TWI385896B - Power supply system with redundant power supply - Google Patents

Description

具有備援電力之電源系統

一種具有備援電力之電源系統，係一種具有備援電力之電力輸出電路。

電腦設備運作時若供電來源發生電力不穩之狀況將造成系統不正常關閉或資料毀損之問題，且嚴重時將毀損機體，產生難以估計之損失，為避免此情況之產生，電腦設備可利用複數電源供應器形成一備援電源系統(Redundant Power Supply)，該備援電源系統包括兩個以上之電源供應器子系統，並同時接收一輸入電力提供一輸出電壓驅動至少一負載，而當其中一子系統發生故障而輸出異常時可由其它子系統分攤所有負載所需之電力，並可抽換故障之子系統，或者以剩餘之子系統暫時提高輸出提供該負載正常儲存關機之緩衝時間；而習知備援電源系統架構如圖1所示，該備援電源系統係由兩電力轉換裝置2(如圖中所示為常見之電源供應器基本架構)分別形成之一子系統A及一子系統B所構成，該子系統A及子系統B皆連接一電力輸入源11取得交流電力，經由一前端整流單元21以及功因校正單元22後，由一波寬控制單元23控制至少一開關元件24調整一變壓器25之轉換電力，並經過一後端整流單元26輸出驅動至少一負載6，而該子系統A與子系統B之末端係由一輸出調整單元或負載分配單元控制每一子系統之輸出比例；而上述習知之備援電源系統係接收同一來源之輸入電力，因此發生斷電情況時該備援電源系統之複數子系統亦同時失去電 力來源而同時停止輸出，為解決上述備援電源系統於斷電時無法提供保護負載之緩衝時間的缺失，於是該備援電源系統可配合一不斷電系統3(如圖2所示)，習知之不斷電系統3係連接於該備援電源系統前端，該不斷電系統3亦同樣連接市內電力，並依序經由該不斷電系統3提供一個或一個以上之電力轉換裝置2，當無法取得市內電力時再將電池輸出之直流電經過升壓後轉換為交流電輸出作為該電源供應器之電力輸入源11，使停電或電力不穩時該電源供應器仍可倚靠該不斷電系統3所提供之電力而運轉一段時間；然而習知之架構都需經過該電源供應器而輸出電力，而電壓驟變或電壓不穩常造成電源供應器之損壞，若電源供應器受不正常之輸入電力損壞時，即使該不斷電系統3在開始運作接替市電作為該電源供應器之電力來源，也因該電源供應器已遭受損壞而無法正常驅動負載6；因此上述習知架構亦需改良，以達到電力異常時可確保該電源供應器輸出正常之目的。

有鑑於習知備援電源系統以及該備援電援系統搭配習知不斷電系統之上述缺失，本發明之目的即在於提供一具有備援電力之系統可於市內電源斷電時或者該電源供應器損壞時仍可維持輸出。

本發明係一種具有備援電力之電源系統，該具有備援電力之電源系統係包括一個或一個以上之電力轉換裝置、至少一輸出一備援電力之備援電力模組以及具有一電力分配單元，該電力轉換裝置係取得該輸入電力而產生一 轉換電力，而該電力轉換裝置連接該電力分配單元，該備援電力模組與該電力轉換裝置並聯於該電力分配單元，該備援電力模組至少包含一儲能模組，其中該電力分配單元之一端連接該電力輸出端，而另一端係常態連接該電力轉換裝置令該轉換電力經由該電力輸出端輸出，藉此整合該電力轉換裝置與該備援電力模組之功率以產生一輸出電力驅動至少一負載，而該電力轉換裝置之輸出電壓異常時則該備援電力模組可維持供電，由該備援電力經過電力分配單元輸出；藉由上述之電路架構達到具有該電力轉換裝置以及該備援電力模組作為電力來源以確保驅動負載之輸出電力可於斷電或者該電力轉換裝置故障時仍具有備援電力維持一正常關機之緩衝時間。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請參閱圖3，本發明為一種具有備援電力之電源系統，其中該備援系統包括至少一電力轉換裝置2、一輸出一備援電力之備援電力模組4以及一電力分配單元5，其中該電力轉換裝置2可為一電源供應器(如圖3、圖4與圖5中所示為一電源供應器之基本架構)，如圖3中之架構所示，該具有備援電力之電源系統係電性連接外部電力輸入源11以及一電力輸出端12(示於圖6與圖7中)，自該電力輸入源11取得一輸入電力輸入該電力轉換裝置2以及該備援電力模組4，該電力轉換裝置2係取得該輸入電力進而產生一轉換電力輸出至該電力分配單元5，該備援電力模 組4相對該電力轉換裝置2並聯連接該電力輸入源11，該備援電力模組4包含至少一常態受該輸入電力充電以儲存電能得產生一備援電力之儲能模組41；該電力分配單元5之一端係連接該電力轉換裝置2及該備援電力模組4並用以決定該輸出電力為該轉換電力或備援電力至電力輸出端12(示於圖6及圖7)以驅動至少一負載6；正常工作之常態下該電力分配單元5可為一得偵測負載使用功率決定該電力轉換裝置2與該備援電力模組4之輸出功率比之功率分配單元53(示於圖4)，藉由偵測驅動該負載6之輸出功率並整合調整各電力轉換裝置2及備援電力模組4之輸出功率，或者，該電力分配單元5為至少具備導通該電力轉換裝置2之第一迴路及導通該備援電力模組4之第二迴路的切換導通迴路，藉由切換於該電力轉換裝置2與該備援電力模組4之間，選擇適當的輸出裝置。

請參閱圖4，該電力分配單元5之一實施態樣可為一功率分配單元53，該功率分配單元53可同時接收該電力轉換裝置2輸出之轉換電力以及該備援電力模組4輸出之備援電力並產生一輸出電力，且該功率分配單元53可藉由偵測驅動該負載6之功率以及該電力轉換裝置2與該備援電力模組4之輸出功率而分配該電力轉換裝置2與該備援電力模組4之輸出功率大小，其功率分配之技術與理論為該技術領域中具有通常技術者所習知，故不詳加敘述；本發明可藉由上述之架構達到功率分配之功效，且於其中一輸出系統故障時仍可暫時維持正常輸出。

請參閱圖5，該圖所示為該備援電力模組4以及該電力分 配單元5之另一實施例架構，其中該備援電力模組4至少包括一儲能模組41，更包括一交流/直流轉換器42、一充電迴路43、一切換開關44以及一轉換單元，其中該轉換單元可為一直流/直流轉換器45，該交流/直流轉換器42自該電力輸入源11取得一輸入電力，並同時輸出直流電力至該切換開關44與該充電迴路43，該充電迴路43取得直流電力對該儲能模組41充電，該切換開關44之第一端常態連接於該交流/直流轉換器42，由該交流/直流轉換器42轉換為備援電力傳送至該切換開關44，該切換開關44於接受電力分配單元5產生之一切換訊號觸發後切換連接至該儲能模組41，由該儲能模組41輸出該備援電力，該切換開關44之第二端連接於該轉換單元，由該轉換單元接收該切換開關44導通之備援電力並輸出至該電力分配單元5；該電力分配單元5之切換導通迴路係由一電源切換開關51以及一電壓判斷迴路52所構成，其中該電源切換開關51之第一端連接該電力輸出端12(示於圖6及圖7)，而第二端可於該電力轉換裝置2之後端整流單元26與該備援電力模組4之轉換單元間切換連接位置，該電源切換開關51之第二端常態係連接於該後端整流單元26形成令該轉換電力經由該電力輸出端12(示於圖6及圖7)輸出之第一迴路，該電力轉換裝置2產生之轉換電力經由該電源切換開關51與該電力輸出端12(示於圖6及圖7)輸出，而該電源切換開關51受一切換訊號Vs觸發後該電源切換開關51之第二端切換連接於該備援電力模組4之轉換單元形成供該備援電力經過該電力輸出端12(示於圖6及圖7)輸出之第二迴路，由該備援電力模組4產生之備 援電力經由該電源切換開關51與該電力輸出端12(示於圖6及圖7)輸出；而該切換訊號Vs係由該電力分配單元5之電壓判斷迴路52所產生，該電壓判斷迴路52係設定一工作電壓基準值，並偵測輸入該電源切換開關51之電壓，並於輸入該電源切換開關51之電壓低於該工作電壓基準值時產生一切換訊號Vs，因此當常態連接於該電源切換開關51第二端之後端整流單元26輸出低於該工作電壓基準值時，該電壓判斷迴路52即產生一切換訊號Vs傳送至該電源切換開關51，令該電源切換開關51之第二端切換連接至該備援電力模組4之轉換單元，由該備援電力模組4提供之備援電力維持該負載6工作；上述之電壓判斷迴路52判斷機制可利用一定電壓源設定該工作電壓基準值，並藉由至少一比較器將該轉換電力及備援電力與該工作電壓基準值作一比較，判斷該轉換電力及備援電力是否高於該工作電壓基準值，並於其一低於該工作電壓基準值時產生該切換訊號Vs，上述之比較電路為該技術領域者所習知之技術，故不再詳細說明，又，該電壓判斷迴路52更可設定一電壓差基準值，並取得該轉換電力與備援電力之電壓差，兩者其一之電壓下降低於另一電壓即形成一電壓差，當該電壓差大於該電壓差基準值時即產生該切換訊號Vs，該項技術亦為該技術領域中一般常識者所習知，因此亦不再贅述。

請參閱圖6，圖6為本發明之一實施例示意圖，本發明之電源系統可為單一電源供應器，且該電源供應器連接至少一電力輸入源11並由該電力輸出端12連接至少一負載6 (本圖中未示)，該電源供應器包括各電子元件以及一電力轉換裝置2a以轉換輸入電力，其中該電力轉換裝置2a可為一變壓器，並該備援電力模組4亦可佈局(layout)於該電源供應器之電路中，且具有至少一儲能模組41於該電路中，其中該儲能模組41為一個以上之電池；本發明之另一實施例請參閱圖7，本發明之電源系統可包括至少一電力轉換裝置2b並聯於一電力整合背板7，其中該電力轉換裝置2b為一電源供應器，該電力分配單元5可佈局(layout)於一電力整合背板7，該備援電力模組4亦可佈局(layout)於該電力整合背板7上，且該儲能模組41連接於該電力整合背板7上；如上所述之實施電路架構與實施態樣，可改善習知備援電源系統(Redundant Power Supply)之缺失，並提供更安全的斷電保護措施。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，其中上述實施例中該備援電力模組之交流/直流轉換器42亦可以一直流/直流轉換器替代，以相容於直流之電力輸入，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，而所作之些許更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明中，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

綜上所述，本發明較習知之創作增進上述功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定創新專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

11‧‧‧電力輸入源

12‧‧‧電力輸出端

2、2a、2b‧‧‧電力轉換裝置

21‧‧‧前端整流單元

22‧‧‧功因校正單元

23‧‧‧波寬控制單元

24‧‧‧開關元件

25‧‧‧變壓器

26‧‧‧後端整流單元

3‧‧‧不斷電系統

4‧‧‧備援電力模組

41‧‧‧儲能模組

42‧‧‧交流/直流轉換器

43‧‧‧充電迴路

44‧‧‧切換開關

45‧‧‧直流/直流轉換器

5‧‧‧電力分配單元

51‧‧‧電源切換開關

52‧‧‧電壓判斷迴路

53‧‧‧功率分配單元

6‧‧‧負載

7‧‧‧電力整合背板

圖1為習知備援電源系統之電路架構圖。

圖2為習知不斷電系統與備援電源系統之電路架構圖。

圖3為本發明之電路架構圖(一)。

圖4為本發明之一實施電路架構圖。

圖5為本發明之另一實施電路架構圖(二)。

圖6為圖5之實施例示意圖。

圖7為圖5之另一實施例示意圖。

11‧‧‧電力輸入源

2‧‧‧電力轉換裝置

21‧‧‧前端整流單元

22‧‧‧功因校正單元

23‧‧‧波寬控制單元

24‧‧‧開關元件

25‧‧‧變壓器

26‧‧‧後端整流單元

4‧‧‧備援電力模組

41‧‧‧儲能模組

5‧‧‧電力分配單元

6‧‧‧負載

Claims (9)

1. 一種具有備援電力之電源系統，係電性連接外部電力輸入源以轉換輸入電力為輸出電力由至少一電力輸出端驅動至少一負載之一電源系統，該電源系統包括有：至少一電源供應器，係連接該電力輸入源接受該輸入電力產生一轉換電力；至少一備援電力模組，係相對該電源供應器並聯連接該電力輸入源，該備援電力模組包含至少一常態受該輸入電力充電以儲存電能得產生一備援電力之儲能模組；至少一電力整合背板，係連接該電源供應器及該備援電力模組以取得該轉換電力及該備援電力，且該電力整合背板包含有一決定該輸出電力為該轉換電力或該備援電力至該電力輸出端的電力分配單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有備援電力之電源系統，其中，該儲能模組裝設於該電力整合背板上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有備援電力之電源系統，其中該電力分配單元為一得偵測負載使用功率決定該電源供應器與該備援電力模組之輸出功率比之功率分配單元。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有備援電力之電源系統，其中該電力分配單元為一至少具備導通該電源供應器之第一迴路及導通該備援電力模組之第二迴路的切換導通迴路。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具有備援電力之電源系統，其中該切換導通迴路包含一電源切換開關以及一電壓判斷迴路，該電源切換開關之第一端連接該電力輸出端，該電 源切換開關之第二端係常態連接該電源供應器形成令該轉換電力經由該電力輸出端輸出之第一迴路，而該電壓判斷迴路產生一代表該電源供應器之輸出電壓異常的切換訊號控制該電源切換開關之第二端切換連接至該備援電力模組形成供該備援電力經過該電力輸出端輸出之第二迴路。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具有備援電力之電源系統，其中該備援電力模組包括一自該電力輸入源取得一輸入電力並轉換輸出直流電力之交流/直流轉換器、一儲能模組、一取得該直流電力對該儲能模組充電之充電迴路、一受該切換訊號觸發而切換連接於該交流/直流轉換器及該儲能模組間之切換開關，以及一將該切換開關導通之電力轉換為該備援電力輸出至該電力分配單元之轉換單元。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具有備援電力之電源系統，其中該轉換單元為一直流/直流轉換器。
8. 如申請專利範圍第5項所述之具有備援電力之電源系統，其中該備援電力模組包括一自該電力輸入源取得一輸入電力並轉換輸出直流電力之直流/直流轉換器、一儲能模組、一取得該直流電力對該儲能模組充電之充電迴路、一受該切換訊號觸發而切換連接於該直流/直流轉換器及該儲能模組間之切換開關，以及一將該切換開關導通之電力轉換為該備援電力輸出至該電力分配單元之轉換單元。
9. 如申請專利範圍第8項所述之具有備援電力之電源系統，其中該轉換單元為一直流/直流轉換器。