后置式后备电源系统技术方案

一种后置式后备电源系统，包括电池后备单元，并涉及数据信息设备的各功能板组件；电池后备单元直接并联在数据信息设备的各功能板组件的输入端与各该功能板组件前级电源变换器的输出端之间；当市电和各功能板组件前级电源变换器正常时，市电借助各功能板组件前级电源变换器给数据信息设备的各功能板组件提供电力，并对电池后备单元内的电池进行充电；当市电异常或者数据信息设备的各功能板组件输入端的前级电源变换器出现故障时，电池后备单元不需要通过任何中间转换环节而直接给数据信息设备的各功能板组件提供电力。本发明专利技术后备电源系统具有转换效率高、可靠性好、体积小和功率大的优点，并且便于安装、更换和维护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池组充电和向负载供电，以及直流功率输入变换为直流功率输出 的电源系统，尤其涉及用于个人电脑、服务器和存储器等数据信息设备的备用电源 系统。
技术介绍
个人电脑、服务器、存储器等数据信息设备，工作时都需要正常的电力供应。 一旦断电，其内部存储器所保存的内容可能会立即消失。如果不是正常的断电，导 致其内存中的信息来不及保存到硬盘等存储设备上，就会造成信息因完全丟失或变 得不完整而失去价值，从而浪费大量的工作精力和时间，甚至造成巨大的经济损失。而对于UNIX的操作系统，如果不正常关机，其内存中的系统信息没有读写到硬盘 上，还可能造成系统崩溃，无法再次启动。另外，这些设备中的硬盘，虽然应用的 是磁存储介质，不会因断电损失信息，但突然的电力故障会使正在进行读写工作的 硬盘物理磁头损坏，或者系统文件在维护文件系统时，造成文件分配表错误，从而 使整个硬盘报废。这些设备在工作时突然停电或者欠压供电，就可能带来其内存中 的信息被冲掉和/或硬盘数据丢失的后果。在这种背景下，包括UPS(不间断电源)、SPS(备份/待命电源)、BBU(电池后备 单元)在内的各种后备电源解决方案应运而生，尤其是UPS伴随电力电子技术的发 展，不断推陈出新，在数十年间成就了一个崭新的产业。其中UPS—Uninterr叩ted Power Supply不间断电源是一种含有储能装置， 以逆变器为主要部件，稳压稳频输出的电源设备。当市电正常输入时，UPS就将巿 电滤波、稳压后供给负载使用，同时对设备内的电池充电，把能量储存在该电池中， 当市电因各种原因中断或输入故障时，UPS即将设备内电池的能量转换为交流电继 续供负载使用，使负载维持正常工作。SPS—Standby Power Su卯ly备份/待命电源内含一定容量的电池，当巿电因各 种原因中断或输入故障时，能提供一定后备时间的电源模块，其工作原理和结构比 UPS简单。BBU-Battery Backup Unit电池后备单元是电池或电池组，当巿电因各种原因 中断或输入故障时，提供备份电源， 一般不具备稳压输出功能。现有技术后备电源系统，包括三种方案第一种方案，如图4所示，采用UPS或SPS电源设置于巿电输入和AC/DC变换 器之间，当巿电正常时巿电经UPS或SPS进到AC/DC变换器；当巿电异常时由UPS 或SPS把自身的电池能量经过转换后提供给AC/DC变换器，从而继续给设备提供电 源。其缺点如下① 效率低从电路方框结构示意图上看，如图4所示，该方案是把UPS或SPS置于AC/DC 变换器之前，而不是直接接到设备的各功能板(主板或背板)上，这样使一部分能量 在中间的转换环节上损耗掉了，因为中间环节的转换效率是有限的，中间环节越多， 总的效率越低。② 可靠性差因为电路的中间环节如AC/DC、 DC/DC变换器等，只要任何一个中间环节发生 故障，后级电路便失去电力，即使UPS或SPS正常，也不能给各功能板(主板或背板) 提供电力。③ 成本高UPS或SPS本身包括很多电路功能单元，线路复杂，结构多样，因此物料成本、 设计成本、制造成本都高。如果要实现UPS或SPS冗余备份的话，成本更高。④ 体积大，占用空间UPS或SPS往往体积较大，难以实现和数据信息设备的集成一体化。第二种方案，如图5所示，BBU (电池后备单元)置于DC/DC变换器(一般是 48V输入)的输入端，当市电因各种原因中断或输入故障时，由其继续给设备提供 电源。其缺点如下① 效率低从电路方框结构示意图上看，如图5所示，该方案是把BBU置于DC/DC变换器 之前，而不是直接连接到设备的各功能板(主板或背板)上，这样一部分能量就在 DC/DC变换器上损耗掉了。② 可靠性差因为电路的中间环节DC/DC变换器若发生故障，后级电路便失去电力，即使BBU正常，也不能给各功能板(主板或背板)提供电力。③ 体积大，占用空间48V电池组一般需要多个12V或6V蓄电池串联组成，往往体积也是比较大的。 (D维护难蓄电池是需要定期检查维护的，由于48V蓄电池一般比较大，比较笨重.不便 于更换安装；同时由于电池电极和后级电路的连接一般是通过电缆头紧固连接的， 所以无法实现热拔插功能。第三种方案，如图6所示，是把BBU直接置于设备各功能板(主板或背板)上， 当巿电因各种原因中断或输入故障时，由其直接给设备最关键的功能单元(主要是 内存)供电。其缺点如下由于各功能板空间有限， 一般直接置于其上的BBU容量都比较小，只能提供部 分功能电路需要的电源(主要是内存)，而无法处理对其它功能板的保护,包括人工 直接干预处理更多的业务进程。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种后置 式后备电源系统，该后备电源系统具有转换效率高、可靠性好、体积小和功率大的 优点，并且便于安装、更换和维护。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是提供一种后置式后备电源系统后置式后备电源系统，包括电池后备单元，并涉及数据信息设备的各功能板组件；所述电池后备单元直接并联在所述数据信息设备 的各功能板组件的输入端与各该功能板组件前级电源变换器的输出端之间；当市电 和各功能板组件前级电源变换器正常时，所述巿电借助各功能板组件前级电源变换 器给所述数据信息设备的各功能板组件提供电力，并对所述电池后备单元内的电池 进行充电；当市电异常或者所述数据信息设备的各功能板组件输入端的前级电源变 换器出现故障时，所述电池后备单元不需要通过任何中间转换环节而直接给所述数 据信息设备的各功能板组件提供电力。上述电池后备单元为可热拔插、冗余备份的电池后备单元,包括输入输出连接 器、热拔插电路、充电电路、充电电池和输出控制电路，所述输入输出连接器包括 输入端和输出端;所述输入输出连接器的输入端与所述热拔插电路电连接，所述热 拔插电路与充电电路电连接，所述充电电路电连接到所述充电电池的正极和负极， 所述充电电池的正极和负极直接电连接或经过输出控制电路电连接到所述输入输7出连接器的输出端。同现有技术相比较，本专利技术后置式后备电源系统的有益效果在于1、 通过减少后备电源同一电路内的中间串联环节，避免了现有技术造成的效 率低下，提高了后备电源系统的转换效率，实现绿色节能；同时，也降低了故障概率，提高了后备电源系统的可靠性；2、 通过可热拔插、冗佘、小形化设计，使单个BBU不致于过大、过重，便于 安装、更换和维护；3、 采用多个BBU以N+1冗余来满足设备对大功率的需求，即在满足该设备只需 要N个BBU的情况下，另额外增加一个BBU来防止出现意外事故时功率不够的问题；4、 避免了现有技术高成本或者是BBU容量小的缺点；5、 实现后备电源既可内置于各数据信息设备内，与该数据信息设备一体化； 也可以外置，方便扩大容量。附图说明图l是本专利技术后置式后备电源系统的电原理方框示意图2是所述后备电源系统之电池后备单元的电原理方框示意图； 图3是所述后备电源系统之电池后备单元中输出控制电路的电原理示意图； 图4是现有技术电源系统第一种方案的电原理方框示意图； 图5是现有技术电源系统第二种方案的电原理方框示意图； 图6是现有技术电源系统第三种方案的电原理方框示意图。具体实施方式下面结合各附图对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种后置式后备电源系统（１００），包括电池后备单元（１３０），并涉及数据信息设备的各功能板组件（１１０）；其特征在于：　　所述电池后备单元（１３０）直接并联在所述数据信息设备的各功能板组件（１１０）的输入端与各该功能板组件（１１０）前级电源变换器的输出端之间；当市电和各功能板组件（１１０）前级电源变换器正常时，所述市电借助各功能板组件（１１０）前级电源变换器给所述数据信息设备的各功能板组件（１１０）提供电力，并对所述电池后备单元（１３０）内的电池进行充电；当市电异常或者所述数据信息设备的各功能板组件（１１０）输入端的前级电源变换器出现故障时，所述电池后备单元（１３０）不需要通过任何中间转换环节而直接给所述数据信息设备的各功能板组件（１１０）提供电力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韦永奎，田志刚，
申请(专利权)人：韦永奎，田志刚，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]