TW202135444A - 功率因數校正電路之操作方法與不斷電電源供應裝置之操作方法 - Google Patents

功率因數校正電路之操作方法與不斷電電源供應裝置之操作方法 Download PDF

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Abstract

本發明提出一種不斷電電源供應裝置的功率因數校正電路之操作方法。功率因數校正電路包含兩個T型轉換器，每個T型轉換器包含四個開關。所述操作方法包括：當不斷電電源供應裝置操作於正常供電模式時，將交流輸入電壓轉換為橫跨在第一電容的正匯流排電壓與橫跨在第二電容的負匯流排電壓，其中第二電容串聯耦接於第一電容；及當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，控制所述兩個T型轉換器的所述多個開關的導通狀態以平衡正匯流排電壓與負匯流排電壓。

Description

功率因數校正電路之操作方法與不斷電電源供應裝置之操作方法
本發明是關於一種不斷電電源供應(uninterruptible power supply，UPS)裝置的功率因數校正(power factor correction，PFC)電路之操作方法，且特別是關於一種功率因數校正電路之操作方法與不斷電電源供應裝置之操作方法。
習知的不斷電電源供應產品採用分離匯流排拓樸架構(split bus topology)，其連接有一單一電池組(battery pack)。當操作於電池供電模式時，僅藉由直流轉直流轉換電路來保持正匯流排電壓與負電流排電壓之間的平衡有其限制。為了保持正匯流排電壓與負電流排電壓之間的平衡，通常會藉由加入平衡電路來保持正匯流排電壓與負電流排電壓之間的平衡。然而，這個額外的平衡電路不僅增加成本也增加電路的複雜性。
本發明之目的在於提出一種不斷電電源供應裝置的功率因數校正電路之操作方法。功率因數校正電路包含兩個T型轉換器，每個T型轉換器包含四個開關。所述操作方法包括：當不斷電電源供應裝置操作於正常供電模式時，將交流輸入電壓轉換為橫跨在第一電容的正匯流排電壓與橫跨在第二電容的負匯流排電壓，其中第二電容串聯耦接於第一電容；及當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，控制所述兩個T型轉換器的所述多個開關的導通狀態以平衡正匯流排電壓與負匯流排電壓。
在一些實施例中，所述多個T型轉換器的第一T型轉換器包含彼此串聯耦接之第一開關與第二開關，其中第一開關與第二開關串聯後的電路係並聯於第一電容與第二電容串聯後的電路，其中第一T型轉換器還包含彼此串聯耦接之第三開關與第四開關，其中第三開關與第四開關串聯後的電路係位於第一電感與中點之間，其中中點係位於第一電容與第二電容之間，其中所述操作方法更包括：當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，關斷第一開關與第二開關且導通第三開關與第四開關。
在一些實施例中，上述不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式的持續時間包含第一持續時間與第二持續時間，其中所述操作方法更包括：當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，調整第一持續時間與第二持續時間以平衡正匯流排電壓與負匯流排電壓。
在一些實施例中，上述多個T型轉換器的第二T型轉換器包含彼此串聯耦接之第五開關與第六開關，其中第五開關與第六開關串聯後的電路係並聯於第一電容與第二電容串聯後的電路，其中第二T型轉換器還包含彼此串聯耦接之第七開關與第八開關，其中第七開關與第八開關串聯後的電路係位於中點與第二電感之間，其中所述操作方法更包括：當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，於第一持續時間，導通第五開關且關斷第六開關與第七開關。
在一些實施例中，所述操作方法更包括：當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，於第二持續時間，關斷第五開關與第八開關且導通第六開關。
在一些實施例中，所述操作方法更包括：當正匯流排電壓大於負匯流排電壓時，增加第一持續時間。
在一些實施例中，所述操作方法更包括：當正匯流排電壓小於負匯流排電壓時，增加第二持續時間。
本發明之目的在於另提出一種不斷電電源供應裝置之操作方法。不斷電電源供應裝置包含功率因數校正電路、直流轉直流轉換電路與逆變器電路。逆變器電路耦接至功率因數校正電路與直流轉直流轉換電路。功率因數校正電路包含兩個T型轉換器，每個T型轉換器包含四個開關。所述操作方法包括：當不斷電電源供應裝置操作於正常供電模式時，藉由功率因數校正電路將交流輸入電壓轉換為橫跨在第一電容的正匯流排電壓與橫跨在第二電容的負匯流排電壓，其中第二電容串聯耦接於第一電容，且藉由逆變器電路將正匯流排電壓與負匯流排電壓轉換為交流輸出電壓；當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，藉由直流轉直流轉換電路將直流輸入電壓轉換為正匯流排電壓與負匯流排電壓，且藉由逆變器電路將正匯流排電壓與負匯流排電壓轉換為交流輸出電壓；及當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，控制所述兩個T型轉換器的所述多個開關的導通狀態以平衡正匯流排電壓與負匯流排電壓。
在一些實施例中，所述多個T型轉換器的第一T型轉換器包含彼此串聯耦接之第一開關與第二開關，其中第一開關與第二開關串聯後的電路係並聯於第一電容與第二電容串聯後的電路，其中第一T型轉換器還包含彼此串聯耦接之第三開關與第四開關，其中第三開關與第四開關串聯後的電路係位於第一電感與中點之間，其中中點係位於第一電容與第二電容之間，其中所述操作方法更包括：當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，關斷第一開關與第二開關且導通第三開關與第四開關。
在一些實施例中，上述不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式的持續時間包含第一持續時間與第二持續時間，其中所述操作方法更包括：當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，調整第一持續時間與第二持續時間以平衡正匯流排電壓與負匯流排電壓。
在一些實施例中，上述多個T型轉換器的第二T型轉換器包含彼此串聯耦接之第五開關與第六開關，其中第五開關與第六開關串聯後的電路係並聯於第一電容與第二電容串聯後的電路，其中第二T型轉換器還包含彼此串聯耦接之第七開關與第八開關，其中第七開關與第八開關串聯後的電路係位於中點與第二電感之間，其中所述操作方法更包括：當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，於第一持續時間，導通第五開關且關斷第六開關與第七開關。
在一些實施例中，所述操作方法更包括：當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，於第二持續時間，關斷第五開關與第八開關且導通第六開關。
在一些實施例中，所述操作方法更包括：當正匯流排電壓大於負匯流排電壓時，增加第一持續時間。
在一些實施例中，所述操作方法更包括：當正匯流排電壓小於負匯流排電壓時，增加第二持續時間。
在一些實施例中，上述功率因數校正電路更包括繼電器，其中繼電器耦接於用以供應交流輸入電壓的交流電源供應器與第一電感及第二電感之間，其中所述操作方法更包括：當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，關斷繼電器。
在一些實施例中，上述不斷電電源供應裝置更包括平衡電路，其中平衡電路耦接至功率因數校正電路、直流轉直流轉換電路與逆變器電路，其中所述操作方法更包括：於關斷繼電器的轉變時間，藉由平衡電路來平衡正匯流排電壓與負匯流排電壓。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下仔細討論本發明的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論、揭示之實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。關於本文中所使用之『第一』、『第二』、…等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。
圖1係根據本發明的實施例之不斷電電源供應(uninterruptible power supply，UPS)裝置100的電路圖。圖1所示出的不斷電電源供應裝置100為三相不斷電電源供應裝置。不斷電電源供應裝置100包含功率因數校正(power factor correction，PFC)電路110、直流轉直流轉換電路120、逆變器(inverter)電路130與平衡電路140。逆變器電路130耦接至功率因數校正電路110與直流轉直流轉換電路120。平衡電路140耦接至功率因數校正電路110、直流轉直流轉換電路120與逆變器電路130。
當交流電源供應器10正常運作時，不斷電電源供應裝置100操作於正常供電模式，使得功率因數校正電路110將交流輸入電壓(即，如圖1所示之交流電源供應器10所供應的三相交流輸入電壓Lin_A、Lin_B、Lin_C)轉換為橫跨在第一電容C1的正匯流排電壓V1(即，第一端點VDC+與中點N之間的電壓差)與橫跨在第二電容C2的負匯流排電壓V2(即，中點N與第二端點VDC-之間的電壓差)，其中第二電容C2串聯耦接於第一電容C1，且接著逆變器電路130將正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2轉換為交流輸出電壓(即，如圖1所示之三相交流輸出電壓Lo_A、Lo_B、Lo_C)，並將交流輸出電壓傳輸給負載30。
當交流電源供應器10異常時，不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式，使得直流轉直流轉換電路120將直流輸入電壓(即，如圖1所示之電池20所供電之直流端點BAT+與BAT-之間的電壓差)轉換為正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2，且接著逆變器電路130將正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2轉換為交流輸出電壓，並將交流輸出電壓傳輸給負載30。
當習知的不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，習知的不斷電電源供應裝置需要額外的平衡電路來平衡正匯流排電壓與負匯流排電壓。然而，習知的不斷電電源供應裝置的額外的平衡電路不僅增加成本也增加電路的複雜性。有鑑於此，本發明的目的在於當不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式時，利用功率因數校正電路110來平衡正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2。
圖2係根據本發明的實施例之不斷電電源供應裝置100的功率因數校正電路110的電路圖。功率因數校正電路110包含第一T型轉換器與第二T型轉換器。第一T型轉換器由四個開關Q1、Q2、Q3與Q4所組成，第二T型轉換器由四個開關Q5、Q6、Q7與Q8所組成。應注意的是，圖2所示出的功率因數校正電路110為單相電路，且圖2所示出的功率因數校正電路110的輸入訊號為單相交流輸入電壓Lin_A。三相功率因數校正電路將於之後的圖5示出。
T型轉換器的開關可包含金氧半場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field effect transistor，MOSFET)、氮化鎵(gallium nitride，GaN)或雙極性電晶體(bipolar transistor，BJT)，但本發明不限於此。在本發明的一些實施例中，開關Q1-Q8之每一者包含絕緣柵雙極電晶體(insulated gate bipolar transistor，IGBT)。如圖2所示，開關Q1包含彼此並聯耦接之開關元件T1與二極體D1，二極體D1用以於開關元件T1關斷時提供續流電流路徑(freewheeling current path)。相似地，開關Q2包含彼此並聯耦接之開關元件T2與二極體D2，開關Q3包含彼此並聯耦接之開關元件T3與二極體D3，開關Q4包含彼此並聯耦接之開關元件T4與二極體D4，開關Q5包含彼此並聯耦接之開關元件T5與二極體D5，開關Q6包含彼此並聯耦接之開關元件T6與二極體D6，開關Q7包含彼此並聯耦接之開關元件T7與二極體D7，開關Q8包含彼此並聯耦接之開關元件T8與二極體D8，
關於第一T型轉換器，如圖2所示，開關Q1串聯耦接於開關Q2，開關Q1耦接於第一電容C1的第一端點VDC+與第一電感L1之間，其中第一電感L1耦接至交流電源供應器10；開關Q2耦接於第一電感L1與第二電容C2的第二端點VDC-之間。換言之，開關Q1與開關Q2串聯後的電路係並聯於第一電容C1與第二電容C2串聯後的電路。
關於第一T型轉換器，如圖2所示，開關Q3反向串聯耦接於開關Q4(即開關Q3與開關Q4串聯且相互反向排列、反向配置)，開關Q3耦接於第一電感L1與開關Q4之間，且開關Q4耦接於開關Q3與中點N之間，其中中點N位於第一電容C1與第二電容C2之間。中點N與中性線(neutral line)NL具有相同的電位。
關於第二T型轉換器，如圖2所示，開關Q5串聯耦接於開關Q6，開關Q5耦接於第一電容C1的第一端點VDC+與第二電感L2之間，其中第二電感L2耦接至交流電源供應器10；開關Q6耦接於第二電感L2與第二電容C2的第二端點VDC-之間。換言之，開關Q5與開關Q6串聯後的電路係並聯於第一電容C1與第二電容C2串聯後的電路。
關於第二T型轉換器，如圖2所示，開關Q7反向串聯耦接於開關Q8(即開關Q7與開關Q8串聯且相互反向排列、反向配置)，開關Q7耦接於第二電感L2與開關Q8之間，且開關Q8耦接於開關Q7與中點N之間，其中中點N位於第一電容C1與第二電容C2之間。
當不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式時，藉由控制開關Q1-Q8的導通狀態以利用功率因數校正電路110來平衡正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2。本文中所述之正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2之間的平衡乃是指正匯流排電壓V1接近於負匯流排電壓V2或甚至是正匯流排電壓V1相等於負匯流排電壓V2。
在本發明的一些實施例中，當不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式時，功率因數校正電路110關斷開關元件T1與開關元件T2且導通開關元件T3與開關元件T4。應注意的是，功率因數校正電路110透過分別施加控制訊號至開關元件T1-T4以控制開關元件T1-T4的導通狀態。圖3係根據本發明的實施例之當不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式時，功率因數校正電路110的等效電路圖。如圖3所示的等效電路用以於不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式時平衡正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2。
在本發明的一些實施例中，當不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式時，操作如圖3所示之等效電路的持續時間包含第一持續時間與第二持續時間。於第一持續時間，控制如圖3所示之等效電路以導通開關元件T5且關斷開關元件T6與開關元件T7，其中開關元件T8可為導通或關斷。於第二持續時間，控制如圖3所示之等效電路以關斷開關元件T5與開關元件T8且導通開關元件T6，其中開關元件T7可為導通或關斷。應注意的是，功率因數校正電路110透過分別施加控制訊號至開關元件T5-T8以控制開關元件T5-T8的導通狀態。
在本發明的第一實施例中，當正匯流排電壓V1大於負匯流排電壓V2，則控制以使第一持續時間增加。圖4a係根據本發明的第一實施例之當不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式時，於第一持續時間，功率因數校正電路110的等效電路圖。如圖4a所示，第一電容C1將能量釋放，使得第一電感L1與第二電感L2儲存由第一電容C1所釋放的能量，因此，正匯流排電壓V1減少。圖4b係根據本發明的第一實施例之當不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式時，於第二持續時間，功率因數校正電路110的等效電路圖。如圖4b所示，第一電感L1與第二電感L2將能量釋放，使得第二電容C2儲存由第一電感L1與第二電感L2所釋放的能量，因此，負匯流排電壓V2增加。
在本發明的第二實施例中，當正匯流排電壓V1小於負匯流排電壓V2，則控制以使第二持續時間增加。圖4c係根據本發明的第二實施例之當不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式時，於第二持續時間，功率因數校正電路110的等效電路圖。如圖4c所示，第二電容C2將能量釋放，使得第一電感L1與第二電感L2儲存由第二電容C2所釋放的能量，因此，負匯流排電壓V2減少。圖4d係根據本發明的第二實施例之當不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式時，於第一持續時間，功率因數校正電路110的等效電路圖。如圖4d所示，第一電感L1與第二電感L2將能量釋放，使得第一電容C1儲存由第一電感L1與第二電感L2所釋放的能量，因此，正匯流排電壓V1增加。
所以，當不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式時，即可藉由調整第一持續時間與第二持續時間的比值來平衡正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2。在本發明的第一實施例中，當正匯流排電壓V1大於負匯流排電壓V2，則調整以使第一持續時間與第二持續時間的比值增加，從而平衡正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2。在本發明的第二實施例中，當正匯流排電壓V1小於負匯流排電壓V2，則調整以使第一持續時間與第二持續時間的比值減少，從而平衡正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2。
如圖2所示，功率因數校正電路110還包含繼電器RL，繼電器RL的一端耦接於交流電源供應器10，繼電器RL的另一端耦接於第一電感L1與第二電感L2。當交流電源供應器10異常時，不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式，且控制以關斷功率因數校正電路110的繼電器RL。然而，於關斷功率因數校正電路110的繼電器RL的轉變時間(transition time)之期間，如圖3所示之等效電路無法用以即時地平衡正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2。因此，於關斷功率因數校正電路110的繼電器RL的轉變時間之期間，如圖1所示之平衡電路140用以平衡正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2。
具體而言，如圖1所示之平衡電路140僅需於關斷功率因數校正電路110的繼電器RL的轉變時間之期間被致能(以於關斷功率因數校正電路110的繼電器RL的轉變時間之期間平衡正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2)。當不斷電電源供應裝置100操作於電池供電模式時，則利用功率因數校正電路110來平衡正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2。因此，本發明之用以平衡正匯流排電壓V1與負匯流排電壓V2的平衡電路140的容量(capacity)能夠減少，從而使得製造不斷電電源供應裝置100的成本降低且使得不斷電電源供應裝置100的功率密度(power density)提高。
圖5係根據本發明的實施例之不斷電電源供應裝置100的三相功率因數校正電路的電路圖。三相交流輸入電壓Lin_A、Lin_B、Lin_C分別輸入至三個如圖2所示的單相功率因數校正電路。如圖5所示的三相功率因數校正電路的操作方法類似於如圖2所示的單相功率因數校正電路的操作方法，故不再贅述。
綜合上述，本發明提出一種不斷電電源供應裝置的操作方法與不斷電電源供應裝置的功率因數校正電路的操作方法。當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，利用功率因數校正電路來平衡正匯流排電壓與負匯流排電壓。因此，製造不斷電電源供應裝置的成本能夠降低且不斷電電源供應裝置的功率密度能夠提高。
以上概述了數個實施例的特徵，因此熟習此技藝者可以更了解本發明的態樣。熟習此技藝者應了解到，其可輕易地把本發明當作基礎來設計或修改其他的製程與結構，藉此實現和在此所介紹的這些實施例相同的目標及/或達到相同的優點。熟習此技藝者也應可明白，這些等效的建構並未脫離本發明的精神與範圍，並且他們可以在不脫離本發明精神與範圍的前提下做各種的改變、替換與變動。
10:交流電源供應器 20:電池 30:負載 100:不斷電電源供應裝置 110:功率因數校正電路 120:直流轉直流轉換電路 130:逆變器電路 140:平衡電路 BAT+,BAT-:直流端點 C1:第一電容 C2:第二電容 D1-D8:二極體 L1:第一電感 L2:第二電感 Lin_A,Lin_B,Lin_C:交流輸入電壓 Lo_A,Lo_B,Lo_C:交流輸出電壓 N:中點 NL:中性線 RL:繼電器 Q1-Q8:開關 T1-T8:開關元件 V1:正匯流排電壓 V2:負匯流排電壓 VDC+:第一端點 VDC-:第二端點
從以下結合所附圖式所做的詳細描述，可對本發明之態樣有更佳的了解。需注意的是，根據業界的標準實務，各特徵並未依比例繪示。事實上，為了使討論更為清楚，各特徵的尺寸都可任意地增加或減少。 圖1係根據本發明的實施例之不斷電電源供應裝置的電路圖。 圖2係根據本發明的實施例之不斷電電源供應裝置的功率因數校正電路的電路圖。 圖3係根據本發明的實施例之當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，功率因數校正電路的等效電路圖。 圖4a係根據本發明的第一實施例之當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，於第一持續時間，功率因數校正電路的等效電路圖。 圖4b係根據本發明的第一實施例之當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，於第二持續時間，功率因數校正電路的等效電路圖。 圖4c係根據本發明的第二實施例之當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，於第二持續時間，功率因數校正電路的等效電路圖。 圖4d係根據本發明的第二實施例之當不斷電電源供應裝置操作於電池供電模式時，於第一持續時間，功率因數校正電路的等效電路圖。 圖5係根據本發明的實施例之不斷電電源供應裝置的三相功率因數校正電路的電路圖。
110:功率因數校正電路
C1:第一電容
C2:第二電容
D1-D8:二極體
L1:第一電感
L2:第二電感
Lin_A:交流輸入電壓
N:中點
Q1-Q8:開關
RL:繼電器
T1-T8:開關元件
V1:正匯流排電壓
V2:負匯流排電壓
VDC+:第一端點
VDC-:第二端點

Claims (16)

  1. 一種不斷電電源供應裝置的功率因數校正電路之操作方法，其中該功率因數校正電路包含兩個T型轉換器，其中每一該些T型轉換器包含四個開關，其中該操作方法包括： 當該不斷電電源供應裝置操作於一正常供電模式時，將一交流輸入電壓轉換為橫跨在一第一電容的一正匯流排電壓與橫跨在一第二電容的一負匯流排電壓，其中該第二電容串聯耦接於該第一電容；及 當該不斷電電源供應裝置操作於一電池供電模式時，控制該些T型轉換器的該些開關的導通狀態以平衡該正匯流排電壓與該負匯流排電壓。
  2. 如請求項1所述之操作方法，其中該些T型轉換器的一第一T型轉換器包含彼此串聯耦接之一第一開關與一第二開關，其中該第一開關與該第二開關串聯後的電路係並聯於該第一電容與該第二電容串聯後的電路，其中該第一T型轉換器還包含彼此串聯耦接之一第三開關與一第四開關，其中該第三開關與該第四開關串聯後的電路係位於一第一電感與一中點之間，其中該中點係位於該第一電容與該第二電容之間，其中該操作方法更包括： 當該不斷電電源供應裝置操作於該電池供電模式時，關斷該第一開關與該第二開關且導通該第三開關與該第四開關。
  3. 如請求項2所述之操作方法，其中該不斷電電源供應裝置操作於該電池供電模式的持續時間包含一第一持續時間與一第二持續時間，其中該操作方法更包括： 當該不斷電電源供應裝置操作於該電池供電模式時，調整該第一持續時間與該第二持續時間以平衡該正匯流排電壓與該負匯流排電壓。
  4. 如請求項3所述之操作方法，其中該些T型轉換器的一第二T型轉換器包含彼此串聯耦接之一第五開關與一第六開關，其中該第五開關與該第六開關串聯後的電路係並聯於該第一電容與該第二電容串聯後的電路，其中該第二T型轉換器還包含彼此串聯耦接之一第七開關與一第八開關，其中該第七開關與該第八開關串聯後的電路係位於該中點與一第二電感之間，其中該操作方法更包括： 當該不斷電電源供應裝置操作於該電池供電模式時，於該第一持續時間，導通該第五開關且關斷該第六開關與該第七開關。
  5. 如請求項4所述之操作方法，更包括： 當該不斷電電源供應裝置操作於該電池供電模式時，於該第二持續時間，關斷該第五開關與該第八開關且導通該第六開關。
  6. 如請求項3所述之操作方法，更包括： 當該正匯流排電壓大於該負匯流排電壓時，增加該第一持續時間。
  7. 如請求項3所述之操作方法，更包括： 當該正匯流排電壓小於該負匯流排電壓時，增加該第二持續時間。
  8. 一種不斷電電源供應裝置之操作方法，其中該不斷電電源供應裝置包含一功率因數校正電路、一直流轉直流轉換電路與一逆變器電路，其中該逆變器電路耦接至該功率因數校正電路與該直流轉直流轉換電路，其中該功率因數校正電路包含兩個T型轉換器，其中每一該些T型轉換器包含四個開關，其中該操作方法包括： 當該不斷電電源供應裝置操作於一正常供電模式時，藉由該功率因數校正電路將一交流輸入電壓轉換為橫跨在一第一電容的一正匯流排電壓與橫跨在一第二電容的一負匯流排電壓，其中該第二電容串聯耦接於該第一電容，且藉由該逆變器電路將該正匯流排電壓與該負匯流排電壓轉換為一交流輸出電壓； 當該不斷電電源供應裝置操作於一電池供電模式時，藉由該直流轉直流轉換電路將一直流輸入電壓轉換為該正匯流排電壓與該負匯流排電壓，且藉由該逆變器電路將該正匯流排電壓與該負匯流排電壓轉換為該交流輸出電壓；及 當該不斷電電源供應裝置操作於該電池供電模式時，控制該些T型轉換器的該些開關的導通狀態以平衡該正匯流排電壓與該負匯流排電壓。
  9. 如請求項8所述之操作方法，其中該些T型轉換器的一第一T型轉換器包含彼此串聯耦接之一第一開關與一第二開關，其中該第一開關與該第二開關串聯後的電路係並聯於該第一電容與該第二電容串聯後的電路，其中該第一T型轉換器還包含彼此串聯耦接之一第三開關與一第四開關，其中該第三開關與該第四開關串聯後的電路係位於一第一電感與一中點之間，其中該中點係位於該第一電容與該第二電容之間，其中該操作方法更包括： 當該不斷電電源供應裝置操作於該電池供電模式時，關斷該第一開關與該第二開關且導通該第三開關與該第四開關。
  10. 如請求項9所述之操作方法，其中該不斷電電源供應裝置操作於該電池供電模式的持續時間包含一第一持續時間與一第二持續時間，其中該操作方法更包括： 當該不斷電電源供應裝置操作於該電池供電模式時，調整該第一持續時間與該第二持續時間以平衡該正匯流排電壓與該負匯流排電壓。
  11. 如請求項10所述之操作方法，其中該些T型轉換器的一第二T型轉換器包含彼此串聯耦接之一第五開關與一第六開關，其中該第五開關與該第六開關串聯後的電路係並聯於該第一電容與該第二電容串聯後的電路，其中該第二T型轉換器還包含彼此串聯耦接之一第七開關與一第八開關，其中該第七開關與該第八開關串聯後的電路係位於該中點與一第二電感之間，其中該操作方法更包括： 當該不斷電電源供應裝置操作於該電池供電模式時，於該第一持續時間，導通該第五開關且關斷該第六開關與該第七開關。
  12. 如請求項11所述之操作方法，更包括： 當該不斷電電源供應裝置操作於該電池供電模式時，於該第二持續時間，關斷該第五開關與該第八開關且導通該第六開關。
  13. 如請求項10所述之操作方法，更包括： 當該正匯流排電壓大於該負匯流排電壓時，增加該第一持續時間。
  14. 如請求項10所述之操作方法，更包括： 當該正匯流排電壓小於該負匯流排電壓時，增加該第二持續時間。
  15. 如請求項11所述之操作方法，其中該功率因數校正電路更包括一繼電器，其中該繼電器耦接於用以供應該交流輸入電壓的一交流電源供應器與該第一電感及該第二電感之間，其中該操作方法更包括： 當該不斷電電源供應裝置操作於該電池供電模式時，關斷該繼電器。
  16. 如請求項15所述之操作方法，其中該不斷電電源供應裝置更包括一平衡電路，其中該平衡電路耦接至該功率因數校正電路、該直流轉直流轉換電路與該逆變器電路，其中該操作方法更包括： 於關斷該繼電器的一轉變時間，藉由該平衡電路來平衡該正匯流排電壓與該負匯流排電壓。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI367619B (en) * 2008-09-01 2012-07-01 Delta Electronics Inc Parallel-connectred uninterrupted power supply circuit
CN102694460B (zh) * 2011-03-24 2014-12-17 南京博兰得电子科技有限公司 三相升降压功率因数校正变换器
US8884464B2 (en) * 2011-08-29 2014-11-11 Schneider Electric It Corporation Twin boost converter with integrated charger for UPS system
CN103368231B (zh) 2013-07-05 2015-03-11 华为技术有限公司 一种不间断电源电路
CN106170916A (zh) 2014-02-07 2016-11-30 Abb 瑞士股份有限公司 具有平衡降压/升压变换器的不间断电源
CN104901410A (zh) * 2014-03-04 2015-09-09 伊顿公司 一种ups电路
JP6248720B2 (ja) * 2014-03-14 2017-12-20 住友電気工業株式会社 電源装置及びその制御方法
CN104167809B (zh) 2014-04-28 2016-08-24 华为技术有限公司 Ups市电电池切换辅助电路
US9973077B2 (en) * 2014-08-27 2018-05-15 Schneider Electric It Corporation Delta conversion rectifier
CN105529941B (zh) * 2014-09-29 2018-06-22 力博特公司 一种pfc整流器和不间断电源
CN105071524B (zh) 2015-08-10 2018-01-09 佛山市柏克新能科技股份有限公司 Ups电源控制系统
CN108400705A (zh) * 2017-02-04 2018-08-14 中兴通讯股份有限公司 一种无桥pfc电路
CN108540005B (zh) * 2018-04-27 2020-11-27 上能电气股份有限公司 一种三电平逆变器的直流母线电压平衡控制方法
CN109104087B (zh) * 2018-11-08 2022-03-01 亚瑞源科技（深圳）有限公司 一种具有无桥式功率因数修正功能的直流对直流转换器
CN110401261A (zh) * 2019-07-22 2019-11-01 武汉恒泰通技术有限公司 一种一体化电源提高转换效率的不断电供电系统
CN110556912A (zh) 2019-09-16 2019-12-10 深圳市宝安任达电器实业有限公司 Ups三电平pfc拓扑电路及其控制方法

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