TW201511445A - 電源供應轉換系統及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種電源供應轉換系統係接收一外部電源，並且對一負載進行供電。該電源供應轉換系統係包含至少一主電源裝置、至少一輔助電源裝置、一主開關、一輔助開關以及一控制單元。當該控制單元偵測該外部電源恢復正常供電時，該控制單元係導通該主開關以復歸該外部電源，並且維持該輔助電源裝置共同對該負載供電。其中，該控制單元係控制該主電源裝置的輸出電壓大於該輔助電源裝置的輸出電壓。當該控制單元偵測該主電源裝置完全對該負載供電時，該控制單元係關斷該輔助電源裝置對該負載供電。

Description

電源供應轉換系統及其控制方法
本發明係有關一種電源供應轉換系統及其控制方法，尤指一種對負載供電軟性轉換之電源供應轉換系統及其控制方法。
為了維持供電的穩定度與可靠度，能夠當電源發生不正常中斷或是不穩定供電時，還能夠擔負起暫時緊急供應電源的能力，因此，除了主電源供應之外，還需要有備用電源的支援，才能夠達到不斷電的供電方式。當主電源(通常為市電)正常供電時，該主電源係對負載供電，同時，該主電源也對該備用電源(係可為充電電池)進行充電或儲能的操作，以因應當該主電源發生異常供電時，能夠即時地切換為該備用電源對負載提供持續性供應。再者，一旦該主電源恢復正常供電時，對負載供電的任務則由該備用電源轉換回該主電源負責。
惟，在現有實務操作中，通常由於直接瞬間地由該備用電源切換回該主電源供電，以對負載提供總系統負載所需，然而，由於瞬間切斷該備用電源所產生的暫態湧浪電流(inrush current)，並且造成輸入電源產生電壓驟降(voltage dip)，導致系統當機(shut down)而必須重新開機所引起的彈跳(re-bounce)異常，甚至造成對系統使用壽命的損害。
因此，如何設計出一種電源供應轉換系統及其控制方法，透過對負載供電軟性轉換，以提高供電穩定度與可靠度、降低電源切換所產生的暫態湧浪電流，以提高系統使用壽命，並且提高對該負載供電的強韌性，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電源供應轉換系統，以克服習知技術的問題。因此本發明之該電源供應轉換系統係接收一外部電源，並且對一負載進行供電。該電源供應轉換系統係包含至少一主電源裝置、至少一輔助電源裝置、一主開關、一輔助開關以及一控制單元。該主開關係連接於該外部電源與該主電源裝置之間。該輔助開關係連接於該輔助電源裝置與該負載之間。其中，當該控制單元偵測到該外部電源正常供電時，該控制單元係導通該主開關，使得該主電源裝置係接收該外部電源，並且轉換該外部電源對該負載供電；當該控制單元偵測到該外部電源異常供電時，該控制單元係截止該主開關以關斷該外部電源對該負載供電，並且切換該輔助電源裝置對該負載供電；當該控制單元偵測該外部電源恢復正常供電時，該控制單元係導通該主開關以復歸該外部電源，並且維持該輔助電源裝置共同對該負載供電；其中，該控制單元係控制該主電源裝置的輸出電壓大於該輔助電源裝置的輸出電壓；當該控制單元偵測該主電源裝置完全對該負載供電時，該控制單元係關斷該輔助電源裝置對該負載供電。
本發明之另一目的在於提供一種電源供應轉換系統之控制方法，以克服習知技術的問題。因此本發明之該電源供應轉換系統係接收一外部電源，並且對一負載供電，其中，該電源供應轉換系統係包含至少一主電源裝置、至少一輔助電源裝置以及一控制單元。該控制方法係包含下列步驟：首先，當該控制單元偵測到該外部電源正常供電時，該主電源裝置係接收該外部電源，並且轉換該外部電源對該負載供電；然後，當該控制單元偵測到該外部電源異常供電時，該控制單元係關斷該外部電源對該負載供電，並且切換該輔助電源裝置對該負載供電；然後，當該控制單元偵測該外部電源恢復正常供電時，該控制單元係復歸該外部電源，並且維持該輔助電源裝置共同對該負載供電；其中，該控制單元係控制該主電源裝置的輸出電壓大於該輔助電源裝置的輸出電壓；最後，當該控制單元偵測該主電源裝置完全對該負載供電時，該控制單元係關斷該輔助電源裝置對該負載供電。
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。
﹝本發明﹞
Vin‧‧‧外部電源
Ld‧‧‧負載
10‧‧‧電源供應轉換系統
102‧‧‧主電源裝置
104‧‧‧輔助電源裝置
106‧‧‧主開關
108‧‧‧輔助開關
110‧‧‧控制單元
1102‧‧‧負載偵測器
1104‧‧‧負載訊號放大器
1106‧‧‧通訊訊號產生器
1108‧‧‧參考電壓訊號產生器
1110‧‧‧操作電壓訊號產生器
1022‧‧‧輸入濾波整流電路
1024‧‧‧直流/直流轉換電路
1026‧‧‧輸出濾波整流電路
1042‧‧‧充電電路
1044‧‧‧充電電池
1046‧‧‧放電電路
Smc‧‧‧主開關控制訊號
Sac‧‧‧輔助開關控制訊號
Pd‧‧‧電源偵測訊號
Vom‧‧‧主電源裝置輸出電壓
Voa‧‧‧輔助電源裝置輸出電壓
Iom‧‧‧主電源裝置輸出電流
Ioa‧‧‧輔助電源裝置輸出電流
Sod‧‧‧負載訊號
Soda‧‧‧負載放大訊號
Scm‧‧‧通訊訊號
Srv‧‧‧參考電壓訊號
Sdv‧‧‧操作電壓訊號
10’‧‧‧電源供應轉換系統
102’‧‧‧第一主電源裝置
104’‧‧‧第一輔助電源裝置
106’‧‧‧主開關
108’‧‧‧輔助開關
110’‧‧‧第一控制單元
102”‧‧‧第二主電源裝置
104”‧‧‧第二輔助電源裝置
110”‧‧‧第二控制單元
Smc’‧‧‧主開關控制訊號
Sac’‧‧‧輔助開關控制訊號
Vom1‧‧‧第一主電源裝置輸出電壓
Voa1‧‧‧第一輔助電源裝置輸出電壓
Vom2‧‧‧第二主電源裝置輸出電壓
T1~T10‧‧‧時間點
V1‧‧‧第一電壓值
V2‧‧‧第二電壓值
V3‧‧‧第三電壓值
Voa2‧‧‧第二輔助電源裝置輸出電壓
S10~S40‧‧‧步驟
第一圖係為本發明電源供應轉換系統第一實施例之示意方塊圖；
第二圖係為本發明電源供應轉換系統第二實施例之示意方塊圖；
第三圖係為本發明電源供應轉換系統控制之時序圖；
第四圖係為本發明電源供應轉換系統第三實施例之示意方塊圖；
第五圖係為本發明電源供應轉換系統第四實施例之示意方塊圖；及
第六圖係為本發明電源供應轉換系統控制方法之流程圖。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：
請參見第一圖係為本發明電源供應轉換系統第一實施例之示意方塊圖。該電源供應轉換系統10係接收一外部電源Vin，並且對一負載Ld進行供電。該電源供應轉換系統10係包含至少一主電源裝置102、至少一輔助電源裝置104、一主開關106、一輔助開關108以及至少一控制單元110。該主開關106係連接於該外部電源Vin與該至少一主電源裝置102之間。該輔助開關108係連接於該至少一輔助電源裝置104與該負載Ld之間。其中，該主開關106或該輔助開關108係為斷路器，但不以此為限，該主開關106或該輔助開關108亦可為功率開關或其他類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中。該控制單元110係連接該主電源裝置102與該輔助電源裝置104，該控制單元110係接收一電源偵測訊號Pd來偵測該外部電源Vin供電是否為正常或異常。此外，該外部電源Vin係為一交流電源(AC power source)或一直流電源(DC power source)，但不以此為限。惟，為方便說明，在本發明中，係以該外部電源Vin為該交流電源為例加以說明。
當該控制單元110偵測到該外部電源Vin正常供電時，該控制單元110係輸出一主開關控制訊號Smc導通該主開關106，其中，該主開關控制訊號Smc係可為高準位訊號以導通該主開關106，但不以此為限，因此，使得該主電源裝置102係接收該外部電源Vin，並且轉換該外部電源Vin對該負載Ld供電。此時，該控制單元110係也輸出一輔助開關控制訊號Sac以截止該輔助開關108，其中，該輔助開關控制訊號Sac係可為低準位訊號以截止該輔助開關108，但不以此為限。換言之，當該控制單元110偵測到該外部電源Vin正常供電時，該控制單元110係輸出該主開關控制訊號Smc，並且透過該主電源裝置102轉換該外部電源Vin為該負載Ld所需的電壓準位。
當該控制單元110偵測到該外部電源Vin異常供電時，該控制單元110係輸出該主開關控制訊號Smc截止該主開關106，其中，該主開關控制訊號Smc係可為低準位訊號以截止該主開關106，但不以此為限，以關斷該外部電源Vin對該負載Ld供電，並且該控制單元110係也輸出該輔助開關控制訊號Sac以導通該輔助開關108，其中該輔助開關控制訊號Sac係可為高準位訊號以導通該輔助開關108，但不以此為限，以切換該輔助電源裝置104對該負載Ld供電。其中，上述該外部電源Vin異常供電意指該外部電源Vin因故障、檢修或其他無法提供正常供電之操作狀況。
當該控制單元110偵測該外部電源V ac恢復正常供電時，該控制單元110係再次輸出高準位之該主開關控制訊號Smc以導通該主開關106，進而復歸該外部電源Vin，並且維持該輔助電源裝置104共同對該負載Ld供電。此時，該主開關106與該輔助開關108係同時為導通狀態。在此操作狀態下，該控制單元110係控制該主電源裝置102的輸出電壓Vom大於該輔助電源裝置104的輸出電壓Voa，使得該主電源裝置102與該輔助電源裝置104共同對該負載Ld供電的狀況下，該主電源裝置102對該負載Ld提供輸出能量的比例逐漸上升，而該輔助電源裝置104對該負載Ld提供輸出能量的比例逐漸下降，亦即，該主電源裝置102的輸出電流Iom逐漸增加，而該輔助電源裝置104的輸出電流Ioa逐漸減少。最後，當該控制單元110偵測該主電源裝置102完全對該負載Ld供電時，該控制單元110係再次輸出低準位之該輔助開關控制訊號Sac以截止該輔助開關108，進而關斷該輔助電源裝置104對該負載Ld供電。
請參見第二圖係為本發明電源供應轉換系統第二實施例之示意方塊圖。該第二實施例與上述第一實施例最大的差異在於該電源供應轉換系統10’係具有多組主電源裝置、輔助電源裝置以及控制單元。為了方便說明，在本實施例中係以兩組主電源裝置、輔助電源裝置以及控制單元為例，亦即，該電源供應轉換系統10’係包含一第一主電源裝置102’、一第一輔助電源裝置104’、一第一控制單元110’、一第二主電源裝置102”、一第二輔助電源裝置104”、一第二控制單元110”、一主開關106’以及一輔助開關108’。值得一提，對於第二實施例之多組架構，每一控制單元係與一主電源裝置以及一輔助電源裝置形成一組架構，亦即，該第一控制單元110’係搭配該第一主電源裝置102’與該第一輔助電源裝置104’操作；而該第二控制單元110”係搭配該第二主電源裝置102”與該第二輔助電源裝置104”操作。至於該主開關106’與該輔助開關108’係可由該第一控制單元110’所產生一主開關控制訊號Smc’與一輔助開關控制訊號Sac’控制，或者，該主開關控制訊號Smc’與該輔助開關控制訊號Sac’可由該第二控制單元110”所產生以控制該主開關106’與該輔助開關108’。透過該電源供應轉換系統10’的多組架構操作，可對該負載Ld提供更多輸出能量以提高供電穩定度(stability)與可靠度(reliability)。
至於該多組架構的該電源供應轉換系統10’操作係與上述第一實施例相似，為方便說明，係以該第一控制單元110’為主要控制單元為例加以說明。惟，該第二控制單元110”亦可提供相同之操作，因此，不以該第一控制單元110’為主要控制單元為限制。當該偵測到該外部電源Vin正常供電時，係輸出高準位之該主開關控制訊號Smc’以導通該主開關106’，因此，該外部電源Vin係同時透過該第一主電源裝置102’與該第二主電源裝置102”轉換以對該負載Ld供電。換言之，在此操作狀態下，該第一主電源裝置102’與該第二主電源裝置102”係為並聯連接對該負載Ld供電。
當該第一控制單元110’偵測到該外部電源Vin異常供電時，該第一控制單元110’係輸出該主開關控制訊號Smc’截止該主開關106’，以關斷該外部電源Vin對該負載Ld供電，並且該第一控制單元110’係也輸出高準位之該輔助開關控制訊號Sac’以導通該輔助開關108’，因此，該第一輔助電源裝置104’與該第二輔助電源裝置104”係同時對該負載Ld供電。換言之，在此操作狀態下，該第一輔助電源裝置104’與該第二輔助電源裝置104”係為並聯連接對該負載Ld供電。
當該第一控制單元110’偵測該外部電源Vin恢復正常供電時，該第一控制單元110’係再次輸出高準位之該主開關控制訊號Smc’以導通該主開關106’，進而復歸該外部電源Vin，並且維持該第一輔助電源裝置104’與該第二輔助電源裝置104”共同對該負載Ld供電。此時，該主開關106’與該輔助開關108’係同時為導通狀態。在此操作狀態下，該第一控制單元110’係控制該第一主電源裝置102’的輸出電壓Vom1大於該第一輔助電源裝置104’的輸出電壓Voa’，以及控制該第二主電源裝置102”的輸出電壓Vom2大於該第二輔助電源裝置104”的輸出電壓Voa”，使得該第一主電源裝置102’與該第一輔助電源裝置104’以及該第二主電源裝置102”與該第二輔助電源裝置104”共同對該負載Ld供電的狀況下，該第一主電源裝置102’與該第二主電源裝置102”對該負載Ld提供輸出能量的比例逐漸上升，而該第一輔助電源裝置104’與該第二輔助電源裝置104”對該負載Ld提供輸出能量的比例逐漸下降，亦即，該第一主電源裝置102’的輸出電流Iom1與該第二主電源裝置102”的輸出電流Iom2逐漸增加，而該第一輔助電源裝置104’的輸出電流Ioa1與該第二輔助電源裝置104”的輸出電流Ioa2逐漸減少。最後，當該第一控制單元110’偵測該第一主電源裝置102’與該第二主電源裝置102”完全對該負載Ld供電時，該第一控制單元110’係再次輸出低準位之該輔助開關控制訊號Sac’以截止該輔助開關108’，進而關斷該第一輔助電源裝置104’與該第二輔助電源裝置104”對該負載Ld供電。
請參見第三圖係為本發明電源供應轉換系統控制之時序圖。對於該電源供應轉換系統時序控制係以一組該主電源裝置102、該輔助電源裝置104以及該控制單元110為例說明。如圖所示，由上而下的波形分別表示該外部電源電壓狀態Vin、該外部電源電壓狀態Iin、該負載電流狀態Id、該輔助電源裝置電流狀態Ioa、該主電源裝置電流狀態Iom、該負載電壓狀態Vd、該輔助電源裝置電壓狀態Voa、該主電源裝置電壓狀態Vom。值得一提，圖上所表示的波形圖僅為該些裝置的電氣狀態，用以示意該些裝置的操作狀態，非為實際的電氣參數值大小。
配合參見第一圖，在第一時間點T1之前，當該控制單元110偵測到該外部電源Vin正常供電時，該控制單元110係導通該主開關106，使得該主電源裝置102係接收該外部電源Vin，並且轉換該外部電源Vin對該負載Ld供電。換言之，當該外部電源Vin正常供電時，該電源供應轉換系統10係由該主電源裝置102提供主要供電責任，而該輔助電源裝置104係為待機備援狀態。在第一時間點T1時，該控制單元110偵測到該外部電源Vin異常供電，該控制單元110係截止該主開關106，以關斷該外部電源Vin對該負載Ld供電，並且切換該輔助電源裝置104對該負載Ld供電。換言之，當該外部電源Vin異常供電時，該輔助電源裝置104則扮演主要供電責任，而該主電源裝置102則無法再提供系統負載，此時，可對該外部電源Vin進行檢修或更新。
假設該第二時間點T2時，該控制單元110偵測該外部電源Vin恢復正常供電，該控制單元110係導通該主開關106，使得該主電源裝置102接收到該外部電源Vin。在第三時間點T3時，該主電源裝置102完成電壓建立並提供輸出電壓以對該負載Ld供電。值得一提，此時，該主電源裝置102與該輔助電源裝置104係共同對該負載Ld供電。
在第四時間點T4時，該控制單元110係控制該主電源裝置102的輸出電壓Vom大於該輔助電源裝置104的輸出電壓Voa，換言之，在第四時間點T4時，該主電源裝置102的輸出電壓Vom大小由一第一電壓值V1拉高為一第三電壓值V3，而該輔助電源裝置104的輸出電壓Voa大小則維持為一第二電壓值V2，其中，V3>V2。由於該主電源裝置102的輸出電壓Vom大於該輔助電源裝置104的輸出電壓Voa，使得該主電源裝置102與該輔助電源裝置104共同對該負載Ld供電的狀況下，該主電源裝置102對該負載Ld提供輸出能量的比例逐漸上升，而該輔助電源裝置104對該負載Ld提供輸出能量的比例逐漸下降，亦即，假設維持對該負載Ld提供的總系統負載為定值時，該主電源裝置102的輸出電流Iom逐漸增加，使得提供該負載Ld的系統負載逐漸增加；而該輔助電源裝置104的輸出電流Ioa逐漸減少，使得提供該負載Ld的系統負載逐漸減少。如圖上第四時間點T4至第十時間點T10即為該主電源裝置102與該輔助電源裝置104共同對該負載Ld供電的狀況下，該主電源裝置102的輸出電流Iom逐漸增加，而該輔助電源裝置104的輸出電流Ioa逐漸減少的示意圖。
最後，在第四時間點T10時，當該控制單元110偵測該主電源裝置102完全對該負載Ld供電時，該控制單元110係關斷該輔助電源裝置104對該負載Ld供電。
值得一提，本發明該電源供應轉換系統的控制策略具有下列的特點：
一、透過延長該主電源裝置102與該輔助電源裝置104共同對該負載Ld供電的時間，例如上述實施例中的第四時間點T4至第十時間點T10，即可稱為能量轉換區間(energy transformation area)，也就是說，在能量轉換區間中，該主電源裝置102的輸出電流能力逐漸提升，使得該主電源裝置102提供該負載Ld的系統負載比例(相較於該輔助電源裝置104)逐漸增加，以實現該主電源裝置102與該輔助電源裝置104之間供電的軟性轉換(soft transformation)或稱平滑轉換(smooth transformation)，如此，能以克服當該外部電源Vin恢復正常供電時，由於直接切換該主電源裝置102對該負載Ld供電，而瞬間切斷該輔助電源裝置104所產生的暫態湧浪電流(inrush current)，並且造成輸入電源產生電壓驟降(voltage dip)，導致系統當機(shut down)而必須重新開機所引起的彈跳(re-bounce)異常，再者，甚至造成對系統使用壽命的損害。
二、透過線性時變(linear and time-varying control)的方式控制該主電源裝置102逐漸提升輸出電流能力，並且逐漸降低該輔助電源裝置104輸出電流能力，換言之，該主電源裝置102的輸出電流能力可透過固定的百分比遞增，例如從第四時間點T4為0%逐漸增加至第十時間點T10為100%，亦即，每個時間區間，該主電源裝置102係固定遞增14.29%的輸出電流能力，以完成該主電源裝置102與該輔助電源裝置104之間供電的平滑轉換。當然，上述時間區間並非限定第四時間點T4至第十時間點T10，可依實際需要延長該主電源裝置102與該輔助電源裝置104共同供電的能量轉換區間，以達到完全平滑(軟性)的供電轉換，如此，可提高對該負載Ld供電的強韌性(robustness)。
請參見第四圖係為本發明電源供應轉換系統第三實施例之示意方塊圖。值得一提，第四圖所記載之內容係為當該電源供應轉換系統10操作於該主電源裝置102與該輔助電源裝置104共同供電的能量轉換區間，亦即，該主開關106與該輔助開關108為導通狀態，因此不特別標示出來。在該實施例中，該控制單元110係包含一負載偵測器1102、一負載訊號放大器1104、一通訊訊號產生器1106、一參考電壓訊號產生器1108以及一操作電壓訊號產生器1110。該負載偵測器1102係連接該負載Ld用以偵測該負載Ld狀況，具體而言，該負載偵測器1102係可偵測該負載Ld所需的總系統負載大小，並且輸出一負載訊號Sod，再透過該負載訊號放大器1104將該負載訊號Sod放大，並且輸出一負載放大訊號Soda。該通訊訊號產生器1106係連接該輔助電源裝置104用以負責該主電源裝置102與該輔助電源裝置104兩者之間的通訊工作，具體而言，該通訊訊號產生器1106係負責當該主電源裝置102與該輔助電源裝置104共同對該負載Ld供電時，對於該負載Ld提供系統負載比例調整的通訊工作，以確保完全平滑(軟性)的供電轉換。其中，該通訊訊號產生器1106係偵測該輔助電源裝置104的供電狀況，並輸出一通訊訊號Scm。該參考電壓訊號產生器1108係連接該輔助電源裝置104，用以偵測該輔助電源裝置104，並且輸出一參考電壓訊號Srv，以控制該主電源裝置102輸出電壓大於該輔助電源裝置104輸出電壓。該操作電壓訊號產生器1110係連接該負載訊號放大器1104、該通訊訊號產生器1106以及該參考電壓訊號產生器1108，並且分別接收該負載放大訊號Soda、該通訊訊號Scm以及該參考電壓訊號Srv。該操作電壓訊號產生器1110係根據該負載訊號放大器1104取得該負載Ld的總系統負載大小，並根據該通訊訊號Scm取得該輔助電源裝置104的供電狀況，再根據該參考電壓訊號Srv取得該輔助電源裝置104的輸出電壓大小，因此，輸出一操作電壓訊號Sdv，以控制該主電源裝置102的輸出電壓，使得該主電源裝置102與該輔助電源裝置104共同對該負載Ld供電的狀況下，該主電源裝置102對該負載Ld提供輸出能量的比例逐漸上升，而該輔助電源裝置104對該負載Ld提供輸出能量的比例逐漸下降，以達到完全平滑(軟性)的供電轉換。
請參見第五圖係為本發明電源供應轉換系統第四實施例之示意方塊圖。如第五圖所示，該主電源裝置102係包含一輸入濾波整流電路1022、一直流/直流轉換電路1024以及一輸出濾波整流電路1026。該輔助電源裝置104係包含一充電電路1042、一充電電池1044以及一放電電路1046。當該主開關106導通時，該輸入濾波整流電路1022係接收該外部電源Vin，並且對該外部電源Vin進行濾波與整流。該直流/直流轉換電路1024則接收該濾波與整流後的直流電壓，並且對該直流電壓進行電壓準位的控制，再透過該輸出濾波整流電路1026進行濾波與整流後，提供該負載Ld所需的電壓準位進行供電。
在本實施例中，該輔助電源裝置104係由充電電池與其充放電電路所組成。當該外部電源Vin正常供電時，該主電源裝置102係接收該外部電源Vin，並且轉換該外部電源Vin對該負載Ld供電。此外，該外部電源Vin係進一步提供該輔助電源裝置104，透過該充電電路1042對該充電電池1044進行充電，以實現待機電力備援的功能。一旦該外部電源Vin異常供電時，該輔助電源裝置104則扮演主要供電責任，透過該放電電路1046對該負載提供所需總系統負載，以確保該電源供應轉換系統10持續性地對該負載Ld供電。
請參見第六圖係為本發明電源供應轉換系統控制方法之流程圖。該電源供應轉換系統係接收一外部電源，並且對一負載供電，其中，該電源供應轉換系統係包含至少一主電源裝置、至少一輔助電源裝置、一主開關、一輔助開關以及一控制單元。該主開關係連接於該外部電源與該至少一主電源裝置之間。該輔助開關係連接於該至少一輔助電源裝置與該負載之間。該控制單元係連接該主電源裝置與該輔助電源裝置。該控制方法係包含下列步驟：首先，當該控制單元偵測到該外部電源正常供電時，該控制單元係導通該主開關，使得該主電源裝置係接收該外部電源，並且轉換該外部電源對該負載供電(S10)。然後，當該控制單元偵測到該外部電源異常供電時，該控制單元係截止該主開關，以關斷該外部電源對該負載供電，並且導通該輔助開關以切換該輔助電源裝置對該負載供電(S20)。其中，上述該外部電源異常供電意指該外部電源因故障、檢修或其他無法提供正常供電之操作狀況。
然後，當該控制單元偵測該外部電源恢復正常供電時，該控制單元係導通該主開關以復歸該外部電源，並且維持該輔助電源裝置共同對該負載供電(S30)。此時，該主開關與該輔助開關係同時為導通狀態。在此操作狀態下，該控制單元係控制該主電源裝置的輸出電壓大於該輔助電源裝置的輸出電壓，使得該主電源裝置與該輔助電源裝置共同對該負載供電的狀況下，該主電源裝置對該負載提供輸出能量的比例逐漸上升，而該輔助電源裝置對該負載提供輸出能量的比例逐漸下降，亦即，該主電源裝置的輸出電流逐漸增加，而該輔助電源裝置的輸出電流逐漸減少。最後，當該控制單元偵測該主電源裝置完全對該負載供電時，該控制單元係截止該輔助開關以關斷該輔助電源裝置對該負載供電(S40)。
綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：
1、透過該電源供應轉換系統10的多組架構操作，可對該負載Ld提供更多輸出能量以提高供電穩定度(stability)與可靠度(reliability)；
2、透過延長該主電源裝置102與該輔助電源裝置104共同對該負載Ld供電的時間，在能量轉換區間中，該主電源裝置102的輸出電流能力逐漸提升，使得該主電源裝置102提供該負載Ld的系統負載比例逐漸增加，以實現該主電源裝置102與該輔助電源裝置104之間供電的軟性轉換(soft transformation)或稱平滑轉換(smooth transformation)，如此，能以克服當該外部電源Vin恢復正常供電時，由於直接切換該主電源裝置102對該負載Ld供電，而瞬間切斷該輔助電源裝置104所產生的暫態湧浪電流，並且造成輸入電源產生電壓驟降，導致系統當機而必須重新開機所引起的彈跳異常，再者，甚至造成對系統使用壽命的損害；
3、透過線性時變的方式控制該主電源裝置102逐漸提升輸出電流能力，並且逐漸降低該輔助電源裝置104輸出電流能力，以完成該主電源裝置102與該輔助電源裝置104之間供電的平滑轉換，如此，能以達到完全平滑(軟性)的供電轉換，並且可提高對該負載Ld供電的強韌性(robustness)；及
4、根據該控制單元110偵測該外部電源Vin為正常供電或異常供電，使得該主電源裝置102或該輔助電源裝置104轉換供電任務，以確保該電源供應轉換系統10持續性地對該負載Ld供電。
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。
 
Vin‧‧‧外部電源電壓
Iin‧‧‧外部電源電流
Ld‧‧‧負載
10‧‧‧電源供應轉換系統
102‧‧‧主電源裝置
104‧‧‧輔助電源裝置
106‧‧‧主開關
108‧‧‧輔助開關
110‧‧‧控制單元
Smc‧‧‧主開關控制訊號
Sac‧‧‧輔助開關控制訊號
Pd‧‧‧電源偵測訊號
Vom‧‧‧主電源裝置輸出電壓
Voa‧‧‧輔助電源裝置輸出電壓
Iom‧‧‧主電源裝置輸出電流
Ioa‧‧‧輔助電源裝置輸出電流
Vd‧‧‧負載電壓
Id‧‧‧負載電流

Claims (20)

  1. 一種電源供應轉換系統，係接收一外部電源，並且對一負載進行供電；該電源供應轉換系統係包含：
    至少一主電源裝置；
    至少一輔助電源裝置；
    一主開關，係連接於該外部電源與該主電源裝置之間；
    一輔助開關，係連接於該輔助電源裝置與該負載之間；
    一控制單元，係連接該主電源裝置與該輔助電源裝置；及
    其中，當該控制單元偵測到該外部電源正常供電時，該控制單元係導通該主開關，使得該主電源裝置係接收該外部電源，並且轉換該外部電源對該負載供電；當該控制單元偵測到該外部電源異常供電時，該控制單元係截止該主開關以關斷該外部電源對該負載供電，並且切換該輔助電源裝置對該負載供電；當該控制單元偵測該外部電源恢復正常供電時，該控制單元係導通該主開關以復歸該外部電源，並且維持該輔助電源裝置共同對該負載供電；其中，該控制單元係控制該主電源裝置的輸出電壓大於該輔助電源裝置的輸出電壓；當該控制單元偵測該主電源裝置完全對該負載供電時，該控制單元係關斷該輔助電源裝置對該負載供電。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應轉換系統，其中，該控制單元係控制該主電源裝置的輸出電壓大於該輔助電源裝置的輸出電壓，使得該主電源裝置與該輔助電源裝置共同對該負載供電的狀況下，該主電源裝置對該負載提供輸出能量的比例逐漸上升，而該輔助電源裝置對該負載提供輸出能量的比例逐漸下降。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電源供應轉換系統，其中，當該主電源裝置與該輔助電源裝置共同對該負載供電的時間係為一能量轉換區間，在該能量轉換區間中，該主電源裝置對該負載提供輸出能量的比例逐漸上升，使得主電源裝置提供該負載的系統負載比例逐漸增加。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電源供應轉換系統，其中，在該能量轉換區間，該控制單元係控制該主電源裝置對該負載提供輸出能量的比例透過固定的百分比遞增。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電源供應轉換系統，其中，該控制單元係將該能量轉換區間均分成複數個時間區間，並且控制該主電源裝置在每個時間區間遞增對該負載提供輸出能量的百分比。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應轉換系統，其中，當該控制單元偵測該主電源裝置完全對該負載供電時，該控制單元係關斷該輔助電源裝置對該負載供電，使得軟性地、平滑地轉換為該主電源裝置對該負載供電。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應轉換系統，其中，該主電源裝置係包含一輸入濾波整流電路、一直流/直流轉換電路以及一輸出濾波整流電路；該輔助電源裝置係包含一充電電路、一充電電池以及一放電電路。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應轉換系統，其中，該主開關或該輔助開關係為斷路器或功率開關。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應轉換系統，其中，該外部電源係為一交流電源或一直流電源。
  10. 一種電源供應轉換系統之控制方法，該電源供應轉換系統係接收一外部電源，並且對一負載供電，其中，該電源供應轉換系統係包含至少一主電源裝置、至少一輔助電源裝置以及一控制單元；該控制方法係包含下列步驟：
    (a)當該控制單元偵測到該外部電源正常供電時，該主電源裝置係接收該外部電源，並且轉換該外部電源對該負載供電；
    (b)當該控制單元偵測到該外部電源異常供電時，該控制單元係關斷該外部電源對該負載供電，並且切換該輔助電源裝置對該負載供電；
    (c)當該控制單元偵測該外部電源恢復正常供電時，該控制單元係復歸該外部電源，並且維持該輔助電源裝置共同對該負載供電；其中，該控制單元係控制該主電源裝置的輸出電壓大於該輔助電源裝置的輸出電壓；及
    (d)當該控制單元偵測該主電源裝置完全對該負載供電時，該控制單元係關斷該輔助電源裝置對該負載供電。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電源供應轉換系統控制方法，其中在步驟(c)中，該控制單元係控制該主電源裝置的輸出電壓大於該輔助電源裝置的輸出電壓，使得該主電源裝置與該輔助電源裝置共同對該負載供電的狀況下，該主電源裝置對該負載提供輸出能量的比例逐漸上升，而該輔助電源裝置對該負載提供輸出能量的比例逐漸下降。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之電源供應轉換系統控制方法，其中該電源供應轉換系統係更包含：
    一主開關，係連接於該外部電源與該主電源裝置之間；及
    一輔助開關，係連接於該輔助電源裝置與該負載之間。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之電源供應轉換系統控制方法，其中，當該控制單元偵測到該外部電源正常供電時，該控制單元係導通該主開關，使得該主電源裝置係接收該外部電源，並且轉換該外部電源對該負載供電；當該控制單元偵測到該外部電源異常供電時，該控制單元係截止該主開關以關斷該外部電源對該負載供電，並且切換該輔助電源裝置對該負載供電；當該控制單元偵測該外部電源恢復正常供電時，該控制單元係導通該主開關以復歸該外部電源，並且維持該輔助電源裝置共同對該負載供電；其中，該控制單元係控制該主電源裝置的輸出電壓大於該輔助電源裝置的輸出電壓；當該控制單元偵測該主電源裝置完全對該負載供電時，該控制單元係關斷該輔助電源裝置對該負載供電。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之電源供應轉換系統控制方法，其中，該控制單元係控制該主電源裝置的輸出電壓大於該輔助電源裝置的輸出電壓，使得該主電源裝置與該輔助電源裝置共同對該負載供電的狀況下，該主電源裝置對該負載提供輸出能量的比例逐漸上升，而該輔助電源裝置對該負載提供輸出能量的比例逐漸下降。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之電源供應轉換系統控制方法，其中，當該主電源裝置與該輔助電源裝置共同對該負載供電的時間係為一能量轉換區間，在該能量轉換區間中，該主電源裝置對該負載提供輸出能量的比例逐漸上升，使得主電源裝置提供該負載的系統負載比例逐漸增加。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之電源供應轉換系統控制方法，其中，在該能量轉換區間，該控制單元係控制該主電源裝置對該負載提供輸出能量的比例透過固定的百分比遞增。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之電源供應轉換系統控制方法，其中，該控制單元係將該能量轉換區間均分成複數個時間區間，並且控制該主電源裝置在每個時間區間遞增對該負載提供輸出能量的百分比。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之電源供應轉換系統控制方法，其中，當該控制單元偵測該主電源裝置完全對該負載供電時，該控制單元係關斷該輔助電源裝置對該負載供電，使得軟性地、平滑地轉換為該主電源裝置對該負載供電。
  19. 如申請專利範圍第10項所述之電源供應轉換系統控制方法，其中，該主電源裝置係包含一輸入濾波整流電路、一直流/直流轉換電路以及一輸出濾波整流電路；該輔助電源裝置係包含一充電電路、一充電電池以及一放電電路。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之電源供應轉換系統控制方法，其中，該主開關或該輔助開關係為斷路器或功率開關。
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