TWI610525B - 具有並聯保護的雙向電源供應裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

一種具有並聯保護的雙向電源供應裝置，包含第一轉換模組、第一開關模組、第一量測模組及第一控制模組。第一轉換模組包含第一側及第二側，其中電能可從第一側傳遞至第二側或從第二側傳遞至第一側。第一開關模組包含一第一端以及一第二端，第一開關模組的第一端電性連接第一轉換模組的第二側。第一量測模組電性連接第一開關模組，用以量測第一開關模組的第一端與第二端的第一電壓差。第一控制模組電性連接第一量測模組、第一開關模組以及第一轉換模組，當第一電壓差小於一設定值時，第一控制模組導通第一開關模組。

Description

具有並聯保護的雙向電源供應裝置及其方法

本發明係關於一雙向電源供應裝置，特別關於一種具有輸出並聯與截止保護的雙向電源供應裝置。

雙向電源供應裝置不僅能提供電能，亦能進行放電，達到環保的功效。然而在放電的狀態下，當雙向電源供應裝置中的轉換器被關閉時，將可能發生迴路上的電感產生一突波電壓，而導致轉換器損毀的情形。而在具有多個轉換器的雙向電源供應裝置中，若轉換器為先後啟動，則先啟動的轉換器的輸出電壓將高於後啟動的轉換器，如此一來，將導致一無法預期大小的電流自先啟動的轉換器流至後啟動的轉換器的問題。

本發明在於提供一種具有並聯保護的雙向電源供應裝置及其方法，在充電的狀態下，藉由開關的作動，當雙向電源供應裝置先後啟動，可以防止電流自先啟動的轉換器流至後啟動的轉換器。當雙向電源供應裝置關閉時，可以防止突波電壓產生而導致轉換模組損毀的情形。

依據本發明一實施例的雙向電源供應裝置，具有第一轉換模組、第一開關模組、第一量測模組及第一控制模組。第一轉換模組具有第一側及第二側，其中電能可以從第一側傳遞至第二側或從第二側傳遞至第一側。第一開關模組包含一第一端以及一第二端，第一開關模組的第一端電性連接第一轉換模組的第二側。第一量測模組電性連接第一開關模組，用以量測第一開關模組的第一端與第二端的第一電壓差。第一控制模組電性連接第一量測模組、第一開關模組以及第一轉換模組，當第一電壓差小於一設定值時，第一控制模組導通第一開關模組。

依據本發明一實施例的雙向電源供應方法，其步驟包含：提供第一轉換模組，其中電能可從第一轉換模組的第一側傳遞至第一轉換模組的第二側或從第二側傳遞至第一側。第一開關模組電性連接於第一轉換模組的第二側。量測第一開關模組的一第一端與一第二端的電壓得到第一電壓差，當第一電壓差小於一設定值時，導通第一開關模組。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參考圖1及圖2，圖1係依據本發明一實施例所繪示的雙向電源供應裝置，圖2則係依據本發明一實施例所繪示的雙向電源供應裝置的部份元件示意圖。如圖1所示，雙向電源供應裝置10具有第一轉換模組101、第一開關模組103、第一控制模組105及第一量測模組107。第一轉換模組101具有第一側1011及第二側1013。第一開關模組103包含第一端1031以及一第二端1033，第一端1031電性連接第一轉換模組101的第二側1013。第一量測模組107電性連接第一開關模組103，用以量測第一開關模組103的第一端1031與第二端1033的第一電壓差。第一控制模組105電性連接第一轉換模組101、第一開關模組103以及第一量測模組107。

於一實施例中，雙向電源供應裝置10包含第一電感L1及第一電容C1。第一電感L1的第一端1091電性連接於第一轉換模組101的第二側1013，第一電感L1的第二端1093電性連接於第一開關模組103的第一端1031。第一電容C1的第一端1111電性連接於第一電感L1的第二端1093，且第一電容C1的第二端1113電性連接於第一轉換模組101的第二側1013。

第一轉換模組101例如係雙向直流到直流轉換器、交流到直流轉換器。於一實施例中，第一轉換模組101的第一側1011電性連接於一直流電壓源或交流電源，第二側1013電性連接其他元件例如第一電感L1、第一電容C1。其中電能可以從第一轉換模組101的第一側1011傳遞至第二側1013，亦可以從第二側1013傳遞至第一側1011。詳細來說，雙向電源供應裝置10具有供電模式及放電模式，當雙向電源供應裝置10運作於供電模式時，電能將從第一轉換模組101的第一側1011傳遞至第二側1013，當雙向電源供應裝置10運作於放電模式時，電能將從第一轉換模組101的第二側1013傳遞至第一側1011。

於一實施例中，第一開關模組103包含一N型增強式金氧半場效電晶體M1及一二極體D，如圖2所示，第一開關模組103的第一端1031係N型增強式金氧半場效電晶體 M1的汲極端與二極體D的陽極端所電性連接的一節點，且第一開關模組103的第二端1033係N型增強式金氧半場效電晶體M1的一源極端與二極體D1的一陰極端電性連接的一節點。也就是說，第一開關模組103係N型增強式金氧半場效電晶體M1與二極體D1並聯的結構，其中N型增強式金氧半場效電晶體M1的汲極端電性連接於二極體D1的陽極端，定義為第一開關模組103的第一端1031，N型增強式金氧半場效電晶體M1的源極端電性連接於二極體D1的陰極端，定義為第一開關模組103的第二端1033。

第一控制模組105例如係可程式序控制器（Programmable logic controller, PLC）或其他控制器。第一控制模組105在接收一關於將第一轉換模組101關閉的指令時，將先截止該第一開關模組103，再關閉該第一轉換模組101。

於一實施例中，第一量測模組107用以量測第一開關模組103第一端1031與第二端1033的第一電壓差。第一量測模組107的詳細架構例如為圖2所示，包含一放大器A1及一放大器A2 。其中第一放大器A1的第一輸入端（例如為負輸入端）電性連接於第一開關模組103的第一端1031，第一放大器A1的第二輸入端（例如為正輸入端）電性連接於第一電容C1的第二端1113，第一放大器A1的輸出端電性連接於第一控制模組105，以輸出第一電壓至第一控制模組105。其中第一電壓是指第一開關模組103第一端1031的電壓。第二放大器A2的第一輸入端（例如為負輸入端）電性連接於第一開關模組103的第二端1032，第二放大器A2的第二輸入端（例如為正輸入端）電性連接於第一電容C1的第二端1113，第二放大器A2的輸出端電性連接於第一控制模組105，以輸出第二電壓至第一控制模組105。其中第二電壓是指第一開關模組103第二端1032的電壓。於一實施例中，第一量測模組107包含高阻抗隔離放大器。

請參考圖3，圖3係依據本發明另一實施例所繪示的雙向電源供應裝置。於圖3的實施例中，雙向電源供應裝置10’具有第一轉換模組101、第一電感L1、第一電容C1、第一開關模組103、第一控制模組105、第一量測模組107、第二轉換模組201、第二電感L2、第二電容C2、第二開關模組203、第二控制模組205及第二量測模組207。其中，第一轉換模組101、第一電感L1、第一電容C1、第一開關模組103、第一控制模組105及第一量測模組107間的連接關係相同於圖1的實施例，且第二轉換模組201、第二電感L2、第二電容C2、第二開關模組203、第二控制模組205及第二量測模組207亦分別對應於第一轉換模組101、第一電感L1、第一電容C1、第一開關模組103、第一控制模組105及第一量測模組107，因此於此不再贅述上述元件間的連接關係。於此實施例中，藉由第二開關模組203的第二端2033電性連接於第一開關模組103的第二端1033，第二轉換模組201並聯於第一轉換模組101。第一量測模組107連接於第一開關模組103及第一控制模組105，第二量測模組207則連接於第二開關模組203及第二控制模組205。

於一實施例中，第二量測模組207所包含的元件及連接關係相同於第一量測模組107，於此不再贅述。第二量測模組207係用以量測第二開關模組203的第一端2031與第二端2033的第二電壓差。詳細的量測方法對應於前述的第一開關模組103的量測方法。

請參考圖1及圖4，圖4係依據本發明一實施例所繪示的雙向電源供應關閉之流程圖。於步驟S401～S405中，當第一控制模組105接收關閉第一轉換模組101的指令時，在關閉第一轉換模組101前，先截止第一開關模組103。於一實施例中，雙向電源供應裝置10具有供電模式以及放電模式，在放電模式中，如圖1所示，一電流源表示負載的電流自第一開關模組103的第二端1033流經第一電感L1，並進入第一轉換模組101的第一端1011。當控制模組105接收關閉第一轉換模組101的指令時，先截止第一開關模組103，使流經第一電感L1的電流值下降至一閾值，再關閉第一轉換模組101。於另一實施例中，係於第一電感L1的電流值下降為零後再關閉第一轉換模組101。若是在第一電感L1流通電流的狀態下直接關閉第一轉換模組101，第一電感L1將可能產生一突波電壓，並導致第一轉換模組101的損毀。藉由第一開關模組103的設置，並於關閉第一轉換模組101前先截止第一開關模組103，將能避免上述情況發生。

於一實施例中，控制模組105在截止第一開關模組103後間隔一時間，再關閉第一轉換模組101，其中該時間可以係預設於控制模組105，或使用者藉由控制模組105設定，本發明不予限制。

請參考圖2及圖5，圖5係依據本發明另一實施例所繪示的雙向電源供應並聯保護之流程圖。於步驟S501中，第一量測模組107量測第一開關模組103的第一端1031的電壓並定義為第一電壓，第一量測模組107量測第一開關模組103的第二端1033的電壓並定義為第二電壓。更詳細地說，如圖2所示，第一量測模組107的第一放大器A1將第一電壓量測結果傳送至第一控制模組105，第二放大器A2將第二電壓量測結果傳送至第一控制模組105。於步驟S503中，第一控制模組105將第一量測模組107中的第一電壓與第二電壓做相減運算並取絕對值，以產生第一電壓差。於步驟S505中，當第一電壓介於一設定區間，且第一電壓差小於一設定值時，第一控制模組105將導通第一開關模組103。其中設定區間及設定值可以係裝置預設值，或可以由使用者設定，本發明不予限制。

於一實施例中，第二轉換模組201並聯於第一轉換模組101，第二量測模組207量測第二開關模組203的第一端2031及第二端2033電壓以得到第二電壓差。更詳細地說，第二電壓差係第二開關模組203兩端的電壓相減得到的差並取絕對值。當第二電壓差小於上述的設定值時，第二控制模組205將導通第二開關模組203。

藉由上述結構，本案所揭示的雙向電源供應裝置，在供電的狀態下，當第一轉換模組啟動而第二轉換模組關閉時，第一開關模組因兩端的電壓差過大而處於截止狀態。如此一來，第一轉換模組僅需對第一電容充電，而不需對第二電容充電。避免以往啟動的轉換模組需對裝置中所有轉換模組對應的電容充電，而造成輸出不穩定、穩態電流過大的情形。也避免無法預期大小的電流自高電位的第一轉換模組流至低電位的第二轉換模組。另外，藉由開關的作動，在充電的狀態下，當雙向電源供應裝置關閉時，可以防止突波電壓產生而導致轉換模組損毀的情形，而在供電的狀態下，可以避免輸出不穩定、暫態電流過大及過大的電流自高電位轉換模組流至低電位轉換模組的情形。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10‧‧‧雙向電源供應裝置
10’‧‧‧雙向電源供應裝置
101‧‧‧第一轉換模組
1011‧‧‧第一側
1013‧‧‧第二側
103‧‧‧第一開關模組
1031‧‧‧第一端
1033‧‧‧第二端
105‧‧‧第一控制模組
107‧‧‧第一量測模組
201‧‧‧第二轉換模組
203‧‧‧第二開關模組
2031‧‧‧第一端
2033‧‧‧第二端
205‧‧‧第二控制模組
207‧‧‧第二量測模組
L1‧‧‧第一電感
1091‧‧‧第一端
1093‧‧‧第二端
L2‧‧‧第二電感
C1‧‧‧第一電容
1111‧‧‧第一端
1113‧‧‧第二端
C2‧‧‧第二電容
M1‧‧‧N型金氧半場效電晶體
D1‧‧‧二極體
A1‧‧‧第一放大器
A2‧‧‧第二放大器

圖1係依據本發明一實施例所繪示的雙向電源供應裝置。 圖2係依據本發明一實施例所繪示的雙向電源供應裝置的部份元件示意圖。 圖3係依據本發明另一實施例所繪示的雙向電源供應裝置。 圖4係依據本發明一實施例所繪示的雙向電源供應關閉之流程圖。 圖5係依據本發明另一實施例所繪示的雙向電源供應並聯保護之流程圖。

10‧‧‧雙向電源供應裝置

101‧‧‧第一轉換模組

1011‧‧‧第一側

1013‧‧‧第二側

103‧‧‧第一開關模組

1031‧‧‧第一端

1033‧‧‧第二端

105‧‧‧第一控制模組

107‧‧‧第一量測模組

L1‧‧‧第一電感

1091‧‧‧第一端

1093‧‧‧第二端

C1‧‧‧第一電容

1111‧‧‧第一端

1113‧‧‧第二端

Claims (8)

1. 一種具有並聯保護的雙向電源供應裝置，包含：一第一轉換模組，包含一第一側及一第二側，其中電能可從該第一側傳遞至該第二側或從該第二側傳遞至該第一側；一第一開關模組，包含一第一端以及一第二端，該第一開關模組的該第一端電性連接該第一轉換模組的該第二側；一第一量測模組，電性連接該第一開關模組，用以量測該第一開關模組的該第一端與該第二端的一第一電壓差；一第一控制模組，電性連接該第一量測模組、該第一開關模組以及該第一轉換模組；一第二轉換模組，包含一第一側及一第二側，其中該電能可從該第一側傳遞至該第二側或從該第二側傳遞至該第一側；一第二開關模組，包含一第一端以及一第二端，該第二開關模組的該第一端電性連接該第二轉換模組的該第二側，該第二開關模組的該第二端電性連接該第一開關模組的該第二端；一第二量測模組，電性連接該第二開關模組，用以量測該第二開關模組的該第一端與該第二端的一第二電壓差；以及一第二控制模組，電性連接該第二量測模組、該第二開關模組以及該第二轉換模組；其中當該第一電壓差小於一設定值時，該第一控制模組導通該第一開關模組，且當該第二電壓差小於該設定值時，該第二控制模組導通該第二開關模組。
2. 如請求項1所述的雙向電源供應裝置，其中該第一控制模組於關閉該第一轉換模組前，截止該第一開關模組。
3. 如請求項1所述的雙向電源供應裝置，其中該第一量測模組包含：一第一放大器，包含一輸入端以及一輸出端，該輸入端電性連接該第一開關模組的該第一端，該輸出端電性連接該第一控制模組，以輸出一第一電壓至該第一控制模組；以及一第二放大器，包含一輸入端以及一輸出端，其中該輸入端電性連接該第一開關模組的該第二端，該輸出端電性連接該第一控制模組，以輸出一第二電壓至該第一控制模組。
4. 如請求項3所述的雙向電源供應裝置，其中該第一電壓差是該第一電壓與該第二電壓的差值的絕對值，當該第一電壓介於一設定區間且該第一電壓差小於該設定值時，該第一控制模組導通該第一開關模組。
5. 如請求項1所述的雙向電源供應裝置，更包含：一電感，包含一第一端以及一第二端，該電感的該第一端電性連接該第二側的一第一端，該電感的該第二端電性連接該第一開關模組的該第一端；以及一電容，包含一第一端以及一第二端，該電容的該第一端電性連接該電感的該第二端，該電容的該第二端電性連接該第二側的一第二端。
6. 一種雙向電源供應並聯保護的方法，包含下列步驟：提供一第一轉換模組，其中電能可從該第一轉換模組的一第一側傳遞至該第一轉換模組的一第二側或從該第二側傳遞至該第一側；電性連接一第一開關模組於該第二側； 並聯連接一第二轉換模組於該第一轉換模組；電性連接一第二開關模組的一第一端於該第二轉換模組的一第二側；電性連接該第二開關模組的一第二端於該第一開關模組的該第二端；量測該第一開關模組的一第一端與一第二端的電壓得到一第一電壓差；當該第一電壓差小於一設定值時，導通該第一開關模組；量測該第二開關模組的該第一端與該第二端的電壓得到一第二電壓差；以及當該第二電壓差小於該設定值時，導通該第二開關模組。
7. 如請求項6所述的方法，更包含下列步驟：量測該第一開關模組的該第一端得到一第一電壓；量測該第一開關模組的該第二端得到一第二電壓；計算該第一電壓與該第二電壓的差值的絕對值得到該第一電壓差；以及當該第一電壓介於一設定區間且該第一電壓差小於該設定值時，導通該第一開關模組。
8. 如請求項6所述的方法，更包含下列步驟：於關閉該第一轉換模組前，截止該第一開關模組。