TWI658678B - 不斷電電源供應裝置 - Google Patents

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Abstract

一種不斷電電源供應裝置包括：開關、第一電感、直流控制單元、第一橋臂、第二橋臂及第三橋臂。當開關切換第一電感耦接交流電源時，交流電源經由第一電感、第一橋臂及第二橋臂轉換為總線電源，並經由第二橋臂與第三橋臂轉換為輸出電源；當開關切換第一電感耦接直流控制單元時，直流電源經由直流控制單元與第一電感轉換為總線電源，並經由第二橋臂與第三橋臂轉換為輸出電源。

Description

不斷電電源供應裝置
本發明係有關一種不斷電電源供應裝置，尤指一種提升效率、減少元件數及提高系統穩定度之不斷電電源供應裝置。
由於現行的電子設備越來越精密，且電子設備對於電源的供電品質要求越來越高，因此不穩定的電源供電品質均足以影響電子設備的正常運作。也因為現行的電子設備對於電源的供電品質要求越來越高，因此往往會在電子設備前端加裝不斷電電源供應裝置，以當輸入電源中斷或異常供電時能夠立即提供高品質的電力以維持電子設備正常運作。不斷電電源供應裝置不僅在輸入電源中斷時可立即供應電力，在電源輸入供電正常時，也可對品質不良的電源進行穩壓、濾除雜訊、防雷擊等功能以提供電子設備穩定純淨的電源。
現行不斷電電源供應裝置，主要架構為交流-直流轉換器、直流-直流轉換器及逆變器三種獨立的轉換電路來達成斷電時，後端連接的電子裝置或電子設備還可以維持正常運作的效果。但由於現行不斷電電源供應裝置是由三種獨立的轉換電路構成，因此整體電路的元件數量較多，且體積龐大。且由於元件數量較多，因此不斷電電源供應裝置中的控制單元必須相對應的輸出控制訊號分別控制三種獨立的轉換電路。在控制單元必須相對應的輸出控制訊號分別控制三種獨立的轉換電路的情況下，其不斷電電源供應裝置的控制則較為 複雜，因此必定會對不斷電電源供應裝置整體的系統穩定度、效能以及成本造成相當程度的影響。
因此，如何設計出一種不斷電電源供應裝置，以降低元件數量，進而提升不斷電電源供應裝置整體的系統穩定度、效能以及降低成本，乃為本案發明人所欲行克服並加以解決的一大課題。
為了解決上述問題，本發明係提供一種不斷電電源供應裝置，以克服習知技術的問題。因此，本發明不斷電電源供應裝置，包括：開關，耦接交流電源。第一電感，耦接開關。直流控制單元，耦接直流電源與開關。第一橋臂，耦接第一電感。第二橋臂，並聯第一橋臂。總線電容，並聯第二橋臂。及第三橋臂，並聯第二橋臂。其中，當開關切換第一電感耦接交流電源時，交流電源經由第一電感、第一橋臂及第二橋臂轉換為總線電源於總線電容上，並經由第二橋臂與第三橋臂轉換為輸出電源；當開關切換第一電感耦接直流控制單元時，直流電源經由直流控制單元與第一電感轉換為總線電源，並經由第二橋臂與第三橋臂轉換為輸出電源。
於一實施例中，其中第一橋臂包括：第一開關，並聯第一二極體，且耦接總線電容的第一端與第一電感。及第二開關，並聯第二二極體，且耦接第一電感與總線電容的第二端。第二橋臂包括：第三開關，並聯第三二極體，且耦接總線電容的第一端與交流電源。及第四開關，並聯第四二極體，且耦接交流電源與總線電容的第二端。
於一實施例中，其中，第一電感的正半週儲能迴路為交流電源、第一電感、第二開關、第四二極體及交流電源；第一電感的正半週釋能迴路為交流電源、第一電感、第一二極體、總線電容、第四二極體及交流電源。
於一實施例中，其中第一電感的負半週儲能迴路為交流電源、第三二極體、第一開關、第一電感及交流電源；第一電感的負半週釋能迴路為交流電源、第三二極體、總線電容、第二二極體、第一電感及交流電源。
於一實施例中，其中直流控制單元包括：第二電感，耦接直流電源與開關。功率二極體，耦接第二電感。及功率開關，耦接功率二極體與直流電源。
於一實施例中，其中第一電感與第二電感提供匝數比，第二電感上的電壓通過匝數比耦合至第一電感，使電壓乘上匝數比為第一電感上的電壓。
於一實施例中，其中第三橋臂包括：第五開關，並聯第五二極體，且耦接總線電容的第一端。第六開關，並聯第六二極體，且耦接第五開關與總線電容的第二端。輸出線路，耦接第五開關、第六開關及交流電源，以提供輸出電源。
於一實施例中，其中更包括控制單元，提供複數控制訊號控制開關、直流控制單元、第一橋臂、第二橋臂及第三橋臂，使交流電源或直流電源經過第一電感、直流控制單元、第一橋臂、第二橋臂轉換為總線電源，並經過第二橋臂及第三橋臂轉換為輸出電源。
為了解決上述問題，本發明係提供一種不斷電電源供應裝置，以克服習知技術的問題。因此，本發明不斷電電源供應裝置，包括：直流控制單元，耦接交流電源與直流電源。第一電感，耦接直流控制單元。第一橋臂，耦接第一電感。第二橋臂，並聯第一橋臂。總線電容，並聯第二橋臂。及第三橋 臂，並聯第二橋臂。其中，當直流控制單元控制交流電源耦接第一電感時，交流電源經由第一電感、第一橋臂及第二橋臂轉換為總線電源於總線電容上，並經由第二橋臂與第三橋臂轉換為輸出電源；當直流控制單元控制直流電源耦接第一電感時，直流電源經由第一電感與第一橋臂轉換為總線電源，並經由第二橋臂與第三橋臂轉換為輸出電源。於一實施例中，其中直流控制單元包括：第一電源開關，耦接交流電源與第一電感。及第二電源開關，耦接直流電源與第一電感。其中，當第一電源開關導通，且第二電源開關不導通時，交流電源耦接第一電感；當第一電源開關不導通，且第二電源開關導通時，直流電源耦接第一電感。
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、100’‧‧‧不斷電電源供應裝置
10‧‧‧開關
20、20’‧‧‧直流控制單元
L2‧‧‧第二電感
D‧‧‧功率二極體
S‧‧‧功率開關
22‧‧‧第一電源開關
24‧‧‧第二電源開關
30‧‧‧第一橋臂
S1‧‧‧第一開關
S2‧‧‧第二開關
40‧‧‧第二橋臂
S3‧‧‧第三開關
S4‧‧‧第四開關
50‧‧‧第三橋臂
52‧‧‧輸出線路
S5‧‧‧第五開關
S6‧‧‧第六開關
Lo‧‧‧輸出電感
Co‧‧‧輸出電容
60‧‧‧控制單元
L1‧‧‧第一電感
Cbus‧‧‧總線電容
D1~D6‧‧‧第一二極體~第六二極體
200‧‧‧負載
Vac‧‧‧交流電源
Vdc‧‧‧直流電源
Vo‧‧‧輸出電源
Vbus‧‧‧總線電源
Sc‧‧‧控制訊號
N‧‧‧匝數比
Lps‧‧‧正半週儲能迴路
Lpr‧‧‧正半週釋能迴路
Lns‧‧‧負半週儲能迴路
Lnr‧‧‧負半週釋能迴路
Ls‧‧‧儲能迴路
Lr‧‧‧釋能迴路
Lpc‧‧‧正半週第一迴路
Lpd‧‧‧正半週第二迴路
Lnc‧‧‧負半週第一迴路
Lnd‧‧‧負半週第二迴路
圖1為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置之電路方塊示意圖；圖2A為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的正半週儲能迴路之電流路徑示意圖；圖2B為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的正半週釋能迴路之電流路徑示意圖；圖2C為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的負半週儲能迴路之電流路徑示意圖； 圖2D為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的負半週釋能迴路之電流路徑示意圖；圖3A為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的儲能迴路之電流路徑示意圖；圖3B為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的釋能迴路之電流路徑示意圖；圖4A為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的正半週第一迴路之電流路徑示意圖；圖4B為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的正半週第二迴路之電流路徑示意圖；圖4C為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的負半週第一迴路之電流路徑示意圖；圖4D為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的負半週第二迴路之電流路徑示意圖；圖5為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置之電路方塊示意圖；圖6A分別為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的正半週儲能迴路之電流路徑示意圖；圖6B分別為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的正半週釋能迴路之電流路徑示意圖；圖6C分別為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的負半週儲能迴路之電流路徑示意圖；圖6D分別為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的負半週釋能迴路之電流路徑示意圖； 圖7A為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的儲能迴路之電流路徑示意圖；圖7B為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的釋能迴路之電流路徑示意圖；圖8A為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的正半週第一迴路之電流路徑示意圖；圖8B為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的正半週第二迴路之電流路徑示意圖；圖8C為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的負半週第一迴路之電流路徑示意圖；及圖8D為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的負半週第二迴路之電流路徑示意圖。
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1為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置之電路方塊示意圖。不斷電電源供應裝置100耦接交流電源Vac與直流電源Vdc，且轉換交流電源Vac或直流電源Vdc為輸出電源Vo，並供應輸出電源Vo至負載200。不斷電電源供應裝置100包括開關10、第一電感L1、直流控制單元20、第一橋臂30、第二橋臂40、總線電容Cbus、第三橋臂50、輸出線路52及控制單元60。開關10耦接交流電源Vac、第一電感L1及直流控制單元20，且直流控制單元20耦接直流電源Vdc。第一橋臂30、第二橋臂40、總線電容Cbus及第三橋臂50並聯，且提供輸出電源Vo供應負載200。控制單元60輸出複數個控制訊號Sc分別 控制開關10、直流控制單元20、第一橋臂30、第二橋臂40及第三橋臂50，使不斷電電源供應裝置100轉換交流電源Vac或直流電源Vdc為輸出電源Vo。
在一實施例中，開關10為三端點切換開關，開關10的第一端耦接交流電源Vac的火線，開關10的第二端耦接第一電感L1的第一端，且開關10的第三端耦接直流控制單元20。控制單元60通過控制訊號Sc控制開關10，使第一電感L1直接耦接交流電源Vac或者使第一電感L1通過直流控制單元20間接耦接直流電源Vdc。直流控制單元20包括第二電感L2、功率二極體D及功率開關S。在一實施例中，第二電感L2的第一端耦接直流電源Vdc的正極，且第二電感L2的第二端耦接開關10的第三端與功率二極體D的陽極。功率開關S的第一端(例如汲極)耦接功率二極體D的陰極，且功率開關S的第二端(例如源極)耦接直流電源Vdc的負極與接地點。第一電感L1的線圈匝數與第二電感L2的線圈匝數之間具有匝數比的關係，有關匝數比的具體關係，於後文將有進一步的敘述。
第一橋臂30包括第一開關S1與第二開關S2，第二橋臂40包括第三開關S3與第四開關S4。第一開關S1的第一端耦接第三開關S3的第一端與總線電容Cbus的第一端。第一開關S1的第二端耦接第一電感L1的第二端與第二開關S2的第一端。第三開關S3的第二端耦接交流電源Vac的中性線與第四開關S4的第一端。第二開關S2的第二端耦接第四開關S4的第二端、總線電容Cbus的第二端及接地點。其中，第一開關S1並聯第一二極體D1、第二開關S2並聯第二二極體D2、第三開關S3並聯第三二極體D3、第四開關S4並聯第四二極體D4，以當開關S1~S4不導通時，二極體D1~D4可提供電流的續流路徑。值得一提，於本實施例中，二極體D1~D4可以為開關S1~S4自身內部的接面二極體(body diode)，或是開關S1~S4分別額外並聯二極體D1~D4。
進一步而言，第一電感L1與直流控制單元20構成直流-直流轉換模組，並且控制單元60控制直流-直流轉換模組將直流電源Vdc轉換為總線電源 Vbus。第一電感L1、第一橋臂30及第二橋臂40構成交流-直流轉換模組，並且控制單元60控制交流-直流轉換模組將交流電源Vac轉換為總線電源Vbus。具體地，當有交流電源Vac輸入時，控制單元60控制開關10切換，使第一電感L1直接耦接交流電源Vac，此時不斷電電源供應裝置100通過第一電感L1、第一橋臂30及第二橋臂40所構成的交流-直流轉換模組轉換交流電源Vac為總線電源Vbus，並將總線電源Vbus儲存在總線電容Cbus上。值得一提，於本發明中，交流-直流轉換模組可利用控制單元60輸出控制訊號Sc控制第一開關S1、第二開關S2、第三開關S3及第四開關S4來構成具有功率因數校正功能之功率因數校正器(Power Factor Converter；PFC)。
當未有交流電源Vac輸入時，控制單元60控制開關10切換，使第一電感L1耦接直流控制單元20，此時不斷電電源供應裝置100通過第一電感L1與直流控制單元20所構成的直流-直流轉換模組轉換直流電源Vdc為總線電源Vbus，並將總線電源Vbus儲存在總線電容Cbus上。
復參閱圖1，第三橋臂50包括第五開關S5及第六開關S6。第五開關S5的第一端耦接總線電容Cbus的第一端，第五開關S5的第二端耦接第六開關S6的第一端與輸出線路52。第六開關S6的第二端耦接總線電容Cbus的第二端及接地點，且第五開關S5並聯第五二極體D5、第六開關S6並聯第六二極體D6，以當開關S5~S6不導通時，二極體D5~D6可提供電流的續流路徑。值得一提，於本實施例中，二極體D5~D6可以為開關S5~S6自身內部的接面二極體(body diode)，或是開關S5~S6分別額外並聯二極體D5~D6。
在一實施例中，輸出線路52可以為電路、線路或兩者之組合。以電路而言，輸出線路52可以為電感與電容構成的濾波電路、二極體或開關構成的整流電路等。以線路而言，輸出線路52可以為電力線路，即第六開關S6的第一端直接以電力線路耦接負載200。其原因在於，第五開關S5、第六開關S6 及輸出線路52之間節點的電壓波形為類弦波(階梯狀的弦波)的電壓。因此，輸出線路52可為濾波電路主要原因是在於，濾波電路可將類弦波(階梯狀的弦波)的電壓濾成平滑曲線的弦波電壓。但若負載200可直接接收類弦波(階梯狀的弦波)的電壓時，第五開關S5與第六開關S6之間的節點可使用電力線路耦接負載200。在本發明中，以輸出線路52為電感與電容構成的濾波電路示意。輸出線路52包括輸出電容Co與輸出電感Lo。第五開關S5與第六開關S6之間的節點耦接輸出電感Lo的第一端。輸出電容Co的第一端耦接輸出電感Lo的第二端，輸出電容Co的第二端耦接交流電源Vac的中性線，且負載200並聯輸出電容Co。進一步而言，第二橋臂40與第三橋臂50構成逆變(inverter)模組。控制單元60控制逆變模組將總線電容Cbus上的總線電源Vbus轉換為輸出電源Vo供應負載200。值得一提，於本發明中，並不限定輸出線路52必須為濾波電路，只要可將第六開關S6與輸出線路52之間節點的電壓供應給負載200正常運作之輸出線路52，皆應包含在本發明之範疇當中。
於本實施例中，主要是利用整合的交流-直流轉換模組、直流-直流轉換模組及逆變模組來構成不斷電電源供應裝置100。通過交流-直流轉換模組與直流-直流轉換模組共同使用的第一電感L1與第一開關S1，以及交流-直流轉換模組與逆變模組共同使用的第三開關S3與第四開關S4來減少不斷電電源供應裝置100使用的元件數量，而達到元件的高使用率。
請參閱圖2A為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的正半週儲能迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖1。當有交流電源Vac輸入時，控制單元60輸出控制訊號Sc控制開關10，使交流電源Vac耦接第一電感L1。此時控制單元60也輸出控制訊號Sc控制第一橋臂30與第二橋臂40，使交流電源Vac通過第一橋臂30與第二橋臂40所構成的交流-直流轉換模組轉換為總線電源Vbus。如圖2A所示，當交流電源Vac為正半週，且交流電源Vac對第一電感L1 充電時，電流路徑形成正半週儲能迴路Lps。此時交流電源Vac對第一電感L1的正半週儲能迴路Lps依序為交流電源Vac的火線、第一電感L1、第二開關S2、第四二極體D4返回至交流電源Vac的中性線。
請參閱圖2B為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的正半週釋能迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖1~2A。當交流電源Vac為正半週，且第一電感L1對總線電容Cbus放電時，電流路徑形成正半週釋能迴路Lpr。此時第一電感L1對總線電容Cbus的正半週釋能迴路Lpr依序為交流電源Vac的火線、第一電感L1、第一二極體D1、總線電容Cbus、第四二極體D4返回至交流電源Vac的中性線。
請參閱圖2C為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的負半週儲能迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖1~2B。當交流電源Vac為負半週，且交流電源Vac對第一電感L1充電時，電流路徑形成負半週儲能迴路Lns。此時交流電源Vac對第一電感L1的負半週儲能迴路Lns依序為交流電源Vac的中性線、第三二極體D3、第一開關S1、第一電感L1返回至交流電源Vac的火線。
請參閱圖2D為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的負半週釋能迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖1~2C。當交流電源Vac為負半週，且第一電感L1對總線電容Cbus放電時，電流路徑形成負半週釋能迴路Lnr。此時第一電感L1對總線電容Cbus的負半週釋能迴路Lnr依序為交流電源Vac的中性線、第三二極體D3、總線電容Cbus、第二二極體D2返回至交流電源Vac的火線。
請參閱圖3A為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的儲能迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖1。當未有交流電源Vac輸入時，控制單元60輸出控制訊號Sc控制開關10，使直流電源Vdc通過直流控制單元20耦接第一電感L1。此時控制單元60也輸出控制訊號Sc控制直流控制單元20，使直流電源 Vdc通過直流控制單元20與第一電感L1所構成的直流-直流轉換模組轉換為總線電源Vbus。如圖3A所示，當未有交流電源Vac輸入，且控制單元60控制功率開關S導通時，直流電源Vdc對第二電感L2充電，此時電流路徑形成儲能迴路Ls。直流電源Vdc對第二電感L2的儲能迴路Ls依序為直流電源Vdc的正極、第二電感L2、功率二極體D、功率開關S返回至直流電源Vdc的負極。
請參閱圖3B為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的釋能迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖1、3A。當未有交流電源Vac輸入，且控制單元60控制功率開關S不導通時，第二電感L2對總線電容Cbus放電，此時電流路徑形成釋能迴路Lr。第二電感L2對總線電容Cbus的釋能迴路Lr依序為直流電源Vdc的正極、第二電感L2、第一電感L1、第一二極體D1、總線電容Cbus返回至直流電源Vdc的負極。
進一步而言，於本實施例中，第一電感L1與第二電感L2構成耦合電感，且第一電感L1的線圈匝數與第二電感L2的線圈匝數之比例關係為匝數比N，即第一電感L1的線圈匝數是第二電感L2的線圈匝數的N倍。第二電感L2上的跨壓通過匝數比N耦合至第一電感L1，使第二電感L2上的跨壓乘上匝數比N為第一電感L1上的跨壓。舉例而言，假設直流電源Vdc為40V，且第一電感L1與第二電感L2的匝數比N為3，因此第二電感L2上的跨壓為40V，且第一電感L1上的跨壓為40V*3為120V，故總線電容Cbus上的總線電源Vbus為直流電源Vdc加上第二電感L2上的跨壓與第一電感L1上的跨壓(意即40V+40V+120V=200V)。通過第一電感L1與第二電感L2構成耦合電感，可以降低第一電感L1所需耐受的電壓，進而可達到降低第一電感L1的規格及尺寸之功效。
請參閱圖4A為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的正半週第一迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖1。控制單元60輸出控制訊號Sc控 制第二橋臂40與第三橋臂50，使總線電容Cbus上的總線電源Vbus通過第二橋臂40與第三橋臂50所構成的逆變模組轉換為輸出電源Vo，並供應輸出電源Vo至負載200。如圖4A所示，當輸出電源Vo為正半週時，電流路徑形成正半週第一迴路Lpc，其路徑依序為總線電容Cbus的第一端、第五開關S5、輸出線路52(於本實施例以輸出電感Lo、輸出電容Co構成的濾波電路示意)、第四開關S4返回至總線電容Cbus的第二端。
請參閱圖4B為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的正半週第二迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖1、4A。當輸出電源Vo為正半週時，電流路徑形成正半週第二迴路Lpd，其路徑依序為輸出線路52(於本實施例以輸出電感Lo、輸出電容Co構成的濾波電路示意)、第三二極體D3、總線電容Cbus、第六二極體D6返回至輸出線路52。
請參閱圖4C為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的負半週第一迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖1、4A~4B。當總輸出電源Vo為負半週時，電流路徑形成負半週第一迴路Lnc，其路徑依序為總線電容Cbus的第一端、第三開關S3、輸出線路52(於本實施例以輸出電容Co、輸出電感Lo構成的濾波電路示意)、第六開關S6返回至總線電容Cbus的第二端。
請參閱圖4D為本發明第一實施例不斷電電源供應裝置的負半週第二迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖1、4A~4C。當輸出電源Vo為負半週時，電流路徑形成負半週第二迴路Lnd，其路徑依序為輸出線路52(於本實施例以輸出電感Lo、輸出電容Co構成的濾波電路示意)、第五二極體D5、總線電容Cbus、第四二極體D4返回至輸出線路52。
請參閱圖5為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置之電路方塊示意圖，復配合參閱圖1。本實施例之不斷電電源供應裝置100’與第一實施例之不斷電電源供應裝置100差異在於本實施例之直流控制單元20’取代第一實 施例的開關10與直流控制單元20。直流控制單元20’耦接交流電源Vac、直流電源Vdc及第一電感L1，且控制單元60通過控制直流控制單元20’使交流電源Vac或直流電源Vdc耦接第一電感L1。當有交流電源Vac輸入時，控制單元60通過控制直流控制單元20’，使交流電源Vac耦接第一電感L1，且解耦直流電源Vdc。當交流電源Vac耦接第一電感L1時，不斷電電源供應裝置100’轉換交流電源Vac為總線電源Vbus。當未有交流電源Vac輸入時，控制單元60通過控制直流控制單元20’解耦交流電源Vac，且使直流電源Vdc耦接第一電感L1。當直流電源Vdc耦接第一電感L1時，不斷電電源供應裝置100’轉換直流電源Vdc為總線電源Vbus。
具體而言，直流控制單元20’包括第一電源開關22與第二電源開關24。第一電源開關22的第一端耦接交流電源Vac的火線，第一電源開關22的第二端耦接第一電感L1的第一端。第二電源開關24的第一端耦接第一電源開關22的第二端與第一電感L1的第一端，第二電源開關24的第二端耦接直流電源Vdc的正極。當有交流電源Vac輸入時，控制單元60控制第一電源開關22導通，且控制單元60控制第二電源開關24不導通。由於第一電源開關22導通且第二電源開關24不導通，因此交流電源Vac的火線耦接第一電感L1且直流電源Vdc的正極未耦接第一電感L1，此時不斷電電源供應裝置100’轉換交流電源Vac為總線電源Vbus。
當未有交流電源Vac輸入時，控制單元60控制第一電源開關22不導通，且控制單元60控制第二電源開關24導通。由於第一電源開關22不導通且第二電源開關24導通，因此交流電源Vac的火線未耦接第一電感L1且直流電源Vdc的正極耦接第一電感L1，此時不斷電電源供應裝置100’轉換直流電源Vdc為總線電源Vbus。有關第一電感L1、第一橋臂30、第二橋臂40、總線電容Cbus 及第三橋臂50的細部結構與連接關係同於圖1之第一實施例，在此不再加以贅述。
值得一提，於本實施例中，第一電源開關22可使用三端雙向開關(TRIAC)，且第二電源開關24可使用矽控整流器(SCR)，但不以此為限。控制單元60可輸出控制訊號Sc控制三端雙向開關與矽控整流器的閘極端，以改變三端雙向開關與矽控整流器的導通或不導通狀態。但於本實施例中，三端雙向開關與矽控整流器不限定須以控制單元60輸出控制訊號Sc控制，例如但不限於也可以自驅動的方式自我導通或不導通。
進一步而言，第一電感L1、第一橋臂30構成直流-直流轉換模組，控制單元60控制直流-直流轉換模組將直流電源Vdc做直流轉換為總線電源Vbus。當未有交流電源Vac輸入時，控制單元60控制直流控制單元20’導通直流電源Vdc耦接第一電感L1，此時不斷電電源供應裝置100’通過第一電感L1與第一橋臂30所構成的直流-直流轉換模組轉換直流電源Vdc為總線電源Vbus，並將總線電源Vbus儲存在總線電容Cbus上。有關交流-直流轉換模組(包括第一電感L1、第一橋臂30及第二橋臂40)與逆變模組(包括第二橋臂40與第三橋臂50)的構成及運作方式同於圖1之第一實施例，在此不再加以贅述。
本實施例如同圖1之第一實施例，主要是利用整合的交流-直流轉換模組、直流-直流轉換模組及逆變模組來構成不斷電電源供應裝置100’。通過交流-直流轉換模組與直流-直流轉換模組共同使用的第一電感L1與第一開關S1，以及交流-直流轉換模組與逆變模組共同使用的第三開關S3與第四開關S4來減少不斷電電源供應裝置100使用的元件數量，而達到元件的高使用率。
請參閱圖6A~6D分別為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的正半週儲能迴路、正半週釋能迴路、負半週儲能迴路及負半週釋能迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖5。當有交流電源Vac輸入時，控制單元60輸出控 制訊號Sc控制直流控制單元20’，使交流電源Vac耦接第一電感L1。此時控制單元60也輸出控制訊號Sc控制第一橋臂30與第二橋臂40，使交流電源Vac通過第一橋臂30與第二橋臂40所構成的交流-直流轉換模組轉換為總線電源Vbus。有關圖6A~6D之第二實施例不斷電電源供應裝置的正半週儲能迴路、正半週釋能迴路、負半週儲能迴路及負半週釋能迴路之電流路徑示意圖對應於圖2A~2D第一實施例之電流路徑，在此不再加以贅述。
請參閱圖7A為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的儲能迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖5。當未有交流電源Vac輸入時，控制單元60輸出控制訊號Sc控制直流控制單元20’，使直流電源Vdc耦接第一電感L1。此時控制單元60也輸出控制訊號Sc控制第一橋臂30，使直流電源Vdc通過第一電感L1與第一橋臂30所構成的直流-直流轉換模組轉換為總線電源Vbus。如圖7A所示，當未有交流電源Vac輸入，且控制單元60控制第二開關S2導通時，直流電源Vdc對第一電感L1充電，此時電流路徑形成儲能迴路Ls。直流電源Vdc對第一電感L1的儲能迴路Ls依序為直流電源Vdc的正極、第二電源開關24、第一電感L1、第二開關S2返回至直流電源Vdc的負極。
請參閱圖7B為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的釋能迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖5、7A。當未有交流電源Vac輸入，且控制單元60控制第二開關S2不導通時，第一電感L1對總線電容Cbus放電，此時電流路徑形成釋能迴路Lr。第一電感L1對總線電容Cbus的釋能迴路Lr依序為直流電源Vdc的正極、第二電源開關24、第一電感L1、第一二極體D1、總線電容Cbus返回至直流電源Vdc的負極。
請參閱圖8A~8D為本發明第二實施例不斷電電源供應裝置的正半週第一迴路、正半週第二迴路、負半週第一迴路及負半週第二迴路之電流路徑示意圖，復配合參閱圖5。控制單元60輸出控制訊號Sc控制第二橋臂40與第 三橋臂50，使總線電容Cbus上的總線電源Vbus通過第二橋臂40與第三橋臂50所構成的逆變模組轉換為輸出電源Vo，並供應輸出電源Vo至負載200。有關圖8A~8D之第二實施例不斷電電源供應裝置的正半週第一迴路、正半週第二迴路、負半週第一迴路及負半週第二迴路之電流路徑示意圖對應於圖4A~4D第一實施例之電流路徑，在此不再加以贅述。
綜上所述，本發明的一個或多個實施例係至少具有以下其中之一的優點：1、由於本發明之不斷電電源供應裝置中的交流-直流轉換模組與直流-直流轉換模組具有共同使用的元件，且交流-直流轉換模組與逆變模組具有共同使用的元件，因此可達到減少整體不斷電電源供應裝置的元件數，進而節省不斷電電源供應裝置的電路成本之功效；2、由於本發明之不斷電電源供應裝置使用較少的元件所構成，因此可減少元件運作時的功率消耗，進而達到提升不斷電電源供應裝置的電路整體效率之功效；3、由於本發明通過整合在一起的交流-直流轉換模組、直流-直流轉換模組及逆變模組來構成不斷電電源供應裝置，因此控制單元可控制較少的元件，使元件損壞的機率較低，進而可達到提高系統穩定度與效能之功效；及4、由於本發明之不斷電電源供應裝置使用第一電感與第二電感所構成的耦合電感，因此可以降低第一電感所需耐受的電壓，進而可達到降低第一電感的規格尺及寸之功效。
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，任何熟悉該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 (16)

  1. 一種不斷電電源供應裝置，包括：一開關，耦接一交流電源；一第一電感，耦接該開關；一直流控制單元，耦接一直流電源與該開關；一第一橋臂，耦接該第一電感；一第二橋臂，並聯該第一橋臂；一總線電容，並聯該第二橋臂；及一第三橋臂，並聯該第二橋臂；其中，當該開關切換該第一電感耦接該交流電源時，該交流電源經由該第一電感、該第一橋臂及該第二橋臂轉換為一總線電源，且該總線電源儲存於該總線電容上，該總線電源並經由該第二橋臂與該第三橋臂轉換為一輸出電源；當該開關切換該第一電感耦接該直流控制單元時，該直流電源經由該直流控制單元與該第一電感轉換為該總線電源，該總線電源並經由該第二橋臂與該第三橋臂轉換為該輸出電源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之不斷電電源供應裝置，其中該第一橋臂包括：一第一開關，並聯一第一二極體，且耦接該總線電容的第一端與該第一電感；及一第二開關，並聯一第二二極體，且耦接該第一電感與該總線電容的第二端；該第二橋臂包括：一第三開關，並聯一第三二極體，且該第三開關之第一端耦接該總線電容的第一端與該交流電源；及一第四開關，並聯一第四二極體，且耦接該交流電源與該總線電容的第二端。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之不斷電電源供應裝置，其中，該第一電感的一正半週儲能迴路為該交流電源、該第一電感、該第二開關、該第四二極體及該交流電源；該第一電感的一正半週釋能迴路為該交流電源、該第一電感、該第一二極體、該總線電容、該第四二極體及該交流電源。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之不斷電電源供應裝置，其中該第一電感的一負半週儲能迴路為該交流電源、該第三二極體、該第一開關、該第一電感及該交流電源；該第一電感的一負半週釋能迴路為該交流電源、該第三二極體、該總線電容、該第二二極體、該第一電感及該交流電源。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之不斷電電源供應裝置，其中該直流控制單元包括：一第二電感，耦接該直流電源與該開關；一功率二極體，耦接該第二電感；及一功率開關，耦接該功率二極體與該直流電源。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之不斷電電源供應裝置，其中，該第二電感的一儲能迴路為該直流電源、該第二電感、該功率二極體、該功率開關及該直流電源；該第二電感的一釋能迴路為該直流電源、該第二電感、該第一電感、該第一二極體、該總線電容及該直流電源。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之不斷電電源供應裝置，其中該第一電感與該第二電感提供一匝數比，該第二電感上的一電壓通過該匝數比耦合至該第一電感，使該電壓乘上該匝數比為該第一電感上的電壓。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之不斷電電源供應裝置，其中該第三橋臂包括：一第五開關，並聯一第五二極體，且耦接該總線電容的第一端；一第六開關，並聯一第六二極體，且耦接該第五開關與該總線電容的第二端；一輸出線路，耦接該第五開關、該第六開關及該交流電源，以提供該輸出電源。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之不斷電電源供應裝置，其中，該總線電容的一正半週第一迴路為該總線電容、該第五開關、該輸出線路、該第四開關及該總線電容；該總線電容的一正半週第二迴路為該輸出線路、該第三二極體、該總線電容、該第六二極體及該輸出線路。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之不斷電電源供應裝置，其中該總線電容的一負半週第一迴路為該總線電容、該第三開關、該輸出線路、該第六開關及該總線電容；該總線電容的一負半週第二迴路為該輸出線路、該第五二極體、該總線電容、該第四二極體及該輸出線路。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之不斷電電源供應裝置，其中更包括一控制單元，提供複數控制訊號控制該開關、該直流控制單元、該第一橋臂、該第二橋臂及該第三橋臂，使該交流電源或該直流電源經過該第一電感、該直流控制單元、該第一橋臂、該第二橋臂轉換為該總線電源，並經過該第二橋臂及該第三橋臂轉換為該輸出電源。
  12. 一種不斷電電源供應裝置，包括：一直流控制單元，耦接一交流電源與一直流電源；一第一電感，耦接該直流控制單元；一第一橋臂，耦接該第一電感；一第二橋臂，並聯該第一橋臂；一總線電容，並聯該第二橋臂；及一第三橋臂，並聯該第二橋臂；其中，當該直流控制單元控制該交流電源耦接該第一電感時，該交流電源經由該第一電感、該第一橋臂及該第二橋臂轉換為一總線電源於該總線電容上，並經由該第二橋臂與該第三橋臂轉換為一輸出電源；當該直流控制單元控制該直流電源耦接該第一電感時，該直流電源經由該第一電感與該第一橋臂轉換為該總線電源，並經由該第二橋臂與該第三橋臂轉換為該輸出電源。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之不斷電電源供應裝置，其中該第一橋臂包括：一第一開關，並聯一第一二極體，且耦接該總線電容的第一端與該第一電感；及一第二開關，並聯一第二二極體，且耦接該第一電感與該總線電容的第二端；該第二橋臂包括：一第三開關，並聯一第三二極體，且耦接該總線電容的第一端與該交流電源；及一第四開關，並聯一第一四極體，且耦接該交流電源與該總線電容的第二端。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之不斷電電源供應裝置，其中該直流控制單元包括：一第一電源開關，耦接該交流電源與該第一電感；及一第二電源開關，耦接該直流電源與該第一電感；其中，當該第一電源開關導通，且該第二電源開關不導通時，該交流電源耦接該第一電感；當該第一電源開關不導通，且該第二電源開關導通時，該直流電源耦接該第一電感。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之不斷電電源供應裝置，其中該第三橋臂包括：一第五開關，並聯一第五二極體，且耦接該總線電容的第一端；一第六開關，並聯一第六二極體，且耦接該第五開關與該總線電容的第二端；及一輸出線路，耦接該第五開關、該第六開關及該交流電源，以提供該輸出電源。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之不斷電電源供應裝置，其中更包括一控制單元，提供複數控制訊號控制該直流控制單元、該第一橋臂、該第二橋臂及該第三橋臂，使該交流電源或該直流電源經過該第一電感、該第一橋臂、該第二橋臂轉換為該總線電源，並經過該第二橋臂及該第三橋臂轉換為該輸出電源。
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