电源方案系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种不断电系统(UPS)及方法，在一些较佳实施例中，本发明特别是涉及应用在大型数据计算中心的不断电系统电源方案的系统及方法。
【背景技术】
[0002]在现代的数据中心需要提供不间断的电源去保护由供电单元(power supplyunits, PSU)服务的负载装置。该供电单元的架构可参考美国专利申请号14/461，110及申请号14/509,454的揭露内容，供电单元可以多种方式进行配置，以确保能达成不间断保护负载电源供应的需求。本发明揭露多种的电源方案系统/方法来达成上述需求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种多样的系统及方法进一步扩充交流+直流电源方案，其中，该交流+直流电源供应配置详述于前开提及的美国专利申请案(申请号14/461，110及14/509，454)，在此不加以赘述，本发明借由监控供电源(power supply sources,PSS)以及数字化地控制所述供电源切换至服务该被保护的负载装置的交流+直流电源，以确保提供不断电服务给被保护的负载装置。
[0004]本发明电源方案系统，包含一主电源(primary power source, PPS)装置、一次电源(secondary power source, SPS)装置、一电源状态检测(power condit1nsensing, PCS)装置、一数字控制切换网络(digitally controlled switchingnetwork, DSN)装置、一供电单元(power supply unit, PSU)装置、一被保护的装置负载(PDL)装置，及一交流+直流电源供应器(ADP)。
[0005]其中，该电源状态检测(PCS)装置电连接至该数字控制切换网络(DSN)装置，且被配置成感测该主电源(PPS)装置的电源状态条件，并产生一相位电源条件(PPC)状态。
[0006]该数字控制切换网络(DSN)装置被配置成根据该相位电源条件(PPC)状态，将该主电源(PPS)装置或该次电源(SPS)装置电连接至该交流+直流电源供应器(ADP)。
[0007]该供电单元(PSU)装置包括一交流+直流电源供应器(ADP)。
[0008]该交流+直流电源供应器(ADP)包括一升压转换器(BCV)，该升压转换器(Boostconverter, BCV)还包含一升压转换器(BCV)输入端口及一升压转换器(BCV)输出端口。
[0009]该升压转换器被配置成由该升压转换器(BCV)输入端口接收交流或直流电压输入。
[0010]该交流+直流电源供应器(ADP)包括一直流-直流转换器(DDC)，该直流-直流转换器(DDC)更包含一直流-直流转换器(DDC)输入端口与一直流-直流转换器(DDC)输出端口。
[0011 ] 该升压转换器(BCV)输出端口与该直流-直流转换器(DDC)输入端口电连接。该被保护的装置负载(TOL)装置包括一电连接至一受保护的负载装置(PLD)的直流-直流电源供应器(DDP)。
[0012]该直流-直流转换器(DDC)输出端口电连接且提供电源给该直流-直流电源供应器(DDP)。
[0013]本发明的有益效果在于:借由一种电源方案系统及方法提供一种数字控制不断电系统(UPS)给负载保护装置(PLD)，以配置成由一个或多个供电源(PSS)的供电单元(PSU) ο该系统包括多个供电源(PSS)，且用于电源状态检测器(PCS)电路以监测PSS中的各个电源状态。此物理状态信息是用于数字控制切换网络(DSN)重新配置电连接到主电源装置和个别的负载保护装置之间，并于个别供电源失效时，正确地切换供电源到负载保护装置。数字控制切换网络接收到来自供电源的相位/电压讯息，借此确保所述的电流在供电源和负载保护装置以同步的方式传送，以及供电源在切换过程中被适当的保护。
【附图说明】
[0014]图1是一方块图，说明本发明的一较佳系统实施例。
[0015]图2是一流程图，说明本发明的一较佳方法实施例。
[0016]图3是一方块图，说明本发明的一较佳系统实施例的一电源状态检测(powercondit1n sensing，PCS)子系统的细节。
[0017]图4说明有关于一较佳电源状态检测(PCS)子系统实施例的典型波形及控制讯号。
[0018]图5是一示意图，说明本发明的一较佳系统实施例并细述一电源状态检测(PCS)过零检测器(zero crossing detector)的实施例。
[0019]图6是一示意图，说明本发明的一较佳系统实施例并细述一电源状态检测(PCS)临界值检测器及电源优/劣取样检测器的实施例。
[0020]图7是一方块图，说明本发明的一较佳系统实施例当被合并在该不断电电源交流+直流电源供应构造，进一步细述于美国专利申请案包含参考资料(申请号14/461，110及申请号 14/509,454)。
[0021]图8说明切换组件被用在该数字控制切换网络内的较佳实施例。
[0022]图9是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现具有完整的输入保护的一双交流电输入系统。
[0023]图10是说明示范性电源状态检测及与图9的图式相关的控制波形。
[0024]图11是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现具有部分的输入保护的双交流电输入系统。
[0025]图12说明示范性电源状态检测及与图11的图式相关的控制波形。
[0026]图13是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现具有手动旁路(Bypass)的双交流电输入系统。
[0027]图14说明示范性电源状态检测及与图13的图式相关的控制波形。
[0028]图15是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现具有自动旁路的双交流电输入系统。
[0029]图16说明示范性电源状态检测及与图15的图式相关的控制波形。
[0030]图17是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现具有切换冗余(Switch Redundancy)的双交流电输入系统。
[0031]图18说明示范性电源状态检测及与图17的图式相关的控制波形。
[0032]图19是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的实现一具有直流电备援的双输入系统。
[0033]图20说明示范性电源状态检测及与图19的图式相关的控制波形。
[0034]图21是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现具有直流电备援的双交流电输入系统。
[0035]图22说明示范性电源状态检测及与图21的图式相关的控制波形。
[0036]图23是一不范性不意图，说明一较佳的系统实施例的一实现具有直流电备援及四个供电单元(PSU)的双交流电输入系统。
[0037]图24说明示范性电源状态检测及与图23的图式相关的控制波形。
[0038]图25是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现具有直流电备援及四个供电单元(PSU)的双交流电输入系统。
[0039]图26说明示范性电源状态检测及与图25的图式相关的控制波形。
[0040]图27是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现双交流+直流输入系统。
[0041]图28说明示范性电源状态检测及与图27的图式相关的控制波形。
[0042]图29是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现双交流+直流输入系统及四个供电单元(PSU)。
[0043]图30说明示范性电源状态检测及与图29的图式相关的控制波形。
[0044]图31是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现双交流+直流+替代能源输入系统。
[0045]图32说明示范性电源状态检测及与图31的图式相关的控制波形。
[0046]图33是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现具有直流电备援/旁路的双交流电输入系统。
[0047]图34说明示范性电源状态检测及与图33的图式相关的控制波形。
[0048]图35是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现具有直流电备援及四个供电单元(PSU)的双交流电输入系统。
[0049]图36说明示范性电源状态检测及与图35的图式相关的控制波形。
[0050]图37是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现三相交流电输入系统。
[0051]图38说明示范性电源状态检测及与图37的图式相关的控制波形。
[0052]图39是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现三相交流电+电池输入系统。
[0053]图40说明示范性电源状态检测及与图39的图式相关的控制波形。
[0054]图41是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现三相交流电+电池+整流器输入系统。
[0055]图42说明示范性电源状态检测及与图41的图式相关的控制波形。
[0056]图43是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现三相交流电+电池+整流器输入系统。
[0057]图44说明示范性电源状态检测及与图43的图式相关的控制波形。
[0058]图45是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现三相交流电+电池输入系统。
[0059]图46说明示范性电源状态检测及与图45的图式相关的控制波形。
[0060]图47是一示范性示意图，说明一较佳的系统实施例的一实现三相交流电+电池+整流器输入系统。
[0061]图48说明示范性电源状态检测及与图47的图式相关的控制波形。
【具体实施方式】
[0062]下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
[0063]虽然本发明易于以多种不同形式的实施例，显示于附图中并且于本文中以详细的较佳实施例说明本发明，但应理解的是，本发明的公开应被视为本发明的原理的范例，而并非用以限制本发明概括的原理，也没有要将本发明的概括的原理限制到实施例的说明。
[0064]本发明的许多创新教示将特别参照来描述目前较佳的实施例，其中这些创新教示有效地应用于电源方案系统及方法的特定问题。然而，应该理解的是，各实施例是许多创新教示且有效地用途中的其中一例子。在一般情况下，在本发明说明书中的陈述，并不需要限制任何各种请求保护的发明。而且，一些陈述可能适用于某些创造特征，但不适用于其他创造特征。
[0065]不限定切换方法
[0066]本发明将讨论各种升压转换器的拓扑结构(boost converter topologies)，其中部分将根据应用方式揭露其较佳实施态样。这些转换器的拓扑结构将显示包含金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)电子开关，但本发明并不限于这些设备的使用范围，并且可以包括任何形式的电子开关，比如(但不限于)双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBTs)等等。
[0067]不限定控制系统
[0068]本发明可以利用多样的结构实施本文描述的电力控制器。许多较佳的实施例可以利用一计算机化的控制机制，其中该计算机系统执行机器指令，该指令是从一实体的、非瞬时的、计算机可读取的媒体中被读取。
[0069]限定供电单元
[0070]本发明描述供电源(PSS)与被保护的负载装置(PLD)间的受控制的连结。在此脉络中，被保护的负载装置被局限在供电单元(PSU)的范围，该供电单元在美国暂时专利申请案(United States Provis1nal Patent Applicat1n)不断电电源及其方法(UNINTERRUPTABLE POWER SUPPLY SYSTEM AND METHOD)中已进行陈述且在此被纳入参考，该申请案的发明人为Victor Κ.J.Lee，于USPT0的申请日(filed electronically)为 12/31/2013、申请号为 61/922，311，、EFS ID 17788637、批准号(confirmat1nnumber)8260、备忘录(docket)AKJH1 0102。因此，上述的系统是被设计成上述参考的专利申请案中描述的不断电(UPS)系统的一个”前端”(“front — end”)。
[0071]限定数字控制切换网络时序
[0072]本发明描述供电源(PSS)与被保护的负载装置(PLD)间的受控制的连结，该被保护的负载装置(PLD)是受一供电单元(PSU)经由使用一个数字控制切换网络(digitalcontrolled switching network, DSN)服务，且该数字控制切换网络利用来自电源状态检测电路的输入。上述的切换时序是限定于特定情况，所述情况是指该供电源与该供电单元间的切换链接重新组态是在一到两个交流相位周期内完成。该切换的时序需求对于50Hz的交流电系统而言大约是0.020 - 0.040秒，对于60Hz的交流电系统而言大约是0.017 一0.035秒。虽然该限制能利用上述的硬件或其相等方式被完成，但以手动或人为操作却无法达成该功能。因此，本发明及其相关的申请专利范围被明确地限制于可以符合该切换时序需求的自动化硬件机构