TWI578664B - 備用電源控制電路及使用其之備用電源供應系統 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種供應備用電源的技術領域,尤其是有關於一種備用電源控制電路及使用其之備用電源供應系統。
為了維持機器的持續運轉,不致使機器或運轉中的程序因為電力不穩定而造成不必要的損壞,備用電源供應系統是最常見的一種保護手段。在使用了備用電源供應(RPS,Redundancy Power Supplying)系統之後,即使電力出現中斷的現象,也可以很快的由備用電源供應系統提供備用的電力,讓機器或運轉中的程序有足夠的緩衝時間進行應對處理,減少電力中斷所造成的損失。
然而,現有的備用電源供應系統存在許多缺陷。例如:由於通常是以合路二極體(Oring Diode)做為備用電源供應系統的輸出級,所以在備用電源的電壓高於或者等於主電源的時候,無法優先讓主電源供電;另外,有些備用電源供應系統雖然可以讓主電源優先供電,但這些備用電源供應系統或者效率低,或者效率雖高但在主電
源與備用電源切換時所造成的電源電壓波動較大,而且控制機制複雜,有可能造成備用電源供應系統的反應速度過慢而無法達到即時提供備用電力的目的。
本發明意欲提供一種備用電源控制電路及使用其之備用電源供應系統,其可解決前述現有技術的缺陷,提供簡單而快速的電源切換機制。
本發明之一實施例提供一種備用電源控制電路,其包括主電源端、備用電源端、降壓模組、電源選擇模組、電壓檢測模組與開關。主電源端與備用電源端分別接收第一工作電壓與第二工作電壓;降壓模組具有降壓模組輸入端與降壓模組輸出端,降壓模組輸入端電性耦接至備用電源端以接收第二工作電壓,且降壓模組對第二工作電壓進行降壓操作以獲得待機電壓,並從降壓模組輸出端輸出待機電壓;電源選擇模組電性耦接至主電源端與降壓模組輸出端以分別接收第一工作電壓與待機電壓,並選擇第一工作電壓與待機電壓二者中電壓值較高者為電源選擇模組之輸出;電壓檢測模組電性耦接至主電源端以接收第一工作電壓,且根據第一工作電壓與臨界值之間的大小關係而決定所輸出之控制信號的內容;而前述開關則電性耦接於備用電源端與降壓模組輸出端之間,且開關是否導通係由控制信號的內容而定。其中,於關關導通時,電力通過開關所導致的電壓降小於通過降壓模組所導致的電壓降。
本發明之另一實施例提供一種備用電源供應系統,其包括主電源接入端、備用電源、系統電壓供應端以及備用電源控制電路。主電源接入端接收第一工作電壓;備用電源提供第二工作電壓;系統電壓供應端輸出系統電壓。備用電源控制電路則包括主電源端、備用電源端、降壓模組、電源選擇模組、電壓檢測模組與開關。主電源端電性耦接至主電源接入端以接收第一工作電壓;備用電源端電性耦接至備用電源以接收第二工作電壓;降壓模組具有降壓模組輸入端與降壓模組輸出端,降壓模組輸入端電性耦接至備用電源端以接收第二工作電壓,且降壓模組對第二工作電壓進行降壓操作以獲得待機電壓,並從降壓模組輸出端輸出待機電壓;電源選擇模組電性耦接至主電源端與降壓模組輸出端以分別接收第一工作電壓與待機電壓,並選擇且提供第一工作電壓與待機電壓二者中電壓值較高者至系統電壓供應端以做為該系統電壓;電壓檢測模組電性耦接至主電源端以接收第一工作電壓,且根據第一工作電壓與臨界值之間的大小關係而決定所輸出之控制信號的內容;而前述開關則電性耦接於備用電源端與降壓模組輸出端之間,且開關是否導通係由控制信號的內容而定。其中,於開關導通時,電力通過開關所導致的電壓降小於通過降壓模組所導致的電壓降。
在一個特定的實施例中,前述的電壓檢測模組更電性耦接至備用電源端,且電壓檢測模組包括第一~第六電阻以及第一與第二電晶體。其中,每一電阻分別具有第一端與第二端,而每一電晶體則分別包括控制端、第一
通路端與第二通路端。第一電阻的第一端電性耦接至主電源端;第二電阻的第一端電性耦接至第一電阻的第二端,其第二端接地;第三電阻的第一端電性耦接至備用電源端;第四電阻的第一端電性耦接至第三電阻的第二端,其第二端接地;第五電阻的第一端電性耦接至備用電源端,其第二端提供控制信號至開關;第一電晶體的控制端電性耦接至第一電阻的第二端,其第一通路端電性耦接至第三電阻的第二端,其第二通路端接地;第二電晶體的控制端電性耦接至第三電阻的第二端,其第一通路端電性耦接至第五電阻的第二端;第六電阻的第一端電性耦接至第二電晶體的第二通路端,其第二端接地。
本發明利用電壓檢測模組根據主電源之電壓(第一工作電壓)與臨界值之間的大小關係而決定所輸出之控制信號的內容,並藉著控制信號來控制開關是否導通而決定提供至電源選擇模組的備用電源之電壓的高低,因此可以快速的在主電源與備用電源之間進行切換。此外,降壓電路的存在也使得在主電源的電壓等於或略小於備用電源的電壓的時候,仍能保證由主電源進行供電。因此,本發明可以解決現有技術的缺陷,提供簡單而快速的電源切換機制。
10、20、320‧‧‧備用電源控制電路
30‧‧‧備用電源供應系統
100、200‧‧‧主電源端
110、210‧‧‧備用電源端
120、220‧‧‧降壓模組
121‧‧‧降壓模組輸入端
122‧‧‧降壓模組輸出端
130、230‧‧‧電源選擇模組
140、240‧‧‧電壓檢測模組
150、250‧‧‧開關
221、231、233‧‧‧陽極
222、232、234‧‧‧陰極
261~272‧‧‧端點
280、290‧‧‧控制端
281、282、291、292‧‧‧通路端
300‧‧‧主電源接入端
310‧‧‧備用電源
330‧‧‧系統電壓供應端
CTL‧‧‧控制信號
D1~D3‧‧‧二極體
R1~R6‧‧‧電阻
T1、T2‧‧‧電晶體
V1、V2‧‧‧工作電壓
VR‧‧‧待機電壓
VS‧‧‧系統電壓
圖1為根據本發明第一實施例之備用電源控制電路的電路方塊圖。
圖2為根據本發明第二實施例之備用電源控制電路的電路圖。
圖3為根據本發明第三實施例之備用電源供應系統的電路方塊圖。
請參照圖1,其為根據本發明第一實施例之備用電源控制電路的電路方塊圖。如圖1所示,備用電源控制電路10包括了主電源端100、備用電源端110、降壓模組120、電源選擇模組130、電壓檢測模組140與開關150。主電源端100用以接收工作電壓V1,備用電源端110則用以接收工作電壓V2。降壓模組120具有降壓模組輸入端121與降壓模組輸出端122,降壓模組輸入端121電性耦接至備用電源端110以接收工作電壓V2,且降壓模組120對工作電壓V2進行降壓操作以獲得待機電壓VR,並將待機電壓VR從降壓模組輸出端122輸出。電源選擇模組130電性耦接至主電源端100與降壓模組輸出端122以分別接收工作電壓V1與待機電壓VR,並選擇工作電壓V1與待機電壓VR二者中電壓值較高者為電源選擇模組130之輸出。電壓檢測模組140電性耦接至主電源端100以接收工作電壓V1,且根據工作電壓V1與某一個臨界值之間的大小關係而決定所輸出之控制信號CTL的內容。開關150電性耦接於備用電源端110與降壓模組輸出端122之間,且開關150是否導通係由控制信號CTL的內容而定。其中,於開關150導通時,電力在通過開關150時所導致
的電壓降的幅度,小於電力在通過降壓模組120時所導致的電壓降的幅度。
前述在電壓檢測模組140中所採用的臨界值可以是事先設定好的一個數值,也可以是隨外界環境而改變的數值。但無論臨界值的決定方式為何,都不會影響本案的實質技術精神。
請參照圖2,其為根據本發明第二實施例之備用電源控制電路的電路圖。如圖所示,備用電源控制電路包括了主電源端200、備用電源端210、降壓模組220、電源選擇模組230、電壓檢測模組240與開關250。各組成部分之間的電性耦接關係與操作原理和圖1所示者大致相同,但在本第二實施例中,電壓檢測模組240除了電性耦接至主電源端200以接收工作電壓V1之外,還同時電性耦接至備用電源端210以接收工作電壓V2。以下將詳細介紹各電子元件的連接關係與操作方式。
在本實施例中,主電源端200用以接收工作電壓V1,而備用電源端210則用以接收工作電壓V2。降壓模組220在本實施例中是以一個二極體(Diode)D1來實現,其中,二極體D1的陽極221電性耦接至降壓模組220以接收工作電壓V2,其陰極222的電位則是第一實施例中所述的待機電壓VR。電源選擇模組230包括兩個二極體D2與D3,二極體D2的陽極231電性耦接至主電源端200以接收工作電壓V1,二極體D3的陽極233電性耦接至二極體D1的陰極222(相當於第一實施例中的降壓模組輸出端122)以接收二極體D1陰極222上存在的電壓,而兩個
二極體D2與D3的陰極232與234則電性耦接在一起。藉此,在二極體D2與D3本身所造成的壓降相同的前提下,當二極體D2陽極231的電壓高於二極體D3陽極233的電壓的時候,電源選擇模組230就會以二極體D2陰極232的電壓做為系統電壓VS;相對的,當二極體D2陽極231的電壓低於二極體D3陽極233的電壓的時候,電源選擇模組230就會以二極體D3陰極234的電壓做為系統電壓VS。於是,電源選擇模組230就可以從工作電壓V1與待機電壓VR之間選擇電壓值較大者做為其輸出的系統電壓VS。
需說明的是,雖然在前述說明中是以二極體為例,但降壓模組220與電源選擇模組230並非只能以二極體為實體。事實上,降壓模組220與電源選擇模組230可以是其他任意適合的二極體、單方向流通電流的元件,或者是其他適合的電路元件。例如,在設計降壓模組220時,若僅考量單一條件:「讓工作電壓V2在經過降壓模組220而到達電源選擇模組230時所產生的電壓降,大於讓工作電壓V1到達電源選擇模組230時所產生的電壓降」,則可以簡單利用電阻元件或者線路本身的阻抗來達成這個設計目的。同樣的,電源選擇模組230也同樣可以利用電阻元件或者線路本身的阻抗來達成。
請再參照圖2,本實施例中的電壓檢測模組240包括了電阻R1、R2、R3、R4、R5與R6,以及電晶體T1與T2。其中,電阻R1的端點261電性耦接至主電源端200,其端點262、電阻R2的端點263以及電晶體T1的
控制端280電性耦接在一起。電阻R3的端點265與電阻R5的端點269一併電性耦接到備用電源端210。電阻R3的端點266、電阻R4的端點267、電晶體T1的通路端281以及電晶體T2的控制端290電性耦接在一起。電阻R5的端點270電性耦接至電晶體T2的通路端291。電晶體T2的通路端292電性耦接至電阻R6的端點271。電阻R2的端點264、電阻R4的端點268、電阻R6的端點272以及電晶體T1的通路端282一併接地。
藉由上述電壓檢測模組240中的電子元件的連接設置,工作電壓V1在被電阻R1與R2分壓之後的結果,會透過電晶體T1的控制端280而影響電晶體T1的導通程度,並由此搭配工作電壓V2以及電阻R3與R4的設計而影響電晶體T2控制端290的電壓。電晶體T2控制端290的電壓會影響電晶體T2的導通程度。最後,電晶體T2的導通程度與工作電壓V2以及電阻R5與R6的設計就影響由電阻R5的端點270的電壓值所組成的控制信號CTL的內容。
在一個特定的實施例中,電阻R1與R4的電阻值為10000歐姆,電阻R2與R3的電阻值為1000歐姆,電阻R5的電阻值為1800歐姆,而電阻R6的電阻值則為3600歐姆。這些設計值僅為提供一個可行的實例,具體的設計值當可視設計之電路本身的特性而加以調整。
在第二實施例中,控制信號CTL的內容是由工作電壓V1、工作電壓V2,以及電壓檢測模組240中的電子元件的規格所共同決定。換句話說,電壓檢測模組240
中所採用的臨界值將隨著不同的工作電壓V2以及電壓檢測模組240中的電子元件的規格而改變。若固定工作電壓V2與電子元件的規格,則可得到一個固定的、用來與工作電壓V1相比較的臨界值,使得一旦工作電壓V1低於此臨界值,則控制信號CTL會使開關250導通,一旦工作電壓V2高於此臨界值,則控制信號CTL會使開關250斷開。
在圖2中,開關250是以切換式開關為例,其兩端分別電性耦接至備用電源端210、二極體D1的陰極222以及二極體D3的陽極233。開關250可以使用其他類型的開關來代替,但應以能於開關250導通時,使電力通過開關250所導致的電壓降,小於使電力通過降壓模組220所導致的電壓降為原則。
藉由上述描述可以得知,在階段1,工作電壓V1等於甚至略小於工作電壓V2的時候,因為降壓電路使待機電壓VR小於工作電壓V1的關係,所以可以保持以工作電壓V1為系統電壓VS的供應源。而在階段2,當工作電壓V1持續下降到低於待機電壓VR之後,電源選擇模組就會改採待機電壓VR為系統電壓VS的供應源。最後,在階段3,當工作電壓V1低於臨界值之後,控制信號CTL將使開關250導通,此時的待機電壓VR將因為工作電壓V2通過開關250而有所提升,且電源選擇模組就會使用被提升後的待機電壓VR為系統電壓VS的供應源。反過來,當工作電壓V1回升時,也可以很容易的將系統電壓VS的供應源轉成工作電壓V1。
藉由設計不同的電阻值配對,也可能使工作電
壓V1在下降到臨界值的時候還大於待機電壓VR但略小於工作電壓V2,此時因為開關250已經導通,所以電源選擇模組將直接採用被提升後的待機電壓VR做為系統電壓VS的供應源。於是,備用電源控制電路將可以從前述的階段1直接切換到階段3,而省略中間階段2的運作。
接下來請參照圖3,其為根據本發明第三實施例之備用電源供應系統的電路方塊圖。如圖所示,備用電源供應系統30包括了主電源接入端300、備用電源310、備用電源控制電路320以及系統電壓供應端330。主電源接入端300從外界接收工作電壓V1以使工作電壓V1能被傳遞至備用電源控制電路320,備用電源310則提供工作電壓V2至備用電源控制電路320。系統電壓供應端電性耦接至備用電源控制電路320,以對外輸出由備用電源控制電路320所提供的系統電壓VS。備用電源控制電路320可以是前述第一或第二實施例所揭露的電路,也可以是其他根據本案描述進行修改而得、具有同樣技術精神的電路。
綜上所述,本發明以電壓檢測模組根據主電源之電壓(第一工作電壓)與臨界值之間的大小關係,決定所輸出之控制信號的內容,並藉著控制信號來控制開關是否導通而決定提供至電源選擇模組的備用電源之電壓的高低,因此可以快速的在主電源與備用電源之間進行切換。此外,降壓電路的存在使得在主電源的電壓等於或略小於備用電源的電壓的時候,仍能保證由主電源進行供電。因此,本發明可以解決現有技術的缺陷,提供簡單而快速的電源切換機制。
10‧‧‧備用電源控制電路
100‧‧‧主電源端
110‧‧‧備用電源端
120‧‧‧降壓模組
121‧‧‧降壓模組輸入端
122‧‧‧降壓模組輸出端
130‧‧‧電源選擇模組
140‧‧‧電壓檢測模組
150‧‧‧開關
CTL‧‧‧控制信號
V1、V2‧‧‧工作電壓
VR‧‧‧待機電壓
VS‧‧‧系統電壓
Claims (8)
- 一種備用電源控制電路,包括: 一主電源端,接收一第一工作電壓; 一備用電源端,接收一第二工作電壓; 一降壓模組,具有一降壓模組輸入端與一降壓模組輸出端,該降壓模組輸入端電性耦接至該備用電源端以接收該第二工作電壓,且該降壓模組對該第二工作電壓進行一降壓操作以獲得一待機電壓,並從該降壓模組輸出端輸出該待機電壓; 一電源選擇模組,電性耦接至該主電源端與該降壓模組輸出端以分別接收該第一工作電壓與該待機電壓,並選擇該第一工作電壓與該待機電壓二者中電壓值較高者為該電源選擇模組之輸出; 一電壓檢測模組,電性耦接至該主電源端以接收該第一工作電壓,並根據該第一工作電壓與一臨界值之間的大小關係而決定所輸出之一控制信號的內容;以及 一開關,電性耦接於該備用電源端與該降壓模組輸出端之間,且該開關是否導通係由該控制信號的內容而定, 其中,於該開關導通時,電力通過該開關所導致的電壓降小於通過該降壓模組所導致的電壓降。
- 如申請專利範圍第1項所述之備用電源控制電路,其中該電源選擇模組包括: 一第一二極體;以及 一第二二極體, 其中,該第一二極體的陽極電性耦接至該主電源端,該第二二極體的陽極電性耦接至該降壓模組輸出端,該第一二極體與該第二二極體的陰極電性耦接在一起以提供該電源選擇模組之輸出。
- 如申請專利範圍第1項所述之備用電源控制電路,其中該電壓檢測模組更電性耦接至該備用電源端,且該電壓檢測模組包括: 一第一電阻,具有第一端與第二端,該第一電阻的第一端電性耦接至該主電源端; 一第二電阻,具有第一端與第二端,該第二電阻的第一端電性耦接至該第一電阻的第二端,該第二電阻的第二端接地; 一第三電阻,具有第一端與第二端,該第三電阻的第一端電性耦接至該備用電源端; 一第四電阻,具有第一端與第二端,該第四電阻的第一端電性耦接至該第三電阻的第二端,該第四電阻的第二端接地; 一第五電阻,具有第一端與第二端,該第五電阻的第一端電性耦接至該備用電源端,該第五電阻的第二端提供該控制信號至該開關; 一第一電晶體,具有控制端、第一通路端與第二通路端,該第一電晶體的控制端電性耦接至該第一電阻的第二端,該第一電晶體的第一通路端電性耦接至該第三電阻的第二端,該第一電晶體的第二通路端接地; 一第二電晶體,具有控制端、第一通路端與第二通路端,該第二電晶體的控制端電性耦接至該第三電阻的第二端,該第二電晶體的第一通路端電性耦接至該第五電阻的第二端;以及 一第六電阻,具有第一端與第二端,該第六電阻的第一端電性耦接至該第二電晶體的第二通路端,該第六電阻的第二端接地。
- 如申請專利範圍第1項所述之備用電源控制電路,其中該降壓模組包括: 一二極體,該二極體的陽極做為該降壓模組輸入端,該二極體的陰極做為該降壓模組輸出端。
- 一種備用電源供應系統,包括: 一主電源接入端,接收一第一工作電壓; 一備用電源,提供一第二工作電壓; 一系統電壓供應端,輸出一系統電壓;以及 一備用電源控制電路,包括: 一主電源端,電性耦接至該主電源接入端以接收該第一工作電壓; 一備用電源端,電性耦接至該備用電源以接收該第二工作電壓; 一降壓模組,具有一降壓模組輸入端與一降壓模組輸出端,該降壓模組輸入端電性耦接至該備用電源端以接收該第二工作電壓,該降壓模組對該第二工作電壓進行一降壓操作以獲得一待機電壓,並從該降壓模組輸出端輸出該待機電壓; 一電源選擇模組,電性耦接至該主電源端與該降壓模組輸出端以分別接收該第一工作電壓與該待機電壓,並選擇且提供該第一工作電壓與該待機電壓二者中電壓值較高者至該系統電壓供應端以做為該系統電壓; 一電壓檢測模組,電性耦接至該主電源端以接收該第一工作電壓,且根據該第一工作電壓與一臨界值之間的大小關係而決定所輸出之一控制信號的內容;以及 一開關,電性耦接於該備用電源端與該降壓模組輸出端之間,該開關是否導通係由該控制信號的內容而定, 其中,於該開關導通時,電力通過該開關所導致的電壓降小於通過該降壓模組所導致的電壓降。
- 如申請專利範圍第5項所述之備用電源供應系統,其中該電源選擇模組包括: 一第一二極體;以及 一第二二極體, 其中,該第一二極體的陽極電性耦接至該主電源端,該第二二極體的陽極電性耦接至該降壓模組輸出端,該第一二極體與該第二二極體的陰極電性耦接在一起以提供該電源選擇模組之輸出。
- 如申請專利範圍第5項所述之備用電源供應系統,其中該電壓檢測模組更電性耦接至該備用電源端,且該電壓檢測模組包括: 一第一電阻,具有第一端與第二端,該第一電阻的第一端電性耦接至該主電源端; 一第二電阻,具有第一端與第二端,該第二電阻的第一端電性耦接至該第一電阻的第二端,該第二電阻的第二端接地; 一第三電阻,具有第一端與第二端,該第三電阻的第一端電性耦接至該備用電源端; 一第四電阻,具有第一端與第二端,該第四電阻的第一端電性耦接至該第三電阻的第二端,該第四電阻的第二端接地; 一第五電阻,具有第一端與第二端,該第五電阻的第一端電性耦接至該備用電源端,該第五電阻的第二端提供該控制信號至該開關; 一第一電晶體,具有控制端、第一通路端與第二通路端,該第一電晶體的控制端電性耦接至該第一電阻的第二端,該第一電晶體的第一通路端電性耦接至該第三電阻的第二端,該第一電晶體的第二通路端接地; 一第二電晶體,具有控制端、第一通路端與第二通路端,該第二電晶體的控制端電性耦接至該第三電阻的第二端,該第二電晶體的第一通路端電性耦接至該第五電阻的第二端;以及 一第六電阻,具有第一端與第二端,該第六電阻的第一端電性耦接至該第二電晶體的第二通路端,該第六電阻的第二端接地。
- 如申請專利範圍第5項所述之備用電源供應系統,其中該降壓模組包括: 一二極體,該二極體的陽極做為該降壓模組輸入端,該二極體的陰極做為該降壓模組輸出端。
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