TWI628897B

TWI628897B - 不斷電系統、不斷電系統控制單元及不斷電系統控制方法

Info

Publication number: TWI628897B
Application number: TW105119685A
Authority: TW
Inventors: 陳殿河; 林巧仟
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2018-07-01
Also published as: JP6266816B2; US10333343B2; TW201801441A; JP2017229224A; US20170373532A1

Abstract

一種不斷電系統包括：電源轉換電路、開關單元及控制單元。電源轉換電路接收市電電壓，並輸出交流轉換電壓；開關單元接收市電電壓以及交流轉換電壓，且於市電模式時輸出市電電壓，於電池模式時輸出交流轉換電壓；於市電模式時，控制單元依據市電電壓產生基礎三角波訊號，於電池模式操作且偵測市電恢復後，控制單元判斷於市電電壓零交越點時，基礎三角波訊號之交越值是否在預定範圍內；若在預定範圍內，則控制單元控制開關單元由輸出交流轉換電壓切換為輸出市電電壓。

Description

不斷電系統、不斷電系統控制單元及不斷電系統控制方法

本發明有關一種不斷電系統、不斷電系統控制單元及不斷電系統控制方法，尤指一種離線式方波輸出不斷電系統、不斷電系統控制單元及不斷電系統控制方法。

隨著社會的不斷發展，用電設備對供電質量的要求越來越高，為了確保用電設備的安全，不斷電系統受到高度的重視。其中離線式不斷電系統電源體積小、重量輕、價格便宜，應用非常廣泛。

請參閱圖1為習知離線式不斷電系統(off-line uninterruptible power supply)之電路方塊示意圖，主要包括電源轉換電路2，接收市電電壓Vac，並輸出交流轉換電壓Vo；開關單元3，接收市電電壓Vac以及交流轉換電壓Vo；控制單元4，感測交流轉換電壓Vo以及市電電壓Vac，並控制電源轉換電路2以及開關單元3。電源轉換電路2包含充電單元21，電性連接電池單元22、直流-直流轉換單元23和直流-交流轉換單元24。當市電電壓Vac正常時，市電電壓Vac經由開關單元3輸出至負載，且由市電電壓Vac對電源轉換電路2內部之電池單元22充電；當控制單元4於偵測點X偵測到市電電壓Vac中斷或市電異常時，則電源轉換電路2之電池單元22經由直流-直流轉換單元23以及直流-交流轉換單元24輸出交流轉換電壓Vo，開關單元3將交流轉換電壓Vo輸出至負載。

一般而言，離線式不斷電系統所輸出之交流轉換電壓Vo波形可能為方波或是正弦波型態，但由於應用及成本之考量，因此前者目前較常使用。然而，上述些現有的離線式不斷電系統，存在有以下的缺陷：

1、傳統離線式不斷電系統在大多數控制中未實現市電電壓Vac輸出與電源轉換電路2之間鎖相切換之功能，在切換過程中會有交流瞬間短路的危險。

2、開關單元3切換時會與實際控制單元4下的命令會有延遲時間，若控制單元4欲使開關單元3於市電零交越點切換，但因開關單元3具有延遲時間而非於市電零交越點切換時，容易導致開關單元3因過大的切換應力而損毀。

因此，如何設計出一種不斷電系統、不斷電系統控制單元及不斷電系統控制方法，利用鎖相切換功能，以在切換過程中避免交流瞬間短路的危險，並避免開關單元非於市電零交越點切換時，導致開關單元因過大的切換應力而損毀，乃為本發明所欲行克服並加以解決的問題。

為了解決上述問題，本發明提供一種不斷電系統，以克服習知技術的問題。因此，本發明之不斷電系統，具有市電模式以及電池模式，並接收市電電壓，不斷電系統包括：電源轉換電路，接收市電電壓，並輸出交流轉換電壓；開關單元，接收市電電壓以及交流轉換電壓，且於市電模式時輸出市電電壓，於電池模式時輸出交流轉換電壓；以及控制單元，感測交流轉換電壓以及市電電壓，並控制電源轉換電路以及開關單元；其中，於市電模式時，控制單元依據市電電壓產生基礎三角波訊號，於電池模式操作且偵測市電恢復後，控制單元判斷於市電電壓零交越點時，基礎三角波訊號之交越值是否在預定範圍內。若在預定範圍內，則控制單元控制開關單元由輸出交流轉換電壓切換為輸出市電電壓。

於一實施例中，其中若控制單元判斷於市電電壓零交越點時，交越值不在預定範圍內，則控制單元調整基礎三角波訊號之頻率。同時，若基礎三角波訊號在下降緣且交越值小於預定範圍，則減少基礎三角波訊號之頻率；若基礎三角波訊號在下降緣且交越值大於預定範圍，或是基礎三角波訊號在上升緣，則增加基礎三角波訊號之頻率。

於一實施例中，其中預定範圍為基礎三角波訊號之中間值上下之誤差容許範圍內，誤差容許範圍為基礎三角波訊號之波峰與波谷之間之電壓差絕對值之10%。

於一實施例中，其中於市電模式時，控制單元依據市電電壓之上升緣零交越點或市電電壓之下降緣零交越點為基礎三角波訊號之中間值而產生基礎三角波訊號，且當由市電模式切換至電池模式時，控制單元控制電源轉換電路接續輸出與市電電壓之頻率以及波峰及波谷位置相同之交流轉換電壓。

於一實施例中，其中控制單元包括：載波控制單元，接收市電電壓，並輸出基礎三角波訊號以及開關觸發訊號。以及脈波控制單元，接收交流轉換電壓、基礎三角波訊號以及開關觸發訊號，並輸出脈波寬度調變控制訊號以及開關控制訊號，脈波寬度調變控制訊號控制電源轉換電路，開關控制訊號控制開關單元。

於一實施例中，其中脈波控制單元更包括：回授控制單元，接收交流轉換電壓，並輸出轉換控制電壓訊號。以及脈波寬度調變單元，接收基礎三角波訊號以及轉換控制電壓訊號，並輸出脈波寬度調變控制訊號。其中，脈波寬度調變單元於電池模式時，輸出脈波寬度調變控制訊號。

於一實施例中，其中載波控制單元更包括：市電感測單元，接收市電電壓，並依據市電電壓之市電零交越點輸出市電零交越訊號。載波產生單元，接收市電零交越訊號，並輸出基礎三角波訊號。基礎三角波電壓值取樣單元，接收基礎三角波訊號，並輸出取樣電壓值。以及判斷單元，接收市電零交越訊號以及取樣電壓值，並輸出開關觸發訊號以及輸出判斷訊號至載波產生單元，並判斷於市電電壓零交越點時之交越值是否在預定範圍內。

於一實施例中，其中載波產生單元更包括：載波計數重置單元，接收市電零交越訊號以及頻率調整訊號，並輸出基礎三角波訊號。以及頻率調整單元，接收判斷訊號，並輸出頻率調整訊號。其中，在電池模式操作且恢復為市電模式時，頻率調整單元依據判斷訊號調整基礎三角波訊號之頻率。

於一實施例中，其中脈波控制單元更包括開關控制單元，開關控制單元接收開關觸發訊號，並輸出開關控制訊號以控制開關單元。其中開關控制單元更包括開關延遲時間表，開關延遲時間表依據開關單元之不同種類提供開關延遲時間，當不斷電系統由電池模式操作且欲恢復為市電模式前，開關控制單元提前開關延遲時間切換開關單元。

為了解決上述問題，本發明另提供一種不斷電系統控制單元，以克服習知技術的問題。因此，本發明之不斷電系統控制單元，控制單元具有市電模式以及電池模式，其中控制單元包括：載波控制單元，接收市電電壓，並輸出基礎三角波訊號以及開關觸發訊號。以及脈波控制單元，接收電源轉換電路輸出之交流轉換電壓以及開關觸發訊號，並輸出脈波寬度調變控制訊號以及開關控制訊號，脈波寬度調變控制訊號控制電源轉換電路，開關控制訊號控制開關單元。其中，於市電模式時，控制單元依據市電電壓產生基礎三角波訊號，於電池模式操作且偵測市電恢復後，控制單元判斷於市電電壓零交越點時，基礎三角波訊號之交越值是否在預定範圍內；若在預定範圍內，則控制單元控制開關單元由輸出交流轉換電壓切換為輸出市電電壓。

為了解決上述問題，本發明再提供一種不斷電系統之控制方法，以克服習知技術的問題。因此，本發明之不斷電系統之控制方法中，不斷電系統具有市電模式以及電池模式，不斷電系統包含電源轉換電路，轉換市電電壓為交流轉換電壓，並電性連接開關單元以及控制單元；控制方法包含下列步驟：(a)於市電模式時，控制單元依據市電電壓產生基礎三角波訊號；(b)在電池模式操作且偵測為市電恢復後，控制單元判斷於市電零交越點時，基礎三角波訊號之交越值是否在預定範圍內；(c)若交越值在預定範圍內，則控制單元控制開關單元由輸出交流轉換電壓切換為輸出市電電壓。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

100‧‧‧不斷電系統

2‧‧‧電源轉換電路

21‧‧‧充電單元

22‧‧‧電池單元

23‧‧‧直流-直流轉換單元

24‧‧‧直流-交流轉換單元

3‧‧‧開關單元

4‧‧‧控制單元

Vac‧‧‧市電電壓

Vo‧‧‧交流轉換電壓

X‧‧‧偵測點

〔本發明〕

100‧‧‧不斷電系統

LM‧‧‧市電模式

BM‧‧‧電池模式

2‧‧‧電源轉換電路

3‧‧‧開關單元

4‧‧‧控制單元

41‧‧‧載波控制單元

411‧‧‧市電感測單元

412‧‧‧載波產生單元

4121‧‧‧載波計數重置單元

4122‧‧‧頻率調整單元

413‧‧‧基礎三角波電壓值取樣單元

414‧‧‧判斷單元

42‧‧‧脈波控制單元

421‧‧‧回授控制單元

422‧‧‧脈波寬度調變單元

423‧‧‧開關控制單元

4231‧‧‧開關延遲時間表

Vac‧‧‧市電電壓

Vo‧‧‧交流轉換電壓

Sc‧‧‧基礎三角波訊號

Rt‧‧‧開關觸發訊號

PWM‧‧‧脈波寬度調變控制訊號

Rc‧‧‧開關控制訊號

Sz‧‧‧市電零交越訊號

Vs‧‧‧取樣電壓值

Vc‧‧‧轉換控制電壓訊號

Vzc‧‧‧交越值

Sd‧‧‧判斷訊號

Sf‧‧‧頻率調整訊號

Cr‧‧‧預定範圍

A‧‧‧第一三角波

B‧‧‧第二三角波

C‧‧‧第三三角波

D‧‧‧第四三角波

E‧‧‧第五三角波

Tadj‧‧‧頻率調整區間

DT‧‧‧延遲時間

zc‧‧‧市電零交越點

zu‧‧‧上升緣零交越點

zd‧‧‧下降緣零交越點

mu‧‧‧上升緣中點

md‧‧‧下降緣中點

S100~S132‧‧‧步驟

圖1為習知離線式不斷電系統之電路方塊示意圖。

圖2為依據本發明之一較佳具體實例之不斷電系統之電路方塊示意圖。

圖3為控制單元內部方塊圖。

圖4為不斷電系統市電模式-電池模式波形圖。

圖5A為不斷電系統電池模式-市電模式切換時機判斷波形圖。

圖5B為不斷電系統電池模式-市電模式波形圖。

圖6為不斷電系統市電模式-電池模式-市電模式波形圖。

圖7為不斷電系統電池模式切換市電模式流程圖。

圖8為不斷電系統之控制單元預知開關單元之延遲時間波形圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：請參閱圖2為依據本發明之一較佳具體實例之不斷電系統之電路方塊示意圖。不斷電系統100，可操作於市電模式(Line Mode；LM)以及電池模式(Battery Mode；BM)，並接收市電電壓Vac。當市電電壓Vac之頻率與均方根值正常時，不斷電系統100進入市電模式LM，當市電故障時，不斷電系統100進入電池模式BM。如圖2所示，不斷電系統100包括：電源轉換電路2，接收市電電壓Vac，並輸出交流轉換電壓Vo；開關單元3，接收市電電壓Vac以及交流轉換電壓Vo，且於市電模式LM時輸出市電電壓Vac，於電池模式BM時輸出交流轉換電壓Vo。值得一提，本案以單刀雙擲式繼電器作為開關單元3，但不以此為限制，舉凡可以實現此功效之電氣元件皆應包含在本實施例之範疇中。不斷電系統100更包含控制單元4，感測交流轉換電壓Vo以及市電電壓Vac，並控制電源轉換電路2以及開關單元3。控制單元4包括：載波控制單元41，接收市電電壓Vac，並輸出基礎三角波訊號Sc以及開關觸發訊號Rt；及脈波控制單元42，接收交流轉換電壓Vo、基礎三角波訊號Sc以及開關觸發訊號Rt，並輸出脈波寬度調變控制訊號PWM以及開關控制訊號Rc，脈波寬度調變控制訊號PWM控制電源轉換電路2，開關控制訊號Rc控制開關單元3。

圖3為控制單元4內部方塊圖，復配合參閱圖2，載波控制單元41更包括：市電感測單元411，接收市電電壓Vac，並依據市電電壓Vac之零交越點zc輸出市電零交越訊號Sz；載波產生單元412，接收市電零交越訊號Sz，並輸出基礎三角波訊號Sc。載波控制單元41更包括基礎三角波電壓值取樣單元413，接收基礎三角波訊號Sc，並記錄取樣電壓值Vs。判斷單元414，接收市電零交越訊號Sz，並輸出開關觸發訊號Rt以及輸出判斷訊號Sd至載波產生單元412。載波產生單元412更包括：頻率調整單元4122，接收判斷訊號Sd，並輸出頻率調整訊號Sf；及載波計數重置單元4121，接收市電零交越訊號Sz以及頻率調整訊號Sf，並輸出基礎三角波訊號Sc。至於控制單元4以及判斷單元414的詳細操作方式以及判斷方法，將於後文有進一步說明。請參閱圖3，復配合參閱圖2，脈波控制單元42更包括：回授控制單元421，接收交流轉換電壓Vo，並輸出轉換控制電壓訊號Vc。脈波寬度調變單元422，接收基礎三角波訊號Sc以及轉換控制電壓訊號Vc，並輸出脈波寬度調變控制訊號PWM。開關控制單元423，開關控制單元423接收開關觸發訊號Rt，並輸出開關控制訊號Rc以控制開關單元3。

圖4為不斷電系統市電模式-電池模式波形圖，復配合參閱圖2~3，當有市電電壓Vac時，不斷電系統100為市電模式LM。當未有市電電壓Vac時，不斷電系統100由市電模式LM切換為電池模式BM。於市電模式LM時，市電感測單元411以市電電壓Vac之上升緣零交越點zu以及下降緣零交越點zd為基礎，產生市電零交越訊號Sz，市電零交越訊號Sz為連續方波訊號，且市電零交越訊號Sz之上升緣及下降緣分別對應市電電壓Vac之上升緣零交越點zu以及下降緣零交越點zd。載波產生單元412接收市電零交越訊號Sz並產生基礎三角波訊號Sc，基礎三角波訊號Sc為連續三角波訊號，且基礎三角波訊號Sc依據市電零交越訊號Sz之上升緣為基礎三角波訊號Sc之下降緣中點md，以及依據市電零交越訊號Sz之下降緣為基礎三角波訊號Sc之上升緣中點mu而產生。此外，以市電電壓Vac之上升緣零交越點zu延遲90度相位角，為控制單元4延遲1/4週期重置基礎三角波訊號Sc之依據。載波計數重置單元4121於市電模式LM中，會持續做基礎三角波訊號Sc的計數(Count)和重置(Reset)，以保持開關單元3在切換到電池模式BM時，所輸出之交流轉換電壓Vo能與市電電壓Vac同相位。於市電模式時，脈波寬度調變單元422並未輸出脈波寬度調變控制訊號PWM，因此，電源轉換電路2並未輸出交流轉換電壓Vo。如圖4之市電模式LM所示，以虛線表示未有輸出交流轉換電壓Vo。當未有市電或市電感測單元411偵測到市電異常時，市電感測單元411產生連續高準位之市電零交越訊號Sz，但不以此為限，僅以方便說明為例。換言之，只要市電感測單元411送出能使控制單元4判斷未有市電或市電異常之市電零交越訊號Sz，皆應包含在本實施例之範疇當中。如圖4所示，當未有市電或市電感測單元411偵測到市電異常時，不斷電系統100由市電模式LM切換為電池模式BM。載波計數重置單元4121會依據原先之市電電壓Vac所產生之基礎三角波訊號Sc，持續做計數和重置。此時，脈波寬度調變單元422會依據轉換控制電壓訊號Vc以及基礎三角波訊號Sc輸出脈波寬度調變控制訊號PWM，脈波寬度調變控制訊號PWM控制電源轉換電路2接續輸出與市電電壓Vac之頻率相同以及波峰及波谷位置相同之交流轉換電壓Vo。判斷單元414會依據市電感測單元411所感測到未有市電電壓Vac輸入，而產生開關觸發訊號Rt至開關控制單元423。開關控制單元423會輸出開關控制訊號Rc控制開關單元3，以使開關單元3由輸出市電電壓Vac切換輸出交流轉換電壓Vo。值得一提，市電異常代表市電電壓異常或市電頻率異常，且為避免控制單元4因市電電壓Vac輸入時所產生之雜訊而誤動作。因此，於本實施例中，設定市電電壓異常為市電電壓之有效值(RMS)未於設定值90Vac~145Vac內為最佳，且設定市電頻率異常為市電頻率未於設定值±5Hz內為最佳。

請參閱圖5A為不斷電系統電池模式-市電模式切換時機判斷波形圖。復配合參閱圖2~3，當未有市電電壓Vac時，不斷電系統100為電池模式BM，脈波寬度調變單元422會依據轉換控制電壓訊號Vc以及基礎三角波訊號Sc輸出脈波寬度調變控制訊號PWM，脈波寬度調變控制訊號PWM控制電源轉換電路2輸出交流轉換電壓Vo。當市電恢復時，市電感測單元411會輸出市電零交越訊號Sz，此時基礎三角波電壓值取樣單元413，接收基礎三角波訊號Sc，並輸出最為接近零交越點zc時之取樣電壓值Vs以及交越值Vzc。判斷單元414判斷取樣電壓值Vs與交越值Vzc之間之斜率是否小於零，其中於市電零交越點zc時之基礎三角波訊號Sc之電壓值為交越值Vzc，若斜率小於零，判斷單元414更進一步判斷交越值Vzc是否在預定範圍Cr內。值得一提，取樣電壓值Vs為每300μSec取樣基礎三角波訊號Sc之電壓值，但不以此為限，僅為方便說明為例。此外，為判斷基礎三角波訊號Sc於市電零交越點zc之斜率，因此基礎三角波電壓值取樣單元413所輸出之取樣電壓值Vs可為至少一個以上，例如，基礎三角波電壓值取樣單元413可輸出2個取樣電壓值Vs，以更精準判斷基礎三角波訊號Sc於市電零交越點zc之斜率。如圖5A所示，電池模式BM與市電模式LM之轉換以市電電壓Vac之上升緣零交越點zu以及基礎三角波訊號Sc之下降緣中點md為判斷依據，但實際的電路應用上並不以上述判斷依據為限制。換言之，例如，電池模式BM與市電模式LM之轉換可以為市電電壓Vac之下降緣零交越點zd以及基礎三角波訊號Sc之上升緣中點mu為判斷依據。因此，未詳細展示或描述選定之功能以避免不必要地混淆本發明之實施例的描述。

圖5B為不斷電系統電池模式-市電模式判斷波形圖，復配合參閱圖2~4，本發明以彼此有相位差的第一~五三角波A~E作為說明，第一三角波A超前第二三角波B，而第三~五三角波C~E落後第二三角波B。如圖5B所示，第一三角波A超前第二三角波B，且第一三角波A之下降緣中點md為超前目前所恢復的市電電壓Vac之市電零交越點zc。在目前所恢復的市電電壓Vac之市電零交越點zc時，第二三角波B之下降緣中點md在預定範圍Cr內。第三~五三角波C~E落後第二三角波B，且第三~五三角波C~E之下降緣中點md為落後目前所恢復的市電電壓Vac之市電零交越點zc。於市電恢復時，若基礎三角波訊號Sc為第二三角波B，則基礎三角波訊號Sc之下降緣中點md在預定範圍Cr內，且脈波寬度調變單元422會停止輸出脈波寬度調變控制訊號PWM。此時，判斷單元414會產生開關觸發訊號Rt至開關控制單元423。開關控制單元423會輸出開關控制訊號Rc控制開關單元3，以使開關單元3由輸出交流轉換電壓Vo切換輸出市電電壓Vac。值得一提，預定範圍Cr為基礎三角波訊號Sc之中間值上下之誤差容許範圍內，誤差容許範圍為基礎三角波訊號Sc之波峰與波谷之間之電壓差絕對值之10%，但不以此為限，僅為方便說明為例。換言之，為求更精準之判斷，可限定誤差容許範圍小於10%，或是為了容忍更大的市電零交越而切換開關單元3之時機，則可限定誤差容許範圍大於10%。

請參閱圖5B，復配合參閱圖2~3。於市電恢復時，市電感測單元411會輸出市電零交越訊號Sz，此時基礎三角波電壓值取樣單元413接收基礎三角波訊號Sc，並輸出最為接近零交越點zc時之取樣電壓值Vs。判斷單元414判斷取樣電壓值Vs與交越值Vzc之間之斜率是否小於零。若斜率非小於零，代表為如圖5B所示之第四~五三角波D~E，且第四~五三角波D~E落後第二三角波B；此時，若判斷單元414判斷交越值Vzc不在預定範圍Cr內，則判斷單元414會送出增加基礎三角波訊號Sc之頻率之判斷訊號Sd至頻率調整單元4122，且頻率調整單元4122輸出頻率調整訊號Sf至載波計數重置單元4121以增加基礎三角波訊號Sc之頻率。若斜率小於零，則判斷單元414判斷交越值Vzc是否在預定範圍Cr內；若交越值Vzc不在預定範圍Cr內時，代表為如圖5B所示之第一三角波A或第三三角波C；若基礎三角波訊號Sc之下降緣中點md超前目前所恢復的市電電壓Vac之市電零交越點zc時，代表為超前第二三角波B之第一三角波A，因此交越值Vzc小於預定範圍Cr，判斷單元414會送出減少基礎三角波訊號Sc之頻率之判斷訊號Sd至頻率調整單元4122；頻率調整單元4122輸出頻率調整訊號Sf至載波計數重置單元4121以減少基礎三角波訊號Sc之頻率；若基礎三角波訊號Sc之下降緣中點md落後目前所恢復的市電電壓Vac之市電零交越點zc時，代表為落後第二三角波B之第三三角波C，因此交越值Vzc大於預定範圍Cr；判斷單元414會送出增加基礎三角波訊號Sc之頻率之判斷訊號Sd至頻率調整單元4122；頻率調整單元4122輸出頻率調整訊號Sf至載波計數重置單元4121以增加基礎三角波訊號Sc之頻率。

圖6為不斷電系統市電模式-電池模式-市電模式波形圖，復配合參閱圖2~3，不斷電系統100於市電模式LM切換電池模式BM與圖4之敘述相同，在此不再贅述。值得一提，市電模式LM與電池模式BM之轉換以市電電壓Vac之上升緣零交越點zu以及基礎三角波訊號Sc之下降緣中點md為判斷依據，但實際的電路應用上並不以上述判斷依據為限制。換言之，例如，市電模式LM與電池模式BM之轉換可以為市電電壓Vac之下降緣零交越點zd以及基礎三角波訊號Sc之上升緣中點mu為判斷依據。因此，未詳細展示或描述選定之功能以避免不必要地混淆本發明之實施例的描述。如圖6所示，於市電恢復時，不斷電系統100具有頻率調整區間Tadj，於頻率調整區間Tadj期間，不斷電系統100調整基礎三角波訊號Sc，以在市電電壓Vac之上升緣零交越點zu時，基礎三角波訊號Sc之下降緣中點md會於預定範圍Cr內。當市電電壓Vac之上升緣零交越點zu時，基礎三角波訊號Sc之下降緣中點md於預定範圍Cr內時，不斷電系統100由電池模式BM切換為市電模式LM。因此不斷電系統100於頻率調整區間Tadj內時，增加或減少基礎三角波訊號Sc之頻率。由於頻率調整區間Tadj內，基礎三角波訊號Sc之頻率增加或減少，使得電源轉換電路2隨著基礎三角波訊號Sc之頻率增加或減少，而對應增加或減少交流轉換電壓Vo之頻率。如圖6所示，假設在頻率調整區間Tadj之初期，基礎三角波訊號Sc之波形為圖5B之第一三角波A；於市電恢復時，市電感測單元411會輸出市電零交越訊號Sz，此時基礎三角波電壓值取樣單元413接收基礎三角波訊號Sc，並取樣輸出取樣電壓值Vs。判斷單元414判斷取樣電壓值Vs與交越值Vzc之間之斜率小於零，且交越值Vzc小於預定範圍Cr。因此，判斷單元414會送出減少基礎三角波訊號Sc之頻率之判斷訊號Sd至頻率調整單元4122。頻率調整單元4122輸出頻率調整訊號Sf至載波計數重置單元4121以減少基礎三角波訊號Sc之頻率。當經過複數個三角波後，在市電電壓Vac之上升緣零交越點zu時，基礎三角波訊號Sc之下降緣中點md在預定範圍Cr內時，脈波寬度調變單元422會停止輸出脈波寬度調變控制訊號PWM。此時，判斷單元414會產生開關觸發訊號Rt至開關控制單元423。開關控制單元423會輸出開關控制訊號Rc控制開關單元3，以使開關單元3由輸出交流轉換電壓Vo切換輸出市電電壓Vac，不斷電系統100由電池模式BM切換為市電模式LM。值得一提，圖6以圖5B之第一三角波A為實施例，但不以此為限，舉凡圖5B之第一~五三角波A~E皆可依本發明之相同手段調整基礎三角波訊號Sc之頻率，故在此不再贅述。如圖6電池模式BM切換市電模式LM所示，以虛線表示未有輸出交流轉換電壓Vo。於市電模式LM時，市電感測單元411以市電電壓Vac之上升緣零交越點zu以及下降緣零交越點zd為基礎，產生市電零交越訊號Sz，市電零交越訊號Sz為連續方波訊號，且市電零交越訊號Sz之上升緣以及下降緣分別對應市電電壓Vac之上升緣零交越點zu以及下降緣零交越點zd。載波產生單元412接收市電零交越訊號Sz並產生基礎三角波訊號Sc，基礎三角波訊號Sc為連續三角波訊號，且基礎三角波訊號Sc依據市電零交越訊號Sz之上升緣為基礎三角波訊號Sc之下降緣中點md，以及依據市電零交越訊號Sz之下降緣為基礎三角波訊號Sc之上升緣中點mu而產生。此外，以市電電壓Vac之上升緣零交越點zu延遲90度相位角，為控制單元4延遲1/4週期重置基礎三角波訊號Sc之依據。因此圖6電池模式BM切換為市電模式LM時，控制單元4延遲1/4週期重置基礎三角波訊號Sc，使得基礎三角波訊號Sc出現一小段三角突波。此時，載波計數重置單元4121於市電模式LM中，會持續做基礎三角波訊號Sc的計數(Count)和重置(Reset)，以保持開關單元3在切換到電池模式BM時，所輸出之交流轉換電壓Vo能與市電電壓Vac同相位。

圖7為不斷電系統電池模式切換市電模式流程圖，復配合參閱圖2~3、5。於電池模式BM時(S100)，控制單元4內部之載波控制單元41會持續偵測市電零交越訊號Sz。且當載波控制單元41偵測到市電零交越訊號Sz時，判斷市電恢復(S110)。此時，載波控制單元41內部之判斷單元414會判斷基礎三角波訊號Sc之取樣電壓值Vs與交越值Vzc之間之斜率是否小於零(S112~S120)。若斜率非小於零，且判斷交越值Vzc不在預定範圍Cr內(S124)，則判斷單元414會輸出增加基礎三角波訊號Sc之頻率之判斷訊號Sd至頻率調整單元4122(S128)，不斷電系統100保持在電池模式BM。若斜率小於零，則判斷交越值Vzc是否在預定範圍Cr內(S122)；若交越值Vzc在預定範圍Cr內時，則不斷電系統100由電池模式BM切換為市電模式LM(S132)；若交越值Vzc不在預定範圍Cr內時，則判斷交越值Vzc是否大於預定範圍Cr(S126)；若交越值Vzc大於預定範圍Cr時，判斷單元414會輸出增加基礎三角波訊號Sc頻率之判斷訊號Sd至頻率調整單元4122(S128)，且不斷電系統100保持在電池模式BM；若交越值Vzc小於預定範圍 Cr時，判斷單元414會輸出減少基礎三角波訊號Sc之頻率之判斷訊號Sd至頻率調整單元4122(S130)，且不斷電系統100保持在電池模式BM。

圖8為不斷電系統之控制單元預知開關單元之延遲時間波形圖，復配合參閱圖2~3。不斷電系統100於電池模式BM切換至市電模式LM且控制單元4送出開關控制訊號Rc至開關單元3之反應時，具有延遲時間DT。因此，可能會造成控制單元4於市電交越點zc時送出開關控制訊號Rc至開關單元3，但開關單元3經過延遲時間DT後才做電池模式BM切換至市電模式LM。造成不斷電系統100實際上未於市電交越點zc時切換開關單元3，使得開關單元3於動作時，承受較大的市電電壓Vac。因此，開關控制單元423依據開關單元3之不同種類提供開關延遲時間表4231，當不斷電系統100由電池模式BM操作且欲恢復為市電模式LM前，開關控制單元423依據開關延遲時間表4231，提供目前所使用之開關單元3之延遲時間DT，開關控制單元423提前延遲時間DT切換開關單元3。如圖8所示，於市電恢復時，不斷電系統100欲由電池模式BM切換至市電模式LM，若基礎三角波訊號Sc之斜率小於零，且交越值Vzc在預定範圍Cr內時。控制單元4延遲一個三角波後做電池模式BM切換至市電模式LM，且開關控制單元423於延遲三角波之欲切換點，提前延遲時間DT送出開關控制訊號Rc至開關單元3。以使不斷電系統100於電池模式BM切換至市電模式LM時，開關單元3可於市電交越點zc時切換。

綜上所述，本發明具有以下之優點：(1)實現不斷電系統的鎖相控制策略，利用鎖相切換功能，以在切換過程中避免交流瞬間短路的危險，且易於做實現並廣泛利用；(2)以控制單元感測到同相時做切換的時間點，再加上下命令的時間差來做開關單元之切換，達到於市電零交越點切換開關單元，以避免開關單元因過大的切換應力而損毀之功效。

惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

Claims

一種不斷電系統，具有一市電模式以及一電池模式，並接收一市電電壓，該不斷電系統包括：一電源轉換電路，接收該市電電壓，並輸出一交流轉換電壓；一開關單元，接收該市電電壓以及該交流轉換電壓，且於該市電模式時輸出該市電電壓，於該電池模式時輸出該交流轉換電壓；以及一控制單元，感測該交流轉換電壓以及該市電電壓，並控制該電源轉換電路以及該開關單元；其中，於該市電模式時，該控制單元依據該市電電壓產生一基礎三角波訊號，於該電池模式操作且偵測市電恢復後，該控制單元判斷於市電電壓零交越點時，該基礎三角波訊號之一交越值是否在一預定範圍內；若在該預定範圍內，則該控制單元控制該開關單元由輸出該交流轉換電壓切換為輸出該市電電壓。
如申請專利範圍第1項所述之不斷電系統，其中該預定範圍為該基礎三角波訊號之中間值上下之一誤差容許範圍內。
如申請專利範圍第1項所述之不斷電系統，其中於該市電模式時，該控制單元依據該市電電壓之上升緣零交越點或該市電電壓之下降緣零交越點為該基礎三角波訊號之中間值產生該基礎三角波訊號，且當由該市電模式切換至該電池模式時，該控制單元控制該電源轉換電路接續輸出與該市電電壓之頻率以及波峰及波谷位置相同之該交流轉換電壓。
如申請專利範圍第1項所述之不斷電系統，其中若該控制單元判斷於市電電壓零交越點時，該交越值不在該預定範圍內，則該控制單元調整該基礎三角波訊號之頻率。
如申請專利範圍第4項所述之不斷電系統，其中該基礎三角波訊號在下降緣且該交越值小於該預定範圍時，則減少該基礎三角波訊號之頻率。
如申請專利範圍第4項所述之不斷電系統，其中該基礎三角波訊號在下降緣且該交越值大於該預定範圍時，或是該基礎三角波訊號在上升緣且該交越值不在該預定範圍時，則增加該基礎三角波訊號之頻率。
如申請專利範圍第1項所述之不斷電系統，其中該控制單元包括：一載波控制單元，接收該市電電壓，並輸出該基礎三角波訊號以及一開關觸發訊號；以及一脈波控制單元，接收該交流轉換電壓、該基礎三角波訊號以及該開關觸發訊號，並輸出一脈波寬度調變控制訊號以及一開關控制訊號，該脈波寬度調變控制訊號控制該電源轉換電路，該開關控制訊號控制該開關單元。
如申請專利範圍第7項所述之不斷電系統，其中該脈波控制單元更包括：一回授控制單元，接收該交流轉換電壓，並輸出一轉換控制電壓訊號；一脈波寬度調變單元，接收該基礎三角波訊號以及該轉換控制電壓訊號，並輸出該脈波寬度調變控制訊號；其中，該脈波寬度調變單元於該電池模式時，輸出該脈波寬度調變控制訊號。
如申請專利範圍第7項所述之不斷電系統，其中該載波控制單元更包括：一市電感測單元，接收該市電電壓，並依據該市電電壓之零交越點輸出一市電零交越訊號；一載波產生單元，接收該市電零交越訊號，並輸出該基礎三角波訊號；及一基礎三角波電壓值取樣單元，接收該基礎三角波訊號，並輸出一取樣電壓值；一判斷單元，接收該市電零交越訊號以及該取樣電壓值，並輸出該開關觸發訊號以及輸出一判斷訊號至該載波產生單元，且判斷於市電電壓零交越點時之該交越值是否在該預定範圍內。
如申請專利範圍第9項所述之不斷電系統，其中該載波產生單元更包括：一頻率調整單元，接收該判斷訊號，並輸出一頻率調整訊號；以及一載波計數重置單元，接收該市電零交越訊號以及該頻率調整訊號，並輸出該基礎三角波訊號；其中，於該電池模式操作且恢復為該市電模式時，該頻率調整單元依據該判斷訊號調整該基礎三角波訊號之頻率。
如申請專利範圍第7項所述之不斷電系統，其中該脈波控制單元更包括一開關控制單元，該開關控制單元接收該開關觸發訊號，並輸出該開關控制訊號以控制該開關單元。
如申請專利範圍第11項所述之不斷電系統，其中該開關控制單元更包括一開關延遲時間表，該開關延遲時間表依據該開關單元之不同種類提供一開關延遲時間，當該不斷電系統由該電池模式操作且欲恢復為該市電模式前，該開關控制單元提前該開關延遲時間切換該開關單元。
一種不斷電系統控制單元，具有一市電模式以及一電池模式，其中該控制單元包括：一載波控制單元，接收一市電電壓，並輸出一基礎三角波訊號以及一開關觸發訊號；以及一脈波控制單元，接收一電源轉換電路輸出之一交流轉換電壓、該基礎三角波訊號以及該開關觸發訊號，並輸出一脈波寬度調變控制訊號以及一開關控制訊號，該脈波寬度調變控制訊號控制該電源轉換電路，該開關控制訊號控制一開關單元；其中，於該市電模式時，該控制單元依據該市電電壓產生該基礎三角波訊號，於該電池模式操作且偵測市電恢復後，該控制單元判斷於市電電壓零交越點時，該基礎三角波訊號之一交越值是否在一預定範圍內；若在該預定範圍內，則該控制單元控制該開關單元由輸出該交流轉換電壓切換為輸出該市電電壓。
如申請專利範圍第13項所述之不斷電系統控制單元，其中該脈波控制單元更包括：一回授控制單元，接收該交流轉換電壓，並輸出一轉換控制電壓訊號；一脈波寬度調變單元，接收該基礎三角波訊號以及該轉換控制電壓訊號，並輸出該脈波寬度調變控制訊號；其中，該脈波寬度調變單元於該電池模式時，輸出該脈波寬度調變控制訊號。
如申請專利範圍第13項所述之不斷電系統控制單元，其中該預定範圍為該基礎三角訊號波之中間值上下之一誤差容許範圍內。
如申請專利範圍第13項所述之不斷電系統控制單元，其中於該市電模式時，該控制單元依據該市電電壓之上升緣零交越點或該市電電壓之下降緣零交越點為該基礎三角波訊號之中間值而產生該基礎三角波訊號，且當由該市電模式切換至該電池模式時，該控制單元控制該電源轉換電路接續輸出與該市電電壓之頻率以及波峰及波谷位置相同之該交流轉換電壓。
如申請專利範圍第13項所述之不斷電系統控制單元，其中該載波控制單元更包括：一市電感測單元，接收該市電電壓，並輸出一市電零交越訊號；一載波產生單元，接收該市電零交越訊號，並輸出該基礎三角波訊號；以及一基礎三角波電壓值取樣單元，接收該基礎三角波訊號，並輸出一取樣電壓值；一判斷單元，接收該市電零交越訊號以及該取樣電壓值，並輸出該開關觸發訊號以及輸出一判斷訊號至該載波產生單元，並判斷於市電電壓零交越點時之該交越值是否在該預定範圍內。
如申請專利範圍第17項所述之不斷電系統控制單元，其中該載波產生單元更包括：一頻率調整單元，接收該判斷訊號，並輸出一頻率調整訊號；以及一載波計數重置單元，接收該市電零交越訊號以及該頻率調整訊號，並輸出該基礎三角波訊號；其中，在該電池模式操作且恢復為該市電模式時，該頻率調整單元依據該判斷訊號調整該基礎三角波訊號之頻率。
如申請專利範圍第13項所述之不斷電系統控制單元，其中該控制單元更包括一開關控制單元，該開關控制單元接收該開關觸發訊號，並輸出該開關控制訊號以控制該開關單元。
如申請專利範圍第19項所述之不斷電系統控制單元，其中該開關控制單元更包括一開關延遲時間表，該開關延遲時間表依據該開關單元之不同種類提供一開關延遲時間，當該不斷電系統由該電池模式操作且欲恢復為該市電模式前，該開關控制單元提前該開關延遲時間切換該開關單元。
如申請專利範圍第13項所述之不斷電系統控制單元，其中若該控制單元判斷於市電電壓零交越點時，該交越值不在該預定範圍內，則該控制單元調整該基礎三角波訊號之頻率。
如申請專利範圍第21項所述之不斷電系統控制單元，其中該基礎三角波訊號在下降緣且該交越值小於該預定範圍時，則減少該基礎三角波訊號之頻率。
如申請專利範圍第21項所述之不斷電系統控制單元，其中該基礎三角波訊號在下降緣且該交越值大於該預定範圍時，或是該基礎三角波訊號在上升緣且該交越值不在該預定範圍時，則增加該基礎三角波訊號之頻率。
一種不斷電系統之控制方法，該不斷電系統具有一市電模式以及一電池模式，該不斷電系統包含一電源轉換電路，轉換一市電電壓為一交流轉換電壓，並電性連接一開關單元以及一控制單元；該控制方法包含下列步驟：(a)於該市電模式時，該控制單元依據該市電電壓產生一基礎三角波訊號；(b)在該電池模式操作且偵測該市電恢復後，該控制單元判斷於市電電壓零交越點時，該基礎三角波訊號之一交越值是否在一預定範圍內；(c)若該交越值在該預定範圍內，則該控制單元控制該開關單元由輸出該交流轉換電壓切換為輸出該市電電壓。
如申請專利範圍第24項所述之不斷電系統之控制方法，其中，在步驟(c)更包含：(c1)提供一開關延遲時間表，該開關延遲時間表依據該開關單元之不同種類提供一開關延遲時間，當該不斷電系統由該電池模式操作且欲恢復為該市電模式前，該控制單元提前該開關延遲時間切換該開關單元。
如申請專利範圍第24項所述之不斷電系統之控制方法，其中，在步驟(a)更包含：(a1)於該市電模式時，該控制單元依據該市電電壓之上升緣零交越點或該市電電壓之下降緣零交越點為該基礎三角波訊號之中間值而產生該基礎三角波訊號；(a2)當由該市電模式切換至該電池模式時，該控制單元控制該電源轉換電路接續輸出與該市電電壓之頻率以及波峰及波谷位置相同之該交流轉換電壓。
如申請專利範圍第24項所述之不斷電系統之控制方法，其中該預定範圍為該基礎三角訊號波之中間值上下之一誤差容許範圍內。
如申請專利範圍第24項所述之不斷電系統之控制方法，其中，在步驟(b)，更包含：(b1)若該控制單元判斷於市電零交越點時，該交越值不在該預定範圍內，則該控制單元調整該基礎三角波訊號之頻率。
如申請專利範圍第28項所述之不斷電系統之控制方法，其中，在步驟(b1)更包含：(b11)若該基礎三角波訊號在下降緣且該交越值小於該預定範圍，則減少該基礎三角波訊號之頻率；(b12)若該基礎三角波訊號在下降緣且該交越值大於該預定範圍，或是該基礎三角波訊號在上升緣且該交越值不在該預定範圍時，則增加該基礎三角波訊號之頻率。
如申請專利範圍第24項所述之不斷電系統之控制方法，其中該控制單元包括：一載波控制單元，接收該市電電壓，並輸出該基礎三角波訊號以及一開關觸發訊號；以及一脈波控制單元，接收該交流轉換電壓、該基礎三角波訊號以及該開關觸發訊號，並輸出一脈波寬度調變控制訊號以及一開關控制訊號，該脈波寬度調變控制訊號控制該電源轉換電路，該開關控制訊號控制該開關單元。
如申請專利範圍第30項所述之不斷電系統之控制方法，其中該脈波控制單元更包括：一回授控制單元，接收該交流轉換電壓，並輸出一轉換控制電壓訊號；一脈波寬度調變單元，接收該基礎三角波訊號以及該轉換控制電壓訊號，並輸出該脈波寬度調變控制訊號；其中，該脈波寬度調變單元於該電池模式時，輸出該脈波寬度調變控制訊號。
如申請專利範圍第30項所述之不斷電系統之控制方法，其中該控制單元更包括一開關控制單元，該開關控制單元接收該開關觸發訊號，並輸出該開關控制訊號以控制該開關單元。
如申請專利範圍第30項所述之不斷電系統之控制方法，其中該載波控制單元更包括：一市電感測單元，接收該市電電壓，並依據該市電電壓之零交越點輸出一市電零交越訊號；一載波產生單元，接收該市電零交越訊號，並輸出該基礎三角波訊號；以及一基礎三角波電壓值取樣單元，接收該基礎三角波訊號，並輸出一取樣電壓值；一判斷單元，接收該市電零交越訊號以及該取樣電壓值，並輸出該開關觸發訊號以及輸出一判斷訊號至該載波產生單元，並判斷於市電零交越點時之該交越值是否在該預定範圍內。
如申請專利範圍第33項所述之不斷電系統之控制方法，其中該載波產生單元更包括：一頻率調整單元，接收該判斷訊號，並輸出一頻率調整訊號；以及一載波計數重置單元，接收該市電零交越訊號以及該頻率調整訊號，並輸出該基礎三角波訊號；其中，在該電池模式操作且恢復為該市電模式時，該頻率調整單元依據該判斷訊號調整該基礎三角波訊號之頻率。