[发明专利]后置式后备电源系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及电池组充电和向负载供电，以及直流功率输入变换为直流功率输出 的电源系统，尤其涉及用于个人电脑、服务器和存储器等数据信息设备的备用电源 系统。

【背景技术】

个人电脑、服务器、存储器等数据信息设备，工作时都需要正常的电力供应。 一旦断电，其内部存储器所保存的内容可能会立即消失。如果不是正常的断电，导 致其内存中的信息来不及保存到硬盘等存储设备上，就会造成信息因完全丢失或变 得不完整而失去价值，从而浪费大量的工作精力和时间，甚至造成巨大的经济损失。 而对于UNIX的操作系统，如果不正常关机，其内存中的系统信息没有读写到硬盘 上，还可能造成系统崩溃，无法再次启动。另外，这些设备中的硬盘，虽然应用的 是磁存储介质，不会因断电损失信息，但突然的电力故障会使正在进行读写工作的 硬盘物理磁头损坏，或者系统文件在维护文件系统时，造成文件分配表错误，从而 使整个硬盘报废。这些设备在工作时突然停电或者欠压供电，就可能带来其内存中 的信息被冲掉和/或硬盘数据丢失的后果。

在这种背景下，包括UPS(不间断电源)、SPS(备份/待命电源)、BBU(电池后备 单元)在内的各种后备电源解决方案应运而生，尤其是UPS伴随电力电子技术的发 展，不断推陈出新，在数十年间成就了一个崭新的产业。

其中：UPS-Uninterrupted Power Supply不间断电源：是一种含有储能装置， 以逆变器为主要部件，稳压稳频输出的电源设备。当市电正常输入时，UPS就将市 电滤波、稳压后供给负载使用，同时对设备内的电池充电，把能量储存在该电池中， 当市电因各种原因中断或输入故障时，UPS即将设备内电池的能量转换为交流电继 续供负载使用，使负载维持正常工作。

SPS-Standby Power Supply备份/待命电源：内含一定容量的电池，当市电因各 种原因中断或输入故障时，能提供一定后备时间的电源模块，其工作原理和结构比 UPS简单。

BBU-Battery Backup Unit电池后备单元：是电池或电池组，当市电因各种原因 中断或输入故障时，提供备份电源，一般不具备稳压输出功能。

现有技术后备电源系统，包括三种方案：

第一种方案，如图4所示，采用UPS或SPS电源设置于市电输入和AC/DC变换 器之间，当市电正常时市电经UPS或SPS进到AC/DC变换器；当市电异常时由UPS 或SPS把自身的电池能量经过转换后提供给AC/DC变换器，从而继续给设备提供电 源。

其缺点如下：

①效率低

从电路方框结构示意图上看，如图4所示，该方案是把UPS或SPS置于AC/DC 变换器之前，而不是直接接到设备的各功能板(主板或背板)上，这样使一部分能量 在中间的转换环节上损耗掉了，因为中间环节的转换效率是有限的，中间环节越多， 总的效率越低。

②可靠性差

因为电路的中间环节如AC/DC、DC/DC变换器等，只要任何一个中间环节发生 故障，后级电路便失去电力，即使UPS或SPS正常，也不能给各功能板(主板或背板) 提供电力。

③成本高

UPS或SPS本身包括很多电路功能单元，线路复杂，结构多样，因此物料成本、 设计成本、制造成本都高。如果要实现UPS或SPS冗余备份的话，成本更高。

④体积大，占用空间

UPS或SPS往往体积较大，难以实现和数据信息设备的集成一体化。

第二种方案，如图5所示，BBU(电池后备单元)置于DC/DC变换器(一般是 48V输入)的输入端，当市电因各种原因中断或输入故障时，由其继续给设备提供 电源。

其缺点如下：

①效率低

从电路方框结构示意图上看，如图5所示，该方案是把BBU置于DC/DC变换器 之前，而不是直接连接到设备的各功能板(主板或背板)上，这样一部分能量就在 DC/DC变换器上损耗掉了。

②可靠性差

因为电路的中间环节DC/DC变换器若发生故障，后级电路便失去电力，即使BBU 正常，也不能给各功能板(主板或背板)提供电力。

③体积大，占用空间

48V电池组一般需要多个12V或6V蓄电池串联组成，往往体积也是比较大的。