CN104333111A - 直流不断电系统及装置 - Google Patents

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Abstract

一种直流不断电系统，包含数个可串联以相互备援的直流不断电装置，每一个直流不断电装置包括：一电力线，一与电力线电耦接，以取得直流电源的电力并储存的电池模块，一侦测直流电源的电压低于一第一默认值时，产生一第一触发讯号的电压侦测电路，一电流侦测电路，用以侦测与该电力线电耦接的一相邻的直流不断电装置输出的电流低于一第二默认值时，产生一第二触发讯号，一电耦接在电力线的开关，以及一控制单元，其根据第一触发讯号控制电池模块输出电力至电力线，并根据第二触发讯号控制开关导接电力线与电流侦测电路，以适时供电给该相邻的直流不断电装置。

Description

直流不断电系统及装置
技术领域
本发明涉及一种不断电系统及装置，特别是涉及一种针对直流电源的直流不断电系统及装置。
背景技术
参见图1所示，一种现有不断电装置1具有一将三相交流电源300转成单相交流电源的电压分配单元11，一将电压分配单元11输出的单相交流电源转成一直流电的电源供应单元13，其输出直流电供给服务器200，同时输出直流电至一充电电路31，使将直流电转成电池33的额定电压并对电池33充电。电池33还与一变压模块35电耦接，且一开关37电耦接在电池33与一服务器200之间并受电源供应单元13控制。当交流电源300停止输出电力时，电源供应单元13控制开关37导接变压模块35与服务器200，使电池33输出电力并经由变压模块35转成服务器200所需的直流电，再经由开关37供给服务器200，借此达到不断电的目的。
但现有不断电装置1只能供单一负载使用，且不能与相邻的不断电装置连接，而无法适时提供电力给使用相邻的不断电装置的负载。此外，现有不断电装置1的变压模块35大多采用电路复杂且体积较大的交换(切换)式直流-直流转换器，使得不断电装置1的整体体积无法缩减，而不适于应用在要求轻薄短小的电子产品中。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种包括数个串联且可相互备援的直流不断电装置的直流不断电系统，使其中的每一直流不断电装置可以适时提供电力给相邻串联的该直流不断电装置。
本发明的另一目的在于提供一种包括数个串联且可相互备援的直流不断电装置的直流不断电系统，其中的直流不断电装置能有效缩小整体体积并提升其反应速度。
本发明的直流不断电系统，包含数个可相互备援的直流不断电装置，每个直流不断电装置接受一直流电源输入以供应电力给一负载，所述直流不断电装置互相串联，且每个直流不断电装置包含：一电力线，与该负载电耦接，且其一端与该直流电源电耦接，以传输电力给该负载；一电池模块，与该电力线电耦接，以取得该直流电源的电力并储存；一电压侦测电路，与该电力线电耦接，并于侦测该直流电源的一电压低于一第一默认值时，产生一第一触发讯号；一电流侦测电路，电耦接在该电力线与一相邻的直流不断电装置的一电力线之间，并于侦测到该相邻的直流不断电装置的电力线所传输的一第一电流低于一第二默认值时，产生一第二触发讯号；一第一开关，电耦接在该电力线，用以导接或断开该电流侦测电路与该电力线；及一控制单元，与该电池模块、该电压侦测电路、该电流侦测电路及该第一开关电耦接，该控制单元根据该第一触发讯号控制该电池模块输出电力至该电力线，并根据该第二触发讯号控制该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路。
较佳地，在该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路之后，该电流侦测电路侦测该电力线流至该相邻的直流不断电装置的电力线的一第二电流，并判断该第二电流大于一第三默认值时，产生一第三触发讯号给该控制单元，使该控制单元根据该第三触发讯号控制该第一开关断开该电力线与该电流侦测电路。
较佳地，在该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路之后，该电流侦测电路侦测该相邻的直流不断电装置的电力线传输的该第一电流，并判断该第一电流达到一第四默认值时，则产生一第四触发讯号给该控制单元，使该控制单元根据该第四触发讯号控制该第一开关断开该电力线与该电流侦测电路。
再者，本发明的直流不断电装置，接受一直流电源输入以供应电力给一负载，且可以与一相邻的直流不断电装置串联，并包含：一电力线，与该负载电耦接，且其一端与该直流电源电耦接，以传输电力给该负载；一电池模块，与该电力线电耦接，以取得该直流电源的电力并储存；一电压侦测电路，与该电力线电耦接，并于侦测该直流电源的一电压低于一第一默认值时，产生一第一触发讯号；一电流侦测电路，电耦接在该电力线与该相邻的直流不断电装置的一电力线之间，并于侦测该相邻的直流不断电装置的该电力线传输的一第一电流低于一第二默认值时，产生一第二触发讯号；一第一开关，电耦接在该电力线，用以导接或断开该电流侦测电路与该电力线；及一控制单元，与该电池模块、该电压侦测电路、该电流侦测电路及该第一开关电耦接，该控制单元根据该第一触发讯号控制该电池模块输出电力至该电力线，并根据该第二触发讯号控制该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路。
较佳地，该电池模块包括一电池单元、一充电电路及一放电电路，该充电电路电耦接在该电力线与该电池单元之间，以取得该直流电源的电力并对该电池单元充电，该放电电路电耦接在该电力线与该电池单元之间，以输出该电池单元的电力至该电力线，且该控制单元根据该第一触发讯号控制该电池单元输出电力至该放电电路。
较佳地，该充电电路包含一与该电力线电耦接的直流-直流转换器及一电耦接在该直流-直流转换器与该电池单元之间的第二开关，该直流-直流转换器将该直流电源输出的电压转换成该电池单元的一额定电压，并经由该第二开关对该电池单元充电。
较佳地，该放电电路包含一与该电池单元电耦接的线性调整器及一电耦接在该线性调整器与该电力线之间的第三开关，该线性调整器将该电池单元输出的电压调整至与该直流电源的电压相同，再经由该第三开关输出至该电力线。
较佳地，该控制单元包含一与该电池单元电耦接的电池管理模块和一与该电池管理模块、该电压侦测电路、该电流侦测电路及该第一开关电耦接的控制器，且该控制器根据该第一触发讯号通过该电池管理模块控制该电池单元输出电力，并且该控制器根据该第二触发讯号控制该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路。
较佳地，在该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路之后，该电流侦测电路侦测该电力线流至该相邻的直流不断电装置的一第二电流，并判断该第二电流大于一第三默认值时，产生一第三触发讯号给该控制单元，使该控制单元根据该第三触发讯号控制该第一开关断开该电力线与该电流侦测电路。
较佳地，在该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路之后，该电流侦测电路侦测该相邻的直流不断电装置的该第一电流，并判断该第一电流达到一第四默认值时，则产生一第四触发讯号给该控制单元，使该控制单元根据该第四触发讯号控制该第一开关断开该电力线与该电流侦测电路。
本发明的有益效果在于：借由在直流不断电装置的电力线设置用以电耦接电力线与该相邻的直流不断电装置的第一开关，并且电耦接在第一开关与该相邻的直流不断电装置之间的电流侦测电路侦测该相邻的直流不断电装置供电不正常时，即产生第一触发讯号触发控制单元控制第一开关导接电力线与该相邻的直流不断电装置，以适时通过电力线供电给该相邻的直流不断电装置，而达到直流不断电装置之间实时相互支持电力的功效。并且在直流不断电装置的该放电电路中采用线性调整器作为降压转换电路，可进一步缩小直流不断电装置的整体体积、耗电量及成本，并提升放电电路的反应时间。
附图说明
图1是一电路方块图，说明一种现有不断电装置的电路方块及其运作方式；
图2是一电路方块图，说明本发明直流不断电装置的一较佳实施例的主要电路方块及其运作方式；
图3是一电路示意图，说明本发明将数个本实施例的直流不断电装置串联成一直流不断电系统时，可以实时地互相支持电力；
图4是一电路方块图，说明本实施例的直流不断电装置的细部电路方块及其相互连接关系。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参见图2所示，是本发明直流不断电装置2的一较佳实施例，其接受一直流电源3输入以供应电力给一负载4，且可以与一相邻的直流不断电装置5串联，并包含一电力线21、一电池模块22、一电压侦测电路23、一第一开关24、一电流侦测电路25及一控制单元26。其中电力线21与负载4电耦接，且电力线21的一端与直流电源3电耦接，以传输电力给负载4，负载4在本实施例中可以是任何使用直流电的电子装置或电子设备，例如笔记本电脑、服务器等。而且该相邻的直流不断电装置5与本实施例直流不断电装置2具有完全相同的电路架构，且电流侦测电路25是电耦接电力线21与相邻的直流不断电装置5的一电力线51之间，而第一开关24是电耦接在电力线21与电流侦测电路25之间，并受控制单元26控制以导接或断开电流侦测电路25与电力线21。
电池模块22与电力线21电耦接，以取得直流电源3的电力并储存。电池模块22主要包含一充电电路221、一电池单元222及一放电电路223。充电电路221将直流电源3的电压Vdc转成电池单元222的一额定电压并对电池单元222充电。电池单元222可以是现有的锂、镍氢、镍镉、铅酸等可充电电池以数个相串联、并联或串并联所组成。放电电路223用以将电池单元222输出的电压转成与直流电源Vdc相同的电压(即负载4所需的电压)再输出至电力线21。
电压侦测电路23与电力线21电耦接，以侦测直流电源3的一电压Vdc，并于判断电压Vdc低于一第一默认值时，产生一第一触发讯号。电流侦测电路25电耦接在第一开关24与相邻的直流不断电装置5的电力线51之间，并侦测相邻的直流不断电装置5的电力线51上传输的一第一电流I1，且于判断第一电流I1低于一第二默认值时，产生一第二触发讯号。控制单元26与电池模块22、电压侦测电路23、电流侦测电路25及第一开关24电耦接，以根据第一触发讯号控制电池模块22输出电力至电力线21，并根据第二触发讯号控制第一开关24导接电力线21与电流侦测电路25。
因此，当控制单元26收到来自电压侦测电路23的第一触发讯号时，表示直流电源3供电不正常，例如停止供电或供电不稳，则控制单元26会控制电池模块22输出电力至电力线21以供给负载4，而达到使负载4不断电的目的。
而且，当直流电源3正常供电且控制单元26收到来自电流侦测电路25的第二触发讯号时，表示相邻的直流不断电装置5无法正常供电，则控制单元26会立即控制第一开关24导接电力线21与电流侦测电路25，使直流电源3能经由电力线21、第一开关24及电流侦测电路25及时供电给电耦接在相邻的直流不断电装置5的电力线51上的负载6，而达到使与相邻的直流不断电装置5电耦接的负载6不断电的目的。当然，在上述实施例中，即使直流电源3供电不正常而改由电池模块22供电时，电池模块22亦能够经由电力线21、第一开关24及电流侦测电路25及时供电给与相邻的直流不断电装置5电耦接的负载6。
再者，在第一开关24导接电力线21与相邻的直流不断电装置5后，电流侦测电路25会持续侦测电力线21上由直流不断电装置2流至相邻的直流不断电装置5的电力线51的一第二电流I2，并于判断第二电流I2大于一第三默认值(过电流)，例如相邻的直流不断电装置5发生短路情况时，产生一第三触发讯号给控制单元26，令控制单元26根据第三触发讯号控制第一开关24断开(不导接)电力线21与电流侦测电路25，以保护直流不断电装置2本身电路不致因输出电流过大(过电流)而烧毁。
另外，当相邻的直流不断电装置5恢复正常供电，且电流侦测电路25侦测到在相邻的直流不断电装置5的电力线51上传输的第一电流I1，并判断第一电流I1达到一第四默认值时，则产生一第四触发讯号给控制单元26，控制单元26即根据第四触发讯号控制第一开关24断开(不导接)电力线21与电流侦测电路25，而不再供电给相邻的直流不断电装置5。
借此，如图3所示，借由将数个本实施例直流不断电装置U1～Un通过其第一开关S1～Sn串联成一直流不断电系统400时，当其中一个直流不断电装置，例如直流不断电装置U3无法正常供电给其负载L3时，直流不断电装置U2会立即侦测到，并令其第一开关S2实时导接其电力线与直流不断电装置U3的电力线，而及时供电给直流不断电装置U3所电耦接的负载L3；同理，当直流不断电装置U2无法正常供电时，直流不断电装置U1能及时提供电力给直流不断电装置U2，而达到直流不断电装置U1～Un之间适时相互支持电力的功效。
再参见图4，是本实施例直流不断电装置2的电池模块22及控制单元26的更细部电路方块图。其中电池模块22的充电电路221包含一直流-直流转换器224及一第二开关225，放电电路223包含一与电池单元222电耦接的线性调整器(linear regulator)226及一电耦接在线性调整器226与电力线21之间的第三开关227。且控制单元26包含一与电池单元222电耦接的电池管理模块261及一控制器262。
直流-直流转换器224用以将直流电源3的电压Vdc转成电池单元222的额定电压再经由第二开关225对电池单元222充电。而直流-直流转换器224及第二开关225作动与否则是由控制单元26的控制器262所输出的一第一控制讯号CS1及一第二控制讯号CS2分别控制，例如控制器262未收到第一触发讯号时，则控制充电电路221对电池单元222充电直到电池单元222充饱电，而当控制器262收到第一触发讯号后，即通过电池管理模块261控制电池单元222放电(输出电力)，同时因为此时直流电源3无法正常供电，所以控制器262会控制充电电路221暂停对电池单元222充电，直到直流电源3恢复正常供电。
此外，控制器262还输出一第三控制讯号DS1及一第四控制讯号DS2分别控制线性调整器226及第三开关227作动与否，使线性调整器226对电池单元222输出的电压进行降压，转换成适于负载4的电压(与直流电源3的电压Vdc相同)后，再经由第三开关227送至电力线21以适时供给负载4。例如当控制器262收到第一触发讯号时，控制器262即控制放电电路223运作，使输出与直流电流3相同的电压至电力线21供给负载4使用，直到直流电源3恢复正常供电。并且，当控制器262收到来自电流侦测电路25的第二触发讯号时，则控制第一开关24导接电力线21与电流侦测电路25。
值得一提的是，本实施例的放电电路223采用的线性调整器226又称低压差(Low Dropout，简称LDO)调整器，其具有反应速度较快、低功耗、体积小、成本低等优点，因此能具体减少直流不断电装置2的体积、耗电量及成本，并提升放电电路223及直流不断电装置2的反应速度。
综上所述，本实施例借由在直流不断电装置2的电力线21上设置用以电耦接电力线21与相邻的直流不断电装置5的第一开关24，并且电耦接在第一开关24与相邻的直流不断电装置5之间的电流侦测电路25侦测相邻的直流不断电装置5供电不正常时，即产生第一触发讯号触发控制单元26控制第一开关24导接电力线21与相邻的直流不断电装置5，以适时通过电力线21供电给与相邻的直流不断电装置5电耦接的负载，而达到直流不断电装置之间适时相互支持电力的功效，并且在放电电路223中采用线性调整器226作为降压转换电路，可进一步缩小直流不断电装置2的整体体积、耗电量及成本，并提升放电电路223及直流不断电装置2的反应时间，确实达成本发明的目的。

Claims (10)

1.一种直流不断电系统，包含数个可相互备援的直流不断电装置，每个直流不断电装置接受一直流电源输入以供应电力给一负载，所述直流不断电装置互相串联，其特征在于：
每个直流不断电装置包含：
一电力线，与该负载电耦接，且其一端与该直流电源电耦接，以传输电力给该负载；
一电池模块，与该电力线电耦接，以取得该直流电源的电力并储存；
一电压侦测电路，与该电力线电耦接，并于侦测该直流电源的一电压低于一第一默认值时，产生一第一触发讯号；
一电流侦测电路，电耦接在该电力线与一相邻的直流不断电装置的一电力线之间，并于侦测到该相邻的直流不断电装置的电力线所传输的一第一电流低于一第二默认值时，产生一第二触发讯号；
一第一开关，电耦接在该电力线，用以导接或断开该电流侦测电路与该电力线；及
一控制单元，与该电池模块、该电压侦测电路、该电流侦测电路及该第一开关电耦接，该控制单元根据该第一触发讯号控制该电池模块输出电力至该电力线，并根据该第二触发讯号控制该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路。
2.根据权利要求1所述的直流不断电系统，其特征在于：在该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路之后，该电流侦测电路侦测该电力线流至该相邻的直流不断电装置的电力线的一第二电流，并判断该第二电流大于一第三默认值时，产生一第三触发讯号给该控制单元，使该控制单元根据该第三触发讯号控制该第一开关断开该电力线与该电流侦测电路。
3.根据权利要求2所述的直流不断电系统，其特征在于：在该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路之后，该电流侦测电路侦测该相邻的直流不断电装置的电力线传输的该第一电流，并判断该第一电流达到一第四默认值时，则产生一第四触发讯号给该控制单元，使该控制单元根据该第四触发讯号控制该第一开关断开该电力线与该电流侦测电路。
4.一种直流不断电装置，接受一直流电源输入以供应电力给一负载，且可以与一相邻的直流不断电装置串联，其特征在于：
该直流不断电装置包含：
一电力线，与该负载电耦接，且其一端与该直流电源电耦接，以传输电力给该负载；
一电池模块，与该电力线电耦接，以取得该直流电源的电力并储存；
一电压侦测电路，与该电力线电耦接，并于侦测该直流电源的一电压低于一第一默认值时，产生一第一触发讯号；
一电流侦测电路，电耦接在该电力线与该相邻的直流不断电装置的一电力线之间，并于侦测该相邻的直流不断电装置的电力线传输的一第一电流低于一第二默认值时，产生一第二触发讯号；
一第一开关，电耦接在该电力线，用以导接或断开该电流侦测电路与该电力线；及
一控制单元，与该电池模块、该电压侦测电路、该电流侦测电路及该第一开关电耦接，该控制单元根据该第一触发讯号控制该电池模块输出电力至该电力线，并根据该第二触发讯号控制该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路。
5.根据权利要求4所述的直流不断电装置，其特征在于：该电池模块包括一电池单元、一充电电路及一放电电路，该充电电路电耦接在该电力线与该电池单元之间，以取得该直流电源的电力并对该电池单元充电，该放电电路电耦接在该电力线与该电池单元之间，以输出该电池单元的电力至该电力线，且该控制单元根据该第一触发讯号控制该电池单元输出电力至该放电电路。
6.根据权利要求5所述的直流不断电装置，其特征在于：该充电电路包含一与该电力线电耦接的直流-直流转换器及一电耦接在该直流-直流转换器与该电池单元之间的第二开关，该直流-直流转换器将该直流电源输出的电压转换成该电池单元的一额定电压，并经由该第二开关对该电池单元充电。
7.根据权利要求5所述的直流不断电装置，其特征在于：该放电电路包含一与该电池单元电耦接的线性调整器及一电耦接在该线性调整器与该电力线之间的第三开关，该线性调整器将该电池单元输出的电压调整至与该直流电源的电压相同，再经由该第三开关输出至该电力线。
8.根据权利要求5所述的直流不断电装置，其特征在于：该控制单元包含一与该电池单元电耦接的电池管理模块和一与该电池管理模块、该电压侦测电路、该电流侦测电路及该第一开关电耦接的控制器，且该控制器根据该第一触发讯号通过该电池管理模块控制该电池单元输出电力，并且该控制器根据该第二触发讯号控制该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路。
9.根据权利要求4至8其中任一项所述的直流不断电装置，其特征在于：在该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路之后，该电流侦测电路侦测该电力线流至该相邻的直流不断电装置的一第二电流，并判断该第二电流大于一第三默认值时，产生一第三触发讯号给该控制单元，使该控制单元根据该第三触发讯号控制该第一开关断开该电力线与该电流侦测电路。
10.根据权利要求9所述的直流不断电装置，其特征在于：在该第一开关导接该电力线与该电流侦测电路之后，该电流侦测电路侦测该相邻的直流不断电装置的该第一电流，并判断该第一电流达到一第四默认值时，则产生一第四触发讯号给该控制单元，使该控制单元根据该第四触发讯号控制该第一开关断开该电力线与该电流侦测电路。
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