一種高低效率整流模塊電源系統及其控制方法
2023-12-11 20:00:07
專利名稱：一種高低效率整流模塊電源系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及電源技術，更具體地說，涉及一種高低效率整流模塊電源系統及其控 制方法。
背景技術：
電源系統內需要根據負載配置多個整流模塊，這些整流模塊的工作效率也直接影 響到電源系統的效率，進而影響電源系統的能耗。近年來隨著高效率整流模塊的推出，單個 高效率整流模塊的效率得到了明顯的提升，由多個高效率整流模塊組成的高效率電源系統 效率自然得到了明顯的提升。但是由於高效率整流模塊在成本及售價上都很高，這嚴重影 響了高效率電源系統和高效率整流模塊的銷售，從而制約了高效率電源系統的推廣。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有高效率電源系統的上述成本高的缺陷， 提供一種將高效率整流模塊與低效率整流模塊相結合的電源系統以及控制方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種高低效率整流模塊電源系 統及其控制方法，通過將高效率整流模塊與低效率整流模塊相結合，並採用一定的控制方 法來提高電源系統的效率，實現節能的目的。在本發明的第一方面中，提供了一種高低效率整流模塊電源系統的控制方法，所 述電源系統包括兩個以上整流模塊，所述兩個以上整流模塊至少具有兩種不同的效率，所 述控制方法包括根據整流模塊的效率從高到低為其設置優先級，並根據負載控制需要數 量的整流模塊工作，並控制剩餘整流模塊休眠。在本發明所述的高低效率整流模塊電源系統的控制方法中，所述根據負載控制需 要數量的整流模塊工作包括S1、控制高優先級的整流模塊作為當前優先級的整流模塊先投入工作，轉步驟
52；S2、判斷所述當前優先級的整流模塊數是否滿足負載，是則根據負載選擇需要數 量的當前優先級的整流模塊工作，否則控制當前優先級的整流模塊全部投入工作並轉步驟
53；S3、將所述當前優先級的下一級整流模塊作為當前優先級的整流模塊，轉步驟S2。在本發明所述的高低效率整流模塊電源系統的控制方法中，所述控制方法還包括 輪轉工作操作根據整流模塊工作時間，選擇與工作的所述整流模塊同一優先級的整流模 塊定期輪轉工作。在本發明所述的高低效率整流模塊電源系統的控制方法中，所述控制方法還包括 烘乾操作定期控制休眠的整流模塊工作預定時間。在本發明的第二方面中，提供了一種高低效率整流模塊電源系統，所述電源系統 包括控制模塊以及與之相連的多個整流模塊，所述多個整流模塊至少具有兩種不同的效率，所述控制模塊用於根據整流模塊的效率從高到低為其設置優先級，並根據負載控制需 要數量的整流模塊工作，以及控制剩餘整流模塊休眠。在本發明所述的高低效率整流模塊電源系統中，所述控制模塊包括控制單元，用於控制高優先級的整流模塊作為當前優先級的整流模塊先投入工 作；判斷選擇單元，用於判斷所述當前優先級的整流模塊數是否滿足負載，是則根據 負載選擇需要數量的當前優先級的整流模塊工作，否則通知控制單元控制當前優先級的整 流模塊全部投入工作並調用調整單元；所述調整單元，用於將所述當前優先級的下一級整流模塊調整為當前優先級的整 流模塊，並調用所述判斷選擇單元執行判斷步驟。在本發明所述的高低效率整流模塊電源系統中，所述控制模塊還執行輪轉工作操 作根據整流模塊工作時間，選擇與工作的所述整流模塊同一優先級的整流模塊定期輪轉工作。在本發明所述的高低效率整流模塊電源系統中，所述控制模塊還執行烘乾操作 控制休眠的整流模塊工作預定時間。在本發明的第三方面中，還提供了另一種高低效率整流模塊電源系統，包括控制 模塊以及與之相連的至少一個第一效率整流模塊和至少一個第二效率整流模塊，所述第一 效率整流模塊的工作效率高於所述第二效率整流模塊，所述控制模塊用於根據負載控制所 述第一效率整流模塊和第二效率整流模塊工作。在本發明所述的高低效率整流模塊電源系統中，所述控制模塊包括控制單元和判 斷選擇單元所述判斷選擇單元根據負載判斷第一效率整流模塊是否滿足負載，是則通知 控制單元根據負載選擇需要數量的第一效率整流模塊工作，否則通知控制單元根據負載選 擇需要數量的第二效率整流模塊投入工作。在本發明所述的高低效率整流模塊電源系統中，所述第一效率整流模塊為1個效 率範圍在96-98%的50A整流模塊，所述第二效率整流模塊為3個效率範圍在92-94%的 50A整流模塊。實施本發明的高低效率整流模塊電源系統及其控制方法，具有以下有益效果1、本發明提供的高低效率整流模塊電源系統的控制方法，可以通過控制高效率的 整流模塊優先工作，當最高效率的整流模塊不足以供給負載時，投入次高效率的整流模塊 工作，並控制剩餘整流模塊休眠，從而實現整個電源系統達到最大效用的節能。2、本發明的控制方法還根據整流模塊工作時間控制同一優先級即效率相等的整 流模塊輪轉工作，即工作時間長的整流模塊進行休眠，而工作時間短的整流模塊進行工作， 這樣避免總是個別整流模塊處於高負載情況下，提高了系統的可靠性。3、本發明的控制方法還定期控制休眠的整流模塊工作預定的時間，達到對所有整 流模塊，尤其是長期未工作的整流模塊定期烘乾以避免老化的效果，以消除環境對長期不 工作的低效率整流模塊的影響，避免模塊內部積露、電路板腐蝕或功率器件失效等問題。4、本發明提供的高低效率整流模塊電源系統，通過將低效率整流模塊和高效率整 流模塊相結合，降低了系統的成本，並通過增加的控制模塊控制各個整流模塊按照效率高 低依次投入工作，並根據工作時間長短控制同一效率的整流模塊輪換工作，以及定期控制休眠的整流模塊工作以達到烘乾以避免老化的效果，有效地提高了整流模塊的壽命以及工 作效率，實現了電源系統的節能。5、本發明提供的採用3個低效率整流模塊和1個高效率整流模塊的電源系統，經 試驗證明，在負載小於40A時系統的效率明顯高於全部採用低效率整流模塊的電源系統， 同時與全部採用高效率整流模塊的電源系統的效率相當，因此在有效降低電源系統成本的 同時實現了系統的節能。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是本發明第一實施例中高低效率整流模塊電源系統的模塊示意圖；圖2是本發明第一實施例中高低效率整流模塊電源系統的控制方法流程圖；圖3是本發明第二實施例中高低效率整流模塊電源系統的模塊示意圖；圖4是圖3的電源系統和全部採用低效率整流模塊或高效率整流模塊的電源系統 的對比效率曲線圖。
具體實施例方式本發明可以在普通的低效率整流模塊電源系統中，根據正常工況下的負載配置合 理的高效率整流模塊數量，使高效率整流模塊優先一直工作並帶載，低效率整流模塊處於 休眠狀態，僅是起備份作用和工作於異常工況下(異常如高效率整流模塊故障、停電後蓄 電池大電流充電等)。通過這種系統配置使低效率電源系統在常態下通過配置的高效率整 流模塊獲得很高的系統效率。為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。請參閱圖1，為本發明第一實施例中高低效率整流模塊電源系統的模塊示意圖。如 圖1所示，本發明提供的高低效率整流模塊電源系統1，包括控制模塊以及與之相連的多個 整流模塊。這些整流模塊至少具有兩種不同的效率。如圖1中所示，該電源系統包括了 K
個第一效率整流模塊、N2個第二效率整流模塊......Nm個第M效率整流模塊，且其效率從
高到低依次排列。即該電源系統內可以採用高低兩種效率的整流模塊，也可以採用多種效 率的整流模塊相結合。在本發明提供的高低效率整流模塊電源系統1中，控制模塊用於根據整流模塊的 效率從高到低為其設置優先級，並根據負載控制需要數量的整流模塊工作，以及控制剩餘 整流模塊休眠。由於效率依次降低，因此第一效率整流模塊至第M效率整流模塊的優先級 依次降低。在設置了優先級後，使高效率的整流模塊優先工作，當最高效率的整流模塊不足 以供給負載時，投入次高效率的整流模塊工作，從而實現整個電源系統達到最大效用的節 能。因此在本實施例中，控制模塊進一步包括控制單元、判斷選擇單元和調整單元。其中， 控制單元用於控制高優先級的整流模塊作為當前優先級的整流模塊先投入工作；判斷選擇 單元用於判斷所述當前優先級的整流模塊數是否滿足負載，是則根據負載選擇需要數量的 當前優先級的整流模塊工作，否則通知控制單元控制當前優先級的整流模塊全部投入工作 並調用調整單元；調整單元用於將所述當前優先級的下一級整流模塊調整為當前優先級的整流模塊，並調用所述判斷選擇單元執行判斷步驟。例如，在本實施例中，先檢查第一效率整流模塊的數量是否滿足負載，是則選擇滿 足負載數量的第一效率整流模塊工作，其它整流模塊休眠，如果不滿足則控制第二效率整 流模塊投入工作，並重新檢查第二效率整流模塊的數量是否滿足負載，如果不滿足則控制 第三效率整流模塊投入工作......如此類推，就能選擇需要數量的整流模塊來滿足負載。為了提高系統的可靠性，如果某一優先級內的整流模塊數高於該級別內需要工作 的整流模塊數，則控制模塊還執行輪轉工作操作，即根據整流模塊工作時間，選擇與工作的 所述整流模塊同一優先級的整流模塊定期輪轉工作。這樣工作時間長的整流模塊就能進行 休眠，而工作時間短的整流模塊進行工作，避免了總是個別整流模塊處於高負載情況下，有 效提高了系統的可靠性。上述工作時間可以是根據整流模塊整個工作周期的工作時間數， 如果工作時間長的進行休眠，工作時間短的進行工作；也可以是根據電源系統此次上電以 來工作時間數進行輪換。該輪轉工作操作不僅可以是根據負載情況恰好投入需要的高效率 整流模塊工作數，也可以是考慮備份原則至少投入一定數量的高效率整流模塊工作數(例 如投入一半數量的高效率整流模塊工作，另一半作為該高效率整流模塊的備份在需要時投 入工作)。因此，高效整流模塊和次高效整流模塊的配置原則不局限於常態負載原則，可綜 合考慮性價比、電源系統可靠性多項因素，如多配置一些高效率整流模塊以避免總是一個 高效率整流模塊工作在高負載情況下。在本發明的一些優選實施例中，控制模塊還執行烘乾操作，定期控制休眠的整流 模塊工作預定時間。這種烘乾操作的方式可以是多樣的。例如，在每個工作周期啟動時，使 所有的整流模塊都同時開啟(包括需要休眠的整流模塊)，共同投入帶動負載工作一段預 定的時間，達到所有整流模塊都定期烘乾以避免老化的效果。或者在每個工作周期內，在已 控制需要數量的整流模塊工作時，選定一段預定的時間使所有休眠的整流模塊開啟工作， 達到烘乾的效果。又或者採取只是所有休眠的整流模塊工作，而工作的較高效率的整流模 塊進行休眠的烘乾策略。還可以是每次輪換周期是此批或此個處於休眠狀態的較低效率整 流模塊工作，下次是另外一批或另外一個處於休眠狀態的較低效率整流模塊工作。下面以配置了兩種效率的整流模塊的電源系統1為例對本發明的過程進行說明。 該電源系統包括控制模塊以及分別與之相連的至少一個第一效率整流模塊(&個)和至少 一個第二效率整流模塊(n2個)，其中第一效率整流模塊的工作效率高於第二效率整流模 塊，控制模塊用於根據負載控制所述第一效率整流模塊和第二效率整流模塊工作。在本實 施例中，控制模塊進一步包括控制單元和判斷選擇單元。其中，判斷選擇單元根據負載判斷 第一效率整流模塊是否滿足負載，是則通知控制單元根據負載選擇需要數量的第一效率整 流模塊工作，否則通知控制單元根據負載選擇需要數量的第二效率整流模塊投入工作。根 據各自的工作效率不同，第一效率整流模塊被稱為高效率整流模塊，第二效率整流模塊被 稱為低效率整流模塊。在此電源系統工作中，控制模塊設定了整流模塊工作輪轉周期(如 7天)，在此周期到時，首先使所有的整流模塊(包括高效率整流模塊和低效率整流模塊) 都同時開啟，共同投入帶動負載工作一段設定的時間(如2小時)，達到所有整流模塊(主 要是低效率整流模塊)定期烘乾以避免老化的效果，以消除環境對長期不工作的低效率整 流模塊的影響(如果低效率整流模塊總是處於休眠狀態，由於工作環境等影響，低效率整 流模塊可能存在模塊內部積露、電路板腐蝕和功率器件失效等後果)，提高低效率整流模塊
7的可靠性。此共同帶載時間過後，重新使低效率整流模塊休眠，僅高效率整流模塊工作，如 果系統中總高效率模塊數大於需要投入工作的高效率模塊數(主要是根據負載情況來計 算)，工作時間長的高效率整流模塊休眠，工作時間短的高效率模塊數工作，通過這種高效 率模塊工作輪轉使高效率模塊運行工況比較平均，從而提高了高效率整流模塊的可靠性。 整個控制策略簡單易實現，提高了普通電源系統的效率，且保證了高效率和低效率整流模 塊的可靠性，即保證了混合電源系統的可靠性。請參閱圖2，為本發明第一實施例中高低效率整流模塊電源系統的控制方法流程 圖。如圖2所示，為了提高本發明的高低效率整流模塊電源系統的工作效率，本發明提供了 相應的控制方法，主要由上述控制模塊來完成。本發明提供的控制方法包括根據整流模塊的效率從高到低為其設置優先級，並根 據負載控制需要數量的整流模塊工作，並控制剩餘整流模塊休眠。其中，根據負載控制需要 數量的整流模塊工作通過圖1所示的步驟來實現。首先在步驟S1中，控制高優先級的整流模塊作為當前優先級的整流模塊先投入 工作，轉步驟S2。隨後在步驟S2中，判斷所述當前優先級的整流模塊數是否滿足負載，是則執行步 驟S22，即根據負載選擇需要數量的當前優先級的整流模塊工作，否則執行步驟S21，即控 制當前優先級的整流模塊全部投入工作並轉步驟S3。在步驟S3中，將所述當前優先級的下一級整流模塊作為當前優先級的整流模塊， 轉步驟S2。本發明提供的控制方法同樣包括輪轉工作操作根據整流模塊工作時間，選擇與 工作的所述整流模塊同一優先級的整流模塊定期輪轉工作。此外，該方法還包括烘乾操作 定期控制休眠的整流模塊工作預定時間。請參閱圖3，為本發明第二實施例中高低效率整流模塊電源系統的模塊示意圖。如 圖3所示，配置了 4個標稱50A整流模塊以組成200A電源系統1。其中，1個第一效率整流 模塊即高效率整流模塊的效率約為96-98%，3個第二效率整流模塊即低效率整流模塊的 效率約為92-94%。在本實施例中，採用的高效率整流模塊的效率約為97%，低效率整流模 塊效率約93%。為了對本發明的實施效果進行考量，本申請對3組電源系統進行了試驗。其中，第 一組電源系統全部採用4個上述低效率整流模塊構成。第二組電源系統採用圖2所示的本 發明的高低效率整流模塊電源系統，即3個低效率整流模塊和1個高效率整流模塊。第三 組電源系統全部採用4個上述高效率整流模塊構成。在試驗中，第一組和第三組電源系統 都工作於節能運行模式(根據負載只投入需要投入的整流模塊，其它整流模塊休眠，使工 作的整流模塊帶載大於設定的百分比，以80%為例)。而代表本發明的第二組電源系統採 取了本發明提供的控制方法即高效率整流模塊優先工作。請參閱圖4，為各電源系統的對比效率曲線圖。如圖4所示，本發明的電源系統明 顯比第一組採用4個低效率整流模塊組成的系統效率在全負載範圍內都高，且在負載較小 (< 40A，此時只有一個高效率整流模塊工作，其餘整流模塊休眠不投入)時效率提升非常 明顯。第三組採用4個高效率整流模塊組成的電源系統相比於本發明的電源系統，在負載 40A系統效率才逐漸拉開差距。考慮到使用200A的電源系統普遍負載都較小(如通信基站電源系統普遍負載在 20-40A,可只配置1個高效率整流模塊，再配置3個低效率整流模塊只是為了整流模塊備份 和市電停電再來電後蓄電池的充電)，採用3個低效率整流模塊和1個高效率整流模塊組成 的系統通過本發明的控制方法達到了 4個全高效率整流模塊組成的系統在常態負載下(負 載< 40A)的電源系統效率，但卻具有非常高的經濟可行性，即用戶只購買一個高效率和多 個低效率整流模塊基本達到了購買全部高效率整流模塊所期望的電源系統的高效率和節 能效果。相對於全低效率整流模塊組成的系統，整個電源系統的效率在常態負載下(負載 <40A)有約5%的提升，效率提升非常明顯。效率提升的另一個效果是電源系統發熱小， 機房空調耗電進一步下降，大限度地提高了節能效果。可以對在網的電源系統進行新增一 個高效率整流模塊(或根據需要新增多個)或將部分低效率整流模塊更換為高效率整流模 塊，此成本較低的改造將大幅提升常態情況下電源系統的效率，帶來可觀的經濟價值。下面對本發明的電源系統的硬體實現方式進行描述。在本發明中，電源系統的實 現可以是各高低效整流模塊具有統一的硬體接口和軟體通信策略，即方便易操作的電源系 統混合方案。也可以是不同效率整流模塊具有不同硬體和軟體接口，電源系統包含這些不 同效率整流模塊接口並能通過一定機制以實現各種效率的整流模塊的工作和休眠。本發明的電源系統可以是新設計的混合電源系統，也可以是在老的電源系統上通 過一定的改造而實現的相同目的的混合電源系統。還可以是在低高效率整流模塊相同接口 情況下直接新增高效率整流模塊或將部分低效率整流模塊更換為高效率整流模塊而實現 的混合電源系統。高低效整流模塊的工作和休眠可以是控制模塊通過軟體通信發出的控制指令，也 可以是控制模塊通過硬體實現的控制。還可以是非控制模塊如上層監控軟體實現的控制。 當然也可以是整流模塊內部軟體通信或硬體實現的控制。還可以是人為的根據現場情況手 動的控制。需要說明的是，本發明提供的高低效率整流模塊電源系統及其控制方法不僅適用 於低壓電源系統(如24V-48V電源系統)，也適用於高壓電源系統(如240V-380V電源系 統)。綜上所述，本發明為了實現電源系統節能並控制設備的成本，提供了一種高低效 整流模塊電源系統，通過高效率整流模塊優先工作，低效率整流模塊休眠的控制方法提高 系統效率；一方面採用高效率整流模塊輪換工作提高系統中高效率整流模塊的可靠性；另 一方面採用低效率整流模塊定期工作即烘乾操作提高低效率模塊的可靠性，從而總體提高 系統的整體可靠性。本發明是根據特定實施例進行描述的，但本領域的技術人員應明白在不脫離本發 明範圍時，可進行各種變化和等同替換。此外，為適應本發明技術的特定場合或材料，可對 本發明進行諸多修改而不脫離其保護範圍。因此，本發明並不限於在此公開的特定實施例， 而包括所有落入到權利要求保護範圍的實施例。
權利要求
一種高低效率整流模塊電源系統的控制方法，其特徵在於，所述電源系統包括兩個以上整流模塊，所述兩個以上整流模塊至少具有兩種不同的效率，所述控制方法包括根據整流模塊的效率從高到低為其設置優先級，並根據負載控制需要數量的整流模塊工作，並控制剩餘整流模塊休眠。
2.根據權利要求1所述的高低效率整流模塊電源系統的控制方法，其特徵在於，所述 根據負載控制需要數量的整流模塊工作包括S1、控制高優先級的整流模塊作為當前優先級的整流模塊先投入工作，轉步驟S2；S2、判斷所述當前優先級的整流模塊數是否滿足負載，是則根據負載選擇需要數量的 當前優先級的整流模塊工作，否則控制當前優先級的整流模塊全部投入工作並轉步驟S3 ；S3、將所述當前優先級的下一級整流模塊作為當前優先級的整流模塊，轉步驟S2。
3.根據權利要求1所述的高低效率整流模塊電源系統的控制方法，其特徵在於，所述 控制方法還包括輪轉工作操作根據整流模塊工作時間，選擇與工作的所述整流模塊同一 優先級的整流模塊定期輪轉工作。
4.根據權利要求1所述的高低效率整流模塊電源系統的控制方法，其特徵在於，所述 控制方法還包括烘乾操作定期控制休眠的整流模塊工作預定時間。
5.一種高低效率整流模塊電源系統，其特徵在於，所述電源系統包括控制模塊以及 與之相連的多個整流模塊，所述多個整流模塊至少具有兩種不同的效率，所述控制模塊用 於根據整流模塊的效率從高到低為其設置優先級，並根據負載控制需要數量的整流模塊工 作，以及控制剩餘整流模塊休眠。
6.根據權利要求5所述的高低效率整流模塊電源系統，其特徵在於，所述控制模塊包括控制單元，用於控制高優先級的整流模塊作為當前優先級的整流模塊先投入工作；判斷選擇單元，用於判斷所述當前優先級的整流模塊數是否滿足負載，是則根據負載 選擇需要數量的當前優先級的整流模塊工作，否則通知控制單元控制當前優先級的整流模 塊全部投入工作並調用調整單元；所述調整單元，用於將所述當前優先級的下一級整流模塊調整為當前優先級的整流模 塊，並調用所述判斷選擇單元執行判斷步驟。
7.根據權利要求5所述的高低效率整流模塊電源系統，其特徵在於，所述控制模塊還 執行輪轉工作操作根據整流模塊工作時間，選擇與工作的所述整流模塊同一優先級的整 流模塊定期輪轉工作。
8.根據權利要求5所述的高低效率整流模塊電源系統，其特徵在於，所述控制模塊還 執行烘乾操作控制休眠的整流模塊工作預定時間。
9.一種高低效率整流模塊電源系統，其特徵在於，所述電源系統包括控制模塊以及 與之相連的至少一個第一效率整流模塊和至少一個第二效率整流模塊，所述第一效率整流 模塊的工作效率高於所述第二效率整流模塊，所述控制模塊用於根據負載控制所述第一效 率整流模塊和第二效率整流模塊工作。
10.根據權利要求9所述的高低效率整流模塊電源系統，其特徵在於，所述控制模塊包 括控制單元和判斷選擇單元所述判斷選擇單元根據負載判斷第一效率整流模塊是否滿足負載，是則通知控制單元根據負載選擇需要數量的第一效率整流模塊工作，否則通知控制單元根據負載選擇需要數 量的第二效率整流模塊投入工作。
11.根據權利要求9所述的高低效率整流模塊電源系統，其特徵在於，所述第一效率整 流模塊為1個效率範圍在96-98%的50A整流模塊，所述第二效率整流模塊為3個效率範圍 在92-94%的50A整流模塊。
全文摘要
本發明涉及一種高低效率整流模塊電源系統的控制方法，所述電源系統包括兩個以上整流模塊，所述兩個以上整流模塊至少具有兩種不同的效率，所述控制方法包括根據整流模塊的效率從高到低為其設置優先級，並根據負載控制需要數量的整流模塊工作，並控制剩餘整流模塊休眠。本發明還相應提供了一種高低效率整流模塊電源系統。本發明通過將高效率整流模塊與低效率整流模塊相結合，並控制高效率整流模塊優先工作，低效率整流模塊休眠來提高系統效率並控制系統成本。
文檔編號H02M7/02GK101800480SQ20101013288
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月23日 優先權日2010年3月23日
發明者楊靖, 王渭渭, 胡龍文 申請人:艾默生網絡能源有限公司