TW201929396A - 具均流功能之電源旁路裝置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一種具均流功能之電源旁路裝置，其包含至少兩旁路開關組與控制單元。各旁路開關組包含可控開關、冷卻單元以及溫度偵測單元。溫度偵測單元對應設置於散熱單元，偵測可控開關的溫度值，以產生溫度偵測信號。控制單元接收溫度偵測信號，並且根據溫度偵測信號，輸出至少兩開關控制信號與至少兩冷卻單元控制信號，以透過至少兩開關控制信號控制可控開關至少一者，或透過至少兩冷卻單元控制信號控制冷卻單元至少一者，使流經可控開關的電流相同；藉此，提高電源系統的整體效率以及實現大功率電源系統的電源旁路均流效果。

Description

具均流功能之電源旁路裝置及其控制方法

本發明係有關一種電源旁路裝置及其控制方法，尤指一種具均流功能之電源旁路裝置及其控制方法。

請參見圖1所示，其係為相關技術具有旁路均流電路的不斷電系統的電路方塊圖。所述不斷電電源供應器主要包含交流對直流轉換電路91、直流對交流轉換電路92、電池單元93以及旁路均流電路80。交流對直流轉換電路91接收交流輸入電源Vin，並且轉換交流輸入電源Vin為直流電壓Vdc，且直流電壓Vc可供電池單元93充電儲能，使電池單元93作為備援之用。交流對直流轉換電路91包含整流與功率因數修正功能，可對交流輸入電源Vin進行整流與功率因數修正。直流對交流轉換電路92接收直流電壓Vdc，並且轉換直流電壓Vdc且輸出為交流輸出電源Vout，以提供後端負載所需之電力。因此，交流輸入電源Vin透過交流對直流轉換電路91與直流對交流轉換電路92所形成之電源轉換路徑，經過轉換後輸出為交流輸出電源Vout。

一般而言，旁路均流電路80常用於任何需要旁路轉換的電源系統，若以不斷電系統為例，用於當使用者欲將不斷電系統操作在節能模式(ECO mode)，或不斷電系統故障、過載或過熱的狀況下。再者，旁路均流電路80通常使用晶閘管作為旁路開關使用。

由於晶閘管，以雙向可控矽開關(triode AC semiconductor switch, TRIAC)為例(以下簡稱TRIAC)，其具有負溫度係數(negative temperature coefficient, NTC)的特性，因此假設在至少兩台不斷電電源供應器(以下簡稱UPS)並聯應用上，若僅使用TRIAC作為UPS的電源旁路之用時，將會使得流經電源旁路電流較大的UPS的TRIAC由於溫度增加，使得其阻抗值減少，如此會導致流經電源旁路的電流再增大，至終將造成惡性循環，使得電流集中流經同一個UPS的電源旁路，產生熱跑脫(thermal runaway)狀況而斷開或故障，導致電源旁路的作用瓦解。

因此，為解決至少兩台UPS並聯應用所發生熱跑脫狀況導致電源旁路失效的問題，通常會於電源旁路的TRIAC再串聯阻抗值較大的電感。請參見圖2A所示，其為具有串聯電感之旁路均流電路的電路圖，並且此旁路均流電路應用於小功率的UPS並聯應用，即每一台UPS的旁路均流電路80具有矽控開關81、電感器82與電流感測器83。在本實施例中，矽控開關81係以TRIAC為例。再者，請參見圖2B所示，其為兩台小功率的UPS並聯應用的示意方塊圖。所述兩台UPS分別為第一不斷電電源供應器901與第二不斷電電源供應器902，並且每台UPS包含上述的旁路均流電路80、交流對直流轉換電路91、直流對交流轉換電路92以及電池單元93。

由於電感器82具有正溫度係數的特性，並且電感器82的阻抗值設計為相等或遠大於矽控開關81的阻抗值，因此，各台UPS的電源旁路等效阻抗值可視為由電感器82所支配決定，如此可弱化矽控開關81的負溫度係數所造成的效應。進一步地，根據各電流感測器83所感測各台UPS的電源旁路的總輸出電流值I，可進一步地控制第一不斷電電源供應器901的矽控開關81和/或第二不斷電電源供應器902的矽控開關81的導通角度，如此可達到兩台小功率UPS的電源旁路的均流。

惟，為了克服熱跑脫狀況所加設阻抗值較大的電感，不僅增加元件成本、線路積體，同時亦增加功率耗損，使得不斷電系統的整體效率降低，如此，將有違使用者欲將不斷電系統操作在節能模式達成提高效率的目的。

請參見圖3A所示，其為具有串聯電感之旁路均流電路的電路圖。圖3A與圖2A的主要差異在於前者的旁路均流電路應用於較大功率的UPS。即單一台UPS因功率較大，旁路均流電路80具有兩組矽控開關81與電感器82所串聯的支路結構，以及電流感測器83，並且完整的兩台大功率的UPS並聯應用可參見圖3B所示。

無論是小功率的UPS並聯應用(如圖2B所示)或大功率的UPS並聯應用(如圖3B所示)，每一台UPS的旁路均流電路80皆僅具有一個電流感測器83，用以感測各UPS的電源旁路的總輸出電流值I。換言之，對於大功率的UPS並聯應用而言，無法僅感測矽控開關81與電感器82串聯支路的電流。因此，對於大功率的UPS並聯應用而言，無法僅根據電流感測器83所感測各台UPS的總輸出電流值I，個別地控制所對應的矽控開關81的導通角度，如此無法實現大功率的UPS並聯應用各矽控開關81與電感器82串聯支路之間的均流控制。此外，不僅UPS並聯應用，任何需要旁路轉換的電源系統都有上述問題。

本發明之一目的在於提供一種具均流功能之電源旁路裝置，解決熱跑脫造成電源旁路作用失效、電源系統的整體效率降低以及大功率電源系統無法均流控制的問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的具均流功能之電源旁路裝置包含至少兩旁路開關組與控制單元。至少兩旁路開關組對應地應用於至少兩電源供應器，各旁路開關組包含可控開關、冷卻單元以及溫度偵測單元。可控開關設置於散熱單元上。冷卻單元對應設置於散熱單元，並且根據對冷卻單元的冷卻能力控制，以提供可控開關散熱。溫度偵測單元對應設置於散熱單元，並且偵測可控開關的溫度值，以產生具有溫度值的資訊的溫度偵測信號。控制單元耦接至少兩旁路開關組，並且接收溫度偵測信號。其中，控制單元根據溫度偵測信號，輸出對應至少兩旁路開關組的至少兩開關控制信號與至少兩冷卻單元控制信號，以透過至少兩開關控制信號控制可控開關至少一者的開關導通週期，或透過至少兩冷卻單元控制信號控制冷卻單元至少一者的冷卻能力，使流經可控開關的電流相同。

於一實施例中，可控開關至少一者的開關導通週期為全週期導通。

於一實施例中，可控開關具有負溫度係數特性。

於一實施例中，可控開關為雙向可控矽開關，並且開關控制信號至少一者對應地控制雙向可控矽開關的觸發角，以控制可控開關至少一者的開關導通週期。

於一實施例中，可控開關為兩矽控整流器反向並聯耦接所形成的矽控整流器組，並且開關控制信號至少一者對應地控制矽控整流器組的觸發角，以控制可控開關至少一者的開關導通週期。

於一實施例中，當雙向可控矽開關的開關導通週期減小時，流經雙向可控矽開關的電流減少；當雙向可控矽開關的開關導通週期增大時，流經雙向可控矽開關的電流增加。

於一實施例中，當矽控整流器組的開關導通週期減小時，流經矽控整流器組的電流減少；當矽控整流器組的開關導通角度增大時，流經矽控整流器組的電流增加。

於一實施例中，冷卻單元為風扇單元，並且冷卻單元控制信號控制風扇單元的轉速導通週期。

於一實施例中，當風扇單元的轉速導通週期增大時，風扇單元的冷卻能力增加，可控開關的溫度減低，流經可控開關的電流減少；當風扇單元的轉速導通週期減小時，風扇單元的冷卻能力減小，可控開關的溫度增高，流經可控開關的電流增加。

藉由所提出的具均流功能之電源旁路裝置，能夠防止熱跑脫造成電源旁路作用失效、提高電源系統的整體效率以及實現大功率電源系統的電源旁路均流效果。

本發明之另一目的在於提供一種具均流功能之電源旁路裝置，解決熱跑脫造成電源旁路作用失效、電源系統的整體效率降低以及大功率電源系統無法均流控制問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的具均流功能之電源旁路裝置包含至少兩旁路開關組與控制單元。至少兩旁路開關組對應地應用於至少兩電源供應器，各旁路開關組包含第一可控開關、第二可控開關、冷卻單元以及溫度偵測單元。第一可控開關設置於散熱單元上。第二可控開關設置於散熱單元上，並且並聯耦接第一可控開關。冷卻單元對應設置於散熱單元，並且根據對冷卻單元的冷卻能力控制，以提供第一可控開關與第二可控開關散熱。溫度偵測單元對應設置於散熱單元，並且偵測第一可控開關與第二可控開關的溫度值，以產生具有溫度值的資訊的溫度偵測信號。控制單元耦接至少兩旁路開關組，並且接收溫度偵測信號。其中，控制單元根據溫度偵測信號，輸出對應至少兩旁路開關組的至少兩開關控制信號與至少兩冷卻單元控制信號，以透過至少兩開關控制信號控制第一可控開關與第二可控開關至少一者的開關導通週期，或透過至少兩冷卻單元控制信號控制冷卻單元至少一者的冷卻能力，使流經第一可控開關與第二可控開關的電流相同。

於一實施例中，第一可控開關與第二可控開關至少一者的開關導通週期為全週期導通。

於一實施例中，第一可控開關與第二可控開關具有負溫度係數特性。

於一實施例中，第一可控開關與第二可控開關為雙向可控矽開關，並且開關控制信號至少一者對應地控制雙向可控矽開關的觸發角，以控制第一可控開關與第二可控開關至少一者的開關導通週期。

於一實施例中，第一可控開關與第二可控開關為兩矽控整流器反向並聯耦接所形成的矽控整流器組，並且開關控制信號至少一者對應地控制矽控整流器組的觸發角，以控制第一可控開關與第二可控開關至少一者的開關導通週期。

藉由所提出的具均流功能之電源旁路裝置，能夠防止熱跑脫造成電源旁路作用失效、提高電源系統的整體效率以及實現大功率電源系統的電源旁路均流效果。

本發明之再另一目的在於提供一種均流控制方法，解決熱跑脫造成電源旁路作用失效、電源系統的整體效率降低以及大功率電源系統無法均流控制的問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的均流控制方法應用於至少兩電源供應器的電源旁路裝置，電源旁路裝置包含至少兩旁路開關組與控制單元，各旁路開關組包含設置於散熱單元上的可控開關以及對應設置於散熱單元的冷卻單元與溫度偵測單元，均流控制方法包含：各溫度偵測單元偵測各可控開關的溫度值；各溫度偵測單元產生具有溫度值的資訊的溫度偵測信號；控制單元接收溫度偵測信號；以及控制單元根據溫度偵測信號，輸出對應至少兩旁路開關組的至少兩開關控制信號與至少兩冷卻單元控制信號，以透過至少兩開關控制信號控制可控開關至少一者的開關導通週期，或透過至少兩冷卻單元控制信號控制冷卻單元至少一者的冷卻能力，使流經可控開關的電流相同。

於一實施例中，可控開關至少一者的開關導通週期為全週期導通。

於一實施例中，可控開關具有負溫度係數特性。

藉由所提出的均流控制方法，能夠防止熱跑脫造成電源旁路作用失效、提高電源系統的整體效率以及實現大功率電源系統的電源旁路均流效果。

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。

請參見圖4A所示，其為本發明具均流功能之電源旁路裝置之第一實施例的電路方塊示意圖，其中所述第一實施例為多台小功率的電源供應器並聯應用，並且透過控制旁路開關組(容後說明)的開關導通週期實現電源供應器的均流。以不斷電電源供應器為例，承如圖1所示，具均流功能之電源旁路裝置100(以下簡稱”電源旁路裝置100”)應用於至少兩台(小功率)不斷電電源供應器，以供至少兩台不斷電電源供應器的電源旁路路徑的均流之用。電源旁路裝置100包含至少兩旁路開關組10,20與控制單元30。在本實施例中，以兩旁路開關組，即第一旁路開關組10與第二旁路開關組20為例加以說明。此外，為聚焦於電源旁路裝置100的說明，因此不斷電電源供應器的其他電路將不在圖式中呈現，相關的技術可配合參見圖1、圖2B以及圖3B所示。

第一旁路開關組10包含第一可控開關11與第一溫度偵測單元12。第一溫度偵測單元12對應設置於第一可控開關11，用以偵測第一可控開關11的溫度，即第一溫度值T1，並產生具有第一溫度值T1資訊的第一溫度偵測信號St1。第二旁路開關組20包含第二可控開關21與第二溫度偵測單元22。第二溫度偵測單元22對應設置於第二可控開關21，用以偵測第二可控開關21的溫度，即第二溫度值T2，並產生具有第二溫度值T2資訊的第二溫度偵測信號St2。前述所謂”對應設置”意指可利用溫度偵測單元12,22以耦接、鄰近或共同封裝等任何形式來偵測其所對應的可控開關11,21的溫度，而前述所謂”可控”意指第一可控開關11與第二可控開關21為可透過控制其導通週期，或其他方式進行控制。在本實施例中，第一可控開關11與第二可控開關21可為雙向可控矽開關(triode AC semiconductor switch, TRIAC)、兩矽控整流器(silicon controlled rectifier, SCR)反向並聯耦接所形成的一矽控整流器組或其它半導體開關元件所實現，第一溫度偵測單元12與第二溫度偵測單元22可為熱敏元件所實現，但不以此限制本發明。

在本實施例中，第一可控開關11係設置於第一散熱單元11’上，其中第一散熱單元11’可為散熱鰭片、散熱模組或其他具有散熱功能的元件或裝置，然不以此為限制本發明。因此，第一溫度偵測單元12可透過直接或間接感測第一散熱單元11’的溫度，而得到第一溫度值T1資訊。同樣地，第二可控開關21係設置於第二散熱單元21’上，並且第二溫度偵測單元22可透過直接或間接感測第二散熱單元21’的溫度，而得到第二溫度值T2資訊。

控制單元30可耦接第一溫度偵測單元12與第二溫度偵測單元22，或以通訊的方式分別接收由第一溫度偵測單元12所傳送的第一溫度偵測信號St1以及接收由第二溫度偵測單元22所傳送的第二溫度偵測信號St2，亦即控制單元30根據第一溫度偵測信號St1可獲得第一可控開關11的溫度，以及根據第二溫度偵測信號St2可獲得第二可控開關21的溫度。

控制單元30進一步耦接第一旁路開關組10的第一可控開關11以及第二旁路開關組20的第二可控開關21。控制單元30根據第一溫度偵測信號St1與第二溫度偵測信號St2，輸出對應至少兩旁路開關組的至少兩控制信號，例如輸出第一開關控制信號Sc1與第二開關控制信號Sc2。其中第一開關控制信號Sc1用以控制第一旁路開關組10的第一可控開關11，第二開關控制信號Sc2用以控制第二旁路開關組20的第二可控開關21。在一實施例中，第一開關控制信號Sc1與第二開關控制信號Sc2可用以控制第一可控開關11與第二可控開關21至少一者的導通週期，即第一可控開關11的導通週期可為第一開關控制信號Sc1所控制，而第二可控開關21的導通週期不為第二開關控制信號Sc2所控制；或者，第二可控開關21的導通週期可為第二開關控制信號Sc2所控制，而第一可控開關11的導通週期不為第一開關控制信號Sc1所控制。藉此，控制流經第一可控開關11的第一電流值I1與第二可控開關21的第二電流值I2相同，達成多台(本實施例為兩台)不斷電電源供應器之電源旁路路徑的均流效果。

於此說明，在本實施例中，控制單元30不限定如圖4A所示為僅一個控制器，可應用於本領域人員熟知的不斷電電源系統架構，舉例說明，若第一旁路開關組10與第二旁路開關組20是設置在同一個模組，則可使用一個控制器來實現控制單元30。反之，若第一旁路開關組10與第二旁路開關組20分別位於兩台不斷電電源供應器內，則兩台不斷電電源供應器分別設有一個控制器，可藉由兩控制器相互通訊或分別與外部不斷電電源供應系統的另外一個控制器通訊，藉此實現控制單元30。

請參見圖4B所示，其為本發明具均流功能之電源旁路裝置之第二實施例的電路方塊示意圖，其中所述第二實施例與第一實施例最大的差異在於前者(即第二實施例)係透過控制冷卻單元的冷卻能力實現不斷電電源供應器的均流，其中，冷卻單元可為風扇或水冷馬達系統等，藉由控制風扇的轉速或水冷馬達的轉速來控制冷卻能力。為了方便說明，第二實施的冷卻單元以一風扇單元為例，然不以此為限制，說明如下。

第一旁路開關組10更包含第一風扇單元13。第一風扇單元13對應設置於設有第一可控開關11的第一散熱單元11’，即第一風扇單元13所提供的風流量可涵蓋第一散熱單元11’的範圍，並且根據對第一風扇單元13的轉速控制，以提供第一可控開關11散熱。同樣地，第二旁路開關組20更包含第二風扇單元23。第二風扇單元23對應設置於設有第二可控開關21的第二散熱單元21’，即第二風扇單元23所提供的風流量可涵蓋第二散熱單元21’的範圍，並且根據對第二風扇單元23的轉速控制，以提供第二可控開關21散熱。

具體地，控制單元30根據第一溫度偵測信號St1與第二溫度偵測信號St2，輸出對應兩旁路開關組10,20的第一風扇控制信號Spwm1與第二風扇控制信號Spwm2，以分別控制第一風扇單元13 與第二風扇單元23。在本實施例中，若第一風扇單元13與第二風扇單元23為脈衝寬度調變(pulse width modulation, PWM)型風扇，則第一風扇控制信號Spwm1與第二風扇控制信號Spwm2可為脈衝寬度調變信號，並且透過改變脈衝寬度調變信號的工作週期(duty cycle)控制第一風扇單元13與第二風扇單元23至少一者的轉速導通週期。至於前述可控開關的開關導通週期與風扇單元的轉速導通週期此兩種均流控制，將於後文有詳細的說明。

請參見圖5A所示，其為本發明具均流功能之電源旁路裝置之第三實施例的電路方塊示意圖，其中所述第三實施例為多台大功率的電源供應器並聯應用。以不斷電電源供應器為例，承如圖1所示，具均流功能之電源旁路裝置200(以下簡稱”電源旁路裝置200”)應用於至少兩台(大功率)不斷電電源供應器，以供至少兩台不斷電電源供應器的電源旁路路徑的均流之用。電源旁路裝置200包含至少兩旁路開關組10,20與控制單元30。在本實施例中，係以兩旁路開關組，即第一旁路開關組10與第二旁路開關組20為例加以說明。此外，為聚焦於電源旁路裝置200的說明，因此不斷電電源供應器的其他電路將不在圖式中呈現，相關的技術可配合參見圖1、圖2B以及圖3B所示。

第一旁路開關組10包含第一可控開關111、第二可控開關112以及第一溫度偵測單元12。其中第二可控開關112並聯耦接第一可控開關111。第一溫度偵測單元12對應設置於第一可控開關111與第二可控開關112，並且偵測第一可控開關111與第二可控開關112的第一溫度值T1，以產生具有第一溫度值T1的資訊的第一溫度偵測信號St1。

第二旁路開關組20包含第三可控開關211、第四可控開關212以及第二溫度偵測單元22，其中第四可控開關212並聯耦接第三可控開關211。第二溫度偵測單元22對應設置於第三可控開關211與第四可控開關212，並且偵測第三可控開關211與第四可控開關212的第二溫度值T2，以產生具有第二溫度值T2的資訊的第二溫度偵測信號St2。

在本實施例中，第一可控開關111與第二可控開關112係設置於第一散熱單元11’上，其中第一散熱單元11’可為散熱鰭片、散熱模組或其他具有散熱功能的元件或裝置，然不以此為限制本發明。因此，第一溫度偵測單元12可透過直接或間接感測第一散熱單元11’的溫度，而得到第一溫度值T1。同樣地，第三可控開關211與第四可控開關212係設置於第二散熱單元21’上，並且第二溫度偵測單元22可透過直接或間接感測第二散熱單元21’的溫度，而得到第二溫度值T2。即在本實施例中，第一溫度偵測單元12所偵測到的第一溫度值T1係為第一散熱單元11’的溫度，可視為第一可控開關111與第二可控開關112相同的溫度。同樣地，第二溫度偵測單元22所偵測到的第二溫度值T2係為第二散熱單元21’的溫度，可視為第三可控開關211與第四可控開關212相同的溫度。

在另外的實施例中，亦可將第一可控開關111與第二可控開關112分別設置於不同的兩個散熱單元上，即一個可控開關對應設置於一個散熱單元上，因此，透過具有兩個溫度偵測單元的溫度偵測單元組，分別偵測兩個散熱單元的溫度，並將所偵測到的溫度進行均流控制。同樣地，亦適用第三可控開關211與第四可控開關212分別設置於不同的散熱單元上的溫度偵測與均流控制。再者，其溫度偵測與均流控制皆近似於多個可控開關對應設置於一個散熱單元的溫度偵測與均流控制，因此，可根據後文對圖5A所示的第三實施例的說明類推知悉。

控制單元30可耦接第一溫度偵測單元12與第二溫度偵測單元22，或以通訊的方式分別接收由第一溫度偵測單元12所傳送的第一溫度偵測信號St1以及接收由第二溫度偵測單元22所傳送的第二溫度偵測信號St2，亦即控制單元30根據第一溫度偵測信號St1可獲得第一可控開關111與第二可控開關112的溫度，根據第二溫度偵測信號St2可獲得第三可控開關211與第四可控開關212的溫度。

控制單元30進一步耦接第一旁路開關組10的第一可控開關111與第二可控開關112以及第二旁路開關組20的第三可控開關211與第四可控開關212。控制單元30根據第一溫度偵測信號St1與第二溫度偵測信號St2，輸出對應至少兩旁路開關組的至少兩控制信號，例如輸出第一開關控制信號Sc1與第二開關控制信號Sc2。其中第一開關控制信號Sc1分別用以控制第一旁路開關組10的第一可控開關111與第二可控開關112，第二開關控制信號Sc2分別用以控制第二旁路開關組20的第三可控開關211與第四可控開關212。在一實施例中，第一開關控制信號Sc1與第二開關控制信號Sc2可用以控制第一可控開關111與第二可控開關112以及第三可控開關211與第四可控開關212至少一者的導通週期，即第一可控開關111與第二可控開關112的導通週期可為第一開關控制信號Sc1所控制，而第三可控開關211與第四可控開關212的導通週期不為第二開關控制信號Sc2所控制，即不改變其觸發角；或者，第三可控開關211與第四可控開關212的導通週期可為第二開關控制信號Sc2所控制，而第一可控開關111與第二可控開關112的導通週期不為第一開關控制信號Sc1所控制，即不改變觸發角。藉此，控制流經第一可控開關111的第一電流值I11、流經第二可控開關112的第二電流值I12、流經第三可控開關211的第三電流值I21以及流經第四可控開關212的第四電流值I22皆相同，換言之，能控制各台大功率的不斷電電源供應器的電源旁路的總輸出電流，即第一總電流值I1與第二總電流值I2相同，其中I11=I12=I21=I22=1/2×I1=1/2×I2，達成多台(本實施例為兩台)大功率的不斷電電源供應器之電源旁路路徑的均流效果。

請參見圖5B所示，其為本發明具均流功能之電源旁路裝置之第四實施例的電路方塊示意圖，其中所述第四實施例與第三實施例最大的差異在於前者(即第四實施例)係透過控制冷卻單元的冷卻能力實現不斷電電源供應器的均流，其中，冷卻單元可為風扇或水冷馬達系統等，藉由控制風扇的轉速或水冷馬達的轉速來控制冷卻能力，如藉由控制風扇轉速來增加冷卻能力，或藉由增加水冷馬達轉速來增加流速以增加冷卻能力。為了方便說明，第四實施例的冷卻單元以一風扇單元為例，然不以此為限制，說明如下。

第一旁路開關組10更包含第一風扇單元13。第一風扇單元13對應設置於設有第一可控開關111與第二可控開關112的第一散熱單元11’，即第一風扇單元13所提供的風流量可涵蓋第一散熱單元11’的範圍，並且根據對第一風扇單元13的轉速控制，以提供第一可控開關111與第二可控開關112散熱。同樣地，第二旁路開關組20更包含第二風扇單元23。第二風扇單元23對應設置於設有第三可控開關211與第四可控開關212的第二散熱單元21’，即第二風扇單元23所提供的風流量可涵蓋第二散熱單元21’的範圍，並且根據對第二風扇單元23的轉速控制，以提供第三可控開關211與第四可控開關212散熱。

具體地，控制單元30根據第一溫度偵測信號St1與第二溫度偵測信號St2，輸出對應兩旁路開關組10,20的第一風扇控制信號Spwm1與第二風扇控制信號Spwm2，以分別控制第一風扇單元13 與第二風扇單元23。在本實施例中，若第一風扇單元13與第二風扇單元23為脈衝寬度調變型風扇，則第一風扇控制信號Spwm1與第二風扇控制信號Spwm2可為脈衝寬度調變(pulse width modulation, PWM)信號，並且透過改變脈衝寬度調變信號的工作週期(duty cycle)控制第一風扇單元13與第二風扇單元23至少一者的轉速導通週期。至於前述可控開關的開關導通週期與風扇單元的轉速導通週期此兩種均流控制，將於後文有詳細的說明。

請參見圖6A所示，其為本發明具均流功能之電源旁路裝置之可控開關的開關導通週期回授控制的方塊示意圖，其中溫度回授控制包含限制單元41、控制器單元42、可控開關43以及溫度偵測單元44，構成一閉迴路的負回授控制(closed-loop negative feedback control)。配合圖4A為例，由於兩台小功率的不斷電電源供應器具有兩個可控開關，即第一可控開關11與第二可控開關21，因此對應於圖4A的實施例可具有兩組的溫度回授控制，其中一組的受控對象(control plant)，即可控開關43可為第一可控開關11，另一組的受控對象可為第二可控開關21。同樣地，一組的溫度偵測單元44可為第一溫度偵測單元12，另一組的溫度偵測單元44可為第二溫度偵測單元22。在本實施例中，回授控制方塊可由控制單元30以類比或數位等方式實現。同樣地，亦適用圖5A所示的實施例，在此不再贅述。

此外，由於本實施例用以控制第一可控開關11與第二可控開關21至少一者的導通週期，因此，溫度回授控制包含限制單元41，或稱限幅器，可用以限制調整第一可控開關11與第二可控開關21的其中一者，以下將更詳細說明其控制原理。

在所述溫度控制中，可將第一可控開關11的第一溫度值T1與第二可控開關21的第二溫度值T2的平均值設定為溫度參考值Tref，即Tref=1/2(T1+T2)，然不以此為限制，亦可使用不同權重(Weight)來產生溫度參考值。第一溫度偵測單元12偵測的第一溫度值T1設定為溫度回授值Tfb，即Tfb=T1。

配合參見圖7，其為本發明可控開關之開關導通週期控制的示意圖。當溫度回授值Tfb大於溫度參考值Tref時，此處以平均值設定為溫度參考值Tref為例說明，即T1＞1/2(T1+T2)，溫度參考值Tref與溫度回授值Tfb的差值，即溫度誤差值Terr為負值，控制器單元42控制減小第一可控開關11的開關導通週期，例如控制第一可控開關11的觸發角(如圖7所示的角度α)以減小開關導通週期，使得流經第一可控開關11的第一電流值I1減少。當第一電流值I1減少，則第一可控開關11的第一溫度值T1(即溫度回授值Tfb)減小。此處控制器單元42可利用本領域人員熟知的任何控制法則，如比例-積分控制器(Proportional-Integral controller)或模糊控制(Fuzzy control)等。

當溫度回授值Tfb小於或等於溫度參考值Tref時，即T1＜=1/2(T1+T2)，溫度誤差值Terr為正值或零，控制器單元42不輸出控制量去改變第一可控開關11的觸發角。

綜上說明，經由閉迴路的負回授控制，可控制溫度誤差值Terr為零，即溫度回授值Tfb等於溫度參考值Tref，藉此，使得流經第一可控開關11的第一電流值I1與第二可控開關21的第二電流值I2相同(配合參見圖4A所示)，而達到多台(本實施例為兩台)不斷電電源供應器之電源旁路裝置100的均流控制。

承前所述，限制單元41用以限制調整第一可控開關11與第二可控開關21的其中一者。在本實施例中，限制單元41可為一個簡單的限幅器，當溫度誤差值Terr為正值時皆輸出零，換言之，僅當溫度誤差值Terr為負值時才調整開關導通週期。舉例來說，當第一可控開關11的第一溫度值T1大於溫度參考值Tref時，即T1＞1/2(T1+T2)，溫度參考值Tref與溫度回授值Tfb的差值，即溫度誤差值Terr為負值，控制器單元42控制減小第一可控開關11的開關導通週期，例如控制第一可控開關11的觸發角(如圖7所示的角度α)以減小開關導通週期，使得流經第一可控開關11的第一電流值I1減少。相對地，第二可控開關21的第二溫度值T2會小於溫度參考值Tref，即T2＜1/2(T1+T2)，此時溫度誤差值Terr為正值，因此限制單元41輸出為零，控制器單元42不調整第二可控開關21的開關導通週期，即維持全週期導通。因此，綜上說明，限制單元41用以限制第一可控開關11與第二可控開關21至少一者為全週期導通以提供至少一個旁路路徑。

此外，上述可控開關之開關導通週期的控制，亦適用於四個可控開關分別設置於四個不同散熱單元上，而使用對應四個溫度偵測單元的狀況，其差別在於對應於四個溫度偵測單元所偵測到的溫度值(即第一可控開關111的第一溫度值T1、第二可控開關112的第二溫度值T2、第三可控開關211的第三溫度值T3以及第四可控開關212的第四溫度值T4)，可提供四組的溫度回授控制，對應控制四個可控開關，即第一可控開關111、第二可控開關112、第三可控開關211以及第四可控開關212。

與前述圖4A兩台小功率的不斷電電源供應器的控制相似，差異在於所述溫度控制中，可將第一可控開關111的第一溫度值T1、第二可控開關112的第二溫度值T2、第三可控開關211的第三溫度值T3以及第四可控開關212的第四溫度值T4的平均值設定為溫度參考值Tref，即Tref=1/4(T1+T2+T3+T4)，然不以此為限制，亦可使用不同權重來產生溫度參考值。相應於四個可控開關，使用四組的溫度回授控制，對第一可控開關111的溫度回授控制而言，將第一溫度值T1設定為溫度回授值Tfb，即Tfb=T1，溫度參考值Tref與溫度回授值Tfb的差值用以調整第一可控開關111的開關導通週期；對第三可控開關211的溫度回授控制而言，將第三溫度值T3設定為溫度回授值Tfb，即Tfb=T3，溫度參考值Tref與溫度回授值Tfb的差值用以調整第三可控開關211的開關導通週期；其餘第二可控開關112與第四可控開關212為相同控制原理不再贅述。因此，在本實施例中，不僅可實現單一台大功率的不斷電電源供應器之電源旁路路徑的均流效果，即第一電流值I11與第二電流值I12相同，第三電流值I21與第四電流值I22，亦可控制第一電流值I11、第二電流值I12、第三電流值I21以及第四電流值I22各個支路的電流值完全相同。換言之，亦能控制各台大功率的不斷電電源供應器的電源旁路的總輸出電流，即第一總電流值I1與第二總電流值I2相同，達成多台(本實施例為兩台)不斷電電源供應器之電源旁路路徑的均流效果。

請參見圖6B所示，其為本發明具均流功能之電源旁路裝置之風扇單元的轉速回授控制的方塊示意圖。有別於圖6A所示對可控開關的開關導通週期回授控制，圖6B係為對風扇單元的轉速回授控制。在本發明中，此兩種均流的控制係為擇一的方式進行，亦即當選擇以風扇單元的轉速作為均流控制，則不執行以可控開關的開關導通週期的控制，反之亦然。

相似於圖6A所示對可控開關的開關導通週期回授控制，在圖6B中的受控對象係為風扇單元43’。 配合圖4B為例，由於兩台小功率的不斷電電源供應器具有兩個可控開關，即第一可控開關11與第二可控開關21，因此對應於圖4A的實施例可具有兩組的溫度回授控制。

配合圖4B所示，以不使用限制單元41而對兩風扇單元的轉速同時控制為例，當控制單元30根據第一溫度偵測信號St1與第二溫度偵測信號St2得知第一可控開關11的第一溫度值T1較第二可控開關21的第二溫度值T2溫度為高時，則控制單元30可控制所輸出的第一風扇控制信號Spwm1的脈衝寬度調變信號的工作週期增加，並且控制所輸出的第二風扇控制信號Spwm2的脈衝寬度調變信號的工作週期減少，以提高第一風扇單元13的轉速，並且降低第二風扇單元23的轉速，如此使第一溫度值T1降低，而對應地提高第二溫度值T2，經由回授控制後可使第一溫度值T1與第二溫度值T2相同，藉此，控制流經第一可控開關11的第一電流值I1與第二可控開關21的第二電流值I2相同，達成多台(本實施例為兩台)不斷電電源供應器之電源旁路路徑的均流效果。在上述的控制過程中，控制單元30所輸出控制第一可控開關11的第一開關控制信號Sc1與控制第二可控開關21的第二開關控制信號Sc2則皆為全週期導通，即觸發角α為零度。

此外，可透過限制單元41，或稱限幅器，用以控制第一風扇單元13與第二風扇單元23至少一者的導通週期，由於限制單元41的原理與操作在前述圖6A的說明中已有詳細揭露，因此在此不再贅述。當控制單元30得知第一可控開關11的第一溫度值T1較第二可控開關21的第二溫度值T2溫度為高時，可透過限制單元41的設計，使得控制單元30僅控制所輸出的第一風扇控制信號Spwm1的脈衝寬度調變信號的工作週期增加，以增大第一風扇單元13的轉速(此時，第二風扇單元23的轉速維持不變)，使第一溫度值T1降低；或者，控制單元30僅控制所輸出的第二風扇控制信號Spwm2的脈衝寬度調變信號的工作週期減少，以減小第二風扇單元23的轉速(此時，第一風扇單元13的轉速維持不變)，使第二溫度值T2增加，經由回授控制後可使第一溫度值T1與第二溫度值T2相同，藉此，同樣能夠控制流經第一可控開關11的第一電流值I1與第二可控開關21的第二電流值I2相同，達成多台(本實施例為兩台)不斷電電源供應器之電源旁路路徑的均流效果。

圖6B係為對風扇單元轉速回授控制的方塊示意圖，然不以此為限制，以本實施例兩台為例，亦可簡單的藉由判斷第一溫度值T1與第二溫度值T2的大小來調整相應的風扇轉速，本領域人員應可理解任何可達成溫度相同的控制方法皆可應用。而風扇控制信號也不限定為脈衝寬度調變信號，若風扇轉速為電壓調控型，則風扇控制信號為電壓控制信號，本領域人員應可理解不同的風扇有不同的轉速控制信號。

請參見圖8所示，其為本發明均流控制方法的流程圖。均流控制方法應用於至少兩台電源供應器的電源旁路裝置。電源旁路裝置包含至少兩旁路開關組與控制單元，各旁路開關組包含可控開關與溫度偵測單元。其中可控開關具有負溫度係數特性，舉例來說，可控開關可為雙向可控矽開關(TRIAC)，並且至少一控制信號控制雙向可控矽開關的觸發角，以改變可控開關至少一者的導通週期，然不以此為限制。此外，可控開關亦可為兩矽控整流器反向並聯耦接所形成的矽控整流器組，並且至少一控制信號控制矽控整流器組的觸發角，以改變可控開關至少一者的導通週期。

所述均流控制方法包含以下的步驟：首先，各溫度偵測單元偵測各可控開關的溫度值(S11)。各溫度偵測單元包含第一溫度偵測單元與第二溫度偵測單元，用以即時地量測出第一可控開關與第二可控開關的溫度值。其中，各可控開關可設置於相應的散熱單元上。再者，電源旁路裝置更包含冷卻單元，係對應設置於散熱單元，即第一可控開關對應第一冷卻單元，第二可控開關對應第二冷卻單元，並且根據對第一冷卻單元與第二冷卻單元的冷卻能力控制，以提供第一可控開關與第二可控開關的散熱。

然後，各溫度偵測單元產生具有溫度值資訊的溫度偵測信號(S12)，以及控制單元接收溫度偵測信號(S13)。亦即控制單元根據溫度偵測信號可獲得第一可控開關的溫度與第二可控開關的溫度。

最後，控制單元根據溫度偵測信號，輸出至少兩開關控制信號與至少兩冷卻單元控制信號，以控制第一可控開關與第二可控開關至少一者的開關導通週期，或控制第一冷卻單元與第二冷卻單元至少一者的冷卻能力，使流經第一可控開關與第二可控開關的電流相同(S14)。換言之，控制單元可對兩種均流的控制方式，即對可控開關的開關導通週期回授控制與對冷卻單元的冷卻能力控制擇一使用。對可控開關的開關導通週期回授控制來說，控制單元係根據控制可控開關的導通角度減小，使流經可控開關的電流減少，藉此，控制流經第一可控開關的電流值與第二可控開關的電流值相同，達成電源供應器之電源旁路路徑的均流效果。對冷卻單元的冷卻能力控制來說，控制單元係根據控制冷卻單元的冷卻能力增加，使流經可控開關的電流減少，或者控制冷卻單元的冷卻能力減小，使流經可控開關的電流增加，藉此，控制流經第一可控開關的電流值與第二可控開關的電流值相同，同樣可達成電源供應器之電源旁路路徑的均流效果。

綜上所述，本發明具有以下之特徵與優點：

1、藉由所提出的具均流功能之電源旁路裝置與均流控制方法，能夠防止熱跑脫造成電源旁路作用失效、提高電源系統的整體效率以及實現大功率電源系統的電源旁路均流效果。

2、兼具可控開關的開關導通週期與冷卻單元的冷卻能力的均流控制機制，可更為彈性地因應實際的操作需求，選用合適的均流控制方式。

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。

100‧‧‧具均流功能之電源旁路裝置

200‧‧‧具均流功能之電源旁路裝置

10‧‧‧第一旁路開關組

20‧‧‧第二旁路開關組

30‧‧‧控制單元

11‧‧‧第一可控開關

21‧‧‧第二可控開關

111‧‧‧第一可控開關

112‧‧‧第二可控開關

211‧‧‧第三可控開關

212‧‧‧第四可控開關

11’‧‧‧第一散熱單元

21’‧‧‧第二散熱單元

12‧‧‧第一溫度偵測單元

22‧‧‧第二溫度偵測單元

T1‧‧‧第一溫度值

T2‧‧‧第二溫度值

T3‧‧‧第三溫度值

T4‧‧‧第四溫度值

St1‧‧‧第一溫度偵測信號

St2‧‧‧第二溫度偵測信號

St3‧‧‧第三溫度偵測信號

St4‧‧‧第四溫度偵測信號

Sc1‧‧‧第一開關控制信號

Sc2‧‧‧第二開關控制信號

Sc3‧‧‧第三開關控制信號

Sc4‧‧‧第四開關控制信號

Spwm1‧‧‧第一風扇控制信號

Spwm2‧‧‧第二風扇控制信號

I1‧‧‧第一總電流值

I2‧‧‧第二總電流值

I11‧‧‧第一電流值

I12‧‧‧第二電流值

I21‧‧‧第三電流值

I22‧‧‧第四電流值

41‧‧‧限制單元

42‧‧‧控制器單元

43‧‧‧可控開關

44‧‧‧溫度偵測單元

43’‧‧‧風扇單元

Tref‧‧‧溫度參考值

Tfb‧‧‧溫度回授值

Terr‧‧‧溫度誤差值

α‧‧‧觸發角

80‧‧‧旁路均流電路

81‧‧‧矽控開關

82‧‧‧電感器

83‧‧‧電流感測器

901‧‧‧第一不斷電電源供應器

902‧‧‧第二不斷電電源供應器

91‧‧‧交流對直流轉換電路

92‧‧‧直流對交流轉換電路

93‧‧‧電池單元

Vin‧‧‧交流輸入電源

Vout‧‧‧交流輸出電源

Vdc‧‧‧直流電壓

I‧‧‧總輸出電流值

S11~S14‧‧‧步驟

圖1：為相關技術具有旁路均流電路的不斷電系統的電路方塊圖。

圖2A：為相關技術具有串聯電感之旁路均流電路的電路圖。

圖2B：為圖2A的具有串聯電感之旁路均流電路應用於小功率不斷電系統的電路方塊圖。

圖3A：為相關技術具有串聯電感之旁路均流電路的電路圖。

圖3B：為圖3A的具有串聯電感之旁路均流電路應用於大功率不斷電系統的電路方塊圖。

圖4A：為本發明具均流功能之電源旁路裝置之第一實施例的電路方塊示意圖。

圖4B：為本發明具均流功能之電源旁路裝置之第二實施例的電路方塊示意圖。

圖5A：為本發明具均流功能之電源旁路裝置之第三實施例的電路方塊示意圖。

圖5B：為本發明具均流功能之電源旁路裝置之第四實施例的電路方塊示意圖。

圖6A：為本發明具均流功能之電源旁路裝置之可控開關的開關導通週期回授控制的方塊示意圖。

圖6B：為本發明具均流功能之電源旁路裝置之風扇單元的轉速回授控制的方塊示意圖。

圖7：為本發明可控開關之開關導通週期控制的示意圖。

圖8：為本發明均流控制方法的流程圖。

Claims (17)

1. 一種具均流功能之電源旁路裝置，包含： 至少兩旁路開關組，對應地應用於至少兩電源供應器，各該旁路開關組包含： 一可控開關，設置於一散熱單元上； 一冷卻單元，對應設置於該散熱單元，並且根據對該冷卻單元的冷卻能力控制，以提供該可控開關散熱；及 一溫度偵測單元，對應設置於該散熱單元，並且偵測該可控開關的一溫度值，以產生具有該溫度值的資訊的一溫度偵測信號；及 一控制單元，耦接該至少兩旁路開關組，並且接收該等溫度偵測信號； 其中，該控制單元根據該等溫度偵測信號，輸出對應該至少兩旁路開關組的至少兩開關控制信號與至少兩冷卻單元控制信號，以透過該至少兩開關控制信號控制該等可控開關至少一者的開關導通週期，或透過該至少兩冷卻單元控制信號控制該等冷卻單元至少一者的冷卻能力，使流經該等可控開關的電流相同。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具均流功能之電源旁路裝置，其中該等可控開關至少一者的開關導通週期為全週期導通。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具均流功能之電源旁路裝置，其中該等可控開關具有負溫度係數特性。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具均流功能之電源旁路裝置，其中各該可控開關為一雙向可控矽開關，並且該等開關控制信號至少一者對應地控制該雙向可控矽開關的觸發角，以控制該等可控開關至少一者的開關導通週期。
5. 如申請專利範圍第3項所述之具均流功能之電源旁路裝置，其中各該可控開關為兩矽控整流器反向並聯耦接所形成的一矽控整流器組，並且該等開關控制信號至少一者對應地控制該矽控整流器組的觸發角，以控制該等可控開關至少一者的開關導通週期。
6. 如申請專利範圍第4項所述之具均流功能之電源旁路裝置，其中當該雙向可控矽開關的開關導通週期減小時，流經該雙向可控矽開關的電流減少；當該雙向可控矽開關的開關導通週期增大時，流經該雙向可控矽開關的電流增加。
7. 如申請專利範圍第5項所述之具均流功能之電源旁路裝置，其中當該矽控整流器組的開關導通週期減小時，流經該矽控整流器組的電流減少；當該矽控整流器組的開關導通週期增大時，流經該矽控整流器組的電流增加。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具均流功能之電源旁路裝置，其中該冷卻單元為一風扇單元，並且該冷卻單元控制信號控制該風扇單元的一轉速導通週期。
9. 如申請專利範圍第8項所述之具均流功能之電源旁路裝置，其中當該風扇單元的該轉速導通週期增大時，該風扇單元的冷卻能力增加，該可控開關的溫度減低，流經該可控開關的電流減少；當該風扇單元的該轉速導通週期減小時，該風扇單元的冷卻能力減小，該可控開關的溫度增高，流經該可控開關的電流增加。
10. 一種具均流功能之電源旁路裝置，包含： 至少兩旁路開關組，對應地應用於至少兩電源供應器，各該旁路開關組包含： 一第一可控開關，設置於一散熱單元上； 一第二可控開關，設置於該散熱單元上，並且並聯耦接該第一可控開關； 一冷卻單元，對應設置於該散熱單元，並且根據對該冷卻單元的冷卻能力控制，以提供該第一可控開關與該第二可控開關散熱；及 一溫度偵測單元，對應設置於該散熱單元，並且偵測該第一可控開關與該第二可控開關的一溫度值，以產生具有該溫度值的資訊的一溫度偵測信號；及 一控制單元，耦接該至少兩旁路開關組，並且接收該等溫度偵測信號； 其中，該控制單元根據該等溫度偵測信號，輸出對應該至少兩旁路開關組的至少兩開關控制信號與至少兩冷卻單元控制信號，以透過該至少兩開關控制信號控制該等第一可控開關與該等第二可控開關至少一者的開關導通週期，或透過該至少兩冷卻單元控制信號控制該等冷卻單元至少一者的冷卻能力，使流經該等第一可控開關與該等第二可控開關的電流相同。
11. 如申請專利範圍第10項所述之具均流功能之電源旁路裝置，其中該等第一可控開關與該等第二可控開關至少一者的開關導通週期為全週期導通。
12. 如申請專利範圍第11項所述之具均流功能之電源旁路裝置，其中該等第一可控開關與該等第二可控開關具有負溫度係數特性。
13. 如申請專利範圍第12項所述之具均流功能之電源旁路裝置，其中各該第一可控開關與該第二可控開關為一雙向可控矽開關，並且該等開關控制信號至少一者對應地控制該雙向可控矽開關的觸發角，以控制該等第一可控開關與該等第二可控開關至少一者的開關導通週期。
14. 如申請專利範圍第12項所述之具均流功能之電源旁路裝置，其中各該第一可控開關與該第二可控開關為兩矽控整流器反向並聯耦接所形成的一矽控整流器組，並且該等開關控制信號至少一者對應地控制該矽控整流器組的觸發角，以控制該等第一可控開關與該等第二可控開關至少一者的開關導通週期。
15. 一種均流控制方法，應用於至少兩電源供應器的一電源旁路裝置，該電源旁路裝置包含至少兩旁路開關組與一控制單元，各該旁路開關組包含設置於一散熱單元上的一可控開關以及對應設置於該散熱單元的一冷卻單元與一溫度偵測單元，該均流控制方法包含： 各該溫度偵測單元偵測各該可控開關的溫度值； 各該溫度偵測單元產生具有該溫度值的資訊的一溫度偵測信號； 該控制單元接收該等溫度偵測信號；及 該控制單元根據該等溫度偵測信號，輸出對應該至少兩旁路開關組的至少兩開關控制信號與至少兩冷卻單元控制信號，以透過該至少兩開關控制信號控制該等可控開關至少一者的開關導通週期，或透過該至少兩冷卻單元控制信號控制該等冷卻單元至少一者的冷卻能力，使流經該等可控開關的電流相同。
16. 如申請專利範圍第15項所述之均流控制方法，其中該等可控開關至少一者的開關導通週期為全週期導通。
17. 如申請專利範圍第16項所述之均流控制方法，其中該等可控開關具有負溫度係數特性。