Встраиваемый блок питания электронно-вычислительного устройства

Область техники
Полезная модель относится к средствам электрического питания электронно-вычислительных устройств, более конкретно к встраиваемым блокам питания, еще более конкретно к блокам питания с функцией бесперебойного питания, встраиваемым в системные блоки персональных компьютеров, серверов, банковских терминалов, кассовых аппаратов и других электронно-вычислительных устройств.
Уровень техники
Из уровня техники известно большое количество бесперебойных источников питания.
Из уровня техники известен блок питания, содержащий корпус, установленные внутри корпуса аккумулятор, систему управления, средства соединения (US 2014346870, опубликовано 27.11.2014). Недостатком данного известного средства является то, что он не предназначен для установки внутри системных блоков компьютеров и неудовлетворительные эксплуатационные показатели.
Сущность полезной модели
Задачей, решаемой настоящей полезной моделью, является создание встраиваемого блока питания с функцией бесперебойного питания.
Технический результат, достигаемый настоящей полезной моделью, состоит в обеспечении одновременного бесперебойного питания нескольких потребителей (электронно-вычислительных устройств, мониторов и другого оборудования) постоянным напряжением нескольких номиналов за счет размещения в системном блоке универсального блока питания стандартного форм-фактора.
Указанный технический результат достигается тем, что встраиваемый блок питания электронно-вычислительного устройства, содержащий корпус стандартного форм-фактора, средство соединения с внешним источником электрической энергии переменного напряжения, установленные в упомянутом корпусе: электрически соединенные блок определения наличия входного напряжения, средство преобразования переменного напряжения в постоянное, блок формирования выходного напряжения, блок зарядки, аккумуляторная батарея, контроллер для управления работой блока питания; блок питания содержит средство соединения для питания материнской платы электронно-вычислительного устройства, процессора и периферийных устройств постоянным напряжением различной величины, при этом суммарный диапазон значений выходного постоянного напряжения составляет от 3 В до 27 В, устройство содержит блок получения постоянного напряжения в диапазон от 3 В до 5,5 В, при этом блок бесперебойного питания, электрически соединен с упомянутой батареей, упомянутым блоком формирования выходного напряжения и упомянутым блоком блок получения постоянного напряжения.
Указанный технический результат достигается также тем, что аккумуляторная батарея включает, по меньшей мере, четыре литий-ионные ячейки и имеет емкость не менее 10 А⋅ч.
Указанный технический результат достигается также тем, что содержит коннектор питания и коннектор шины USB для соединения с материнской платой электронно-вычислительного устройства, коннектор питания для соединения с процессором электронно-вычислительного устройства и гнездо штырькового разъема питания внешних устройств, при этом коннектор USB соединен с материнской платой для получения данных об энергопотреблении электронно-вычислительного устройства.
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве коннектора питания для соединения с процессором использован коннектор Р4 стандарта АТХ.
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве коннектора питания материнской платы, использован коннектор стандарта PCI-E.
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве гнезда штырькового разъема питания использовано гнездо стандарта DJK.
Указанный технический результат достигается также тем, что содержит средство регулирования напряжения в гнезде штырькового разъема.
Указанный технический результат достигается также тем, что контроллер выполнен с возможностью управления режимами аккумуляторной батареи по стандарту ACPI.
Указанный технический результат достигается также тем, что корпус выполнен по стандарту TFX.
Указанный технический результат достигается также тем, что устройство содержит средства преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение и содержит средства преобразования постоянного напряжения в постоянные напряжения с диапазоном номинальных значений от 3 В до 27 В.
Перечень фигур чертежей
На фиг.1 показан внешний вид блока питания.
На фиг.2 показана структурная схема блока питания.
Осуществление полезной модели
Блок питания электронно-вычислительного устройства содержит корпус 1 стандартного форм-фактора, средство 2 соединения с внешним источником электрической энергии переменного напряжения. В корпусе 1 установлена аккумуляторная, например, литий-ионная батарея 3, контроллер 4 для управления работой блока питания, преобразователь 5 электрического напряжения в постоянное с несколькими диапазонами.
Преобразование входного переменного напряжения в выходное постоянное напряжение, по меньшей мере, трех диапазонов может содержать несколько последовательно соединенных блоков. Например, оно может содержать одно или несколько средств преобразования постоянного напряжения промежуточного значения в выходные постоянные напряжения с различными диапазонами номинальных значений от 3 В до 5,5 В, от 11 В до 13 В и от 12 В до 27 В.
Корпус 1, предпочтительно, выполнен по стандарту TFX. В качестве альтернативы корпус может быть выполнен по стандарту АТХ, CFX, LFX или SFX.
Блок питания содержит коннектор 6 питания для соединения с материнской платой электронно-вычислительного устройства, с которого подается постоянного напряжение диапазонов от 3 В до 5,5 В и от 11 В до 13 В.
Блок питания содержит коннектор 7 шины USB для соединения с материнской платой электронно-вычислительного устройства.
Блок питания содержит коннектор 8 питания для соединения с процессором электронно-вычислительного устройства, с которого подается постоянного напряжение диапазона от 11 В до 13 В.
Блок питания содержит гнездо 9 штырькового разъема питания, с которого на внешние устройства подается постоянного напряжение диапазона от 12 В до 27 В.
Блок питания может содержать системы защиты от повышенного/пониженного напряжения и превышения допустимых токов.
Аккумуляторная батарея включает предпочтительно, по меньшей мере, четыре литий-ионные ячейки и имеет емкость не менее 10 А·ч. Батарея может содержать различное количество ячеек, например, две, три или более. Также батарея может быть выполнена в виде моноблока, состоящего из одной ячейки. Емкость батареи также может составлять различные величины, например, 2 мА, 5 мА, 7 мА, а также выше 12 мА.
Коннектор 7 шины USB соединен с контроллером 4 для управления, который выполнен с возможностью получения данных об энергопотреблении электронно-вычислительного устройства. Это позволяет управлять режимами аккумуляторной батареи 3, например, в соответствии со стандартом ACPI, широко известным в индустрии.
В качестве коннектора 8 питания для соединения с процессором может быть использован коннектор Р4 стандарта АТХ.
В качестве коннектора 6 питания для соединения с материнской платой может быть использован коннектор стандарта PCI-E.
В качестве гнезда 9 штырькового разъема питания может быть использовано гнездо стандарта DJK.
Блок питания может содержать регулятор 10 напряжения в гнезде 9 штырькового разъема. Блок 10 содержит резистор обратной связи.
Контроллер 4 целесообразно выполнить с возможностью управления режимами аккумуляторной батареи по стандарту ACPI.
Блок питания может содержать выключатель 18. Корпус 1 может содержать вентиляционные отверстия 19.
На фиг.2 показана структурная схема блока питания.
Средство 2 соединения (например, трехштырьковое гнездо) с внешним источником электрической энергии переменного напряжения соединено с блоком 11 определения наличия входного напряжения, один выход которого соединен с преобразователем 5, а второй с контроллером 4. В качестве контроллера 4 может использоваться программируемый котроллер.
Выход преобразователя 5 соединен с блоком 12 формирования выходного напряжения в диапазоне от 11 В до 13 В. Выход блока 12 соединен с блоком 13 зарядки батареи 3 и регулятором 10 напряжения в диапазоне от 12 В до 27 В. С блока 12 напряжение также может подаваться на средство 17 охлаждения (например, вентилятор или кулер).
Выходы блока 12 и регулятора 10 соединены соответствующим образом с коннекторами 6 и 8, а также с гнездом 9.
Батарея 3 электрически соединена с контроллером 4. В качестве одного из возможных вариантов, с контроллером 4 могут быть соединены все ячейки батареи 3. К контроллеру 4 подключаются выходы блока 12 и регулятора 10, что позволяет определять режим работы электронно-вычислительного устройства.
Блок питания может содержать дополнительный преобразователь 14, соединенный с блоком 16 получения постоянного напряжение в диапазоне от 3 В до 5,5 В. Выход блока 16 соединен с коннектором 6 питания для подачи на материнскую плату электронно-вычислительного устройства напряжения указанного диапазона, а также с коннектором 7 шины USB для соединения с материнской платой.
Блок питания содержит блок 15 бесперебойного питания, входы которого соединены с контроллером 4 и батареей 3. Выходы блока 15 соединены с блоками 12 и 16.
Описанная выше схема является одним из возможных вариантов осуществления полезной модели. В качестве альтернативы блок питания может содержать выпрямители, электрические фильтры, накопители энергии, средства борьбы с электромагнитными помехами и пр., подключенные, например, между средством 1 и преобразователем 5. В качестве альтернативы блок питания может также содержать широтно-импульсные преобразователи, связывающие блок 15 с преобразователем 5. Блок питания также может содержать оптронные развязки для организации гальванической развязки и обеспечения безопасной работы изделия, датчик температуры аккумуляторной батареи, коммутаторы, схемы диагностики и защиты аккумуляторной батареи во время эксплуатации и зарядки.
Выходные цепи питания блока питания могут проверяться системами защиты от повышенного/пониженного напряжения для предотвращения повреждения внешнего оборудования. Такие системы могут подключаться к блоку питания.
Блок питания работает следующим образом.
Блок питания устанавливают внутрь системного блока электронно-вычислительного устройства и к коннекторам 6, 7 и 8 подключают к нему материнскую плату и процессор, а к гнезду 9 внешнее устройство. В качестве электронно-вычислительного устройства может выступать персональный компьютер, кассовый терминал, банковский терминал или любое другое электронно-вычислительное устройство, содержащее системный блок и опционально внешний дисплей. В качестве внешнего устройства, подключаемого к гнезду 9, может выступать монитор компьютера, считыватель штрих кода, термопринтер, кассовый аппарат или любые другие устройства, питающиеся постоянным напряжением в диапазоне от 12 В до 27 В.
Подключают блок питания в электрическую сеть и присоединяют к нему электронно-вычислительного устройства
Переменное напряжение электрической сети в диапазоне от 180 В до 250 В подается в блок питания через средство 2 (электрический разъем) на блок 11, который является системой защиты от  пониженного/повышенного напряжения, превышения потребляемого тока и направляет соответствующий сигнал в контроллер 4. Далее входное напряжение преобразуется преобразователями 5 и 14 в постоянное напряжение необходимых диапазонов и через блоки 12, 16 и 10 подается на коннекторы 6, 7, 8 и гнездо 9, как описано выше. С блока 12 напряжение подается на батарею 3 через блок 13, диагностирует и заряжает ее. Процесс зарядки батареи 3 управляется контроллером 4, который может быть соединен с блоком 13. Контроллер 4 и блок 13 разряда батареи могут быть выполнены единым модулем.
Связь коннекторов 6, 7, 8 и гнезда 9 с контроллером 4 позволяет определять режим потребления энергии электронно-вычислительным устройством и внешнего устройства. В частности, это позволяет определить, что потребители электрической энергии находятся в спящем режиме и обеспечить соответствующий режим работы блока питания.
В случае прекращения подачи входного напряжения на блок питания, блок 11 определяет это и сообщает контроллеру 4. Контроллер 4 запускает блок 15 бесперебойного питания и напряжение начинается поступать на блоки 12 и 16 от аккумуляторной батареи 3, не прерывая тем самым снабжение потребителей в течение, по меньшей мере, 30 минут. Для некоторых задач может быть достаточно и трех минут бесперебойного питания.
Таким образом, настоящая полезная модель расширяет арсенал блоков питания компьютерного оборудования и обеспечивает бесперебойное питания электронно-вычислительных устройств, а также мониторов, термопринтеров, кассовых аппаратов и другого аналогичного оборудования постоянным напряжением нескольких номиналов непосредственно от блока питания за счет его размещения внутри системного блока универсального блока питания стандартного форм-фактора.