CN103117590B - 具精简化电压检知电路的不断电供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具精简化电压检知电路的不断电供电系统，具有一系统接地端，并包含有一主电路、一频率检测模块、一分压模块及一中央控制器，其中，主电路具有一用以与市电电源连接的电源输入端口、二分别对应市电电源的火线及中性线而连接于该电源输入端口的开关，且系统接地端通过其中一开关与中性线连接，频率检测模块连接于电源输入端口，中央控制器通过系统接地端接地，并与频率检测模块、分压模块及二开关连接，通过频率检测模块检知市电电源频率正常后闭合对应与中性线连接的开关，使中央控制器接地端与市电电源的中性线等电位；如此，只需通过用多个分压电阻构成的该分压模块即可检知市电电源的电压，可简化不断电供电系统的电路。

Description

具精简化电压检知电路的不断电供电系统

技术领域

本发明涉及一种不断电供电系统，尤指一种具精简化电压检知电路的不断电供电系统。

背景技术

不断电供电系统(Uninterruptible Power Supply，简称UPS)主要的功用在于当检测市电异常，例如停电、发生突波或产生异常高/低电压时，提供备援电力给后端的电器设备，其最常用于电信网络、交换机、服务器等需要全天候运作的电器设备，以避免因市电各种异常状况而造成数据及数据遗失、中断甚至仪器因突然的断电而损坏的情形。

以下简述现有的不断电供电系统，请参阅图8，现有的不断电供电系统用以与市电的火线及中性线连接，且具有一系统接地端，并包含有：

一主电路70，通过该系统接地端接地，且包含有一电源输入端口71、一电源输出端口72、二开关73、一市电处理单元74及一备援电源电路75，其中该电源输入端口71具有一火线端711及一中性线端712，以分别与市电电源的火线及中性线连接，且该火线端711通过其中一开关73及该市电处理单元74而连接至该备援电源电路75及该电源输出端口72，该中性线端则通过另一开关73连接至该备援电源电路75及该电源输出端口72；

一频率暨电压检测模块80，通过该系统接地端接地，且连接于该主电路70电源输入端口71的火线端711及中性线端712，并分别通过该火线端711及中性线端712检知市电电源的频率及电压，又具有一检测频率输出端81及一检测电压输出端82；

一中央控制器90，与该主电路70的二开关73及该频率暨电压检测模块80的检测频率输出端81及检测电压输出端82连接，且具有一接地端91通过该系统接地端接地，并内建一频率范围值及一电压范围值，该中央控制器90通过该频率暨电压检测模块81检知市电电源火线及中性线之间的频率值及电压值，并判断该频率值在内建的频率范围值内且电压值在电压范围值内时，控制该二开关73闭合，使市电电源通过该电源输出端口72提供电源并同时对该备援电源电路75充电；反之，若检知的频率值不在频率范围值内或电压值不在电压范围值内时，则断开该二开关73，改以备援电源电路75通过电源输出端口72提供电源。

通过上述不断电供电系统，可使市电电源正常供应电力时，使市电电源经过该市电处理单元74处理后输出市电电源给连接于电源输出端口的电器设备，该市电处理单元74通常是稳压电路，以对市电电源降压并稳压；不断电供电系统在市电电源发生异常，如停电、突波、异常的高/低电压或高/低频率时，改以备援电源电路75供电，一般来说，该备援电源电路75包含一交直流转换器751及一充电电池752，于是电源正常时，以市电电源通过该交直流转换器751转换为直流电对充电电池752充电，而切换为备援电源电路75供电时，则由该充电电池752提供的电力经交直流转换器751转为交流电提供电源，以用来使电源输出端口输出电源的频率及电压不受市电电源发生异常状况的影响；然而此种不断电供电系统虽成达到确保输出电源品质的效果，但该频率暨电压检测模块80所使用的电路甚为复杂且所使用的元件成本高昂，请进一步参阅图9，其中该电压暨频率检测模块80由一检压单元83及一检频单元84构成，由于市电电源中性线上的电位与不断电供电系统的系统接地端并不相等，两者之间会有一电位差，为避免该电位差造成该中央控制器90检知的电压与实际有误差，因此，该检压单元83的输入与输出必须具有隔离效果，意即，该检压单元83的输入以市电电源的中性线作为输入准位，来比较市电电源火线与该输入准位间的频率及电压值，但输出却须以不断电供电系统接地端电位为输出准位，使得检压单元83需使用具有隔离效果的比较器来达成，电路复杂。

除此之外，又有厂商为更进一步确保该电源输出端口72输出的电源的电压及功率，故会在该不断电供电系统上设置一输出电源检测单元76，一般来说该输出电源检测单元76包含有一电压检测电路及一电流检测电路，该电压检测电路及该电流检测电路电连接至该中央控制器90，且分别用以检测该电源输出端口72输出的电压及电流后，输出由该中央控制器90计算出输出功率，然而基于上述情况，由于不断电供电系统的系统接地端与中性线之间存在有电位差，因此，该输出电源检测单元76的电压检测单元的详细电路如图10所示，需要二个具隔离效果的比较器761来达成，且整体电路亦相当复杂，成本高昂，再请参阅图11，现有电流检测电路762通常检知市电电源中性线上的电流，同样地，由于市电电源中性线与系统接地端上电位有误差，因此，该电流检测电路762亦必须具有隔离效果，一般是使用比流器763及一桥式整流器764达成，供市电电源中性线上的电流流入该比流器的二输入端，再由该比流器763感应后由二输出端通过该桥式整流器764连接至系统接地端及中央控制器90，电路亦相当复杂，且比流器763元件的尺寸大，占据空间。

因此，现有的不断电供电系统为克服市电电源中性线与中央控制器接地端电位的误差，需用复杂且昂贵的电路元件来制作该频率暨电压检测模块及输出电源检测单元，造成成本增加，且用来检测电压的电路复杂，需有所改良。

发明内容

有鉴于上述不断电供电系统须配合用电路复杂的检压单元来达成检知市电电源的电压值的技术缺陷，本发明的主要目的是提出一种具精简化电压检知电路的不断电供电系统。

欲达上述目的所使用的主要技术手段是令该具精简化电压检知电路的不断电供电系统具有一系统接地端，且包含有：

一主电路，通过该系统接地端接地，且包含有一电源输入端口、一电源输出端口、二开关、一市电处理单元及一备援电源电路，其中该电源输入端口具有一火线端及一中性线端，以分别与市电电源的火线及中性线连接，且该火线端通过其中一开关及该市电处理单元而连接至该备援电源电路及该电源输出端口，该中性线端则通过另一开关连接至该备援电源电路、该系统接地端及该电源输出端口；

一频率检测模块，通过该系统接地端接地，且具有一输入端，该输入端连接于该主电路电源输入端口的火线端及中性线端，供该频率检测模块检知市电电源的频率，且该频率检测模块具有一与该输入端隔离的检测频率输出端；

一分压模块，连接至该主电路电源输入端口的火线端及该系统接地端，并包含有多个分压电阻，以对市电电源的火线分压后形成一分压电压；

一中央控制器，具有二控制端及一接地端，且内建一频率范围值及一电压范围值，并与该频率检测模块及该分压模块连接，其接地端通过该系统接地端接地，且该中央控制器通过该频率检测模块检知市电电源频率在该频率范围值内时，闭合对应与中性线端连接的开关，而判断该分压模块的分压电压在该电压范围值内时，闭合对应与火线端连接的开关。

本发明是令该中央控制器分别控制该二开关的启闭，如此可在先检知市电电源的频率正常时闭合对应连接于中性线端的开关，使市电电源的中性线通过该开关与不断电供电系统的系统接地端连接而等电位，如此，该中央控制器仅需通过该分压模块即可检知市电电源火线上的电位，而分压模块仅需用多个电阻即可达成，简化电路的复杂度；同样的，若要进一步在主电路的电源输出端口上设置用以检知输出电压的输出电压检测单元，亦只需要多个电阻分压即可，大幅简化不断电供电系统用来检测电压的所需电路的复杂，可缩小不断电供电系统的体积且减少制作成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明不断电供电系统的电路方块图；

图2A为图1主电路未包含备援电源电路的详细电路图；

图2B为图1主电路备援电源电路的详细电路图；

图3为图1分压模块的详细电路图；

图4为图1中央控制器的详细电路图；

图5为图1的输出电源检测单元中的输出电压分压电路的详细电路图；

图6为图1的输出电源检测单元中的电流检测电路的详细电路图；

图7为图1的频率检测模块的详细电路图；

图8为现有不断电供电系统的电路方块图；

图9为图8的频率暨电压检测模块详细电路图；

图10为图8的输出电源检测单元中的电压检测电路的详细电路图；

图11为图8的输出电源检测单元中的电流检测电路的详细电路图。

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

请参阅图1，本发明具精简化电压检知电路的不断电供电系统与市电电源的火线及中性线连接，该不断电供电系统具有一系统接地端9，并包含有：

一主电路10，通过所述系统接地端9接地，且包含有一电源输入端口11、一电源输出端口12、二开关13、一市电处理单元14及一备援电源电路15，其中该电源输入端口11具有一火线端111及一中性线端112，以分别与市电电源的火线及中性线连接，且该火线端111通过其中一开关13及该市电处理单元14而连接至该电源输出端口12及该备援电源电路15，该中性线端112则通过另一开关13连接至该电源输出端口12、该系统接地端9及该备援电源电路15，又该备援电源电路15包含有一交直流转换器151及一充电电池152，该交直流转换器151分别通过该二开关13与该火线端111及该中性线端112连接，该充电电池152则与该交直流转换器151连接，请进一步参阅图2A，为本实施例中主电路10未包含备援电源电路15的详细电路图，图2B则为该备援电源电路15的详细电路图；

一频率检测模块20，通过该系统接地端9接地，且具有一输入端，该输入端连接于该主电路10电源输入端口11的火线端111及中性线端112，供该频率检测模块20检知市电电源的频率，且该频率检测模块20具有一与该输入端隔离的检测频率输出端21；

一分压模块30，连接至该主电路10电源输入端口11的火线端111上及该系统接地端9，再请进一步参阅图3，为该分压模块30的详细电路图，包含有多个分压电阻31连接于该火线端111及该系统接地端9之间，以对市电电源的火线分压后形成一分压电压；

一中央控制器40，请进一步配合参阅图4，该中央控制器40具有二控制端41及一接地端42，且内建一频率范围值及一电压范围值，并与该频率检测模块20及该分压模块30连接，其接地端42通过该系统接地端9接地，并在通过该频率检测模块20检知市电电源频率在该频率范围值内时，闭合对应与中性线端112连接的开关13，而判断该分压模块30的分压电压在该电压范围值内时，闭合对应与火线端111连接的开关13；

一输出电源检测单元50，连接至该电源输出端口12及该中央控制器40，且包含有一输出电压分压电路及一电流检测电路，请进一步配合参阅图5，该输出电压分压电路51包含有多个分压电阻511，并连接于该电源输出端口12对应与该火线端连接处及该系统接地端9之间，以分压形成一分压电压；再请进一步配合参阅图6，该电流检测电路52包含有一串接于系统接地端9与电源输出端口12之间的检流电阻521(标示于图2A中)及一跨接于该检流电阻521两端的运算放大器522，且该电流检测电路52将检流电阻521上的电压叠加一正电压，使检流电阻521上的电压高于0V后，经由该运算放大器522放大并输出予该中央控制器40，以检知流经检流电阻521的电流。

本发明的中央控制器40先通过该频率检测模块20检知电源输入端口11上市电电源的频率是否在内建的频率范围值内，若在该频率范围值内则控制对应连接于电源输入端口11中性线端112的开关13闭合，如此，会使市电电源的中性线与系统接地端9等电位，即使市电电源的中性线与中央控制器40的接地端42等电位，中央控制器40便可直接检测市电电源火线上的电位而不需隔离效果的电路，因此可直接以该分压模块30对市电电源的火线分压后，再由该中央控制器40检测，而分压模块30仅需要多个分压电阻31即可达成；同理，检知该电源输出端口12的输出电压亦只需用多个分压电阻511分压即可，简化电路，以减低制作成本；且该电流检测电路52亦可以一运算放大器522达成，简化电路的复杂度，且运算放大器522成本及占有的空间则相对比流器来的低，又可缩小电路占据的空间。

再者，由于本发明频率检测模块20仅需检知市电电源的频率，因此可以图7所揭示的电路达成，其中，该频率检测模块20包含有一交流检测单元22、一晶体管23及多个电阻24，该交流检测单元22包含有一光耦合器221，该光耦合器221连接于市电电源的火线及中性线，以感应市电电源的频率，该感应输出端222则通过该多个电阻24连接至系统接地端9，该晶体管23则跨接于其中一电阻24上，并连接至该检测频率输出端21，当光耦合器221感应输出端222上的电压通过该多个电阻24形成分压后，即令该晶体管23导通，并叠加一正电压(+5V)，经由该检测频率输出端21输出予该中央控制器40，以检知市电电源的频率；而上述交流检测单元已经使用于现有部分不断电供电系统中，用于当不断电供电系统关机却有连接市电电源时，该交流检测单元22可检知不断电供电系统有连接市电电源，而用市电电源在不断电供电系统中建立一系统电源，而上述本发明的频率检测模块20只需在该交流检测单元22增加设置一晶体管23及多个电阻24即可达成，简化电路，且缩小电路占据的空间，也减低制作成本。

综上所述，由于本发明不断电供电系统在检知市电电源的频率正常时，即会使中央控制器的接地端与市电电源的中性线连接而等电位，如此即可无误差地直接检测市电电源火线上的电位，故使检知电源输入端口及电源输出端口用来检知火线上电压的电路只需要用多个分压电阻即可达成，可大幅减少不断电供电系统的电路复杂度；再者，由于该频率检测模块只需检知市电电源的频率，因此可直接使用现有不断电供电系统中本来就有的交流检测单元加上一晶体管及多个电阻来构成，更进一步简化电路。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种具精简化电压检知电路的不断电供电系统，其特征在于，所述不断电供电系统与市电电源的火线及中性线连接且具有一系统接地端，并包含有：

一主电路，通过所述系统接地端接地，且包含有一电源输入端口、一电源输出端口、二开关、一市电处理单元及一备援电源电路，其中所述电源输入端口具有一火线端及一中性线端，以分别与市电电源的火线及中性线连接，且所述火线端通过其中一开关及所述市电处理单元而连接至所述备援电源电路及所述电源输出端口，所述中性线端则通过另一开关连接至所述备援电源电路、所述系统接地端及所述电源输出端口；

一频率检测模块，通过所述系统接地端接地，且具有一输入端，所述输入端连接于所述主电路电源输入端口的火线端及中性线端，供所述频率检测模块检知市电电源的频率，且所述频率检测模块具有一与所述输入端隔离的检测频率输出端；

一分压模块，连接至所述主电路电源输入端口的火线端及所述系统接地端，并包含有多个分压电阻，以对市电电源的火线分压后形成一分压电压；

一中央控制器，具有二控制端及一接地端，且内建一频率范围值及一电压范围值，并与所述频率检测模块及所述分压模块连接，其接地端通过所述系统接地端接地，且所述中央控制器通过所述频率检测模块检知市电电源频率在所述频率范围值内时，闭合对应与中性线端连接的开关，而判断所述分压模块的分压电压在所述电压范围值内时，闭合对应与火线端连接的开关。

2.根据权利要求1所述的具精简化电压检知电路的不断电供电系统，其特征在于，所述不断电供电系统进一步包含有一输出电源检测单元，所述输出电源检测单元连接至所述电源输出端口及所述中央控制器，且包含有一输出电压分压电路及一电流检测电路，其中所述输出电压分压电路包含有多个分压电阻，并连接于所述电源输出端口对应与所述火线端连接处及所述系统接地端之间，以分压形成一分压电压。

3.根据权利要求2所述的具精简化电压检知电路的不断电供电系统，其特征在于，所述电流检测电路包含有一串接于系统接地端与电源输出端口之间的检流电阻及一跨接于所述检流电阻两端的运算放大器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的具精简化电压检知电路的不断电供电系统，其特征在于，所述频率检测模块包含有一交流检测单元、一晶体管及多个电阻，所述交流检测单元包含有一光耦合器，所述光耦合器连接于市电电源的火线及中性线，以感应市电电源的频率，所述光耦合器的感应输出端则通过所述多个电阻连接至系统接地端，所述晶体管则跨接于其中一电阻上，并连接至所述检测频率输出端，以于光耦合器感应输出端上的电压通过所述多个电阻形成分压后，令所述晶体管导通，并叠加一正电压，经由所述检测频率输出端输出给所述中央控制器，以检知市电电源的频率。

5.根据权利要求1至3任一项所述的具精简化电压检知电路的不断电供电系统，其特征在于，所述备援电源电路包含有一交直流转换器及一充电电池，所述交直流转换器分别通过所述二开关与所述火线端及所述中性线端连接，所述充电电池则与所述交直流转换器连接。

6.根据权利要求4所述的具精简化电压检知电路的不断电供电系统，其特征在于，所述备援电源电路包含有一交直流转换器及一充电电池，所述交直流转换器分别通过所述二开关与所述火线端及所述中性线端连接，所述充电电池则与所述交直流转换器连接。