TW201445862A - 電源供應器之電力能源回收系統 - Google Patents

Abstract

本發明係一種電源供應器之電力能源回收系統，可用於測試電源供應器，其中，電源供應器係將第一直流電流調整為第二直流電流，並產生輸出電壓，一第一升壓單元，係接收該第二直流電流，再輸出一第三直流電流，同時，將該輸出電壓提升至一預定電壓，一第二升壓單元，係接收第三直流電流，再輸出一第四直流電流，同時，將該預定電壓提升至該輸入電壓；如此，便可減少能源轉換時的熱散失，回收測試後的電力，並維持高效率，讓燒機測試的效率達到最佳。

Description

電源供應器之電力能源回收系統

本發明係關於一種直流電流電源供應器的燒機測試系統，更精確的說，本發明是關於一種使用於直流電流電源供應器的能量回收系統。

人類文明發展至今，所產生的環境污染以及資源耗竭，造成許多自然天災，敲醒了人類對於環境保護重要性的警鐘，自此，為了達到節能減碳的目的，許多不同領域的科技先驅紛紛針對環保功能進行改良設計。其中，像是電源供應器，製造者會針對電源供應器的零組件，找最適合的材料，或是設計出最合適的模組，像是濾波模組或是升降壓模組，來達到最少損耗，最高使用效率的目的。

除了上述改良的方向以外，可以看到的是，在電子元件的運作速度與頻率不斷提升的同時，對於電力網路(utility grid)所提供的電力的需求也相對增加，在這樣的情況下，有效的利用電力來操作耗電元件並避免能量的浪費的需求也開始得到重視，像是為了回收電力，目前常見到 的是將電源供應器過剩的電力回收至電力網路來節省能源的消耗。除此之外，在電源供應器的測試階段，亦有其需要來精確測量每個耗能元件或裝置的效能，來驗證電源供應器在使用最少電力的情形下的電力參數是否維持在預定的容忍範圍內，甚至，有時還需要驗証電源供應器的電流電壓保護供能是否正常，像是過電流(OCP)、過電壓(OVP)、(交流)低電壓(AC UVP)、(直流)低電壓(DC UVP)、過負載(OPP)、過溫度(OTP)、短路(SCP)與防突波湧浪(SIP)。

請參考第一圖，係習用之電源供應器的燒機測試系統方塊圖，一般而言，電源供應器需要進行約24至72個小時的燒機測試(burn-in test)，來驗證電源供應器的可靠度與穩定度，如第一圖所示，習用之電源供應器的燒機測試系統係包括有一電阻負載A1(resistor tank)，以作為一測試電源供應器T的負載。在這種例子中，該測試電源供應器T輸送電力至該電阻負載A1後，該電力係轉換為熱能從而浪費掉，如此，除了浪費該電力以外，還會導致空氣調節系統中的額外的能量消耗。

為了節省能源消耗並減少燒機測試的成本，通常會在燒機測試系統中採用能量回收的機制來避免多餘的能量被消耗掉，近年來，在應用於直流電源供應器與不斷電電源供應器(UPS)的燒機測試中，能量回收技術逐漸被廣泛應用。請參考第二圖，係具有能量回收系統之習用電源 供應器的燒機測試系統之方塊圖。如第二圖所示，該能量回收系統包含一升壓轉換器B1，用以自一測試電源供應器T汲取負載電流，並轉換成一個合適的直流電壓，以及一降壓轉換器B2，用以將該升壓轉換器B1的輸出電壓調降至一個預設的直流電壓。該能量回收系統更包含一直流-交流轉換器B3，用以將該降壓轉換器B2的輸出直流電壓轉換成一交流電壓，以及一輸出濾波器B4，用以移除直流-交流轉換器B3的輸出交流電流中的高頻諧波，輸出濾波器B4的輸出交流電流會注入電力網路中，藉此完成能量回收作業。由於該升壓轉換器B1、該降壓轉換器B2以及該直流-交流轉換器B3有較高的能量轉換效率，因此大部分的能量都能夠傳遞回到電力網路。

此外，對於應用於點亮氣體放電燈管如螢光燈管的電子式安定器(electronic ballast)而言，也會需要進行燒機測試，一般熟悉該領域技術的人士皆熟知，電子式安定器的輸出乃是一個具有高頻(約30~60 kHz)的交流電流源，因此，電子式安定器可被視為一種交流電流電源供應器(AC current power supply)，而在一般的情形下，放電燈管會顯示出電阻的特性，所以，電子式安定器採用功率電阻作為其進行燒機測試時的負載裝置。不過，在這種測試條件下，大量的能量轉換成熱能而浪費掉，並且會導致空氣調節系統中額外的能量消耗。

因此，有鑑於上述該習用技術，尚具有許多進步的空間，故，本案之發明人係極力設計，終於設計出本發明之一種電源供應器之電力能源回收系統。

本發明之主要目的，在於提供一種電源供應器之電力能源回收系統，可減少能源轉換時的熱散失，回收測試後的電力，並維持高效率，讓電力的利用率達到最佳狀況；此外，還可同時測試多個電源供應器，調配適當的電力，控制適當的時間，讓燒機測試的效率達到最佳。

為了達成本發明之目的，本案發明人設計一種電源供應器之電力能源回收系統，係與市區交流電連接，並用於測試一待測電源供應器，該電源供應器之電力能源回收系統包括有：一電流轉換器，係連接該市區交流電及該待測電源供應器之一輸入端，以將該市區交流電所提供之交流電整流為一第一直流電流，並同時產生一輸入電壓後，輸入至該待測電源供應器，其中，該待測電源供應器係將該第一直流電流調整為一第二直流電流，並產生一輸出電壓；一電壓調升控制器，係分別與該輸入端及該待測電源供應器之一輸出端連接，並包括：一第一升壓單元，係連接於該待測電源供應器之輸出端，接收該待測電源供應器所輸出之第二直流電流，再輸出一第三直流電流，同時，將該輸出電壓提升至一預定電壓；及一第二升壓單元， 係耦接該第一升壓單元，以接收該第一升壓單元所輸出之該第三直流電流，再輸出一第四直流電流，同時，將該預定電壓提升至該輸入電壓；此外，該第二升壓單元還連接於該待測電源供應器之輸入端，並將該第四直流電流輸入該待測電源供應器；及一數位訊號處理器，係分別與該第一升壓單元及該第二升壓單元連接，以控制該第一升壓單元及該第二升壓單元。

接續上述，在本發明中，該數位訊號處理器係以脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation)訊號來控制該第一升壓單元及該第二升壓單元；此外，在該第一升壓單元及該待測電源供應器之間更具有一電壓參考點及一電流傳輸點，該數位訊號處理器係與該電壓參考點及該電流傳輸點連接。

〔本發明〕

A1‧‧‧電阻負載

B1‧‧‧升壓轉換器

B2‧‧‧降壓轉換器

B3‧‧‧直流-交流轉換器

B4‧‧‧輸出濾波器

T‧‧‧測試電源供應器

11‧‧‧電流轉換器

111‧‧‧主升壓單元

112‧‧‧主降壓單元

12‧‧‧電壓調升控制器

121‧‧‧第一升壓單元

122‧‧‧第二升壓單元

123‧‧‧電壓參考點

124‧‧‧電流傳輸點

125‧‧‧數位訊號處理器

13‧‧‧微控制器

14‧‧‧中央控制裝置

15‧‧‧電腦

2‧‧‧待測電源供應器

21‧‧‧輸入端

22‧‧‧輸出端

L1‧‧‧第一電感

S1‧‧‧第一開關

D1‧‧‧二極體

C1‧‧‧第一電容

Tr‧‧‧升壓變壓器

L2‧‧‧電感

C2‧‧‧第二電容

LS‧‧‧輸出線圈

LP1‧‧‧第一線圈

LP2‧‧‧第二線圈

S2‧‧‧第二開關

S3‧‧‧第三開關

DT1‧‧‧第一二極體

DT2‧‧‧第二二極體

DT3‧‧‧第三二極體

DT4‧‧‧第四二極體

第一圖係習用之電源供應器的燒機測試系統方塊圖；第二圖係具有能量回收系統之習用電源供應器的燒機測試系統之方塊圖；第三圖係本發明第一實施例電源供應器之電力能源回收系統之方塊圖；第四圖係本發明之電流轉換器之方塊圖； 第五圖係本發明第一升壓單元之示範圖；第六圖係本發明第二升壓單元之示範圖；第七圖係本發明第二實施例電源供應器之電力能源回收系統之方塊圖。

為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種電源供應器之電力能源回收系統，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。

請參閱第三圖，係本發明第一實施例電源供應器之電力能源回收系統之方塊圖。首先，先介紹本發明的主要元件，如第三圖所示，本發明係一種電源供應器之電力能源回收系統，係與市區交流電AC連接，並用於測試一待測電源供應器2，該電源供應器之電力能源回收系統包括有：一電流轉換器11，係連接該市區交流電AC及該待測電源供應器2之一輸入端21，以將該市區交流電AC所提供之交流電整流為一第一直流電流，並同時產生一輸入電壓後，輸入至該待測電源供應器2，其中，該待測電源供應器2係將該第一直流電流調整為一第二直流電流，並產生一輸出電壓；一電壓調升控制器12，係分別與該輸入端21及該待測電源供應器2之一輸出端22連接，並包括： 一第一升壓單元121，係連接於該待測電源供應器2之輸出端22，接收該待測電源供應器2所輸出之第二直流電流，再輸出一第三直流電流，同時，將該輸出電壓提升至一預定電壓；及一第二升壓單元122，係耦接該第一升壓單元121，以接收該第一升壓單元121所輸出之該第三直流電流，再輸出一第四直流電流，同時，將該預定電壓提升至該輸入電壓；此外，該第二升壓單元122還連接於該待測電源供應器2之輸入端21，並將該第四直流電流輸入該待測電源供應器2；及一數位訊號處理器125，係分別與該第一升壓單元121及該第二升壓單元122連接，以控制該第一升壓單元121及該第二升壓單元122。

接續上述，在本發明中，該數位訊號處理器125係以脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation)訊號來控制該第一升壓單元121及該第二升壓單元122；此外，在該第一升壓單元121及該待測電源供應器2之間更具有一電壓參考點123及一電流傳輸點124，該數位訊號處理器125係與該電壓參考點123及該電流傳輸點124連接。

請參考第四圖，係本發明之電流轉換器之方塊圖，本發明之電流轉換器11更包括有：一主升壓單元111，係接收該市區交流電AC所提供之交流電，將市 區交流電AC之電壓提升至一校正電壓，同時轉換為直流電，具有功率因數校正的功能；及一主降壓單元112，係耦接於該主升壓單元111，且連接於該待測電源供應器2之輸入端21，在將該校正電壓調降為該輸入電壓後，輸出該第一直流電流至該待測電源供應器2之輸入端21；此外，該電流轉換器11還可與整流濾波單元耦接在一起，該整流濾波單元包括一橋式電路以及一濾波電路，其中，該橋式電路係一般通常的橋式電路，由四個二極體所組成，用於整流，而該濾波電路係由一電容及一電感所組成。

請參考第五圖，係本發明第一升壓單元之示範圖，其中，該第一升壓單元121更包括一第一電感L1、一第一開關S1、一二極體D1及一第一電容C1，其中，該二極體D1與第一電容C1與串聯，再與該第一開關S1並聯，而該第一電感L1係與第一開關S1串聯；第五圖係提供本發明第一升壓單元之一實施態樣，然而，此僅為本發明第一升壓單元之其中一實施態樣，並非用於限制專利範圍。

請參考第六圖，係本發明第二升壓單元之示範圖，其中，該第二升壓單元122更包括，一升壓變壓器Tr、連接於該升壓變壓器Tr之一橋式電路、與該橋式電路並聯之一電感L2一第二電容C2；該升壓變 壓器Tr包括一輸出線圈LS、一第一線圈LP1、與該第一線圈LP1並聯之一第二線圈LP2、與該第一線圈LP1串聯之一第二開關S2、以及與該第二線圈LP2串聯之一第三開關S3；該橋式電路包括第一二極體DT1、第二二極體DT2、第三二極體DT3及第四二極體DT4；第六圖係提供本發明第二升壓單元之一實施態樣，然而，此僅為本發明第二升壓單元之其中一實施態樣，並非用於限制專利範圍。

本發明之電壓調升控制器使用二個升壓單元來做二個階段的升壓動作，係可改善效率。一般來說，使用單一級升壓單元時，電壓提升的幅度越大，效率會越低，因此，電壓調升控制器使用二個升壓單元，將電壓提升分開二次做，以改善效率降低的問題。請再參考第三圖，例如，該待測電源供應器2所輸出的輸出電壓為12伏特，該第一升壓單元121從12伏特提升到60伏特，然後，該第二升壓單元122再從60伏特提升到320伏特；其中，60伏特就是該預定電壓，320伏特就是輸入電壓，而該預定電壓，甚至輸入電壓，都可依照需求設定。由此可知，假設輸入電壓為320伏特，而待測電源供應器2所輸出的輸出電壓為60伏特，從60伏特升到320伏特，效率降低的程度不影響整體作業，則僅需第二升壓單元122即可完成 工作，因此，可依照需求，關閉該第一升壓單元121。

接續上述，本發明之電壓調升控制器使用二個升壓單元來做二個階段的升壓動作，該第二升壓單元122還具有隔離保護的功能，特別是該第二升壓單元122內具有變壓器，將輸入與輸出分開，做電器隔離的功能。

一般實務操作，待測電源供應器時常不止一個，在本發明第一實施例中，僅可測試一待測電源供應器，為此，本發明人提供第二實施例，係可同時測試複數個待測電源供應器；請參考第七圖，係本發明第二實施例電源供應器之電力能源回收系統之方塊圖。本發明在第二實施例中，係同時測試三個待測電源供應器，其中，第二實施例的主要元件皆與第一實施例相同，不同之處在於，本發明第二實施例係複數個電壓調升控制器12，每一個電壓調升控制器12係分別與一待測電源供應器2之該輸入端21及一輸出端22連接，且每一個電壓調升控制器12包括：一第一升壓單元121，係連接於該待測電源供應器2之輸出端22，接收該待測電源供應器2所輸出之第二直流電流，再輸出一第三直流電流，同時，將該輸出電壓提升至一預定電壓；及一第二升壓單元122，係耦接該第一升壓單元121，以接收該第一升壓單元121所輸出之該 第三直流電流，再輸出一第四直流電流，同時，將該預定電壓提升至該輸入電壓；此外，該第二升壓單元122還連接於該待測電源供應器2之輸入端21，並將該第四直流電流輸入該待測電源供應器2。

請繼續參考第七圖，在本發明第二實施例中，該複數個電壓調升控制器12係還電性連接一微控制器13，該微控制器13就是所謂的microcontroller unit。而該微控制器13再與一中央控制裝置14電性連接，該中央控制裝置14具有入機介面；如此，使用者便可透過該中央控制裝置14來設定每一個電壓調升控制器12內的電壓及電流值，以維持最佳的效率，控制該待測電源供應器2進行燒機的時間。該中央控制裝置14係還電性連接一電腦15，透過該電腦15的排程控制程式來設定中央控制裝置14；使用時，該電腦可連接複數個中央控制裝置14，每一個中央控制裝置14又連接複數個電壓調升控制器12，如此，可依照不同需求，或是燒機條件差異，來同時遠端操作多組燒機測試，自動化燒機程序；排程控制程式係記錄複數組待測電源供應器2的測試時間，測試電壓，測試電流等等參數，使用者可依需求進行調整，以安排所有待測電源供應器2的測試；測試進行時，該中央控制裝置14係依照該排程控制程式所設定的參數輸出訊號，該 數位訊號處理器125即依照所設定的參數來控制複數個電壓調升控制器12，包括測試的時間，電流及電壓，並在預定時間中斷測試。

上述已經詳細說明本發明電源供應器之電力能源回收系統，並經由上述可知，本發明的裝置可減少能源轉換時的熱散失，回收測試後的電力，並維持高效率，讓電力的利用率達到最佳狀況。此外，本發明的裝置可同時測試多個電源供應器，調配適當的電力，控制適當的時間，讓燒機測試的效率達到最佳。

上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

11‧‧‧電流轉換器

111‧‧‧主升壓單元

112‧‧‧主降壓單元

12‧‧‧電壓調升控制器

121‧‧‧第一升壓單元

122‧‧‧第二升壓單元

123‧‧‧電壓參考點

124‧‧‧電流傳輸點

125‧‧‧數位訊號處理器

2‧‧‧待測電源供應器

21‧‧‧輸入端

22‧‧‧輸出端

Claims (13)

1. 一種電源供應器之電力能源回收系統，係與市區交流電連接，並用於測試一待測電源供應器，該電源供應器之電力能源回收系統包括有：一電流轉換器，係連接該市區交流電及該待測電源供應器之一輸入端，以將該市區交流電所提供之交流電整流為一第一直流電流，並同時產生一輸入電壓後，輸入至該待測電源供應器，其中，該待測電源供應器係將該第一直流電流調整為一第二直流電流，並產生一輸出電壓；以及一電壓調升控制器，係分別與該輸入端及該待測電源供應器之一輸出端連接，並包括：一第一升壓單元，係連接於該待測電源供應器之輸出端，接收該待測電源供應器所輸出之第二直流電流，再輸出一第三直流電流，同時，將該輸出電壓提升至一預定電壓；一第二升壓單元，係耦接該第一升壓單元，以接收該第一升壓單元所輸出之該第三直流電流，再輸出一第四直流電流，同時，將該預定電壓提升至該輸入電壓；此外，該第二升壓單元還連接於該待測電源供應器之輸入端，並將該第四直流電流輸入該待測電源供應器；及 一數位訊號處理器，係分別與該第一升壓單元及該第二升壓單元連接，以控制該第一升壓單元及該第二升壓單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之一種電源供應器之電力能源回收系統，其中，該電流轉換器包括有：一主升壓單元，係接收該市區交流電所提供之交流電，將市區交流電之電壓提升至一校正電壓，同時轉換為直流電；及一主降壓單元，係耦接於該主升壓單元，且連接於該待測電源供應器之輸入端，在將該校正電壓調降為該輸入電壓後，輸出該第一直流電流至該待測電源供應器之輸入端。
3. 如申請專利範圍第1項所述之一種電源供應器之電力能源回收系統，其中，該數位訊號處理器係以脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation)訊號來控制該第一升壓單元及該第二升壓單元。
4. 如申請專利範圍第1項所述之一種電源供應器之電力能源回收系統，其中，在該第一升壓單元及該待測電源供應器之間更具有一電壓參考點及一電流傳輸點，該數位 訊號處理器係與該電壓參考點及該電流傳輸點連接。
5. 如申請專利範圍第1項所述之一種電源供應器之電力能源回收系統，其中，該第一升壓單元更包括一第一電感、一第一開關、一二極體及一第一電容，其中，該二極體與第一電容與串聯，再與該第一開關並聯，而該第一電感係與第一開關串聯。
6. 如申請專利範圍第1項所述之一種電源供應器之電力能源回收系統，其中，該第二升壓單元更包括，一升壓變壓器、連接於該升壓變壓器之一橋式電路、與該橋式電路並聯之一電感一第二電容；該升壓變壓器包括一輸出線圈、一第一線圈、與該第一線圈並聯之一第二線圈、與該第一線圈串聯之一第二開關、以及與該第二線圈串聯之一第三開關；該橋式電路包括第一二極體、第二二極體、第三二極體及第四二極體。
7. 一種電源供應器之電力能源回收系統，係與市區交流電連接，並用於測試複數個待測電源供應器，該電源供應器之電力能源回收系統包括有：一電流轉換器，係連接該市區交流電及該待測電源供應器之一輸入端，以將該市區交流電所提供之交流電整 流為一第一直流電流，並同時產生一輸入電壓後，輸入至該待測電源供應器，其中，該待測電源供應器係將該第一直流電流調整為一第二直流電流，並產生一輸出電壓；以及複數個電壓調升控制器，每一個電壓調升控制器係分別與一待測電源供應器之該輸入端及一輸出端連接，且每一個電壓調升控制器包括：一第一升壓單元，係連接於該待測電源供應器之輸出端，接收該待測電源供應器所輸出之第二直流電流，再輸出一第三直流電流，同時，將該輸出電壓提升至一預定電壓；一第二升壓單元，係耦接該第一升壓單元，以接收該第一升壓單元所輸出之該第三直流電流，再輸出一第四直流電流，同時，將該預定電壓提升至該輸入電壓；此外，該第二升壓單元還連接於該待測電源供應器之輸入端，並將該第四直流電流輸入該待測電源供應器；及一數位訊號處理器，係分別與該複數個電壓調升控制器連接，以控制每一個電壓調升控制器內之第一升壓單元及該第二升壓單元。
8. 如申請專利範圍第7項所述之一種電源供應器之電力能 源回收系統，其中，該電流轉換器包括有：一主升壓單元，係接收該市區交流電所提供之交流電，並將市區交流電之電壓提升至一校正電壓，同時轉換為直流電；及一主降壓單元，係耦接於該主升壓單元，且連接於該待測電源供應器之輸入端，在將該校正電壓調降為該輸入電壓後，輸出該第一直流電流至該待測電源供應器之輸入端。
9. 如申請專利範圍第7項所述之一種電源供應器之電力能源回收系統，其中，該數位訊號處理器係以脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation)訊號來控制電壓調升控制器內之第一升壓單元及該第二升壓單元。
10. 如申請專利範圍第7項所述之一種電源供應器之電力能源回收系統，其中，在該第一升壓單元及該待測電源供應器之間更具有一電壓參考點及一電流傳輸點，該數位訊號處理器係與該電壓參考點及該電流傳輸點連接。
11. 如申請專利範圍第7項所述之一種電源供應器之電力能源回收系統，其中，該第一升壓單元更包括一第一電感、一第一開關、一二極體及一第一電容，其中，該二 極體與第一電容與串聯，再與該第一開關並聯，而該第一電感係與第一開關串聯。
12. 如申請專利範圍第7項所述之一種電源供應器之電力能源回收系統，其中，該第二升壓單元更包括，一升壓變壓器、連接於該升壓變壓器之一橋式電路、與該橋式電路並聯之一電感一第二電容；該升壓變壓器包括一輸出線圈、一第一線圈、與該第一線圈並聯之一第二線圈、與該第一線圈串聯之一第二開關、以及與該第二線圈串聯之一第三開關；該橋式電路包括第一二極體、第二二極體、第三二極體及第四二極體。
13. 如申請專利範圍第7項所述之一種電源供應器之電力能源回收系統，更包括：一微控制器，係與該複數個電壓調升控制器電性連接；一中央控制裝置，係與該微控制器電性連接，具有人機介面，可設定每一個電壓調升控制器的測試電壓及電流值，以及測試時間；以及一電腦，係與該中央控制裝置連接，具有排程控制程式，可記錄複數組待測電源供應器的測試電壓及電流值，以及測試時間。