CN108270211B - 具有并联保护的双向电源供应装置及其方法 - Google Patents

具有并联保护的双向电源供应装置及其方法 Download PDF

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Abstract

一种具有并联保护的双向电源供应装置及其方法，具有并联保护的双向电源供应装置包含第一转换模块、第一开关模块、第一量测模块及第一控制模块。第一转换模块包含第一侧及第二侧，其中电能可从第一侧传递至第二侧或从第二侧传递至第一侧。第一开关模块包含一第一端以及一第二端，第一开关模块的第一端电性连接第一转换模块的第二侧。第一量测模块电性连接第一开关模块，用以量测第一开关模块的第一端与第二端的第一电压差。第一控制模块电性连接第一量测模块、第一开关模块以及第一转换模块，当第一电压差小于一设定值时，第一控制模块导通第一开关模块。

Description

具有并联保护的双向电源供应装置及其方法
技术领域
本发明涉及一双向电源供应装置，特别涉及一种具有输出并联与截止保护的双向电源供应装置。
背景技术
双向电源供应装置不仅能提供电能，亦能进行放电，达到环保的功效。然而在放电的状态下，当双向电源供应装置中的转换器被关闭时，将可能发生回路上的电感产生一突波电压，而导致转换器损毁的情形。而在具有多个转换器的双向电源供应装置中，若转换器为先后启动，则先启动的转换器的输出电压将高于后启动的转换器，如此一来，将导致一无法预期大小的电流自先启动的转换器流至后启动的转换器的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有并联保护的双向电源供应装置及其方法，在充电的状态下，藉由开关的动作，当双向电源供应装置先后启动，可以防止电流自先启动的转换器流至后启动的转换器。当双向电源供应装置关闭时，可以防止突波电压产生而导致转换模块损毁的情形。
依据本发明一实施例的双向电源供应装置，具有第一转换模块、第一开关模块、第一量测模块及第一控制模块。第一转换模块具有第一侧及第二侧，其中电能可以从第一侧传递至第二侧或从第二侧传递至第一侧。第一开关模块包含一第一端以及一第二端，第一开关模块的第一端电性连接第一转换模块的第二侧。第一量测模块电性连接第一开关模块，用以量测第一开关模块的第一端与第二端的第一电压差。第一控制模块电性连接第一量测模块、第一开关模块以及第一转换模块，当第一电压差小于一设定值时，第一控制模块导通第一开关模块。
依据本发明一实施例的双向电源供应方法，其步骤包含：提供第一转换模块，其中电能可从第一转换模块的第一侧传递至第一转换模块的第二侧或从第二侧传递至第一侧。第一开关模块电性连接于第一转换模块的第二侧。量测第一开关模块的一第一端与一第二端的电压得到第一电压差，当第一电压差小于一设定值时，导通第一开关模块。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1依据本发明一实施例所绘示的双向电源供应装置；
图2依据本发明一实施例所绘示的双向电源供应装置的部分元件示意图；
图3依据本发明另一实施例所绘示的双向电源供应装置；
图4依据本发明一实施例所绘示的双向电源供应关闭之流程图；
图5依据本发明另一实施例所绘示的双向电源供应并联保护之流程图。
其中，附图标记
10 双向电源供应装置
10’ 双向电源供应装置
101 第一转换模块
1011 第一侧
1013 第二侧
103 第一开关模块
1031 第一端
1033 第二端
105 第一控制模块
107 第一量测模块
201 第二转换模块
203 第二开关模块
2031 第一端
2033 第二端
205 第二控制模块
207 第二量测模块
L1 第一电感
1091 第一端
1093 第二端
L2 第二电感
C1 第一电容
1111 第一端
1113 第二端
C2 第二电容
M1 N型金氧半场效晶体管
D1 二极管
A1 第一放大器
A2 第二放大器
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明之详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求范围及附图，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
请参考图1及图2，图1依据本发明一实施例所绘示的双向电源供应装置，图2则依据本发明一实施例所绘示的双向电源供应装置的部分元件示意图。如图1所示，双向电源供应装置10具有第一转换模块101、第一开关模块103、第一控制模块105及第一量测模块107。第一转换模块101具有第一侧1011 及第二侧1013。第一开关模块103包含第一端1031以及一第二端1033，第一端1031电性连接第一转换模块101的第二侧1013。第一量测模块107电性连接第一开关模块103，用以量测第一开关模块103的第一端1031与第二端1033 的第一电压差。第一控制模块105电性连接第一转换模块101、第一开关模块 103以及第一量测模块107。
于一实施例中，双向电源供应装置10包含第一电感L1及第一电容C1。第一电感L1的第一端1091电性连接于第一转换模块101的第二侧1013，第一电感L1的第二端1093电性连接于第一开关模块103的第一端1031。第一电容C1的第一端1111电性连接于第一电感L1的第二端1093，且第一电容 C1的第二端1113电性连接于第一转换模块101的第二侧1013。
第一转换模块101例如双向直流到直流转换器、交流到直流转换器。于一实施例中，第一转换模块101的第一侧1011电性连接于一直流电压源或交流电源，第二侧1013电性连接其他元件例如第一电感L1、第一电容C1。其中电能可以从第一转换模块101的第一侧1011传递至第二侧1013，亦可以从第二侧1013传递至第一侧1011。详细来说，双向电源供应装置10具有供电模式及放电模式，当双向电源供应装置10运作于供电模式时，电能将从第一转换模块101的第一侧1011传递至第二侧1013，当双向电源供应装置10运作于放电模式时，电能将从第一转换模块101的第二侧1013传递至第一侧1011。
于一实施例中，第一开关模块103包含一N型增强式金氧半场效晶体管 M1及一二极管D，如图2所示，第一开关模块103的第一端1031是N型增强式金氧半场效晶体管M1的漏极端与二极管D的阳极端所电性连接的一节点，且第一开关模块103的第二端1033是N型增强式金氧半场效晶体管M1 的一源极端与二极管D1的一阴极端电性连接的一节点。也就是说，第一开关模块103是N型增强式金氧半场效晶体管M1与二极管D1并联的结构，其中 N型增强式金氧半场效晶体管M1的漏极端电性连接于二极管D1的阳极端，定义为第一开关模块103的第一端1031，N型增强式金氧半场效晶体管M1 的源极端电性连接于二极管D1的阴极端，定义为第一开关模块103的第二端 1033。
第一控制模块105例如是可程式序控制器(Programmable logic controller,PLC)或其他控制器。第一控制模块105在接收一关于将第一转换模块101关闭的指令时，将先截止该第一开关模块103，再关闭该第一转换模块101。
于一实施例中，第一量测模块107用以量测第一开关模块103第一端1031 与第二端1033的第一电压差。第一量测模块107的详细架构例如为图2所示，包含一放大器A1及一放大器A2。其中第一放大器A1的第一输入端(例如为负输入端)电性连接于第一开关模块103的第一端1031，第一放大器A1的第二输入端(例如为正输入端)电性连接于第一电容C1的第二端1113，第一放大器A1的输出端电性连接于第一控制模块105，以输出第一电压至第一控制模块105。其中第一电压是指第一开关模块103第一端1031的电压。第二放大器A2的第一输入端(例如为负输入端)电性连接于第一开关模块103的第二端1032，第二放大器A2的第二输入端(例如为正输入端)电性连接于第一电容C1的第二端1113，第二放大器A2的输出端电性连接于第一控制模块 105，以输出第二电压至第一控制模块105。其中第二电压是指第一开关模块 103第二端1032的电压。于一实施例中，第一量测模块107包含高阻抗隔离放大器。
请参考图3，图3依据本发明另一实施例所绘示的双向电源供应装置。于图3的实施例中，双向电源供应装置10’具有第一转换模块101、第一电感L1、第一电容C1、第一开关模块103、第一控制模块105、第一量测模块107、第二转换模块201、第二电感L2、第二电容C2、第二开关模块203、第二控制模块205及第二量测模块207。其中，第一转换模块101、第一电感L1、第一电容C1、第一开关模块103、第一控制模块105及第一量测模块107间的连接关系相同于图1的实施例，且第二转换模块201、第二电感L2、第二电容 C2、第二开关模块203、第二控制模块205及第二量测模块207亦分别对应于第一转换模块101、第一电感L1、第一电容C1、第一开关模块103、第一控制模块105及第一量测模块107，因此于此不再赘述上述元件间的连接关系。于此实施例中，藉由第二开关模块203的第二端2033电性连接于第一开关模块103的第二端1033，第二转换模块201并联于第一转换模块101。第一量测模块107连接于第一开关模块103及第一控制模块105，第二量测模块207则连接于第二开关模块203及第二控制模块205。
于一实施例中，第二量测模块207所包含的元件及连接关系相同于第一量测模块107，于此不再赘述。第二量测模块207用以量测第二开关模块203的第一端2031与第二端2033的第二电压差。详细的量测方法对应于前述的第一开关模块103的量测方法。
请参考图1及图4，图4依据本发明一实施例所绘示的双向电源供应关闭的流程图。于步骤S401～S405中，当第一控制模块105接收关闭第一转换模块101的指令时，在关闭第一转换模块101前，先截止第一开关模块103。于一实施例中，双向电源供应装置10具有供电模式以及放电模式，在放电模式中，如图1所示，一电流源表示负载的电流自第一开关模块103的第二端1033 流经第一电感L1，并进入第一转换模块101的第一端1011。当控制模块105 接收关闭第一转换模块101的指令时，先截止第一开关模块103，使流经第一电感L1的电流值下降至一阈值，再关闭第一转换模块101。于另一实施例中，于第一电感L1的电流值下降为零后再关闭第一转换模块101。若是在第一电感L1流通电流的状态下直接关闭第一转换模块101，第一电感L1将可能产生一突波电压，并导致第一转换模块101的损毁。藉由第一开关模块103的设置，并于关闭第一转换模块101前先截止第一开关模块103，将能避免上述情况发生。
于一实施例中，控制模块105在截止第一开关模块103后间隔一时间，再关闭第一转换模块101，其中该时间可以是预设于控制模块105，或使用者藉由控制模块105设定，本发明不予限制。
请参考图2及图5，图5依据本发明另一实施例所绘示的双向电源供应并联保护的流程图。于步骤S501中，第一量测模块107量测第一开关模块103 的第一端1031的电压并定义为第一电压，第一量测模块107量测第一开关模块103的第二端1033的电压并定义为第二电压。更详细地说，如图2所示，第一量测模块107的第一放大器A1将第一电压量测结果传送至第一控制模块 105，第二放大器A2将第二电压量测结果传送至第一控制模块105。于步骤S503中，第一控制模块105将第一量测模块107中的第一电压与第二电压做相减运算并取绝对值，以产生第一电压差。于步骤S505中，当第一电压介于一设定区间，且第一电压差小于一设定值时，第一控制模块105将导通第一开关模块103。其中设定区间及设定值可以装置预设值，或可以由使用者设定，本发明不予限制。
于一实施例中，第二转换模块201并联于第一转换模块101，第二量测模块207量测第二开关模块203的第一端2031及第二端2033电压以得到第二电压差。更详细地说，第二电压差第二开关模块203两端的电压相减得到的差并取绝对值。当第二电压差小于上述的设定值时，第二控制模块205将导通第二开关模块203。
藉由上述结构，本案所揭示的双向电源供应装置，在供电的状态下，当第一转换模块启动而第二转换模块关闭时，第一开关模块因两端的电压差过大而处于截止状态。如此一来，第一转换模块仅需对第一电容充电，而不需对第二电容充电。避免以往启动的转换模块需对装置中所有转换模块对应的电容充电，而造成输出不稳定、稳态电流过大的情形。也避免无法预期大小的电流自高电位的第一转换模块流至低电位的第二转换模块。另外，藉由开关的动作，在充电的状态下，当双向电源供应装置关闭时，可以防止突波电压产生而导致转换模块损毁的情形，而在供电的状态下，可以避免输出不稳定、暂态电流过大及过大的电流自高电位转换模块流至低电位转换模块的情形。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有并联保护的双向电源供应装置，其特征在于，包含：
一第一转换模块，包含一第一侧及一第二侧，其中电能能够从该第一侧传递至该第二侧或从该第二侧传递至该第一侧；
一第一开关模块，包含一第一端以及一第二端，该第一开关模块的该第一端电性连接该第一转换模块的该第二侧；
一第一量测模块，电性连接该第一开关模块，用以量测该第一开关模块的该第一端与该第二端的一第一电压差；
一第一控制模块，电性连接该第一量测模块、该第一开关模块以及该第一转换模块；
一第二转换模块，包含一第一侧及一第二侧，其中该电能能够从该第一侧传递至该第二侧或从该第二侧传递至该第一侧；
一第二开关模块，包含一第一端以及一第二端，该第二开关模块的该第一端电性连接该第二转换模块的该第二侧，该第二开关模块的该第二端电性连接该第一开关模块的该第二端；
一第二量测模块，电性连接该第二开关模块，用以量测该第二开关模块的该第一端与该第二端的一第二电压差；
一第二控制模块，电性连接该第二量测模块、该第二开关模块以及该第二转换模块；以及
一电感，包含一第一端以及一第二端，该电感的该第一端电性连接该第一转换模块的该第二侧的一第一端，该电感的该第二端电性连接该第一开关模块的该第一端；
其中当该第一电压差小于一设定值时，该第一控制模块导通该第一开关模块；
其中当该第二电压差小于该设定值时，该第二控制模块导通该第二开关模块；
其中该第一控制模块于关闭该第一转换模块前，截止该第一开关模块。
2.根据权利要求1所述的双向电源供应装置，其特征在于，该第一量测模块包含：
一第一放大器，包含一输入端以及一输出端，该输入端电性连接该第一开关模块的该第一端，该输出端电性连接该第一控制模块，以输出一第一电压至该第一控制模块；以及
一第二放大器，包含一输入端以及一输出端，其中该输入端电性连接该第一开关模块的该第二端，该输出端电性连接该第一控制模块，以输出一第二电压至该第一控制模块。
3.根据权利要求2所述的双向电源供应装置，其特征在于，该第一电压差是该第一电压与该第二电压差值的绝对值，当该第一电压介于一设定区间且该第一电压差小于该设定值时，该第一控制模块导通该第一开关模块。
4.根据权利要求1所述的双向电源供应装置，其特征在于，更包含：
一电容，包含一第一端以及一第二端，该电容的该第一端电性连接该电感的该第二端，该电容的该第二端电性连接该第一转换模块的该第二侧的一第二端。
5.一种双向电源供应并联保护的方法，其特征在于，包含：
提供一第一转换模块，其中电能能够从该第一转换模块的一第一侧传递至该第一转换模块的一第二侧或从该第二侧传递至该第一侧；
电性连接一第一开关模块于该第二侧；
量测该第一开关模块的一第一端与一第二端的电压得到一第一电压差；
当该第一电压差小于一设定值时，导通该第一开关模块；
并联连接一第二转换模块于该第一转换模块，其中该电能能够从该第二转换模块的一第一侧传递至该第二转换模块的一第二侧或从该第二转换模块的该第二侧传递至该第二转换模块的该第一侧；
电性连接一第二开关模块的一第一端于该第二转换模块的该第二侧；
电性连接该第二开关模块的一第二端于该第一开关模块的该第二端；
电性连接一电感的一第一端于该第一转换模块的该第二侧的一第一端；
电性连接该电感的一第二端于该第一开关模块的该第一端；
量测该第二开关模块的该第一端与该第二端的电压得到一第二电压差；
当该第二电压差小于该设定值时，导通该第二开关模块；以及
于关闭该第一转换模块前，截止该第一开关模块。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，更包含：
量测该第一开关模块的该第一端得到一第一电压；
量测该第一开关模块的该第二端得到一第二电压；
计算该第一电压与该第二电压差值的绝对值得到该第一电压差；以及
当该第一电压介于一设定区间且该第一电压差小于该设定值时，导通该第一开关模块。
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