一种快速检测UPS负载冲击变化的电路结构制造技术

本发明专利技术涉及一种快速检测UPS负载冲击变化的电路结构，属于电源管理领域。本发明专利技术的电路结构包括UPS主控电路、若干个功率模块、主控制板、霍尔电流传感器He、电流上升率检测器件Lo、电阻Rq、电阻Rz、开关K1、双向信号提取模块、电阻R3、R4、Rf、滑动电阻RW1、电容C1和比较器G1。该电路结构会采用前馈控制方法提前预判投入负载的最大冲击范围，及时快速的发出休眠的功率模块唤醒信号，使UPS不间断电源系统始终能够安全的工作在较高的运行效率区间。在明显缩短检测时间的同时，又不需要大量的占用CPU等智能控制芯片的运算资源和计算时间。智能控制芯片的运算资源和计算时间。智能控制芯片的运算资源和计算时间。

【技术实现步骤摘要】
一种快速检测UPS负载冲击变化的电路结构


[0001]本专利技术属于电源管理领域，具体涉及一种快速检测UPS负载冲击变化的电路结构。

技术介绍

[0002]随着现代化社会的高速发展，以数据通信为基础的云计算、大数据和人工智能应用等催生了计算机数据中心的大发展。数据中心的核心是由大量服务器、交换机等高档精密的微电子设备组成，所传输处理的又都是低电压高频脉冲数字信号，这些精密的微电子设备极易受到电网中各种浪涌、下陷、瞬间掉电、高压尖峰等高频脉冲的影响，损害微电子器件、芯片、主板，同时也会对数据运算结果造成严重干扰或大量丢失数据，为保障数据中心内服务器、交换机等数据通信设备的长期稳定、安全可靠的工作，数据中心、计算机站等场合都会配置UPS不间断电源系统，用来净化电网供电条件，改善计算机数据中心的局部供电环境。
[0003]所以，UPS不间断电源系统就成为数据中心建设必须配置的最基本设备。为了确保数据中心的运行安全和稳定工作，UPS系统大都会采用冗余/容错的供电系统设计方案，UPS系统的冗余度越高安全性就越好，但UPS电源的带载率就会越低。由于UPS在轻载运行时的整机变换效率比正常带载率时低10％左右，对数据中心电能利用效率(PUE)会产生较大不良影响。据大量统计数据分析，在多机并联及模块化UPS不间断电源系统供电的数据中心中，70％以上数据中心的UPS运行带载率会低于25％，属于长期工作在轻载运行区间，UPS系统的运行效率低、相对损耗大，PUE值难以达到设计规范要求。
[0004]为了提高UPS不间断电源系统的长期工作效率，改善数据中心电能利用效率(PUE)指标，目前主流UPS厂家开始采用功率模块休眠技术来提高轻载工作下的UPS系统运行效率，当UPS负载增加到一定程度时再快速唤醒休眠功率模块的控制管理方法，只要负载投入时唤醒的时间足够快，UPS系统就能够始终安全工作在较高的运行效率区间，达到改善PUE指标的目的，同时UPS功率模块的运行寿命也可以得到大幅度提高。
[0005]所以，能够快速的检测出大功率/冲击性负载投入时间和大小，准确快速判断并及时唤醒休眠的功率模块，使其安全的投入正常运行，就是该类型模块化UPS产品设计时要考虑的重要环节之一，检测需要的时间越短，留给功率模块唤醒操作的时间就越充足，投入扩容运行的安全度就越高。
[0006]目前通常采用以下两种方法来检测负载电流情况：
[0007]峰值电流法：输出回路上的霍尔电流传感器采集负载实时电流反馈信号给运算比较芯片，与预先设定的唤醒阈值进行计算比较，当采集到的负载峰值电流信号超过预定阈值时，说明目前负载已经脱离轻载范围，就会对休眠的功率模块发出唤醒指令，以便系统可以在较高的工作效率区间长期运行，达到节能降耗、优化PUE指标的目的。此方法检测到的负载电流是已经实际达到的真实负载电流，同时还应在交流电流的信号峰值点上进行采样，所得负载电流数据才比较准确。这种测试方法的不足之处是：因负载多样化的原因，采样峰值点难以事先确定，只能多占用CPU的计算资源，加密采样点来减少采样误差。另外，如
果投入的负载比较重、电流上升速率高，在负载电流已经达到唤醒阈值的基础上才开始发出唤醒指令，可能会因唤醒操作时间不够充足，负载冲击电流就已经上升到超过轻载功率模块的承受能力，造成唤醒失败的严重后果。
[0008]实时波形计算法：对输出回路上的霍尔电流传感器采集到的输出电流信号波形进行密集分割，CPU大幅度增加定时采样和检测计算频次，采用多点采样、实时计算、快速判断的方法来评估负载增加的趋势，针对不同负载实际情况，采取的控制响应策略也可以多样化，可超前预判负载电流发展走向，响应速度快、控制效果好，检测频次越高响应速度就越快，留给功率模块唤醒并快速启动的时间就越多、投入扩容运行的安全度就越高。但每次都需要对检测采样数据作同样的计算与判断，控制策略越复杂多样化，占用CPU的运算时间等资源就越多。长期大量占用CPU芯片宝贵的运算资源，对UPS系统中其他性能和控制响应速度的提高会产生不利影响。
[0009]本专利技术正是为了解决以上负载电流检测控制方法不足的现实需求而产生的。本专利技术提出了一种比常规检测速度更快，又不会长期占用UPS计算资源、成本又低的新型负载电流检测方法和电路结构，可以对负载电流双向突变进行快速检测，对突加负载进行前馈采样、快速响应，及时发出UPS休眠功率模块的唤醒信号，大大减少唤醒失败的风险，保障机房设备的供电安全和稳定工作。

技术实现思路

[0010](一)要解决的技术问题
[0011]本专利技术要解决的技术问题是如何提供一种快速检测UPS负载冲击变化的电路结构，以解决目前常规负载冲击电流检测控制方法的不足之处。
[0012](二)技术方案
[0013]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种快速检测UPS负载冲击变化的电路结构，该电路结构包括UPS主控电路、若干个功率模块、主控制板、霍尔电流传感器He、电流上升率检测器件Lo、电阻Rq、电阻Rz、开关K1、双向信号提取模块、电阻R3、R4、Rf、滑动电阻RW1、电容C1和比较器G1。
[0014]其中，UPS主控电路的输入端连接Ui和电池组，输出端连接若干个功率模块，功率模块的输出端连接霍尔电流传感器He，霍尔电流传感器He的输出连接主控制板的AD采样端和双向信号提取模块的输入端，双向信号提取模块的另一个输入端通过电阻Rq与开关K1、电阻Rz的并联电路接地；双向信号提取模块的第一输出端通过电阻R4连接比较器G1的正极，第二输出端通过电阻R3连接比较器G1的正极，第三输出端通过滑动电阻RW1连接+V，滑动电阻RW1的滑动端连接比较器G1的负极；比较器G1的正极与双向信号提取模块的第三输出端之间连接电容C1；比较器G1的正极通过电阻Rf连接比较器G1的输出端，比较器G1的输出端，连接主控板的INT0口，主控板的输出连接功率模块和UPS主控电路。
[0015]其中，电流上升率检测电感Lo、双向信号提取模块、比较器G1组成快速检测UPS负载冲击变化的脉冲波形检测比较电路，突加的负载电流上升率在电流上升率检测电感Lo两端转变成电压信号，进入双向信号提取模块后转变成比较器G1可以接受的信号电平，比较器G1产生相应的信号送到主控制板的INT0口，主控制板内的智能芯片进行智能运算后，适时发出唤醒指令。
[0016]进一步地，突加负载大电流上升率就大，在电流上升率检测电感Lo两端的检测电压尖峰就越高，当主控制板判断瞬间电流上升率超过目前负载电流的3～5倍时，认为有比较大的负载投入，需要唤醒休眠的功率模块。
[0017]进一步地，电流上升率检测电感Lo两端的电压有效值与负载电流有效值成正比，该电压有效值信号反映了UPS系统的实时负载状态。
[0018]进一步地，双向信号提取模块将双向尖峰信号改变为单向尖峰信号，同时将实时电流有效值信号作整流变换处理，给后级作阈值参数修正使用。
[0019]进一步地，以RW1上升率阈值给定和比较器G1为核心组成信号发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速检测UPS负载冲击变化的电路结构，其特征在于，该电路结构包括UPS主控电路、若干个功率模块、主控制板、霍尔电流传感器He、电流上升率检测器件Lo、电阻Rq、电阻Rz、开关K1、双向信号提取模块、电阻R3、R4、Rf、滑动电阻RW1、电容C1和比较器G1。其中，UPS主控电路的输入端连接Ui和电池组，输出端连接若干个功率模块，功率模块的输出端连接霍尔电流传感器He，霍尔电流传感器He的输出连接主控制板的AD采样端和双向信号提取模块的输入端，双向信号提取模块的另一个输入端通过电阻Rq与开关K1、电阻Rz的并联电路接地；双向信号提取模块的第一输出端通过电阻R4连接比较器G1的正极，第二输出端通过电阻R3连接比较器G1的正极，第三输出端通过滑动电阻RW1连接+V，滑动电阻RW1的滑动端连接比较器G1的负极；比较器G1的正极与双向信号提取模块的第三输出端之间连接电容C1；比较器G1的正极通过电阻Rf连接比较器G1的输出端，比较器G1的输出端，连接主控板的INT0口，主控板的输出连接功率模块和UPS主控电路。其中，电流上升率检测电感Lo、双向信号提取模块、比较器G1组成快速检测UPS负载冲击变化的脉冲波形检测比较电路，突加的负载电流上升率在电流上升率检测电感Lo两端转变成电压信号，进入双向信号提取模块后转变成比较器G1可以接受的信号电平，比较器G1产生相应的信号送到主控制板的INT0口，主控制板内的智能芯片进行智能运算后，适时发出唤醒指令。2.如权利要求1所述的快速检测UPS负载冲击变化的电路结构，其特征在于，突加负载大电流上升率就大，在电流上升率检测电感Lo两端的检测电压尖峰就越高，当主控制板判断瞬间电流上升率超过目前负载电流的3～5倍时，认为有比较大的负载投入，需要唤醒休眠的功率模块。3.如权利要求1所述的快速检测UPS负载冲击变化的电路结构，其特征在于，电流上升率检测电感Lo两端的电压有效值与负载电流有效值成正比，该电压有效值信号反映了UPS系统的实时负载状态。4.如权利要求1所述的快速检测UPS负载冲击变化的电路结构，其特征在于，双向信号提取模块将双向尖峰信号改变为单向尖峰信号，同时将实时...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾伟楠，戈建伟，贺翼，孙银，刘秋生，
申请(专利权)人：北京航天爱威电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：