专利名称：：绿色电脑不断电系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种电脑用的不断电系统，尤其指一种省电且用可回收的低污染性材料制成的绿色电脑不断电系统。绿色电脑(GREENPC)是指一部电脑在使用时，可较传统电脑省电，其生产使用的材料，都是可以回收的低污染性材料，而与绿色电脑匹配使用的不断电系统即称为绿色电脑不断电系统(GREECN-UPS)。绿色电脑之所以被国际环保组织大力提倡，就是因为其省电且符合环保要求。目前所有的不断电系统(UPS)皆采用外电源(AC)侦测控制电路用以侦测市电，以辩认电源是否中断，是否稳定。若断电时，现行的不断电系统则开始供电，它是采用逆变电路，将直流电源转变成交流电源供给电脑的电源器，而电源器再通过交直流电源转换电路将交流电源转换成直流电源供给主机，不但成本高，而且所使用的材料是有污染性的，所使用的电池为铅酸电池，会严重污染环境，不符合环保要求。特别是输入电源经多次的转换，造成效率损失，能源浪费大。现举一实例传统UPS利用交流电源转变成直流电源对电池充电，转换效率为0.8，在断电时必须将电池的直流电源转换成交流电源，效率为0.7，而交流电源供给电源器并需再次转换成直流电源供给主机使用，效率为0.8，故电脑主机实际可用的有效能量为U有效＝输入能量×0.8×0.7×0.8即U有效＝输入能量×0.45由此可见，有效能量实际只有输入能量的0.45，故损失很大。本发明的目的是提供一种成本低，能量转换效率高，耗电低，无污染，符合环保要求的绿色电脑不断电系统，以克服现有技术的缺点。本发明采取的技术方案如下所述它是由升压电路1、充电控制电路2、电池组3、输出控制电路4、+5V转换电路5、+12V、-12V、-5V转换电路6、电池电力自动侦测电路7、电脑系统悬浮模式执行电路8和风扇控制电路9组成，+12V直流电压经升压电路1升压后，输出+16V电压供给充电控制电路2，而充电控制电路2的输出接电池组3，当电脑电源器输出的正常讯号为低电位时，输出控制电路4控制转换电路5及转换电路6开始工作，而电池电力自动侦测电路7是根据电池组3的电压高低来决定电脑系统悬浮模式执行电路8是否能够执行省电模式，充电控制电路2在动态充电时，控制风扇控制电路9执行冷却风扇启动。升压电路1是将+12V电源提升为+16V的升压转换电路，以供给充电控制电路2，充电控制电路2在电源正常时，负责控制电池组3的充电，使电池组3中的电池平时维持充饱电状态，充电控制电路2在动态充电时，控制风扇控制电路9执行冷却风扇启动。输出控制电路4是当正常讯号POWERGOOD为低电位(OV)时，控制+5V转换电路5及+12V、-12V及-5V转换电路6开始工作，若电池的电流超过了限定值，该输出控制电路4则自动切掉转换电路5及转换电路6，以保护充电电池，避免电池使用过度而烧毁，转换电路5为系统提供+5V/2A电压;转换电路6则为系统提供+12V/1A、-12V/0.3、-5V/0.3A电压。本发明采用了智慧型的充电电路，包括电池电力自动侦测电路7、电脑系统悬浮模式执行电路8和风扇控制电路9，如图3所示，它是针对本发明采用合乎环保的镍氢电池而设计的。众所周知，电池充电的效率与电池温度有关，电池温度愈高充电效率愈差，电池愈容易老化。当电池充足时，电池温度已经上升发热，若持续充电，电池就会加速老化，甚至产生大量的氧，会造成电解液的流失，使电池容量减少，所以如何防止电池过载充电至为重要。与传统的不断电系统相比，本发明绿色电脑不断电系统并不侦测外部电源(AC)是否中断，而是侦测个人电脑的电源器，辩认电源器直流电源(DC)输出是否正常。个人电脑电源器的直流电源输出端，第一PIN就是电源正常讯号(POWERGOOD)，这是IBMPC所订的正式规格，当直流电源输出正常时，电源器会送出一个可以让TTL接受的高电位正常讯号，即高电位POWERGOOD讯号(2.4Vdc至5.5Vdc)。若外部电源(AC)中断，或电源器本身故障，使直流电源输出不正常，电源器就会送出一个低电位正常讯号，即低电位POWERGOOD讯号(OVdc至0.4Vdc)，当直流电源输出由正常转为不正常，在正常直流电源停止输出之前至少1微秒，正常讯号就会由高电位转为低电位，请参阅图1所示。本发明即是利用这一提早到来的正常讯号，启动不断电系统开始提供电脑系统所需要的直流电源，同时传送一个高电位正常讯号给电脑，以避免电脑系统收到低电位正常讯号而产生系统中断的现象，此时，本发明会送出省电模式讯号通知，绿色电脑进入省电模式。由于绿色电脑进入省电模式时耗电很少，使得电池电力可以支援很长的供电时间，若进入省电模式，时间会超过本发明在系统BIOS所设定的最大时间，则BIOS会自动进入资料储存模式(DATASAVEMODE)，将电脑执行中资料储存回硬式磁碟机。当电源中断时，本发明是由CPU及CHIPSET结合在一起的硬体来控制，配合BIOS来执行，可靠性很高，而一般传统UPS，必须针对不用的应用软体，设计软体工具来配合，可靠性就差了很多。然而百分之百的保障方式只有持续供电，本发明配合全世界第一套GREENPCCHIPSETALI1429G使用，因为GREENPC进入省电模式，目前只耗电6.9W，故本发明全程可提供1.754小时的电源需要，但是本发明在BIOS上设定省电模式长达1小时，自动开始执行电脑资料储存工作，又满足现有市场需要。未来GREENPC更省电，本发明的效果就更好。电源中断时，本发明GREENUPS支援电脑系统时间计算如下本发明GREENUPS尺寸与3.5″FDD相同，可容纳7个1.2V1.8AH的镍氢电池，即15.12WH，电源输出转换效率以8成计算，实际输出12.096WH。12.096WH÷6.9W＝1.7534小时，以3.5″FDD相同尺寸的UPS可以提供一部电脑停电后，保留资料长达1.7小时之久。由上所述，本发明由于减少了交直流电源的转换次数，使能量转换效率大幅度提高，大大减少了环境污染，且体积缩小，成本降低。下面列出本发明与传统的UPS性能对比表。<本发明的详细结构结合实施例加以说明图1为电源正常讯号(POWERGOOD)的动作时序图。由此图看出，当直流电源输出由正常转为不正常，在正常直流电源停止输出之前至少1微秒，正常讯号就会由高电位转为低电位。图2为本发明的方块结构示意图。图3为本发明的电池充电流程图。图4为本发明系统工作流程图。首先，本发明在一般正常操作模式时不断的判断电力是否中断，即侦测电源器的正常讯号是否由高电位转为低电位，若是则立即进入使用电池供电的状态，同时通知电脑系统进入省电模式，此时本发明仍继续侦测电力是否恢复供电。若否则判断电力中断时间是否超过系统BIOS的设定值，本发明大约可提供1.7小时的供电，而系统BIOS之设定值可设在1-1.5小时之间，若超过则执行电脑资料储存的动作，把资料储存到硬式磁碟机，其后不断侦测电力是否恢复，若是电力恢复，则将原电脑系统资料还原，继续进入一般正常操作，在一般正常操作时不断电系统中的电池，会随着电池温度及电压，执行动态充电，若是电池充饱，为不使充电电池老化，则执行点滴充电。图5、图6为本发明实施例电路原理图。图7为本发明的配线圈。图8为本发明与传统UPS的功能比较图。升压电路1由升压集成电路片U1、三个电容C1～C3、稳压管D1、电感L1和三个电阻R1～R3组成，U15脚经L1接其4脚，而4脚经D1接充电控制电路2输入端，其1脚经R1、C2和串联的R3、R2接充电控制电路2，2脚接R3、R2相联处，此外，5脚经C1与3脚联接，C3正极接U1输出端即点①，负极接地。充电控制电路2包括充电集成电路片U2、三端稳压器U3二个运算放大器U4A、U4B、微处理器U5、二个晶体管Q1、Q2、二个稳压管D2、D3、二极管D4、晶振X1、电感L2、排电阻RP1、热敏电阻RTH1、9个电容C4～C12、二十二个电阻R4～R9、R11、R12、R14～R27，和三个发光二极管LED1～LED3，其中充电集成电路片U2以及三个电容C4～C6、二个晶体管Q1、Q2、二个稳压管D2、D3、电感L2、三个电阻R4～R6组成充电电路;微处理器U5、排电阻RP1、昌振X1、二极管D4、三端稳压器U3、六个电容C7～C12、19个电阻R7、R8、R9、R11、R12、R14～R27、三个发光二极管LED1～LED3组成充电控制电路，充电集成电路片U2输出端7脚经L2、D3接电池组3输入。电池组3由直流电池组和电阻R10组成，其输出端②向电池电力自动侦测电路7输出ISEH信号。输出控制电路4包括二个晶体管Q6、Q7、5个电阻R43～R47，Q6发射极经串联的R44、R45接Q7集电极，Q6基极接R44、R45相联处，Q6集电极经R43分别接电池电力自动侦测电路7和电脑系统悬浮模式执行电路8，而电脑正常讯号POWERGOOD经R47输入到Q7，Q7基极经R45接地。转换电路5由三端稳压器U8、三个二极管D5、D6、D13、电感L3和二个电容C20、C21组成，U8输入端经L3分别与D5、D6正极相接，D5、D6负极又分别与转换电路6中变压器T1的次级线圈S1③端和⑥端相接;U8输入端还经C20接地;U8输出端经D13输出+5V电压。转换电路6包括三端稳压器U9、变压器T1、9个二极管D7～D12、D14～D16、二个铁心电感L4、L5、一个电感L6、四个电容C22～C25，L4一端分别经D7、D10接T1次级线圈S1③端和⑥端，其另一端经D14输出+12V电压，L5一端分别经D8、D9接T1次级线圈S1④端和⑤端，其另一端经D15输出-5V电压，U9输入端与L6一端相联，L6另一端分别经D11、D12与T1另一次级线圈S2的二端联接，U9输出端经D16输出-12V电压。电池电力自动侦测电路7由运放器U7A、电容C14、三个电阻R37～R39组成，由电池组3发出ISEH信号输入U7A2脚，U7A输出端1脚接电脑系统悬浮模式执行电路8的输入端，U7A3脚经R38接地，此外，U7A2脚经并联的R39、C14接其1脚。悬浮模式执行电路8包括悬浮模式集成电路U6、二个场效应晶体管Q4、Q5、可变电阻VR1、六个电容C13、C15～C19、十三个电阻R28～R36、R40～R42、R48，其中U611脚接Q4源极，U68脚接Q5源极，Q4栅极接转换电路6中变压器T1初级线圈一端，Q5栅极接T1初级线圈另一端，Q4、Q5漏级均接地，4脚接输出控制电路4，1脚接电池电力不足侦测电路7。风扇控制电路9由三个晶体管Q9～Q11、四个电阻R49～R52组成，由充电控制电路2发出的ENCHG信号经R49输入到Q9基极。+12V经升压电路1升至+16V，在点①产生+16V，使集成电路片U2充电，充电电路的输出接到电池组3，在控制信号的控制下给电池组3充电，充电电路的控制信号来自POWERGOOD、ENCHG和ISEH，POWERGOOD信号来自1BM计算机。由运算放大器U4A、U4B、微处理器U5、三端稳压器U3及其周边元件组成的充电控制电路，输出ENCHG和ISEH信号，U3向U5提供稳定电压。微处理器U5包含三组A/D转换器(A/DCONVERTER)，第一组(AINO)用来设定最大充电时间，由这一组A/D读入电压后，由下表找出对应之最大充电时间，由这一组A/D读入电压后，由下表找出对应之最大充电时间，因此，只要用外部电阻R及R之比例即可设定最大充电时间，如下表所示AINO输入标准充电时间≤1V30分＞1V，≤2V60分＞2V，≤3V90分＞2V，≤4V120分＞4V150分</table></tables>第二组A/D转换器(AIN1)为侦测充电时，电池电压的变化值，求出一△之状态。第三组A/D转换器(AIN2)为侦测电池温度，侦测电池是否△T/△t产生，而△T/△t在三分钟内上升值多少，由DT，DT(PIN25，26)决定，设定值由下表决定<>图7为本发明的配线图，其中市电系由AC点71输入至电源器A，经P8、P9两组直流电源线72接至本发明之绿色电脑不断电系统B，再经本发明之P8、P9两组直流电源线及PG(POWERGOOD)73接至绿色电脑C之P8、P9，同时连接一条省电模式讯号线74(SLEEPMODEENABLEWIRE)，故只要符合APM规格或有省电模式功能的电脑都可以轻易地和本发明绿色电脑不断电系统连接。悬浮模式集成电路U6、二个场效应晶体管Q4、Q5等组成悬浮模式执行电路8，U6发出脉冲信号，控制Q4、Q5的交替开关，将电池的直流电，以悬浮模式提供给电路，可变电阻VR1用于控制脉冲频率和占空式。运放器U7A、R37～R79、C14组成的电池电力侦测电路7用以自动检测电池的电力不足。本发明电路原理图各元器的规格型号如下U1LT1070CT，U24960、U3LM7805，U4A、U413、U7A均为358，U5THP47C242，U6TL494，U8LM7905，U9LM7912;Q1、Q2、Q3、Q7、Q9、Q10均为C1815，Q4、Q5均为莫斯场效应晶体管，Q6、Q11均为A1015;D1、D2、D3均为SZLA20，D4～D16均为IN4140;LED1～LED3均为发光二极管;C1、C2、C3、C7、C8、C12、C18、C20、C21、C22、C23、C24、C25为电解电容，其电容值依次为100μF、1μF、330μF、330μF、1μF、1μF、470μF、100μF、47μF、1000μF、470μF、100μF、47μF;C4、C5、C6、C9、C10、C11、C13、C14、C15、C16、C17、C19的电容值依次为443P、104P、503P、104P、47P、47P、103P、102P、104P、102P、104P、103P;R1～R52的阻值依次为470Ω、10K、1.2K、4.7K、10K、10K、100K、10K、10K、0.1Ω、39K、15K、13K、100Ω、3.3K、3.3K、330K、15K、4.7K、2.2K、2.2K、2.2K、68K、100K、100K、100Ω、1M、1K、51K、10K、10K、10K、100K、10K、10K、1K、10K、10K、470K、15K、4.7K、100K、100Ω、10K、10K、10K、10K、100Ω、10K、10K、10K、10K;RTH1100K;RPI100K×4;L1150μH、L290μH、L310μH、L4、L5为铁心电感;X12M。权利要求1.一种绿色电脑不断电系统，包括外电源侦测电路、交直流电源转换电路、逆变电路，其特征在于是由升压电路1、充电控制电路2、电池组3、输出控制电路4、转换电路5、转换电路6、电池电力自动侦测电路7、电脑系统悬浮模式执行电路8和风扇控制电路9组成，＋12V直流电压经升压电路1升压后，输出＋15V电压供给充电控制电路2，而充电控制电路2的输出接电池组3当电脑电源器输出的正常讯号为低电位时，输出控制电路4控制转换电路5及转换电路6开始工作，而电池电力自动侦测电路7是根据电池组3的电压高低来控制电脑系统悬浮模式执行电路8是否能够执行省电模式，充电控制电路2在动态充电时，控制风扇控制电路9执行冷却风扇启动。2.根据权利要求1所述的绿色电脑不断电系统，其特征在于所述的升压电路1由升压集成电路片U1、三个电容C1～C3、稳压管D1、电感L1和三个电阻R1～R3组成，U15脚经L1接其4脚，而4脚经D1接充电控制电路2输入端，其1脚经R1、C2和串联的R3、R2接充电控制电路2，2，脚接R3、R2相联处，此外，5脚经C1还与3脚联接，C3正极接U1输出端即点①，负极接地。3.根据权利要求1所述的绿色电脑不断电系统，其特征在于所述的充电控制电路2包括充电集成电路片U2、二个运算放大器U4A、U4B、微处理器U5、二个三端稳压管D2、D3、二极管D4、晶振X1、电感L2、排电阻RP1、热敏电阻RTH1、9个电容C4～C12、二十二个电阻R4～R9、R11、R12、R14～R27，和三个发光二极管L1ED1～LED3，其中充电集成电路片U2以及三个电容C4～C5、二个晶体管Q1、Q2、二个稳压管D2、D3、电感L2、三个电阻R4～R5组成充电电路;微处理器U5、排电阻RP1、昌振X1、二极管D4、三端稳压器U3、六个电容C7～C12、19个电阻R7、R8、R9、R11、R12、R14～R27、三个发光二极管LED1～LED3组成充电控制电路，充电集成电路片U2输出端7脚经L2、D3接电池组3输入。4.根据权利要求1所述的绿色电脑不断电系统，其特征在于所述的电池组3由直流电池组和电阻R10组成，其输出端②向电池电力自动侦测电路7输出ISEH信号。5.根据权利要求1所述的绿色电脑不断电系统，其特征在于所述的输出控制电路4包括二个晶体管Q6、Q7、5个电阻R43～R47，Q6发射极经串联的R44、R45接Q7集电极，Q6基极接R44、R45相联处，Q6集电极经R43分别接电池电力自动侦测电路7和电脑系统悬浮模式执行电路8，而电脑正常讯号POWERGOOD经R47输入到Q7，Q7基极经R45接地。6.根据权利要求1所述的绿色电脑不断电系统，其特征在于所述的转换电路5由三端稳压器U8、三个二极管D5、D6、D13、电感L3和二个电容C20、C21组成，U8输入端经L3分别与D5、D6正极相接，D5、D6负极又分别与转换电路6中变压器T1的次级线圈相接;U8输入端还经C20接地;U8输出端经D13输出+5V电压。7.根据权利要求1所述的绿色电脑不断电系统，其特征在于所述的转换电路6包括三端稳压器U9、变压器T1、9个二极管D7～D12、D14～D16、二个铁心电感L4、L5、一个电感L5、四个电容C22～C25，L4一端分别经D7、D10接T1次级线圈S1②端和⑤端，其另一端经D14输出+12V电压，L5一端分别经D8、D9接T1次级线圈S1③端和④端，其另一端经D15输出-5V电压，U9输入端与L6一端相联，L6另一端分别经D11、D12与T1另一次级线圈S2的二端联接，U9输出端经D16输出-12V电压。8.根据权利要求1所述的绿色电脑不断电系统，其特征在于所述的电池电力自动侦测电路7由运放器U7A、电容C14、三个电阻R37～R39组成，由电池组3发出ISEH信号输入U7A2脚，U7A输出端1脚接电脑系统悬浮模式执行电路8的输入端，U7A3脚经R38接地，此外，U7A2脚经并联的R39、C14接其1脚。9.根据权利要求1所述的绿色电脑不断电系统，其特征在于所述的悬浮模式执行电路8包括悬浮模式集成电路U6、二个场效应晶体管Q4、Q5、可变电阻VR1、六个电容C13、C15～C19、十三个电阻R28～R36、R40～R42、R48，其中U611脚接Q4源极，U68脚接Q5源极，Q4栅极接转换电路6中变压器T1初级线圈一端，Q5栅极接T1初级线圈另一端，Q4、Q5漏级均接地，4脚接输出控制电路4，1脚接电池电力不足侦测电路7。10.根据权利要求1所述的绿色电脑不断电系统，其特征在于所述的风扇控制电路9由三个晶体管Q9～Q11、四个电阻R49～R52组成，由充电控制电路2发出的ENCHG信号经R49输入到Q9基极。全文摘要一种绿色电脑不断电系统。包括升压电路、充电控制电路、电池组、输出控制电路、两个转换电路、电池电力自动侦测电路、电脑系统悬浮模式执行电路和风扇控制电路，12V电压经升压电路升压输出16V电压供给充电控制电路，当电脑输出正常讯号为低电位时，输出控制电路使转换电路工作，电池电力自动侦测电路根据电池组的电压高低控制悬浮模式执行电路使其执行省电模式，其能量转换效率高，电力支援时间长，无污染。文档编号G06F1/32GK1107979SQ9410214公开日1995年9月6日申请日期1994年3月4日优先权日1994年3月4日发明者丁绍杰申请人:丁绍杰