СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОМПЬЮТЕРА

Полезная модель относится к области электроники и может быть использована в системе электропитания компьютеров и компьютерных систем, особенностью которых является наличие в блоках питания бестрансформаторных выпрямителей.
Известны источники бесперебойного электропитания типа on-line, выпускаемые такими производителями, как АРС, Best Power, Emerson Electric, Excide Electronics и др. (Excide Electronics: Источники бесперебойного электропитания корпорации Excide Electronics. Проспект фирмы, 1998 г., PC Magazine/RE, спецвыпуск, январь 1997 г. с.68-79. Мир ИБП. Мир ПК, март 1997 г., с.33-57. Брифинг производителей источников бесперебойного электропитания. Компьютер. Октябрь 1997 г., с.212-230). Они содержат выпрямитель, аккумулятор и инвертор. Сетевое напряжение переменного тока преобразуется этими известными источниками в напряжение постоянного тока. Одновременно часть энергии аккумулируется, причем аккумулятор постоянно подзаряжается этим напряжением постоянного тока. Затем происходит обратное преобразование постоянного напряжения в переменное, которым и питают компьютеры и компьютерные системы.
Эти источники бесперебойного электропитания в нормальном режиме осуществляют питание компьютеров напряжением переменного тока после двойного преобразования сетевого напряжения переменного тока. При отклонениях сетевого напряжения от нормального режима электропитание компьютеров осуществляют от аккумулятора, но предварительно преобразуя его напряжение в напряжение переменного тока. То есть и в нормальном режиме, и при сбоях в сети происходит двойное преобразование электрической энергии. Однако двойное
преобразование не позволяет добиться высокого КПД и, как и в предыдущем случае, значительно снижается надежность бесперебойного электропитания за счет наличия 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. Наличие двух преобразователей (выпрямителя и инвертора) значительно усложняет схему и делает ее недостаточно экономичной.
Из уровня техники известен также источник бесперебойного электропитания потребителей (свидетельство РФ на полезную модель №13122, МПК 7 H 02 J 9/00; 9/06), который содержит последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в постоянное (выпрямитель), накопитель резервной энергии (конденсатор), к выходу которого подключены потребители с бестрансформаторными входами. Это устройство может быть использовано для питания компьютера без дополнительного преобразования постоянного напряжения в синусоидальный сигнал, поскольку потребители с бестрансформаторными входами могут работать и на постоянном, и на переменном токе. Использование этого известного источника значительно повышает надежность, КПД и снижает габариты устройства. Однако устройство имеет существенный недостаток: время бесперебойной работы зависит от величины энергии, запасенной в накопителе резервной энергии и имеет экспоненциальный характер. Известно, что для современных компьютеров оптимальная длительность бесперебойной работы составляет около 30 сек. Для увеличения этого времени возникает необходимость в повышении емкости накопителя резервной энергии (конденсатора). Но дальнейшее увеличение емкости конденсатора является экономически нецелесообразным и ведет к значительному увеличению массы и габаритов устройства.
Известно устройство, принятое за прототип, которое реализует способ бесперебойного электропитания компьютера по патенту РФ на изобретение №2242833, МПК 7 H 02 J 9/04. Схема этого устройства (источника бесперебойного электропитания) представлена на фиг.2 описания этого способа. Она содержит выпрямитель, к выходу которого подключен емкостной накопитель энергии постоянного тока, и регулируемый высокочастотный вольтдобавочный конвертор, соединенный с выходом выпрямителя. Такой источник электропитания позволяет осуществлять бесперебойное электропитание компьютера непосредственно напряжением постоянного тока после преобразования сетевого напряжения, а при отклонениях сетевого напряжения - от постоянно заряженного емкостного накопителя энергии постоянного тока. С помощью конвертора постоянное напряжение, подаваемое на компьютер, стабилизируется. Поскольку при отклонениях сетевого напряжения электропитание осуществляют непосредственно от постоянно заряженного накопителя энергии постоянного тока, это улучшает качество энергии, подаваемой на вход компьютера за счет ликвидации переходных режимов. Поэтому электропитание будет более надежно и качественно, а КПД более высок. Но время бесперебойной работы и этого известного источника зависит от величины энергии, запасенной в накопителе резервной энергии, и, чтобы добиться повышения длительности бесперебойной работы компьютера, приходится значительно увеличивать массу и габариты устройства.
Задача заявляемой полезной модели заключается в том, чтобы наряду с надежным и качественным бесперебойным электропитанием компьютера увеличить время его бесперебойной работы.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель при решении поставленной задачи,
заключается в накоплении резервной энергии и стабилизации напряжения резервного накопителя энергии.
Для достижения этого технического результата система бесперебойного электропитания компьютера имеет общее с прототипом то, что содержит основной источник питания, включающий выпрямитель, к выходу которого подключен емкостной накопитель энергии постоянного тока, и регулируемый высокочастотный вольтдобавочный конвертор, соединенный с выходом выпрямителя. Но в отличие от прототипа она дополнительно содержит схему ИЛИ и резервный источник питания, включающий низковольтный аккумулятор, подключенный к сети переменного тока через зарядное устройство, и повышающий конвертор, вход которого соединен с выходом аккумулятора, при этом выход регулируемого высокочастотного вольтдобавочного конвертора основного источника питания соединен с одним из входов схемы ИЛИ, ко второму входу которой подключен выход повышающего конвертора резервного источника питания, а выход схемы ИЛИ соединен со входом сетевого блока питания компьютера.
Отличия от прототипа подтверждают новизну заявляемой полезной модели.
Поскольку заявляемая система бесперебойного электропитания имеет резервный источник электропитания, который постоянно подзаряжается от сети через зарядное устройство и по сути является резервным накопителем энергии, то в случае разряжения емкостного накопителя энергии основного источника питания компьютер через второй вход схемы ИЛИ подключается к резервному источнику электропитания. В результате увеличивается время его бесперебойной работы. Повышающий конвертор обеспечивает стабилизацию
выходного напряжения на уровне 310В при снижении напряжения аккумулятора вследствие его разряда.
На чертеже приведена блок-схема заявляемого устройства.
Система бесперебойного электропитания компьютера содержит выпрямитель 1, к выходу которого последовательно подключен емкостной накопитель энергии постоянного тока 2 и регулируемый высокочастотный вольтдобавочный конвертор 3, с помощью которого стабилизируют постоянное напряжение, подаваемое на компьютер через логическую схему ИЛИ 4. Один из входов этой схемы ИЛИ соединен с выходом конвертора 3, а ее выход соединен со входом сетевого блока питания компьютера 5. Система питания снабжена резервным источником постоянного напряжения, включающим низковольтный аккумулятор 6, в качестве которого использован электрохимический аккумулятор напряжением 12 В. Выход аккумулятора 6 соединен со входом повышающего конвертора 7. Выход конвертора 7 подключен ко второму входу логической схемы ИЛИ 4. При этом подзаряд аккумулятора 6 обеспечивается зарядным устройством 8, в качестве которого использован понижающий выпрямитель. Логическая схема ИЛИ 4 состоит из диодов 9, 10, катоды которых объединены и являются выходом схемы ИЛИ. С анодом диода 9 соединен выход конвертора 3, а с анодом диода 10 - выход конвертора 7.
Система бесперебойного электропитания компьютера работает следующим образом. В нормальном режиме сетевое напряжение переменного тока выпрямляется выпрямителем 1 в постоянное напряжение величиной 310 В, которым, во-первых, через конвертор 3 и логическую схему ИЛИ 4 практически без потерь энергии питают компьютер 5, а во-вторых, непосредственно подзаряжают емкостной накопитель энергии постоянного тока 2, который поддерживает в необходимых пределах постоянное напряжение на входе конвертора 3
при исчезновении или сбоях сетевого напряжения, обеспечивая надежное электропитание компьютера 5. По мере разряда емкостного накопителя 2 происходит выключение диода 9 схемы ИЛИ 4 и включается диод 10. В этом случае питание компьютера 5 происходит от резервного источника питания, то есть от аккумулятора 6. Для обеспечения стабильного напряжения на входе компьютера 5 при широком изменении входного напряжения в диапазоне 100÷280 B, введен повышающий конвертор. 7. Повышающим конвертором 7 напряжение 12 В аккумулятора 6 конвертируют в напряжение постоянного тока 310 В, которое через второй вход схемы ИЛИ 4 подают на вход сетевого блока питания компьютера 5. Конвертор 7 обеспечивает также стабилизацию выходного напряжения на уровне 310 В при снижении напряжения аккумулятора 6 вследствие его разряда. Этим обеспечивается увеличение срока службы аккумулятора 6 и повышается надежность работы системы электропитания. Наличие накопителя энергии исключает перерывы в электропитании компьютеров при сбоях сетевого напряжения и увеличивает время бесперебойной работы компьютера. Заряд аккумулятора 6 обеспечивается от переменного напряжения сети через зарядное устройство (выпрямитель) 8.