[RU]

Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль содержит AC/DC-преобразователь (30), включающий в себя первый АС-порт (32); DC/AC-преобразователь (40), включающий в себя второй АС-порт (42); DC/DC-преобразователь (50), включающий в себя DC-порт (52); контроллер (60) и коммуникационную шину (70), взаимно соединяющую AC/DC-преобразователь (30), DC/AC-преобразователь (40) и DC/DC-преобразователь (50). Контроллер (60) дополнительно содержит порт (62) аппаратной конфигурации и выполнен с возможностью установки силового преобразовательного модуля (10) в следующие состояния, выбираемые в зависимости от параметра, считываемого с порта (62) аппаратной конфигурации: первое состояние, при котором силовой преобразовательный модуль (10) передает энергию между первым АС-портом (32) и DC-портом (52), при этом второй АС-порт (42) отключен; второе состояние, при котором силовой преобразовательный модуль передает энергию между DC-портом (52) и вторым АС-портом (42), при этом первый АС-порт (32) отключен; и третье состояние, при котором силовой преобразовательный модуль (10) передает энергию между первым АС-портом (32), вторым АС-портом (42) и DC-портом (52). Система (1) электропитания содержит стеллажное устройство (20), содержащее по меньшей мере один отсек, при этом в указанный по меньшей мере один отсек вставлен электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) раскрытого выше типа.

(57) Реферат / Формула:

Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль содержит AC/DC-преобразователь (30), включающий в себя первый АС-порт (32); DC/AC-преобразователь (40), включающий в себя второй АС-порт (42); DC/DC-преобразователь (50), включающий в себя DC-порт (52); контроллер (60) и коммуникационную шину (70), взаимно соединяющую AC/DC-преобразователь (30), DC/AC-преобразователь (40) и DC/DC-преобразователь (50). Контроллер (60) дополнительно содержит порт (62) аппаратной конфигурации и выполнен с возможностью установки силового преобразовательного модуля (10) в следующие состояния, выбираемые в зависимости от параметра, считываемого с порта (62) аппаратной конфигурации: первое состояние, при котором силовой преобразовательный модуль (10) передает энергию между первым АС-портом (32) и DC-портом (52), при этом второй АС-порт (42) отключен; второе состояние, при котором силовой преобразовательный модуль передает энергию между DC-портом (52) и вторым АС-портом (42), при этом первый АС-порт (32) отключен; и третье состояние, при котором силовой преобразовательный модуль (10) передает энергию между первым АС-портом (32), вторым АС-портом (42) и DC-портом (52). Система (1) электропитания содержит стеллажное устройство (20), содержащее по меньшей мере один отсек, при этом в указанный по меньшей мере один отсек вставлен электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) раскрытого выше типа.

---

(19)
Евразийское
патентное
ведомство
(21) 201691910 (13) A1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2017.04.28
(22) Дата подачи заявки 2015.04.08
(51) Int. Cl.
H02J3/32 (2006.01) H02J3/34 (2006.01) H01H15/00 (2006.01) H02J3/36 (2006.01) H02J 7/34 (2006.01) H05K 5/00 (2006.01)
(54) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МНОГОРЕЖИМНЫЙ СИЛОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ И СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
(31) 1406339.0
(32) 2014.04.08
(33) GB
(86) PCT/EP2015/057558
(87) WO 2015/155203 2015.10.15
(71) Заявитель: ЭЛТЕК АС (NO)
(72) Изобретатель:
Сведендаль Юхан, Бекман Нильс, Шателе Сильвен, Ройас Роберто (SE)
(74) Представитель:
Пантелеев А.С., Хмара М.В., Рыбаков В.М., Липатова И.И., Новоселова С.В., Дощечкина В.В., Ильмер Е.Г., Осипов К.В. (RU)
(57) Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль содержит AC/DC-преоб-разователь (30), включающий в себя первый АС-порт (32); DC/AC-преобразователь (40), включающий в себя второй АС-порт (42); DC/DC-пре-образователь (50), включающий в себя DC-порт (52); контроллер (60) и коммуникационную шину (70), взаимно соединяющую AC/DC-преобра-зователь (30), DC/AC-преобразователь (40) и DC/ DC-преобразователь (50). Контроллер (60) дополнительно содержит порт (62) аппаратной конфигурации и выполнен с возможностью установки силового преобразовательного модуля (10) в следующие состояния, выбираемые в зависимости от параметра, считываемого с порта (62) аппаратной конфигурации: первое состояние, при котором силовой преобразовательный модуль (10) передает энергию между первым АС-портом (32) и DC-портом (52), при этом второй АС-порт (42) отключен; второе состояние, при котором силовой преобразовательный модуль передает энергию между DC-портом (52) и вторым АС-портом (42), при этом первый АС-порт (32) отключен; и третье состояние, при котором силовой преобразовательный модуль (10) передает энергию между первым АС-портом (32), вторым АС-портом (42) и DC-портом (52). Система (1) электропитания содержит стеллажное устройство (20), содержащее по меньшей мере один отсек, при этом в указанный по меньшей мере один отсек вставлен электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) раскрытого выше типа.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МНОГОРЕЖИМНЫЙ СИЛОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ И СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к технологии источников питания, а 5 точнее - к электрическому многорежимному силовому преобразовательному модулю и системе электропитания, которая включает в себя такой электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль.
Уровень техники
Системы электропитания применяются в различных областях для обеспечения 10 потребителя управляемым и надежным питанием.
Источники бесперебойного питания, питаемые постоянным током от батарей (DC-UPS, от англ. Direct Current Uninterruptable Power Supply) широко используются для обеспечения надежного бесперебойного питания телекоммуникационного и серверного оборудования. Источники бесперебойного питания, питаемые
15 переменным током (АС-UPS, от англ. Alternating Current Uninterruptable Power Supply) также широко используются для обеспечения бесперебойного питания центров обработки данных, медицинского оборудования и множества типов важного промышленного вспомогательного оборудования. Источники АС-UPS и DC-UPS представляют собой различные типы оборудования, которые, как правило,
20 выпускаются разными производителями, содержат разные компоненты, имеют различное конструктивное исполнение и различную структуру затрат.
Системы электропитания из уровня техники могут содержать несколько силовых преобразовательных модулей в корзине или шкафу, где преобразовательные модули преобразуют электроэнергию переменного тока (АС, от англ. Alternating 25 Current) на входе либо в управляемое электропитание АС на выходе, либо в управляемое электропитание постоянного тока (DC, от англ. Direct Current) на выходе. Некоторые преобразовательные модули преобразуют электроэнергию DC на входе (например, от батареи) либо в управляемое электропитание АС на выходе, либо в управляемое электропитание DC на выходе.
Одним из преобразовательных модулей, известных из уровня техники, является преобразовательный модуль Flatpack2, поставляемый на рынок компанией Eltek ASA. Данный преобразовательный модуль может преобразовывать входное питание АС (обычно сетевое) в управляемое питание DC на выходе (обычно 5 питание DC для телекоммуникационного оборудования, оборудование центров обработки данных, батарейных накопителей или других нагрузок DC). Такой преобразовательный модуль часто называют выпрямителем.
Другим преобразовательным модулем из уровня техники является преобразовательный модуль Theia, который также поставляется на рынок 10 компанией Eltek ASA. Данный преобразовательный модуль может преобразовывать входное питание DC (обычно от солнечных батарей) в управляемое питание АС на выходе (обычно для оборудования АС, сети и т.п.). Такой преобразовательный модуль часто называют инвертором.
И еще одним преобразовательным модулем из уровня техники является 15 преобразовательный модуль Flatpack2 DC-DC, также поставляемый на рынок компанией Eltek ASA. Данный модуль может преобразовывать входное питание DC (обычно от солнечных батарей, аккумуляторных батарей) в управляемое питание DC на выходе (обычно питание DC для телекоммуникационного оборудования, оборудования центров обработки данных и других потребителей постоянного тока).
20 Управление преобразовательным модулем может осуществляться посредством управляющего модуля. Одним из управляющих модулей, известных из уровня техники, является модуль управления SmartPack2, поставляемый на рынок компанией Eltek ASA.
Такие преобразовательные модули, известные из уровня техники, в существующих 25 системах электропитания могут предусматриваться в устройствах стеллажного типа. В такой системе важно, чтобы в системе электропитания нужный тип преобразовательного модуля был расположен на правильном месте и на правильном стеллаже.
Таким системам электропитания, известным из уровня техники, свойственны 30 определенные недостатки. Отдельные выпрямительные модули и инверторные модули, которые вставляются в стеллажи, должны быть выполнены со слотами и
разъемами для этих конкретных модулей. Для потребителя это кончается тем, что он имеет разные стеллажи с модулями различного назначения, и таким образом, имеет различный ассортимент модулей и стеллажей.
В документе US 2011/0278933 раскрыта система бесперебойного питания (UPS), 5 которая содержит вход АС, предназначенный для соединения с источником питания АС, выход АС, предназначенный соединения с нагрузкой, цепь преобразования питания, содержащую первую преобразовательную цепь, предназначенную для получения питания от непостоянно доступного источника, вторую преобразовательную цепь, связанную с выходом АС, линию связи DC, 10 соединяющую первую и вторую преобразовательные цепи, и коммутационную цепь, например, обходную цепь, предназначенную для выборочного соединения и разъединения входа АС и выхода АС.
Указанная система UPS содержит первый и второй модули преобразования питания с общей архитектурой, которая включает в себя первый и второй блоки
15 преобразователей, связанные шиной DC, блок связи с батареей для подключения батареи к шине DC, и блок управления модулями. Блоки управления модулями могут быть функционально связаны со схемой управления системой, которая, например, определяет взаимодействие модулей преобразования питания в различных режимах работы, о чем будет сказано ниже. Модули могут иметь
20 одинаковое или разное конструктивное исполнение и/или функциональные возможности. Например, модули могут иметь одинаковое конструктивное исполнение и/или схему внешнего подключения, и могут быть выполнены так, чтобы быть взаимозаменяемыми при установке в шасси системы.
Первая преобразовательная цепь может работать в качестве преобразовательного 25 модуля AC-DC или преобразователя DC-DC. Этим управляет блок управления модулями.
Модули, раскрытые в данной публикации, не отличаются очень большой гибкостью, и их главным образом можно использовать для питания нагрузки АС.
В документе US 2010/0026098 раскрыта система электропитания, содержащая 30 множество модулей источников питания, которые могут работать параллельно и вставлены или могут быть вставлены в общий каркас. Каждый модуль источника
питания содержит ветвь инвертора для непрерывной подачи электропитания на нагрузку на выход ветви нагрузки. Данная система электропитания также содержит обходную цепь, которая обеспечивает подачу питания, когда подача питания через ветвь инвертора перестает действовать или становится неэффективной. 5 Надежность электропитания увеличивается, если каждый из модулей источников питания содержит обходную цепь, которая соединена с ветвью нагрузки параллельно с ветвью инвертора. Такая обходная цепь бывает отсоединена от ветви нагрузки, когда канал инвертора работает надлежащим образом, а в случае отказа ветви инвертора, она может быть автоматически присоединена посредством 10 схемы управления к ветви нагрузки, чтобы поддержать электропитание.
Управление модулями осуществляется посредством цепи управления, которая в предпочтительном случае расположена внутри корпуса модуля. Данная цепь управления может взаимодействовать с цепями управления других модулей. К тому же, в данном случае нагрузкой является нагрузка АС, а функция обхода возложена 15 на всю систему электропитания.
Кроме того, модули, раскрытые в данной публикации, не отличаются очень высокой гибкостью, и их главным образом можно использовать для питания нагрузки АС.
В документе US 2010/0026093 раскрыт двунаправленный преобразователь AC/DC/AC с входом АС, выходом АС и двунаправленным портом DC.
20 Цель настоящего изобретения заключается в обеспечении силового преобразовательного модуля и системы электропитания, конфигурацию которых можно легко задавать и изменять, в частности, когда необходимо изменять требуемый режим работы силового преобразовательного модуля или системы электропитания
25 Другая цель настоящего изобретения состоит в обеспечении простоты задания и изменения конфигурации без необходимости изменения программ управления и необходимости привлечения электрика.
Другая цель настоящего изобретения заключается в создании системы электропитания с гальванической развязкой между первыми и вторыми выводами 30 АС, обеспечиваемой экономичным способом.
И еще одна цель заключается в том, чтобы настоящее изобретение могло было быть применимо к множеству типов применения, включая применение, где можно периодически производить энергию от возобновляемых источников.
Сущность изобретения
5 Сущность настоящего изобретения сформулирована в прилагаемой формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
Ниже будут подробно раскрыты варианты осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
10 на фиг. 1 схематически в аксонометрии изображена система электропитания, выполненная внутри шкафа;
на фиг. 2 изображена блок-схема, иллюстрирующую электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль;
на фиг. 3 схематически изображена задняя сторона электрического многорежимного 15 силового преобразовательного модуля и его соединители модуля;
на фиг. 4 схематически изображены два многорежимных преобразовательных модуля электропитания и их соединение с первой и второй печатными платами;
на фиг. 5-9 изображен поток электроэнергии через модуль в различных состояниях и при различных условиях.
20 Подробное раскрытие изобретения
Фиг. 1 изображает систему 1 электропитания, выполненную в шкафу 2. В верхней части шкафа 2 предусмотрены стеллажные устройства 20. В данном примере имеется шесть стеллажных устройств, одно над другим. Например, каждое стеллажное устройство может иметь стандартную ширину 482,6 мм (19 дюймов) и 25 высоту 1U (монтажная единица).
Система 1 электропитания содержит несколько преобразовательных модулей 10. В показанном примере каждое стеллажное устройство 20 содержит четыре отсека
один отсек для каждого преобразовательного модуля 10. Также в верхней части шкафа 2 расположен управляющий модуль 5.
В данном случае "модуль" - это один элемент или блок оборудования, который можно вставлять в вышеуказанные отсеки и извлекать из отсеков. Модуль содержит 5 электрические и электронные компоненты, соединенные с печатной платой, которые вставлены в шасси, при этом в типовом случае все интерфейсы подключения модуля предусмотрены на его задней стороне. Кроме того, модуль часто содержит вентилятор для продувки воздуха через шасси с целью отвода тепла, выделяемого компонентами.
10 В нижней части 6 шкафа 2 расположены аккумуляторные батареи.
Все интерфейсы подключения преобразовательных модулей находятся на задней стороне модулей 10, при этом соединители для соединения преобразовательного модуля 10 с входным АС на входе, питанием DC на выходе, управляющим модулем 5 и т. п. расположены на задней стороне стеллажных устройств. 15 Следовательно, преобразовательный модуль 10 может быть соединен со стеллажным устройством, если указанный модуль вдвинуть в стеллажное устройство в правильном положении.
В системах электропитания, известных из уровня техники, требовалось, чтобы была правильно задана конфигурация шкафа 2. Некоторые такие системы 20 электропитания содержали два или более разных типов преобразовательных модулей. Поэтому было важно, чтобы преобразовательный модуль правильного типа был поставлен на надлежащее место и на надлежащее стеллажное устройство.
В одном из аспектов настоящего изобретения система 1 электропитания содержит 25 несколько многорежимных преобразовательных модулей 10 электропитания, тип которых будет рассмотрен ниже.
На фиг. 2 представлена блок-схема, иллюстрирующая электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль 10, соответствующий настоящему изобретению.
Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль 10 содержит AC/DC-преобразователь 30, который содержит первый АС-порт 32. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль 10 далее содержит DC/AC-преобразователь 40, который содержит второй АС-порт 42. Также электрический 5 многорежимный силовой преобразовательный модуль 10 содержит DC/DC-преобразователь 50, который содержит DC-порт 52.
Каждый из преобразователей - AC/DC-преобразователь 30, AC/DC-преобразователь 40 и DC/DC-преобразователь 50 - может относиться к любому подходящему типу, который может быть выбран специалистом в данной области. 10 Каждым преобразователем можно управлять посредством внешнего канала управления, например, посредством коммуникационной шины 70.
Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль 10 далее содержит контроллер 60 и коммуникационную шину 70, которая связывает между собой AC/DC-преобразователь 30, AC/DC-преобразователь 40, DC/DC-15 преобразователь 50 и контроллер 60. Следовательно, назначение коммуникационной шины 70 - обеспечивать обмен данными между контроллером 60 и соответствующими преобразователями 30, 40, 50.
Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль 10 также содержит внутреннюю DC-шину 72 для передачи электрической энергии между 20 AC/DC-преобразователем 30, AC/DC-преобразователем 40 и DC/DC-преобразователем 50. Данная внутренняя DC-шина 72 на фиг. 2 показана двунаправленными стрелками.
Электрические и электронные компоненты AC/DC-преобразователя 30, AC/DC-преобразователя 40 и DC/DC-преобразователя 50, а также управление указанными 25 схемами подробно раскрыты в документах WO 2014/114481, WO 2012/055869 и WO 2012/055862. Следует отметить, что в рассматриваемых в настоящем документе модуле и системе электропитания могут также быть использованы и другие топологии и способы управления.
Контроллер может содержать микроконтроллер или микропроцессор и память для 30 хранения команд обработки, которые заставляют контроллер выполнять определенные задачи управления/изменения конфигурации, которые будут
рассмотрены далее. Как вариант, контроллер может содержать другой тип логических схем, например, программируемые логические схемы и т.п., которые обеспечивают возможность его функционирования, как раскрыто в настоящем документе.
5 Контроллер 60 также содержит порт 62 аппаратной конфигурации. Контроллер 60 выполнен с возможностью считывания параметра с порта 62 аппаратной конфигурации.
Контроллер 60 выполнен с возможностью приводить силовой преобразовательный модуль 10 в одно рабочее состояние, которое выбирают из заданного набора 10 состояний. Выбор из заданного набора состояний осуществляется контроллером 60 в зависимости от параметра, который считан с порта 62 аппаратной конфигурации. Заданный набор состояний содержит следующие состояния:
-первое состояние, при котором преобразовательный модуль 10 электропитания передает электроэнергию между первым АС-портом 32 и DC-15 портом 52, при этом второй АС-порт 42 отключен,
-второе состояние, при котором преобразовательный модуль 10 электропитания передает электроэнергию между DC-портом 52 и вторым АС-портом 42, при этом первый АС-порт 32 отключен,
-третье состояние, при котором преобразовательный модуль 10 передает 20 электроэнергию между первым АС-портом 32, вторым портом 42 DC и DC-портом 52.
При первом состоянии силовой преобразовательный модуль 10 может передавать электроэнергию двунаправлено между первым АС-портом 32 и DC-портом 52. При втором состоянии преобразовательный модуль 10 электропитания может 25 передавать электроэнергию двунаправлено между DC-портом 52 и вторым АС-портом 42. При третьем состоянии преобразовательный модуль 10 может передавать электроэнергию двунаправленно между первым АС-портом 32, вторым АС-портом 42 и DC-портом 52.
Отключение порта питания преобразователя следует понимать, как запрет со 30 стороны контроллера 60 на протекание электроэнергии в любом направлении, осуществляемый путем подачи команды на ключи в силовой цепи преобразователя,
так чтобы ключи оставались в высокоомном состоянии, и таким образом отключали нагрузку или источник энергии.
Двунаправленная передача энергии преобразовательным модулем электропитания может состоять в том, что силовые ступени силового преобразовательного модуля 5 обладают заложенной в них способностью проводить ток в любом направлении. К примеру, двунаправленный DC-порт представляет собой порт, обеспечивающий возможность как заряда, так и разряда батареи. Когда батарею заряжают, она получает энергию от источника энергии. Когда батарея разряжается, она сама является источником энергии. Другим примером двунаправленного порта питания 10 является АС-порт, соединенный с сетью АС общего пользования, через который энергию можно потреблять из сети АС или подавать в сеть АС общего пользования.
Например, параметр, считываемый с порта аппаратной конфигурации, может представлять собой двухбитный параметр, который может иметь четыре возможные комбинации. В данном случае, три из указанных комбинаций могут быть 15 использованы соответственно для вышеупомянутых первого, второго и третьего состояний.
Согласно варианту осуществления электрического многорежимного силового преобразовательного модуля 10, порт 62 аппаратной конфигурации содержит соединитель (SSM) модуля.
20 В более конкретном варианте осуществления соединитель SSM модуля может быть соединен с соединителем (SSC) переключателя.
Еще более конкретно, соединитель SSC переключателя может быть связан с переключателем (SS) состояний.
В любом из вышеупомянутых вариантов осуществления электрического 25 многорежимного силового преобразовательного модуля 10 модуль 10 может дополнительно содержать коммуникационный соединитель 64, который связан с коммуникационной шиной 70. Коммуникационный соединитель 64 может являться частью контроллера 60 или может быть соединен с контроллером 60.
При таком варианте осуществления контроллер 60 может быть выполнен с 30 возможностью передачи на коммуникационный соединитель 64 данных, которые
указывают текущее выбираемое состояние силового преобразовательного модуля 10.
Согласно одному из аспектов изобретения электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль может образовывать часть системы 1 электропитания, 5 такой, какая показана на фиг. 1, в которую входит рассмотренный выше электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль.
Такая система электропитания содержит стеллажное устройство 20, включающее в себя по меньшей мере один отсек. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль 10, раскрытый в любом из рассмотренных выше 10 вариантов осуществления, вставлен в указанный по меньшей мере один отсек.
Согласно варианту осуществления такой системы 1 электропитания, порт аппаратной конфигурации содержит для каждого электрического многорежимного силового преобразовательного модуля, вставленного в отсек, соединитель SSM модуля. Такой соединитель SSM модуля может быть соединен с соединителем SSC 15 переключателя, который далее соединяется с переключателем SS состояний.
Более конкретно, при таком варианте осуществления системы 1 электропитания соединитель SSC переключателя и соединитель SSM модуля могут быть соединены друг с другом.
Еще конкретнее, соединитель SSC переключателя может быть расположен в задней 20 части указанного по меньшей мере одного отсека стеллажного устройства 20. Кроме того, соединитель SSM модуля может быть расположен в задней части электрического многорежимного силового преобразовательного модуля 10, вставленного в отсек.
В любом из вариантов осуществления системы 1 электропитания, рассмотренном 25 выше, переключатель SS состояний может включать в себя DIP-переключатель, который расположен в задней части стеллажного устройства 20. Альтернативно, в любом таком варианте осуществления системы 1 электропитания переключатель SS состояний может представлять собой перемычковый переключатель, который расположен в задней части стеллажного устройства 20.
Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль 10 выполнен таким образом, что его можно вставить в указанный по меньшей мере один отсек стеллажного устройства 20. Точнее, соединители преобразовательного модуля электропитания могут соединяться с соответствующими соединителями, 5 предусмотренными в отсеке стеллажного устройства 20 при вставлении преобразовательного модуля в отсек.
Порт 62 аппаратной конфигурации электрического многорежимного силового преобразовательного модуля, предусмотренный на задней стороне преобразовательного модуля, содержит соединитель SSM модуля. Соединитель 10 SSM модуля может представлять собой реализацию порта 62 аппаратной конфигурации, который был рассмотрен выше согласно фиг. 2.
Далее, на фиг. 3 соединитель ACMout может соответствовать первому АС-порту 32 AC/DC-преобразователя 30, предусмотренного в силовом преобразовательном модуле 10.
15 Аналогично, соединитель ACMin может соответствовать второму АС-порту 42 DC/AC-преобразователя 40, предусмотренного в преобразовательном модуле 10 электропитания.
Соединитель DCM может соответствовать DC-порту 52 DC/DC-преобразователя 50, предусмотренного в преобразовательном модуле 10 электропитания.
20 Соединитель СОММ может соответствовать коммуникационному соединителю 64, который связан с коммуникационной шиной 70.
Фиг. 4 схематически изображает два электрических многорежимных силовых преобразовательных модуля и их соединение с первой и второй печатными платами.
25 Каждый электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль 10а, 10Ь выполнен таким образом, что его можно вставлять в соответствующий отсек стеллажного устройства 20. И так же, как ранее говорилось в отношении фиг. 3, соединители каждого преобразовательного модуля 10а, 10Ь соединяются с соответствующими соединителями, предусмотренными в отсеке стеллажного
устройства 20 при вставлении соответствующего преобразовательного модуля в отсек.
Соединители SSM, ACMout, ACMin и СОММ соответствуют своим также обозначенным ответным частям, раскрытым выше согласно фиг.З. Соединители 5 DCPM DCNM соответствует соединителю DCM (DC-порт 52), как раскрыто выше в отношении фиг. 3.
РСВ1 и РСВ2 обозначают соответствующие первую и вторую печатные платы, предусмотренные в стеллажном устройстве 20. В процессе использования, электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль 10 вставляют 10 в указанный по меньшей мере один отсек.
При вставлении соединитель SSM модуля, принадлежащий преобразовательному модулю 10а, соединяется с соединителем SSC переключателя на первой печатной плате РСВ1. Соединитель SSC переключателя далее соединяется с самим переключателем SS состояний, предусмотренным на первой печатной плате. 15 Переключатель SS состояний в предпочтительном случае может представлять собой DIP-переключатель, расположенный в задней части стеллажного устройства 20.
Соединитель SSC переключателя расположен в задней части указанного по меньшей мере одного отсека стеллажного устройства 20. Соединитель SSM модуля 20 расположен на задней части вставляемого в отсек электрического многорежимного силового преобразовательного модуля 10а.
Соответственно, когда преобразовательный модуль 10а вставляют в отсек, соединитель ACMout соединяется с соединителем ACSin, предусмотренным на первой печатной плате РСВ1.
25 Также, когда преобразовательный модуль 10а вставляют в отсек, соединитель ACMin соединяется с соединителем ACSin, предусмотренным на второй печатной плате РСВ2. Далее, соединитель DCPM DCNN соединяется с соединителем DCS, предусмотренным на второй печатной плате РСВ2, а соединитель COMS соединяется с соединителем СОММ, предусмотренным на второй печатной плате
30 РСВ2.
Соответствующие соединения осуществляются и между соединителями на задней стороне второго силового преобразовательного модуля 10b, когда последний вставляют во второй отсек стеллажного устройства 20, что схематически показано стрелками без обозначений на фиг. 4.
5 Полученная в результате система 1 электропитания, которая содержит многорежимные силовые преобразовательные модули 10, может быть использована в качестве АС-UPS или DC-UPS, или в качестве обоих устройств одновременно. Система построена на основе преобразовательных модулей 10, каждому из которых может быть задана конфигурация, чтобы преобразовательный 10 модуль функционировал как выпрямитель в АС-UPS или как инвертор в DC-UPS. Каждый преобразовательный модуль 10 программируют посредством внешнего переключателя HW (порт 62 аппаратной конфигурации), чтобы обеспечить любую из двух функций или обе функции одновременно.
В некоторых аспектах силового преобразовательного модуля и системы 15 электропитания, раскрытых в настоящем описании, конфигурация преобразовательного модуля не зависит от самого модуля. Конфигурация скорее зависит от состояния переключателя (HW) аппаратной конфигурации, расположенного в установочном отсеке стеллажа. Модуль соединяется с переключателем HW, когда модуль вставляют на его место в стеллаже. Один 20 соединитель на задней стороне модуля тогда соединяется с ответным соединителем стеллажа. Таким образом программируют силовой преобразовательный модуль для работы в качестве выпрямителя, инвертора или в качестве обоих устройств.
В настоящем изобретении предложен силовой преобразовательный модуль и 25 система электропитания, конфигурацию которой можно легко изменять, если необходимо изменить требуемый режим работы. Примером такой необходимости изменения режима работы может служить ситуация, если провайдер услуг центра обработки данных хочет поменять серверное оборудование - вместо сервера с питанием от 48 В поставить сервер с питанием от 230 В переменного тока.
30 Другой пример того, когда требуется гибкость, состоит в том, что хозяин центра обработки данных может заранее даже не знать, какое оборудование предпочитает
потенциальный заказчик. Поэтому провайдеру сервиса необходимо подготовиться к обоим типам питания, DC или АС. Преимущество настоящего изобретения в том, что силовой преобразовательный модуль и система электропитания могут быть приобретены и установлены до момента принятия решения, какое питание 5 фактически использовать - АС или DC; при этом решение по питанию может быть принято позднее.
Пример 1
В первом примере систему 1 электропитания, содержащую несколько модулей 10, используют для подачи питания от сети АС как к нагрузке DC, так и к нагрузке АС. 10 Первый АС-порт 32 соединяют с сетью АС, второй АС-порт 42 соединяют с нагрузкой АС, а DC-порт 52 соединяют с батареей и нагрузкой DC (т.е. батарея соединена параллельно с нагрузкой) снаружи модуля 10. В данном случае соответствующие модули 10 устанавливают в третье состояние посредством их соответствующих портов аппаратной конфигурации.
15 Пока сеть АС обеспечивает энергией, AC/DC-преобразователь будет подавать питание как на DC/DC-преобразователь, так и на DC/AC-преобразователь. DC/DC-преобразователь будет подавать питание на батарею и на нагрузку DC, в то время как DC/AC-преобразователь будет питать нагрузку АС. Поток энергии в данной ситуации показан на фиг. 5.
20 В случае, если сеть АС не обеспечивает систему энергией (сеть вышла из строя), DC/DC-преобразователь будет подавать питание от батареи к DC/AC-преобразователю и далее к нагрузке АС. Батарея будет подавать питание непосредственно на нагрузку DC. Поток энергии в данной ситуации показан на фиг. 6.
25 Пример 1 - это стандартный пример функционирования AC-UPS. Пример 2
Во втором примере систему 1 электропитания, содержащую несколько модулей 10, используют для подачи питания от очень слабой или неисправной сети АС как к нагрузке DC, так и к нагрузке АС. При такой сети АС существует повышенный риск 30 того, что скачки напряжения или тока могут повредить преобразователи или даже
нагрузку (в частности нагрузку АС, поскольку гальваническая развязка имеется только в DC/DC-преобразователе).
В данном случае половину модулей 10 устанавливают в первое состояние посредством их соответствующих портов аппаратной конфигурации, а остальные 5 модули 10 устанавливают во второе состояние посредством их соответствующих портов аппаратной конфигурации. Вследствие этого, когда сеть АС обеспечивает систему энергией, AC/DC-преобразователь подает питание на батарею и нагрузку DC, причем это обеспечивается первой половиной модулей. Поток энергии при первом состоянии показан на фиг. 7.
10 Вторая половина модулей будет использовать преобразователь DC/DC для подачи питания от батареи к преобразователю DC/AC и далее к нагрузке АС. Поток энергии при втором состоянии показан на фиг. 8. Следовательно, достигается гальваническая развязка между сетью АС и нагрузкой АС.
В случае, если сеть АС не обеспечивает систему энергией (сеть вышла из строя), 15 первая половина модулей не выполняет никакой функции, в то время как вторая половина модулей будет продолжать работать как раньше, используя энергию батареи. Батарея будет подавать питание непосредственно на нагрузку DC.
Пример 3
В третьем примере систему 1 электропитания, содержащую несколько модулей 10, 20 используют в здании, при этом здание подключено к сети АС, но здание также оборудовано системой солнечных батарей (не показана). Система солнечных батарей содержит инверторы (не показаны) для преобразования напряжения DC, вырабатываемого солнечными элементами, в напряжение АС для использования в здании.
25 Нагрузка в здании - это преимущественно нагрузка АС, но нагрузка DC также может присутствовать.
В данном случае первый АС-порт 32 соединяют с сетью АС снаружи здания. Второй АС-порт 42 соединяют с сетью АС внутри здания (т.е. как с нагрузкой АС, так и с питанием АС от солнечных батарей). DC-порт 52 соединяют с батареей и нагрузкой 30 DC (т.е. батарея соединена параллельно нагрузке). В данном случае
соответствующие модули 10 устанавливают в третье состояние посредством их соответствующих портов аппаратной конфигурации.
В ночное время отсутствует подача питания АС от системы солнечных батарей. В данном случае система 1 электропитания функционирует в соответствии с вышеприведенным примером 1, т.е. как показано на фиг. 5 и 6 в зависимости от наличия сети АС.
В дневное время, когда много солнечного света, система солнечных батарей может вырабатывать больше энергии АС, чем потребляется нагрузкой АС в сети АС внутри здания. В данном случае система электропитания, благодаря своей двунаправленности, передает энергию от DC/AC-преобразователя 40 к AC/DC-преобразователю 30, и далее в сеть АС, и к DC/DC-преобразователю 50, чтобы заряжать батареи. Движение энергии в данной ситуации показано на фиг. 9.
Следует отметить, что на вышеупомянутых фиг. 5, 7 и 9, если батарея полностью заряжена и нет нагрузки DC, будет отсутствовать какое-либо течение энергии через DC/DC-преобразователь 50.
В настоящем описании изобретение было рассмотрено на примерах, которые не несут ограничительного характера. Объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10), содержащий
5 AC/DC-преобразователь (30), содержащий первый АС-порт (32);
двунаправленный DC/AC-преобразователь (40), содержащий второй АС-порт (42);
двунаправленный DC/DC-преобразователь (50), содержащий DC-порт (52); контроллер (60); и
10 коммуникационную шину (70), взаимно соединяющую AC/DC-
преобразователь (30), DC/AC-преобразователь (40) и DC/DC-преобразователь (50),
DC-шину (72) для передачи энергии между AC/DC-преобразователем (30),
DC/AC-преобразователем (40) и DC/DC-преобразователем (50);
отличающийся тем, что
15 AC/DC-преобразователь (30) представляет собой двунаправленный AC/DC-
преобразователь,
контроллер (60) дополнительно содержит порт (62) аппаратной конфигурации и выполнен с возможностью приведения преобразовательного модуля (10) электропитания в одно из следующих состояний, выбираемых в зависимости от 20 параметра, считываемого с порта (62) аппаратной конфигурации:
-первое состояние, при котором преобразовательный модуль (10) способен передавать энергию между первым АС-портом (32) и DC-портом (52), при этом второй АС-порт (42) отключен,
-второе состояние, при котором преобразовательный модуль (10) способен 25 передавать энергию между DC-портом (52) и вторым АС-портом (42), при этом первый АС-порт (32) отключен,
-третье состояние, при котором преобразовательный модуль (10) способен передавать энергию между первым АС-портом (32), вторым АС-портом (42) и DC-портом (52).
30 2. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) по п. 1, в котором порт (62) аппаратной конфигурации содержит соединитель (SSM) модуля.
3. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) по
п. 2, в котором соединитель (SSM) модуля выполнен с возможностью соединения с
соединителем (SSC) переключателя.
4. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) по
5 п. 3, в котором соединитель (SSC) переключателя соединен с переключателем (SS)
состояний.
5. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) по
любому из п.п. 1-4, дополнительно содержащий коммуникационный соединитель
(64), коммуникативно соединенный с коммуникационной шиной (70).
10 6. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) по п. 5, в котором контроллер (60) выполнен с возможностью обеспечения на коммуникационном соединителе (64) данных, указывающих текущее выбранное состояние силового преобразовательного модуля (10).
7. Система (1) электропитания, содержащая
15 стеллажное устройство (20), включающее в себя по меньшей мере один
отсек, причем в указанный по меньшей мере один отсек вставлен электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) по любому из п.п. 1-6.
8. Система электропитания по п. 7, в которой для каждого электрического многорежимного силового преобразовательного модуля (10) порт (62) аппаратной
20 конфигурации содержит соединитель (SSM) модуля, который выполнен с возможностью соединения с соединителем (SSC) переключателя, который дополнительно соединен с переключателем (SS) состояний.
9. Система электропитания по п. 8, в которой соединитель (SSC) переключателя и соединитель (SSM) модуля выполнены с возможностью взаимного
25 соединения.
10. Система электропитания по п. 9, в которой соединитель (SSC) переключателя расположен в задней части указанного по меньшей мере одного отсека стеллажного устройства (20), и
10.
при этом соединитель (SSM) модуля расположен в задней части электрического многорежимного силового преобразовательного модуля (10), вставляемого в отсек (21а, 21Ь).
11. Система электропитания по любому из п.п. 8-10, в которой переключатель
5 (SS) состояний включает в себя DIP-переключатель, расположенный в задней части
стеллажного устройства (20).
12. Система электропитания по любому из п.п. 8-9, в которой переключатель
(SS) состояний содержит перемычковый соединитель, расположенный в задней
части стеллажного устройства (20).
10 13. Система (1) электропитания, содержащая стеллажное устройство (20), содержащее по меньшей мере два отсека, причем в два указанных отсека вставлены первый и второй многорежимные преобразовательные модули (10) электропитания по любому из п.п. 1-6, при этом:
-первый модуль (10) выполнен с возможностью его приведения в первое
15 состояние посредством порта (62) аппаратной конфигурации, при этом первый АС-порт (32) первого модуля (10) соединен с сетью АС, а DC-порт (52) первого модуля (10) соединен с батареей,
-второй преобразовательный модуль (10) выполнен с возможностью его приведения во второе состояние посредством порта (62) аппаратной конфигурации,
20 при этом DC-порт (52) второго преобразовательного модуля (10) соединен с батареей, а второй АС-порт (42) второго преобразовательного модуля (10) соединен с нагрузкой АС.
14. Система (1) электропитания для подключения между первой сетью АС и второй сетью АС, содержащая стеллажное устройство (20), включающее в себя по 25 меньшей мере один отсек, причем в указанный по меньшей мере один отсек вставлен электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) по любому из п.п. 1-6, при этом:
- первый АС-порт (32) соединен с первой сетью АС,
- второй АС-порт (42) соединен со второй сетью АС,
30 - модуль (10) выполнен с возможностью его приведения в третье состояние
посредством порта (62) аппаратной конфигурации,
- контроллер (60) выполнен с возможностью управления передачей энергии от первого АС-порта (32) во второй АС-порт (42), когда выработка электроэнергии АС во второй сети АС ниже заданного порогового значения, и
контроллер (60) выполнен с возможностью передачи энергии от второго АС-5 порта (42) в первый АС-порт (32), когда выработка электроэнергии АС во второй сети АС выше заданного порогового значения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ (с изменениями по ст. 34 РСТ)
1. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10), содержащий
5 двунаправленный AC/DC-преобразователь (30), содержащий первый АС-
порт (32);
двунаправленный DC/AC-преобразователь (40), содержащий второй АС-порт (42);
двунаправленный DC/DC-преобразователь (50), содержащий DC-порт (52);
10 контроллер (60); и
DC-шину (72) для передачи электроэнергии между AC/DC-преобразователем (30), DC/AC-преобразователем (40) и DC/DC-преобразователем (50);
причем контроллер (60), AC/DC-преобразователь (30), DC/AC-
преобразователь (40) и DC/DC-преобразователь (50) взаимно соединены;
15 причем силовой преобразовательный модуль (10) выполнен с возможностью
его конфигурирования таким образом, чтобы передавать электроэнергию между
первым АС-портом (32) и DC-портом (52), при этом силовой преобразовательный
модуль (10) выполнен с возможностью его конфигурирования таким образом, чтобы
передавать электроэнергию между DC-портом (52) и вторым АС-портом (42)
20 отличающийся тем, что
коммуникационная шина (70) взаимно соединяет контроллер (60), AC/DC-преобразователь (30), DC/AC-преобразователь (40) и DC/DC-преобразователь (50);
контроллер (60) дополнительно содержит порт (62) аппаратной конфигурации и выполнен с возможностью приведения преобразовательного модуля (10) 25 электропитания в одно из следующих состояний, выбираемых в зависимости от параметра, считываемого с порта (62) аппаратной конфигурации:
-первое состояние, при котором преобразовательный модуль (10) способен
передавать электроэнергию между первым АС-портом (32) и DC-портом (52), при
этом второй АС-порт (42) отключен,
30 -второе состояние, при котором преобразовательный модуль (10) способен
передавать электроэнергию между DC-портом (52) и вторым АС-портом (42), при этом первый АС-порт (32) отключен,
-третье состояние, при котором преобразовательный модуль (10) способен передавать электроэнергию между первым АС-портом (32), вторым АС-портом (42) и DC-портом (52).
2. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) по
5 п. 1, в котором порт (62) аппаратной конфигурации содержит соединитель (SSM)
модуля.
3. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) по
п. 2, в котором соединитель (SSM) модуля выполнен с возможностью соединения с
соединителем (SSC) переключателя.
10 4. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) по п. 3, в котором соединитель (SSC) переключателя соединен с переключателем (SS) состояний.
5. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) по любому из п.п. 1-4, дополнительно содержащий коммуникационный соединитель
15 (64), коммуникативно соединенный с коммуникационной шиной (70).
6. Электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) по п. 5, в котором контроллер (60) выполнен с возможностью обеспечения на коммуникационном соединителе (64) данных, указывающих текущее выбранное состояние силового преобразовательного модуля (10).
20 7. Система (1) электропитания, содержащая
стеллажное устройство (20), включающее в себя по меньшей мере один отсек, причем в указанный по меньшей мере один отсек вставлен электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) по любому из п.п. 1-6.
8. Система электропитания по п. 7, в которой для каждого электрического 25 многорежимного силового преобразовательного модуля (10) порт (62) аппаратной конфигурации содержит соединитель (SSM) модуля, который выполнен с возможностью соединения с соединителем (SSC) переключателя, который дополнительно соединен с переключателем (SS) состояний.
9. Система электропитания по п. 8, в которой соединитель (SSC)
переключателя и соединитель (SSM) модуля выполнены с возможностью взаимного
соединения.
10. Система электропитания по п. 9, в которой соединитель (SSC)
5 переключателя расположен в задней части указанного по меньшей мере одного
отсека стеллажного устройства (20), и
при этом соединитель (SSM) модуля расположен в задней части электрического многорежимного силового преобразовательного модуля (10), вставляемого в отсек (21а, 21Ь).
10 11. Система электропитания по любому из п.п. 8-10, в которой переключатель (SS) состояний включает в себя DIP-переключатель, расположенный в задней части стеллажного устройства (20).
12. Система электропитания по любому из п.п. 8-9, в которой переключатель (SS) состояний содержит перемычковый соединитель, расположенный в задней
15 части стеллажного устройства (20).
13. Система (1) электропитания, содержащая стеллажное устройство (20), содержащее по меньшей мере два отсека, причем в два указанных отсека вставлены первый и второй многорежимные преобразовательные модули (10) электропитания по любому из п.п. 1-6, при этом:
20 -первый модуль (10) выполнен с возможностью его приведения в первое
состояние посредством порта (62) аппаратной конфигурации, при этом первый АС-порт (32) первого модуля (10) соединен с сетью АС, а DC-порт (52) первого модуля (10) соединен с батареей,
-второй преобразовательный модуль (10) выполнен с возможностью его
25 приведения во второе состояние посредством порта (62) аппаратной конфигурации, при этом DC-порт (52) второго преобразовательного модуля (10) соединен с батареей, а второй АС-порт (42) второго преобразовательного модуля (10) соединен с нагрузкой АС.
14. Система (1) электропитания для подключения между первой сетью АС и второй сетью АС, содержащая стеллажное устройство (20), включающее в себя по меньшей мере один отсек, причем в указанный по меньшей мере один отсек вставлен электрический многорежимный силовой преобразовательный модуль (10) 5 по любому из п.п. 1-6, при этом:
- первый АС-порт (32) соединен с первой сетью АС,
- второй АС-порт (42) соединен со второй сетью АС,
- модуль (10) выполнен с возможностью его приведения в третье состояние посредством порта (62) аппаратной конфигурации,
10 - контроллер (60) выполнен с возможностью управления передачей
электроэнергии от первого АС-порта (32) во второй АС-порт (42), когда выработка электроэнергии АС во второй сети АС ниже заданного порогового значения, при этом контроллер (60) выполнен с возможностью передачи электроэнергии от второго АС-порта (42) в первый АС-порт (32), когда выработка электроэнергии АС во
15 второй сети АС выше заданного порогового значения.
ФИГ.З
PCB2
PCB'
Третье состояние; источники бесперебойного питания переменного тока (AC-UPS); питание переменного тока доступно
ФИГ. 5
Третье состояние; источники бесперебойного питания переменного тока (AC-UPS); питание переменного тока недоступно
ФИГ. 6
AC/DC
40 \ DC/AC
Первое состояние
ФИГ. 7
Второе состояние
ФИГ. 8
Третье состояние; подача питания переменного тока со стороны нагрузки в сеть переменного тока
ФИГ 9
Заменяющий лист по ст. 34 РСТ
Заменяющий лист по ст. 34 РСТ
ФИГ. 1
ФИГ. 1
ФИГ. 2
ФИГ. 2
ФИГ. 4