TWI524627B - To avoid excessive discharge of the battery module power supply - Google Patents

Description

避免電池模組過度放電的電源供應器

本發明係有關一種電源供應器，尤指一種以一電池保護模組避免電池模組過度放電的電源供應器。

現今業界架設伺服器或資料庫等大型資訊設備通常使用備援式電源供應器，以提供穩定的電力令伺服器或資料庫得以長時間運作。習用備援式電源供應器如美國專利第7,495,415號專利所揭，該備援式電源供應器包含一主供電模組以及一備援電力模組，常態下，該主供電模組接受一外部電力轉換輸出一工作電力，該備援電力模組一般多為電池或電容器，該備援電力模組自該主供電模組接受該工作電力，儲存轉換成一備援電力。

當該主供電模組無法正常取得該外部電力時，該主供電模組亦無法正常供給該工作電力，於該工作電力的電力位準低過該備援電力，該備援電力模組隨即輸出該備援電力，延續該主供電模組正常供給該工作電力一段時間。然而，該備援電力模組儲存該備援電力的多寡取決於該備援電力模組的容量，也就是說該備援電力也有耗盡的時候，當該備援電力模組的氧化還原反應到達平衡，即該備援電力耗盡。此時，該備援電力模組雖無法提供該備援電力，但該備援電力模組仍與其他相關電路連通，使該備援電力模組仍輸出一微電流，隨後進入深度放電的狀態，然而深度放電並不利於該備援電力模組，將導致該備援電力模組的壽命減少。

雖然現今該備援式電源供應器多半具有一備援電力偵測模組，常時間監控該備援電力的儲能狀態或輸出狀態。但習用備援電力偵測模組因設計結構與偵測取樣的關係，一般僅偵測安培數較大的放電電流，對於該備援電力模組進入深度放電所輸出的該微電流普遍視為雜訊，進而無法 避免該備援電力模組進入深度放電狀態，導致該備援電力模組的壽命通常不長。

本發明之主要目的，在於解決習用電源供應器無法避免電池模組進入深度放電而損其使用壽命的避免電池模組過度放電的電源供應器。

為達上述目的，本發明提供一種避免電池模組過度放電的電源供應器，包含有一主供電系統、一備援供電系統、一供電切換模組、一電池保護模組以及一電力調節模組。該主供電系統接受一外部電力轉換輸出至少一工作電力及一常備電力，該備援供電系統則連接該主供電系統接受該工作電力，其包含有一電池模組以及一連接該電池模組具有一導通狀態以及一截止狀態的切換單元，該切換單元為該導通狀態時該電池模組具有一以該工作電力進行充電並轉存為一備援電力的充電狀態，一以一放電電流輸出該備援電力的放電狀態，以及一於該放電狀態持續一放電時間後該電池模組的氧化還原反應達到平衡停止輸出該備援電力而輸出有一微電流的待充電狀態，該切換單元為該截止狀態時該電池模組則具有一停止接受該工作電力及輸出該備援電力的關機狀態。該供電切換模組分別與該主供電系統及該備援供電系統連接接受該工作電力、該常備電力與該備援電力，具有一於該工作電力高於該備援電力以該工作電力進行輸出的第一供電狀態，以及一於該工作電力低於該備援電力而以該備援電力進行輸出的第二供電狀態。該電池保護模組包含有一連接該主供電系統接受該常備電力的啟動路徑、一與該電池模組連接於該待充電狀態接受該微電流產生一保護啟動訊號的電池偵測路徑，以及一與該切換單元連接並接受該保護啟動訊號令該切換單元進入該截止狀態的保護啟動路徑。該電力調節模組連接該供電切換模組接收該工作電力、該常備電力以及該備援電力並對該工作電力或該備援電力進行電力轉換。

於一實施例中，該主供電系統包含有一接受該外部電力的整流濾波單元、一連接該整流濾波單元的功因校正單元、一變壓器、一脈寬控制單元、一開關元件以及一電力調節模組。

於一實施例中，該電池保護模組為一微控制器。

於一實施例中，該主供電系統包含有一連接該切換單元並接受該工作電力於該切換單元在該導通狀態而該電池模組在該充電狀態時對該電池模組充電的充電控制單元。

於一實施例中，該備援供電系統包含有一連接該切換單元自該主供電系統接受該工作電力於該切換單元在該導通狀態而該電池模組在該充電狀態時對該電池模組充電的充電控制單元。

相較習用電源供應器，本發明利用該電池保護模組接受該電池模組於該待充電狀態下所產生的該微電流，並依該微電流產生一保護啟動訊號，令該電池模組進入關機狀態，解決了習用電源供應器雖具電池狀態偵測模組，但該電池狀態偵測模組卻將該微電流視為雜訊或為不偵測，使該電池模組容易進入過度放電，導致該電池模組的使用年限變短。

1‧‧‧主供電系統

11‧‧‧整流濾波單元

12‧‧‧功因校正單元

13‧‧‧變壓器

14‧‧‧脈寬控制單元

15‧‧‧開關元件

16‧‧‧充電控制單元

2‧‧‧備援供電系統

21‧‧‧電池模組

22‧‧‧切換單元

23‧‧‧充電控制單元

3‧‧‧供電切換模組

4‧‧‧電池保護模組

41‧‧‧電池偵測路徑

42‧‧‧保護啟動路徑

43‧‧‧啟動路徑

5‧‧‧電力調節模組

100‧‧‧電源供應器

圖1，本發明避免電池模組過度放電的電源供應器一實施例之單元組成示意圖(一)。

圖2，本發明避免電池模組過度放電的電源供應器一實施例之單元組成示意圖(二)。

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1，如圖所示，本發明避免電池模組過度放電的電源供應器，可於一外部電力源200無法正常供應電力時，提供一備援電力維持該電源供應器持續供應電力一段時間，該電源供應器100可為一備援式電源供應系統(Redundant Power Supply)。該電源供應器100包含一主供電系 統1、一備援供電系統2、一供電切換模組3以及一電池保護模組4。該主供電系統1接受一外部電力轉換輸出至少一工作電力及一常備電力，具體說明，該主供電系統1包含有一接受該外部電力的整流濾波單元11、一連接該整流濾波單元11的功因校正單元12、一變壓器13、一脈寬控制單元14、一開關元件15。該外部電力經該整流濾波單元11整流濾波之後，受該功因校正單元12以一變壓調整位準調整該外部電力的功率因數，而該脈寬控制單元14輸出一驅動訊號決定該開關元件15的工作週期，透過該開關元件15週期性的導通與截止調整該變壓器13的線圈電流，最後輸出該工作電力及該常備電力。

另一方面，該備援供電系統2連接該主供電系統1接受該工作電力，包含有一電池模組21以及一連接該電池模組21具有一導通狀態以及一截止狀態的切換單元22，該切換單元22可為一電子開關，於該切換單元22為該導通狀態時該電池模組21具有一以該工作電力進行充電轉存為一備援電力的充電狀態，一以一放電電流輸出該備援電力的放電狀態，以及一於該放電狀態持續一放電時間後該電池模組21的氧化還原反應達到平衡停止輸出該備援電力而輸出有一微電流的待充電狀態，該切換單元22為該截止狀態時，該電池模組21則具有一停止接受該工作電力及輸出該備援電力的關機狀態。該供電切換模組3分別與該主供電系統1及該備援供電系統2連接以接受該工作電力、該常備電力與該備援電力，並具有一於該工作電力高於該備援電力時以該工作電力進行輸出的第一供電狀態，以及一於該工作電力低於該備援電力而以該備援電力進行輸出的第二供電狀態。進一步地，該電池保護模組4包含有一連接該主供電系統1接受該常備電力的啟動路徑43，一與該電池模組21連接於該待充電狀態接受該微電流產生一保護啟動訊號的電池偵測路徑41，以及一與該切換單元22連接並接受該保護啟動訊號令該切換單元22進入該截止狀態的保護啟動路徑42，而所稱的該電池保護模組4可為一微控制器。

除此之外，本發明該電源供應器100更可包含有一連接該供電切換模組3接收該工作電力、該常備電力以及該備援電力並對該工作電 力或該備援電力進行電力轉換的電力調節模組5，進一步說明，一般資訊設備所使用的供電規格為ATX規格，其需要輸出12V、-12V、5V、3.3V等不同電力位準的工作電力以及5VSB的常備電力，該電力調節模組5則可以接受到該工作電力或該備援電力之後，進行電力位準的轉換輸出上述ATX規格下的各工作電力。

具體說明，於本發明該電源供應器100啟動的同時，該主供電系統1接受該外部電力轉換輸出該工作電力及該常備電力，該切換單元22亦被觸發而轉為該導通狀態，該電池模組21即經該切換單元22接受該工作電力，進入該充電狀態轉存該工作電力轉儲為該備援電力。假設經過一段時間後，該電源供應器100無法正常取得該外部電力，導致該工作電力無法正常輸出時，該供電切換模組3判斷該工作電力低於該備援電力時，即輸出該備援電力，也就是該電池模組21進入該該放電狀態，以該放電電流經該切換單元22輸出該備援電力至該供電切換模組3。當該電池模組21經過該放電時間的放電後，其電池內部於放電所產生的氧化還原反應達到平衡，而停止輸出該備援電力，由該放電狀態轉為該待充電狀態，而於待充電狀態下雖然無法正常輸出該備援電力，但實際上該電池模組21仍會因連接有其他相關電路的關係輸出有該微電流，該微電流明顯小於該放電電流。然而，該電池偵測路徑41接受到該微電流後隨即產生該保護啟動訊號，並以該保護啟動訊號經該保護啟動路徑42令該切換單元22進入截止狀態，使該電池模組21由該待充電狀態轉換為該關機狀態，如此一來，便可避免該電池模組21過度放電，而損害該電池模組21的使用壽命。此外，本發明該電池保護模組4接受該常備電力而啟動，故，該電池保護模組4可以常態啟動偵測。

復請參閱圖1，除上述所揭結構之外，本發明更可包含一充電控制單元，該充電控制單元可配置於該主供電系統1或該備援供電系統2。若裝配於該主供電系統1，該充電控制單元16連接該切換單元22，並接受該工作電力，於該切換單元22在該導通狀態而該電池模組21在該充電狀態時對該電池模組22充電。再請參閱圖2，若該充電控制單元設置於該備 援供電系統2中，該充電控制單元23同樣連接該切換單元22，並自該主供電系統1接受該工作電力，於該切換單元22在該導通狀態而該電池模組21在該充電狀態時對該電池模組22充電。

綜上所述，本發明為一種避免電池模組過度放電的電源供應器，應用於一具有一主供電系統與一備援供電系統的電源供應器。本發明是以一電池保護模組常態偵測該備援供電系統中一電池模組的狀態，該電池保護模組包含有一連接該主供電系統接受該常備電力的啟動路徑、一與該電池模組連接並於該電池模組為一待充電狀態時接受該電池模組所輸出的一微電流產生一保護啟動訊號的電池偵測路徑，以及一與一備援供電系統中的一切換單元連接並接受該保護啟動訊號令該切換單元進入一截止狀態的保護啟動路徑。藉此，以避免該電池模組時常過度放電，而損其使用壽命的問題。

1‧‧‧主供電系統

11‧‧‧整流濾波單元

12‧‧‧功因校正單元

13‧‧‧變壓器

14‧‧‧脈寬控制單元

15‧‧‧開關元件

16‧‧‧充電控制單元

2‧‧‧備援供電系統

21‧‧‧電池模組

22‧‧‧切換單元

3‧‧‧供電切換模組

4‧‧‧電池保護模組

41‧‧‧電池偵測路徑

42‧‧‧保護啟動路徑

43‧‧‧啟動路徑

5‧‧‧電力調節模組

100‧‧‧電源供應器

200‧‧‧外部電力源

Claims (5)

1. 一種避免電池模組過度放電的電源供應器，其包括：一主供電系統，接受一外部電力轉換輸出至少一工作電力及一常備電力；一備援供電系統，連接該主供電系統接受該工作電力，包含有一電池模組以及一連接該電池模組具有一導通狀態以及一截止狀態的切換單元，該切換單元為該導通狀態時該電池模組具有一以該工作電力進行充電並轉存為一備援電力的充電狀態，一以一放電電流輸出該備援電力的放電狀態，以及一於該放電狀態持續一放電時間後該電池模組的氧化還原反應達到平衡停止輸出該備援電力而輸出有一微電流的待充電狀態，該切換單元為該截止狀態時該電池模組則具有一停止接受該工作電力及輸出該備援電力的關機狀態；一供電切換模組，分別與該主供電系統及該備援供電系統連接接受該工作電力、該常備電力與該備援電力，具有一於該工作電力高於該備援電力以該工作電力進行輸出的第一供電狀態，以及一於該工作電力低於該備援電力而以該備援電力進行輸出的第二供電狀態；一電池保護模組，包含有一連接該主供電系統接受該常備電力的啟動路徑、一與該電池模組連接於該待充電狀態接受該微電流產生一保護啟動訊號的電池偵測路徑，以及一與該切換單元連接並接受該保護啟動訊號令該切換單元進入該截止狀態的保護啟動路徑；以及一電力調節模組，連接該供電切換模組接收該工作電力、該常備電力以及該備援電力並對該工作電力或該備援電力進行電力轉換。
2. 如申請專利範圍第1項所述的避免電池模組過度放電的電源供應器，其中，該主供電系統包含有一接受該外部電力的整流濾波單元、一連接該整流濾波單元的功因校正單元、一變壓器、一脈寬控制單元、一開關元件。
3. 如申請專利範圍第1項所述的避免電池模組過度放電的電源供應器，其中， 該電池保護模組為一微控制器。
4. 如申請專利範圍第1項所述的避免電池模組過度放電的電源供應器，其中，該主供電系統包含有一連接該切換單元並接受該工作電力於該切換單元在該導通狀態而該電池模組在該充電狀態時對該電池模組充電的充電控制單元。
5. 如申請專利範圍第1項所述的避免電池模組過度放電的電源供應器，其中，該備援供電系統包含有一連接該切換單元自該主供電系統接受該工作電力於該切換單元在該導通狀態而該電池模組在該充電狀態時對該電池模組充電的充電控制單元。