TWI540421B

TWI540421B - 不斷電電力供應系統及方法

Info

Publication number: TWI540421B
Application number: TW104134957A
Authority: TW
Inventors: 賴威列; 李允翔; 蕭傑夫
Original assignee: 光寶電子（廣州）有限公司; 光寶科技股份有限公司
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2016-07-01
Also published as: TW201715334A

Description

不斷電電力供應系統及方法

本發明是有關於一種用於緊急或備援電源的系統及方法，特別是指一種避免復電時備援電源不同步關斷造成的電壓擾動，進而增加電源穩定性及可靠度的不斷電電力供應系統及方法。

參閱圖1，直流型不斷電電力供應裝置(以下簡稱直流型UPS裝置)是一種電連接一交直流電源供應器11與一負載100的裝置，該交直流電源供應器11接收一呈交流的市電電力並轉換成一直流電力，經由一直流匯流排13供應至該負載100，而該直流型UPS裝置的主要目的在於，當該市電電力正常運作時，該直流型UPS裝置事先接收該直流電力儲存，當該市電電力發生異常，例如停電時，該直流型UPS裝置即緊急取代該交直流電源供應器11，供應所儲存的電力至該負載100，以確保該負載100(如伺服器機櫃系統)的正常運作。

目前一般高容量的不斷電電力供應系統，以並聯多個直流型UPS裝置的冗餘配電模式運行(圖1繪出其中的直流型UPS裝置121、直流型UPS裝置122來示意說明)，以增加系統的可靠度及縮短維修時間。當該市電電力斷電，該直流型UPS裝置121、直流型UPS裝置122分別輸出備援電壓，經由該直流匯流排13供應至該負載100；當該市電電力回復時，該直流型UPS裝置121、直流型UPS裝置122關斷所輸出的備援電壓，退出該直流匯流排13，使該負載100所需電力轉移回該交直流電源供應器11來供應。

然而，該直流型UPS裝置121、該直流型UPS裝置122若瞬間關斷所輸出的備援電壓，將會造成該直流匯流排13上的電壓擾動；另外，該直流型UPS裝置121、該直流型UPS裝置122無法在同時得知該市電電力復電，以致該直流型UPS裝置121、該直流型UPS裝置122如圖2所示，關斷輸出電力的時間不一致，容易更惡化該直流匯流排13的電壓擾動，並造成該直流型UPS裝置121、該直流型UPS裝置122瞬間負荷過大，因此，如何改善現有不斷電電力供應技術的缺失，實為目前迫切需要解決的課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種避免復電時電壓擾動的不斷電電力供應系統。

於是，本發明不斷電電力供應系統，電連接一電源設備與一供電匯流排，該供電匯流排電連接一負載，且於該電源設備斷電時輸出多個備援電壓經由該供電匯流排供應至該負載，且該不斷電電力供應系統包含一共同匯流排，及多個UPS裝置。

該共同匯流排匯整該多個備援電壓，並以具有最大電壓值的備援電壓作為一主宰電壓。

每一UPS裝置偵測自身的該備援電壓，且判斷是否接收到來自該電源設備的一復電信號，若是，則每一UPS裝置開始使自身的該備援電壓呈現下降趨勢，並於此下降趨勢中根據該主宰電壓及自身的該備援電壓的一比較結果來增加或減少自身的該備援電壓。

此外，本發明之另一目的，即在提供一種不斷電電力供應方法。

於是，本發明不斷電電力供應方法，由一不斷電電力供應系統執行，該不斷電電力供應系統於一電源設備斷電時輸出多個備援電壓，並包括多個UPS裝置，該不斷電電力供應方法包含一步驟(A)、一步驟(B)、一步驟(C)，及一步驟(D)。

該步驟(A)是每一UPS裝置輸出一備援電壓。

該步驟(B)是每一UPS裝置接收一主宰電壓，該主宰電壓為該多個備援電壓中具有最大電壓值的備援電壓。

該步驟(C)是每一UPS裝置判斷是否接收到來自該電源設備的一復電信號。

該步驟(D)是若步驟(C)的結果為是，則每一UPS裝置開始使自身的該備援電壓呈現下降趨勢，並於此下降趨勢中根據該主宰電壓及自身的該備援電壓的一比較結果來增加或減少自身的該備援電壓。

本發明之功效在於：當該電源設備復電時，利用該共同匯流排匯整所有的備援電壓並輸出該主宰電壓，且每一UPS裝置不斷地根據該主宰電壓及自身的該備援電壓的比較結果，來增減自身的該備援電壓，藉此，每一UPS裝置的備援電壓動態地互相追隨，而能在復電時避免不同步關斷備援電壓所造成的電壓擾動，進而提升電源穩定性及可靠度。

100‧‧‧負載

11‧‧‧交直流電源供應器

121‧‧‧直流型UPS裝置

122‧‧‧直流型UPS裝置

13‧‧‧直流匯流排

200‧‧‧負載

21‧‧‧電源設備

211‧‧‧交流市電

212‧‧‧交直流電源供應器

22‧‧‧供電匯流排

23‧‧‧共同匯流排

24‧‧‧UPS裝置

241‧‧‧電池

242‧‧‧放電電路

243‧‧‧控制單元

244‧‧‧參考電壓產生電路

2441‧‧‧微處理器

2442‧‧‧濾波器

245‧‧‧電流均流電路

2451‧‧‧第一比較器

2452‧‧‧第一加法器

2453‧‧‧分壓器

2454‧‧‧第二加法器

2455‧‧‧第二比較器

25‧‧‧UPS裝置

251‧‧‧電池

252‧‧‧放電電路

253‧‧‧控制單元

A~D‧‧‧步驟

D1~D6‧‧‧子步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明現有的一種不斷電電力供應系統；圖2是一電壓變化圖，說明現有的不斷電電力供應系統，每一直流型UPS裝置的備援電壓不同時關斷；圖3是一方塊圖，說明本發明不斷電電力供應裝置的一實施例；圖4是一方塊圖，說明該不斷電電力供應裝置的一UPS裝置；圖5是一流程圖，說明本發明不斷電電力供應方法的一實施例；及圖6是一時序圖，輔助圖5說明該實施例。

參閱圖3，本發明不斷電電力供應(Uninterruptible Power Supply)系統的一實施例，包含一電源設備21、一供電匯流排22、一共同匯流排23，及多個UPS裝置。

該電源設備21包括一交流市電211，及一交直流電源供應器212，該電源設備21正常運作時，該交流市電211輸出一交流電壓，該交直流電源供應器212轉換該交流電壓成一呈直流的電源電壓。

該供電匯流排22電連接該電源設備21與一負載200。當該電源設備21正常運作時，該供電匯流排22將該交直流電源供應器212所輸出的電源電壓供應至該負載200。而當該電源設備21異常，如該交流市電211斷電時，該供電匯流排22接收多個備援電壓並輸出成一輸出電壓至該負載200。

該共同匯流排23匯整該多個備援電壓，並以具有最大電壓值的備援電壓作為一主宰電壓。

該等UPS裝置(圖3僅繪出一UPS裝置24、一UPS裝置25來示意說明)與該電源設備21互相並聯，每一UPS裝置24、25 電連接該供電匯流排22，用於該電源設備21斷電時，供應一個備援電壓至該供電匯流排22，而且每一UPS裝置24、25還電連接該共同匯流排23，以接收來自該共同匯流排23的該主宰電壓。其中，每一UPS裝置24、25偵測自身的該備援電壓，且判斷是否接收到來自該電源設備21的一復電信號，若是，則每一UPS裝置24、25開始使自身的該備援電壓呈現下降趨勢，並於此下降趨勢中根據該主宰電壓及自身的該備援電壓的一比較結果，來增加或減少自身的該備援電壓。

配合參閱圖4，以下詳細說明實施每一UPS裝置24、25的元件，以該UPS裝置24而言，包括一電池241、一放電電路242，及一控制單元243。

該電池241提供一電池電壓，且詳細來說，該電池241可為一電池組，並能於該電源設備21正常運作時接收該電源電壓來對自身充電，以於該電源設備21斷電時供應該電池電壓。

該放電電路242接收一控制信號，且電連接該電池241以接收該電池電壓，並根據該控制信號將該電池電壓轉換成該備援電壓，並輸出至該供電匯流排22。其中，該備援電壓的大小決定於該控制信號。

該控制單元243產生該控制信號，且電連接該放電電路242和該共同匯流排23，以分別接收該備援電壓和該主宰電壓，當該控制單元243接收到該電源設備21的復電信號時，比較該主宰電壓是否大於該備援電壓，若是，則增加該控制信號，以提高該備援電壓，若否，則減少該控制信號，以降低該備援電壓。具體而言，該控制單元243包括一參考電壓產生電路244，及一電流均流電路245。

該參考電壓產生電路244產生一相關於該控制信號的參考電壓，且當接收到該復電信號時，減少該參考電壓，其中，該備援電壓的下降量正相關於該參考電壓的減少量。在本實施例中，該參考電壓產生電路244包括一微處理器2441，及一濾波器2442，該微處理器2441利用數位脈寬調變來產生一呈直流方波且具有一責任週期的控制電壓，該濾波器2442電連接該微處理器2441以接收該控制電壓，並輸出呈直流的該參考電壓，且該參考電壓的準位是正相關於該控制電壓的責任週期，也就是說，該參考電壓的準位隨該控制電壓的責任週期提高而增加，隨該控制電壓的責任週期降低而減少。因此，當該微處理器2441接收到該復電信號，即藉由控制降低該控制電壓的責任週期，來減少該參考電壓，進而使該備援電壓呈現下降趨勢。

該電流均流線路245電連接該參考電壓產生電路244以接收該參考電壓，且電連接該共同匯流排23以接收該主宰電壓，電連接該放電電路242以偵測該備援電壓，並根據該參考電壓、主宰電壓及備援電壓產生該控制信號。詳言之，該電流均流線路245比較該主宰電壓是否大於該備援電壓，若是，則輸出該減少的參考電壓加上一補償電壓，以增加該控制信號，若否，則輸出該減少的參考電壓，以減少該控制信號；也就是說，在該微處理器2441減少該參考電壓的同時，該電流均流線路245藉由該共同匯流排23的主宰電壓來與該備援電壓比較，如果該主宰電壓較大，則增加該控制信號來提高該備援電壓；反之則減少該控制信號來降低該備援電壓，因而該備援電壓會不斷地、動態地追隨該主宰電壓。

該電流均流線路245的具體實施方式是利用一第一比較器2451、一第一加法器2452、一分壓器2453、一第二加法器2454，及一第二比較器2455。

該第一比較器2451接收並比較該共同匯流排23的主宰電壓和該放電電路242的備援電壓，且比較該主宰電壓是否大於該備援電壓，若是，則輸出該補償電壓，若否，則輸出該補償電壓的值為零。

該第一加法器2452接收該參考電壓和該第一比較器2451的該補償電壓，並將該參考電壓和該補償電壓相加，以輸出一第一加總電壓。

該分壓器2453包括兩電阻器，用於接收該備援電壓，並輸出一相關於該備援電壓的分壓電壓。

該第二加法器2454接收該備援電壓和該分壓器的分壓電壓，並將該備援電壓和該分壓電壓相加，以輸出一第二加總電壓。

該第二比較器2455接收該第一加法器2452的第一加總電壓和該第二加法器2454的第二加總電壓，以輸出該控制信號。

上述技術雖以該UPS裝置24為例說明，但同樣適用於該UPS裝置25，因此，每一UPS裝置24、25藉由該參考電壓產生電路244和該電流均流電路245互相配合，即能於復電過程中，實現將該備援電壓減少，且同時根據該控制信號，動態地增減自身的該備援電壓，而能避免不同步關斷該備援電壓所造成的電壓擾動。

參閱圖5，本發明不斷電電力供應方法的一實施例是在上述的該不斷電電力供應系統中實施，且流程包含以下步驟。

在步驟A中，當該電源設備21斷電時，每一UPS裝置24、25輸出一備援電壓。詳言之，每一UPS裝置24、25是利用各自的該參考電壓產生電路，產生該參考電壓，並輸出該正相關於該參考電壓的備援電壓至該供電匯流排22。

在步驟B中，每一UPS裝置24、25利用各自的該電流均流電路，接收該共用匯流排的23主宰電壓，而該主宰電壓為該多個備援電壓中具有最大電壓值的備援電壓。

在步驟C中，每一UPS裝置24、25各自的微處理器判斷是否接收到來自該電源設備21的一復電信號。若否，則返回步驟A；若是，則進到步驟D。

在步驟D中，若步驟C判斷為是，則每一UPS裝置24、25開始使自身的該備援電壓呈現下降趨勢，並於此下降趨勢中根據該主宰電壓及自身的該備援電壓的一比較結果來增加或減少自身的該備援電壓。且步驟D包括以下子步驟。

步驟D1，每一UPS裝置24、25的參考電壓產生電路的微處理器線性減少該參考電壓，且該備援電壓的下降量正相關於該參考電壓的減少量。詳細的實施方式如0026段所述，於此不在多作說明。

步驟D2，每一UPS裝置24、25偵測各自的該放電電路所輸出的一備援電流的準位是否小於一預設電流值。

步驟D3，若步驟D2的結果為否，則每一UPS裝置24、25各自的該電流均流線路比較該共同匯流排23的主宰電壓是否大於自身的該放電電路所輸出的備援電壓。

步驟D4，若步驟D3的結果為否，則每一UPS裝置24、25各自的該電流均流線路輸出該減少的參考電壓，以減少該控制信號，進而減少該備援電壓。

步驟D5，若步驟D3的結果為是，則每一UPS裝置24、25各自的該電流均流線路輸出該減少的參考電壓加上一補償電壓，以增加該控制信號，進而增加該備援電壓。有關步驟D4及D5的詳細實施方式如0027至0035段所述，於此不再多作說明。

步驟D6，若步驟D2的結果為是，則每一UPS裝置24、25降低該參考電壓為零，以減少該備援電壓至零，及減少該備援電流至零，而關斷該備援電壓及該備援電流，並退出該供電匯流排22。

參閱圖6，以下再以該UPS裝置24、該UPS裝置25為例，進一步利用一時序圖說明本發明不斷電電力供應方法，以敘明每一UPS裝置24、25於復電時的動作流程。

在時間t0至t1時，該交流市電211斷電，因而該交直流電壓供應器212不輸出該電源電壓，此時該UPS裝置24、該UPS裝置25分別提供一備援電壓至該供電匯流排22，經由該供電匯流排22匯整後，成為一輸出電壓供應至該負載200，以於斷電時維持該負載200的電力供應。

在時間t1至t2時，該交流市電211恢復供電，且該電源電壓開始爬升。

在時間t2至t3時，該電源電壓上升到額定值時，因為該UPS裝置24、該UPS裝置25與該交直流電源供應器212並聯，故此時該負載200由三者共同供電，該UPS裝置24、該UPS裝置25的該備援電流下降到某一準位。

在時間t3至t4時，該UPS裝置24、該UPS裝置25接收到該交流市電211的復電信號，得知該交流市電211復電，每一UPS裝置24、25減少該參考電壓，而減少該備援電壓；在此同時，每一UPS裝置24、25的電流均流線路藉由比較該主宰電壓和該備援電壓，如果該主宰電壓較大，則增加該控制信號來提高該備援電壓；反之則減少該控制信號來降低該備援電壓，因而該UPS裝置24、該UPS裝置25該備援電壓會不斷地、動態地追隨該主宰電壓(亦即彼此動態地互相追隨對方的備援電壓)。是故，在電壓下降的過程中，該UPS裝置24、該UPS裝置25都仍維持電流均流，使得各自所輸出的備援電壓及備援電流以一穩定負斜率下降，該負載200的供電即可以近似線性的方式轉移到該交直流電源供應器212。另外要補充說明的是，因為該UPS裝置24、該UPS裝置25在復電過程中，其備援電壓為動態地互相追隨，因此兩者的備援電壓、備援電流隨時間的變化幾乎相同，於圖6會近於疊合。

在時間t4，該UPS裝置24、該UPS裝置25偵測備援電流的準位為零(或低於一設定準位)，代表該負載200已轉移回由該交直流電源供應器212供電，該UPS裝置24、該UPS裝置25減少該參考電壓為零，以關斷該備援電壓及備援電流，而退出該供電匯流排22。

綜上所述，本發明不斷電電力供應系統，藉由每一UPS裝置的備援電壓動態地追隨該主宰電壓，而能在復電時避免每一UPS裝置不同時關斷備援電壓所造成的電壓擾動，進而提升電源穩定性及可靠度，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。