TWI559645B - Power conversion system with power supply and electronic load - Google Patents

Description

具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統

本發明係一種電力轉換系統，尤指一種同時具有電源供應器與電子式負載的電力轉換系統。

請參閱圖1所示，現有欲對一待測之直流電源供應器81進行輸出電壓與電流的測試，多是由一電源供應器82將交流電源轉換為直流電源後，再提供給直流電源供應器81作為輸入電源，並透過一與直流電源供應器81連接的負載83(如大功率的電阻器)消耗其輸出電力，以進行長時間的燒機測試，並確認該待測的直流電源供應器81輸出的電壓與電流品質是否符合要求，由於負載83消耗電力時會產生大量的熱能，且另需加裝散熱設備，因此使用電阻性的負載83會有能量之耗損與浪費的問題。

請參閱圖2所示，如我國新型專利第412108號「用於將燒機產生之電熱能回收再使用之裝置」，主要是將一負載儲能單元91連接至一待測的電源供應器92以消耗其輸出之交流電力，該負載儲能單元91係為直流式電子負載以轉換儲存為直流電力，由一回授控制比較單元93偵測與控制一與負載儲能單元91連接的輸出單元94， 使負載儲能單元91儲存的直流電力經輸出單元94轉換為一外部電源95的交流電力(交流市電)，並回送至電源供應器92的交流電源端，藉此達到電能循環再使用及節約能源之目的，不過，該電能回收再使用裝置需設置多種元件且經過多次交流變直流、直流變交流的電壓轉換，而有元件結構複雜與電源轉換效率不高的問題，仍有待改進之處。

如前揭所述，現有用於電源供應器的電能回收裝置需設置多種元件且經過多次交直流電壓轉換，而有元件結構複雜與電源轉換效率不高的問題，因此本發明主要目的在提供一具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，主要是同時設有第一電源轉換器與第二電源轉換器以分別作為電源供應器及電子式負載，該第二電源轉換器直接將回收的電力回授至第一電源轉換器的直流電源端，不需經多次電壓轉換，解決現有電能回收裝置之元件結構複雜與電源轉換效率不高的問題。

為達成前述目的所採取的主要技術手段係令前述具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，包含有：一個以上的第一電源轉換器，其包含有一電源輸入端、一電源輸出端與一直流對直流轉換器，該直流對直流轉換器是分別連接至電源輸入端與電源輸出端且具有一種以 上的操作模式；一個以上的第二電源轉換器，其包含有一電源回收端、一電源回授端與一直流對直流轉換器，該直流對直流轉換器是分別連接至電源回收端與電源回授端且具有一種以上的操作模式，該電源回授端是與第一電源轉換器的電源輸入端電連接；一控制器，其包含有複數個控制模組，該控制器分別與第一電源轉換器以及第二電源轉換器電連接，各控制模組分別控制或切換各直流對直流轉換器的操作模式。

利用前述元件組成的具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，第一電源轉換器的電源輸出端連接至一待測之直流電源供應器的輸入端，以作為一電源供應器，由其直流對直流轉換器提供待測直流電源供應器電力，第二電源轉換器的電源回收端連接至該待測直流電源供應器的輸出端，以作為一電子式負載，並由第二電源轉換器的直流對直流轉換器回收該待測直流電源供應器輸出的電力，以將電力回授至第一電源轉換器的電源輸入端，該控制器之各控制模組係分別控制各直流對直流轉換器的操作模式，當其操作模式設為輸出模式時，直流對直流轉換器即為電源供應器，當其操作模式設為輸入模式時，直流對直流轉換器即為電子式負載，本發明之電力轉換系統具有結構簡單且電壓不需經多次轉換的優點，解決現有電熱能 回收再使用裝置之元件結構複雜與電源轉換效率不高的問題。

《本發明》

10‧‧‧電力轉換系統

11、11’‧‧‧第一電源轉換器

111‧‧‧電源輸入端

112‧‧‧電源輸出端

113‧‧‧直流對直流轉換器

12、12’‧‧‧第二電源轉換器

121‧‧‧電源回授端

122‧‧‧電源回收端

123‧‧‧直流對直流轉換器

13‧‧‧控制器

131、131’、132、132’‧‧‧控制模組

20‧‧‧直流電源供應器

30‧‧‧直流電源

《先前技術》

81‧‧‧直流電源供應器

82‧‧‧電源供應器

83‧‧‧負載83

91‧‧‧負載儲能單元

92‧‧‧電源供應器

93‧‧‧回授控制比較單元

94‧‧‧輸出單元

95‧‧‧外部電源

圖1是現有直流電源供應器之燒機測試的示意圖。

圖2是現有電源供應器之電能回收裝置的電路方塊圖。

圖3是本發明的系統架構圖。

圖4是本發明的電路方塊圖。

圖5是本發明第一較佳實施例的電路圖。

圖6是本發明第二較佳實施例的電路圖。

圖7是本發明第三較佳實施例的電路圖。

圖8是本發明第四較佳實施例的電路圖。

圖9是本發明第五較佳實施例的電路圖。

關於本發明的系統架構與電路方塊圖，請參閱圖3、4所示，係將一電力轉換系統10與一待測之直流電源供應器20電連接，該電力轉換系統10係連接至一直流電源30，以提供測試直流電源供應器20所需的直流電源，同時回收直流電源供應器20產生的電力以供其使用，減少測試該直流電源供應器20時的耗能。

該電力轉換系統10包含有一第一電源轉換器11、一第二電源轉換器12以及一控制器13，該第一電源轉換器11係作為電源供應器並連接至直流電源供應器20 的輸入端(Input)，以提供直流電源供應器20所需電源，該第二電源轉換器12係作為電子式負載並連接至直流電源供應器20的輸出端(Output)，以回收直流電源供應器20產生的電力，該控制器13係分別與第一電源轉換器11以及第二電源轉換器12電連接，又第一電源轉換器11與第二電源轉換器12可由控制器13控制或切換其操作模式(Operation Mode)，其可為單向輸出模式、單向輸入模式或雙向輸出/輸入模式等三種操作模式，又雙向輸出/輸入的操作模式係可切換為輸出模式或輸入模式兩種。

本發明依照第一電源轉換器11與第二電源轉換器12不同的操作模式，分為以下五個較佳實施例，詳如下所示。

請參閱圖5所示，第一較佳實施例的第一、第二電源轉換器11、12係將其操作模式分別設為單向輸出模式與單向輸入模式，而分呈電源供應與電子負載組態(Configuration)。

請參閱圖6所示，第二較佳實施例係與第一較佳實施例大致相同，不同的是該電力轉換系統10增加一第一電源轉換器11’，增加的第一電源轉換器11’是與原第一電源轉換器11並聯，第一電源轉換器11、11’係將其操作模式設為單向輸出模式，第二電源轉換器12係將其操作模式設為單向輸入模式，使該等第一電源轉換器11、 11’是呈並聯的電源供應組態。

請參閱圖7所示，第三較佳實施例係與第二較佳實施例大致相同，不同的是該增加的第一電源轉換器11’，其輸出端是獨立接至直流電源供應器20的另一輸入端(Input2)，使該等第一電源轉換器11、11’是呈獨立之多輸出的電源供應組態。

請參閱圖8所示，第四較佳實施例係與第二較佳實施例大致相同，不同的是該電力轉換系統10增加的第一電源轉換器11’的輸出端是與原第一電源轉換器11的輸出端串聯，使該等第一電源轉換器11、11’是呈串聯的電源供應組態。

請參閱圖9所示，第五較佳實施例係與第一較佳實施例大致相同，不同的是該電力轉換系統10增加一第二電源轉換器12’，增加的第二電源轉換器12’是與原第二電源轉換器12並聯，使該等第二電源轉換器12、12’是呈並聯的電子負載組態。

關於本發明的第一較佳實施例，係如圖5所示，該第一電源轉換器11用以輸出直流電源，其包含有一電源輸入端111、一電源輸出端112與一直流對直流轉換器113，該電源輸入端111連接至直流電源30，該電源輸出端112連接至直流電源供應器20的輸入端(Input)，該直流對直流轉換器113是分別連接至電源輸入端111與電源輸 出端112，並由控制器13控制其操作模式為單向輸出模式或是雙向輸出/輸入操作模式中的的輸出模式，以做為電源供應器。

該第二電源轉換器12係回收直流電源供應器20產生的電力並轉換為第一電源轉換器11所需的電力，其包含有一電源回授端121、一電源回收端122與一直流對直流轉換器123，該電源回授端121連接至第一電源轉換器11的電源輸入端111，該電源回收端122連接至直流電源供應器20的輸出端(Output)，該直流對直流轉換器123是分別連接至電源回授端121與電源回收端122並由控制器13控制其切換為單向輸入模式或是雙向輸出/輸入操作模式中的輸入模式以做為電子式負載。

該控制器13包含有複數個控制模組131、132，該控制模組131、132分別與電源輸出端112、電源回收端122、各直流對直流轉換器113、123電連接，以分別偵測電源輸出端112、電源回收端122的電壓並控制各直流對直流轉換器113、123的操作模式，使第一電源轉換器11作為電源供應器，供應直流電源供應器20直流電力，以及使第二電源轉換器12作為電子式負載，回收直流電源供應器20的直流電力並回授至第一電源轉換器11。

由上述可知，該電力轉換系統10的第一電源轉換器11透過直流對直流轉換器113將直流電源30轉換 為直流電源供應器20所需的直流電壓與電流，再由第二電源轉換器12的直流對直流轉換器123作為電子式負載，以回收直流電源供應器20輸出的直流電力，並將回收的電力回授至第一電源轉換器11的電源輸入端111，具有結構簡單的優點且同樣使用直流電壓進行轉換以減少損耗，不需如現有電能回收裝置經過多次交直流電壓轉換才能回收電力，具有結構簡單且電壓不需經多次轉換的優點。

關於本發明的第二較佳實施例，如圖6所示，該電力轉換系統10係由兩個或兩個以上之第一電源轉換器11、11’以及一個第二電源轉換器12組成，該等第一電源轉換器11、11’的電源輸入端111、111’是相互並聯且連接至直流電源30，該等第一電源轉換器11、11’的電源輸出端112、112’是相互並聯且連接至直流電源供應器20的輸入端(Input)，第一電源轉換器11、11’係將其操作模式設為單向輸出模式，第二電源轉換器12係將其操作模式設為單向輸入模式，使該等第一電源轉換器11、11’為並聯的電源供應組態。

關於本發明的第三較佳實施例，如圖7所示，該電力轉換系統10係由兩個或兩個以上之第一電源轉換器11、11’以及一個第二電源轉換器12組成，該等第一電源轉換器11、11’的電源輸入端111、111’是相互並聯且連接至直流電源30，該等第一電源轉換器11、11’的電源輸 出端112、112’是分別連接至直流電源供應器20的兩個不同輸入端(Input1、Input2)，又該等第一電源轉換器11、11’可依需求由控制模組131、131’分別控制直流對直流轉換器113、113’以分別輸出相同或不同的直流電壓，當其電源輸出端112、112’分別輸出不同的直流電壓時，例如12伏特與5伏特，可方便測試具有不同輸入電壓之待測直流電源供應器20。

關於本發明的第四較佳實施例，如圖8所示，該電力轉換系統10係由兩個第一電源轉換器11、11’以及一個第二電源轉換器12組成，該等第一電源轉換器11、11’的電源輸入端111、111’是相互並聯且連接至直流電源30，該等第一電源轉換器11、11’的電源輸出端112、112’是相互串聯且連接至直流電源供應器20的輸入端(Input)，第一電源轉換器11、11’係將其操作模式設為單向輸出模式，第二電源轉換器12係將其操作模式設為單向輸入模式，使該等第一電源轉換器11、11’為串聯的電源供應組態。

關於本發明的第五較佳實施例，如圖9所示，該電力轉換系統10具有兩個或兩個以上之第二電源轉換器12、12’，該等第二電源轉換器12、12’是相互並聯，又其直流對直流轉換器123、123’是分由控制模組132、132’控制其切換為單向輸入模式，以作為另一電子式負載使該 等第二電源轉換器12、12’為並聯的電子負載組態，該等電源回收端122是與第一電源轉換器11的電源輸出端112連接，可增加回收直流電源供應器20的電力。

由於本發明的第一電源轉換器11與第二電源轉換器12可由控制器13控制其為雙向輸出/輸入之操作模式的輸出模式或輸入模式，而作為雙向電力流通，因此當前述第一至第五較佳實施例中之直流電源供應器20的輸出端與輸入端變換或反向時，各第一電源轉換器11與各第二電源轉換器12可由控制器13瞬間切換其操作模式，將其雙向輸出/輸入之操作模式的輸出模式或輸入模式同時互換，意即，將第一電源轉換器11與第二電源轉換器12的角色互換，使第一電源轉換器11由電源供應器改為電子式負載，第二電源轉換器12由電子式負載改為電源供應器。

10‧‧‧電力轉換系統

11‧‧‧第一電源轉換器

111‧‧‧電源輸入端

112‧‧‧電源輸出端

113‧‧‧直流對直流轉換器

12‧‧‧第二電源轉換器

121‧‧‧電源回授端

122‧‧‧電源回收端

123‧‧‧直流對直流轉換器

13‧‧‧控制器

131、132‧‧‧控制模組

20‧‧‧直流電源供應器

30‧‧‧直流電源

Claims (13)

1. 一種具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，包含有：至少一第一電源轉換器，其包含有一電源輸入端、一電源輸出端與一直流對直流轉換器，該至少一第一電源轉換器之該直流對直流轉換器是分別連接至電源輸入端與電源輸出端且具有一輸出模式或一輸入模式的操作模式；至少一第二電源轉換器，其包含有一電源回收端、一電源回授端與一直流對直流轉換器，該至少一第二電源轉換器之該直流對直流轉換器是分別連接至電源回收端與電源回授端且具有一輸出模式或一輸入模式的操作模式，該電源回授端是與該至少一第一電源轉換器的該電源輸入端電連接；一控制器，其包含有複數個控制模組，該等控制模組分別與該至少一第一電源轉換器以及該至少一第二電源轉換器電連接，各該控制模組分別控制或切換該至少一第一電源轉換器與該至少一第二電源轉換器之各該直流對直流轉換器的操作模式，以使該至少一第一電源轉換器與該至少一第二電源轉換器互為電源供應器與電子式負載。
2. 如請求項1所述之具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，該控制模組控制該第一電源轉換器的該直流對直流轉換器的操作模式為單向輸出模式以作為電源供應器，該控制模組控制該第二電源轉換器的該直流對直流轉換器的操作模式為單向輸入模式以作為電子式負載。
3. 如請求項1所述之具電源供應器與電子式負載的電 力轉換系統，其設有至少兩個的第一電源轉換器以及對應之至少兩個的控制模組，各該第一電源轉換器的該電源輸入端是相互並聯，該等控制模組控制該等第一電源轉換器的該等直流對直流轉換器的操作模式為單向輸出模式以作為電源供應器，該控制模組控制該第二電源轉換器的該等直流對直流轉換器的操作模式為單向輸入模式以作為電子式負載。
4. 如請求項3所述之具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，該等第一電源轉換器的該等電源輸出端是相互串聯。
5. 如請求項3所述之具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，該等第一電源轉換器的該等電源輸出端是相互並聯。
6. 如請求項1所述之具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，其設有至少兩個的第二電源轉換器以及對應之至少兩個的控制模組，各該第二電源轉換器的該電源回授端是相互並聯，又該等電源回收端是相互並聯，該控制模組控制該第一電源轉換器的該直流對直流轉換器的操作模式為單向輸出模式以作為電源供應器，該等控制模組控制該等第二電源轉換器的該等直流對直流轉換器的操作模式為單向輸入模式以作為電子式負載。
7. 如請求項1所述之具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，該第一電源轉換器與第一電源轉換器的直流對直流轉換器的操作模式為雙向輸出/輸入模式，該雙向輸出/輸入模式係由控制模組切換為輸出模式或輸入模式。
8. 如請求項7所述之具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，該等控制模組控制該第一電源轉換器的該等直流對直流轉換器的操作模式切換為雙向輸出/輸入模式中的輸出模式，以作為電源供應器，該等控制模組控制該等第二電源轉換器的該等直流對直流轉換器的操作模式切換為雙向輸出/輸入模式中的輸入模式，以作為電子式負載。
9. 如請求項7所述之具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，其設有至少兩個的第一電源轉換器以及對應之兩個或兩個以上的控制模組，各該第一電源轉換器的該電源輸入端是相互並聯，該等控制模組控制該等第一電源轉換器的該等直流對直流轉換器的操作模式切換為雙向輸出/輸入模式中的輸出模式，以作為電源供應器，該等控制模組控制該等第二電源轉換器的該等直流對直流轉換器的操作模式切換為雙向輸出/輸入模式中的輸入模式，以作為電子式負載。
10. 如請求項9所述之具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，該等第一電源轉換器的該等電源輸出端是相互串聯。
11. 如請求項9所述之具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，該等第一電源轉換器的該等電源輸出端是相互並聯。
12. 如請求項7所述之具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，其設有至少兩第二電源轉換器以及對應之至少兩控制模組，各該第二電源轉換器的該電源回授端是相互並聯，又該電源回收端是相互並聯，該等控制模組控制 該第一電源轉換器的該直流對直流轉換器的操作模式切換為雙向輸出/輸入模式中的輸出模式，以作為電源供應器，該等控制模組控制該等第二電源轉換器的該等直流對直流轉換器的操作模式切換為雙向輸出/輸入模式中的輸入模式，以作為電子式負載。
13. 如請求項7至12中任一項所述之具電源供應器與電子式負載的電力轉換系統，各該第一電源轉換器與各該第二電源轉換器由該等控制模組切換其操作模式，將其雙向輸出/輸入操作模式中的輸出模式或輸入模式同時互換，各該第一電源轉換器由電源供應器轉換為電子式負載，以各該第二電源轉換器由電子式負載轉換為電源供應器。