外部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)及其啟動方法，在現(xiàn)有通過啟動開關(guān)電路產(chǎn)生啟動偏置電流的并聯(lián)UPS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在各個不間斷電源模塊中增用于從其輔助電源主變換器的輸出端向外部輸出啟動偏置電流的發(fā)送支路，并增設(shè)用于從外部接收啟動偏置電流并輸入到其輔助電源控制電路的接收支路；發(fā)送支路的輸出端與接收支路的輸入端連接在一起，并通過同一根引出線連接到外部；系統(tǒng)中所有不間斷電源模塊的引出線連接在一起，形成一條輔助電源啟動線。每一個UPS模塊既可從輔助電源啟動線上引入啟動偏置電流，也可以通過該輔助電源啟動線為其他UPS模塊的輔助電源單元提供啟動偏置電流，使其它UPS模塊可完成自啟動。
文檔編號H02J7/34GK1482718SQ0213472
公開日2004年3月17日 申請日期2002年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月11日
發(fā)明者顧景篩 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司