CN208797667U - 不断电电源供应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种不断电电源供应器，其主要包括：一第一开关单元、一整流器、一第一电源转换单元、一第二开关单元、一储能单元、一第二电源转换单元、一第三电源转换单元、一第三开关单元、一第四开关单元、以及多个输出端口。通过这样的电路单元设计，在电力正常供应时，本实用新型的不断电电源供应器直接提供交流电至后端电源供应器，并同时以直流电形式将电力储存于所述储能单元中。并且，当电力中断时，本实用新型的不断电电源供应器将储能单元中的直流电提升为390VDC的高压直流电，而后供应至后端电源供应器。如此，相较于现有的不断电系统在电力中断时仍旧提供交流电给后端的电源供应器，本实用新型的不断电电源供应器具有能省能量损耗的功效。

Description

不断电电源供应器

技术领域

本实用新型是关于不断电电源供应的技术领域，特别是指可以在电力中断时提供高压直流电并于电力正常供应时提供交流电而以此方式降低损耗的一种不断电电源供应器。

背景技术

不断电电源供应器(Uninterrupted power source,UPS)为一种具备稳定性(Stability)、安全性(Safety)及省电性的前端电源处理装置，被广泛地应用于各种电子设备之中，例如：计算机、监控系统、精密电子仪器、及医疗仪器等之中。当市电中断时，不断电电源供应器可持续提供电源至电子设备，以避免电子设备因突发性的电力中断而导致内部零件毁损或数据遗失。

图1即显示现有的一种不断电电源供应器的立体图。并请同时参阅图2，显示现有的不断电电源供应器的电路示意图。如图所示，现有的不断电电源供应器1’是电性连接于一电源供应器3’与一市电2’之间，并主要包括：一第一开关单元11’、一双向逆变器12’、以及一储能单元13’。在所述市电(electrical power supply mains)2’正常供应的情况下，该第一开关单元11’系切换至通路，使得该市电2’所提供的一第一交流电被输出至所述电源供应器3’。同时，该第一交流电也被输出至该双向逆变器12’，以令该双向逆变器12’将该第一交流电处理成一第一直流电；并且，该第一直流电被输出至该储能单元13’以储存为备用电源。另一方面，在所述市电2’中断的情况下，该第一开关单元11’切换至断路，此时，储存在该储能单元13’的备用电源以第一直流电的形式被输出至所述双向逆变器12’。接着，该双向逆变器12’将该第一直流电处理成第二交流电，并输出至后端的电源供应器3’。

通过所述不断电电源供应器1’的设置，即使在所述市电2’突然中断的情况下，该电源供应器3’仍可将所述第二交流电转换为直流电，进而提供计算机、打印机、喇叭等电子设备4’以及电灯、手机、电话等电子产品5’所需电力。尽管现有的不断电电源供应器1’具有上述的优点，该不断电电源供应器1’仍旧在实务应用中显示出以下缺点：

(1)熟悉电源转换电路设计与制作的工程师可以通过图2得知，基于目前并不存在具有100％转换效率的电源转换电路，因此在该双向逆变器12’将第一交流电转换成第一直流电的过程中势必会产生部分的能量损耗；同样地，在该双向逆变器12’将第一直流电转换成第二交流电的过程中也会产生部分的能量损耗。

(2)另一方面，如图2所示，现有的不断电电源供应器1’并无法直接供电给手机、电话或桌灯等计算机接口设备；通常，该些计算机接口设备是由通过计算机主机的电性端口(例如:USB端口)获得所需电力。也就是说，在计算机主机关闭的状态下，手机、电话或桌灯等计算机接口设备便无法自其电性端口获得驱动电力。

由上述说明可知，如何设计出低能量损耗与能够在计算机关机时提供接口设备所需电力的一种不断电电源供应器，成为UPS制造商的重要课题。有鉴于此，本实用新型的发明人极力加以研究创作，而终于研发完成本实用新型的一种不断电电源供应器。

发明内容

现有的不断电电源供应器通常在市电正常供应时使用双向逆变器将市电的交流电转换成直流电储存于储能单元中；并且，在市电中断时，现有的不断电电源供应器将储能单元的直流电转换成交流电后供应至后端的电源供应器。可想而知，在多次的AC/DC与DC/AC的转换过程中造成可观的能量损失。因此，本实用新型的主要目的在于提出低能量损耗的一种不断电电源供应器，其主要是由一第一开关单元、一整流器、一第一电源转换单元、一第二开关单元、一储能单元、一第二电源转换单元、一第三电源转换单元、一第三开关单元、一第四开关单元、以及多个输出端口所组成。通过这样的电路单元设计，在电力正常供应时，本实用新型的不断电电源供应器直接提供交流电至后端电源供应器，并同时以直流电形式将电力储存在所述储能单元中。并且，当电力中断时，本实用新型的不断电电源供应器直接将储能单元中的直流电提升为390VDC的高压直流电，而后供应至后端电源供应器。是以，相较于现有的不断电系统在电力中断时仍旧提供交流电给后端的电源供应器，本实用新型的不断电电源供应器具有能省能量损耗的功效。除此之外，在市电中断时，本实用新型的不断电电源供应器同时供应低直流电压于该多个输出端口，以提供例如：手机、笔记本电脑、屏幕、照明设备、喇叭、电话等电子设备所需电力。

为了达成上述本实用新型的主要目的，本案的发明人提供所述不断电电源供应器的一实施例，电性连接于一电源供应器与一市电(mains supply)之间，并包括：

一第一开关单元，耦接该市电；

一整流器，耦接于该第一开关单元，用以将该市电的一交流电处理成一第一直流电；

一第一电源转换单元，耦接至该整流器，用以将该第一直流电处理成一第二直流电；

一第二开关单元，耦接于储能单元；

一储能单元，通过该第二开关单元耦接该第一电源转换单元，用以接收并储存该第二直流电；

一第二电源转换单元，耦接至该第一电源转换单元，用以将该第二直流电处理成多个第三直流电；

一第三电源转换单元，耦接于该储能单元与该第二开关单元；

一第三开关单元，耦接于该第二电源转换单元与该电源供应器之间；以及

多个输出端口，耦接于该第二电源转换单元；

其中，当该市电中断时，该储能单元释放该第二直流电，并输出至该第二电源转换单元以及该第三电源转换单元；

其中，该第三电源转换单元将该第二直流电处理成一第四直流电；并且，该第四直流电经由该第三开关单元输出至该电源供应器。

附图说明

图1显示现有不断电电源供应器的立体图；

图2显示现有不断电电源供应器的电路示意图；

图3显示本实用新型的一种不断电电源供应器的第一实施例的电路示意图；

图4A显示市电正常供应状态下本实用新型的不断电电源供应器的电路结构图；

图4B显示市电中断状态下本实用新型的不断电电源供应器的电路结构图；以及

图5显示本实用新型的不断电电源供应器的第二实施例的电路示意图。

图中主要符号说明：

1 不断电电源供应器

2 市电

3 电源供应器

4 电子设备

5 电子产品

11 第一开关单元

12 第一电源转换单元

13 第二开关单元

14 储能单元

15 第三电源转换单元

16 第三开关单元

17 第四开关单元

18 第二电源转换单元

19 高压放电单元

111 静态旁路开关

112 第一继电器

113 第二继电器

1a 电磁干扰滤波器

1b 整流器

1c 输出端口

1P 第四电源转换单元

1P1 主电压输出端口

1P2 待机电压输出端口

1Q 第五开关单元

1R 第六开关单元

1S 控制单元

1V 第一输入端口

1W 第二输入端口

1U 信号输出端口

1T 通知单元

31 主电压输出端口

32 待机电压输出端口

51 电连接器缆线

1’ 不断电电源供应器

11’ 第一开关单元

12’ 双向逆变器

13’ 储能单元

3’ 电源供应器

4’ 电子设备

5’ 电子产品

2’ 市电

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本实用新型所提出的一种不断电电源供应器，以下将配合图式，详尽说明本实用新型的较佳实施例。

第一实施例

请参阅图3，显示本实用新型的一种不断电电源供应器的第一实施例的电路示意图。如图3所示，本实用新型的不断电电源供应器1电性连接于一电源供应器3与一市电2之间，并主要包括：一第一开关单元11、一整流器1b、一第一电源转换单元12、一第二开关单元13、一储能单元14、一第二电源转换单元18、一第三电源转换单元15、一第三开关单元16、一第四开关单元17、以及多个输出端口1c。根据本实用新型的电路设计，该第一开关单元11由一静态旁路开关(Staticswitch)111、一第一继电器112与一第二继电器113所组成，其中所述静态旁路开关111可为下列任一者：硅控整流器(SCR)、双向整流器(TRIAC)、或绝缘闸双极晶体管(IGBT)。

继续地参阅图3，并请同时参阅图4A，显示市电正常供应状态下本实用新型的不断电电源供应器的电路结构图。比较图3与图4A可以得知，在所述市电2正常供应的情况下，该第一开关单元11内的静态旁路开关111被关闭且该第一继电器112与该第二继电器113被闭合(be closed)，使得该电源供应器3能够通过该第一开关单元11直接接收所述市电2所提供的一交流电。简单地说，在电力正常供应时，本实用新型的不断电电源供应器1直接提供交流电至后端的电源供应器3。

熟悉电源供应器设计与制作的工程师应当知道，电源供应器3会将交流电转换成适当的驱动电源，以提供计算机、打印机、喇叭等电子设备4所需电力(如图3所示)。如图4A所示，在市电正常供应时，耦接于该第一开关单元11的整流器1b将市电2所提供的交流电处理成一第一直流电；接着，耦接至该整流器1b的第一电源转换单元12会将该第一直流电处理成一第二直流电。继续地，由于储能单元14通过第二开关单元13而耦接至该第一电源转换单元12。因此，当第二开关单元13被切换至断路时，所述第二直流电被输出至该储能单元14以储存为备用电源。同时，该第二直流电也被输出至该第二电源转换单元18，进而转换成具有不同电压的多个第三直流电(低压直流电)。如图3与图4A所示，通过该多个输出端口1c，该些第三直流电被输出至例如电灯、手机、电话等电子产品5。当然，有些电子产品5必须经由一电连接器缆线51才能够与所述输出端口1c达成电性连接。

简单地说，在电力正常供应时，本实用新型的不断电电源供应器1会同时将市电2的交流电转换成直流电，而后将电力储存于所述储能单元14中。并且，在电力正常供应时本实用新型的不断电电源供应器1也会利用该第二电源转换单元18与该多个输出端口1c输出低压直流电。其中，所述输出端口1c的示范性类型整理于下表(1)中。

表(1)

必须特别说明的是，虽然表(1)列出了输出端口1c的示范性类型，但并非以此作为输出端口1c在使用上的限制。举例而言，可以通过符合USB规范或符合QC规范的输出端口1c提供电力给手机；并且，可以通过符合USB规范或符合USB Type CPD规范的输出端口1c提供电力给笔记本电脑(notebook)充电。另一方面，也可以通过符合USB规范或符合USB Type CMPD规范的输出端口1c提供电力给计算机屏幕；再者，也可以通过符合USB规范或符合DCJack型式的输出端口1c提供电力给照明设备。

必须补充说明的是，图4A所示灰阶线(包括箭头)用以表示直流电源的传输路径；相对地，黑线(包括箭头)则用以表示交流电源的传输路径。另一方面，一电磁干扰滤波(EMIfilter)器1a设置于该第一开关单元11与该整流器1b之间，用以滤除电磁干扰的噪声。再者，一第四开关单元17耦接至该第一开关单元11，且一高压放电单元19耦接至该第四开关单元17。比较图3与图4A可以得知，当该市电2正常供应时，该第三开关单元16切换至断路且该第四开关单元17切换至短路，使得该市电2可以经由该第一开关单元11直接地输入所述电源供应器3。并且，该第四开关单元17与该高压放电单元19则用以过滤该市电2所带有的高压突波成分。

请再继续参阅图3，并请同时参阅图4B，显示市电中断状态下本实用新型的不断电电源供应器的电路结构图。比较图3与图4B可以得知，在所述市电2中断的情况下，该第一开关单元11内的静态旁路开关111被启用且该第一继电器112与该第二继电器113被打开(beopened)；此时，由于该第二开关单元13被切换至短路，因此储存于该储能单元14的备用电源以第二直流电的形式被输出至所述第三电源转换单元15。进一步地，该第三电源转换单元15将该第二直流电转换成一第四直流电而后输出至计算机、打印机、喇叭等电子设备4。

简单地说，在市电中断时，本实用新型利用第三电源转换单元15将储能单元14输出的(第二)直流电提升为390VDC的高压直流电(第四直流电)，而后供应至后端电源供应器3。电源供应器3会将直流电转换成适当的驱动电源，以提供计算机、打印机、喇叭等电子设备4所需电力(如图3所示)。特别解释的是，通过提供390VDC的高压直流电给电源供应器3，可让电源供应器3内部的功率校正电路(power factor correction.PFC)停止运作，以此方式减少作为切换开关的半导体晶体管与磁性组件运作时所产生的损耗。如此设计，不但可以提供电源供应器3的电源效率，也能够延长储能单元14(电池)的供电时间，兼具环保与节能省电的功效。

并且，在市电中断时，储能单元14还输出该第二直流电至该第二电源转换单元18，进而转换成具有不同电压的多个第三直流电(低压直流电)。特别地，本实用新型的不断电电源供应器1是利用该第二电源转换单元18将储能单元14输出的(第二)直流电转换成具有不同电压值的多个低压直流电(第三直流电)，而后通过该多个输出端口1c输出所述低压直流电给手机、笔记本电脑、计算机屏幕、照明设备、电话等电子产品5。

必须补充说明的是，图4B所示灰阶线(包括箭头)用以表示直流电源的传输路径；相对地，黑线(包括箭头)则用以表示交流电源的传输路径。另一方面，在本实用新型中，该第一电源转换单元12与该第三电源转换单元15皆为一隔离式电源转换单元，例如：返驰式(flyback)电源转换单元、顺向式(forward)电源转换单元、全桥式(Full Bridge)、或推挽式(push-pull)电源转换。不同于该第一电源转换单元12与该第三电源转换单元15，该第二电源转换单元18则为一非隔离式电源转换单元，例如降压型(buck)DC/DC转换器。再者，该第二开关单元13、该第三开关单元16与该第四开关单元17皆为一静态旁路开关(Staticswitch)。

第二实施例

请参阅图5，显示本实用新型的不断电电源供应器的第二实施例的电路示意图。比较图5与图3可以得知，本实用新型的不断电电源供应器1的第二实施例是在电路架构上进一步包括有：一第四电源转换单元1P、耦接该第四电源转换单元1P的一主电压输出端口1P1、耦接该第四电源转换单元1P的一待机电压输出端口1P2、耦接该主电压输出端口1P1的一第五开关单元1Q、耦接该待机电压输出端口1P2的一第六开关单元1R、以及一控制单元1S。

由图5可知，第四电源转换单元1P耦接该第二开关单元13与该第一电源转换单元12，用以将该第一电源转换单元12所输出的该第二直流电转换成一第五直流电。并且，该控制单元1S耦接该第四电源转换单元1P、该第五开关单元1Q与该第六开关单元1R。另一方面，该第五开关单元1Q电性连接至该电源供应器3所具有的一第一输入端口1V，且该第六开关单元1R电性连接至该电源供应器3所具有的一第二输入端口1W。如此设置，当市电2中断时，电源供应器3内部的一通知单元1T会通过一信号输出端口1U送出一断电通知信号至该控制单元1S，以令不断电电源供应器1内部的控制单元1S控制第四电源转换单元1P通过其主电压输出端口1P1与待机电压输出端口1P2而分别地输出一主电压(12V)与一辅助电压(5VSB)至电源供应器3的第一输入端口1V与第二输入端口1W，以维持电源供应器3能够在市电2中断时正常地供应主电压(12V)与辅助电压(5VSB)。

如此，上述已完整且清楚地说明本实用新型的不断电电源供应器的电路架构图与立体图，经由上述，可以得知本实用新型具有下列优点：

(1)现有的不断电电源供应器1’(如图2所示)在市电正常供应时使用双向逆变器12’将市电2’的交流电转换成直流电储存于储能单元13’中；并且，在市电2’中断时，现有的不断电电源供应器1’将储能单元13’的直流电转换成交流电后供应至后端的电源供应器3’。可想而知，在多次的AC/DC与DC/AC的转换过程中造成可观的能量损失。是以，本实用新型提出一种不断电电源供应器1的第一实施例，主要是由一第一开关单元11、一整流器1b、一第一电源转换单元12、一第二开关单元13、一储能单元14、一第二电源转换单元18、一第三电源转换单元15、一第三开关单元16、一第四开关单元17、以及多个输出端口1c所组成。通过这样的电路单元设计，在电力正常供应时，本实用新型的不断电电源供应器1直接提供交流电至后端电源供应器3，并同时以直流电形式将电力储存在所述储能单元14中。并且，当电力中断时，本实用新型的不断电电源供应器1直接将储能单元14中的直流电提升为390VDC的高压直流电，而后供应至后端电源供应器3。通过提供390VDC的高压直流电给电源供应器3，可让电源供应器3内部的功率校正电路(power factor correction.PFC)停止运作，以此方式减少作为切换开关的半导体晶体管与磁性组件运作时所产生的损耗。

(2)承上述，相较于现有的不断电电源供应器1’并无法直接供电给电灯、手机、电话等电子产品所需电力，本实用新型的不断电电源供应器1无论在电力正常供应或者电力中断时皆能够通过该第二电源转换单元18与该多个输出端口1c输出低压直流电至电灯、手机、电话等电子产品。

(3)此外，本实用新型的不断电电源供应器1的第二实施例更进一步包括一第四电源转换单元1P、一主电压输出端口1P1、一待机电压输出端口1P2、一第五开关单元1Q、一第六开关单元1R、以及一控制单元1S。特别地，所述第四电源转换单元1P的主电压输出端口1P1与待机电压输出端口1P2分别与电源供应器3的第一输入端口1V与第二输入端口1W电性连接，进而通过第一输入端口1V与第二输入端口1W而与电源供应器3的主电压输出端口31及待机电压输出端口32分别并联。如此设置，当电源供应器3因为动态负载效应而导致输出电压下降时，第四电源转换单元1P所输出的主电压(12)与辅助电压(5VSB)可实时地补足电源供应器3的输出电压；简单地说，本实用新型的不断电电源供应器1的第二实施例具有帮助电源供应器3的动态电压反应的功能。

(4)承上述，一般而言，动态负载效应会造成电源供应器3内部的磁性组件发出声音；然而，由于本实用新型的不断电电源供应器1的第二实施例具有帮助电源供应器3的动态电压反应的功能，因此，本实用新型的第二实施例也同时能够对电源供应器3的磁性组件在动态负载效应下发出声音的现象达到改善功效。另一方面，将第四电源转换单元1P的主电压输出端口1P1与待机电压输出端口1P2分别与电源供应器3主电压输出端口31及待机电压输出端口32并联，也可以同时改善电源供应器3的输出电压的涟波与噪声。

必须加以强调的是，上述的详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，唯该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含在本案的专利范围中。

Claims (11)

1.一种不断电电源供应器，电性连接于一电源供应器与一市电之间，并包括：

一第一开关单元，耦接该市电；

一整流器，耦接于该第一开关单元，用以将该市电的一交流电处理成一第一直流电；

一第一电源转换单元，耦接至该整流器，用以将该第一直流电处理成一第二直流电；

一第二开关单元，耦接于储能单元；

一储能单元，通过该第二开关单元耦接该第一电源转换单元，用以接收并储存该第二直流电；

一第二电源转换单元，耦接至该第一电源转换单元，用以将该第二直流电处理成多个第三直流电；

一第三电源转换单元，耦接于该储能单元与该第二开关单元；

一第三开关单元，耦接于该第二电源转换单元与该电源供应器之间；以及

多个输出端口，耦接于该第二电源转换单元；

其中，当该市电中断时，该储能单元释放该第二直流电，并输出至该第二电源转换单元以及该第三电源转换单元；

其中，该第三电源转换单元将该第二直流电处理成一第四直流电；并且，该第四直流电经由该第三开关单元输出至该电源供应器。

2.根据权利要求1所述的不断电电源供应器，其特征在于，还包括：

一第四开关单元，耦接至该第一开关单元；以及

一高压放电单元，耦接至该第四开关单元；

其中，当该市电正常供应时，该第三开关单元切换至断路且该第四开关单元切换至短路，使得该市电通过该第一开关单元直接输入该电源供应器；并且，该第四开关单元与该高压放电单元用以过滤该市电所带有的高压突波。

3.根据权利要求1所述的不断电电源供应器，其特征在于，还包括：

一电磁干扰滤波单元，耦接于该第一开关单元与该整流器之间。

4.根据权利要求1所述的不断电电源供应器，其特征在于，该第一开关单元包括：

一静态旁路开关；

一第一继电器，与该静态旁路开关并联；以及

一第二继电器，耦接该第一继电器，并与该静态旁路开关并联。

5.根据权利要求1所述的不断电电源供应器，其特征在于，该第二电源转换单元为一非隔离式电源转换单元。

6.根据权利要求1所述的不断电电源供应器，其特征在于，该第一电源转换单元与该第三电源转换单元皆为一隔离式电源转换单元。

7.根据权利要求1所述的不断电电源供应器，其特征在于，该第二电源转换单元可为下列任一者：返驰式电源转换单元、顺向式电源转换单元、全桥式、或推挽式电源转换单元。

8.根据权利要求1所述的不断电电源供应器，其特征在于，该输出端口可为下列任一者：通用串行总线电连接器、符合快速充电规范的电连接器、或闪电电连接器。

9.根据权利要求2所述的不断电电源供应器，其特征在于，还包括：

一第四电源转换单元，耦接该第二开关单元与该第一电源转换单元，用以将该第一电源转换单元所输出的该第二直流电转换成一第五直流电；

一主电压输出端口，耦接该第四电源转换单元；

一待机电压输出端口，耦接该第四电源转换单元；

一第五开关单元，耦接该主电压输出端口；

一第六开关单元，耦接该待机电压输出端口；以及

一控制单元，耦接该第四电源转换单元、该第五开关单元与该第六开关单元；

其中，该第五开关单元与该第六开关单元分别电性连接至该电源供应器所具有的一第一输入端口与一第二输入端口；

其中，当该市电中断时，该电源供应器通过其一信号输出端口送出一断电通知信号至该控制单元，以令该控制单元控制该第四电源转换单元通过该主电压输出端口与该待机电压输出端口而分别地输出一主电压与一辅助电压至该电源供应器的该第一输入端口与该第二输入端口。

10.根据权利要求2所述的不断电电源供应器，其特征在于，该第二开关单元、该第三开关单元与该第四开关单元皆为一静态旁路开关。

11.根据权利要求4所述的不断电电源供应器，其特征在于，所述静态旁路开关可为下列任一者：硅控整流器、双向整流器、或绝缘闸双极晶体管。