專利名稱：電子模塊不斷電電源供應(yīng)電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明相關(guān)于包括電容式能量儲存的電子模塊的不斷電電源供應(yīng)電路及方法，特別是用于在計算機(jī)系統(tǒng)中的用途。
背景技術(shù)：
在計算機(jī)系統(tǒng)中，能量供應(yīng)的非想望中斷，即使其是在幾毫秒的范圍，通常即足以對計算機(jī)系統(tǒng)的功能造成損害，在計算機(jī)系統(tǒng)的例子中，為了實(shí)現(xiàn)避免重要計算機(jī)數(shù)據(jù)遺失的受控關(guān)閉程序，其必須在不斷電電源供應(yīng)的幫助下橋接針對適當(dāng)關(guān)閉計算機(jī)系統(tǒng)所需期間的常規(guī)能量供應(yīng)的故障，在此橋接時間內(nèi)，計算機(jī)系統(tǒng)可接著關(guān)閉打開的檔案，例如，具敏感性的數(shù)據(jù)庫，并儲存重要計算機(jī)數(shù)據(jù)在非揮發(fā)性只讀存儲器中。特別地是，不斷電電源供應(yīng)例如亦被用于通常包括將可充電電池作為能量儲存的計算機(jī)系統(tǒng)，然而，此類充電電池具有高充電時間，再者，在充電電池的情況下電流強(qiáng)度是受限的，對計算機(jī)系統(tǒng)而言，特別是用于自動化技術(shù)者，較佳地是將不斷電電源供應(yīng)設(shè)計為插入式卡，或是作為計算機(jī)主機(jī)板的一部份，然而，作為能量儲存的充電電池卻有高空間需求，因而使得將具有充電電池的不斷電電源供應(yīng)與計算機(jī)系統(tǒng)整合產(chǎn)生困難。既然在計算機(jī)系統(tǒng)的例子中，一般而言僅數(shù)秒的常規(guī)能量供應(yīng)中斷需要進(jìn)行橋接，因為此保持時間對計算機(jī)系統(tǒng)的受控關(guān)閉而言通常是足夠的，因此，可在短時間內(nèi)獲得高電流強(qiáng)度且以所需空間小為特征的電容式能量儲存漸增地受到使用，所謂的雙層電容器(具有高效率以及長使用期限)是適合用于不斷電電源供應(yīng)中的電容式能量儲存。具有電容式能量儲存的不斷電電源供應(yīng)(主要是被使用于計算機(jī)系統(tǒng)中時)的一個重要需求是快速的起始，以在常規(guī)能量供應(yīng)若是崩潰時，可靠地確保受控的關(guān)閉或重要計算機(jī)數(shù)據(jù)的儲存，當(dāng)使用電容式能量儲存時，其通常需要使不斷電電源供應(yīng)的儲存組件的電壓規(guī)格適應(yīng)計算機(jī)的供應(yīng)電壓，再者，當(dāng)使用電容式能量儲存時，其必須確認(rèn)個別組件的充電或放電的統(tǒng)一發(fā)生，以避免對于電容式能量儲存的損害或破壞，再者，不斷電電源供應(yīng)，特別是當(dāng)其被用于計算機(jī)系統(tǒng)中時，必須被設(shè)計為讓錯誤的充電或放電程序以及有缺陷的電容式能量儲存能夠可靠地被發(fā)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種藉由電容式能量儲存幫助的電子模塊不斷電電源供應(yīng)電路以及方法，其能夠以簡單方式適應(yīng)將被供以能量的所連接主要系統(tǒng)的供應(yīng)電壓、所需保持時間以及通信協(xié)議，以及確保對于常規(guī)能量供應(yīng)中斷的可靠及快速反應(yīng)橋接。此目的是依據(jù)本發(fā)明并藉由根據(jù)權(quán)利要求I的電路、根據(jù)權(quán)利要求11的主機(jī)板以及根據(jù)權(quán)利要求12的方法而達(dá)成，較佳的發(fā)展詳述于附屬權(quán)利要求中。根據(jù)本發(fā)明，用于不斷電電源供應(yīng)的電路包括電容式能量儲存，該電路連接在能量供應(yīng)以及負(fù)載之間，在此情形下，能量供應(yīng)以及電容式能量儲存被連接至轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)被設(shè)計為若第一預(yù)定電壓降在電壓經(jīng)由能量供應(yīng)而進(jìn)行施加時發(fā)生，則從經(jīng)由能量供應(yīng)而對負(fù)載供應(yīng)能量轉(zhuǎn)換為由電容式能量儲存對負(fù)載供應(yīng)能量。不斷電電源供應(yīng)電路進(jìn)一步包括充電裝置，其連接于能量供應(yīng)以及電容式能量儲存之間，并用于充電電容式能量儲存，該充電裝置連接至充電控制裝置，以監(jiān)控電容式能量儲存并在故障被確定時關(guān)閉充電裝置，再者，電壓監(jiān)控裝置被配置在不斷電電源供應(yīng)電路之中，若第二預(yù)定電壓降于電壓經(jīng)由能量供應(yīng)而進(jìn)行施加時發(fā)生，且第二預(yù)定電壓降少于第一預(yù)定電壓降時，該電壓監(jiān)控裝置輸出故障訊號，在電壓監(jiān)控裝置的故障訊號的基礎(chǔ)上，連接至電容式能量儲存的放電裝置接著藉由對電容式能量儲存進(jìn)行放電而使得轉(zhuǎn)換開關(guān)可獲得供應(yīng)負(fù)載所需的能量。根據(jù)本發(fā)明的不斷電電源供應(yīng)電路以及此電源供應(yīng)進(jìn)行操作的方式使得電路的使用具有彈性，以及可藉由在電路系統(tǒng) 或設(shè)備中的些微變化而執(zhí)行對于不同輸入以及外部通信的供應(yīng)電壓、所需保持時間期間以及不同協(xié)議的適應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明，電容式能量儲存的能量為轉(zhuǎn)換開關(guān)所可得，轉(zhuǎn)換開關(guān)在經(jīng)由能量供應(yīng)所施加的電壓若下降第一預(yù)定數(shù)值時，從經(jīng)由能量供應(yīng)對負(fù)載供應(yīng)能量轉(zhuǎn)換為由電容式能量儲存對負(fù)載供應(yīng)能量，而若是早在前端的時候能量供應(yīng)的電壓下降至低于比第一數(shù)值小的第二數(shù)值，如此的結(jié)果是，不斷電電源供應(yīng)的反應(yīng)速度顯著的縮短，以及在常規(guī)能量供應(yīng)崩潰之后，對于能量供應(yīng)的橋接可立即并且沒有波動地進(jìn)行提供，這是因為不斷電電源供應(yīng)的電容式能量儲存的能量已經(jīng)在轉(zhuǎn)換的時間點(diǎn)出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換開關(guān)，而非僅在轉(zhuǎn)換后才由電容式能量儲存獲得，其可能導(dǎo)致延遲以及因此在轉(zhuǎn)換期間能量供應(yīng)中所不想要的波動。根據(jù)本發(fā)明的不斷電電源供應(yīng)電路進(jìn)一步的特征在于小空間需求以及因此與電源供應(yīng)單元及主處理器一起直接整合在主機(jī)板上的可能性，根據(jù)本發(fā)明之電容式能量儲存的充電以及放電程序的控制的結(jié)果是，特別是藉由對電容式能量儲存的電壓評估而對充電程序的不間斷監(jiān)控的結(jié)果是，可為電容式能量儲存提供可靠的運(yùn)作以及長使用期限。根據(jù)一較佳實(shí)施例，電容式能量儲存是由多個蓄電池所構(gòu)成，其中，用于使充電一致的補(bǔ)償電路被連接于所述蓄電池的上游，以及充電控制裝置會比較個別蓄電池的電壓，以在過大偏差被確認(rèn)時關(guān)閉該充電裝置，此程序確保了相同的電壓被施加至所有的電容式儲存組件，以及因此，儲存組件被充電至其全容量，在此情形下，充電程序受到監(jiān)控，且在個別電容式儲存組件的電壓發(fā)生大偏移時被關(guān)閉，因而可以避免對于電容式儲存組件的損害。根據(jù)更進(jìn)一步的較佳實(shí)施例，充電控制裝置被設(shè)計為使得個別的蓄電池可被開啟或關(guān)閉，如此的結(jié)果是，例如，當(dāng)損害已在此發(fā)生時，交換電容式儲存組件的可能性，在操作期間或者利用另外的儲存組件更新不斷電電源供應(yīng)，進(jìn)而增加儲存容量以及因此增加保持時間。根據(jù)更進(jìn)一步的較佳實(shí)施例，充電控制裝置被設(shè)計為，其藉由比較電容式能量儲存的電壓以及充電控制裝置的供應(yīng)電壓而連續(xù)地監(jiān)控不斷電電源供應(yīng)的電容式能量儲存的總充電狀態(tài)，不斷電電源供應(yīng)可因此連續(xù)地輸出有關(guān)儲存組件的狀態(tài)的信息、或有關(guān)保持時間期間的信息，比較電容式儲存組件的電壓以及充電控制裝置的供應(yīng)電壓作為參考電壓的程序提供簡單以及可靠的評估。根據(jù)更進(jìn)一步的較佳實(shí)施例，充電裝置具有電流及電壓限制器，以及較佳地，亦為電源消耗限制器，此確保了緩和的充電程序以及因此電容式能量儲存的長使用期限，再者，電源消耗的限制可靠地保護(hù)能量供應(yīng)不受過度負(fù)載影響，以及因此保護(hù)連接于下游的負(fù)載不受能量供應(yīng)中不想要的波動的影響。根據(jù)更進(jìn)一步的較佳實(shí)施例，充電裝置具有阻斷裝置，用于阻止能量反饋進(jìn)入能量供應(yīng)，如此的結(jié)果是，由于來自電容式能量儲存的能量反饋進(jìn)入能量供應(yīng)的結(jié)果所造成的充電遺失受到阻止的關(guān)系，可達(dá)成加速的充電程序。根據(jù)更進(jìn)一步的較佳實(shí)施例，放電裝置被實(shí)現(xiàn)為電壓轉(zhuǎn)換器，用于使電容式能量儲存所供應(yīng)的電壓適應(yīng)為負(fù)載的供應(yīng)電壓，此使得不斷電電源供應(yīng)可簡單且快速地適應(yīng)連接于下游的負(fù)載的所需供應(yīng)電壓，再者，較佳地是，放電裝置在正常操作時處于待機(jī)模式或關(guān)閉模式，而當(dāng)電壓監(jiān)控裝置施加故障訊號時，也就是說，若經(jīng)由能量供應(yīng)而施加的電壓下降了小于轉(zhuǎn)換開關(guān)的臨界值的第一數(shù)值時，其切換至活動模式，此電路設(shè)計確保了放電裝置對于常規(guī)能量供應(yīng)的中斷的快速反應(yīng)，以及因此電容式能量儲存的能量對轉(zhuǎn)換開關(guān)的快速施加，再者，待機(jī)模式或關(guān)閉模式確保了在正常操作時，伴隨著運(yùn)作中的常規(guī)能量供應(yīng)，僅少量的能量會從電容式能量儲存流走，藉此而可阻止過早的放電，以及因此避免因不必要的充電程序而增加的電源需求，同時，因為電容式能量儲存的儲存容量通常在特定次數(shù)的充電以及放電程序后減少，因而亦可達(dá)成電容式能量儲存的使用期限的增長。根據(jù)更進(jìn)一步的較佳實(shí)施例，轉(zhuǎn)換開關(guān)具有阻斷裝置，用于阻止來自電容式能量儲存的能量反饋進(jìn)入能量供應(yīng)，藉此可阻止電容式能量儲存的快速放電。


本發(fā)明于接下來參考所附圖式而有更詳細(xì)的解釋，其中圖I :顯示根據(jù)本發(fā)明的不斷電電源供應(yīng)的方塊圖；以及圖2 :顯示用于監(jiān)控電容式儲存組件或其充電裝置的充電控制裝置的流程圖。
具體實(shí)施例方式不斷電電源供應(yīng)被用來在電力網(wǎng)(electrical power grid)中出現(xiàn)擾亂的情形下確保對于關(guān)鍵電負(fù)載的能量供應(yīng)，因此，例如，在計算機(jī)系統(tǒng)的例子中，特別是對于控制自動技術(shù)脈絡(luò)中的機(jī)器以及安裝者，提供不斷電電源供應(yīng)以避免當(dāng)電源供應(yīng)出現(xiàn)中斷時的數(shù)據(jù)遺失，在計算機(jī)系統(tǒng)中，即使是毫秒范圍的電源故障都可以導(dǎo)致計算機(jī)系統(tǒng)的崩潰，若是發(fā)生電源故障時，為了給計算機(jī)系統(tǒng)足夠的時間來進(jìn)行受控的關(guān)閉，進(jìn)而重要計算機(jī)數(shù)據(jù)可被儲存在非揮發(fā)性只讀存儲器中，能量供應(yīng)在不斷電電源供應(yīng)的幫助下而以沒有波動的方式進(jìn)行維持。根據(jù)本發(fā)明的不斷電電源供應(yīng)將以使用于計算機(jī)系統(tǒng)中的例子作為基礎(chǔ)而進(jìn)行解釋，以及在此例子中作為包括主處理器的主機(jī)板的一部份，在如計算機(jī)系統(tǒng)中的受控關(guān)閉所需的橋接時間，通常是屬于秒的范圍，因而使得根據(jù)本發(fā)明的不斷電電源供應(yīng)被設(shè)計為具有相對應(yīng)的保持時間，然而，作為替代計算機(jī)系統(tǒng)，也有可能將根據(jù)本發(fā)明的不斷電電源供應(yīng)使用于連接在下游、需要較長或較短的保持時間的其它負(fù)載。圖I顯示主機(jī)板1，其配備有電源供應(yīng)單元2，主處理器3，內(nèi)存4，以及不斷電電源供應(yīng)5，在此例子中，電源供應(yīng)單元2經(jīng)由供應(yīng)線6而供應(yīng)主處理器3能量，而不斷電電源供應(yīng)5即介于其間，顯示在圖I中的不斷電電源供應(yīng)5被設(shè)計為在電源供應(yīng)單元2的常規(guī)電壓供應(yīng)故障后，使連接在下游的主處理器3繼續(xù)幾秒的短時間，以讓主處理器3能夠以受控、的方式關(guān)閉，以及在此情形下，例如，從揮發(fā)性工作內(nèi)存將重要的處理器資料儲存至非揮發(fā)性內(nèi)存4，更進(jìn)一步的組件，例如，BIOS芯片，接口零件，以及擴(kuò)充卡，例如，顯示卡，聲卡，或網(wǎng)絡(luò)卡，可以設(shè)置在主機(jī)板I上，這些更進(jìn)一步的組件通常是以類似于主處理器3的方式經(jīng)由不斷電電源供應(yīng)5而被連接至電源供應(yīng)單元2以供以能量，然而，亦有可能的是，若更進(jìn)一步的組件并非是其能量供應(yīng)在電力網(wǎng)中若發(fā)生擾亂時須確保為無波動的關(guān)鍵負(fù)載，則該等零件被直接連接至電源供應(yīng)單元2時會繞過不斷電電源供應(yīng)。作為替代，電源供應(yīng)單元2亦可以具體實(shí)現(xiàn)為分開的零件，以取代設(shè)置在主機(jī)板I上，在計算機(jī)的例子中 ，電源供應(yīng)單元2的電源通常是介于200W以及600W之間，但亦可以根據(jù)需求而顯著的更高，電源供應(yīng)單元2可更進(jìn)一步地設(shè)計為使其可以利用不同的電壓進(jìn)行操作，在此情形下，不同電壓間的轉(zhuǎn)換則是能夠手動或自動地實(shí)現(xiàn)，因此，計算機(jī)電源供應(yīng)單元可以，例如，藉由100V到250V間的電源供應(yīng)AC電壓，或是例如，藉由24V的DC電壓而進(jìn)行操作，再者，電源供應(yīng)單元2通常被設(shè)計為AC/DC轉(zhuǎn)換器，并且可以供應(yīng)不同的輸出電壓，例如，用于顯示卡以及驅(qū)動的12V，用于主處理器以及外部連接的5V，以及用于內(nèi)存的 3. 3V。不斷電電源供應(yīng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)51被配置于電源供應(yīng)單元2以及下游供應(yīng)關(guān)鍵負(fù)載(在圖I中為主處理器3)間的供應(yīng)線6上，轉(zhuǎn)換開關(guān)51具有電源開關(guān)512，其在正常操作時，即電源供應(yīng)單元2的電源供應(yīng)無擾亂的情形，會將電源供應(yīng)單元的電源切換至下游主處理器3，然而，若在供應(yīng)線6上的主處理器3來自電源供應(yīng)單元2的所需供應(yīng)電壓下降至低于預(yù)定臨界值時，轉(zhuǎn)換開關(guān)51轉(zhuǎn)換為由不斷電電源供應(yīng)5來對主處理器3供應(yīng)能量。為了這個目的，轉(zhuǎn)換開關(guān)51具有比較器512，其取樣供應(yīng)線6上來自電源供應(yīng)單元2的電壓，并與所儲存的臨界值進(jìn)行比較，并且當(dāng)供應(yīng)電壓下降至低于臨界值時，觸發(fā)相對應(yīng)的故障訊號，其接著造成轉(zhuǎn)換開關(guān)51中的電源開關(guān)511從由電源供應(yīng)單元2供應(yīng)能量轉(zhuǎn)換為由不斷電電源供應(yīng)5供應(yīng)能量，在此情形下，在轉(zhuǎn)換開關(guān)51中的比較器512被設(shè)計為，只要由電源供應(yīng)單元2所供應(yīng)的供應(yīng)電壓再次超過預(yù)定臨界值，其就會從由不斷電電源供應(yīng)5供應(yīng)主處理器3能量切換回由電源供應(yīng)單元2供應(yīng)能量。再者，轉(zhuǎn)換開關(guān)51具有阻斷裝置513，其阻止來自不斷電電源供應(yīng)5的能量供給進(jìn)入電源供應(yīng)單元2以及因此進(jìn)入電力網(wǎng)，轉(zhuǎn)換開關(guān)51的此抗反饋設(shè)計確保了在經(jīng)由不斷電電源供應(yīng)的負(fù)載供應(yīng)期間的電源遺失的避免，再者，在轉(zhuǎn)換開關(guān)51中的電源開關(guān)511會產(chǎn)生狀態(tài)訊號，以經(jīng)由數(shù)據(jù)接口 514而對所連接的負(fù)載(在圖I中為主處理器3)指示，所實(shí)現(xiàn)的能量供應(yīng)是經(jīng)由電源供應(yīng)單元2或是藉由不斷電電源供應(yīng)5。不斷電電源供應(yīng)5的中心零件為電容式能量儲存52，電容式能量儲存的特征是藉由小量自行放電而在沒有化學(xué)轉(zhuǎn)換程序下的能量儲存，如此的結(jié)果是，可以達(dá)成高效率以及長使用期限，電容式能量儲存52較佳地是由電容式蓄電池521的結(jié)合所構(gòu)成，在此情形下，首先，特征為小空間需求、長使用期限、以及小量自行放電的所謂雙層電容器即適合作為電容式蓄電池，透過電容式蓄電池521以串聯(lián)及/或并聯(lián)電路形式的適當(dāng)相互連接，正如在圖I中所示意闡明，就有可能設(shè)定所欲的電源參數(shù)，特別是保持時間以及電源輸出，也因此有可能將保持時間設(shè)定在數(shù)秒之間，例如，一般而言足以讓不斷電電源供應(yīng)對如在圖I中所顯示的主處理器3的電源故障進(jìn)行橋接的時間，以使得該主處理器可以受控的方式關(guān)閉，以及在數(shù)十分鐘間，以確保，例如，在自動系統(tǒng)中的關(guān)鍵電負(fù)載的供應(yīng)。
補(bǔ)償電路522被連接在電容式蓄電池521的結(jié)合的上游，該補(bǔ)償電路提供電容式蓄電池521—致的充電，也就是說，確保在充電期間，是相同的電壓被施加至所有的電容式蓄電池521，以使得能夠完全地充電電容式蓄電池，當(dāng)不同的充電電壓被施加至電容式蓄電池521時，就會有個別蓄電池被過度充電的風(fēng)險，其則會導(dǎo)致該蓄電池的破壞，在此情形下，補(bǔ)償電路522被設(shè)計為對通常由生產(chǎn)所掌控之方式而稍微不同的蓄電池521內(nèi)部阻抗進(jìn)行補(bǔ)償，以在個別的蓄電池提供相同的充電電壓。再者，電容式能量儲存52具有交換裝置523，此后亦稱之為熱抽換電路，其在能量供應(yīng)是經(jīng)由電源供應(yīng)單元而實(shí)現(xiàn)時，讓在不斷電電源供應(yīng)的正常操作期間改變或開啟或關(guān)閉個別電容式蓄電池521成為可能，因此，熱抽換電路523特別適合用于具有并聯(lián)蓄電池的電容式能量儲存52中，藉由熱抽換電路523，個別的蓄電池分支可接著被斷開或加入，因此，熱抽換電路523使得即使是在操作期間(例如，若不斷電電源供應(yīng)被使用在如控制計算機(jī)的自動系統(tǒng)的脈絡(luò)中)也可以讓交換故障電容式蓄電池成為可能，或者使不斷電電源供應(yīng)能夠有彈性地適應(yīng)已改變的使用條件，例如，增長的保持時間。用來經(jīng)由電源供應(yīng)單元2而對能量儲存52的電容式蓄電池進(jìn)行充電的充電裝置53被連接在不斷電電源供應(yīng)中的電容式能量儲存52的上游，充電裝置53較佳地是一抗反饋電壓及電流調(diào)節(jié)器，其可將電源供應(yīng)單元2的供應(yīng)電壓調(diào)適為電容式蓄電池521的充電電壓，在此情形下，如果電源供應(yīng)單元2的供應(yīng)電壓必須要上升以對電容式蓄電池521進(jìn)行充電時，電壓及電流調(diào)節(jié)器53被設(shè)計為所謂的升壓調(diào)節(jié)器，當(dāng)電源供應(yīng)單元2的供應(yīng)電壓高于電容式蓄電池521的充電電壓時則作為降壓調(diào)節(jié)器，或是若電源供應(yīng)單元2的供應(yīng)電壓可以大于或少于電容式蓄電池521的充電電壓時，則作為單端初級電感轉(zhuǎn)換器(Sepicconverter)。利用充電裝置53的幫助而使供應(yīng)電壓成為電容式能量儲存的充電電壓的電壓適應(yīng)的結(jié)果是，不斷電電源供應(yīng)可具彈性且簡單地利用能量供應(yīng)的不同供應(yīng)電壓而進(jìn)行操作。充電裝置53的抗反饋設(shè)計是利用阻斷裝置531來達(dá)成，其阻止來自電容式能量儲存52的能量流回電源供應(yīng)單元2或能量供應(yīng)，再者，充電裝置53具有電壓及電流限制器532，以確保電容式能量儲存52的緩和充電程序，因而達(dá)成電容式能量儲存的增長使用期限，再者，較佳地是，亦在充電裝置53中提供電源消耗限制器533，該電源消耗限制器保護(hù)電源供應(yīng)單元2免于過度負(fù)載，以及因此保護(hù)連接在下游的負(fù)載免于能量供應(yīng)中的不穩(wěn)定。再者，放電裝置54被設(shè)置在電容式能量儲存52以及轉(zhuǎn)換開關(guān)51之間，該放電裝置依次被設(shè)計為升壓、降壓或Speci致能電壓轉(zhuǎn)換器，其取決于連接于下游的負(fù)載(在圖I中的主處理器3，若負(fù)載經(jīng)由不斷電電源供應(yīng)進(jìn)行供應(yīng))的供應(yīng)電壓是高于或低于電容式能量儲存所供應(yīng)的電壓，或者電容式能量儲存所供應(yīng)的電壓是大于或少于負(fù)載的供應(yīng)電壓。在從經(jīng)由電源供應(yīng)單元2的能量供應(yīng)轉(zhuǎn)換為不斷電電源供應(yīng)5后，放電裝置54將電容式能量儲存52所供應(yīng)的電壓施加至轉(zhuǎn)換開關(guān)51的電源開關(guān)511 (開關(guān)接著會轉(zhuǎn)換該電壓)，通過到達(dá)下游負(fù)載，以及因此供應(yīng)負(fù)載能量，直到電容式能量儲存52被放電為止，在此情形下，放電裝置54被設(shè)計為，在正常操作下，若負(fù)載是由電源供應(yīng)單元2所供應(yīng)以及不斷電電源供應(yīng)5未活化時，使放電裝置54被關(guān)閉或處于待機(jī)狀態(tài)，此達(dá)成了放電裝置54、在正常操作時從電容式能量儲存52汲取盡可能小能量的效果，因此，就可以避免對于電容式能量儲存的不想要的持續(xù)重新充電，其提供了電容式能量儲存52較長的使用期限，因為電容式能量儲存通常僅能承受有限數(shù)量的充電以及放電循環(huán)。為了達(dá)成不斷電電源供應(yīng)對于經(jīng)由電源供應(yīng)單元2的常規(guī)能量供應(yīng)的崩潰的高反應(yīng)速度，正如特別是在用來橋接主處理器3能量供應(yīng)的例子中所需要的一樣，即使是電壓供應(yīng)中的小量波動亦可能導(dǎo)致崩潰以及因此數(shù)據(jù)遺失，因此提供了電壓監(jiān)控裝置55，其永久地監(jiān)控在供應(yīng)線6上或是在電源供應(yīng)單元2中的電壓，在此情形下，電壓監(jiān)控裝置55通常直接在電源供應(yīng)單元2上游的能量供應(yīng)處對所施加的供應(yīng)電壓進(jìn)行分流，然而，若供應(yīng)電壓為在電源供應(yīng)單元2中被轉(zhuǎn)換為DC電壓的AC電壓，則供應(yīng)電壓是在電源供應(yīng)單元2的下游處被監(jiān)控，若沒有電源供應(yīng)單元出現(xiàn)，以及下流負(fù)載的供應(yīng)電壓是由外部供應(yīng)，則供應(yīng)電壓是在供應(yīng)點(diǎn)處進(jìn)行測量。
電壓監(jiān)控裝置55具有比較器551，其將所測量的供應(yīng)電壓與臨界值進(jìn)行比較，并且在電壓值下降至低于該臨界值時觸發(fā)故障訊號，就所欲數(shù)值而言，此第二臨界值相對于轉(zhuǎn)換開關(guān)51所預(yù)定的第一臨界值具有較小的差異，因而使得電壓監(jiān)控裝置55在轉(zhuǎn)換開關(guān)51由電源供應(yīng)單元所供應(yīng)的供應(yīng)電壓轉(zhuǎn)換至不斷電電源供應(yīng)之前即訊號通知常規(guī)能量供應(yīng)中的故障。作為臨界值比較的一個替代，電壓監(jiān)控裝置55的比較器551亦可以被設(shè)計為，如果在供應(yīng)電壓中的下降被確定時，觸發(fā)故障訊號，其中，電壓監(jiān)控裝置55在供應(yīng)電壓中的下降(由轉(zhuǎn)換開關(guān)所確認(rèn))導(dǎo)致從正常能量供應(yīng)至不斷電電源供應(yīng)的轉(zhuǎn)換程序之前就已經(jīng)發(fā)送了故障訊號。
電壓監(jiān)控裝置55將故障訊號施加至放電裝置54，隨后放電裝置即經(jīng)歷從關(guān)閉或待機(jī)模式至活動模式的過渡，并且，立即將電容式能量儲存52所供應(yīng)的電壓施加至轉(zhuǎn)換開關(guān)51，此程序確保了不斷電電源供應(yīng)的電容式能量儲存52的電壓在從常規(guī)能量供應(yīng)至不斷電電源供應(yīng)的真實(shí)轉(zhuǎn)換程序之前即已經(jīng)出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換開關(guān)處，以及因此，就可以確保在轉(zhuǎn)換期間的無波動過渡，其接著為下游負(fù)載提供了可靠的能量供應(yīng)。再者，不斷電電源供應(yīng)具有狀態(tài)監(jiān)控裝置56，較佳地是連接至電壓監(jiān)控裝置55的微控制器，若在正常能量供應(yīng)中的擾亂已被確定時，電壓監(jiān)控裝置55將故障訊號傳送至狀態(tài)監(jiān)控裝置56，狀態(tài)監(jiān)控裝置56作為不斷電電源供應(yīng)的外部通信，以及為了此目的(如在圖I中所示)而具有相對應(yīng)的數(shù)據(jù)接口 561以用于外部分流，然而，特別地是，狀態(tài)監(jiān)控裝置56將不斷電電源供應(yīng)連接至下游負(fù)載(在此為主處理器3)，以使得能夠提早以訊號通知負(fù)載常規(guī)能量供應(yīng)中即將發(fā)生的崩潰，再者，狀態(tài)監(jiān)控裝置56可具有更進(jìn)一步的功能，例如，總操作時間的計數(shù)器，操作時間的計數(shù)器，溫度測量裝置等，以實(shí)現(xiàn)對于不斷電電源供應(yīng)的功能性監(jiān)控，特別地是，也有可能將狀態(tài)監(jiān)控裝置56設(shè)計為，在不斷電電源供應(yīng)為活動的情形下，使得環(huán)境變量(例如主機(jī)板上的操作溫度)被決定以為了接著讓這些數(shù)據(jù)對經(jīng)由內(nèi)存中的外接接口的接續(xù)讀出而言為可得，以為了接著能夠由此確定例如常規(guī)能量供應(yīng)崩潰的原因。再者，狀態(tài)監(jiān)控裝置56可以被設(shè)計為，若來自電壓監(jiān)控裝置55的故障訊號出現(xiàn)時，經(jīng)由相對應(yīng)的控制裝置來根據(jù)設(shè)想的時間安排而關(guān)閉連接于下游的個別負(fù)載零件，以因此確保在不斷電電源供應(yīng)活化后，僅供應(yīng)關(guān)鍵負(fù)載會馬上受到供應(yīng)，進(jìn)而避免不斷電電源供應(yīng)的不必要負(fù)載，以及達(dá)成較長的保持時間，在不斷電電源供應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換前，及早訊號通知常規(guī)能量供應(yīng)的崩潰的結(jié)果是，主處理器3可以提早開始利用受控關(guān)閉拯救只讀存儲器4中重要數(shù)據(jù)，因而達(dá)成防范數(shù)據(jù)遺失的安全性增加。再者，不斷電電源供應(yīng)5具有連接至電容式能量儲存52以及充電裝置33的充電控制裝置57，充電控制裝置57，較佳地為微控制器，被設(shè)計來藉由評估電容式能量儲存的電壓而監(jiān)控電容式能量儲存52的充電狀態(tài)，以及當(dāng)故障被確定時關(guān)閉充電裝置53，若在此情形下的充電控制裝置57在電容式能量儲存52的蓄電池521處注意到了電壓降時，也就是說，在該蓄電池的電壓下降至 低于其它蓄電池處的電壓以及出現(xiàn)在個別蓄電池521處的電壓不平衡因此發(fā)生時，充電控制裝置57確保經(jīng)由充電裝置53的進(jìn)一步充電程序的結(jié)束，以避免其它蓄電池受到過度充電的破壞。再者，充電控制裝置57被連接至狀態(tài)監(jiān)控裝置56，以連續(xù)地傳送有關(guān)電容式能量儲存52以及因此其蓄電池的狀態(tài)信息，以及在此情形下，特別是有關(guān)蓄電池521的充電狀態(tài)的信息，至狀態(tài)監(jiān)控裝置56，接著，狀態(tài)監(jiān)控裝置56可以依次將充電控制裝置57所傳送的信息訊號發(fā)送至，例如，主處理器，以讓主處理器擁有有關(guān)不斷電電源供應(yīng)的功能性或效能的最新信息，因而使得主處理器于接下來能夠據(jù)此而進(jìn)行反應(yīng)。充電控制裝置57可同時執(zhí)行電容式能量儲存52的個別蓄電池521之間的電壓或充電電容差異測量，以確認(rèn)是否所有的蓄電池皆正確地運(yùn)作，或是哪一個蓄電池發(fā)生錯誤，以及實(shí)行決定電容式能量儲存52的總充電狀態(tài)的絕對測量，對該絕對測量而言，較佳地是使用充電控制裝置的供應(yīng)電壓(其由比較器571額外進(jìn)行監(jiān)控)做為參考，再者，充電控制裝置57被電壓監(jiān)控裝置55供以故障訊號，以接著關(guān)閉充電裝置53。再者，充電控制裝置57具有用于本質(zhì)保護(hù)的內(nèi)部監(jiān)控裝置572，在故障的情形下，假若充電控制裝置中發(fā)生功能性故障，內(nèi)部監(jiān)控裝置572重置充電控制裝置，以接著再次重新開始電容式能量儲存52的功能性監(jiān)控。圖2顯示充電控制裝置57所實(shí)行的功能性監(jiān)控的流程圖，在此情形中，監(jiān)控循環(huán)通常持續(xù)少于I毫秒，充電控制裝置57的內(nèi)部監(jiān)控裝置572被設(shè)計為，若正常產(chǎn)生的內(nèi)部訊號并未規(guī)律地在特定的時間(例如，20ms)內(nèi)被觸發(fā)時，即進(jìn)行充電控制裝置57的重置，如此的重置可以例如藉由充電控制裝置57的內(nèi)部軟件的崩潰或運(yùn)作失常而被觸發(fā)。在充電控制裝置的功能性監(jiān)控開始后，立即在第一步驟SI中定義初始狀態(tài)，此牽涉到定義測量回路的數(shù)量，在圖2所顯示的示范性實(shí)施例中i = 10，以及因此定義監(jiān)控循環(huán)的長度，再者，輸出電壓數(shù)值(M_0LD = 0)被定下來，以及假設(shè)常規(guī)能量供應(yīng)為正常操作(STATUS = 0)。在步驟S2中，充電控制裝置決定電容式能量儲存的總電壓M(i)以及個別蓄電池的電荷CS，接著，步驟S3涉及藉由差異計算的幫助而確認(rèn)個別蓄電池的已測量電荷是否大約相等或是落在預(yù)定的容許范圍TOL內(nèi)，若結(jié)果為“否”，在步驟S4，充電裝置被關(guān)閉，以及在步驟S5，較佳地是，蓄電池的功能性故障FAIL被訊號發(fā)送至狀態(tài)監(jiān)控裝置，接著，監(jiān)控結(jié)束于步驟S6。若差異計算的結(jié)果為“是”，則在步驟S7中決定常規(guī)能量供應(yīng)的狀態(tài)，為了這個目的，將電壓監(jiān)控裝置所供應(yīng)的以及用來發(fā)送常規(guī)電壓供應(yīng)的正常操作(S = 0)或崩潰(S=I)的訊號與儲存在充電裝置中的狀態(tài)數(shù)值進(jìn)行比較，若比較結(jié)果為“否”，在步驟S8，儲存在充電控制裝置中的狀態(tài)數(shù)值STATUS被設(shè)定為電壓監(jiān)控裝置所傳送的狀態(tài)數(shù)值，接著，步驟S9涉及檢查該狀態(tài)數(shù)值是否訊號發(fā)送了常規(guī)能量供應(yīng)的崩潰(STATUS = 1)，若結(jié)果為“是”，在步驟S10，較佳地是，故障訊號FAIL被發(fā)送至狀態(tài)監(jiān)控裝置，若結(jié)果為“否”，相反地，在步驟Sll中指示正常操作0K。在步驟SlO或步驟Sll之后，步驟S12涉及藉由充電控制裝置的比較器的幫助而檢查預(yù)定的供應(yīng)電壓VS是否存在，若常規(guī)能量供應(yīng)與在步驟S7中所預(yù)先儲存數(shù)值間的狀態(tài)比較結(jié)果指示為一致，則順序直接到達(dá)步驟S12，若充電控制裝置的供應(yīng)電壓VS并未具有所欲數(shù)值W，則在步驟S13中，此即藉由訊號FAIL而較佳地被發(fā)送至狀態(tài)監(jiān)控裝置，以及接著順序繼續(xù)至步驟S2。若充電控制裝置的所欲供應(yīng)電壓VS被確定，步驟S14涉及檢查預(yù)先儲存在充電控制裝置中的電壓數(shù)值M_0LD是否為0，也就是說是否為重置初始數(shù)值，若為“是”，則在步驟S15中，電壓數(shù)值1_00)被設(shè)定為在步驟S2中所測量的電壓數(shù)值M(i)，且接著順序繼續(xù)至步驟S2。若結(jié)果為“否”，也就是說，儲存在充電控制裝置中的電壓數(shù)值1_00)并未對應(yīng)于重置初始數(shù)值0，則步驟S16即涉及檢查測量回路的預(yù)定數(shù)量是否已經(jīng)用盡，也就是說，回路變量為0，若結(jié)果為“是”，在步驟S17中，回路變量i被減1，以及順序繼續(xù)至步驟S2。若測量回路的預(yù)定數(shù)量已用盡，也就是說，回路變量i為0，則步驟S18即涉及比較已儲存的電壓數(shù)值M_0LD是否對應(yīng)于當(dāng)前的已測量電壓數(shù)值M(i)，若比較結(jié)果為“是”，其表示電容式能量儲存并未改變，則回路變量i再次于步驟S19中被重置(i = 10)，以及新的監(jiān)控循環(huán)于步驟S2被起始。若比較結(jié)果為“否”，也就是說，當(dāng)前所測量電壓數(shù)值M (i)并未對應(yīng)于充電控制裝置的已儲存電壓數(shù)值M_0LD，則步驟S20即涉及檢查當(dāng)前的電壓數(shù)值M(i)是否大于已儲存的電壓數(shù)值M_0LD，若結(jié)果為“否”，步驟S21即涉及訊號發(fā)送較佳地至狀態(tài)監(jiān)控裝置，以使電容式能量儲存進(jìn)行放電，若結(jié)果為“是”，亦即，所測量的電壓數(shù)值落在已儲存電壓數(shù)值上方，則在步驟S22中即指示一充電程序。在步驟S21或步驟S22之后，在步驟S23中，充電控制裝置的已儲存電壓數(shù)值被設(shè)定為當(dāng)前測量的電壓數(shù)值，以及順序接著繼續(xù)至步驟S19，其中，測量回路的數(shù)量再次地被設(shè)定為10,也就是重置。藉由如參考圖2所闡明的充電控制裝置的功能監(jiān)控方案，就可以實(shí)現(xiàn)對于電容式能量儲存的簡單以及可靠監(jiān)控，藉由根據(jù)本發(fā)明的用于不斷電電源供應(yīng)的電路，以及藉由此電路所展現(xiàn)的操作，就可提供對于橋接用于負(fù)載的常規(guī)能量供應(yīng)中斷的可靠及快速反應(yīng)，在此情形下，電路可簡單且具彈性地適應(yīng)將被供以能量的已連接負(fù)載的供應(yīng)電壓、已設(shè)計保持時間以及通信協(xié)議。權(quán)利要求
1.一種不斷電電源供應(yīng)電路(5)，其能夠連接至一能量供應(yīng)(2)以及一負(fù)載(3)，并且包括 一電容式能量儲存(52)，連接至該能量供應(yīng)； 一轉(zhuǎn)換開關(guān)(51)，連接至該能量供應(yīng)以及該電容式能量儲存，該轉(zhuǎn)換開關(guān)被設(shè)計為，若一第一預(yù)定電壓降在一電壓經(jīng)由該能量供應(yīng)而進(jìn)行施加時發(fā)生，則從經(jīng)由該能量供應(yīng)對該負(fù)載供給能量轉(zhuǎn)換為由該電容式能量儲存對該負(fù)載供給能量； 一充電裝置(53)，連接于該能量供應(yīng)以及該電容式能量儲存之間，以及用于充電該電容式能量儲存； 一充電控制裝置(57)，連接至該電容式能量儲存以及該充電裝置，該充電控制裝置被設(shè)計為藉由評估該電容式能量儲存的一電壓而監(jiān)控該電容式能量儲存，以及當(dāng)一故障被確定時關(guān)閉該充電裝置； 一電壓監(jiān)控裝置(55)，連接至該能量供應(yīng)，以及若一第二預(yù)定電壓降于該電壓經(jīng)由該能量供應(yīng)而進(jìn)行施加時發(fā)生，則用于以一故障訊號的形式來決定以及訊號發(fā)送，該第二預(yù)定電壓降少于該第一預(yù)定電壓降；以及 一放電裝置(54)，連接于該電容式能量儲存以及該轉(zhuǎn)換開關(guān)之間，以及連接至該電壓監(jiān)控裝置，該放電裝置被設(shè)計為，當(dāng)該電壓監(jiān)控裝置的該故障訊號出現(xiàn)時，藉由對該電容式能量儲存進(jìn)行放電而使得該轉(zhuǎn)換開關(guān)可獲得供給該負(fù)載所需的能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中該電容式能量儲存(52)包括多個蓄電池(521)以及一補(bǔ)償電路(522)，該補(bǔ)償電路(522)連接于該充電裝置以及所述蓄電池之間，并用于對所述蓄電池進(jìn)行一致的充電，其中該充電控制裝置(57)比較個別儲存組件的電壓，以在一過大偏差被確認(rèn)時關(guān)閉該充電裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中一交換電路(523)被提供以用于開啟或關(guān)閉蓄電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3其中任一項所述的電路，其中該充電控制裝置(57)將該電容式能量儲存(52)的電壓與該充電控制裝置的一供應(yīng)電壓進(jìn)行比較，以決定該電容式能量儲存的充電狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4其中任一項所述的電路，其中該充電裝置(53)具有一電流及電壓限制器(532)，及/或一電源消耗限制器(533)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5其中任一項所述的電路，其中該充電裝置(53)具有一阻斷裝置(531)，用于阻止能量的一反饋進(jìn)入該能量供應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6其中任一項所述的電路，其中該放電裝置(54)被設(shè)計為一電壓轉(zhuǎn)換器，用于使該電容式能量儲存所供給的電壓適應(yīng)為該負(fù)載的該供給電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7其中任一項所述的電路，其中該放電裝置(54)被設(shè)計為，當(dāng)該電壓監(jiān)控裝置(55)的該故障訊號出現(xiàn)時，由一待機(jī)模式或關(guān)閉模式改變?yōu)橐换顒幽Ｊ健?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求I至8其中任一項所述的電路，其中該轉(zhuǎn)換開關(guān)(51)具有一阻斷裝置(513)，用于阻止來自該電容式能量儲存(52)的一能量的供給進(jìn)入該能量供應(yīng)(2)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9其中任一項所述的電路，包括一狀態(tài)監(jiān)控裝置(56)連接至該電壓監(jiān)控裝置(55)，該狀態(tài)監(jiān)控裝置被設(shè)計為，當(dāng)該電壓監(jiān)控裝置的該故障訊號出現(xiàn)時，關(guān)閉該負(fù)載的零件及/或提供有關(guān)該電路的信息。
11.一種主機(jī)板(1)，包括一電源供應(yīng)單元(2)，一主處理器(3)，以及根據(jù)權(quán)利要求I至10其中任一項所述、設(shè)置于該電源供應(yīng)單元以及該主處理器之間的一電路(5)。
12.—種用于一負(fù)載的不斷電電源供應(yīng)的方法， 其中，連接至一能量供應(yīng)(2)的一電容式能量儲存(52)被充電； 其中，該電 容式能量儲存的該充電是藉由對于該電容式能量儲存的一電壓的評估而受到監(jiān)控，并且當(dāng)一故障被確認(rèn)時被終止； 其中，若一第一預(yù)定電壓降在一電壓經(jīng)由該能量供應(yīng)而進(jìn)行施加時發(fā)生，則供給該負(fù)載所需的一能量是藉由該電容式能量儲存的放電而為可得；以及 其中，若一第二預(yù)定電壓降在該電壓經(jīng)由該能量供應(yīng)而進(jìn)行施加時發(fā)生，且該第二預(yù)定電壓降大于該第一預(yù)定電壓降時，則進(jìn)行從經(jīng)由該能量供應(yīng)對該負(fù)載供給能量至由該電容式能量儲存對該負(fù)載供給能量的轉(zhuǎn)換。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中該電容式能量儲存(52)包括多個蓄電池(521)，其中個別儲存組件的電壓于充電期間進(jìn)行比較，以在一過大偏差被確認(rèn)時關(guān)閉該充電程序。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中蓄電池(521)能夠被開啟或關(guān)閉。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14其中任一項所述的方法，其中，若該第一預(yù)定電壓降在經(jīng)由該能量供應(yīng)(2)而施加的該電壓中發(fā)生時，該負(fù)載的零件被關(guān)閉，及/或使有關(guān)來自該電容式能量儲存(52)的該能量供給的信息成為可得。
全文摘要
連接至能量供應(yīng)(2)的電容式能量累積器(52)被充電，以用于負(fù)載的不斷電電源供應(yīng)，電容式能量累積器的充電是藉由評估該電容式能量累積器的電壓而進(jìn)行監(jiān)控以及在偵測到錯誤后馬上中止，其中，若第一預(yù)定電壓降發(fā)生在經(jīng)由能量供應(yīng)所施加的電壓處時，供應(yīng)負(fù)載所需的能量是藉由對電容式能量累積器進(jìn)行放電而提供，以及其中，若第二預(yù)定電壓降發(fā)生在經(jīng)由能量供應(yīng)所施加的電壓處且超過第一預(yù)定電壓降時，經(jīng)由能量供應(yīng)而對負(fù)載的能量的供應(yīng)被切換為由來自電容式能量累積器的能量對負(fù)載進(jìn)行供應(yīng)。
文檔編號G06F1/30GK102741776SQ201080015751
公開日2012年10月17日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月6日
發(fā)明者A·托姆, H·倍福 申請人:德商倍福自動化有限公司