CN2569423Y - 具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置 - Google Patents
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Abstract
一种具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，包含一功率因素补偿电路(PFC)、一备用电池、一变流器(Inverter)以及一控制电路，其中功率因素补偿器，是抽取市电的低总谐波以及非脉冲电源后加以输出；变流器是与功率因素补偿器及备用电池相接，并另有一输出端可送出一精密调整的电源，控制电路是控制功率因素补偿电路以及变流器之间的电压关是，使功率因素补偿器被控制于升压模式(BoostMode)，以抽取市电的非脉冲电流；透过上述构件，本实用新型可输出一经过功率因素补偿以及稳定电压的电源供给至负载设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电源技术，特别涉及一种可由输入的市电(交流电)中，抽取低总谐波以及非脉冲电源以达到功率因素补偿，并可精密调整电源输出电压的装置。
背景技术
已有的含有升、降压稳压器的互动式的UPS如图1所示，这种已有的互动式的UPS又称为单转换UPS，比较传统ON-Line的UPS的优点为使用较少的元件，所以可靠度及效率会较高，但是缺点为对于输入的电源是没有功率因素补偿的，所以一个非线性的负载加至这种UPS时，就无法通过电流谐波法规标准，如IEC1000-3-2，而且互动式的UPS同时也会造成步阶式的电压跳动和不精准的电压调节。请参阅图2所示，是为美国实用新型专利US5,334,877可应用于互动式的UPS，此专利虽可以达到功率因素补偿，但还是无法将输出电压做精密的调节。
由此可见，上述已有技术装置仍有诸多缺失，并非一完善的设计，而有待加以改进。
实用新型内容
本实用新型的目的即在于提供一种具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，除了可以改善输入电流的总谐波失真(THD)和输出的电压调节外，也同时改善了谐波电流，所以输入电流和电磁元件亦会跟着变小。
本实用新型的次一目的是提供一种具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，可改善已有技术在调整电压时，所产生的步阶式的电压跳动和不精准的电压调节。
为达到上述目的，本实用新型提供一种具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，其中包括有：
一功率因素补偿电路，是由交流电源中抽取一个大小和波形被控制的电流；
一直流电源；
一变流器，是与直流电源相接，并有二个输出端，其中一端接收功率因素补偿电路所抽取的电流，另一端连接至负载；
一控制电路，是传输控制信号至功率因素补偿电路或变流器，加以控制功率因素补偿电路输入变流器的电流，或控制变流器产生精密调节电压。
所述的具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，其中变流器可将直流电源加以转换成精密调节的电源，并传送至功率因素补偿电路，使变流器与功率因素补偿电路相接的输出端的电压大于交流电源的电压，使功牢因素补偿电路工作于升压模式，从交流电源中抽取非脉冲的电流。
所述的具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，其中控制电路是控制功率因素补偿电路输入变流器的电流为低总谐波失真的电流，且电流的大小被控制为负载所需要的大小，而变流器是由控制电路的控制讯号将直流电源加以转换，进而产生精密调节的电压。
所述的具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，其中功率因素补偿电路的电感电流及输出电压为正半周时，会选择性的传导电流从电感至功率因素补偿电路的输出。
所述的具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，其中功率因素补偿电路的电感电流及输出电压为负半周时，会选择性的传导电流从功率因素补偿电路的输出至电感。
所述的具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，其中变流器的控制方式可以是电压模式或电流模式。
功率因素补偿电路是连接至交流电源(市电)，以抽取一个低总谐波失真(THD)的电流，将电流经过变流器(Inverter)的第一个输出，再经由变流器(Inverter)的第二个输出送至负载，市电输入功率因素补偿电路(PFC)的电流大小控制于市电输入的功率量等于负载所需的实际功，变流器(Inverter)的第二个输出接至UPS的输出端，变流器(Inverter)的第一个输出受控制电路控制在高于市电输入的电压，以使功率因素补偿电路(PFC)工作于升压模式，并从市电抽取非脉冲的电流；变流器(Inverter)受控制电路控制产生一固定电压源，并将变流器产生的固定电压源和功率因素补偿电路所产生的电流源加以并联，以提供功率给负载，当这负载为电阻性或线性时，负载所需的电流完全由功率因素补偿电路来提供，变流器几乎没有电流流过；当负载为非线性时，会抽取一个有失真的电流，电流在负载需要和功率因素补偿电路提供的差异，会流经变流器，因变流器本质上是一个低阻抗的电源，而这些电流只会造成一些很小的电压失真，所以可产生一个稳定调节的输出电压。
附图说明
图1为已有的含有升、降压稳压器的互动式的UPS架构图；
图2为已有的美国实用新型专利US5,334,877可应用于互动式的UPS架构图；
图3为本实用新型具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置的实施例图；
图4为具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置的变流器(Inverter)第一实施例图；
图5为具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置的功率因素补偿电路实施例图；
图5(a)为具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置的功率因素补偿电路的双向开关的实施例；
图6为具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置的变流器(Inverter)第二实施例图。
具体实施方式
请参阅图3，本实用新型所提供的具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，主要包括有：一功率因素补偿电路110、一变流器120、一交流输入电源(市电)10、一备用电池(直流电源)20以及一控制电路130；这个功率因素补偿电路110从市电10抽取一个大小和波形被控制的电流，并传送这个电流至变流器120的第一个输出122，变流器120的第二个输出123是连接至负载30，变流器120是会转换备用电池20的电源成二个精密调节的电源，变流器120的第一个输出122的电压会大于市电的电压，让功率因素补偿电路110工作于升压模式，从市电10抽取非脉冲的电流，变流器120的这二个输出122、123之间，电流可双向的流通，功率因素补偿电路110是接收控制电路130的第一个控制讯号131，去控制功率因素补偿电路110输入变流器120的电流为低总谐波失真(THD)的电流，电流的大小被控制为负载30所需要的大小，而变流器120受控于控制电路的第二个控制讯号132以产生二个精密调节的电压。
图4所示为根据本实用新型所实施的变流器220，这个电路本质是一个高频连结(HIGH FREQUENCYLINK)的变流器，这种技术可回溯至1982年的一篇论文，标题为“A comparison of high frequencylink schemes for interfacing a dc source to a utility grid”in IEEEIAS Annual meeting by R.L.Steigewald and R.E.Tokins，变流器220包含四个开关221、222、223、224，这四个开关切割直流电源为交流电源，并连接至一个高频变压器2201中的一次线圈225；第一个双向开关230连接至高频变压器中的第一个二次线圈226，第二个双向开关231连接至高频变压器中的第二个二次线圈227，其中第一个双向开关230及第二个双向开关231的另一端相互连接后，再经由一滤波器连接至变流器220的第二个输出123；滤波器包含一个电感235，和一个电容236；上述是一个已有的HF LINK inverter，根据本实用新型的实施，是多加了二个二次线圈228、229，二个双向开关232、233和一个滤波器，滤波器包含一个电感234和一个电容237，产生控制信号的方法可以在很多的文献上找到，例如 Bilateral DC to ACConverter Employing a High Frequency Link，”1985 1EEE/IAS Annual meeting Record，PP.1156-1162，有一般专业知识的人皆可将其实施。
图5是一个根据本实用新型实施的功率因素补偿电路110，这个电路包含一个电感112，电感的一端112a连接至市电的一个火线总线101，而电感的另一端112b经由第一个双向开关113连接至市电的中性总线102，电感的另一端112b又经过第二个双向开关114连接至功率因素补偿电路的输出，当电感电流和输出电压皆为正半周时，第二个双向开关被控制选择性的传导电流从电感112至功率因素补偿电路的输出115；当电感电流和输出电压皆为负半周时，第二个双向开关被控制选择性的传导电流从功率因素补偿电路的输出115至电感112。有许多已有功率因素补偿电路的控制器，如Unitrode 3854，STL4981等等，有一般专业知识的人皆可使用这些控制器或者相对应的数位控制方法来完成控制。
图5(a)是一个双相开关114的实施例，这个双向开关114是连接两个IGBT晶体管(C，G，E)的射极(E)，这两个IGBT晶体管皆内含一个二极管，传导的电流流经此双向开关可选择性的导通其中任何一个IGBT晶体管。
图6是本实用新型另一个变流器320的实施例图，变流器320包含四个开关321、322、323、324和一个变压器3201，变压器3201有一个一次线圈325、第一个二次线圈326、第二个二次线圈327；这四个开关切割直流电源为交流电源，经由变压器隅合至变流器320的第一个及第二个输出，第一个二次线圈326和第二个二次线圈327的极性，安排让变流器320的第一个输出122会比第二个输出123较为高出一个固定的比值，而变流器320的控制方式可以是电压模式或电流模式。
本实用新型所提供的具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，与前述引证资料及其他已有技术相互比较时，更具有下列的优点：
1.本实用新型所提供的一种具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，除了可以改善输入电流的总谐波失真(THD)口输出的电压调节外，也同时改善了谐波电流，所以输入电流和电磁元件亦会跟着变小。
2.本实用新型所提供的一种具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，可改善已有技术在调整电压时，所产生的步阶式的电压跳动和不精准的电压调节。
Claims (6)
1.一种具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，其特征在于，其中包括有：
一功率因素补偿电路，是由交流电源中抽取一个大小和波形被控制的电流；
一直流电源；
一变流器，是与直流电源相接，并有二个输出端，其中一端接收功率因素补偿电路所抽取的电流，另一端连接至负载；
一控制电路，是传输控制信号至功率因素补偿电路或变流器，加以控制功率因素补偿电路输入变流器的电流，或控制变流器产生精密调节电压。
2.按权利要求1所述的具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，其特征在于，其中变流器可将直流电源加以转换成精密调节的电源，并传送至功率因素补偿电路，使变流器与功率因素补偿电路相接的输出端的电压大于交流电源的电压，使功牢因素补偿电路工作于升压模式，从交流电源中抽取非脉冲的电流。
3.按权利要求1所述的具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，其特征在于，其中控制电路是控制功率因素补偿电路输入变流器的电流为低总谐波失真的电流，且电流的大小被控制为负载所需要的大小，而变流器是由控制电路的控制讯号将直流电源加以转换，进而产生精密调节的电压。
4.按权利要求1所述的具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，其特征在于，其中功率因素补偿电路的电感电流及输出电压为正半周时，会选择性的传导电流从电感至功率因素补偿电路的输出。
5.按权利要求1所述的具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，其特征在于，其中功率因素补偿电路的当电感电流及输出电压为负半周时，会选择性的传导电流从功率因素补偿电路的输出至电感。
6.按权利要求1所述的具功率因素补偿及调整电源输出的主动式备用电源装置，其特征在于，其中变流器的控制方式可以是电压模式或电流模式。
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