Un sistema de alimentación ininterrumpida (110) para proporcionar alimentación a una carga,

el sistema dealimentación ininterrumpida comprendiendo:

una entrada (101) para recibir alimentación de entrada;

una salida (103) para proporcionar alimentación de salida;

una fuente de alimentación de reserva (118) configurada para proporcionar alimentación de reserva;

circuitería convertidora (114m 120) acoplada a la salida y a la fuente de alimentación de reserva yconfigurada para proporcionar la alimentación de salida desde la alimentación de entrada y a la alimentaciónde reserva;

un contactor (136) acoplado a la entrada y a la circuitería convertidora y que tiene un estado abierto y unestado cerrado; y

un circuito de control del contactor (400) que tiene una salida acoplada al contactor para proporcionar unvoltaje de salida para controlar un estado operacional del contactor, el circuito de control del contactorteniendo un convertidor elevador (406) configurado para recibir un voltaje CC de entrada y controlado paraproporcionar un voltaje de salida que tiene un primer nivel de voltaje al contactor para controlar el contactorpara conmutar del estado abierto al estado cerrado y para proporcionar un segundo voltaje de salida quetiene un segundo nivel de voltaje para mantener el contactor en el estado cerrado;

donde la circuitería convertidora además incluye:

un circuito de entrada (114) acoplado a través del contactor a la entrada del sistema de alimentaciónininterrumpida para recibir alimentación de entrada y acoplado a la fuente de alimentación de reserva pararecibir alimentación de reserva y configurado para proporcionar selectivamente alimentación CC derivadadesde la alimentación de entrada y la alimentación de reserva; y

un circuito de salida (120) acoplado al circuito de entrada para recibir la alimentación DC, y configuradopara proporcionar alimentación AC, derivada desde la alimentación DC, en la salida del sistema dealimentación ininterrumpida.

Metodo y aparato para proporcionar alimentacion ininterrumpida

Campo de la invención

La presente invención se refiere de forma general a un sistema y método para proporcionar alimentación redundante a cargas críticas.

Antecedentes de la invención

El uso de un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) para proporcionar alimentación a una carga crítica es bien conocido. Los sistemas de alimentación ininterrumpida conocidos incluyen los SAIs on-line y los SAIs off-line. Los SAI son-line proporcionan alimentación CA así como alimentación CA de reserva en el momento de la interrupción de la fuente primaria de alimentación AC. Los SAIs off-line típicamente no proporciona acondicionamiento de alimentación CA de entrada, pero proporcionan alimentación CA de reserva en el momento de la interrupción de la fuente de alimentación CA primaria. La Figura 1 muestra un diagrama de bloques de un tipo de SAI on-line 10. Otros SAI son-line se describen en la Patente U.S: Nº 5.982.652, u la Patente U.S. Nº 5.686.768, ambas de las cuales están incorporadas en la presente por referencia. Los SAI son-line del tipo descrito en las patentes referenciadas están disponibles de American Power Conversion Corporation, West Kingston, RI bajo los nombres comerciales Symmetra y Silcon. El SAI 10A de la Figura 1 incluye un interruptor automático/filtro de entrada 12, un rectificador 14, un interruptor de control 15, un controlador 16, una batería 18, un inversor 20, un transformador de aislamiento 22, y un interruptor de derivación 23 El SAI también incluye una entrada 24 para acoplarse a una fuente de alimentación de AC, y una salida 26 para acoplarse a una carga.

El SAI 10A funciona como sigue. El interruptor automático/filtro 12 recibe la alimentación de CA de entrada de una fuente de alimentación de CA a través de la entrada, filtra la alimentación de CA de entrada y proporciona alimentación de CA filtrada al rectificador 14. El rectificador rectifica el voltaje de entrada. El interruptor de control 15 recibe la alimentación rectificada y también recibe alimentación de CC de la batería 18. El controlador 16 determina si la alimentación disponible del rectificador está dentro de las tolerancias predeterminadas, y si es así, controla el interruptor de control para proporcionar la alimentación desde el rectificador al inversor 20. Si la alimentación del rectificador no está dentro de las tolerancias predeterminadas, que puede ocurrir debido a unas condiciones de “bajada de tensión” o de “apagón”, o debido a subidas de tensión, entonces el controlador controla el interruptor de control para proporcionar alimentación de CC desde la batería al inversor 20.

El inversor 20 del SAI 10A recibe alimentación de CC y convierte la alimentación de CC a alimentación de CA y regula la alimentación de CA a las especificaciones predeterminadas. El inversor 20 proporciona la alimentación de CA regulada al transformador de aislamiento 22. El transformador de aislamiento es utilizado para aumentar o disminuir el voltaje de la alimentación de CA del inversor y para proporcionar aislamiento entre una carga y el SAI. El transformador de aislamiento es típicamente un dispositivo opcional, el uso del cual es típicamente dependiente de las especificaciones de la alimentación de salida del SAI. Dependiendo de la capacidad de la batería y de los requisitos de alimentación de la carga, el SAI 10A puede proporcionar alimentación a la carga durante breves caídas de la fuente de alimentación o durante cortes de corriente extendidos. El interruptor de derivación 23 es utilizado para proporcionar una derivación de la circuitería del SAI para proporcionar una alimentación de entrada directamente a la salida. El interruptor de derivación puede ser controlado por el controlador 16 para proporcionar derivación de la circuitería del SAI en una condición de fallo del SAI.

Para proporcionar redundancia de alimentación adicional, es conocido el utilizar una segunda fuente de alimentación para proporcionar alimentación a un interruptor de derivación de un SAI desde una segunda fuente de alimentación de AC. Se hace referencia a los sistemas de este tipo a menudo como sistemas principales duales. La Figura 2 muestra un SAI 10B principal dual que es similar al SAI 10A excepto en que incluye una segunda entrada para acoplar a un segundo suministro de alimentación, y el SAI 10B incluye un interruptor de derivación 23 que selectivamente acopla la segunda entrada directamente a la salida del SAI 10B. En los sistemas principales duales, típicamente, una fuente de alimentación de utilidad está acoplada a la primera entrada de alimentación del sistema y a una fuente de alimentación de reserva, como un generador acoplado a la segunda entrada de alimentación del sistema. En caso de fallo de la fuente de alimentación de utilidad, el sistema de alimentación es capaz de continuar proporcionando alimentación a una carga utilizando el modo de operación de batería del SAI, mientras que el generador es alimentado y llevado al voltaje de salida completo. Una vez que el generador está en línea, el sistema de alimentación puede continuar proporcionando alimentación de salida en un modo de derivación durante un periodo de tiempo extendido desde el generador.

Los sistemas principales duales pueden también ser utilizados con ambas entradas de alimentación acopladas a la misma fuente de alimentación de entrada, pero a través de fusibles y/o interruptores automáticos. Para muchos tipos de fallos de alimentación, la alimentación será perdida tanto en la entrada 1 como en la entrada 2, pero pueden existir situaciones, como un fusible fundido o un cortocircuito, donde la alimentación es perdida sólo en la entrada 1, y el interruptor de derivación puede ser utilizado para continuar proporcionando alimentación de salida a una carga.

Un problema con los sistemas principales duales es que en el modo de derivación, no es normalmente posible cargar las baterías del SAI, mientras que típicamente serán al menos parcialmente consumidas cuando la alimentación de entrada es suministrada por una fuente en la entrada 2.

La Patente U.S 5.126.585 divulga un ejemplo de SAI de acuerdo al estado de la técnica.

Resumen de la Invención

Las Realizaciones de la presente invención proporcionan sistemas de alimentación mejorados.

La invención está dirigida a un sistema de alimentación ininterrumpida para proporcionar alimentación a una carga de acuerdo a la reivindicación 1. El sistema de alimentación ininterrumpida incluye una entrada para recibir alimentación de entrada, y una salida para proporcionar alimentación de salida, una fuente de alimentación de reserva acoplada a la salida para proporcionar alimentación de reserva en la salida, un contactor acoplado a la entrada y que tiene un estado abierto y un estado cerrado, un circuito de control del contactor que tiene una salida acoplada al contactor para proporcionar un voltaje de salida para controlar el estado operaciones del contactor, el circuito de control de contactor estando configurado para proporcionar un voltaje de salida que tiene un primer nivel de voltaje al contactor para controlar el contactor para cambiar del estado abierto al estado cerrado y para proporcionar un segundo voltaje de salida que tiene un segundo nivel de voltaje para mantener el contactor en el estado cerrado.

El circuito de control del contactor puede estar configurado para proporcionar un nivel de voltaje cero al contactor para colocar el contactor en el estado abierto. El circuito de control del contactor puede incluir un convertidor de alimentación que recibe un voltaje de entrada y proporciona un voltaje de salida al contactor, un interruptor acoplado entre el convertidor de alimentación y el contactor, y un circuito de control del interruptor acoplado al interruptor y adaptado para recibir una señal de entrada y controlar el interruptor para selectivamente acoplar la salida del circuito de control del contactor al contactor. El circuito de control del interruptor puede incluir una salida acoplada al convertidor de alimentación para controlar el voltaje de salida del convertidor de alimentación. El convertidor de alimentación puede incluir un condensador configurado de tal forma que el voltaje de salida del circuito de control del contactor está a través del condensador. El interruptor puede incluir un primer interruptor acoplado en serie con un segundo interruptor, de tal forma que el voltaje de salida del circuito de control del contactor se aplica al contactor... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de alimentación ininterrumpida (110) para proporcionar alimentación a una carga, el sistema de alimentación ininterrumpida comprendiendo:

una entrada (101) para recibir alimentación de entrada; una salida (103) para proporcionar alimentación de salida; una fuente de alimentación de reserva (118) configurada para proporcionar alimentación de reserva; circuitería convertidora (114m 120) acoplada a la salida y a la fuente de alimentación de reserva y configurada para proporcionar la alimentación de salida desde la alimentación de entrada y a la alimentación de reserva; un contactor (136) acoplado a la entrada y a la circuitería convertidora y que tiene un estado abierto y un estado cerrado; y un circuito de control del contactor (400) que tiene una salida acoplada al contactor para proporcionar un voltaje de salida para controlar un estado operacional del contactor, el circuito de control del contactor teniendo un convertidor elevador (406) configurado para recibir un voltaje CC de entrada y controlado para proporcionar un voltaje de salida que tiene un primer nivel de voltaje al contactor para controlar el contactor para conmutar del estado abierto al estado cerrado y para proporcionar un segundo voltaje de salida que tiene un segundo nivel de voltaje para mantener el contactor en el estado cerrado; donde la circuitería convertidora además incluye:

un circuito de entrada (114) acoplado a través del contactor a la entrada del sistema de alimentación ininterrumpida para recibir alimentación de entrada y acoplado a la fuente de alimentación de reserva para recibir alimentación de reserva y configurado para proporcionar selectivamente alimentación CC derivada desde la alimentación de entrada y la alimentación de reserva; y un circuito de salida (120) acoplado al circuito de entrada para recibir la alimentación DC, y configurado para proporcionar alimentación AC, derivada desde la alimentación DC, en la salida del sistema de alimentación ininterrumpida.

2. El sistema de alimentación ininterrumpida de la reivindicación 1, en donde el circuito de control del contactor está configurado para proporcionar un nivel de voltaje cero al contactor para colocar el contactor en el estado abierto.

3. El sistema de alimentación ininterrumpida de la reivindicación 1 ó 2, en donde el circuito de control del contactor incluye:

un interruptor (414) acoplado entre el convertidor elevador y el contactor; un circuito de control del interruptor (416) acoplado al interruptor y adaptado para recibir una señal de entrada y controlar el interruptor para acoplar selectivamente la salida del circuito de control del contactor al contactor.

4. El sistema de alimentación ininterrumpida de la reivindicación 3, en donde el circuito de control del interruptor incluye una salida acoplada al convertidor elevador para controlar el voltaje de salida del convertidor elevador.

5. El sistema de alimentación ininterrumpida de la reivindicación 3 ó 4, en donde el convertidor elevador incluye un condensador (C547) configurado de tal forma que el voltaje de salida del circuito de control del contactor está a través del condensador.

6. El sistema de alimentación ininterrumpida de la reivindicación 3, 4 ó 5, en donde el interruptor incluye un primer interruptor (Q520) acoplado en serie con un segundo interruptor (Q521) , de tal forma que el voltaje de salida del circuito de control del contactor se aplica al contactor cuando tanto el primer interruptor como el segundo interruptor están en un estado cerrado.

7. El sistema de alimentación ininterrumpida de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo además una fuente de alimentación (127) que tiene una entrada acoplada a la entrada del sistema de alimentación ininterrumpida para recibir alimentación de entrada y una salida acoplada al convertidor elevador para proporcionar el voltaje de entrada CC al convertidor elevador.

8. Un método para controlar un contactor (136) contenido en un sistema de alimentación ininterrumpida (100) que tiene una salida que proporciona alimentación de salida desde una fuente de alimentación primaria (101) y una fuente de alimentación de reserva (118) , el método comprendiendo:

detectar la presencia de alimentación CA desde la fuente de alimentación primaria; aplicar un voltaje que tiene un primer valor al contactor para cambiar el estado del contactor a cerrado de abierto; y aplicar un voltaje que tienen un segundo valor al contactor después de que el contactor ha cambiado de abierto a cerrado para mantener el contactor en el estado cerrado; en donde aplicar un voltaje que tiene un primer valor incluye acoplar un convertidor elevador (406) al contactor, aplicar un voltaje CC a una entrada del convertidor elevador y controlar el convertidor elevador para proporcionar un voltaje de salida que tiene el primer valor; y en donde aplicar un voltaje que tiene un segundo valor incluye controlar el convertidor elevador para proporcionar un voltaje de salida que tiene el segundo valor; el método, además comprendiendo:

acoplar una unidad de alimentación a la fuente de alimentación primaria sin pasar por el contactor; y acoplar el convertidor elevador a una salida CC de la unidad de alimentación.

9. El método de la reivindicación 8, comprendiendo además:

detectar una pérdida de alimentación CA de la fuente de alimentación primaria; y retirar el voltaje del contactor para abrir el contactor.

10. El método de la reivindicación 8 ó 9, en donde aplicar un voltaje que tiene un primer valor incluye acoplar un condensador cargado al primer valor a través del contactor.

11. El método de la reivindicación 8, 9 ó 10, en donde aplicar un voltaje que tiene el segundo valor incluye permitir al condensador descargarse hasta que el voltaje a través del condensador es igual al segundo valor.

12. El método de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en donde aplicar un voltaje que tiene un primer valor incluye controlar un par de interruptores acoplados en serie de tal forma que cada uno de los interruptores se vuelve a un estado cerrado para aplicar el voltaje al contactor.

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, comprendiendo además:

cargar el condensador usando voltaje derivado de la salida de la unidad de alimentación.

14. Un sistema de alimentación ininterrumpida para proporcionar alimentación a una carga de acuerdo a la reivindicación 1, el sistema de alimentación ininterrumpida comprendiendo:

una entrada (101) para recibir alimentación de entrada; una salida (103) para proporcionar alimentación de salida; una fuente de alimentación de reserva (118) configurada para proporcionar alimentación de reserva; circuitería convertidora (114m 120) acoplada a la salida y a la fuente de alimentación de reserva y configurada para proporcionar la alimentación de salida desde la alimentación de entrada y la alimentación de reserva; un contactor (136) acoplado a la entrada y a la circuitería convertidora y que tiene un estado abierto y un estado cerrado; y medio (400) para proporcionar un voltaje de salida que tiene un primer nivel de voltaje al contactor para controlar el contactor para conmutar del estado abierto al estado cerrado y para proporcionar un segundo voltaje de salida que tiene un segundo nivel de voltaje para mantener el contactor en el estado cerrado; en donde el medio para proporcionar incluye un convertidor elevador (406) que recibe un voltaje CC de entrada y proporciona el voltaje de salida que tiene el primer nivel de voltaje y el segundo nivel de voltaje; y en donde la circuitería convertidora incluye un circuito rectificador (114) configurado para convertir un voltaje CA de la entrada a un voltaje CC de entrada y además incluye un circuito inversor (120) configurado para convertir el voltaje CC de entrada y el voltaje CC de la fuente de alimentación de reserva a alimentación AC.