CN103701192A - 一种模块化ups ***及其供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化UPS***及其供电方法，该模块化UPS***包括多个功率模块、集中旁路模块和用于监控所述功率模块和集中旁路模块的监控模块，所述监控模块分别直接与所述多个功率模块和集中旁路模块通讯连接，而且，所述集中旁路模块包括：可控整流器，用于在所述集中旁路模块为负载供电时对旁路输入电压进行整流；用于接收用户热插拔信号的就绪开关；及处理器，用于在判断所述就绪开关的状态为未就绪时，封锁输出至所述可控整流器的驱动信号。实施本发明的技术方案，实现了集中旁路模块的在线热插拔功能，可避免集中旁路模块成为***的单点故障点，而且，在集中旁路模块因故障更换期间，可避免主旁共通情况的发生。

Description

一种模块化UPS ***及其供电方法

技术领域

本发明涉及不间断电源领域，尤其涉及一种模块化UPS***及其供电方法。 

背景技术

传统塔式UPS(uninterrupted power supply，不间断电源)***由于可靠性低、扩容和维护难，其运用受到一定的限制。随着科学技术的发展，借鉴高频开关电源***结构的设计理念，由功能模块组成的模块化UPS***应运而生。模块化UPS***以多模块并联为基础，实现了功率模块的在线热插拔。 

对UPS用户而言，模块化UPS的优越性主要体现在以下几个方面： 

1．可以实现多模块冗余，提高供电的可靠性。当采用多台UPS模块并联向负载供电时，即使某一台UPS出现了故障，只要及时将其从***中切除，仍然可以保证负载不间断供电，进一步提高供电***的可靠性。而且模块化UPS由于其功率模块具备热插拔功能，更换故障的UPS模块一般只需要几分钟，与传统的UPS相比，极大地减少了平均维修时间。 

2．初期投资小，可以方便实现扩容。模块化UPS由于采用了模块化配置技术，因此初期购置UPS***时，不需要按照终期用电容量进行建设，可以有效节省初期投资。后期，随着负载容量的逐步增多，模块化UPS可以很 方便通过增加功率模块实现扩容，而且在增加功率模块时，可以不停机，无需转旁路供电，无切换时间，能够有效地保证负载的供电质量。 

3．易于维护。由于功率模块具备热插拔功能，因此如果某一个UPS模块出现故障，维护人员可以在不中断负载供电以及确保人身安全的前提下，采用热插拔方式更换损坏的模块，这样维护将变得方便且低成本。 

4.模块化***大大减小了设计和生产周期，且生产过程便于实现规模化，自动化。而且在并联***当中每一个并联模块仅承担一部分功率，单个模块耗散的功率比较小，热设计大大简化。 

模块化UPS***有两种旁路设置方式：一是分散旁路；二是集中旁路。对于集中旁路设置方式，一旦集中旁路控制或者是旁路开关出现故障，UPS并联***将没有旁路供电支路，其很可能是***的一个单点故障点。 

如图1所示的集中旁路方式的模块化UPS***，该UPS***主要包括冗余设置的N个功率模块(N为大于1的自然数)、集中旁路模块、维修旁路和监控模块。对于集中旁路方式的模块化UPS***，现在所谓的模块化UPS均是指功率模块的模块化，并不包括旁路模块，即功率模块可实现在线热插拔，而旁路模块并不具备热插拔的功能，因为：如图1所示，由于监控模块与各个功率模块的通信必须经过旁路模块，而在旁路模块因故障更换的期间，功率模块与监控模块的通讯也将切断，因此需要转到维修旁路来为负载供电，使得该旁路模块不具备热插拔的功能。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术上述模块化UPS***的集中旁路模块不能实现在线热插拔的缺陷，提供一种模块化UPS***及其供电 方法，能够实现集中旁路模块的在线热插拔。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种模块化UPS***，用于为负载供电，所述模块化UPS***包括多个功率模块、集中旁路模块和用于监控所述功率模块和集中旁路模块的监控模块，所述监控模块分别直接与所述多个功率模块和集中旁路模块通讯连接。 

在本发明所述的模块化UPS***中，所述集中旁路模块包括： 

可控整流器，用于在所述集中旁路模块为负载供电时对旁路输入电压进行整流； 

用于接收用户热插拔信号的就绪开关；及 

处理器，用于在判断所述就绪开关的状态为未就绪时，封锁输出至所述可控整流器的驱动信号。 

在本发明所述的模块化UPS***中，所述集中旁路模块还包括用于通过通讯总线与所述功率模块和/或其它UPS***连接的通讯接口，而且， 

所述处理器，还用于在判断所述就绪开关的状态为未就绪时，禁止所述通讯接口的信息收发；在判断所述就绪开关的状态为就绪时，使能所述通讯接口的信息收发。 

在本发明所述的模块化UPS***中，所述通讯总线包括模块CAN总线、并机CAN总线和离散CAN总线。 

在本发明所述的模块化UPS***中，所述集中旁路模块还包括： 

检测单元，用于检测该集中旁路模块是否故障，并将故障告警信息发送至所述处理器； 

所述处理器，还用于在判断所述就绪开关的状态为就绪时，保存所检测的故障告警信息；在判断所述就绪开关的状态为未就绪时，清除所存储的故障告 警信息。 

在本发明所述的模块化UPS***中，所述集中旁路模块还包括用于指示所述就绪开关的状态的指示灯。 

本发明还构造一种模块化UPS***的供电方法，在集中旁路方式下，所述供电方法包括： 

判断就绪开关的状态是否为就绪； 

在判断就绪开关的状态为未就绪时，封锁输出至可控整流器的驱动信号。 

在本发明所述的模块化UPS***的供电方法中，所述供电方法还包括： 

在判断所述就绪开关的状态为就绪时，使能通讯接口的信息收发； 

在判断就绪开关的状态为未就绪时，禁止通讯接口的信息收发，所述通讯接口用于通过通讯总线与本UPS***的多个功率模块和/或其它UPS***连接。 

在本发明所述的模块化UPS***的供电方法中，所述供电方法还包括： 

在判断就绪开关的状态为未就绪时，多个功率模块竞争通信主机，所述通信主机用于实现多个功率模块同步； 

在判断就绪开关的状态为就绪时，集中旁路模块作为通信主机。 

在本发明所述的模块化UPS***的供电方法中，所述供电方法还包括： 

在判断就绪开关的状态为就绪时，存储所检测的故障告警信息； 

在判断就绪开关的状态为未就绪时，清除所存储的故障告警信息。 

本发明还构造一种模块化UPS***的供电方法，在ECO工作模式下，所述供电方法包括： 

S1.判断当前是否由集中旁路模块为负载供电，若是，则执行步骤S2；若否，则执行步骤S5； 

S2.判断就绪开关的状态是否为就绪，若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S4； 

S3.继续使用集中旁路模块为负载供电，然后结束； 

S4.切换至功率模块为负载供电，然后结束； 

S5.判断集中旁路模块是否满足供电条件及判断就绪开关的状态是否为就绪，若是，则执行步骤S6；若否，则执行步骤S7； 

S6.切换至集中旁路模块为负载供电，然后结束； 

S7.继续使用功率模块为负载供电，然后结束。 

实施本发明的技术方案，在本发明的模块化UPS***中，由于监控模块和各个功率模块直接通讯连接，因此监控模块和功率模块的通讯不再依赖于集中旁路模块是否在线。在集中旁路模块因故障更换时，各个功率模块与监控模块的通讯仍能正常进行，因此，此时可切换至主路功率模块为负载供电，而无需切换至维修旁路为负载供电。而且，由于集中旁路模块实现了在线热插拔，可避免集中旁路模块成为***的单点故障点。进一步地，由于集中旁路模块实现了在线热插拔，集中旁路模块和功率模块对于供电来说是对等的关系，即使旁路模块不在线时，功率模块之间也可以进行均流运算。 

另外，用户在打算拔集中旁路模块前，可先断开就绪开关，使就绪开关的状态为未就绪，处理器就可根据就绪开关的状态封锁可控整流器的驱动信号，这样可避免集中旁路模块在掉电之前，由于先断开与功率模块的通讯线，再断开输入功率线而导致主旁共通情况的发生。 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中： 

图1是传统的模块化UPS***的逻辑图； 

图2是本发明模块化UPS***实施例一的逻辑图； 

图3是本发明模块化UPS***中集中旁路模块实施例一的逻辑图； 

图4是本发明模块化UPS***中集中旁路模块实施例二的逻辑图； 

图5是本发明块化UPS***的供电方法实施例一的流程图； 

图6是本发明块化UPS***的供电方法实施例二的流程图； 

图7是本发明块化UPS***的供电方法实施例三的流程图。 

具体实施方式

为了实现集中旁路模块的热插拔功能，即做到机架内集中旁路模块和功率模块的对等关系，真正实现UPS***的模块化。使得一旦集中旁路模块发生故障，可以像更换功率模块那样，很方便地更换集中旁路模块。本发明构造了一种模块化UPS***，如图2所示的本发明模块化UPS***实施例一的逻辑图，该模块化UPS***包括：多个功率模块1、…、N(N为大于1的自然数)、集中旁路模块U和监控模块M，其中，监控模块M用于监控功率模块1、…、N和集中旁路模块U，具体包括两方面：一是各个模块工作状态信息的收集，如输入电压、输出电压；输入电流、输出电流、输入功率、输出功率等；二是作为该UPS***与外界通信的接口，显示改UPS***的状态以及故障告警信息等。相比图1所示的传统的模块化UPS***，该实施例的监控模块M分别直接与多个功率模块1、…、N和集中旁路模块U通讯连接，而不是传统技术中的监控模块M需要通过集中旁路模块U才能与各个功率模块1、…、N通讯连接，因此，在本发明的模块化UPS***中，即使集中旁路模块因故障更换期间，各个功率模块与监控模块的通讯仍能正常进行，此时 可切换至主路功率模块为负载供电，而无需切换至维修旁路为负载供电，实现了集中旁路模块的在线热插拔，这样可避免集中旁路模块成为***的单点故障点。 

另外，一个很重要的问题需要考虑就是：由于集中旁路模块和功率模块进行通讯的通讯端子比较短，而集中旁路模块的旁路输入功率端子比较长，所以，拔集中旁路模块时，通讯端子比输入功率端子先断开，这样，就有可能因集中旁路模块接收不到功率模块的在线信号，导致集中旁路模块在下电之前，集中旁路模块的可控整流器开通，从而造成主旁共通，这对于负载是很危险的。为避免这种情况的发生，本发明还对集中旁路模块进行了改进，如图3所示的本发明模块化UPS***中集中旁路模块实施例一的逻辑图，该集中旁路模块包括处理器10、就绪开关20和可控整流器30，而且，可控整流器30，例如为晶闸管，用于在该集中旁路模块为负载供电时对旁路输入电压进行整流；就绪开关20用于接收用户热插拔信号；处理器10用于在判断就绪开关20的状态为未就绪(例如断开)时，封锁输出至可控整流器30的驱动信号。实施该技术方案，该就绪开关具有防呆作用，当就绪开关就绪(例如闭合)时，集中旁路模块不可拔，可有效地防止误操作。当集中旁路模块因故障需要更换时，用户可先断开就绪开关20，此时就绪开关的状态为未就绪，且该就绪开关20的状态被传输至处理器10处理器10便封锁输出至可控整流器30的驱动信号，这样就相当于使旁路输入功率端子先断电，然后用户可将该集中旁路模块从机架上***，在拔的过程中，使该集中旁路模块的旁路输入功率端子及通讯端子与机架断开连接。这样，由于先封锁了可控整流器30的驱动信号，相当于先断开了旁路输入功率端子，因此可防止集中旁路模块在下电之前出现主旁共通的情况。而在集中旁路模块***上后，只有在就绪开关20就绪时，可控整 流器30的驱动才解封，以保证在该集中旁路模块与机架可靠连接的前提下才允许开启可控整流器的驱动。 

图4是本发明模块化UPS***中集中旁路模块实施例二的逻辑图，该实施例相比图2所示的实施例，集中旁路模块还包括通讯接口40、检测单元50和指示灯60。而且，通讯接口40用于通过通讯总线与功率模块和/或其它UPS***连接，通讯总线包括并机CAN总线、模块CAN总线和离散CAN总线，其中，并机CAN总线用于多个并机的UPS***之间的信息交互，交互信息包括模拟量和开关量；模块UPS用于本UPS***中功率模块和集中旁路模块之间的信息交互，交互信息包括模拟量；离散CAN总线是一个扩展CAN总线，用于在本UPS***中的功率模块和集中旁路模块之间传输一些标志位，即开关量。检测单元50用于检测该集中旁路模块是否故障，并将故障告警信息发送至处理器10；指示灯60用于指示就绪开关20的状态。而且，处理器10还用于在判断就绪开关20的状态为未就绪时，禁止通讯接口40的信息收发；在判断就绪开关20的状态为就绪时，使能通讯接口40的信息收发。另外，处理器10还用于在判断就绪开关20的状态为就绪时，保存所检测的故障告警信息；在判断就绪开关20的状态为未就绪时，清除所存储的故障告警信息。实施该技术方案，还具有以下技术效果：当就绪开关的状态为未就绪时，就可认为集中旁路模块已经脱离了UPS***，所以，用户一把就绪开关断开，就把与旁路模块相关联的通讯总线全禁止了，这样监控模块的主界面上旁路的输入数据均清0，而交流输出和本机负载界面上的信息则通过监控模块与功率模块之间通讯，正常显示。由于旁路模块不再与***通讯，这样可防止一些干扰信息、误发信息传递给功率模块或其它UPS***，提高了***供电的可靠性。其次，在传统的UPS***中，当该集中旁路模块在线时，如果检测到可 控整流器发生故障，就会锁存该故障告警信息，并通过通讯总线传送到功率模块或其它UPS***，但是这样就会造成在用户更换无故障的集中旁路模块后，该UPS***仍然会报故障。为了避免这种误报警，本发明的处理器10在就绪开关20的状态为未就绪时(例如，断开)，清除所存储的故障告警信息，与集中旁路模块相关的故障告警信息例如有：集中旁路模块过流、集中旁路模块过温、风扇故障、可控整流器故障等。在旁路就绪开关未就绪时清除这些故障信息，即断开旁路就绪开关，监控模块上将不再出现这些告警，因此可避免更换无故障的集中旁路模块后误告警的发生。另外，指示灯60可指示就绪开关20的状态，以使用户清楚地知道就绪开关20的状态。 

图5是本发明块化UPS***的供电方法实施例一的流程图，结合图2及图3，在集中旁路方式下，该供电方法包括： 

A．判断就绪开关的状态是否为就绪； 

B．在判断就绪开关的状态为未就绪时，封锁输出至可控整流器的驱动信号。 

图6是本发明块化UPS***的供电方法实施例二的流程图，结合图4，该供电方法包括： 

A.判断就绪开关的状态是否为就绪，若是，则执行步骤F和步骤H；若否，则执行步骤B、步骤C和步骤E； 

B.封锁输出至可控整流器的驱动信号； 

C.禁止通讯接口的信息收发，所述通讯接口用于通过通讯总线与本UPS***的多个功率模块和/或其它UPS***连接； 

D.多个功率模块竞争通信主机，所述通信主机用于实现多个功率模块同步，在该步骤中，关于竞争机制，例如可以为：预先对为每个功率模块进行编号，在多个功率模块竞争通信主机时，编号最小的功率模块作为通信主机，但 本发明并不限定竞争机制的方式； 

E.清除所存储的故障告警信息； 

F.使能通讯接口的信息收发； 

G.集中旁路模块作为通信主机； 

H.存储所检测的故障告警信息。 

图7是本发明模块化UPS***的供电方法实施例三的流程图，在ECO(Economic operation，经济运行，又称为旁路优先)工作模式下，该供电方法包括： 

S1.判断当前是否由集中旁路模块为负载供电，若是，则执行步骤S2；若否，则执行步骤S5； 

S2.判断就绪开关的状态是否为就绪，若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S4； 

S3.继续使用集中旁路模块为负载供电，然后结束； 

S4.切换至功率模块为负载供电，然后结束； 

S5.判断集中旁路模块是否满足供电条件及判断就绪开关的状态是否为就绪，若是，则执行步骤S6；若否，则执行步骤S7； 

S6.切换至集中旁路模块为负载供电，然后结束； 

S7.继续使用功率模块为负载供电，然后结束。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。 

Claims (11)

1. 一种模块化UPS***，用于为负载供电，所述模块化UPS***包括多个功率模块、集中旁路模块和用于监控所述功率模块和集中旁路模块的监控模块，其特征在于，所述监控模块分别直接与所述多个功率模块和集中旁路模块通讯连接。

2.根据权利要求1所述的模块化UPS***，其特征在于，所述集中旁路模块包括：

可控整流器，用于在所述集中旁路模块为负载供电时对旁路输入电压进行整流；

用于接收用户热插拔信号的就绪开关；及

处理器，用于在判断所述就绪开关的状态为未就绪时，封锁输出至所述可控整流器的驱动信号。

3.根据权利要求1所述的模块化UPS***，其特征在于，所述集中旁路模块还包括用于通过通讯总线与所述功率模块和/或其它UPS***连接的通讯接口，而且，

所述处理器，还用于在判断所述就绪开关的状态为未就绪时，禁止所述通讯接口的信息收发；在判断所述就绪开关的状态为就绪时，使能所述通讯接口的信息收发。

4.根据权利要求3所述的模块化UPS***，其特征在于，所述通讯总线包括模块CAN总线、并机CAN总线和离散CAN总线。

5.根据权利要求2所述的模块化UPS***，其特征在于，所述集中旁路模块还包括：

检测单元，用于检测该集中旁路模块是否故障，并将故障告警信息发送至所述处理器；

所述处理器，还用于在判断所述就绪开关的状态为就绪时，保存所检测的故障告警信息；在判断所述就绪开关的状态为未就绪时，清除所存储的故障告警信息。

6.根据权利要求2至5任一项所述的模块化UPS***，其特征在于，所述集中旁路模块还包括用于指示所述就绪开关的状态的指示灯。

7.一种用于权利要求2所述的模块化UPS***的供电方法，其特征在于，在集中旁路方式下，所述供电方法包括：

判断就绪开关的状态是否为就绪；

在判断就绪开关的状态为未就绪时，封锁输出至可控整流器的驱动信号。

8.根据权利要求7所述的模块化UPS***的供电方法，其特征在于，所述供电方法还包括：

在判断所述就绪开关的状态为就绪时，使能通讯接口的信息收发；

在判断就绪开关的状态为未就绪时，禁止通讯接口的信息收发，所述通讯接口用于通过通讯总线与本UPS***的多个功率模块和/或其它UPS***连接。

9.根据权利要求8所述的模块化UPS***的供电方法，其特征在于，所述供电方法还包括：

在判断就绪开关的状态为未就绪时，多个功率模块竞争通信主机，所述通信主机用于实现多个功率模块同步；

在判断就绪开关的状态为就绪时，集中旁路模块作为通信主机。

10.根据权利要求7所述的模块化UPS***的供电方法，其特征在于，所述供电方法还包括：

在判断就绪开关的状态为就绪时，存储所检测的故障告警信息；

在判断就绪开关的状态为未就绪时，清除所存储的故障告警信息。

11.一种模块化UPS***的供电方法，其特征在于，在ECO工作模式下，所述供电方法包括：

S1.判断当前是否由集中旁路模块为负载供电，若是，则执行步骤S2；若否，则执行步骤S5；

S2.判断就绪开关的状态是否为就绪，若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S4；

S3.继续使用集中旁路模块为负载供电，然后结束；

S4.切换至功率模块为负载供电，然后结束；

S5.判断集中旁路模块是否满足供电条件及判断就绪开关的状态是否为就绪，若是，则执行步骤S6；若否，则执行步骤S7；

S6.切换至集中旁路模块为负载供电，然后结束；

S7.继续使用功率模块为负载供电，然后结束。

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