CN103633728A - 交流备援电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明是涉及一种交流备援电源系统，主要是使一电源供应器通过一切换模块选择与一主要交流电源或一备援交流电源连接，该切换模块由一监控模块控制其切换动作；该监控模块主要是由一电源监测单元、一第一回路开关、一第二回路开关及一处理单元所组成，该第一、第二回路开关并联地连接于切换模块与电源供应器间的电源回路上；当处理单元通过电源监测单元测得主要交流电流中断，随即使常闭的第一回路开关断开，并驱动切换模块与备援交流电源连接，而在备援交流电源到达零交越点，再接通电子式的第二回路开关，使备援交流电源送至电源供应器。利用上述设计，可确保交流电源在零交越点切入电源供应器，且可避免在开关上产生火花及其衍生的积碳问题。

Description

交流备援电源系统

技术领域

本发明是涉及一种交流备援电源系统，尤指一种可确保交流电源在零交越点切入电源供应器，且在切换时不虞产生电弧、积碳损耗问题。

背景技术

为确保供电的稳定性，高规格的电源系统都有所谓的冗余设计，所谓冗余电源系统主要是由二个以上电源模块协同工作，当其中一个电源模块故障而无法正常供电时，另一电源模块可以马上接替故障电源模块的工作；而前述冗余设计一般是对负载而言，对于电源系统的输入电源而言，通常只有单一的交流电源输入，因此一旦交流电源异常，电源系统即使有冗余设计，也无法对负载供电。

为解决上述问题，一种具有交流备份功能的电源供应器即应运而生，其如图3所示，包括第一至第三直流电源供应模块71~73及一切换电路70；其中：

第一至第三直流电源供应模块71~73的输出端是并联地对负载供电，其中第一、第二直流电源供应模块71、72的输入端分别与第一、第二交源电源AC1、AC2连接；该切换电路70具有第一至第三继电器701~703，第三继电器703是二对一形式，其具有二输入端及一输出端，两输入端分别和第一、第二继电器701、702连接，其输出端则与第三直流电源供应模块73的输入端连接，而第一、第二继电器701、702的输入端是分别与第一、第二交流电源AC1、AC2连接。

当第一、第二交流电源AC1、AC2供电正常时，其分别供电给第一、第二直流电源供应模块71、72，其中第一交流电源AC1并通过第一、第三继电器701、703供电给第三直流电源供应模块73，因此第一至第三直流电源供应模块71~73将并联输出。

若第一交流电源AC1中断，则第一继电器701断开，第二继电器702由开路转闭路，第三继电器703则切换与第二继电器702连接，此时第一直流电源供应模块71因第一交流电源AC1中断而停止工作；第二直流电源供应模块72因第二交流电源AC2正常而维持工作；第三直流电源供应模块73通过第三、第二继电器703、702自第二交流电源AC2取得电源，而与第二直流电源供应模块71、72并联工作。

尽管前述专利案在说明书中特别强调切换电路70的切换动作必须在交流电源交变至零交越点(Zero-crossing)时为之，以避免切换时出现突波及产生火花。在具体的技术手段上，并利用微处理器对交流电源进行检测，期望微处理器能精准控制继电器在零点进行切换。然而，前述专利案是采用继电器作为切换元件，而继电器属于机械式开关，其存在反应延迟(Time delay)问题，即使微处理器检测到交越零点，但实际反应到继电器作切换动作时，交流电源已非交越零点。由于切换时已非零点，切换突波及切换时产生火花，从而造成积碳耗损的问题并无法有效解决。

由上述可知，针对输入交流电源提供备援方案，在实际运用上有其必要性，但在切换交流电源时，前述专利法所呈现的既有技术，并无法确实作到零点切换，故有待进一步检讨，并谋求可行的解决方案。

发明内容

因此本发明主要目的在提供一种交流备援电源系统，其可确保交流电源在零点切换，且在切换时不虞产生电弧，从而可避免损耗问题。

为达成前述目的采取的技术手段是使前述交流备援电源系统包括一电源供应器、一切换模块及一监控模块；其中：

所述电源供应器具有一输入电源回路；

所述切换模块具有一第一切换单元及一第二切换单元，所述第一、第二切换单元的输入端分别与一主要交流电源及一备援交流电源连接；所述第一、第二切换单元的输出端是可切换地与电源供应器的输入电源回路连接；

所述监控模块包括：

一处理单元；

一电源监测单元，具有输入端及输出端，其输入端分别与主要、备援交流电源连接，其输出端是与处理单元连接；

一第一回路开关，是受处理单元控制启闭，其串接于切换模块与电源供应器间的输入电源回路上；

一第二回路开关，是一电子式开关，其受处理单元控制通断，与所述第一回路开关并联；

所述交流备援电源系统在常态下只由主要交流电源通过切换模块的第一切换单元及第一回路开关对电源供应器供电；而监控模块的处理单元则通过电源监测单元随时监测主要交流电源及备援交流电源的状态，当主要交流电源异常或中断，处理单元将使常闭的第一回路开关及切换模块的第一切换单元断开后，再接通第二切换单元，使切换模块改与备援交流电源连接，另一方面，处理单元将检测预备供电的备援交流电源是否到达零交越点，当到达零交越点时，即接通第二回路开关，此时备援交流电源将通过切换模块的第二切换单元、第二回路开关供电给电源供应器，由于第二回路开关为电子式开关，因此可确实地在零交越点处作切换；而在电源稳定后，再由处理单元接通第一回路开关，并断开第二回路开关；当主要交流电源恢复供电，则循上述方式，仍先使闭合的第一回路开关及第二切换单元断开，并检测主要交流电源是否到达零交越点，当到达零交越点时，即接通第二回路开关，此时备援交流电源将通过切换模块的第二切换单元、第二回路开关供电给电源供应器，在电源稳定后，由处理单元接通第一回路开关，并断开第二回路开关；

利用前述技术，当有切换交流电源需求时，可确保交流电源是在零交越点处作切换，藉此可避免产生输入突波，也可防止产生火花及衍生积碳损耗的问题。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的电路图。

图2为本发明一较佳实施例的时序图。

图3为既有具交流备用功能的电源供应装置的电路方块图。

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。

关于本发明一较佳实施例的电路构造，首先请参阅图1所示，主要是由一电源供应器10、一切换模块20及一监控模块30所组成；其中：

在本实施例中，该电源供应器10包括一滤波电路11、一整流电路12及一功率因数校正电路(PFC)13所组成，并可在功率因数校正电路13的输出端进一步设有一直流对直流转换电路(DC/DC)(本图中未示)；又电源供应器10在整流电路12的输入端上构成一输入电源回路；

该切换模块20具有一第一切换单元21及一第二切换单元22，该第一、第二切换单元21、22的输入端分别与一主要交流电源AC1及一备援交流电源AC2连接，又第一、第二切换单元21、22的输出端则可切换地与电源供应器10的输入电源回路连接；在本实施例中，该切换模块20进一步在第一、第二切换单元21、22与电源供应器10间设有一第三切换单元23；其中：

该第一切换单元21主要是由两继电器REL1、REL2组成，两继电器REL1、REL2分别具有一共同端，且分别与一主要交流电源AC1的两电源线L,N连接，又两继电器REL1、REL2分别具有一常开接点及一常闭接点；

该第二切换单元22主要是由两继电器REL3、REL4组成，两继电器REL3、REL4分别具有一共同端，且分别与一备援交流电源AC2的两电源线L,N连接，又两继电器REL3、REL4分别具有一常开接点及一常闭接点；

该第三切换单元23仍主要由两个连动的继电器REL5、REL6组成，两继电器REL5、REL6分别具有一共同端，且共同与电源供应器10的输入电源回路连接，又两继电器REL5、REL6分别具有一常开接点及一常闭接点，且分别与第一、第二切换单元21、22的继电器REL1~REL4的常开接点、常闭接点连接；藉此，该切换模块20将在监控模块20的控制下，选择由主要交流电源AC1或备援交流电源AC2连接电源供应器10的输入电源回路。

该监控模块30包括：

一处理单元31，可分别控制切换模块20各切换单元的切换，且接收电源供应器10的交流信号，在本实施例中，该处理单元31主要由一第一处理器311及一第二处理器312组成，该第一处理器311与第二处理器312是通过一光耦合器313相连接；其中第一处理器311是通过一交流信号检测电路310分别与电源供应器10的滤波电路11输出端及整流电路12的输出端连接，以取得其交流信号；

一电源监测单元32，具有输入端及输出端，其输入端分别与主要、备援交流电源AC1、AC2连接，其输出端是与处理单元31连接；在本实施例中，该电源监测单元32包括一第一检测器321及一第二检测器322，该第一、第二检测器321、322的输入端分别与主要交流电源AC1及备援交流电源AC2连接，该第一、第二检测器321、322的输出端分别通过一光耦合器323、324与处理单元31的第一处理器311连接。

一第一回路开关33，是受处理单元31控制启闭，其常闭地串接于切换模块20与电源供应器10间的输入电源回路上；在本实施例中，该第一回路开关33是由一继电器REL 7所构成，并受处理单元31的第一处理器311控制其启闭；

一第二回路开关34，是一电子式开关且串接在切换模块20与电源供应器10间的输入电源回路上，而与前述第一回路开关33并联；该第二回路开关34是由处理单元31控制通断。在本实施例中，该第二回路开关34是由一双向晶闸管(TRIAC)所构成，其用以控制通断的闸极是通过一驱动电路340与第一处理器311连接，也就是由第一处理器311通过驱动电路340控制第二回路开关34的通断。

除上述各个模块外，本发明进一步包括一电源模块40，以供应监控模块30电源；该电源模块40主要由两个电源转换器41、42组成，其输入端分别与主要交流电源AC1及备援交流电源AC2连接，其输出端则分别连接至第一、第二检测器321、322与第一、第二处理器311、312连接，以供应其工作时所需的电源。在本实施例中，两电源转换器41、42分别为一驰返式电源转换器。

至于上述交流备援电源系统的工作原理详如以下所述(请配合图2所示)：

当主要交流电源AC1及备援交流电源AC2均正常时(t0)，电源监测单元30的第一、第二检测器321、322分别检出其电源信号，并将检测正常信号AC1_OK、AC2_OK(低电位)传送给第一处理器311(t1)，但备援交流电源AC2暂不供电；此时，第三切换单元23的继电器REL5、REL6为常闭状态，且与第一切换单元21连接，而第一切换单元21的继电器REL1、REL2则由第一处理器311驱动后切换而与第三切换单元23连接，且第一回路开关33也由第一处理器311驱动后闭合，而使主要交流电源AC1通过第一、第三切换单元21、23及第一回路开关33传送电源给电源供应器10，此时功率因数校正电路13的升压电容(图中未示)开始充电，其输出电压(PFC_Bulk)开始提高，并为第一处理器311所检知。

当主要交流电源AC1中断或异常(t2)，第一检测器321停止送出检测正常信号AC1_OK给第一处理器311，第一处理器311经数个ms确认后，将使闭合的第一回路开关33先行断开，此时即无能量进入电源供应器10，自无电流通过第一回路开关33，故可避免在第一回路开关33上产生火花，进而可解决在开关上产生火花所衍生积碳的问题。由于第一回路开关33断开，功率因数校正电路13的输出电压(PFC_Bulk)因而持续下降。

接着第一处理器311使第一切换单元21切离第三切换单元23，并使第二切换单元22与第三切换单元23连接，藉此备援交流电源AC2处于预备供电状态(t4)。由于此时第一、第二回路开关33、34均为非接通状态，故无能量流入电源供应器10，而第一处理器311将由第二检测器322检测备援交流电源AC2是否到达零交越点(t5)。当到达零交越点时，第一处理器311随即通过驱动电路340触发第二回路开关34导通，而第三切换单元23随即通过第二回路开关34与电源供应器10输入电源回路接通，由于第二回路开关34为电子式开关，因此可确实地在零交越点处作切换；此时电源供应器10的功率因数校正电路13输出电压(PFC_Bulk)又开始升高。而在电源稳定后(本实施例为第二回路开关34导通50ms后)，第一处理器311将接通第一回路开关33，并使第二回路开关34截止(t6)，恢复由第一回路开关33接通电源供应器10的输入电源回路，并由备援交流电源AC2持续供给电源供应器10电源(t7)。在前述动作过程中，当电源稳定后，即恢复由第一回路开关33接通电源供应器10的输入电源回路，意即第二回路开关34是作为一中继开关；如是设计的原因在于通过电子式的第二回路开关34接通电源回路其损耗大于继电器构成的第一回路开关33，因此在电源稳定后，恢复由第一回路开关33接通电源供应器10的输入电源回路，可减少电力损耗。再者，由于第二回路开关34的导通电压甚低，因此在第一回路开关33切回时，受第二回路开关34箝位所影响，其导通的电压也小，因而可有效避免在第一回路开关33上产生火花及其衍生的积碳问题。

当主要交流电源AC1恢复供电，可维持由备援交流电源AC2供电，当备援交流电源AC2异常或中断，则循上述步骤切回由主要交流电源AC1供电，其步骤如下：

在备援交流电源AC2中断或异常(t8)，第二检测器322停止送出检测正常信号AC2OK给第一处理器311，第一处理器311经数个ms确认后，将使闭合的第一回路开关33先行断开，以阻断能量进入电源供应器10，如前揭所述，先行断开第一回路开关33，可避免电流通过时产生火花，进而可防止在开关上积碳。由于第一回路开关33断开，故功率因数校正电路13的输出电压(PFC_Bulk)将下降。

接着第一处理器311使第二切换单元22切离第三切换单元23，并切换第三切换单元23使其与第一切换单元21连接，藉此令主要交流电源AC1处于预备供电状态(t9)。第一处理器311将由第一检测器321检测主要交流电源AC1是否到达零交越点。当到达零交越点时，第一处理器311随即通过驱动电路340触发第二回路开关34导通，而第三切换单元23随即通过第二回路开关34与电源供应器10输入电源回路接通，电源供应器10的功率因数校正电路13输出电压(PFC_Bulk)因而开始升高。而在电源稳定后(本实施例为第二回路开关34导通50ms后)，再由第一处理器311接通第一回路开关33，并使第二回路开关34截止(t10)，恢复由第一回路开关33接通电源供应器10的输入电源回路，并由主要交流电源AC1持续供给电源供应器10电源。

如前揭所述，利用第二回路开关34作为一中继开关，可确保在零交越点处作切换，而在电源稳定后，恢复由第一回路开关33接通电源回路是可减少电力损耗。再者，由于第二回路开关34的导通电压低，因而在第一回路开关33切回时，将受第二回路开关34箝位所影响，而使其导通的电压也小，因而可有效避免在第一回路开关33上产生火花及其衍生的积碳问题。

由上述可知，本发明的交流备援电源系统可提供一主要交流电源、一备援交流电源交替地为电源供应器供给电源，而在主要交流电源与备援交流电源作切换时，是由电子式的第二回路开关准确地在零交越点处作切换，其切换时，由继电器构成的第一回路开关是处在断开状态，故而无电流通过；另一方面，在电源稳定后，第一回路开关切回电源回路，则因受第二回路开关箝位影响，其通过电压小，故可有效避免产生火花及衍生积碳损耗的问题。

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，任何熟悉本专业的技术人员，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 (10)

1.一种交流备援电源系统，其特征在于，包括一电源供应器、一切换模块及一监控模块；其中：

所述电源供应器具有一输入电源回路；

所述切换模块具有一第一切换单元及一第二切换单元，所述第一、第二切换单元的输入端分别与一主要交流电源及一备援交流电源连接；所述第一、第二切换单元的输出端是可切换地与电源供应器的输入电源回路连接；

所述监控模块包括：

一处理单元；

一电源监测单元，具有输入端及输出端，其输入端分别与主要、备援交流电源连接，其输出端是与处理单元连接；

一第一回路开关，是受处理单元控制启闭，其串接于切换模块与电源供应器间的输入电源回路上；

一第二回路开关，是一电子式开关，其受处理单元控制通断，与所述第一回路开关并联；其中

当输入电源回路的输入电源异常时，处理单元将先断开第一回路开关，在输入电源回路无电流通过的状态下接通第二回路开关。

2.根据权利要求1所述的交流备援电源系统，其特征在于，第一回路开关主要是由一继电器构成；所述第二回路开关主要是由一交流硅控制器构成，其闸极是通过一驱动电路与监控模块的处理单元连接。

3.根据权利要求2所述的交流备援电源系统，其特征在于，所述切换模块进一步在第一、第二切换单元与电源供应器间设有一第三切换单元；其中：

所述第一切换单元主要是由两继电器REL1、REL2组成，两继电器REL1、REL2分别具有一共同端，且分别与一主要交流电源的两电源线接，又两继电器REL1、REL2分别具有一常开接点及一常闭接点；

所述第二切换单元主要是由两继电器REL3、REL4组成，两继电器REL3、REL4分别具有一共同端，且分别与一备援交流电源的两电源线连接，又两继电器REL3、REL4分别具有一常开接点及一常闭接点；

所述第三切换单元主要由两个连动的继电器REL5、REL6组成，两继电器REL5、REL6分别具有一共同端，且与电源供应器的输入电源回路连接，又两继电器REL5、REL6分别具有一常开接点及一常闭接点，且分别与第一、第二切换单元的继电器REL1,REL2、REL3,REL4的常开接点、常闭接点连接。

4.根据权利要求3所述的交流备援电源系统，其特征在于，所述电源供应器主要是由一滤波电路、一整流电路及一功率因数校正电路组成；

所述监控模块的处理单元是通过一交流信号检测电路分别与滤波电路与整流电路的输出端连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的交流备援电源系统，其特征在于，所述监控模块的处理单元包括相互连接的一第一处理器与一第二处理器，所述第一处理器分别与电源监测单元与切换模块连接。

6.根据权利要求5所述的交流备援电源系统，其特征在于，所述监控模块的电源监测单元包括一第一检测器及一第二检测器，所述第一、第二检测器的输入端分别与主要交流电源、备援交流电源连接，所述第一、第二检测器的输出端与处理单元的第一处理器连接。

7.根据权利要求6所述的交流备援电源系统，其特征在于，所述第一、第二检测器是分别通过一光耦合器与第一处理器连接；

所述第一处理器是通过一光耦合器与第二处理器连接。

8.根据权利要求7所述的交流备援电源系统，其特征在于，进一步包括一电源模块，所述电源模块包括两电源转换器，两电源转换器的输入端分别与主要交流电源及备援交流电源连接，其输出端则分别连接至第一、第二检测器与第一、第二处理器连接。

9.根据权利要求8所述的交流备援电源系统，其特征在于，两电源转换器为一驰返式电源转换器。

10.根据权利要求5所述的交流备援电源系统，其特征在于，所述第一回路开关是由处理单元的第一处理器控制其启闭。

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