专利名称：提高电源特定比例负载效率的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种提高电源特定比例负载效率的方法及装置。
背景技术：
目前，能源短缺是全社会普遍关注的问题，如何节约现有的诸如煤、石油、天然气 等在短期内不可再生的能源，如何寻找替代能源和提高现有能源的利用率成为迫切待解决 的问题。现有的电力电子设备以及电源设备(包括直流电源设备和交流电源设备等)的 输出效率通常随着负载的增大而变高，在输出功率为额定负载(100%负载)的情况下，效 率最高，但对于特定用户，为了备份或者使用安全等目的，负载所需输出功率一般不超过 50%。因此，对用户来说，额定负载的效率并没有实际意义，有实际意义的是用户常用负 载下的效率。比如电源额定负载效率为94%，而客户常用负载率为40%，电源实际负载效 率为90 %，比电源额定负载效率少4%，在大功率电源系统的情况下，4%的效率差异意味 着能源的巨大浪费。针对上述问题，现有技术中，在多电源模块(系统)并联的方式下，对于小负载通 常采取的方法为让其中一些模块休眠，但是这种方法存在以下缺陷在负载突然增大的 情况下，休眠的模块会有很长的启动时间，存在着掉电的风险。现有技术还采用一种热备份的方法，即控制一些模块的输出，使其不输出，而只让 其中刚好可提供负载能量的模块有输出，这种热备份方法系统反应时间虽然较快，但是因 为功率器件在空载的情况下也存在消耗，所以该种方法对提高电源系统的整体效率并不明
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发明内容
本发明的主要目的在于提供一种提高电源特定比例负载效率的方法及装置，旨在 提高电源特定比例负载下的电源负载效率以及避免负载掉电风险。本发明提出一种提高电源特定比例负载效率的方法，包括以下步骤检测电源负载量；根据所述负载量以及预定规则，在预置功率电路中选取至少一路子功率电路对输 入功率进行功率调节；向负载输出调节后的功率。优选地，所述检测电源负载量的步骤之前还包括设置所述预置功率电路，所述预置功率电路包括两路或两路以上相互并联的子功 率电路，以及与所述子功率电路并联的主控电路。优选地，所述根据负载量以及预定规则在预置功率电路中选取至少一路子功率电路对所述输入功率进行功率调节的步骤具体包括判断所述负载量是否大于预定负载值；当负载量大于预定负载值时，选取并接通预置功率电路中所有子功率电路；通过 选取的所有子功率电路组成的并联电路对输入功率进行功率调节；当负载量小于预定负载值时，根据预定规则选取所述预置功率电路中预定数量的 子功率电路；切断所述预置功率电路中其余子功率电路的电路连接；通过选取的所述预置 功率电路中预定数量的子功率电路组成的并联电路对所述输入功率进行功率调节。优选地，所述通过选取的预置功率电路中预定数量的子功率电路组成的并联电路 对所述输入功率进行功率调节的步骤之后还包括当所述负载量大于预定负载值时，根据所述预定规则接通所述预置功率电路中一 路或一路以上的所述其余子功率电路；通过所述预置功率电路中所有接通的子功率电路组成的并联电路对所述输入功 率进行功率调节。优选地，所述检测电源负载量之后还包括检测电源输入电流和/或电压。优选地，所述向负载输出调节后的功率的步骤之前还包括检测电源输出电流和 /或电压。本发明还提供一种提高电源特定比例负载效率的装置，包括检测模块，用于检测电源负载量；功率调节模块，用于根据所述负载量以及预定规则，在预置功率电路中选取至少 一路子功率电路对输入功率进行功率调节；输出模块，用于向负载输出调节后的功率。优选地，所述装置还包括设置模块，用于设置所述预置功率电路，所述预置功率电路包括两路或两路以上 相互并联的子功率电路，以及与所述子功率电路并联的主控电路。优选地，所述功率调节模块具体包括判断单元，用于判断所述负载量是否大于预定负载值；控制单元，用于当负载量大于预定负载值时，选取并接通预置功率电路中所有子 功率电路；以及当所述负载量小于预定负载值时，根据所述预定规则选取所述预置功率电 路中预定数量的子功率电路；切断单元，用于当所述负载量小于预定负载值时，切断所述预置功率电路中其余 子功率电路的电路连接；调节单元，用于当所述负载量大于预定负载值时，通过选取的所有子功率电路组 成的并联电路对输入功率进行功率调节；以及当所述负载量小于预定负载值时，通过选取 的所述预置功率电路中预定数量的子功率电路组成的并联电路对所述输入功率进行功率 调节。优选地，所述控制单元，还用于当所述负载量大于预定负载值时，根据所述预定规 则接通所述预置功率电路中一路或一路以上的所述其余子功率电路；所述调节单元，还用于通过所述预置功率电路中所有接通的子功率电路组成的并 联电路对所述输入功率进行功率调节。
优选地，所述检测模块，还用于检测输入功率的电源电流和/或电压以及检测输 出功率的电源电流和/或电压。优选地，所述子功率电路包括PFC电路和逆变电路。本发明提高电源特定比例负载效率的方法及装置，通过设置用来调节电源输出功 率的预置功率电路，并根据实际检测到的负载量在预置功率电路中切换选取相应数量的子 功率电路对输入功率进行调节，从而为负载提供其所需功率，降低了电源功率损耗，提高了 电源输出效率，进一步降低了用户总体拥有成本(Total Cost of Ownership, TCO)；另外， 不需要缓启动和控制电路的自检等时间，使得负载响应快，还可根据预设的回差值在各子 功率电路间切换，同时降低了子功率电路频繁切换带来的电源系统风险及负载掉电风险。
图1是本发明提高电源特定比例负载效率的方法一实施例流程示意图；图2是本发明提高电源特定比例负载效率的方法一实施例中电源负载效率与现 有技术中电源负载效率曲线对比图；图3是本发明提高电源特定比例负载效率的方法一实施例中根据负载量以及预 定规则，在预置功率电路中选取至少一路子功率电路对输入功率进行功率调节的具体流程 示意图；图4是本发明提高电源特定比例负载效率的方法另一实施例流程示意图；图5是本发明提高电源特定比例负载效率的方法另一实施例中根据负载量以及 预定规则，在预置功率电路中选取至少一路子功率电路对输入功率进行功率调节的具体流 程示意图；图6是本发明提高电源特定比例负载效率的装置一实施例结构示意图；图7是本发明提高电源特定比例负载效率的装置一实施例中预置功率电路一实 施例结构示意图；图8是本发明提高电源特定比例负载效率的装置一实施例中功率调节模块结构 示意图；图9是本发明提高电源特定比例负载效率的装置另一实施例结构示意图。为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。
具体实施例方式本发明实施例解决方案主要是通过检测到的用户实际负载量选取预置功率电路 中相应数量的子功率电路对负载提供其所需功率，以避免现有技术中电源系统功率电路 中，无论负载大小，所有并联功率支路均同时工作带来的不必要的电源损耗，提高电源系统 负载效率。如图1所示，本发明一实施例提出一种提高电源特定比例负载效率的方法，包括步骤S101，检测电源负载量；步骤S102，根据负载量以及预定规则，在预置功率电路中选取至少一路子功率电 路对输入功率进行功率调节；步骤S103，向负载输出调节后的功率。
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上述步骤SlOl至步骤S103中，为了提高用户常用负载下的电源设备比如 UPS (uninterruptible power system，不间断电源系统)的输出效率，采用根据用户实际的 负载量选取不同的功率调节电路对输入功率进行调节的方法，向负载输出实际所需电源功 率，本实施例方法的运行环境主要包括电源设备中向负载输出功率的功率电路即本实施 例中的预置功率电路，现有技术中，通常采用让功率电路中的两路或多路并联的子功率电 路同时工作来为负载提供所需功率，此种方法对于小比例负载即负载量小的负载来说，会 造成电源效率的大大降低。本实施例中，预置功率电路包括两路或两路以上相互并联的子功率电路，以及与 子功率电路并联的主控电路。当预置功率电路接收到电源的输入功率时，首先检测电源的 负载量，根据负载量的大小及预定规则选择将预置功率电路中的一路或两路或多路子功率 电路接通，其中，预定规则即为负载量与预置功率电路中预定数量的子功率电路的之间的 对应关系，根据负载量的实际大小，使预置功率电路中的预定数量的子功率电路工作，而使 其余的子功率电路断开连接，从而达到提高电源负载效率的目的。下面以预置功率电路中包括两路子功率电路为例进行详细说明预置功率电路包括两路子功率电路，每一路子功率电路包括PFC电路和逆变电 路。两路子功率电路可分别单独提供50%的负载功率，该两路子功率电路实现均负载的 方式可采用自然均流或者分别受控等多种方式进行，本实施例还可以预先设置一预定负载 值，比如为50%，在对负载输入功率时，首先检测负载量是否大于或小于预先设置的预定负 载值，若当前用户负载比例为40%负载即负载量为40%，小于预定负载值，则只需预置功 率电路中的一路子功率电路为负载提供功率，即将预置功率电路中一路子功率电路断开， 而只让其中一路子功率电路接通，对电源输入功率进行功率调节，为负载提供所需功率，减 少电源效率损耗。其中，断开的一路子功率电路处于“冷备份”状态，如图2所示，根据预置功率电路 效率曲线，电源系统0 50%的负载时的效率提高了。此时，若检测到负载量大于预定负载值，比如为60%，则闭合断开的子功率电路， 使预置功率电路中的两路子功率电路同时工作，由于电路中电子元器件的关断与闭合时间 相当短暂，并且控制电路处于“热备份”状态，不需要自检，预置功率电路也不需要另外的缓 启动等，之前断开的子功率电路恢复工作的时间相当短暂，使输出电源不至于间断。当负载量小于预定负载值而只需预置功率电路中的一路子功率电路工作时，可以 根据系统运行时间，当该路子功率电路工作预定时间后，将该路子功率电路断开，而将电路 切换至另一路子功率电路，由另一路子功率电路工作，由此避免因一路子功率电路长时间 工作或长时间不工作而造成系统故障等问题。需要说明的是，根据检测到的负载量对预置功率电路中的子功率电路进行接通与 断开以及在不同的子功率电路间切换，均由预置功率电路中的控制电路完成，同时，为了不 使两路子功率电路之间的频繁切换，可为预定负载值设置一回差值，并在预置功率电路中 设置相应的回差电路，以避免因频繁切换带来的电源系统风险。如图3所示，在本实施例中，步骤S102具体包括步骤S1021，判断负载量是否大于预定负载值；若是，则进入步骤S1022，否则，进 入步骤S1024 ；
步骤S1022，选取并接通预置功率电路中所有子功率电路；步骤S1023，通过选取的所有子功率电路组成的并联电路对输入功率进行功率调 节；步骤S1024，根据预定规则选取预置功率电路中预定数量的子功率电路；步骤S1025，切断所述预置功率电路中其余子功率电路的电路连接；步骤S1026，通过选取的预置功率电路中预定数量的子功率电路组成的并联电路 对输入功率进行功率调节。本实施例中，上述步骤中预定规则是指根据负载量选取预置功率电路中的一路、 二路或多路子功率电路的策略，比如，预置功率电路中一共包括有相互并联的五路子功率 电路，根据检测到负载量只需其中三路子功率电路为负载提供功率，则根据负载量选取预 置功率电路中三路子功率电路，若负载量大于预定负载值，需要预置功率电路中所有子功 率电路均工作才能为负载提供其所需功率，则选取预置功率电路中所有子功率电路，通过 选取的所有子功率电路组成的并联电路对输入功率进行功率调节，从而为负载提供其所需 功率。本实施例根据实际检测到的负载量在预置功率电路中切换选取相应数量的子功 率电路对输入功率进行调节，从而为负载提供其所需功率，降低了电源功率损耗，提高了电 源输出效率，进一步降低了用户总体拥有成本；当用户的负载量在预定负载值比如50%以 下时，不工作的子功率电路作为备份电路，其所有功率器件均不工作，处于“冷备份”状态， 这些功率器件的导通损耗和开关损耗均为零，从而降低了电源系统的损耗，提高了电源负 载效率。另外，预置功率电路不需要缓启动和控制电路的自检等时间，使得负载响应快，还 可根据预设的回差值在各子功率电路间切换，同时降低了子功率电路频繁切换带来的电源 系统风险及负载掉电风险。如图4所示，本发明另一实施例提出一种提高电源特定比例负载效率的方法，在 上述实施例的基础上，其中，在步骤SlOl之前还包括步骤S100，设置预置功率电路；本实施例中，预置功率电路包括两路或两路以上相互并联的子功率电路，以及与 子功率电路并联的主控电路。可以根据电源系统承载能力以及负载实际情况配置相应的预 置功率电路。在步骤SlOl之前还包括步骤SlO 11，检测电源输入电流和/或电压。在步骤S103之前还包括步骤S1031，检测电源输出电流和/或电压。上述步骤步骤SlOll以及步骤S1031中，为了保证电源系统的稳定性，需要对输入 功率以及输出功率的电源电流和/或电压进行检测。同时还可在预置功率电路中配置缓启 动电路，更进一步的提高电源系统的稳定性。如图5所示，本实施例中，步骤S102中在步骤S1026之后还包括步骤S1027，当负载量大于预定负载值时，根据预定规则接通所述预置功率电路中 一路或一路以上的其余子功率电路；步骤S1028，通过预置功率电路中所有接通的子功率电路组成的并联电路对输入
8功率进行功率调节。本实施例通过设置用来调节电源输出功率的预置功率电路，并根据实际检测到的 负载量配置预置功率电路中的子功率电路的数量，在预置功率电路中切换选取相应数量的 子功率电路对输入功率进行调节从而为负载提供其所需功率，降低了电源功率损耗，提高 了电源输出效率，进一步降低了用户总体拥有成本(Total Cost of Ownership, TCO)；另 外，不需要缓启动和控制电路的自检等时间，使得负载响应快，还可根据预设的回差值在各 子功率电路间切换，同时降低了子功率电路频繁切换带来的电源系统风险及负载掉电风 险。如图6所示，本发明一实施例提出一种提高电源特定比例负载效率的装置，包括检测模块501，用于检测电源负载量；功率调节模块502，用于根据负载量以及预定规则，在预置功率电路中选取至少一 路子功率电路对输入功率进行功率调节；输出模块503，用于向负载输出调节后的功率。本实施例中，预置功率电路包括两路或两路以上相互并联的子功率电路，以及与 子功率电路并联的主控电路。图7为本实施例预置功率电路一实施例示意图。如图7所示，该预置功率电路包括两路子功率电路，每一路子功率电路均包括一 PFC电路和一逆变电路。其中L2、VD1、VD3、VD5、VD8、VT2、VT4 构成一路子功率电路的 PFC 电路；L3、VD2、 VD4、VD6、VD7、VT1、VT3构成另一路子功率电路的PFC电路，母线电容共用。当检测到负载 小于50%时，通过控制VDl VD4，其控制信号由控制板发出，断开一路PFC，只让其中的一 路PFC工作；当检测到负载大于55%时，让断开的那一路恢复工作，两路同时供电。VT1A、VT2A、VT3A、VT4A、VD1A、VD2A、L1A、C3 构成一路子功率电路的逆变电路； VT1B、VT2B、VT3B、VT4B、VD1B、VD2B、L1C、C3构成另一路子功率电路的逆变电路的另一路， 其中母线和C3共用。控制信号由共用的控制板发出，控制信号可相同或者分别控制，当检 测到负载小于50%时，通过控制VT1A、VT2A、VT3A、VT4A和VT1B、VT2B、VT3B、VT4B的通断， 只让其中一路工作；当检测到负载大于50%时，让另一路也工作，两路同时供电。VD1-VD4 也可更换为 SCR。如图8所示，功率调节模块502具体包括判断单元5021，用于判断负载量是否大于预定负载值；控制单元5022，用于当负载量大于预定负载值时，选取并接通预置功率电路中所 有子功率电路；以及当负载量小于预定负载值时，根据预定规则选取预置功率电路中预定 数量的子功率电路；切断单元5023，用于当负载量小于预定负载值时，切断所述预置功率电路中其余 子功率电路的电路连接；调节单元5024，用于当负载量大于预定负载值时，通过选取的所有子功率电路组 成的并联电路对输入功率进行功率调节；以及当负载量小于预定负载值时，通过选取的预 置功率电路中预定数量的子功率电路组成的并联电路对输入功率进行功率调节。如图9所示，本发明另一实施例提出一种提高电源特定比例负载效率的装置，在
9上述实施例的基础上，该装置还包括设置模块500，用于设置预置功率电路；本实施例中，预置功率电路包括两路或两路以上相互并联的子功率电路，以及与 子功率电路并联的主控电路。本实施例中，控制单元5022，还用于当负载量大于预定负载值时，根据预定规则接 通所述预置功率电路中一路或一路以上的所述其余子功率电路；调节单元5024，还用于通过预置功率电路中所有接通的子功率电路组成的并联电 路对输入功率进行功率调节。检测模块501，还用于检测输入功率的电源电流和/或电压以及检测输出功率的 电源电流和/或电压。本发明实施例通过设置用来调节电源输出功率的预置功率电路，并根据实际检测 到的负载量在预置功率电路中切换选取相应数量的子功率电路对输入功率进行调节，从而 为负载提供其所需功率，降低了电源功率损耗，提高了电源输出效率，进一步降低了用户总 体拥有成本；另外，各子功率电路共用母线、缓启动电路和控制电路等，使得控制电路处于 “热备份”状态，不需要缓启动和控制电路的自检等时间，相应电路可快速开通和关断，使得 负载响应快，还可根据预设的回差值在各子功率电路间切换，同时降低了子功率电路频繁 切换带来的电源系统风险及负载掉电风险。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用 本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技 术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
一种提高电源特定比例负载效率的方法，其特征在于，包括以下步骤检测电源负载量；根据所述负载量以及预定规则，在预置功率电路中选取至少一路子功率电路对输入功率进行功率调节；向负载输出调节后的功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测电源负载量的步骤之前还包括 设置所述预置功率电路，所述预置功率电路包括两路或两路以上相互并联的子功率电路，以及与所述子功率电路并联的主控电路。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据负载量以及预定规则在预置 功率电路中选取至少一路子功率电路对所述输入功率进行功率调节的步骤具体包括判断所述负载量是否大于预定负载值；当负载量大于预定负载值时，选取并接通预置功率电路中所有子功率电路；通过选取 的所有子功率电路组成的并联电路对输入功率进行功率调节；当负载量小于预定负载值时，根据所述预定规则选取所述预置功率电路中预定数量的 子功率电路；切断所述预置功率电路中其余子功率电路的电路连接；通过选取的所述预置 功率电路中预定数量的子功率电路组成的并联电路对所述输入功率进行功率调节。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过选取的预置功率电路中预定数 量的子功率电路组成的并联电路对所述输入功率进行功率调节的步骤之后还包括当所述负载量大于预定负载值时，根据所述预定规则接通所述预置功率电路中一路或 一路以上的所述其余子功率电路；通过所述预置功率电路中所有接通的子功率电路组成的并联电路对所述输入功率进 行功率调节。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述检测电源负载量之前还包括检测电 源输入电流和/或电压。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述向负载输出调节后的功率的步骤之 前还包括检测电源输出电流和/或电压。
7.一种提高电源特定比例负载效率的装置，其特征在于，包括 检测模块，用于检测电源负载量；功率调节模块，用于根据所述负载量以及预定规则，在预置功率电路中选取至少一路 子功率电路对输入功率进行功率调节；输出模块，用于向负载输出调节后的功率。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置模块，用于设置所述预置功率电路，所述预置功率电路包括两路或两路以上相互 并联的子功率电路，以及与所述子功率电路并联的主控电路。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述功率调节模块具体包括 判断单元，用于判断所述负载量是否大于预定负载值；控制单元，用于当负载量大于预定负载值时，选取并接通预置功率电路中所有子功率 电路；以及当所述负载量小于预定负载值时，根据所述预定规则选取所述预置功率电路中 预定数量的子功率电路；切断单元，用于当所述负载量小于预定负载值时，切断所述预置功率电路中其余子功 率电路的电路连接；调节单元，用于当所述负载量大于预定负载值时，通过选取的所有子功率电路组成的 并联电路对输入功率进行功率调节；以及当所述负载量小于预定负载值时，通过选取的所 述预置功率电路中预定数量的子功率电路组成的并联电路对所述输入功率进行功率调节。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制单元，还用于当所述负载量大于预定负载值时，根据所述预定规则接通所述 预置功率电路中一路或一路以上的所述其余子功率电路；所述调节单元，还用于通过所述预置功率电路中所有接通的子功率电路组成的并联电 路对所述输入功率进行功率调节。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述检测模块，还用于检测电源输入电 流和/或电压以及检测电源输出电流和/或电压。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述子功率电路包括PFC电路和逆变 电路。
全文摘要
本发明涉及一种提高电源特定比例负载效率的方法及装置，其中方法包括检测电源负载量；根据负载量以及预定规则，在预置功率电路中选取至少一路子功率电路对输入功率进行功率调节；向负载输出调节后的功率。本发明根据实际检测到的负载量在预置功率电路中切换选取相应数量的子功率电路对输入功率进行调节，从而为负载提供其所需功率，降低了电源功率损耗，提高了电源输出效率，进一步降低了用户总体拥有成本，另外，不需要缓启动和控制电路的自检等时间，使得负载响应快，还可根据预设的回差值在各子功率电路间切换，同时降低了子功率电路频繁切换带来的电源系统风险及负载掉电风险。
文档编号H02J3/06GK101917008SQ201010240569
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者张凤英, 阎建法 申请人:中兴通讯股份有限公司