CN1764036A - 充电电路及使用该充电电路的不断电电源供应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种充电电路及使用该充电电路的不断电电源供应系统，用以接收一直流电压输入，并转换为所需的直流电压输出。该充电电路至少包含：一分压电路，其接收该直流电压输入，并将该直流电压输入分压为多个电压；一开关装置，其与该分压电路连接，且具有多个开关元件；一控制装置，其感测该直流电压输出，并产生多个控制信号，以控制该开关装置的该多个开关元件交错导通；一变压器，其具有一初级侧与一次级侧，其中该初级侧连接于该开关装置；以及一整流滤波电路，其连接于该变压器的该次级侧，用以对该变压器的输出电压进行整流以及滤波，以得到该直流电压输出。利用本发明，可提升变压器的利用率，降低变压器的成本及降低电磁噪声干扰。
Description
技术领域
本发明关于一种充电电路及使用该充电电路的不断电电源供应系统。
背景技术
在电子及通讯系统运作过程中，不间断的电源输入为维持其正常运转的基本条件，然而现阶段的公用电力系统常受到输配线路断线及短路事故，造成电力出现压降或电力中断等异常状况，进而影响电力的供电品质，因此不断电电源供应系统(uninterruptible power supply，UPS)已经被广泛地应用于客户端，以协助解决可能发生的输入电源异常的问题。不断电电源供应系统的操作原理为市电正常时，事先将电能储存于蓄电池中，于市电中断后再自蓄电池输出电源以供负载使用。目前的不断电电源供应系统电路架构可区分为在线型(On-Line)、电源互动型(Line-Interactive)以及离线型(Off-Line)三种。请参阅图1，其显示一已知在线型不断电电源供应系统的电路方框示意图。如图所示，该在线型不断电电源供应系统1主要包含交流/直流转换器(AC/DC converter)11、逆变器(inverter)12、充电电路(charging circuit)13、电池(battery)14、开关元件15以及直流/直流转换器16。交流/直流转换器11用来接收一市电交流电压Vin，并将该市电交流电压Vin转换成直流形式。该充电电路13与交流/直流转换器11电连接，用以接收交流/直流转换器11所输出的直流电压，并将该直流电压转换成电池14所需的直流电压Vout2以对电池14进行充电。逆变器12与交流/直流转换器11电连接，以用于将交流/直流转换器11所输出的直流电压，或电池14电压经由直流/直流转换器16升压后所输出的直流电压，转换为稳定可靠的交流输出电压Vout1，以提供负载(load)使用。该在线型不断电电源供应系统1可分成三种运作状况：
(1)当市电正常供电时，交流电压Vin经过交流/直流转换器11转换成直流电压后，一方面通过充电电路13将直流电压转换成电池14所需的直流电压Vout2以对电池14进行充电，另一方面则经过逆变器12转换成交流输出电压Vout1，再经由开关元件15以输出至负载。
(2)当逆变器12发生故障时，通过开关元件15切换至旁路(Bypass)回路，以将市电直接提供至负载。
(3)当市电中断时，则由电池14输出直流电压经由直流/直流转换器16升压后传输至逆变器12，再经逆变器12转换为交流输出电压Vout1后，由开关元件15切换以输出至负载。
请参阅图2，其为图1所示的不断电电源供应系统的充电电路的示意图，其中充电电路13的电路架构为回扫式电路拓朴(Flyback Topology)架构，其通过控制装置131来控制开关元件Q1导通与否，并配合变压器T1次级侧的二极管D1和电容C1来输出直流电压Vout2。
具有回扫式电路拓朴架构的充电电路13虽然架构简单，但亦有缺点。请参阅图3，其显示图2的充电电路于节点B的电压VQ1与时间的关系图。当该节点B的电压VQ1处于高态时，开关元件Q1导通，电流会以方向A流入变压器T1的初级侧，因此可将能量传至变压器T1的次级侧；当该节点B的电压VQ1处于低态时，开关元件Q1截止，电流则不会于变压器T1的初级侧产生变化，因此无法将能量传至变压器T1的次级侧。由图可知，该开关元件Q1仅于二分之一周期导通，由于该充电电路13仅由一开关元件Q1作为导通开关，如此将使电流仅能以单一方向流入变压器T1的初级侧，因此变压器T1仅能使用二分的一周期，使变压器T1的利用率不佳，同时，也增加了电磁噪声干扰(Electro-Magnetic Interference，EMI)。
由此可知，已知的回扫式电路拓朴架构的充电电路13的变压器T1除利用率不佳外，变压器T1的成本较高，且又存在着严重的电磁噪声干扰问题。因此，如何发展一种可以改善上述已知技术缺失的充电电路及使用该充电电路的不断电电源供应系统，实为目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种充电电路及使用该充电电路的不断电电源供应系统，以解决传统的不断电电源供应系统的充电电路的变压器利用率不佳、变压器成本高以及电磁噪声干扰严重等问题。
为达上述目的，本发明的一较广义实施样态为提供一种充电电路，其应用于一不断电电源供应系统，用以接收一直流电压输入，并转换为所需的直流电压输出。该充电电路至少包含：一分压电路，其接收该直流电压输入，并将该直流电压输入分压为多个电压；一开关装置，其与该分压电路连接，且具有多个开关元件；一变压器，其具有一初级侧与一次级侧，其中该初级侧的一端连接于该开关装置，该初级侧的另一端则连接于该分压电路；一控制装置，其感测该直流电压输出，并产生多个控制信号，以控制该开关装置的该多个开关元件交错导通；以及一整流滤波电路，其连接于该变压器的该次级侧，用以对该变压器的输出电压进行整流以及滤波，以得到该直流电压输出。
根据本发明的构想，其中该充电电路还包括一补偿电路，其连接于该变压器的该初级侧与该分压电路之间，以确保流通于该变压器的该初级侧的能量实质上相等。
根据本发明的构想，其中该补偿电路包括一电容。
根据本发明的构想，其中该充电电路为一半桥式转换器。
根据本发明的构想，其中该分压电路由至少两电容所组成。
根据本发明的构想，其中该开关装置包括一第一开关元件以及一第二开关元件，该第一开关元件与该第二开关元件受该控制装置的一第一控制信号与一第二控制信号控制以交错导通与截止。
根据本发明的构想，其中该充电电路还包含一电流传感器，其连接于该控制装置，以用于感测该变压器的该初级侧与该分压电路间的电流变化。
为达上述目的，本发明另一较广义实施样态为提供一种不断电电源供应系统，其包括一交流/直流转换器、一逆变器、一充电电路、一电池以及一直流/直流转换器。该不断电电源供应系统的特征在于该充电电路包括：一分压电路，其接收一直流电压输入，并将该直流电压输入分压为多个电压；一开关装置，其与该分压电路连接，且具有多个开关元件；一变压器，其具有一初级侧与一次级侧，其中该初级侧的一端连接于该开关装置，该初级侧的另一端则连接于该分压电路；一控制装置，其感测该直流电压输出，并产生多个控制信号，以控制该开关装置的该多个开关元件交错导通；以及一整流滤波电路，其连接于该变压器的该次级侧，用以对该变压器的输出电压进行整流以及滤波，以得到该直流电压输出。
利用本发明的充电电路及使用该充电电路的不断电电源供应系统，使得电流能够双向的流通于变压器的初级侧，因此变压器便得以于任一周期内完全利用，使得变压器的利用率提升。也因此，于产生相同充电能量的条件下，便可较已知的充电电路所使用的变压器成本低。除此之外，也可以降低电磁噪声干扰的问题。
本发明将通过下列附图与实施例说明，以得到更清楚的了解。
附图说明
图1显示一已知在线型不断电电源供应系统的电路方框图。
图2为图1所示的不断电电源供应系统的充电电路的示意图。
图3显示图2的充电电路于节点B的电压VQ1与时间的关系图。
图4为本发明较佳实施例的不断电电源供应系统的充电电路示意图。
图5显示图4的充电电路于节点C、D的第一控制信号VQ2以及第二控制信号VQ3与时间的关系图。
其中，附图标记说明如下：
1在线型不断电电源供应系统 11交流/直流转换器
12逆变器 13、2充电电路
14电池 15开关元件
16直流/直流转换器 21分压电路
22补偿电路 131、23控制装置
24开关装置 25变压器
26整流滤波电路 231电流传感器
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在下文的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。
本发明的充电电路2适用于一不断电电源供应系统，例如图1所示的在线型不断电电源供应系统1，以用于取代传统的充电电路13。请参阅图4，其为本发明较佳实施例的充电电路示意图。如图4所示，本发明的充电电路2为半桥式转换器(half bridge converter)，其输入端接收由交流/直流转换器11(请参阅图1)所输出的直流电压VDC，并将该直流电压VDC转换成电池14(请参考图1)所需的直流电压Vout2以对电池14进行充电。该充电电路2主要包含有分压电路21、补偿电路22、控制装置23、开关装置24、变压器25以及整流滤波电路26等。
分压电路21具有多个电容C1，C2，其将直流电压VDC分压为第一电压V1以及第二电压V2。开关装置24连接于该分压电路21，且具有第一开关元件Q2以及第二开关元件Q3。变压器25具有一初级侧以及一次级侧，其中初级侧的一端与开关装置24相连接，而初级侧的另一端则与分压电路21相连接。控制装置23连接于开关装置24与充电电路2的输出端，且通过连接的电流传感器231感测流经变压器25初级侧与分压电路21间的电流变化以及感测充电电路2的直流输出电压Vout2后，产生第一控制信号VQ2以及第二控制信号VQ3以分别控制开关装置24的第一开关元件Q2以及第二开关元件Q3。于此实施例中，开关装置24的第一开关元件Q2与第二开关元件Q3呈互补状态，换言之，当第一控制信号VQ2为高态时，第二控制信号VQ3便为低态，且第一开关元件Q2会呈导通状态，而第二开关元件Q3则呈不导通状态。相反地，当第一控制信号VQ2为低态时，第二控制信号VQ3便为高态，且第一开关元件Q2会呈不导通状态，而第二开关元件Q3则呈导通状态。图5显示图4的充电电路于节点C、D的第一控制信号VQ2以及第二控制信号VQ3与时间的关系图。由图可知，于任一周期T内，开关装置24的第一开关元件Q2与第二开关元件Q3将呈互补的交错导通。
请再参阅图4，当第一开关元件Q2导通时，电流以方向A2流入变压器25的初级侧；当第二开关元件Q3导通时，电流以方向A3流出变压器25的初级侧。因此通过第一开关元件Q2与第二开关元件Q3的交互导通，将使电流得以双向流通于变压器25的初级侧，进而使变压器25利用率提升。另外，由于分压电路21具有多个电容C1，C2，且各个电容C1，C2的电容值无法达成预期的理想值，使得流入变压器25初级侧的能量与流出变压器25初级侧的能量可能发生差异，因此可选择性的增加一补偿电路22，将其连接于变压器25的该初级侧与分压电路21的间，以进行补偿，以确保流入变压器25初级侧的能量与流出变压器25初级侧的能量实质上相等。当然，补偿电路22以一电容Cx为较佳。变压器25初级侧的双向电流变化，可使变压器25次级侧产生感应电压，然后经由整流滤波电路26的整流与滤波作用，便可提供电池14(请参考图1)所需的直流电压Vout2，以对电池14进行充电。
于一些实施例中，变压器25可使用具中心抽头(center-tapped)的变压器，而整流滤波电路26可由多个二极管D2、D3、电感L1以及电容C4所组成，但不以此为限。
综上所述，由于本发明的充电电路2可由开关装置24的第一开关元件Q2与第二开关元件Q3的交互导通，使得电流能够双向的流通于变压器25的初级侧，因此变压器25便得以于任一周期内完全利用，使得变压器25的利用率提升。也因此，于产生相同充电能量的条件下，便可较已知的充电电路所使用的变压器成本低。除此之外，也可以降低电磁噪声干扰的问题。
本发明得由本领域的技术的人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护的范围。
Claims (10)
1.一种充电电路，其应用于一不断电电源供应系统，用以接收一直流电压输入，并转换为所需的直流电压输出，该充电电路至少包含：
一分压电路，其接收该直流电压输入，并将该直流电压输入分压为多个电压；
一开关装置，其与该分压电路连接，且具有多个开关元件；
一变压器，其具有一初级侧与一次级侧，其中该初级侧的一端连接于该开关装置，该初级侧的另一端则连接于该分压电路；
一控制装置，其感测该直流电压输出，并产生多个控制信号，以控制该开关装置的该多个开关元件交错导通；以及
一整流滤波电路，其连接于该变压器的该次级侧，用以对该变压器的输出电压进行整流以及滤波，以得到该直流电压输出。
2.如权利要求1所述的充电电路，其中还包括一补偿电路，其连接于该变压器的该初级侧与该分压电路之间，以确保流通于该变压器的该初级侧的能量实质上相等。
3.如权利要求2所述的充电电路，其中该补偿电路包括一电容。
4.如权利要求1所述的充电电路，其中该充电电路为一半桥式转换器，该分压电路由至少两电容所组成，而该开关装置包括一第一开关元件以及一第二开关元件，该第一开关元件与该第二开关元件受该控制装置的一第一控制信号与一第二控制信号控制以交错导通与截止。
5.如权利要求1所述的充电电路，其中还包含一电流传感器，其连接于该控制装置，以用于感测该变压器的该初级侧与该分压电路间的电流变化。
6.一种不断电电源供应系统，其包括一交流/直流转换器、一逆变器、一充电电路、一电池以及一直流/直流转换器，其特征在于，该充电电路包括：
一分压电路，其接收一直流电压输入，并将该直流电压输入分压为多个电压；
一开关装置，其与该分压电路连接，且具有多个开关元件；
一变压器，其具有一初级侧与一次级侧，其中该初级侧的一端连接于该开关装置，该初级侧的另一端则连接于该分压电路；
一控制装置，其感测该直流电压输出，并产生多个控制信号，以控制该开关装置的该多个开关元件交错导通；以及
一整流滤波电路，其连接于该变压器的该次级侧，用以对该变压器的输出电压进行整流以及滤波，以得到该直流电压输出。
7.如权利要求6所述的不断电电源供应系统，其中该交流/直流转换器用来接收一市电交流电压，并将该市电交流电压转换成直流形式；该充电电路与交流/直流转换器连接，用以接收交流/直流转换器所输出的直流电压，并将该直流电压转换成该电池所需的直流电压以对该电池进行充电；该逆变器与该交流/直流转换器连接，以用于将该交流/直流转换器所输出的直流电压或该电池电压经该直流/直流转换器升压后所输出的直流电压转换为稳定可靠的交流输出电压，以提供至一负载。
8.如权利要求6所述的不断电电源供应系统，其中该充电电路还包括一补偿电路，其连接于该变压器的该初级侧与该分压电路之间，以确保流通于该变压器的该初级侧的电流能量实质上相等。
9.如权利要求6所述的不断电电源供应系统，其中该补偿电路包括一电容，该充电电路为一半桥式转换器，该分压电路由至少两电容所组成，而该开关装置包括一第一开关元件以及一第二开关元件，该第一开关元件与该第二开关元件受该控制装置的一第一控制信号与一第二控制信号控制以交错导通与截止。
10.如权利要求6所述的不断电电源供应系统，其中该充电电路还包含一电流传感器，其连接于该控制装置，以用于感测该变压器的该初级侧与该分压电路间的电流变化。
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