TW201820768A - 備援式電源供應裝置 - Google Patents

Abstract

一種備援式電源供應裝置，其包含至少兩電源連接端、至少兩電源供應單元以及一共接元件。各該電源連接端分別連接一交流電源。各該電源供應單元具有一輸入側，該至少兩電源供應單元具有一共接輸出側，該至少兩電源供應單元的輸入側分別連接該至少兩電源連接端，且分別轉換對應的該交流電源為一直流電源。該共接元件連接於該共接輸出側，接收該等直流電源。藉此，不使用機械式開關，能夠提高備援式電源供應裝置操作於不同輸入電源的可靠度。

Description

備援式電源供應裝置

本創作係有關一種電源供應裝置，尤指一種備援式電源供應裝置。

如圖6所示，現有技術的備援式電源領域中，通常透過一開關裝置51連接多個獨立的輸入電源AC1,AC2。該開關裝置51選擇其中一個輸入電源AC1作為主要輸入電源，並且將其他輸入電源AC2作為次要和再次要…等的輸入電源。於該主要輸入電源AC1正常操作時，使所選擇的該主要輸入電源AC1經由一電源供應單元52接收，並由該電源供應單元52轉換為一工作電源後，該工作電源對一伺服系統的電力負載供電，為方便說明，以下將以一負載50表示所述電力負載。若所述主要輸入電源AC1無法滿足供電要求與標準，例如電源失效或異常，該開關裝置51則被切換以選擇能夠滿足正常操作要求的次要或再次要的輸入電源AC2。所述供電要求或標準可以根據所測量的交流電壓準位或直流電壓準位、交流頻率或其他的追踪方法，而允許電源供電能力瞬間或接近瞬間的判斷。

該開關裝置51可以是機電式繼電器、半導體開關或是其組合。基於安全的考量，為避免兩個以上的輸入電源的輸出端同時瞬間接通造成短路，因此，不同輸入電源切換的操作原則係為該開關裝置51”先斷路再接通(break before make)”，使得兩個以上的輸入電源彼此完全獨立下進行切換。換言之，所述輸入電源AC1,AC2不能透過電氣路徑，例如歐姆路徑(ohmic path)直接或間接地連接在一起。再者，無法控制的電流將可能造成系統接合元件，例如斷路器或熔斷器發生危險的狀況。

透過連接器，例如交流電源線的接腳，可以將交流電壓施加於交流電壓上。國際機構要求連接到市電的電氣設備需要滿足特定設計要求，以提供用戶安全和認可。該開關裝置51還必須能夠快速地從一個輸入電源轉換到另一個輸入電源，使得電源轉換的操作不受中斷，而達成能夠持續提供輸入電源的備援式電源系統。所使用的該開關裝置51典型被稱為自動電壓開關(automatic voltage switch, AVS)或自動轉換開關(automatic transfer switch, ATS)，或相同功能的其它術語。

美國公告專利5,939,799揭露了一種具有轉換開關的不斷電電源供應器。請參見圖7所示，一電源轉換開關63係連接在兩電源和一交流對直流轉換器之間，該兩電源分別為一第一電源61與一第二電源62。該電源轉換開關63係由一開關控制器65所控制，用以選擇接收該第一電源61或該第二電源62。

美國公開專利2014/0077602揭露了一種電源系統及其控制方法。請參見圖8和圖9所示，一電路開關模組73係連接在兩電源和一可控制交流對直流轉換模組74之間，該兩電源分別為一第一交流電源71與一第二交流電源72。該電路開關模組73係由一控制模組75控制，使得該電路開關模組73切換連接該第一交流電源71或連接該第二交流電源72。

美國公開專利2015/0123473揭露了一種具有內部自動轉換開關之電源模組的不斷電電源供應器。請參見圖10所示，一自動轉換開關83係連接到兩個交流電源，即一第一交流電源81和一第二交流電源82，並且進一步連接到一功因校正器84和一直流對直流轉換器85。該自動轉換開關83由一微控制單元(micro-controller unit, MCU)86所控制，以確定該第一交流電源81或該第二交流電源82是否被傳送到後端的該功因校正器84和該直流對直流轉換器85。

美國公告專利6,630,753公開了一種低成本的備援式交流轉直流電源供應器。請參見圖11所示，兩個電源，即一第一電源91和一第二電源92係透過矽控整流器95,96之間的線路，連接在橋式整流器93,94之後。該第一電源91與該第二電源92之間沒有電流隔離，因此系統在低成本的情況下操作，將容易造成設備發生短路故障的可能性。

然而，對於前述電源轉換開關、電路開關模組和自動轉換開關來說，由於開關本身為機械結構，因此使用的可靠度不高，並且相較於電氣式開關，因接觸焊接或有限工作溫度範圍的因素，更容易發生機械故障。

本創作之目的在於提供一種備援式電源供應裝置，解決在備援式電源系統的操作中，使用機械式開關所造成可靠度降低的問題。

為達成前揭目的，本創作所提出之該備援式電源供應裝置，其包含至少兩電源連接端、至少兩電源供應單元以及一共接元件。各該電源連接端連接一交流電源。各該電源供應單元具有一輸入側，該至少兩電源供應單元具有一共接輸出側，各該輸入側連接該電源連接端，各該電源供應單元轉換該交流電源為一直流電源。該共接元件連接於該共接輸出側，接收該等直流電源。

藉由該備援式電源供應裝置，不使用機械式開關，能夠提高備援式電源供應裝置操作於不同輸入電源的可靠度。

為了能更進一步瞭解本創作為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，相信本創作之目的、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，並非用來對本創作加以限制者。

茲有關本創作之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。

請參見圖1與圖2所示，本創作一備援式電源供應裝置100係包含一第一電源供應單元11、一第二電源供應單元12以及一共接元件60。該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12具有一共接輸出側。該共接元件60係連接於該共接輸出側。該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12用以提供一伺服系統(server system)的電力負載(power load)，以下簡稱一負載50所需功率。該備援式電源供應裝置100係為一模組化架構，即該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12係裝設於一機殼10內，或一殼體、一底盤內，形成所述模組化架構。其中，該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12係為兩個電路結構完全相同的電源供應單元。該備援式電源供應裝置100係具有一第一電源連接端21、一第二電源連接端22以及複數直流輸出端30。

該第一電源供應單元11具有一輸入側與一輸出側。該第一電源供應單元11之該輸入側係連接該第一電源連接端21，並且該第一電源連接端21係提供連接一第一交流電源AC1，其中該第一交流電源AC1可為一外部交流電源，藉此，該第一電源供應單元11接收該第一交流電源AC1，並且將該第一交流電源AC1轉換為一第一直流電源，並在該第一電源供應單元11之該輸出側輸出該第一直流電源。

該第二電源供應單元12具有一輸入側與一輸出側。該第二電源供應單元12之該輸入側係連接該第二電源連接端22，並且該第二電源連接端22係提供連接一第二交流電源AC2，其中該第二交流電源AC2可為一外部交流電源，藉此，該第二電源供應單元12接收該第二交流電源AC2，並且將該第二交流電源AC2轉換為一第二直流電源，並在該第二電源供應單元12之該輸出側輸出該第二直流電源。藉此，透過多個輸入電源，在本實施例為兩個交流電源，可提高供電可靠度。

此外，該備援式電源供應裝置100係更包含一散熱模組。如圖1所示，該散熱模組可包含複數冷卻風扇41,42，該等冷卻風扇41,42係裝置於該機殼10內，用以將該機殼10內的熱散逸到外面。此外，該散熱模組亦可採用散熱片(heat sink)或其他方式提供散熱，使得裝設於該機殼10內的所有元件都能操作於其最大允許溫度的環境。

以下，將針對本創作該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12不同的實施態樣，以電路方塊示意圖以及對應之電路方塊圖的方式呈現。

如圖3A與圖3B所示，本創作備援式電源供應裝置100之該第一電源供應單元11係包含一第一升壓式功因校正單元111、一第一隔離式直流轉換單元112以及一第一隔離式量測與控制單元113。該第二電源供應單元12係包含一第二升壓式功因校正單元121、一第二隔離式直流轉換單元122以及一第二隔離式量測與控制單元123。

該第一升壓式功因校正單元111具有一輸入側與一輸出側，其中該第一升壓式功因校正單元111的該輸入側作為該第一電源供應單元11之該輸入側，以接收該第一交流電源AC1。該第二升壓式功因校正單元121具有一輸入側與一輸出側，其中該第二升壓式功因校正單元121的該輸入側作為該第二電源供應單元12之該輸入側，以接收該第二交流電源AC2。

如圖3B所示，該備援式電源供應裝置100具有一變壓器，其具有兩初級側繞組與一次級側繞組，用以提供安全隔離之需。該兩初級側繞組係分別連接雙臂結構的半導體開關，以形成該第一隔離式直流轉換單元112與該第二隔離式直流轉換單元122。該次級側繞組係提供一次級側共接元件124，以形成一共接輸出架構。

在本實施例中，該次級側共接元件124係為該共接元件60，亦即該變壓器的一次級側鐵心(圖未示)及繞於該次級側鐵心上的該次級側繞組形成該共接元件60。該次級側鐵心與繞於該次級側鐵心上的該次級側繞組，即該次級側共接元件124係連接各該隔離式直流轉換單元112,122的次級側，以提供對該負載50供電的共同輸出路徑。

該機殼10透過該兩電源連接端21,22對應連接該兩交流電源AC1,AC2，使得該第一交流電源AC1與該第二交流電源AC2分別對該第一升壓式功因校正單元111與該第二升壓式功因校正單元121饋電。該兩升壓式功因校正單元111,121再分別對該兩隔離式直流轉換單元112,122饋電，進而對該負載50供電。其中該兩隔離式直流轉換單元112,122包含具有儲能功能之該次級側共接元件124、該次級側鐵心、該次級側繞組、雙臂結構的二極體以及輸出整流電感與電容。

該備援式電源供應裝置100更提供一次級側控制單元125。該次級側控制單元125耦接該第一隔離式量測與控制單元113與該第二隔離式量測與控制單元123。舉例來說，該次級側控制單元125係透過光耦合元件(optical coupler)對應耦接該第一隔離式量測與控制單元113與該第二隔離式量測與控制單元123。其中，該次級側控制單元125係接收電壓或電流資訊，例如與該負載50相關的輸出電壓資訊、該兩電源供應單元11,12的輸入電壓或輸出電壓資訊，然不以此為限制。

舉例來說，該次級側控制單元125可根據所接收到的電壓，例如共接輸出側的回授電壓，控制該第一隔離式量測與控制單元113與該第二隔離式量測與控制單元123，以分別對應控制該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12。該第一隔離式量測與控制單元113與該第二隔離式量測與控制單元123以脈寬調變(pulse width modulation, PWM)方式對應控制該第一隔離式直流轉換單元112與該第二隔離式直流轉換單元122。

該次級側控制單元125透過控制該第一隔離式直流轉換單元112與該第二隔離式直流轉換單元122，以調節所述次級側電壓，使得各該電源供應單元11,12可由所對應的各該隔離式量測與控制單元113,123控制以分別輸出0~100%的輸出功率。舉例來說，由於各該電源供應單元11,12可供給該負載50約為50%的電力，因此在正常操作期間的保持時間(hold up time)中，總儲存能量只需要減少為一半。

以下，特以數據為例，以方便說明本創作備援式電源供應裝置100之技術。假設該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12的額定輸出功率分別為2000瓦，用以提供該負載50所需功率。再者，假設當該第一交流電源AC1正常供電時，該備援式電源供應裝置100的該次級側控制單元125係透過該第一隔離式量測與控制單元113控制該第一電源供應單元11所接收到的該第一交流電源AC1，透過該第一電源供應單元11轉換後，經由該共接輸出側，最後透過該次級側共接元件124輸出，以提供該負載50所需功率。

此時，所述次級側控制單元125係透過該第二隔離式量測與控制單元123控制該第二電源供應單元12為一待機狀態(standby state)或一待機模式(standby mode)，使得該第二電源供應單元12所接收到的該第二交流電源AC2，無法透過該第二電源供應單元12完成電源轉換，因此無法傳送至該共接輸出側。亦即，該負載50所需功率係完全由該第一電源供應單元11提供。

再者，若當該第一交流電源AC1異常供電(失電)時，該第二電源供應單元12協同加入對該負載50供電。在此狀況下，所述次級側控制單元125則控制該第二電源供應單元12所接收到的該第二交流電源AC2，透過該第二電源供應單元12轉換後，經由該共接輸出側，最後透過該次級側共接元件124輸出，以提供該負載50所需功率。此時，所述次級側控制單元125則控制該第一電源供應單元11為一待機狀態，使得該第一電源供應單元11所接收到的該第一交流電源AC1，無法透過該第一電源供應單元11完成電源轉換，因此無法傳送至該共接輸出側。亦即，該負載50所需功率係完全由該第二電源供應單元12提供。

另一實施例中，本創作該備援式電源供應裝置100亦可為該第一交流電源AC1與該第二交流電源AC2皆屬正常時的操作。該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12皆可提供其額定輸出功率0~100%的輸出。透過對該第一交流電源AC1與該第二交流電源AC2進行功率分配，使該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12共同負擔該負載50所需功率。

再者，當該第一交流電源AC1與該第二交流電源AC2皆為正常供電時，可透過控制OR’ing開關，以控制該第一電源供應單元11或該第二電源供應單元12獨自對該負載50供電。換言之，當該第一電源供應單元11用以對該負載50供電時，該第二電源供應單元12係為該待機狀態；反之，當該第二電源供應單元12用以對該負載50供電時，該第一電源供應單元11係為該待機狀態。

舉例來說，當該第一電源供應單元11用以完全地對該負載50供電時，該第一隔離式量測與控制單元113係控制該第一隔離式直流轉換單元112內的半導體開關為切換操作，而該第二隔離式量測與控制單元123係控制該第二隔離式直流轉換單元122內的半導體開關為截止狀態。反之，當該第二電源供應單元12用以完全地對該負載50供電時，該第二隔離式量測與控制單元123係控制該第二隔離式直流轉換單元122內的半導體開關為切換操作，而該第一隔離式量測與控制單元113係控制該第一隔離式直流轉換單元112內的半導體開關為截止狀態。

此外，該第一隔離式直流轉換單元112與該第二隔離式直流轉換單元122內的半導體開關亦可同時被控制為切換操作，使得該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12可共同對該負載50供電。

如圖3A與圖3C所示，本實施例包含一直流轉換直流架構，其包含兩個以上的初級側電路與一個次級側電路，其中各該初級側電路具有一電感-電感-電容(LLC)轉換器，用以共享電源或提供備援之用。該第一電源供應單元11包含一第一升壓式功因校正單元131與一第一LLC直流轉換器132。該第二電源供應單元12包含一第二升壓式功因校正單元141與一第二LLC直流轉換器142。在本實施例中，如圖3A所示之該第一隔離式量測與控制單元113、該第二隔離式量測與控制單元123以及該次級側控制單元125係用以控制該第一LLC直流轉換器132與該第二LLC直流轉換器142。

該第一升壓式功因校正單元131具有一輸入側與一輸出側，其中該第一升壓式功因校正單元131的該輸入側作為該第一電源供應單元11之該輸入側，以接收該第一交流電源AC1。該第二升壓式功因校正單元141具有一輸入側與一輸出側，其中該第二升壓式功因校正單元141的該輸入側作為該第二電源供應單元12之該輸入側，以接收該第二交流電源AC2。

當任一輸入電源故障或失效時，其他輸入電源能夠平穩地轉換以連接至其他正常輸入電源，以提供備援之電源進而提高供電可靠度。在本創作中，具有雙輸入電源的備援架構，其包含兩組LLC直流轉換器132,142，透過使用與所述兩組LLC直流轉換器132,142連接的儲能元件，進行輸入電源的轉換。同時，透過調節該第一LLC直流轉換器132與該第二LLC直流轉換器142的輸入電壓，使得提供使用者需求的電源供應。

該第一LLC直流轉換器132係連接該第一升壓式功因校正單元131的輸出側，該第二LLC直流轉換器142係連接該第二升壓式功因校正單元141的輸出側。本創作該實施例透過單一變壓器143的初級側共接架構，除了可減少元件使用，並且可簡化控制電路設計。

如圖3C所示，該第一LLC直流轉換器132與該第二LLC直流轉換器142以耦合電感L12,L22,L3,L4共用同該變壓器143。所述四個耦合電感L12,L22,L3,L4係由繞於共鐵心上的繞組所形成。各該LLC直流轉換器132,142具有其單獨的電容C3,C4用以儲存能量。

該兩電容C3,C4係分別由一第一電容電壓V1與一第二電容電壓V2所供應。其中該第一電容電壓V1係為該第一升壓式功因校正單元131的一輸出電壓，該第二電容電壓V2係為該第二升壓式功因校正單元141的一輸出電壓。 連接於各該電容C3,C4的二極體，係以防止功率由輸出側返饋回輸入側。其中所述二極體係共同該第一升壓式功因校正單元131與該第二升壓式功因校正單元141的二極體，或外接的二極體。該第一LLC直流轉換器132與該第二LLC直流轉換器142各具有兩個開關，各該開關係以50%的工作週期所控制。其中該第一LLC直流轉換器132具有兩開關M1,M2，該第二LLC直流轉換器142具有兩開關M3,M4。

在本實施例中，開關M1與開關M3係由一相同的信號控制，開關M2與開關M4係由另一相同的信號控制。若對應的輸入電源失效或被移除，則開關M1與開關M2或者開關M3與開關M4則不再被切換。在正常供電下，若該第一電容電壓V1與該第二電容電壓V2相同，該兩LLC直流轉換器132,142並聯操作以共享電源。由於各該LLC直流轉換器132,142其具有有限阻抗(finite impedance)的固有性質，因此，其電流和功率的共享係取決於固有性質的元件數值而進行控制。

在本實施例中，只需使用一組次級側(輸出側)，因此較少的元件被使用。是以，透過使用直流隔離變壓器，以及共用同一組的次級元件與繞組，如此可使用較少的元件達到輸入電源的結合。

該等LLC直流轉換器132,142在共振下操作具有一負載阻抗，使得在該負載50處具有較高的輸出電流以及較低的輸出電壓。具有有限負載阻抗的電路可以由電壓串聯輸出阻抗的方式表示其具有電流共享的能力。對於具有獨立初級側共振電感的多繞組式LLC而言，可以透過實體電感器或變壓器的漏感(配合共振電容C1,C2)來實現。因此具有開關電路的多初級側繞組可由相同的PWM信號控制，形成並聯的電路架構。在本實施例中，如圖3A所示，該次級側控制單元125係用以控制該第一隔離式量測與控制單元113與該第二隔離式量測與控制單元123，以停止切換部份或完全切換初級側的開關電路，以分離輸入電源。

在本實施例中，各該LLC直流轉換器132,142的初級側電壓可分別被控制調節，以控制各輸入電源的供電比例。初級側繞組的匝數比以及共振值可被調整，使得不同電壓的輸入電源可以共享相同的功率。該兩初級側電路可相互完全地隔離，並且各初級側電路亦可提供輔助功率作為備援之用。

在本實施例中，該次級側控制單元125只需要一個回授信號與方法，即可控制該等LLC直流轉換器132,142的切換行為。舉例來說，根據兩個初級側直流電壓，即該第一電容電壓V1與該第二電容電壓V2，即可透過頻率控制、工作週期(duty cycle)控制、或遲滯開關(hysteretic on/off)控制方式，以獨立地或相同地控制兩個或更多的初級側開關M1-M4。

如圖4A與圖4B所示，本創作備援式電源供應裝置100之該第一電源供應單元11係包含具有一儲能電容31C的一第一升壓式功因校正單元311與一第一雙向直流變壓器312。該第二電源供應單元12包含具有一儲能電容32C的一第二升壓式功因校正單元321與一第二雙向直流變壓器322。所述雙向直流變壓器係用以將一直流電壓轉換為一高頻交流電壓，然後再轉換該高頻交流電壓為另一直流電壓。

該第一升壓式功因校正單元311具有一輸入側與一輸出側，其中該輸入側係形成該第一電源供應單元11之該輸入側，以接收該第一交流電源AC1。該第一雙向直流變壓器312具有一第一側與一第二側，其中該第二側係形成該第一電源供應單元11之該輸出側，以輸出該第一直流電源。該第一雙向直流變壓器312之該第一側係連接該第一升壓式功因校正單元311之該輸出側，以形成串聯連接結構。

該第二升壓式功因校正單元321具有一輸入側與一輸出側，其中該輸入側係形成該第二電源供應單元12之該輸入側，以接收該第二交流電源AC2。該第二雙向直流變壓器322具有一第一側與一第二側，其中該第二側係形成該第二電源供應單元12之該輸出側，以輸出該第二直流電源。該第二雙向直流變壓器322之該第一側係連接該第二升壓式功因校正單元321之該輸出側，以形成串聯連接結構。

請配合參閱圖1所示，該機殼10透過該兩電源連接端21,22對應連接該兩交流電源AC1,AC2，使得該第一交流電源AC1與該第二交流電源AC2分別對該第一升壓式功因校正單元311與該第二升壓式功因校正單元321饋電。該兩升壓式功因校正單元311,321再分別對該兩雙向直流變壓器312,322饋電。各該儲能電容31C,32C係分別連接到所對應的該雙向直流變壓器312,322的該第一側，並且各該雙向直流變壓器312,322的該第二側係連接一共接電容323，容後說明。其中該共接電容323的總儲能係遠小於各該儲能電容31C,32C的總儲能。

此外，該第一雙向直流變壓器312與該第二雙向直流變壓器322可提供雙向功率傳輸，亦即由該第一電源供應單元11所輸出之功率可經由該第二雙向直流變壓器322之該第二側傳送至該第二電源供應單元12。同樣地，由該第二電源供應單元12所輸出之功率可經由該第一雙向直流變壓器312之該第二側傳送至該第一電源供應單元11。

具體而言，該第一升壓式功因校正單元311之該儲能電容31C係可儲存由該第二電源供應單元12傳送且經由該第一雙向直流變壓器312的能量。同樣地，該第二升壓式功因校正單元321之該儲能電容32C係可儲存由該第一電源供應單元11傳送且經由該第二雙向直流變壓器322的能量。是以，儲存於該等儲能電容31C,32C的能量可透過該等雙向直流變壓器312,322彼此共享。

該第一電源供應單元11之該輸出側，即該第一雙向直流變壓器312之該輸出側係連接該第二電源供應單元12之該輸出側，即該第二雙向直流變壓器322之該輸出側，因此，輸入側互為獨立的該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12係透過兩者之輸出側連接以形成一共接輸出側。

該備援式電源供應裝置100更包含該共接電容323以及與該共接電容323串聯連接的一非隔離式直流轉換單元324。該共接電容323係連接該第一雙向直流變壓器312與該第二雙向直流變壓器322。在本實施例中，該共接電容323係為該共接元件60，用以儲存該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12的輸出功率。該共接電容323之該輸入側係連接該兩雙向直流變壓器312,322的輸出側。該共接電容323之該輸出側係連接該非隔離式直流轉換單元324之該輸入側，透過該非隔離式直流轉換單元324調節輸出至該負載50的直流輸出電壓Vo。舉例來說，如圖4B所示，該非隔離式直流轉換單元324係為一降壓式直流轉換器。該非隔離式直流轉換單元324之該輸出側係為該備援式電源供應裝置100的輸出側，以輸出該直流輸出電壓Vo，對該負載50供電。

該備援式電源供應裝置100更提供一次級側共接控制單元325。該次級側共接控制單元325耦接該第一雙向直流變壓器312、該第二雙向直流變壓器322以及該非隔離式直流轉換單元324。該次級側共接控制單元325係控制該非隔離式直流轉換單元324以調節該直流輸出電壓Vo。再者，該次級側共接控制單元325可根據所接收到的電壓，例如共接輸出側的回授電壓，以脈寬調變(PWM)方式對應控制該第一雙向直流變壓器312與該第二雙向直流變壓器322。

該兩雙向直流變壓器312,322係提供雙向的直流轉換操作，接收交流側的各該儲能電容31C,32C的電壓，提供隔離及整流功能，轉換為直流電壓。相較於圖3A、圖3B所示之實施態樣，透過雙向能量共享，能夠降低各該儲能電容31C,32C的儲能大小。各該升壓式功因校正單元311,321亦提供各該儲能電容31C,32C的電壓調節方式。再者，透過該非隔離式直流轉換單元324可提供該直流輸出電壓Vo的調節。

透過完全隔離的變壓器，而非機械式或電氣式開關，實現不同交流電源AC1,AC2之間的隔離，以提高操作人員於安裝及操作上的安全性。當一輸入電源轉換至另一輸入電源所需要的能量損失，或者因為該等雙向直流變壓器312,322與該等儲能電容31C,32C並聯連接於交流側與直流側之間所造成正常預期的干擾減少時，該共接電容323係用以提供過渡所需的儲能。

現有技術中，由於開關轉換時間(transfer switch time)以及無法共享保持電容(hold up capacitor)或儲能電容的因素，因此，需要加裝額外的電容器。在本實施例中，可減少交流轉換直流過程所需要的保持電容，因此能夠大幅地降低成本與尺寸。此外，該兩雙向直流變壓器312,322所使用的半導體元件幾近理想，因此其轉換效率為所有拓樸電路中最高者。再者，對於各該雙向直流變壓器312,322的電壓調整與切換時序外，不限制特定的實施方式。

以下，特以數據為例，以方便說明本創作備援式電源供應裝置100之技術。假設該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12的額定輸出功率分別為2000瓦，用以提供該負載50所需功率。再者，假設當該第一交流電源AC1正常供電時，該備援式電源供應裝置100之所述次級側共接控制單元325係控制該第一電源供應單元11所接收到的該第一交流電源AC1，透過該第一電源供應單元11轉換後，經由該共接輸出側，最後經由該共接電容323以及透過該非隔離式直流轉換單元324輸出，以提供該負載50所需功率。

此時，所述次級側共接控制單元325係控制該第二電源供應單元12為該待機狀態，使得該第二電源供應單元12所接收到的該第二交流電源AC2，無法透過該第二電源供應單元12完成電源轉換，因此無法傳送至該共接輸出側。亦即，該負載50所需功率係完全由該第一電源供應單元11提供。

再者，若當該第一交流電源AC1異常供電(失電)時，該第二電源供應單元12協同加入對該負載50供電。在此狀況下，所述次級側共接控制單元325則控制該第二電源供應單元12所接收到的該第二交流電源AC2，透過該第二電源供應單元12轉換後，經由該共接輸出側，最後經由該共接電容323以及透過該非隔離式直流轉換單元324輸出，以提供該負載50所需功率。此時，所述次級側共接控制單元325則控制該第一電源供應單元11為一待機狀態，使得該第一電源供應單元11所接收到的該第一交流電源AC1，無法透過該第一電源供應單元11完成電源轉換，因此無法傳送至該共接輸出側。亦即，該負載50所需功率係完全由該第二電源供應單元12提供。

另一實施例中，本創作該備援式電源供應裝置100亦可為該第一交流電源AC1與該第二交流電源AC2皆屬正常時的操作。該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12皆可提供其額定輸出功率0~100%的輸出。透過對該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12進行功率分配，使該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12共同負擔該負載50所需功率。

再者，當該第一交流電源AC1與該第二交流電源AC2皆為正常供電時，可透過控制OR’ing開關，以控制該第一電源供應單元11或該第二電源供應單元12獨自對該負載50供電。換言之，當該第一電源供應單元11用以對該負載50供電時，該第二電源供應單元12係為該待機狀態；反之，當該第二電源供應單元12用以對該負載50供電時，該第一電源供應單元11係為該待機狀態。

舉例來說，當該第一電源供應單元11用以完全地對該負載50供電時，該次級側共接控制單元325係控制該第一雙向直流變壓器312內的半導體開關為切換操作，而該次級側共接控制單元325係控制該第二雙向直流變壓器322內的半導體開關為截止狀態。反之，當該第二電源供應單元12用以完全地對該負載50供電時，該次級側共接控制單元325係控制該第二雙向直流變壓器322內的半導體開關為切換操作，而該次級側共接控制單元325係控制該第一雙向直流變壓器312內的半導體開關為截止狀態。

此外，該第一雙向直流變壓器312與該第二雙向直流變壓器322內的半導體開關亦可同時被控制為切換操作，使得該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12可共同對該負載50供電。

如圖5A與圖5B所示，本創作備援式電源供應裝置100之該第一電源供應單元11係為一第一隔離式功因校正電路411。該第二電源供應單元12係為一第二隔離式功因校正電路421。在本實施例中，各該隔離式功因校正電路411,421係為一隔離式Ćuk轉換器。此外，其他形式的隔離式功因校正轉換器，例如返馳式轉換器亦可作為各該隔離式功因校正電路411,421之用。

該第一隔離式功因校正電路411具有一輸入側與一輸出側，其中該輸入側係形成該第一電源供應單元11之該輸入側，以接收該第一交流電源AC1。該第一隔離式功因校正電路411之該輸出側係形成該第一電源供應單元11之該輸出側，以輸出該第一直流電源。

該第二隔離式功因校正電路421具有一輸入側與一輸出側，其中該輸入側係形成該第二電源供應單元12之該輸入側，以接收該第二交流電源AC2。該第二隔離式功因校正電路421之該輸出側係形成該第二電源供應單元12之該輸出側，以輸出該第二直流電源。

請配合參閱圖1所示，該機殼10透過該兩電源連接端21,22對應連接該兩交流電源AC1,AC2，使得該第一交流電源AC1與該第二交流電源AC2分別對該第一隔離式功因校正電路411與該第二隔離式功因校正電路421饋電。

該第一電源供應單元11之該輸出側，即該第一隔離式功因校正電路411之該輸出側係連接該第二電源供應單元12之該輸出側，即該第二隔離式功因校正電路421之該輸出側，因此，輸入側互為獨立的該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12係透過兩者之輸出側連接以形成一共接輸出側。

該備援式電源供應裝置100更包含一共接電容422以及與該共接電容422串聯連接的一非隔離式直流轉換單元423。該共接電容422係連接該第一隔離式功因校正電路411與該第二隔離式功因校正電路421。在本實施例中，該共接電容423係為該共接元件60，用以儲存該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12的輸出功率。該共接電容422之該輸入側係連接該兩隔離式功因校正電路411,421的輸出側。該共接電容422之該輸出側係連接該非隔離式直流轉換單元423之該輸入側，透過該非隔離式直流轉換單元423調節輸出至該負載50的直流輸出電壓Vo。舉例來說，如圖5B所示，該非隔離式直流轉換單元423係為一降壓式直流轉換器。該非隔離式直流轉換單元423之該輸出側係為該備援式電源供應裝置100的輸出側，以輸出一直流輸出電壓Vo，對該負載50供電。

該備援式電源供應裝置100更提供一次級側共接控制單元424。該次級側共接控制單元424耦接該第一隔離式功因校正電路411、該第二隔離式功因校正電路421以及該非隔離式直流轉換單元423。該次級側共接控制單元424係控制該非隔離式直流轉換單元423以調節該直流輸出電壓Vo。再者，該次級側共接控制單元424可根據所接收到的電壓，例如共接輸出側的回授電壓，以脈寬調變(PWM)方式對應控制該第一隔離式功因校正電路411與該第二隔離式功因校正電路421。

透過完全隔離的變壓器，而非機械式或電氣式開關，實現不同交流電源AC1,AC2之間的隔離，以提高操作人員於安裝及操作上的安全性。當一輸入電源轉換至另一輸入電源所需要的能量損失，或者因為正常預期的干擾減少時，該共接電容422係用以提供過渡所需的儲能。

現有技術中，由於開關轉換時間(transfer switch time)以及無法共享保持電容(hold up capacitor)或儲能電容的因素，因此，需要加裝額外的電容器。在本實施例中，可減少交流轉換直流過程所需要的保持電容，因此能夠大幅地降低成本與尺寸。

以下，特以數據為例，以方便說明本創作備援式電源供應裝置100之技術。假設該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12的額定輸出功率分別為2000瓦，用以提供該負載50所需功率。再者，假設當該第一交流電源AC1正常供電時，該備援式電源供應裝置100之所述接控制單元424可根據所係控制該第一電源供應單元11所接收到的該第一交流電源AC1，透過該第一電源供應單元11轉換後，經由該共接輸出側，最後經由該共接電容422以及透過該非隔離式直流轉換單元423輸出，以提供該負載50所需功率。

此時，所述控制單元係控制該第二電源供應單元12為該待機狀態，使得該第二電源供應單元12所接收到的該第二交流電源AC2，無法透過該第二電源供應單元12完成電源轉換，因此無法傳送至該共接輸出側。亦即，該負載50所需功率係完全由該第一電源供應單元11提供。

再者，若當該第一交流電源AC1異常供電(失電)時，該第二電源供應單元12協同加入對該負載50供電。在此狀況下，所述控制單元則控制該第二電源供應單元12所接收到的該第二交流電源AC2，透過該第二電源供應單元12轉換後，經由該共接輸出側，最後經由該共接電容422以及透過該非隔離式直流轉換單元423輸出，以提供該負載50所需功率。此時，所述次級側共接控制單元424則控制該第一電源供應單元11為一待機狀態，使得該第一電源供應單元11所接收到的該第一交流電源AC1，無法透過該第一電源供應單元11完成電源轉換，因此無法傳送至該共接輸出側。亦即，該負載50所需功率係完全由該第二電源供應單元12提供。

另一實施例中，本創作該備援式電源供應裝置100亦可為該第一交流電源AC1與該第二交流電源AC2皆屬正常時的操作。該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12皆可提供其額定輸出功率0~100%的輸出。透過對該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12進行功率分配，使該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12共同負擔該負載50所需功率。

再者，當該第一交流電源AC1與該第二交流電源AC2皆為正常供電時，可透過控制OR’ing開關，以控制該第一電源供應單元11或該第二電源供應單元12獨自對該負載50供電。換言之，當該第一電源供應單元11用以對該負載50供電時，該第二電源供應單元12係為該待機狀態；反之，當該第二電源供應單元12用以對該負載50供電時，該第一電源供應單元11係為該待機狀態。

舉例來說，當該第一電源供應單元11用以完全地對該負載50供電時，該次級側共接控制單元424係控制該第一隔離式功因校正電路411內的半導體開關為切換操作，而該次級側共接控制單元424係控制該第二隔離式功因校正電路421內的半導體開關為截止狀態。反之，當該第二電源供應單元12用以完全地對該負載50供電時，該次級側共接控制單元424係控制該第二隔離式功因校正電路421內的半導體開關為切換操作，而該次級側共接控制單元424係控制該第一隔離式功因校正電路411內的半導體開關為截止狀態。

此外，該第一隔離式功因校正電路411與該第二隔離式功因校正電路421內的半導體開關亦可同時被控制為切換操作，使得該第一電源供應單元11與該第二電源供應單元12可共同對該負載50供電。

在本創作的前述各實施例中，該等儲能元件，例如電容性元件或電感性元件係以提供用來實現備援電源之應用。再者，本創作進一步可提供共接的控制拓撲，使得次級側電路的開關元件可以由同一個共接的次級側控制器所共同控制。

惟，以上所述，僅為本創作較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本創作之特徵並不侷限於此，並非用以限制本創作，本創作之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本創作申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本創作之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本創作之領域內，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。

100‧‧‧備援式電源供應裝置

10‧‧‧機殼

11‧‧‧第一電源供應單元

12‧‧‧第二電源供應單元

111‧‧‧第一升壓式功因校正單元

112‧‧‧第一隔離式直流轉換單元

113‧‧‧第一隔離式量測與控制單元

121‧‧‧第二升壓式功因校正單元

122‧‧‧第二隔離式直流轉換單元

123‧‧‧第二隔離式量測與控制單元

124‧‧‧次級側共接元件

125‧‧‧次級側控制單元

131‧‧‧第一升壓式功因校正單元

132‧‧‧第一LLC直流轉換器

141‧‧‧第二升壓式功因校正單元

142‧‧‧第二LLC直流轉換器

143‧‧‧變壓器

V1‧‧‧第一電容電壓

V2‧‧‧第二電容電壓

M1‧‧‧開關

M2‧‧‧開關

M3‧‧‧開關

M4‧‧‧開關

C1‧‧‧共振電容

C2‧‧‧共振電容

C3‧‧‧電容

C4‧‧‧電容

L11‧‧‧電感

L12‧‧‧電感

L3‧‧‧電感

L4‧‧‧電感

311‧‧‧第一升壓式功因校正單元

312‧‧‧第一雙向直流變壓器

321‧‧‧第二升壓式功因校正單元

322‧‧‧第二雙向直流變壓器

323‧‧‧共接電容

324‧‧‧非隔離式直流轉換單元

325‧‧‧次級側共接控制單元

31C‧‧‧儲能電容

32C‧‧‧儲能電容

411‧‧‧第一隔離式功因校正電路

421‧‧‧第二隔離式功因校正電路

422‧‧‧共接電容

423‧‧‧非隔離式直流轉換單元

424‧‧‧次級側共接控制單元

21‧‧‧第一電源連接端

22‧‧‧第二電源連接端

30‧‧‧直流輸出端

41‧‧‧冷卻風扇

42‧‧‧冷卻風扇

50‧‧‧負載

51‧‧‧開關裝置

52‧‧‧電源供應單元

60‧‧‧共接元件

61‧‧‧第一電源

62‧‧‧第二電源

63‧‧‧電源轉換開關

64‧‧‧交流對直流轉換器

65‧‧‧開關控制器

71‧‧‧第一交流電源

72‧‧‧第二交流電源

73‧‧‧電路開關模組

74‧‧‧可控制交流對直流轉換模組

75‧‧‧控制模組

81‧‧‧第一交流電源

82‧‧‧第二交流電源

83‧‧‧自動轉換開關

84‧‧‧功因校正器

85‧‧‧直流對直流轉換器

86‧‧‧微控制單元

91‧‧‧第一電源

92‧‧‧第二電源

93‧‧‧橋式整流器

94‧‧‧橋式整流器

95‧‧‧矽控整流器

96‧‧‧矽控整流器

AC1‧‧‧第一交流電源

AC2‧‧‧第二交流電源

Vo‧‧‧直流輸出電壓

圖1：為本創作備援式電源供應裝置之立體外觀示意圖。 圖2：為本創作備援式電源供應裝置之方塊示意圖。 圖3A：為本創作備援式電源供應裝置第一實施例之電路方塊示意圖。 圖3B：為圖3A的一具體電路之電路方塊圖。 圖3C：為圖3A的另一具體電路之電路方塊圖。 圖4A：為本創作備援式電源供應裝置第二實施例之電路方塊示意圖。 圖4B：為圖4A的一具體電路之電路方塊圖。 圖5A：為本創作備援式電源供應裝置第三實施例之電路方塊示意圖。 圖5B：為圖5A的一具體電路之電路方塊圖。 圖6：為現有備援式電源供應器之方塊示意圖。 圖7：為現有不斷電電源供應器之電路方塊圖。 圖8：為現有電源供應系統之電路方塊圖。 圖9：為現有電源供應系統之另一電路方塊圖。 圖10：為現有不斷電電源供應器之電路方塊圖。 圖11：為現有備援式交流對直流電源供應器之電路方塊圖。

Claims (13)

1. 一種備援式電源供應裝置，包含： 至少兩電源連接端，分別連接一交流電源； 至少兩電源供應單元，各該電源供應單元具有一輸入側，該至少兩電源供應單元具有一共接輸出側，該至少兩電源供應單元的輸入側分別連接該至少兩電源連接端，且分別轉換對應的該交流電源為一直流電源；及 一共接元件，連接於該共接輸出側，接收該等直流電源。
2. 如請求項1所述之備援式電源供應裝置，其中該共接元件為一儲能元件。
3. 如請求項2所述之備援式電源供應裝置，其中該共接元件為一電感性元件。
4. 如請求項3所述之備援式電源供應裝置，其中該共接元件為一變壓器的一次級側鐵心。
5. 如請求項4所述之備援式電源供應裝置，其中各該電源供應單元包含一直流轉換單元，該直流轉換單元具有一輸入側與一輸出側；該直流轉換單元的該輸入側耦接該變壓器的一初級側鐵心，該直流轉換單元的該輸出側該變壓器的該次級側鐵心。
6. 如請求項5所述之備援式電源供應裝置，其中該直流轉換單元為一電感-電感-電容(LLC)轉換單元、一降壓式轉換單元或一升壓式轉換單元。
7. 如請求項5或6所述之備援式電源供應裝置，其中各該電源轉換單元更包含一功率因數校正電路，該功率因數校正電路連接該直流轉換單元的該輸入側。
8. 如請求項2所述之備援式電源供應裝置，其中該共接元件為一電容性元件。
9. 如請求項8所述之備援式電源供應裝置，其中各該電源供應單元包含一直流轉換單元，該直流轉換單元具有一輸入側與一輸出側；該直流轉換單元的該輸出側連接該電容性元件。
10. 如請求項9所述之備援式電源供應裝置，其中該直流轉換單元為一雙向直流變壓器、一返馳式轉換單元、一降壓式轉換單元或一升壓式轉換單元。
11. 如請求項1所述之備援式電源供應裝置，更包含至少兩控制單元，各該控制單元對應地控制該電源供應單元。
12. 如請求項11所述之備援式電源供應裝置，更包含一主控制單元，該主控制單元分別控制該至少兩控制單元。
13. 如請求項1所述之備援式電源供應裝置，其中該至少兩電源連接端、該至少兩電源供應單元以及該共接元件係模組化設於一機殼內。