BBU充电装置及BBU的制作方法

bbu充电装置及bbu
技术领域
1.本发明涉及电源领域，特别是涉及一种bbu充电装置及bbu。


背景技术：

2.在为服务器中的后备电池单元(battery backup unit，bbu)充电时，通过电压转换模块对输入电压进行转换，将转换后的电压为bbu进行充电。当输入电压大于bbu的电压时，使用降压模式为bbu进行充电；当输入电压小于bbu的电压时，使用升压模式为bbu进行充电。图1为现有技术中bbu充电装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括电压转换模块、第一电流检测模块、电压检测模块和控制模块，电压转换模块用于将电源输出的电压进行转换，第一电流检测模块用于输出表征为bbu供电的电流的第一电压，电压检测模块用于输出表征为bbu供电的电压的第二电压，控制模块用于根据第一电压、第二电压及预设值计算出的脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)值，对电压转换模块进行控制，以实现升压模式以及降压模式。但现有技术通过检测经过电压转换模块转换后的第一电压及第二电压，响应速度较慢。
3.由此可见，如何提高响应速度是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种bbu充电装置及bbu，控制模块对电源的输出电流、为bbu供电的电流及电压进行处理，进而对电压转换模块的工作模式进行控制，由于直接检测电源输出的电流，充电响应能力更高，可以对当前电压转换模块的工作模式进行更好的控制。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种bbu充电装置，包括：电压转换模块、第一电流检测模块、电压检测模块、控制模块及第二电流检测模块；
6.所述第二电流检测模块设置于电源的输出正端及所述电压转换模块的第一端之间，所述第二电流检测模块的输出端与所述控制模块的第一输入端连接；所述控制模块的第二输入端与所述第一电流检测模块的输出端连接，所述控制模块的第三输入端与所述电压检测模块的输出端连接；
7.所述第一电流检测模块用于输出表征为所述bbu供电的电流的第一电压；
8.所述电压检测模块用于输出表征为所述bbu供电的电压的第二电压；
9.所述第二电流检测模块用于输出表征所述电源的输出电流的第三电压；
10.所述控制模块用于根据所述第一电压及所述第二电压计算得到基准电压，根据所述第三电压及所述基准电压控制所述电压转换模块对所述电源输出的电压进行转换。
11.优选的，所述第一电流检测模块包括第一电阻及第一运算放大器；
12.所述第一电阻的第一端作为所述第一电流检测模块的第一端，所述第一电阻的第二端作为所述第一电流检测模块的第二端；
13.所述第一运算放大器的正相输入端与所述第一电阻的第一端连接，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一电阻的第二端连接，所述第一运算放大器的输出端作为所
述第一电流检测模块的输出端。
14.优选的，所述电压转换模块包括第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关、第四可控开关及电感；
15.所述第一可控开关的第一端作为所述电压转换模块的第一端，所述可控开关的第二端与所述第二可控开关的第一端连接且连接的公共端与所述电感的第一端连接；所述第三可控开关的第一端作为所述电压转换模块的第二端，所述第三可控开关的第二端与所述第四可控开关的第一端连接且连接的公共端与所述电感的第二端连接，所述第四可控开关的第二端与所述第二可控开关的第二端连接后接地；
16.所述第一可控开关的控制端、所述第二可控开关的控制端、所述第三可控开关的控制端及所述第四可控开关的控制端分别与所述控制模块的输出端连接。
17.优选的，所述第二电流检测模块包括第二电阻及第二运算放大器；
18.所述第二电阻的第一端作为所述第一电流检测模块的第一端，所述第二电阻的第二端作为所述第一电流检测模块的第二端；
19.所述第二运算放大器的正相输入端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二电阻的第二端连接，所述第二运算放大器的输出端作为所述第二电流检测模块的输出端。
20.优选的，所述电压检测模块包括第三电阻及第四电阻；
21.所述第三电阻的第一端作为所述电压转换模块的第一端，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接且连接的公共端作为所述电压转换模块的输出端，所述第四电阻的第二端作为所述电压转换模块的第二端。
22.优选的，所述控制模块包括处理器、判断模块及输出模块；
23.所述第二电流检测模块的输出端及所述电压检测模块的输出端分别与所述处理器连接；所述处理器的第一输出端与所述判断模块的反相输入端连接，所述处理器的第二输出端与所述输出模块的第一输入端连接；所述第一电流检测模块的输出端与所述判断模块的正相输入端连接；所述判断模块的输出端与所述输出模块的第二输入端连接，所述输出模块的输出端作为所述控制模块的输出端；
24.所述处理器用于对所述第一电压及所述第二电压进行处理后输出基准电压，输出时钟信号至所述输出模块；
25.所述判断模块用于判断所述第三电压与所述基准电压的大小，在所述第三电压大于所述基准电压时输出第一信号，在所述第三电压小于所述基准电压时输出第二信号；
26.所述输出模块用于根据所述第一信号或所述第二信号输出控制信号以控制所述电压转换模块对电压进行转换。
27.优选的，所述判断模块包括第一比较器及第二比较器；
28.所述第一比较器的反相输入端与所述第二比较比较器的输入端作为所述判断模块的反相输入端；所述第一比较器的正相输入端与所述第二比较器的正相输入端作为所述判断模块的正相输入端；
29.所述第一比较器及所述第二比较器用于在所述第三电压大于所述基准电压时输出第一信号，在所述第三电压小于所述基准电压时输出第二信号。
30.优选的，所述输出模块包括第一rs触发器及第二rs触发器；
31.所述第一rs触发器及所述第二rs触发器的复位端作为所述输出模块的第一输入端，所述第一rs触发器的置位端与所述第一比较器的输出端连接，所述第二rs触发器的置位端与所述第二比较器的输出端连接；
32.所述第一rs触发器的第一输出端与第一可控开关的控制端连接，所述第一rs触发器的第二输出端与第二可控开关的控制端连接；
33.所述第二rs触发器的第一输出端与第三可控开关的控制端连接，所述第二rs触发器的第二输出端与第四可控开关的控制端连接。
34.优选的，还包括直流电压源，所述直流电压源设置于所述第一电流检测模块与所述第二比较器之间，用于控制所述第一比较器与所述第二比较器输出不同的控制信号。
35.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种bbu，包括bbu本体，还包括上述的bbu充电装置。
36.本技术提供了一种bbu充电装置及bbu，设置了第一电流检测模块、电压转换模块、第二电流检测模块、电压检测模块、控制模块。第一电流检测模块用于输出表征为bbu供电的电流的第一电压；电压检测模块用于输出表征为bbu供电的电压的第二电压；第二电流检测模块用于输出表征电源的输出电流的第三电压；控制模块用于根据第一电压及第二电压计算得到基准电压，根据第三电压及基准电压控制电压转换模块对电源输出的电压进行转换。控制模块对电源的输出电流、为bbu供电的电流及电压进行处理，进而对电压转换模块的工作模式进行控制，由于直接检测电源输出的电流，充电响应能力更高，可以对当前电压转换模块的工作模式进行更好的控制。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为现有技术中bbu充电装置的结构示意图；
39.图2为本发明提供的一种bbu充电装置的结构示意图。
具体实施方式
40.本发明的核心是提供一种bbu充电装置及bbu，控制模块对电源的输出电流、为bbu供电的电流及电压进行处理，进而对电压转换模块的工作模式进行控制，由于直接检测电源输出的电流，充电响应能力更高，可以对当前电压转换模块的工作模式进行更好的控制。
41.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.图2为本发明提供的一种bbu充电装置的结构示意图，包括：电压转换模块1、第一电流检测模块2、电压检测模块3、控制模块4及第二电流检测模块5；
43.第二电流检测模块5设置于电源的输出正端及电压转换模块1的第一端之间，第二
电流检测模块5的输出端与控制模块4的第一输入端连接；控制模块4的第二输入端与第一电流检测模块2的输出端连接，控制模块4的第三输入端与电压检测模块3的输出端连接；
44.第一电流检测模块2用于输出表征为bbu供电的电流的第一电压；
45.电压检测模块3用于输出表征为bbu供电的电压的第二电压；
46.第二电流检测模块5用于输出表征电源的输出电流的第三电压；
47.控制模块4用于根据第二电压及第三电压计算得到基准电压，根据第一电压及基准电压控制电压转换模块1对电源输出的电压进行转换。
48.现有技术中控制模块4通过第一电流检测模块2输出的第一电压以及电压检测模块3输出的第二电压以及预设值进行计算得到pwm值，进而对电压转换模块1进行控制，控制电压转换模块1的工作模式。考虑到现有技术中第一电压以及第二电压是经过电压转换模块1转换后输出的，存在延时，响应能力较慢。本技术在现有技术的基础上设置了第二电流检测模块5，第二电流检测模块5设置于电源的输出正端与电压转换模块1之间，第二电流检测模块5可以检测电源的输出电流，并输出表征电源的输出电流的第三电压。控制模块4将第一电压以及第二电压进行比例—积分—微分(proportional integral derivative，pid)公式计算，得到一个基准电压，根据基准电压与第三电压对电压转换模块1的工作模式进行控制。
49.通过第二电流检测模块5得到的第三电压，可以直接得到电源输出的电流的大小，再根据电压转换模块1转换后的第一电压以及第二电压计算出基准电压，根据第三电压以及基准电压对电压转换模块1进行控制，充电响应能力更高，可以对当前电压转换模块1的工作模式进行更好的控制。
50.在上述实施例的基础上：
51.作为一种优选的实施例，第一电流检测模块2包括第一电阻r1及第一运算放大器comp1；
52.第一电阻r1的第一端作为第一电流检测模块2的第一端，第一电阻r1的第二端作为第一电流检测模块2的第二端；
53.第一运算放大器comp1的正相输入端与第一电阻r1的第一端连接，第一运算放大器comp1的反相输入端与第一电阻r1的第二端连接，第一运算放大器comp1的输出端作为第一电流检测模块2的输出端。
54.考虑到需要对电压检测模块3输出的电流进行检测，设置了第一电阻r1以及第一运算放大器comp1，第一运算放大器comp1的正相输入端与反相输入端接在第一电阻r1两端，对流经第一电阻r1的电流进行检测。具体的，通过第一电阻r1两端的电压差以及第一电阻r1的阻值，得到电压转换模块1转换后需要输入bbu的电流。
55.通过第一电阻r1以及第一运算放大器comp1对为bbu供电的电流进行检测，并通过第一电压输出，以便后续控制模块4对第一电压的处理。
56.作为一种优选的实施例，电压转换模块1包括第一可控开关q1、第二可控开关q2、第三可控开关q3、第四可控开关q4及电感l；
57.第一可控开关q1的第一端作为电压转换模块1的第一端，可控开关的第二端与第二可控开关q2的第一端连接且连接的公共端与电感l的第一端连接；第三可控开关q3的第一端作为电压转换模块1的第二端，第三可控开关q3的第二端与第四可控开关q4的第一端
连接且连接的公共端与电感l的第二端连接，第四可控开关q4的第二端与第二可控开关q2的第二端连接后接地；
58.第一可控开关q1的控制端、第二可控开关q2的控制端、第三可控开关q3的控制端及第四可控开关q4的控制端分别与控制模块4的输出端连接。
59.电压转换模块1对电源输出的电压进行转换后，输出至bbu。四个可控开关与电感l，构成一个电压转换模块1，可以通过可控开关的导通与闭合实现对电压的转换。具体的，通过可控开关的导通以及关断实现升压电路以及降压电路，实现升压模式以及降压模式。需要说明的是，本技术提供的可控开关包括但不限于金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor，mos)并联二极管，mos管的漏极与二极管的阴极连接，mos管的源极与二极管的阳极连接。mos管的漏极作为可控开关的第一端，mos管的源极作为可控开关的第二端，mos管的栅极作为可控开关的控制端。
60.通过第一可控开关q1、第二可控开关q2、第三可控开关q3、第四可控开关q4及电感l构成了电压转换模块1，通过可控开关的导通以及关断实现了升压模式以及降压模式，更加简便。
61.作为一种优选的实施例，第二电流检测模块5包括第二电阻r2及第二运算放大器comp2；
62.第二电阻r2的第一端作为第一电流检测模块2的第一端，第二电阻r2的第二端作为第一电流检测模块2的第二端；
63.第二运算放大器comp2的正相输入端与第二电阻r2的第一端连接，第二运算放大器comp2的反相输入端与第二电阻r2的第二端连接，第二运算放大器comp2的输出端作为第二电流检测模块5的输出端。
64.考虑到需要对电源输出的电流进行检测，设置了第二电阻r2以及第二运算放大器comp2，第二运算放大器comp2的正相输入端与反相输入端接在第二电阻r2两端，对流经第二电阻r2的电流进行检测。具体的，通过第二电阻r2两端的电压差以及第二电阻r2的阻值，得到电源输入至电压转换模块1的电流。
65.通过第二电阻r2以及第二运算放大器comp2对电源输入至电压转换模块1的电流进行检测，并通过第三电压输出，以便后续控制模块4对第三电压的处理。
66.作为一种优选的实施例，电压检测模块3包括第三电阻r3及第四电阻r4；
67.第三电阻r3的第一端作为电压转换模块1的第一端，第三电阻r3的第二端与第四电阻r4的第一端连接且连接的公共端作为电压转换模块1的输出端，第四电阻r4的第二端作为电压转换模块1的第二端。
68.考虑到需要对输入至bbu的电压进行测量，设置了第三电阻r3以及第四电阻r4进行分压，第三电阻r3与第四电阻r4连接的公共端作为电压转换模块1的输出端，通过检测到公共端对地的电压，可以得到为bbu供电的电压。具体的，第二电压＝bbu两端电压*r4/(r3+r4)。
69.作为一种优选的实施例，控制模块4包括处理器41、判断模块42及输出模块43；
70.第二电流检测模块5的输出端及电压检测模块3的输出端分别与处理器41连接；处理器41的第一输出端与判断模块42的反相输入端连接，处理器41的第二输出端与输出模块43的第一输入端连接；第一电流检测模块2的输出端与判断模块42的正相输入端连接；判断
模块42的输出端与输出模块43的第二输入端连接，输出模块43的输出端作为控制模块4的输出端；
71.处理器41用于对第一电压及第二电压进行处理后输出基准电压，输出时钟信号至输出模块43；
72.判断模块42用于判断第三电压与基准电压的大小，在第三电压大于基准电压时输出第一信号，在第三电压小于基准电压时输出第二信号；
73.输出模块43用于根据第一信号或第二信号输出控制信号以控制电压转换模块1对电压进行转换。
74.处理器41对第一电压以及第二电压进行计算后，得到基准电压输出至判断模块42的反相输入端。具体的，处理器41根据第一电压、第二电压进行pid公式计算得到基准电压。
75.判断模块42用于判断第三电压与基准电压的大小，在第三电压大于基准电压以及第三电压小于基准电压时输出不同的信号，以便于对电压转换模块1进行不同的控制。具体的，在第三电压大于基准电压时，此时电压转换模块1应工作在降压模式，在第三电压小于基准电压时，此时电压转换模块1应工作在升压模式。
76.输出模块43用于对判断模块42输出的信号进行处理后输出至电压转换模块1，以实现电压转换模块1的工作模式的转换。具体的，通过将判断模块42输出的信号进行处理后，分别输出至电压转换模块1的四个可控开关的控制端，通过控制可控开关的导通与关断实现升压模式以及降压模式。
77.控制模块4通过处理器41、判断模块42及输出模块43实现对第一电压以及第二电压的处理，并得到基准电压；比较第三电压与基准电压，从而根据第三电压与基准电压的大小关系进而对电压转换模块1进行控制，较为准确。
78.作为一种优选的实施例，判断模块42包括第一比较器pwm1及第二比较器pwm2；
79.第一比较器pwm1的反相输入端与第二比较比较器的输入端作为判断模块42的反相输入端；第一比较器pwm1的正相输入端与第二比较器pwm2的正相输入端作为判断模块42的正相输入端；
80.第一比较器pwm1及第二比较器pwm2用于在第三电压大于基准电压时输出第一信号，在第三电压小于基准电压时输出第二信号。
81.基准电压分别输入至第一比较器pwm1及第二比较器pwm2的反相输入端，第三电压分别输入至第一比较器pwm1及第二比较器pwm2的正相输入端，第一比较器pwm1与第二比较器pwm2用于比较第三电压与基准电压的大小，在第三电压大于基准电压时输出第一信号，在第三电压小于基准电压时输出第二信号。具体的，第一信号为高电平，第二信号为低电平。
82.通过第一比较器pwm1以及第二比较器pwm2对第三电压以及基准电压进行比较，进而输出不同的信号，以便后续输出模块43根据第一信号以及第二信号对电压转换模块1的控制。
83.作为一种优选的实施例，输出模块43包括第一rs触发器431及第二rs触发器432；
84.第一rs触发器431及第二rs触发器432的复位端作为输出模块43的第一输入端，第一rs触发器431的置位端与第一比较器pwm1的输出端连接，第二rs触发器432的置位端与第二比较器pwm2的输出端连接；
85.第一rs触发器431的第一输出端与第一可控开关q1的控制端连接，第一rs触发器431的第二输出端与第二可控开关q2的控制端连接；
86.第二rs触发器432的第一输出端与第三可控开关q3的控制端连接，第二rs触发器432的第二输出端与第四可控开关q4的控制端连接。
87.设置了第一rs触发器431及第二rs触发器432，对第一信号以及第二信号进行处理，并转换为四路输出。且rs触发器的第一输出端与第二输出端为相反的状态，即第一输出端输出1时第二输出端输出0。具体的，在rs触发器的复位端输入低电平时，第一输出端输出低电平，第二输出端输出高电平；在rs触发器的复位端输入高电平时，第一输出端输出高电平，第二输出端输出低电平。通过第一rs触发器431及第二rs触发器432实现将对可控开关导通及关断的控制。
88.作为一种优选的实施例，还包括直流电压源44，直流电压源44设置于第一电流检测模块2与第二比较器pwm2之间，用于控制第一比较器pwm1与第二比较器pwm2输出不同的控制信号。
89.考虑到现有技术中第一比较器pwm1与第二比较器pwm2输出相同的控制信号，进而第一rs触发器431及第二rs触发器432输出相同的控制信号，为实现不同的控制方式，第一电流检测模块2与第二比较器pwm2之间设置了一个直流电压源44，以实现输出不同的信号。具体的，在第二比较器pwm2的正相输入端增加一个直流电压源44，使得第二比较器pwm2的正相输入端增大。从而实现第一比较器pwm1与第二比较器pwm2输出不同的结果，控制方式多样。
90.具体的，本技术提供的电压转换模块1由三种工作模式。
91.当输出电压小于输入电压时，电压转换模块1工作在降压模式，此时基准电压较小，第二比较器pwm2同相输入端在最低电压时仍然大于基准电压，因此第二比较器pwm2的输出会维持高电平，从而使降压模式下第三可控开关q3保持最大占空比、第四可控开关q4保持最小占空比，通过调节第一可控开关q1、第二可控开关q2的占空比实现输出电压、电流的调节。
92.当输出电压大于输入电压时，充电电路工作在升压模式，此时基准电压较大，第一比较器pwm1同相输入端在最高电压时仍然小于基准电压，因此第一比较器pwm1的输出会维持低电平，从而使升压模式下第一可控开关q1保持最大占空比、第二可控开关q2保持最小占空比，通过调节第三可控开关q3、第四可控开关q4的占空比实现输出电压、电流的调节。
93.当输出电压与输入电压接近时，充电电路工作在降压-升压模式，此时基准电压处于中间水平。在一个周期的开始，第一可控开关q1和第四可控开关q4导通，电感l电流上升，随着第二电流检测模块5输出电压上升，第二比较器pwm2和第一比较器pwm1先后输出高电平，第四可控开关q4、第一可控开关q1随之先后关闭，这样整个周期可以看作两部分：第一可控开关q1、第四可控开关q4都导通的时候是升压模式，电源电压直接加到电感l两端，给电感l储能；第四可控开关q4关闭第三可控开关q3导通、第一可控开关q1导通，以及第一可控开关q1、第四可控开关q4关闭第二可控开关q2、第三可控开关q3导通两个阶段组合成降压模式。这个一个周期前段是升压模式，后段是降压模式，组合成为降压-升压模式，通过分别调节第一可控开关q1、第四可控开关q4的占空比实现输出电压、电流的调节。
94.本技术还提供了一种bbu，包括bbu本体，还包括上述的bbu充电装置。
95.bbu的介绍请参照上述实施例，本技术在此处不再赘述。
96.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
97.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所
98.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。