RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 2290785 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 14.05.2010 10162823.8 (13) (51) T3 Int.Cl. H02J 9/06 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 23.04.2014 Europejski Biuletyn Patentowy 2014/17 EP 2290785 B1 (54) Tytuł wynalazku: Energooszczędny układ zasilania bezprzerwowego typu line interactive (30) Pierwszeństwo: 28.08.2009 TW 098215886 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 02.03.2011 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2011/09 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 30.09.2014 Wiadomości Urzędu Patentowego 2014/09 (73) Uprawniony z patentu: Cyber Power Systems Inc., TAIPEI, TW (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP 2290785 T3 SHOU-TING YEH, TAIPEI, TW YOUNG-MEI LIN, TAIPEI, TW (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Joanna Kowalewska DENNEMEYER & ASSOCIATES SP. Z O.O. ul. Swarzewska 57/1 01-821 Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
PL-PAT-2012-196 EP 2 290 785 B1 5 10 15 20 25 30 Opis 1. Dziedzina wynalazku [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy układu zasilania bezprzerwowego (UPS), a w szczególności energooszczędnego układu UPS typu line interactive. 2. Opis stanu techniki [0002] Konwencjonalny sposób oraz urządzenie zapewniające ładowanie akumulatora w zapasowym układzie zasilania zostały opisane w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,302,858, który można pokrótce opisać następująco: Akumulator w zapasowym układzie zasilania jest ładowany gdy dostępne jest zasilanie z głównego systemu zasilania prądem przemiennym poprzez wykorzystanie głównego transformatora i głównego falownika. Gdy dostępne jest zasilanie z głównego źródła zasilania prądem przemiennym, pojawia się napięcie prądu przemiennego na pierwotnym uzwojeniu transformatora, który jest podłączony do falownika. Przełączniki w falowniku mostkowym są włączone przez stosunkowo krótki czas do pierwotnego uzwojenia transformatora, powodując przepływ prądu przez indukcyjność rozproszenia transformatora w celu szybkiego wzrostu ładunku. Gdy urządzenia przełączające są wyłączone, indukcyjność rozproszenia wzbudza napięcie i prąd dalej płynie z uzwojenia pierwotnego do falownika przez diody antyrównoległe, w kierunku przeciwnym do bazy przez napięcie z akumulatora, do akumulatora, w ten sposób lądując akumulator przy pomocy energii przechowywanej w indukcyjności transformatora. Falownik osiąga zero, gdy energia przechowywana w indukcyjności jest całkiem rozładowana. Cykl może zostać powtórzony poprzez włączenia przełączników w falowniku mostkowym w `okresowych momentach czasu, dzięki czemu prąd w falowniku cyklicznie może mieć wartość zero, lub przez ponowne włączenie przełączników gdy napięcie falownika osiągnie zero. [0003] W odniesieniu do Fig. 4, tradycyjny układ UPS typu line interactive ma zestaw przełączników zasilania (50), transformator niskich częstotliwości (51), układ przełączający pełnego mostka (52), główny sterownik (53), sterownik ładowania i rozładowywania (54) i ładowalny akumulator (55). [0004] Zestaw przełączników zasilania (50) jest połączony szeregowo pomiędzy źródłem zasilania prądem przemiennym a ładunkiem i określa, czy źródło zasilania prądem przemiennym dostarcza zasilanie do ładunku. [0005] Transformator niskich częstotliwości (51) ma dwa uzwojenia (511a, 511b). Jedno z uzwojeń (511a) jest połączone z ładunkiem i połączone ze źródłem zasilania prądem przemiennym przez zestaw przełączników zasilania (50).
2 5 10 15 20 25 30 35 [0006] Układ przełączający pełnego mostka (52) ma dwa półmostkowe układy przełączające (521, 522). Szeregowo połączone węzły dwóch półmostkowych układów przełączających (521, 522) są połączone z drugim uzwojeniem (511b) transformatora niskich częstotliwości (51). [0007] Główny sterownik (53) jest połączony z zestawem włączników zasilania (50). [0008] Sterownik trybu ładowania i rozładowania (54) jest połączony z głównym sterownikiem (53) i z układem przełączającym pełnego mostka (52) i aktywuje układ przełączający pełnego mostka (52), aby wszedł w tryb ładowania lub rozładowywania zgodnie z poleceniem ładowania lub rozładowania z głównego sterownika (53). [0009] Akumulator (55) jest połączony z układem przełączającym pełnego mostka (52) i wykonuje proces ładowania przez układ przełączający pełnego mostka (52). [0010] Biorąc pod uwagę wyżej wymieniony układ UPS typu line interactive, główny sterownik (53) określa status bieżącego zasilania prądem przemiennym i pojemność akumulatora (55) i wysyła polecenie ładowania lub rozładowania do sterownika trybu ładowania i rozładowania (54). Ponadto, sterownik trybu ładowania i rozładowania (54) decyduje czy uruchomić tryb ładowania czy rozładowywania. Kiedy źródło zasilania prądem przemiennym normalnie dostarcza zasilanie, główny sterownik (53) steruje zestawem przełączników zasilania (52) w celu włączenia lub wyłączenia tak, że zasilanie prądem przemiennym jest bezpośrednio kierowane do ładunku i transformatora niskich częstotliwości (51). Jeżeli określone zostanie, że pojemność akumulatora (55) spada w tym okresie, główny sterownik (53) steruje układem przełączającym pełnego mostka (52) przez sterownik trybu ładowania i rozładowania (54) w celu przekonwertowania zasilania prądem przemiennym w prąd stały i naładowania akumulatora (55) do pełnego naładowania akumulatora (55). Jednakże, po wykryciu nieprawidłowości lub zaniku zasilania prądem przemiennym, główny sterownik (54) natychmiast wyłącza zestaw włączników zasilania (50) i wysyła polecenie rozładowania do sterownika trybu ładowania i rozładowania (54). Sterownik trybu ładowania i rozładowania (54) uruchamia wtedy układ przełączający pełnego mostka (52) w celu przekonwertowania przechowywanego w akumulatorze (55) prądu stałego w prąd przemienny i dostarczenia zasilania prądem przemiennym do ładunku, w celu zapewnienia nieprzerwanego zasilania. Ponieważ UPS jest na stałe połączony z ładunkiem, nazywany jest układem UPS typu line interactive. Chociaż taki układ UPS zapewnia akumulatorowi utrzymanie pełnej pojemności, ładowanie akumulatora jest wykonywane przez konwersję w transformatorze niskich częstotliwości (51) i układzie przełączającym pełnego mostka (52). W efekcie zachowanie pełnej pojemności przez akumulator zużywa większą ilość energii. [0011] Niniejszy wynalazek ma cechy przedstawione w załączonym zastrzeżeniu 1. [0012] Celem tego wynalazku jest dostarczenie energooszczędnego układu UPS typu line interactive. Gdy zasilanie prądem przemiennym jest dostarczane normalnie, petla ładowania w wysokiej częstotliwości jest przystosowana do ładowania akumulatora i utrzymania jego pełnej pojemności. [0013] Do osiągnięcia powyższego celu energooszczędny układ UPS typu line interactive ma zestaw przełączników zasilania, transformator niskich częstotliwości, mostek H, główny sterownik, sterownik trybu ładowania i rozładowania, akumulator i obwód ładowania wysokiej częstotliwości.
3 5 10 15 20 25 30 35 [0014] Zestaw przełączników zasilania jest połączony z wejściem zasilania prądu przemiennego przystosowanym do podłączenia źródła prądu przemiennego i określenia czy źródło zasilania prądem przemiennym dostarcza energię do ładunku. [0015] Transformator niskiej częstotliwości ma dwa uzwojenia. Jedno uzwojenie jest przystosowane do połączenia z ładunkiem i do połączenia ze źródłem zasilania prądem przemiennym. [0016] Układ przełączający pełnego mostka ma dwa półmostki mające szeregowo połączone węzły, połączone z drugim uzwojeniem transformatora niskich częstotliwości. [0017] Główny sterownik jest połączony z zestawem przełączników zasilania. [0018] Sterownik trybu ładowania i rozładowania jest połączony z głównym sterownikiem i układem przełączającym pełnego mostka i aktywuje układ przełączający pełnego mostka w celu wejścia w tryb ładowania lub tryb rozładowywania zgodnie z poleceniem ładowania lub rozładowania z głównego sterownika. [0019] Akumulator połączony jest z układem przełączającym pełnego mostka i wykonuje ładowanie i rozładowywanie przez układ przełączający pełnego mostka. [0020] Obwód ładowania wysokiej częstotliwości jest połączony pomiędzy wejściem zasilania prądem przemiennym a akumulatorem i przetwarza zasilanie prądem przemiennym na prąd stały w celu naładowania akumulatora. [0021] Gdy źródło zasilania prądem przemiennym normalnie dostarcza prąd, ładowanie wysokiej częstotliwości jest uruchamiane, jeżeli wykryto, że pojemność akumulatora nie jest pełna. Wyjściowy prąd stały z prostownika obwodu ładowania wysokich częstotliwości jest przekształcany w zasilanie prądem stałym o określonym napięciu i dostarczane do ładowania akumulatora i utrzymania pełnej pojemności akumulatora. Dlatego układ UPS typu line interactive według powyższego wynalazku może ładować akumulator bez pośrednictwa transformatora niskich częstotliwości i układu przełączającego pełnego mostka dzięki czemu może efektywnie zapobiegać dodatkowemu poborowi energii. NA RYSUNKU [0022] Fig. 1 przedstawia schemat przykładowego obwodu układu UPS typu line interactive; Fig. 2 przedstawia schemat przykładu wykonania obwodu układu UPS typu line interactive zgodnego z niniejszym wynalazkiem; Fig. 3A przedstawia schemat obwodu w trybie ładowania małym prądem z Fig. 2; Fig. 3B przedstawia schemat obwodu w trybie ładowania dużym prądem z Fig. 2; Fig. 4 przedstawia schemat obwodu konwencjonalnego układu UPS typu line interactive. [0023] W odniesieniu do Fig. 1 przykładowy układ UPS typu line interactive ma zestaw przełączników zasilania (10), transformator niskich częstotliwości (11), układ przełączający pełnego mostka (12), główny sterownik (13), sterownik trybu ładowania i rozładowania (14), akumulator (15) i obwód ładowania wysokiej częstotliwości (16). [0024] Zestaw przełączników zasilania (10) jest połączony z zaciskiem wejścia zasilania prądem przemiennym (AC IN). Zacisk wejścia zasilania prądem przemiennym (AC IN) jest połączony ze
4 5 10 15 20 25 30 35 źródłem zasilania prądem przemiennym. Zestaw przełączników zasilania (10) określa czy prąd przemienny jest dostarczany do ładunku (nie pokazano). W niniejszym przykładzie wykonania, jeden z zacisków zestawu przełączników zasilania (10) jest połączony z zaciskiem wejścia zasilania prądem przemiennym (AC IN) a drugi zacisk (V out ) jest połączony z ładunkiem. Innymi słowy zestaw przełączników zasilania (10) jest szeregowo połączony pomiędzy zaciskiem wejścia zasilania prądem przemiennym (AC IN) a ładunkiem. [0025] Transformator niskich częstotliwości (11) ma dwa uzwojenia (111a, 111b). Jedno uzwojenie (111a) jest połączone z ładunkiem i jest połączone ze źródłem zasilania prądem przemiennym przez zestaw przełączników zasilania (10). [0026] Układ przełączający pełnego mostka (12) ma dwa półmostkowe układy przełączające (121, 122). Szeregowo połączone węzły dwóch półmostkowych układów przełączających (121, 122) są połączone z drugim uzwojeniem (111b) transformatora niskich częstotliwości (11). [0027] Główny sterownik (13) jest połączony z zestawem przełączników zasilania (10). [0028] Sterownik trybu ładowania i rozładowania (14) jest połączony z głównym sterownikiem (13) i układem przełączającym pełnego mostka (12) i aktywuje układ przełączający pełnego mostka (12) w tryb ładowania lub rozładowywania zgodnie z poleceniem ładowania lub rozładowania z głównego sterownika (12). [0029] Akumulator (15) jest połączony z układem przełączającym pełnego mostka (12) w celu ładowania lub rozładowania przez układ przełączający pełnego mostka (12). [0030] Obwód ładowania wysokiej częstotliwości (16) jest połączony pomiędzy wejściowym zaciskiem zasilania prądem przemiennym (AC) a akumulatorem (15) w celu konwersji prądu przemiennego w prąd stały i naładowania akumulatora (15). W przykładzie wykonania, obwód ładowania wysokiej częstotliwości (16) ma prostownik (161) i ładowarkę wysokiej częstotliwości (162). [0031] Wspomniany układ UPS typu line interactive głównie dodaje obwód ładowania wysokiej częstotliwości (16) pomiędzy zaciskiem wejścia zasilania prądem przemiennym a akumulatorem (15). Gdy zasilanie prądem przemiennym pracuje prawidłowo, obwód ładowania wysokiej częstotliwości (16) jest aktywowany gdy wykryto zmniejszoną pojemność akumulatora. Prąd stały wyprowadzony z prostownika (161) jest konwertowany w prąd stały o określonym napięciu i jest dostarczany do akumulatora (15) w celu naładowania akumulatora (15) i utrzymania pełnej pojemności akumulatora (15). Stąd układ UPS typu line interactive ładuje akumulator (15) bez przechodzenia przez transformator niskich częstotliwości (11) i układ przełączający pełnego mostka (12) i tym samym unika dodatkowego poboru mocy. [0032] Odnosząc się do Fig. 2 przykład wykonania układu UPS typu line interactive według niniejszego wynalazku jest prawie jednakowy w budowie z wyjątkiem dodatkowego przełącznika (17). Przełącznik (17) jest szeregowo połączony między uzwojeniem (111a) transformatora niskich częstotliwości a zestawem przełączników zasilania (10), przełącznik (17) jest sterowany przez sterownik trybu ładowania i rozładowania (14). W odniesieniu do Fig 3A, gdy główny sterownik (13) wysyła sygnał wskazujący, że obecna pojemność akumulatora (15) jest pełna do sterownika trybu ładowania i rozładowania (14), sterownik trybu ładowania i rozładowania (14) wyłącza przełącznik (17)
5 5 10 15 20 25 30 w celu odłączenia transformatora niskich częstotliwości (11) od zasilania prądem przemiennym i ładunku. W tym przykładzie przełącznik (17) może być jednym z przekaźników: tranzystorem polowym, triakiem, tranzystorem bipolarnym. [0033] Zazwyczaj pojemność akumulatora nieznacznie spada po pewnym czasie od naładowania do pełna. Gdy taki nieznaczny spadek pojemności akumulatora zostaje wykryty, główny sterownik wysyła polecenie ładowania małym prądem do sterownika trybu ładowania i rozładowania. Sterownik trybu ładowania i rozładowania podtrzymuje przełącznik w stanie wyłączenia i odłącza transformator niskich częstotliwości od zasilania prądem przemiennym i ładunku. Tymczasem obwód ładowania wysokiej częstotliwości jest aktywowany w celu bezpośredniej konwersji prądu przemiennego w prąd stały w celu naładowania akumulatora. [0034] W odniesieniu do Fig.3B moc akumulatora (15) UPS jest przekształcana w źródło zasilania prądem przemiennym w ładunku w przypadku krótkiej przerwy w zasilaniu prądem przemiennym, a pojemność akumulatora spada do niskiego stanu. Główny sterownik (13) wysyła polecenie ładowania dużym prądem do sterownika trybu ładowania i rozładowania (14). Sterownik trybu ładowania i rozładowania (14) utrzymuje przełącznik (17) włączony do transformatora niskich częstotliwości (11) ze źródłem zasilania prądem przemiennym i ładunkiem. Źródło zasilania prądem przemiennym wykonuje szybkie ładowanie akumulatora (15) prądem stałym o dużym natężeniu przez transformator niskich częstotliwości (11) i układ przełączający pełnego mostka (12) dopóki akumulator (15) nie naładuje się do pełnej pojemności. [0035] Podsumowując, ponieważ normalne zasilanie prądem przemiennym działa przez dłuższy czas niż nieregularne zasilanie bądź brak zasilania, niniejszy wynalazek dodaje obwód ładowania wysokiej częstotliwości w celu uniknięcia utraty zasilania spowodowanej przez dostosowanie się transformatora niskich częstotliwości do ładowania akumulatora. Ponadto, gdy wykryte zostanie normalne zasilanie prądem przemiennym, transformator niskich częstotliwości jest odłączany od zasilania prądem przemiennym w celu uniknięcia nadmiernego poboru zasilania. Biorąc pod uwagę strukturę obwodu, UPS według niniejszego wynalazku zużywa jedynie 0,5W w przypadku pracy normalnego zasilania prądem przemiennym, tym samym osiągając efekt oszczędzania energii. [0036] Pomimo, że liczne cechy i zalety niniejszego wynalazku zostały przedstawione w powyższym opisie, wraz ze szczegółami budowy i funkcji wynalazku, opis ma na celu jedynie zilustrowanie wynalazku. Cyber Power Systems Inc. Pełnomocnik:
PL-PAT-2012-196 EP 2 290 785 B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Energooszczędny układ UPS typu line interactive obejmujący: zestaw przełączników zasilania (10) połączony z zaciskiem wejścia zasilania prądem przemiennym przystosowanym do podłączenia źródła prądu przemiennego w celu ustalenia czy źródło zasilania prądem przemiennym dostarcza zasilanie do ładunku; transformator niskich częstotliwości (11) mający dwa uzwojenia (111a, 111b), jedno uzwojenie (111a) przystosowane do połączenia z ładunkiem i połączenia ze źródłem zasilania prądem przemiennym; układ przełączający pełnego mostka (12) mający dwa półmostkowe układy przełączające (121,122) mający szeregowo połączone węzły połączone z drugim uzwojeniem (111b) transformatora niskich częstotliwości (11); główny sterownik (13) połączony z zestawem przełączników zasilania (10); sterownik trybu ładowania i rozładowania (14) połączony z głównym sterownikiem (13) i układem przełączającym pełnego mostka (12) aktywujący układ przełączający pełnego mostka (12) w celu wejścia w tryb ładowania lub rozładowywania zgodnie z poleceniem ładowania lub rozładowania z głównego sterownika (13); i akumulator (15) połączony z układem przełączającym pełnego mostka (12) ładowany bądź rozładowywany przez układ przełączający pełnego mostka (12); znamienny tym, że układ UPS typu line interactive dodatkowo ma: przełącznik (17) szeregowo połączony między dwoma uzwojeniami (111a) transformatora niskich częstotliwości (11) połączonego ze źródłem zasilania prądu przemiennego i zestawem przełączników zasilania (10) i sterowany przez sterownik trybu ładowania i rozładowania (14) w celu włączenia lub wyłączenia; i obwód ładowania wysokiej częstotliwości (16) połączony pomiędzy zaciskiem wejścia zasilania prądu przemiennego i akumulatorem (15), przekształcający zasilanie prądem przemiennym na zasilanie prądem stałym w celu naładowania akumulatora (15) i utrzymujący pełną moc akumulatora (15) podczas gdy sterownik trybu ładowania i rozładowania (14) dalej wyłącza przełącznik (17) i odłącza transformator niskich częstotliwości (11) od zestawu przełączników zasilania (10), tak, aby bezpośrednio naładować akumulator tylko przez obwód ładowania wysokiej częstotliwości (16) bez przechodzenia przez transformator niskich częstotliwości (11) i układ przełączający pełnego mostka (12) po wykryciu, że akumulator (15) jest w stanie obniżonej mocy. 2. Energooszczędny układ UPS typu line interactive według zastrz. 1, w którym obwód ładowania wysokiej częstotliwości (16) obejmuje prostownik (161) i ładowarkę wysokiej częstotliwości (162).
2 3. Energooszczędny układ UPS typu line interactive według zastrz. 1, w którym przełącznik (17) jest przekaźnikiem. 4. Energooszczędny układ UPS typu line interactive według zastrz. 2, w którym przełącznik (17) jest przekaźnikiem. 5. Energooszczędny układ UPS typu line interactive według zastrz. 1, w którym przełącznik (17) jest tranzystorem polowym. 6. Energooszczędny układ UPS typu line interactive według zastrz. 2, w którym przełącznik (17) jest tranzystorem polowym. 7. Energooszczędny układ UPS typu line interactive według zastrz. 1, w którym przełącznik (17) jest triakiem. 8. Energooszczędny układ UPS typu line interactive według zastrz. 2, w którym przełącznik (17) jest triakiem. 9. Energooszczędny układ UPS typu line interactive według zastrz. 1, w którym przełącznik (17) jest tranzystorem bipolarnym. 10. Energooszczędny układ UPS typu line interactive według zastrz. 2, w którym przełącznik (17) jest tranzystorem bipolarnym. Cyber Power Systems Inc. Pełnomocnik:
EP 2 290 785 B1 Rysunek PL-PAT-2012-196
EP 2 290 785 B1 PL-PAT-2012-196
EP 2 290 785 B1 PL-PAT-2012-196
EP 2 290 785 B1 PL-PAT-2012-196
EP 2 290 785 B1 PL-PAT-2012-196