TW201320140A - 具有電源自動切換功能之供電系統及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一種具有電源自動切換功能之供電系統，係包含一主電源迴路裝置、一備用電源迴路裝置以及一控制單元。該主電源迴路裝置係包含一第一主繼電器開關與一第一矽控整流器開關。該備用電源迴路裝置係包含一第二主繼電器開關與一第二矽控整流器開關。當一主電源能夠正常供電時，該控制單元係導通該第一主繼電器開關與該第一矽控整流器開關，使得該主電源透過該主電源迴路裝置對一負載供電；當該主電源無法正常供電時，該控制單元係導通該第二主繼電器開關與該第二矽控整流器開關，使得一備用電源透過該備用電源迴路裝置對該負載供電。
Description
本發明係有關一種供電系統及其控制方法，尤指一種具有電源自動切換功能之供電系統及其控制方法。
電源自動切換開關(Automatic Transfer Switch)，簡稱為ATS，是一種電源迴路自動切換開關，用於提供主電源與備用電源之切換，使得提供單一電源輸出。當主電源供電電力不足或中斷時，電源自動切換開關會自動將電源切換至備用電源，繼續提供穩定的電力以保護設備，使設備端獲得最完整之電力保護。
請參見第一圖，係為先前技術具有電源自動切換功能之供電系統之電路示意圖。如圖所示，該供電系統係具有雙電源迴路結構，並且，透過一自動切換開關設備100來進行雙電源迴路之切換，以對一負載74提供正常供電。亦即，該供電系統係包含一主電源V1、一備用電源V2、該自動切換開關設備100、一主電源迴路71、一備用電源迴路72以及一負載迴路73。
該自動切換開關設備100係包含一第一開關81、一第二開關82、一第三開關91以及一第四開關92。該第一開關81係電性連接該主電源迴路71，該第二開關82係電性連接該備用電源迴路72。該第三開關91係包含一第一接點91a、一第二接點91b以及一共同接點91c，該第四開關92係包含一第一接點92a、一第二接點92b以及一共同接點92c。
當該主電源V1能夠正常供電時，該自動切換開關設備100之該第一開關81係為導通(turned-on)狀態，並且，該第三開關91之該共同接點91c係與該第一接點91a導接，該第四開關92之該共同接點92c係與該第一接點92a導接，使得該主電源V1透過該主電源迴路71與該負載迴路73，對該負載74供電。反之，當該主電源V1無法正常供電時，該自動切換開關設備100之該第一開關81係為截止(turned-off)狀態，並且，自動切換該第二開關82為導通(turned-on)狀態。再者，該第三開關91之該共同接點91c係切換與該第二接點91b導接，該第四開關92之該共同接點92c係切換與該第二接點92b導接，使得該備用電源V2透過該備用電源迴路72與該負載迴路73，對該負載74供電。藉此，當該主電源V1供電電力不足或中斷時，電源自動切換開關會自動將電源切換至該備用電源V2，繼續提供穩定的電力以保護設備，使設備端獲得最完整之電力保護。
惟，在電力系統之輸配電操作中，常見在非控制下產生的電弧(electric arc)，對會對輸配電系統以及後端電子設備造成損害。例如，在配電電路中，開關觸點間發生的電弧會融化開關觸點，導致開關失效、附屬設備故障、甚至因主電源與備用電源之間迴路切換失敗，所引起火警而造成人員傷亡之情事發生。
因此，如何設計出一種具有電源自動切換開關之供電系統及其控制方法，利用矽控整流器(SCR)具有可承受較大瞬間電流能力之特性，取代繼電器(relay)具有機械壽命之限制，以提高主電源該備用電源切換之可靠度與協調性，乃為本案創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。
本發明之一目的在於提供一種具有電源自動切換功能之供電系統，以克服習知技術的問題。
因此本發明之具有電源自動切換功能之供電系統，以對一負載提供不斷電之供電。該具有電源自動切換功能之供電系統係包含一主電源迴路裝置、一備用電源迴路裝置以及一控制單元。
該主電源迴路裝置係與一主電源電性連接。該主電源迴路裝置係包含一第一主繼電器開關與一第一矽控整流器開關。該第一矽控整流器開關係電性串聯連接該第一主繼電器開關與該負載。
該備用電源迴路裝置係與一備用電源電性連接，並與該主電源迴路裝置電性並聯連接。該備用電源迴路裝置係包含一第二主繼電器開關與一第二矽控整流器開關。該第二矽控整流器開關係電性串聯連接該第二主繼電器開關與該負載。
該控制單元係產生複數個驅動信號，以控制該第一主繼電器開關、該第一矽控整流器開關、該第二主繼電器開關以及該第二矽控整流器開關之導通或截止。
本發明之另一目的在於提供一種具有電源自動切換功能之供電系統之控制方法，以克服習知技術的問題。
因此本發明之具有電源自動切換功能之供電系統之控制方法係包含下列步驟：(a)提供一主電源迴路裝置，係具有一第一主繼電器開關以及與該第一主繼電器開關電性串聯連接之一第一矽控整流器開關；該主電源迴路裝置係透過一主電源供電迴路與一主電源電性連接，以及透過一負載迴路與一負載電性連接；(b)提供與該主電源迴路裝置電性並聯連接之一備用電源迴路裝置，係具有一第二主繼電器開關以及與該第二主繼電器開關電性串聯連接之一第二矽控整流器開關；該備用電源迴路裝置係透一該備用電源供電迴路與一備用電源電性連接，以及透過該負載迴路與該負載電性連接；(c)提供一控制單元，係產生複數個驅動信號，以控制該第一主繼電器開關、該第一矽控整流器開關、該第二主繼電器開關以及該第二矽控整流器開關之導通或截止；(d)當該主電源能夠正常供電時，該控制單元係導通該第一主繼電器開關與該第一矽控整流器開關，使得該主電源透過該主電源迴路裝置對該負載供電；(e)當該主電源無法正常供電時，該控制單元係導通該第二主繼電器開關與該第二矽控整流器開關，使得該備用電源透過該備用電源迴路裝置對該負載供電。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：
請參見第二圖，係為本發明具有電源自動切換功能之供電系統第一實施例之電路示意圖。如第二圖所示，該具有電源自動切換功能之供電系統，係提供一主電源供電迴路14、一備用電源供電迴路24以及一負載迴路34，分別電性連接一主電源V1、一備用電源V2以及一負載40。該具有電源自動切換功能之供電系統係包含一主電源迴路裝置10、一備用電源迴路裝置20以及一控制單元30。其中，該主電源係為一交流市電(AC utility)或一發電機裝置(generator)；該備用電源係為一不斷電系統電源(UPS)。
該主電源迴路裝置10係透過該主電源供電迴路14與該主電源V1電性連接。該主電源迴路裝置10係包含一第一主繼電器開關102與一第一矽控整流器開關104。該第一主繼電器開關102係電性串聯連接該主電源供電迴路14。該第一矽控整流器開關104係電性串聯連接該第一主繼電器開關102與該負載迴路34。該備用電源迴路裝置20係透過該備用電源供電迴路24與該備用電源V2電性連接，並與該主電源迴路裝置10電性並聯連接。該備用電源迴路裝置20係包含一第二主繼電器開關202與一第二矽控整流器開關204。該第二主繼電器開關202係電性串聯連接該備用電源供電迴路24。該第二矽控整流器開關204係電性串聯連接該第二主繼電器開關202與該負載迴路34。該控制單元30係電性連接該主電源迴路裝置10與該備用電源迴路裝置20，並且產生複數個驅動信號Srs1,Sss1,Srs2,Sss2(在後文將有更詳細之說明)，以分別控制該第一主繼電器開關102、該第一矽控整流器開關104、該第二主繼電器開關202以及該第二矽控整流器開關204之導通或截止。
其中，當該主電源V1能夠正常供電時，該控制單元30係導通該第一主繼電器開關102與該第一矽控整流器開關104，使得該主電源V1透過該主電源迴路裝置10對該負載40供電；當該主電源V1無法正常供電時，該控制單元30係導通該第二主繼電器開關202與該第二矽控整流器開關204，使得該備用電源V2透過該備用電源迴路裝置20對該負載40供電。
值得一提，相較於習知技術，在第一實施例中，係使用該第一矽控整流器開關104與該第二矽控整流器開關204來取代繼電器開關。由於矽控整流器(SCR)具有可承受較大瞬間電流之能力，並且，也不若繼電器(relay)具有機械壽命之限制，因此，可避免繼電器開關在進行切換時，若有瞬間大電流流經繼電器開關，在非控制下產生的電弧(electric arc)，將造成繼電器開關接點的損傷，也使得多次切換使用後，將造成繼電器開關啟閉失效之虞，而導致該主電源V1與該備用電源V2切換失敗或誤動作之情事發生。
再者，在具有電源自動切換功能之供電系統操作中，該主電源V1與該備用電源V2切換過程的協調性(coordination)尤以重要。換言之，當該主電源V1無法正常供電，而需要切換為該備用電源V2執行供電操作時，該第二主繼電器開關202需先完成閉合導通之動作，亦即，使該備用電源V2已確定切入後，再將該第一主繼電器開關102切離。此外，當該備用電源V2確定切入並且該第一主繼電器開關102切離後，該第二矽控整流器開關204再行閉合導通，以完成先斷後通(break before make)之切換控制，而實現不同輸入電源之間不間斷切換。反之，當該備用電源V2供電時，該主電源V1已可恢復正常供電時，亦即，可切換回該主電源V1供電時，該第一主繼電器開關102需先完成閉合導通之動作，亦即，使該主電源V1已確定投入後，再將該第二主繼電器開關202切離。此外，當該主電源V1確定切入並且該第二主繼電器開關202切離後，該第一矽控整流器開關104再行閉合導通，以完成先斷後通(break before make)之切換方式，而實現不同輸入電源之間不間斷切換。以上之描述，將在後文依時序控制方式加以說明。因此，在本發明中，除了該第一矽控整流器開關104與該第二矽控整流器開關204可承受較大瞬間電流之能力，避免因電弧發生導致該主電源V1與該備用電源V2切換失敗或誤動作之情事發生外，該第一主繼電器開關102與該第二主繼電器開關202更扮演維持該主電源V1與該備用電源V2切換過程協調性的重要角色。
請參見第三圖，係為本發明具有電源自動切換功能之供電系統第二實施例之電路示意圖。該第二實施例與上述第一實施例最大之差異在於該主電源迴路裝置10係更包含一第一輔助繼電器開關106，係電性並聯連接該第一矽控整流器開關104；該備用電源迴路裝置20係更包含一第二輔助繼電器開關206，係電性並聯連接該第二矽控整流器開關204。換言之，該具有電源自動切換功能之供電系統，係提供該主電源供電迴路14、該備用電源供電迴路24以及該負載迴路34，分別電性連接該主電源V1、該備用電源V2以及該負載40。該具有電源自動切換功能之供電系統係包含該主電源迴路裝置10、該備用電源迴路裝置20以及該控制單元30。
該主電源迴路裝置10係透過該主電源供電迴路14與該主電源V1電性連接。該主電源迴路裝置10係包含該第一主繼電器開關102、該第一矽控整流器開關104與該第一輔助繼電器開關106。該第一主繼電器開關102係電性串聯連接該主電源供電迴路14。該第一矽控整流器開關104係電性串聯連接該第一主繼電器開關102與該負載迴路34。該備用電源迴路裝置20係透過該備用電源供電迴路24與該備用電源V2電性連接，並與該主電源迴路裝置10電性並聯連接。該備用電源迴路裝置20係包含該第二主繼電器開關202、該第二矽控整流器開關204與該第二輔助繼電器開關206。該第二主繼電器開關202係電性串聯連接該備用電源供電迴路24。該第二矽控整流器開關204係電性串聯連接該第二主繼電器開關202與該負載迴路34。該控制單元30係電性連接該主電源迴路裝置10與該備用電源迴路裝置20，並且產生複數個驅動信號Srs1,Sss1,Srp1,Srs2,Sss2,Srp2(在後文將有更詳細之說明)，以分別控制該第一主繼電器開關102、該第一矽控整流器開關104、該第一輔助繼電器開關106、該第二主繼電器開關202、該第二矽控整流器開關204以及該第二輔助繼電器開關206之導通或截止。
其中，當該主電源V1能夠正常供電時，該控制單元30係導通該第一主繼電器開關102與該第一矽控整流器開關104，使得該主電源V1透過該主電源迴路裝置10對該負載40供電；當該主電源V1無法正常供電時，該控制單元30係導通該第二主繼電器開關202與該第二矽控整流器開關204，使得該備用電源V2透過該備用電源迴路裝置20對該負載40供電。
值得一提，在具有電源自動切換功能之供電系統操作中，能夠降低該第一矽控整流器開關104與該第二矽控整流器開關204之導通損失(conduction losses)，以提高電源自動切換之效率，亦為另一重要之課題。因此，當該主電源V1正常供電時，透過閉合導通該第一主繼電器開關102以確定該主電源V1切入後，再將該第一矽控整流器開關104導通，之後再導通該第一輔助繼電器開關106，使得該第一輔助繼電器開關106能夠旁通(bypass)該第一矽控整流器開關104，使得該主電源V1透過該第一主繼電器開關102以及該第一矽控整流器開關104之導通路徑，將電源再透過該負載迴路34對該負載40供電。因此，係可利用該第一輔助繼電器開關106並聯電性連接該第一矽控整流器開關104，以提供旁通(bypass)路徑，使得大大地降低該第一矽控整流器開關104之導通損失。同樣地，當切換為該備用電源V2供電時，透過閉合導通該第二主繼電器開關202以確定該備用電源V2切入後，再將該第二矽控整流器開關204導通，之後再導通該第二輔助繼電器開關206，使得該第二輔助繼電器開關206能夠旁通(bypass)該第二矽控整流器開關204，使得該備用電源V2透過該第二主繼電器開關202以及該第二矽控整流器開關204之導通路徑，將電源再透過該負載迴路34對該負載40供電。因此，係可利用該第二輔助繼電器開關206並聯電性連接該第二矽控整流器開關204，以提供旁通(bypass)路徑，使得大大地降低該第二矽控整流器開關204之導通損失。
以下，將透過兩種異常供電操作為例，說明本發明具有電源自動切換功能之供電系統之時序控制方式。請參見第四圖，係為本發明具有電源自動切換功能之供電系統於電壓低落(brown-out)操作時之控制時序圖。如第四圖所示，操作過程分為三部分，第一供電過程(t1~t2)、第三過程(t5~t6)為該供電系統為正常供電操作，第二供電過程(t3~t4)則為該電壓低落(brown-out)操作。
在第一供電過程(t1~t2)中，該主電源V1係能夠提供正常供電，並且，該控制單元30(配合參見第三圖)，係依序產生一高準位之第一主繼電器開關驅動信號Srs1、一高準位之第一矽控整流器開關驅動信號Sss1以及一高準位之第一輔助繼電器開關驅動信號Srp1，因此，依序閉合導通該第一主繼電器開關102、該第一矽控整流器開關104以及該第一輔助繼電器開關106，使得該主電源V1係透過該主電源迴路裝置10對該負載40供電，以完成該主電源V1之正常供電程序。再者，當該主電源V1完成正常供電時，此時，該控制單元30係再產生一高準位之第二主繼電器開關驅動信號Srs2，先閉合導通該第二主繼電器開關202，使導入該備用電源V2為待命供電狀態。
在第二供電過程(t3~t4)中，該主電源V1由於發生電壓低落(brown-out)狀況，因此，無法提供正常供電，因此，該控制單元30係依序產生一低準位之第一輔助繼電器開關驅動信號Srp1、一低準位之第一矽控整流器開關驅動信號Sss1以及一低準位之第一主繼電器開關驅動信號Srs1，因此，依序斷開截止該第一輔助繼電器開關106、該第一矽控整流器開關104以及該第一主繼電器開關102，使得該主電源V1停止對該負載40供電；另一方面，當該第一主繼電器開關102完成斷開截止後，該控制單元30係依序產生一高準位之該第二矽控整流器開關驅動信號Sss2與一高準位之該第二輔助繼電器開關驅動信號Srp2，因此，依序閉合導通該第二矽控整流器開關204與該第二輔助繼電器開關206，如此，該備用電源V2係透過該備用電源迴路裝置20對該負載40供電，以完成切換該備用電源V2之供電程序。
在第三供電過程(t5~t6)中，當該主電源V1已可恢復正常供電時，該控制單元30係先產生一高準位之第一主繼電器開關驅動信號Srs1，以閉合導通該第一主繼電器開關102，使導入該主電源V1為待命供電狀態。然後，該控制單元30係再依序產生一低準位之第二輔助繼電器開關驅動信號Srp2、一低準位之第二矽控整流器開關驅動信號Sss2以及一低準位之第二主繼電器開關驅動信號Srs2，因此，依序斷開截止該第二輔助繼電器開關206、該第二矽控整流器開關204以及該第二主繼電器開關202，使得該備用電源V2停止對該負載40供電；另一方面，當該第二主繼電器開關202完成斷開截止後，該控制單元30係依序產生一高準位之該第一矽控整流器開關驅動信號Sss1與一高準位之該第一輔助繼電器開關驅動信號Srp1，因此，依序閉合導通該第一矽控整流器開關104與該第一輔助繼電器開關106。如此，該主電源V1係透過該主電源迴路裝置10對該負載40供電，以完成切換該主電源V1之供電程序。
值得一提，在該主電源V1與該備用電源V2切換供電過程中，透過該控制單元30提供該些驅動信號之時序控制，以達成先斷後通(break before make)之切換控制，而實現不同輸入電源之間不間斷切換之協調性。再者，透過對該第一矽控整流器開關104與該第一輔助繼電器開關106(或該第二矽控整流器開關204與該第二輔助繼電器開關206)之導通或截止順序，使得該第一輔助繼電器開關106(或第二輔助繼電器開關206)提供旁通(bypass)路徑，以大大地降低該第一矽控整流器開關104(或該第二矽控整流器開關204)之導通損失。
請參見第五圖，係為本發明具有電源自動切換功能之供電系統於電壓失效(drop-out)操作時之控制時序圖。如第五圖所示，操作過程分為三部分，第一供電過程(t1~t2)、第三過程(t5~t6)為該供電系統為正常供電操作，第二供電過程(t3~t4)則為該電壓失效(drop-out)操作。
在第一供電過程(t1~t2)中，該主電源V1係能夠提供正常供電，並且，該控制單元30(配合參見第三圖)，係依序產生一高準位之第一主繼電器開關驅動信號Srs1、一高準位之第一矽控整流器開關驅動信號Sss1以及一高準位之第一輔助繼電器開關驅動信號Srp1，因此，依序閉合導通該第一主繼電器開關102、該第一矽控整流器開關104以及該第一輔助繼電器開關106，使得該主電源V1係透過該主電源迴路裝置10對該負載40供電，以完成該主電源V1之正常供電程序。再者，當該主電源V1完成正常供電時，此時，該控制單元30係再產生一高準位之第二主繼電器開關驅動信號Srs2，先閉合導通該第二主繼電器開關202，使導入該備用電源V2為待命供電狀態。
在第二供電過程(t3~t4)中，該主電源V1由於發生電壓失效(drop-out)狀況，因此，無法提供正常供電，因此，該控制單元30係同時產生一低準位之第一輔助繼電器開關驅動信號Srp1、一低準位之第一矽控整流器開關驅動信號Sss1以及一低準位之第一主繼電器開關驅動信號Srs1，因此，同時斷開截止該第一輔助繼電器開關106、該第一矽控整流器開關104以及該第一主繼電器開關102，使得該主電源V1停止對該負載40供電；另一方面，當該第一主繼電器開關102完成斷開截止後，該控制單元30係依序產生一高準位之該第二矽控整流器開關驅動信號Sss2與一高準位之該第二輔助繼電器開關驅動信號Srp2，因此，依序閉合導通該第二矽控整流器開關204與該第二輔助繼電器開關206，如此，該備用電源V2係透過該備用電源迴路裝置20對該負載40供電，以完成切換該備用電源V2之供電程序。
在第三供電過程(t5~t6)中，當該主電源V1已可恢復正常供電時，該控制單元30係先產生一高準位之第一主繼電器開關驅動信號Srs1，以閉合導通該第一主繼電器開關102，使導入該主電源V1為待命供電狀態。然後，該控制單元30係再依序產生一低準位之第二輔助繼電器開關驅動信號Srp2、一低準位之第二矽控整流器開關驅動信號Sss2以及一低準位之第二主繼電器開關驅動信號Srs2，因此，依序斷開截止該第二輔助繼電器開關206、該第二矽控整流器開關204以及該第二主繼電器開關202，使得該備用電源V2停止對該負載40供電；另一方面，當該第二主繼電器開關202完成斷開截止後，該控制單元30係依序產生一高準位之該第一矽控整流器開關驅動信號Sss1與一高準位之該第一輔助繼電器開關驅動信號Srp1，因此，依序閉合導通該第一矽控整流器開關104與該第一輔助繼電器開關106。如此，該主電源V1係透過該主電源迴路裝置10對該負載40供電，以完成切換該主電源V1之供電程序。
值得一提，在該主電源V1與該備用電源V2切換供電過程中，透過該控制單元30提供該些驅動信號之時序控制，以達成先斷後通(break before make)之切換控制，而實現不同輸入電源之間不間斷切換之協調性。再者，透過對該第一矽控整流器開關104與該第一輔助繼電器開關106(或該第二矽控整流器開關204與該第二輔助繼電器開關206)之導通或截止順序，使得該第一輔助繼電器開關106(或第二輔助繼電器開關206)提供旁通(bypass)路徑，以大大地降低該第一矽控整流器開關104(或該第二矽控整流器開關204)之導通損失。
請參見第六圖，係為本發明具有電源自動切換功能之供電系統控制方法之流程圖。該供電系統係提供一主電源供電迴路、一備用電源供電迴路以及一負載迴路，分別電性連接一主電源、一備用電源以及一負載。該供電系統之控制方法係包含下列步驟：提供一主電源迴路裝置，係具有一第一主繼電器開關以及與該第一主繼電器開關電性串聯連接之一第一矽控整流器開關(S100)。其中，該主電源迴路裝置係透過一主電源供電迴路與一主電源電性連接，以及透過一負載迴路與一負載電性連接。此外，該主電源迴路裝置係更包含與該第一矽控整流器開關電性並聯連接之一第一輔助繼電器開關，以提供一旁通(bypass)路徑及降低該第一矽控整流器開關之導通損失。提供與該主電源迴路裝置電性並聯連接之一備用電源迴路裝置，係具有一第二主繼電器開關以及與該第二主繼電器開關電性串聯連接之一第二矽控整流器開關(S200)。其中，該備用電源迴路裝置係透一該備用電源供電迴路與一備用電源電性連接，以及透過該負載迴路與該負載電性連接。此外，該備用電源迴路裝置係更包含與該第二矽控整流器開關電性並聯連接之一第二輔助繼電器開關，以提供一旁通(bypass)路徑及降低該第二矽控整流器開關之導通損失。提供一控制單元，係產生複數個驅動信號，以控制該第一主繼電器開關、該第一矽控整流器開關、該第二主繼電器開關以及該第二矽控整流器開關之導通或截止(S300)。當該主電源能夠正常供電時，該控制單元係導通該第一主繼電器開關與該第一矽控整流器開關，使得該主電源透過該主電源迴路裝置對該負載供電(S400)。在一可應用之實施例中，當該主電源能夠正常供電時，該控制器係依序產生一高準位之第一主繼電器開關驅動信號與一高準位之第一矽控整流器開關驅動信號，而依序閉合導通該第一主繼電器開關與該第一矽控整流器開關，使得該主電源係透過該主電源迴路裝置對該負載供電。並且，當該主電源完成對該負載供電時，該控制單元係再產生一高準位之第二主繼電器開關驅動信號，而閉合導通該第二主繼電器開關，使得導入該備用電源為待命供電狀態。此外，在另一可應用之實施例中，當該主電源能夠正常供電時，該控制器係依序產生一高準位之第一主繼電器開關驅動信號、一高準位之第一矽控整流器開關驅動信號以及一高準位之第一輔助繼電器開關驅動信號，而依序閉合導通該第一主繼電器開關、該第一矽控整流器開關以及該第一輔助繼電器開關，使得該主電源係透過該主電源迴路裝置對該負載供電。並且，當該主電源完成對該負載供電時，該控制單元係再產生一高準位之第二主繼電器開關驅動信號，而閉合導通該第二主繼電器開關，使得導入該備用電源為待命供電狀態。
當該主電源無法正常供電時，該控制單元係導通該第二主繼電器開關與該第二矽控整流器開關，使得該備用電源透過該備用電源迴路裝置對該負載供電(S500)。在一可應用之實施例中，當該主電源無法正常供電時，該控制單元係依序產生一低準位之第一矽控整流器開關驅動信號與一低準位之第一主繼電器開關驅動信號，而依序斷開截止該第一矽控整流器開關與該第一主繼電器開關，使得該主電源停止對該負載供電。並且，當該第一主繼電器開關完成斷開截止後，該控制單元係產生一高準位之該第二矽控整流器開關驅動信號，而閉合導通該第二矽控整流器開關，使得切換該備用電源透過該備用電源迴路裝置對該負載供電。在另一可應用之實施例中，當該主電源無法正常供電時，該控制單元係依序產生一低準位之第一輔助繼電器開關驅動信號、一低準位之第一矽控整流器開關驅動信號以及一低準位之第一主繼電器開關驅動信號，而依序斷開截止該第一輔助繼電器開關、該第一矽控整流器開關以及該第一主繼電器開關，使得該主電源停止對該負載供電。並且，當該第一主繼電器開關完成斷開截止後，該控制單元係依序產生一高準位之該第二矽控整流器開關驅動信號與一高準位之該第二輔助繼電器開關驅動信號，而依序閉合導通該第二矽控整流器開關與該第二輔助繼電器開關，使得切換該備用電源透過該備用電源迴路裝置對該負載供電。
綜上所述，本發明係具有以下之優點：
1、矽控整流器(SCR)具有可承受較大瞬間電流之能力，能以取代繼電器(relay)具有機械壽命之限制，可避免繼電器開關在進行切換時，若有瞬間大電流流經繼電器開關，在非控制下產生的電弧(electric arc)，將造成繼電器開關接點的損傷，也使得多次切換使用後，將造成繼電器開關啟閉失效之虞，而導致該主電源V1 與該備用電源V2 切換失敗或的動作之情事發生；
2、該第一主繼電器開關102與該第二主繼電器開關202扮演維持該主電源V1與該備用電源V2切換過程協調性的重要角色；及
3、係可利用該第一輔助繼電器開關106(或該第二輔助繼電器開關206)並聯電性連接該第一矽控整流器開關104(或該第一矽控整流器開關204)，以提供旁通(bypass)路徑，使得大大地降低該第一矽控整流器開關104(或該第一矽控整流器開關204)之導通損失，以提高電源自動切換之效率。
惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
V1．．．主電源
V2．．．備用電源
100．．．自動切換開關設備
71．．．主電源迴路
72．．．備用電源迴路
73．．．負載迴路
74．．．負載
81．．．第一開關
82．．．第二開關
91．．．第三開關
91a．．．第一接點
91b．．．第二接點
91c．．．共同接點
92．．．第四開關
92a．．．第一接點
92b．．．第二接點
92c．．．共同接點
10．．．主電源迴路裝置
102．．．第一主繼電器開關
104．．．第一矽控整流器開關
20．．．備用電源迴路裝置
202．．．第二主繼電器開關
204．．．第二矽控整流器開關
30．．．控制單元
V1．．．主電源
V2．．．備用電源
14．．．主電源供電迴路
24．．．備用電源供電迴路
34．．．負載迴路
40．．．負載
Srs1．．．第一主繼電器開關驅動信號
Sss1．．．第一矽控整流器開關驅動信號
Srp1．．．第一輔助繼電器開關驅動信號
Srs2．．．第二主繼電器開關驅動信號
Sss2．．．第二矽控整流器開關驅動信號
Srp2．．．第二輔助繼電器開關驅動信號
t1．．．第一時間
t2．．．第二時間
t3．．．第三時間
t4．．．第四時間
t5．．．第五時間
t6．．．第六時間
S100~S500．．．步驟
第一圖係為先前技術具有電源自動切換功能之供電系統之電路示意圖；
第二圖係為本發明具有電源自動切換功能之供電系統第一實施例之電路示意圖；
第三圖係為本發明具有電源自動切換功能之供電系統第二實施例之電路示意圖；
第四圖係為本發明具有電源自動切換功能之供電系統於電壓低落(brown-out)操作時之控制時序圖；
第五圖係為本發明具有電源自動切換功能之供電系統於電壓失效(drop-out)操作時之控制時序圖；及
第六圖係為本發明具有電源自動切換功能之供電系統控制方法之流程圖。
10．．．主電源迴路裝置
102．．．第一主繼電器開關
104．．．第一矽控整流器開關
20．．．備用電源迴路裝置
202．．．第二主繼電器開關
204．．．第二矽控整流器開關
30．．．控制單元
V1．．．主電源
V2．．．備用電源
14．．．主電源供電迴路
24．．．備用電源供電迴路
34．．．負載迴路
40．．．負載
Srs1．．．第一主繼電器開關驅動信號
Sss1．．．第一矽控整流器開關驅動信號
Srs2．．．第二主繼電器開關驅動信號
Sss2．．．第二矽控整流器開關驅動信號
Claims (20)
- 一種具有電源自動切換功能之供電系統，以對一負載提供不斷電之供電，該供電系統係包含：
一主電源迴路裝置，係與一主電源電性連接；該主電源迴路裝置係包含：
一第一主繼電器開關；
一第一矽控整流器開關，係電性串聯連接該第一主繼電器開關與該負載；
一備用電源迴路裝置，係與一備用電源電性連接，並與該主電源迴路裝置電性並聯連接；該備用電源迴路裝置係包含：
一第二主繼電器開關；
一第二矽控整流器開關，係電性串聯連接該第二主繼電器開關與該負載；及
一控制單元，係產生複數個驅動信號，以控制該第一主繼電器開關、該第一矽控整流器開關、該第二主繼電器開關以及該第二矽控整流器開關之導通或截止。 - 如申請專利範圍第1項具有電源自動切換功能之供電系統，其中該具有電源自動切換功能之供電系統係更包含一主電源供電迴路、一備用電源供電迴路以及一負載迴路；該主電源迴路裝置係透過該主電源供電迴路與該主電源電性連接；該備用電源迴路裝置係透過該備用電源供電迴路與該備用電源電性連接；該主電源迴路裝置與該備用電源迴路裝置係透過該負載迴路與該負載電性連接；其中，當該主電源能夠正常供電時，該控制單元係導通該第一主繼電器開關與該第一矽控整流器開關，使得該主電源透過該主電源迴路裝置對該負載供電；當該主電源無法正常供電時，該控制單元係導通該第二主繼電器開關與該第二矽控整流器開關，使得該備用電源透過該備用電源迴路裝置對該負載供電。
- 如申請專利範圍第2項具有電源自動切換功能之供電系統，其中該主電源迴路裝置係更包含一第一輔助繼電器開關，該第一輔助繼電器開關電性並聯連接該第一矽控整流器開關，以提供一旁通(bypass)路徑及降低該第一矽控整流器開關之導通損失；該備用電源迴路裝置係更包含一第二輔助繼電器開關，該第二輔助繼電器開關電性並聯連接該第二矽控整流器開關，以提供一旁通(bypass)路徑及降低該第二矽控整流器開關之導通損失。
- 如申請專利範圍第2項具有電源自動切換功能之供電系統，其中當該主電源能夠正常供電時，該控制器係依序產生一高準位之第一主繼電器開關驅動信號與一高準位之第一矽控整流器開關驅動信號，而依序閉合導通該第一主繼電器開關與該第一矽控整流器開關，使得該主電源係透過該主電源迴路裝置對該負載供電。
- 如申請專利範圍第4項具有電源自動切換功能之供電系統，其中當該主電源完成對該負載供電時，該控制單元係再產生一高準位之第二主繼電器開關驅動信號，而閉合導通該第二主繼電器開關，使得導入該備用電源為待命供電狀態。
- 如申請專利範圍第2項具有電源自動切換功能之供電系統，其中當該主電源無法正常供電時，該控制單元係依序產生一低準位之第一矽控整流器開關驅動信號與一低準位之第一主繼電器開關驅動信號，而依序斷開截止該第一矽控整流器開關與該第一主繼電器開關，使得該主電源停止對該負載供電。
- 如申請專利範圍第6項具有電源自動切換功能之供電系統，其中當該第一主繼電器開關完成斷開截止後，該控制單元係產生一高準位之該第二矽控整流器開關驅動信號，而閉合導通該第二矽控整流器開關，使得切換該備用電源透過該備用電源迴路裝置對該負載供電。
- 如申請專利範圍第3項具有電源自動切換功能之供電系統，其中當該主電源能夠正常供電時，該控制器係依序產生一高準位之第一主繼電器開關驅動信號、一高準位之第一矽控整流器開關驅動信號以及一高準位之第一輔助繼電器開關驅動信號，而依序閉合導通該第一主繼電器開關、該第一矽控整流器開關以及該第一輔助繼電器開關，使得該主電源係透過該主電源迴路裝置對該負載供電。
- 如申請專利範圍第8項具有電源自動切換功能之供電系統，其中當該主電源完成對該負載供電時，該控制單元係再產生一高準位之第二主繼電器開關驅動信號，而閉合導通該第二主繼電器開關，使得導入該備用電源為待命供電狀態。
- 如申請專利範圍第3項具有電源自動切換功能之供電系統，其中當該主電源無法正常供電時，該控制單元係依序產生一低準位之第一輔助繼電器開關驅動信號、一低準位之第一矽控整流器開關驅動信號以及一低準位之第一主繼電器開關驅動信號，而依序斷開截止該第一輔助繼電器開關、該第一矽控整流器開關以及該第一主繼電器開關，使得該主電源停止對該負載供電。
- 如申請專利範圍第10項具有電源自動切換功能之供電系統，其中當該第一主繼電器開關完成斷開截止後，該控制單元係依序產生一高準位之該第二矽控整流器開關驅動信號與一高準位之該第二輔助繼電器開關驅動信號，而依序閉合導通該第二矽控整流器開關與該第二輔助繼電器開關，使得切換該備用電源透過該備用電源迴路裝置對該負載供電。
- 如申請專利範圍第1項具有電源自動切換功能之供電系統，其中該主電源係為一交流市電(AC utility)或一發電機裝置(generator)；該備用電源係為一不斷電系統電源(UPS)。
- 一種具有電源自動切換功能之供電系統之控制方法係包含下列步驟：
(a)提供一主電源迴路裝置，係具有一第一主繼電器開關以及與該第一主繼電器開關電性串聯連接之一第一矽控整流器開關；該主電源迴路裝置係透過一主電源供電迴路與一主電源電性連接，以及透過一負載迴路與一負載電性連接；
(b)提供與該主電源迴路裝置電性並聯連接之一備用電源迴路裝置，係具有一第二主繼電器開關以及與該第二主繼電器開關電性串聯連接之一第二矽控整流器開關；該備用電源迴路裝置係透一該備用電源供電迴路與一備用電源電性連接，以及透過該負載迴路與該負載電性連接；
(c)提供一控制單元，係產生複數個驅動信號，以控制該第一主繼電器開關、該第一矽控整流器開關、該第二主繼電器開關以及該第二矽控整流器開關之導通或截止；
(d)當該主電源能夠正常供電時，該控制單元係導通該第一主繼電器開關與該第一矽控整流器開關，使得該主電源透過該主電源迴路裝置對該負載供電；及
(e)當該主電源無法正常供電時，該控制單元係導通該第二主繼電器開關與該第二矽控整流器開關，使得該備用電源透過該備用電源迴路裝置對該負載供電。 - 如申請專利範圍第13項具有電源自動切換功能供電系統之控制方法，其中在步驟(a)中，該主電源迴路裝置係更包含與該第一矽控整流器開關電性並聯連接之一第一輔助繼電器開關，以提供一旁通(bypass)路徑及降低該第一矽控整流器開關之導通損失。
- 如申請專利範圍第13項具有電源自動切換功能供電系統之控制方法，其中在步驟(b)中，該備用電源迴路裝置係更包含與該第二矽控整流器開關電性並聯連接之一第二輔助繼電器開關，以提供一旁通(bypass)路徑及降低該第二矽控整流器開關之導通損失。
- 如申請專利範圍第13項具有電源自動切換功能供電系統之控制方法，其中當該主電源能夠正常供電時，該控制器係依序產生一高準位之第一主繼電器開關驅動信號與一高準位之第一矽控整流器開關驅動信號，而依序閉合導通該第一主繼電器開關與該第一矽控整流器開關，使得該主電源係透過該主電源迴路裝置對該負載供電；並且，當該主電源完成對該負載供電時，該控制單元係再產生一高準位之第二主繼電器開關驅動信號，而閉合導通該第二主繼電器開關，使得導入該備用電源為待命供電狀態。
- 如申請專利範圍第13項具有電源自動切換功能供電系統之控制方法，其中當該主電源無法正常供電時，該控制單元係依序產生一低準位之第一矽控整流器開關驅動信號與一低準位之第一主繼電器開關驅動信號，而依序斷開截止該第一矽控整流器開關與該第一主繼電器開關，使得該主電源停止對該負載供電；並且，當該第一主繼電器開關完成斷開截止後，該控制單元係產生一高準位之該第二矽控整流器開關驅動信號，而閉合導通該第二矽控整流器開關，使得切換該備用電源透過該備用電源迴路裝置對該負載供電。
- 如申請專利範圍第14項具有電源自動切換功能供電系統之控制方法，其中當該主電源能夠正常供電時，該控制器係依序產生一高準位之第一主繼電器開關驅動信號、一高準位之第一矽控整流器開關驅動信號以及一高準位之第一輔助繼電器開關驅動信號，而依序閉合導通該第一主繼電器開關、該第一矽控整流器開關以及該第一輔助繼電器開關，使得該主電源係透過該主電源迴路裝置對該負載供電；並且，當該主電源完成對該負載供電時，該控制單元係再產生一高準位之第二主繼電器開關驅動信號，而閉合導通該第二主繼電器開關，使得導入該備用電源為待命供電狀態。
- 如申請專利範圍第14項具有電源自動切換功能供電系統之控制方法，當該主電源無法正常供電時，該控制單元係依序產生一低準位之第一輔助繼電器開關驅動信號、一低準位之第一矽控整流器開關驅動信號以及一低準位之第一主繼電器開關驅動信號，而依序斷開截止該第一輔助繼電器開關、該第一矽控整流器開關以及該第一主繼電器開關，使得該主電源停止對該負載供電；並且，當該第一主繼電器開關完成斷開截止後，該控制單元係依序產生一高準位之該第二矽控整流器開關驅動信號與一高準位之該第二輔助繼電器開關驅動信號，而依序閉合導通該第二矽控整流器開關與該第二輔助繼電器開關，使得切換該備用電源透過該備用電源迴路裝置對該負載供電。
- 如申請專利範圍第13項具有電源自動切換功能供電系統之控制方法，其中該主電源係為一交流市電(AC utility)或一發電機裝置(generator)；該備用電源係為一不斷電系統電源(UPS)。
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