CN109428388A - 不断电电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不断电电源系统，其包括一电池模块、一转换模块、一充电电路、一第一开关、一电量侦测电路及一控制模块。转换模块连接于一电源输入端与电池模块之间，且与一负载连接。电源输入端与一电源连接。电池模块经转换模块进行充电或对负载放电。充电电路连接于电源输入端与电池模块之间，以对电池模块充电。第一开关连接于充电电路与电池模块之间。电量侦测电路连接于电池模块，并侦测电池模块的一电量值。控制模块连接至电量侦测电路，并依据电量值或是电源的供电状态控制第一开关的启闭状态，以让电池模块进行充电或放电。

Description

不断电电源系统
技术领域
本发明涉及一种不断电电源系统，特别是具有节能功效且能延长电池使用寿命的不断电电源系统。
背景技术
目前，各行各业对系统的稳定性要求越来越高，对于重要的电子设备均会采用不断电电源系统(Uninterruptable Power Supply System)来保证电子设备供电的稳定性。
一般而言，当外部的交流电源正常供电时，交流电源会输入至负载及不断电电源系统的变压器。期间，若不断电电源系统的电池电量下降，则外部的交流电源会转换为直流电源对不断电电源系统的电池进行充电，直到电池电量充饱为止。一旦外部的交流电源异常及中断时，电池的储存直流电源即会转换为交流电源，并提供予该负载，达到不断电的效果。
然而，该系统虽可确保电池电量维持饱和值，但由于电池是透过变压器进行转换充电，故维持电池电量饱和相对地耗费电源。再者，过度地反复对电池充电亦会影响电池的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一不断电电源系统，能兼顾节能以及提升电池寿命的需求。
为达上述目的，本发明提供一种不断电电源系统，其包括一电池模块、一转换模块、一充电电路、一第一开关、一电量侦测电路以及一控制模块。该电池模块可进行充电或放电。该转换模块电性连接于一电源输入端与该电池模块之间，且适于与一负载电性连接。其中，该电源输入端适于与一电源连接，而该电池模块经该转换模块进行充电或是经该转换模块对该负载放电。该充电电路电性连接于该电源输入端与该电池模块之间，以对该电池模块充电。该第一开关则电性连接于该充电电路与该电池模块之间。该电量侦测电路则电性连接于该电池模块，并侦测该电池模块的一电量值。该控制模块电性连接至该电量侦测电路，并依据该电量值或是该电源的供电状态控制该第一开关的启闭状态，以让电池模块进行充电或放电。
在本发明的一实施例中，该转换模块包括一变压器以及一全桥开关电路，该变压器至少具有二绕组，其中一绕组系连接至该负载，该全桥开关电路具有二组半桥开关电路，该二半桥开关电路的串接节点系连接至该变压器的另一绕组，且该电池模块系电性连接至该全桥开关电路，以藉由全桥开关电路进行充电或放电。
在本发明的一实施例中，该变压器是一低频变压器。
在本发明的一实施例中，该控制模块包括一主控制器与一充电及放电模式控制器，该主控制器电性连接至该电量侦测电路，该充电及放电模式控制器电性连接至该主控制器及该全桥开关电路，该充电及放电模式控制器依据主控制器的充电命令或放电命令驱动该全桥开关电路进入充电或放电模式。
在本发明的一实施例中，不断电电源系统更包括一电力开关组，电性连接于该电源输入端与该变压器的其中一绕组之间，而该控制模块控制该电力开关组的启闭状态以决定该电源是否提供至该负载。
在本发明的一实施例中，不断电电源系统更包括一第二开关，该变压器其中一绕组经该第二开关电性连接至该电源输入端以及该负载，且该第二开关受该充电及放电模式控制器控制启闭。
在本发明的一实施例中，该转换模块是一直流/交流逆变器。
在本发明的一实施例中，该充电电路包括一整流器及一充电器，该整流器电性连接于该电源输入端，且该充电器电性连接于该整流器与该第一开关之间。
在本发明的一实施例中，不断电电源系统更包括一系统电源，电性连接于该充电器与该第一开关之间。
在本发明的一实施例中，该充电电路与该转换模块并联于该电源输入端与该电池模块之间。
在本发明的一实施例中，该充电电路与该转换模块并联于该第一开关。
在本发明的一实施例中，该充电电路经该第一开关电性连接于该电池模块，而该转换模块直接电性连接于该电池模块。
在本发明的一实施例中，该充电电路是一高频、低频或是线性稳压充电电路。
本发明再提供一种不断电电源系统，其包括一电池模块、一转换模块、一第一开关、一电量侦测电路以及一控制模块。该电池模块可进行充电或放电。该转换模块电性连接于一电源输入端与该电池模块之间，且适于与一负载电性连接。其中，该电源输入端适于与一电源连接，该电池模块经该转换模块进行充电或是经该转换模块对该负载放电。该第一开关则电性连接于该转换模块与该电池模块之间。该电量侦测电路则电性连接于该电池模块，并侦测该电池模块的一电量值。该控制模块电性连接至该电量侦测电路，并依据该电量值或是该电源的供电状态控制该第一开关的启闭状态，以让电池模块进行充电或放电。
在本发明的一实施例中，该转换模块包括一变压器以及一全桥开关电路，该变压器具有至少二个绕组，其中一绕组系连接至该负载，该全桥开关电路具有二组半桥开关电路，该二半桥开关电路的串接节点系连接至该变压器的另一绕组，且该电池模块系电性连接至该全桥开关电路，以藉由全桥开关电路进行充电或放电。
在本发明的一实施例中，该第一开关电性连接于该全桥开关电路与该电池模块之间。
在本发明的一实施例中，该控制模块包括一主控制器与一充电及放电模式控制器，该主控制器电性连接至该电量侦测电路，该充电及放电模式控制器电性连接至该主控制器及该全桥开关电路，该充电及放电模式控制器依据主控制器的充电命令或放电命令驱动该全桥开关电路进入充电或放电模式。
在本发明的一实施例中，不断电电源系统更包括一电力开关组，电性连接于该电源输入端与该变压器的其中一绕组之间，而该控制模块控制该电力开关组的启闭状态以决定该电源是否提供至该负载。
在本发明的一实施例中，不断电电源系统更包括一第二开关，该变压器其中一绕组经该第二开关电性连接至该电源输入端以及该负载，且该第二开关受该充电及放电模式控制器控制启闭。
在本发明的一实施例中，该转换模块是一直流/交流逆变器。
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，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1A绘示本发明一实施例的不断电电源系统的示意图。
图1B绘示图1A的不断电电源系统中电池模块的充电电路的示意图。
图1C绘示图1A的不断电电源系统中电池模块的放电电路的示意图。
图1D绘示本发明一实施例的不断电电源系统的示意图。
图2A绘示本发明一实施例的不断电电源系统的示意图。
图2B绘示图2A的不断电电源系统的一实施方式示意图。
图2C绘示图2A的不断电电源系统的另一实施方式示意图。
图2D绘示图2A的不断电电源系统的再一实施方式示意图。
图3A绘示本发明一实施例的不断电电源系统的示意图。
图3B绘示图3A的不断电电源系统的一实施方式示意图。
图3C绘示图3A的不断电电源系统的另一实施方式示意图。
具体实施方式
本发明的保护范围并不局限于本发明实施例或示意图中所使用特定语言描述，实施例中，可使用相同的组件编号。当组件被“连接到”或“耦合到”另一组件时，它可以直接连接到或耦合到其他组件，或者是介入其他组件。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。
图1A绘示本发明一实施例的不断电电源系统的示意图。图1B绘示图1A的不断电电源系统中电池模块的充电电路的示意图。图1C绘示图1A的不断电电源系统中电池模块的放电电路的示意图。请参考图1A、图1B及图1C，本实施例的不断电电源系统100A主要包括一电池模块110、一转换模块120、一充电电路130、一第一开关140、一电量侦测电路150以及一控制模块160。本实施例的不断电电源系统例如是在线交互式不断电电源系统(LineInteractive UPS)或是脱机式不断电电源系统(Off Line UPS)，本发明在此不做任何限制。
在本实施例中，电池模块110可进行充电或放电。简单地说，本实施例的电量侦测电路150是电性连接于电池模块110，并侦测电池模块110的一电量值，而控制模块160是电性连接至电量侦测电路150。如此一来。控制模块160即可依据电池模块110的电量值来对电池模块110进行充电或透过转换模块120对Vout端进行放电。Vout端例如是连接一负载。此外，转换模块120电性连接于一电源输入端IN与电池模块110之间。其中，电源输入端IN例如是一交流电源输入端，此交流电源输入端是连接于一电源。此电源例如是外部的交流电源。此外，本实施例的电池模块110适于经转换模块120放电。转换模块120例如是一直流/交流逆变器。另外，本实施例的充电电路130电性连接于电源输入端IN与电池模块110之间。因此，本实施例可以经由充电电路130对电池模块110充电。
详细地说，本实施例的充电电路130包括一整流器132及一充电器。充电器例如是一高频充电器134，而充电电路130例如是一高频充电电路。其中，整流器132电性连接于电源输入端IN。因此，当例如是交流电源的外部电源正常供电时，若电量侦测电路150检知电池模块110的电量值不饱和时，则控制模块160会启动充电电路130，将整流器132输出的直流电流予以转换至特定电压直流电源，并提供至电池模块110，对电池模块110进行充电，维持电池模块110饱和电量。对应的，当外部电源异常或中断时，控制模块160即会发出放电命令，以使电池模块110的储存直流电源经转换模块120转换为交流电源，并提供予外部的负载装置，以达到不断电的效果。在其他较佳实施例中，充电电路亦可以是低频或是线性稳压充电电路，本文在此不做任何限制。
值得一提的是，在本实施例中，充电电路130与转换模块120是并联于电源输入端IN与电池模块110之间。进一步地，充电电路130是经第一开关140电性连接于电池模块110，而转换模块120是直接电性连接于电池模块110。换言之，第一开关140是电性连接于充电电路130与电池模块110之间。进一步地说，高频充电器134是电性连接于整流器132与第一开关140之间。如此一来，控制模块160可依据电池模块110的电量值来控制第一开关140的启闭状态，进而让电池模块110进行充电。
图1D绘示本发明一实施例的不断电电源系统的示意图。请再参考图1D，本实施例的不断电电源系统100B与上述实施例的不断电电源系统100A类似。进一步地说，在本实施例的不断电电源系统100B中，充电电路130与转换模块120例如是并联于第一开关140。如此一来，当外部电源异常或中断时，控制模块160即可发出放电命令，使电源的供电状态开启(TURN ON)，进而让电池模块110的储存直流电源经转换模块120转换为交流电源，并提供予外部的负载装置，以达到不断电的效果。换言之，控制模块160可依据外部电源的供电状态来控制第一开关140的启闭状态，进而让电池模块110进行放电或充电。
图2A绘示本发明一实施例的不断电电源系统的示意图。图2B绘示图2A的不断电电源系统的一实施方式示意图。请再参考图2A与图2B，本实施例的不断电电源系统100C与上述实施例的不断电电源系统100A类似。进一步地说，本实施例同样使第一开关140电性连接于充电电路130与电池模块110之间。因此，当例如是交流电源的外部电源正常供电时，若电量侦测电路150检知电池模块110的电量值不饱和时，控制模块160同样会启动充电电路130来对电池模块110进行充电，维持电池模块110饱和电量。
进一步地说，在本实施例的不断电电源系统100C中，转换模块120同样是电性连接于电源输入端IN与电池模块110之间，且适于与一负载电性连接。转换模块120包括了一变压器122以及一全桥开关电路124。变压器122例如是一低频变压器。其中，变压器122具有二绕组122a、122b，其中一绕组122a系经由一输出端Vout连接至负载。另一方面，全桥开关电路124具有二组半桥开关电路124a、124b。该二半桥开关电路124a、124b的串接节点系连接至变压器122的另一绕组122b，且电池模块110电性连接至全桥开关电路124。如此一来，本实施例的不断电电源系统100C可以藉由全桥开关电路124进行充电或放电。
此外，本实施例的控制模块160例如包括一主控制器162与一充电及放电模式控制器164。主控制器162是电性连接至电量侦测电路150。充电及放电模式控制器164是电性连接至主控制器162及全桥开关电路124。其中，充电及放电模式控制器164是依据主控制器162的充电命令或放电命令驱动全桥开关电路124进入充电或放电模式。另外，在本实施例中，不断电电源系统100C更包括一第二开关180。其中，变压器122其中一绕组经第二开关180电性连接至该电源输入端IN以及负载。此外，第一开关140以及第二开关180均受充电及放电模式控制器164控制而启闭。
值得一提的是，当主控制器162对充电及放电模式控制器164输出目前电池模块110为电量饱和讯号，则充电及放电模式控制器164会关闭(TURN OFF)第二开关180，使得变压器122与外部电源及负载脱离。上述第一开关140以及第二开关180例如为一继电器。相对地，当外部电源中断，使得电池模块110电量转换为交流电源提供予负载，而导致外部电源复电后电池模块110电量下降时，控制模块160则会对转换模块120下达充电命令，以进行大电流充电模式。故，充电及放电模式控制器164会维持开启(TURN ON)第二开关180，使得变压器122与外部电源及负载实体连接。进而，外部电源会透过变压器122及全桥开关电路124以大电流的直流电源对电池模块110快速充电，直到电池模块110达到饱和电量为止。
特别的是，电池模块110的电量饱和后，若未再进行充电，则一段时间后会自然些微下降，因此，当主控制器162判断电池模块110的电量有微小下降时，因只需对电池模块110进行小电量的补充，故主控制器162即会对充电及放电模式控制器164输出小电流充电模式命令。进而，充电及放电模式控制器164会维持关闭(TURN OFF)第二开关180，保持变压器122与外部电源及负载脱离状态。同时，例如是高频充电电路的充电电路130会启动，以直接将外部电源转换为直流电流对电池模块110充电。如此一来，本实施例的不断电电源系统100C即不用透过变压器122及全桥开关电路124对电池模块110充电，能有效避免耗损额外的电源功率。
当然，在主控制器162检测到电池模块110的电量下降时，本实施例除了可依据电池模块110当前的电量来决定使充电及放电模式控制器164驱动全桥开关电路124进行大电流充电(即第二开关180开启)之外，本实施例亦可只用充电电路130进行小电量的补充(即第一开关140开启)。在一较佳实施例中，充电及放电模式控制器164亦可先开启第二开关180，以驱动全桥开关电路124进行大电流充电。待电池模块110的电量快接近到饱和电量时，再开启第一开关140，以藉由充电电路130进行小电量的充电。实际上，在以电池模式让电池模块110放电之后，即应用转换模块120进行上述的大电流充电。在一般情况下检测到电池模块110的电量下降时，即应用充电电路130进行上述的小电流充电。
进一步地说，因为例如是交流电源的外部电源于正常供电的时间较长，为避免低转换效率的低频变压器反复对电池模块110充电而过度造成电能的耗费。因此，本实施例除了增加例如是高频的充电电路之外，更在判断外部电源处于正常供电的状况下将第二开关180关闭(TURN OFF)，使得变压器与外部电源不再直接连接，进而避免多余电源能量的耗费。更特别的是，本实施例还于充电电路130与电池模块110之间设置第一开关140。因此，当主控制器162检知电池模块110电量已达饱和电量后会将第一开关140关闭(TURN OFF)，以让充电电路130与电池模块110分开，亦同时达到更节能以及延长电池模块110寿命的效果。换言之，本实施例的不断电电源系统具有节能以及提升电池寿命的功效。
在一较佳实施例中，不断电电源系统100C更包括一电力开关组170。电力开关组170是电性连接于电源输入端IN与变压器122的其中一绕组122a之间。因此，控制模块160可以控制电力开关组170的启闭状态以决定一外部电源是否提供至负载。此外，转换模块120亦例如是一直流/交流逆变器。另外，在本实施例中，不断电电源系统100更可包括一系统电源190，电性连接于高频充电器134与第一开关140之间。
图2C绘示图2A的不断电电源系统的另一实施方式示意图。图2D绘示图2A的不断电电源系统的再一实施方式示意图。请再参考图2C与图2D，图2C与图2D所示的实施方式系与图2B所示的实施方式相似，惟二者的差异仅在于第一开关140的配置位置。故，本文在此不再赘述。
图3A绘示本发明一实施例的不断电电源系统的示意图。图3B绘示图3A的不断电电源系统的一实施方式示意图。请再参考图3A与图3B，本实施例的不断电电源系统100D与上述实施例的不断电电源系统100C相似，惟二者的差异仅在于：本实施例的不断电电源系统100D仅应用转换模块120进行电池模块110的充电及放电，且本实施例的第一开关140是电性连接于全桥开关电路124与电池模块110之间。换言之，电池模块110适于经转换模块120进行充电或是经转换模块120对负载放电。转换模块120例如是一直流/交流逆变器。
此外，控制模块160亦可依据电池模块110的电量值或是电源的供电状态来控制该第一开关140以及第二开关180的启闭状态，以让电池模块110进行充电或放电。同时，达到上述的节能以及提升电池寿命的功效。故，本文在此亦不再赘述。
另外，图3C绘示图3A的不断电电源系统的另一实施方式示意图。请再参考图3C，图3C所示的实施方式系与图3B所示的实施方式相似，惟二者的差异仅在于第一开关140的配置位置。故，本文在此不再赘述。
综上所述，本发明可以在电池模块与充电电路之间或是在电池模块与转换模块之间设置一开关，并依据电池模块的电量值或是外部电源的供电状态来控制开关的启闭状态，以让电池模块进行充电或放电，同时达到节能以及提升电池寿命的功效。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (20)

1.一种不断电电源系统，其特征在于，包括：
一电池模块，可进行充电或放电；
一转换模块，电性连接于一电源输入端与该电池模块之间，且适于与一负载电性连接，其中该电源输入端适于与一电源连接，该电池模块经该转换模块进行充电或是经该转换模块对该负载放电；
一充电电路，电性连接于该电源输入端与该电池模块之间，以对该电池模块充电；
一第一开关，电性连接于该充电电路与该电池模块之间；
一电量侦测电路，电性连接于该电池模块，并侦测该电池模块的一电量值；以及
一控制模块，电性连接至该电量侦测电路，并依据该电量值或是该电源的供电状态控制该第一开关的启闭状态，以让电池模块进行充电或放电。
2.根据权利要求1所述的不断电电源系统，其中该转换模块包括一变压器以及一全桥开关电路，该变压器至少具有二绕组，其中一绕组系连接至该负载，该全桥开关电路具有二组半桥开关电路，该二半桥开关电路的串接节点系连接至该变压器的另一绕组，且该电池模块系电性连接至该全桥开关电路，以藉由全桥开关电路进行充电或放电。
3.根据权利要求2所述的不断电电源系统，其中该变压器是一低频变压器。
4.根据权利要求2所述的不断电电源系统，其中该控制模块包括一主控制器与一充电及放电模式控制器，该主控制器电性连接至该电量侦测电路，该充电及放电模式控制器电性连接至该主控制器及该全桥开关电路，该充电及放电模式控制器依据主控制器的充电命令或放电命令驱动该全桥开关电路进入充电或放电模式。
5.根据权利要求4所述的不断电电源系统，更包括一电力开关组，电性连接于该电源输入端与该变压器的其中一绕组之间，而该控制模块控制该电力开关组的启闭状态以决定该电源是否提供至该负载。
6.根据权利要求4所述的不断电电源系统，更包括一第二开关，该变压器其中一绕组经该第二开关电性连接至该电源输入端以及该负载，且该第二开关受该充电及放电模式控制器控制启闭。
7.根据权利要求1所述的不断电电源系统，其中该转换模块是一直流/交流逆变器。
8.根据权利要求1所述的不断电电源系统，其中该充电电路包括一整流器及一充电器，该整流器电性连接于该电源输入端，且该充电器电性连接于该整流器与该第一开关之间。
9.根据权利要求8所述的不断电电源系统，更包括一系统电源，电性连接于该充电器与该第一开关之间。
10.根据权利要求1所述的不断电电源系统，其中该充电电路与该转换模块并联于该电源输入端与该电池模块之间。
11.根据权利要求10所述的不断电电源系统，其中该充电电路与该转换模块并联于该第一开关。
12.根据权利要求1所述的不断电电源系统，其中该充电电路经该第一开关电性连接于该电池模块，而该转换模块直接电性连接于该电池模块。
13.根据权利要求1所述的不断电电源系统，其中该充电电路是高频、低频或是线性稳压充电电路。
14.一种不断电电源系统，其特征在于，包括：
一电池模块，可进行充电或放电；
一转换模块，电性连接于一电源输入端与该电池模块之间，且适于与一负载电性连接，其中该电源输入端适于与一电源连接，该电池模块经该转换模块进行充电或是经该转换模块对该负载放电；
一第一开关，电性连接于该转换模块与该电池模块之间；
一电量侦测电路，电性连接于该电池模块，并侦测该电池模块的一电量值；以及
一控制模块，电性连接至该电量侦测电路，并依据该电量值或是该电源的供电状态控制该第一开关的启闭状态，以让电池模块进行充电或放电。
15.根据权利要求14所述的不断电电源系统，其中该转换模块包括一变压器以及一全桥开关电路，该变压器具有至少二绕组，其中一绕组系连接至该负载，该全桥开关电路具有二组半桥开关电路，该二半桥开关电路的串接节点系连接至该变压器的另一绕组，且该电池模块系电性连接至该全桥开关电路，以藉由全桥开关电路进行充电或放电。
16.根据权利要求15所述的不断电电源系统，其中该第一开关电性连接于该全桥开关电路与该电池模块之间。
17.根据权利要求15所述的不断电电源系统，其中该控制模块包括一主控制器与一充电及放电模式控制器，该主控制器电性连接至该电量侦测电路，该充电及放电模式控制器电性连接至该主控制器及该全桥开关电路，该充电及放电模式控制器依据主控制器的充电命令或放电命令驱动该全桥开关电路进入充电或放电模式。
18.根据权利要求17所述的不断电电源系统，更包括一电力开关组，电性连接于该电源输入端与该变压器的其中一绕组之间，而该控制模块控制该电力开关组的启闭状态以决定该电源是否提供至该负载。
19.根据权利要求17所述的不断电电源系统，更包括一第二开关，该变压器其中一绕组经该第二开关电性连接至该电源输入端以及该负载，且该第二开关受该充电及放电模式控制器控制启闭。
20.根据权利要求14所述的不断电电源系统，其中该转换模块是一直流/交流逆变器。
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