CN202059209U - 电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电源装置，包括交流输入端，以及交流输出端，还包括安装在装置内的蓄电池、切换组件、臂桥模块和控制模块，控制模块与交流输入端和切换组件连接，用来侦测该交流输入端的电压值，并根据设定电压值产生控制信号输入至切换组件；切换组件进一步与臂桥模块、交流输入端以及蓄电池连接，臂桥模块把切换组件切换的电源调节为交流输出端所需的电源。提供至负载，并通过切换组件使电感组件连接至直流电压源后关断，即不导通，以提高切换组件的使用寿命以及不间断电源供应模块的可靠性。

Description

电源装置

技术领域

本实用新型涉及一种电源装置，特别是关于一种具有切换组件的不间断电源装置。

背景技术

随着供电技术的发展，不间断电源装置已成为供电系统中不可缺少的一部分，其主要的特性在于，在主要供电电源供电正常时，不间断电源装置接收由主要供电电源所提供的交流电压，通过一个控制臂桥模块调节后输出一个交流电压提供给负载，但在主要供电电源发生断电或供应超过预定电压时，不间断电源装置便通过其切换组件，切换线路至自带的直流电源，蓄电池，将直流电源所提供的直流电压通过控制臂桥模块调节后输出一交流电压作为提供至负载的电压，通过此种电源切换的方式，保持负载供电来源的持续性，但公知的不间断电源装置通常具有体积过大及重量过重等问题。

为了解决上述问题，美国专利公告号第6104104号揭露一种不间断电源装置，此不间断电源装置采用了新的控制方法，即用小电容代替了传统用于不间断电源装置的电解电容储能环节。这种变化大大减少了电容的体积和重量，提高了不间断电源装置的可靠性。

但上述不间断电源装置的切换组件皆系为一毫秒级（milli second）机械式切换组件，其有需要较长的切换时间，在完成由主要供电电源切换至电池动作前，美国专利公告号第6104104号所提到的小电容，在切换过程中不能为负载提供足够的能量，因此，在切换过程中，输出电压将不可避免存在着暂时中断的情况，对负载的可靠运行带来了极大的危害，并且在用利用机械式切换组件实现切换过程中，较大的电流可能会使切换失败，甚至在接触点处形成电弧，烧坏不间断电源装置之切换组件。

综上，如何使不间断电源装置之切换过程可安全可靠的进行，进而使不间断电源装置可持续提供质量稳定之电流至负载，即成为此领域之产业亟需努力的目标。 

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种电源装置，包括交流输入端，以及交流输出端，还包括安装在装置内的蓄电池、切换组件、臂桥模块和控制模块，控制模块与交流输入端和切换组件连接，用来侦测该交流输入端的电压值，并根据设定电压值产生控制信号输入至切换组件；切换组件进一步与臂桥模块、交流输入端以及蓄电池连接，臂桥模块把切换组件切换的电源调节为交流输出端所需的电源。

此外，开关组件还用于切换组件使电感组件连接至交流输入端前，通过设定控制信号导通，将直流电压通过控制臂桥模块调节后，作为输出交流电压，提供至负载，并于切换组件使电感组件连接至交流输入端后断开。

本实用新型由一开关组件，在不间断电源装置的切换组件切换于交流输入端以及直流输入端之过程中，防止切换组件因交流电压与直流电压切换时的电流突变，并经过控制臂桥模块处理产生输出交流电压连续地向负载提供高质量电源，而且能够优化切换组件的开关状态，延长该切换组件的使用寿命，来提高不间断电源装置的可靠性，此外，由于控制臂桥模块还可以包含电容，本实用新型的不间断电源装置更能维持电容之电压稳定，进而解决现有技术中不间断电源装置的缺点。

附图说明

图1为本实用新型之一较佳实施例的示意图。

图2为较佳实施例的直流电源的电压为低电压时，从交流模式切换为直流模式的波形图。

具体实施方式

以下将通过实施例来解释本实用新型内容，本实用新型的较佳实施例如图1所示，其为本实用新型不间断电源装置的一不间断电源供应模块1，其耦接至一交流电源2，可接收一由交流电源2所提供之输入交流电压20，并提供一输出交流电压3至一负载6，不间断电源供应模块1包含一直流电源11、一控制臂桥模块12、一电感组件13、一控制模块14、一切换组件15（包含一直流输入端15a及一交流输入端15b）、一开关组件16、一输出滤波模块17。输出滤波模块17可用现有技术中的方案实现，在此不加赘述。

为了更加容易描述本实用新型，本较佳实施例中将不断电电源供应模块1之切换组件15切换于交流输入端15b之电源供应模式称为「交流模式」，将不断电电源供应模块1之切换组件15切换于直流输入端15a之电源供应模式称为「直流模式」。交流电压20由一交流电源2所提供，交流输入端15b耦接至交流电源2，用以接收输入交流电压20，直流电压11a由一直流电源11所提供，交流输入端15b耦接至直流电源11，用以接收直流电压11a，在本实施例中直流电源11为一储能组件（例如蓄电池），控制臂桥模块12耦接至电感组件13及负载6，用以将直流电压11a与输入交流电压20其中之一转换为输出交流电压3传递至负载6，电感组件13耦接至交流电源2及直流电源11，用来接收直流电压11a与输入交流电压20其中之一，控制模块14耦接至交流电源2，用以侦测输入交流电压20的某一电压值，并通过设定的电压值产生一控制信号14a，此时，控制信号14a代表输入交流电压20处于一断电或供应超过预定电压的异常状态，在本实施例中，控制模块14主要是作为控制切换组件15及开关组件16，与侦测输入交流电压20电压值之用，其可为一微控制单元（micro control unit），但在其它实施例中，也可以其它与微控制单元具有相同功能的电路替代，并不以此为限。

切换组件15耦接至电感组件13，根据控制信号14a，使电感组件13连接至直流输入端15a，以通过电感组件13，将直流电压11a通过控制臂桥模块12调节后，产生输出交流电压3，提供至负载6。换句话说，当交流模式下供电异常时，即会切换至直流模式，在切换组件15进行切换时，不间断电源供应模块1通过开关组件16将直流电源11的电能传输给控制臂桥模块12，以持续提供稳定电能至负载6。

开关组件16耦接至直流电源11与控制臂桥模块12，用以于切换组件15使电感组件13连接至直流输入端15a前，通过控制信号14a导通，将直流电压11a通过控制臂桥模块12调节后，作为输出交流电压3，提供至负载6，并于切换组件15使电感组件13连接至直流输入端15a后断开。在本较佳实施例中，切换组件15为一机械式切换组件，开关组件16系为一电子开关组件，如硅控整流器（silicon-controlled rectifier）、金氧半场效晶体管（metal oxide semiconductor field effect transistor）与门极绝缘双极性晶体管（insulated gate bipolar transistor）等等；在从交流模式到直流模式切换的过程中，电流通过开关组件16，因此切换组件15的触头从离开交流端到连接到直流端是一个零电流的开通（ZCS）过程，优化了机械继电器的开关电流应力，提高了切换可靠性和切换组件 15的使用寿命。不间断电源供应模块1还包含一限流组件1a，直流电压源11系透过限流组件1a耦接至开关组件16，限流组件1a用以限制流经开关组件16之直流电压11a的电流，能够防止切换组件15因输入交流电压20与直流电压11a切换时的电流突变。

此外，控制模块14还用以侦测输入交流电压20的电压值，并通过电压值产生一控制信号14b。此时，控制信号14b代表输入交流电压20处于正常状态，而切换组件15目前则切换至直流输入端15a，接收直流电压11a作为控制臂桥模块12的输入电源。因为输入交流电压20的电压值为正常，切换组件15还用根据控制信号14b，使电感组件13连接至交流输入端15b，以通过电感组件13，将输入交流电压20作为控制臂桥模块12的输入电源，并调节为输出交流电压3，以提供至负载6。开关组件16还用于切换组件15使电感组件13连接至交流输入端15b前，根据控制信号14b导通，将直流电压11a转换成输出交流电压3，提供至负载6，并在切换组件15使电感组件13连接至交流输入端15b后断开。

详言之，控制臂桥模块12包含复数呈并联连接之臂桥及一电容12n，输出交流电压3系透过该等臂桥提供至负载6，在本实施例中，控制臂桥模块12包含三臂桥，但控制臂桥12之臂桥数目并非用以限制本发明之范围。此三臂桥分别为第一臂桥、第二臂桥及第三臂桥，第一臂桥包含一第一开关单元12a、一第二开关单元12b、一第一顺向组件12c及一第二顺向组件12d；第二臂桥包含一第一开关单元12e、一第二开关单元12f、一第一顺向组件12g及一第二顺向组件12h；第三臂桥包含一第一开关单元12i、一第二开关单元12j、一第一顺向组件12k及一第二顺向组件12m。

如图1所示，第一开关单元12a、第二开关单元12b成串联，电容12n与第一臂桥并联，开关组件16与第一臂桥之一端呈串联连接，在一开始，输入交流电压20的电压值为正常时，切换组件15切换于交流输入端15b，以接收输入交流电压20，并通过电感组件13及控制臂桥模块12，将输入交流电压20调节为输出交流电压3提供至负载6，此时开关组件16处于断开状态，第一开关单元12a与第二开关单元12b由脉冲宽度调变调制为工作模式，使输入交流电压20可通过第一臂桥。

当控制模块14侦测到输入交流电压20的电压值为异常时，即产生控制信号14a，用以将切换组件15由交流输入端15b切换至直流输入端15a，由于切换组件15系为机械式切换组件，需要一定的切换时间才可完成切换动作，因此于切换组件15之切换过程中，控制信号14a同时导通开关组件16，以将直流电源11所提供之直流电压11a传输给控制臂桥模块12，产生输出交流电压3持续供电至负载6，当开关组件16导通时，第一开关单元12a与第二开关单元12b也随之断开，使直流电压源11透过开关组件16与电容12n成并联连接，以通过电容12n及该控制臂桥模块12之第二臂桥及第三臂桥，提供输出交流电压 3至负载6，使切换组件15切换过程中能维持电容12n之电压稳定。此外，电感组件13耦接至第一开关单元12a与第二开关单元12b之间，以将输入交流电压20与直流电压11a其中的一端，视目前切换组件15的切换状况，通过控制臂桥模块12转换为输出交流电压3提供至负载6，而第一顺向组件12c与第一开关单元12a并联，第二顺向组件12d与第二开关单元12b并联，以控制流经第一臂桥的电流流向。

当切换组件15成功切换至直流电压源11时，切换组件15即可接收直流电压11a传输给控制臂桥模块12转换为提供至负载6的输出交流电压3，开关组件16不需再接收直流电压11a，所以开关组件16将成断开状态。此外，控制模块14也持续侦测输入交流电压20的电压值，其恢复正常时，切换组件15须从直流输入端15a切换回交流输入端15b，其切换过程及开关组件16之动作与上述切换组件15从交流输入端15b切换至直流输入端15a相同，在此不加赘述。

为更清楚理解本较佳实施例不间断电源供应模块1在各种状态下的动作，请参阅图2，直流电源11的电压为低电压时（直流电压11a之电压值低于输出交流电压3之峰值），从交流模式切换为直流模式之波形图，横轴表示时间，其包含波形21至25，分别依序表示切换组件15的控制信号、开关组件16的控制信号、输入的交流电电压、电容12n之电压及输出至负载6的输出交流电压3的电压。

因此，在时间区间t1内，切换组件15切换于交流输入端15b，且由于交流输入端15b所输入的交流电压20的电压值为正常，因此尚不需切换至直流输入端15a，波形22为逻辑低位准；于时间区间t2内，控制模块14侦测到交流电压20之电压值出现异常，此时切换组件15须由交流输入端15b切换至直流输入端15a，使直流电压源11暂时供应能量至负载6，因此波形21变换为为逻辑 高准位，波形22变换为为逻辑高准位，且波形23趋近于零，代表输入交流电压20的电压值异常。另外，直流电压源11的电压为低电压，此可由波形24及25的变化得知。于时间区间t2后，即进入时间区间t3，此时切换组件15已顺利切换至直流输入端15a，此时，波形21为逻辑高准位，波形22恢复为逻辑低准位，波形23仍为趋近于零，代表输入交流电压20的电压值异常，波形24及25也根据直流电压源11的电压为低电压随之变化。

由上述说明可知，本实用新型的不间断电源供应模块由一开关组件，在不间断电源供应模块的切换组件切换于交流输入端以及直流输入端之过程中，防止切换组件因交流电压与直流电压切换时的电流突变，并经过控制臂桥模块处理产生输出交流电压连续地向负载提供高质量电源，而且能够优化切换组件的开关状态，延长该切换组件的使用寿命，以提高不间断电源供应模块的可靠性，此外，控制臂桥模块包含有电容，本实用新型和不间断电源供应模块更能维持电容的电压稳定，进而解决现有技术中不间断电源供应模块的缺点。

上述的实施例仅用来举例说明本实用新型，以及阐释本实用新型的技术特征，并非用来限制本实用新型之范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或等同替换均属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种电源装置，包括交流输入端，以及交流输出端，其特征在于：还包括安装在装置内的蓄电池、切换组件、臂桥模块和控制模块，控制模块与交流输入端和切换组件连接，用来侦测该交流输入端的电压值，并根据设定电压值产生控制信号输入至切换组件；切换组件进一步与臂桥模块、交流输入端以及蓄电池连接，臂桥模块把切换组件切换的电源调节为交流输出端所需的电源。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于：切换组件与臂桥模块输入端之间接有一电感。

3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于：臂桥模块包含多个呈并联连接的臂桥。

4.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于：控制臂桥模块包含第一臂桥，还包含一电容，电容与第一臂桥并联。

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