TWI823286B - 多電源系統的輸入電壓偵測電路 - Google Patents

多電源系統的輸入電壓偵測電路 Download PDF

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一種多電源系統的輸入電壓偵測電路，包含複數電源端被動元件模組、一開關共同端被動元件模組、複數電壓偵測單元，各電源端被動元件模組連接於各電源與一電源自動切換開關之間，包含兩電源端被動元件單元，其中一電源端被動元件單元的一端連接另一電源端被動元件單元的一端而形成一第一電位固定節點；開關共同端被動元件模組連接於電源自動切換開關的一共同端，包含兩開關共同端被動元件單元，其中一開關共同端被動元件單元的一端連接另一開關共同端被動元件單元的一端而形成一第二電位固定節點；以及各電壓偵測單元的輸入端連接各電源，以偵測各電源的輸入電壓。

Description

多電源系統的輸入電壓偵測電路
一種輸入電壓偵測電路，特別是指應用在多電源系統的輸入電壓偵測電路。
多電源系統一般用於提升供電穩定度與解決供電安全性上的問題，藉由並聯多組電源，在單一組電源異常而造成供電不穩定時，能切換改由其他電源進行供電，也因此，多電源系統需要搭配電源自動切換開關(Automatic Transfer Switch, ATS)，透過電源自動切換開關使各組電源間保持電氣隔離，並可根據負載裝置的供電需求，依供電條件切換負載裝置所需的輸入電源。
請參看圖6所示，習知多電源系統對一電源轉換器100供電，且該多電源系統包含一第一電源110及一第二電源120，而該第一電源110及該第二電源120透過一電源自動切換開關130連接該電源轉換器100。當該多電源系統運作時，可由該第一電源110作為輸入電源對該電源轉換器100供電，該第二電源120則與該第一電源110和該電源轉換器100保持電氣隔離，換句話說，於該第一電源110作為供電電源時，由於該第二電源120並未與該第一電源110或該電源轉換器100連接，該第二電源120則為浮接狀態。關於該電源自動切換開關130的工作原理，是將該第一電源110與該第二電源120的電壓值作為該電源自動切換開關130後續進行供電切換的判斷依據，因此該第一電源110與該第二電源120分別連接一隔離偵測電路140，由具備電氣隔離特性的該隔離偵測電路140量測未進行供電的各電源的一輸入電壓V’並將量測結果傳輸至該電源轉換器100，由該電源轉換器100其內部電路根據所述量測結果及供電條件控制該電源自動切換開關130作動。
然而，該隔離偵測電路140包含有一隔離器，且需要另外提供一隔離電壓V a給該隔離偵測電路140，使得該隔離偵測電路140的整體複雜度與成本較高，其中該隔離器為隔離變壓器，而隔離變壓器通常包含多個繞組與鐵心，因此隔離變壓器的體積通常較大，造成該隔離偵測電路140的體積難以進一步縮小，不利於多電源系統其電路空間的安排與規劃使用，由此可見，多電源系統其電壓偵測電路需要進一步改良。
有鑑於此，本發明提供一種多電源系統的輸入電壓偵測電路，降低多電源系統其偵測電路的電路複雜度，以縮小電路體積。
為達成前述目的，本發明多電源系統的輸入電壓偵測電路，包含有： 複數電源端被動元件模組，連接於複數電源與一電源自動切換開關之間，並與各該電源並聯，且包含有： 兩電源端被動元件單元，其中一電源端被動元件單元的一端連接另一電源端被動元件單元的一端而形成一第一電位固定節點，且該第一電位固定節點作為電位參考點； 一開關共同端被動元件模組，並聯於該電源自動切換開關的一共同端上，並包含有： 兩開關共同端被動元件單元，其中一開關共同端被動元件單元的一端連接另一開關共同端被動元件單元的一端而形成一第二電位固定節點，且該第二電位固定節點作為電位參考點；以及 複數電壓偵測單元，分別具有一輸入端，各該輸入端連接各該電源，以偵測各該電源的一輸入電壓，該電源自動切換開關根據該輸入電壓、該第一電位固定節點及各該第二電位固定節點進行切換。
本發明多電源系統的輸入電壓偵測電路中，各該電源端被動元件模組連接於各該電源與該電源自動切換開關之間，而開關共同端被動元件模組連接於該電源自動切換開關的該共同端，透過將各該第一電位固定節點及各該第二電位固定節點作為電位參考點，各該電壓偵測單元感測各該電源其輸入電壓時，能藉由各該第一電位固定節點及各該第二電位固定節點建立可互相參考之電位，以感測各該電源的該輸入電壓，並保持各該電源與該電源自動切換開關其共同端的電氣隔離，而不需如習知隔離偵測電路設置隔離器，能藉此降低電路的複雜度，並縮減感測電路的整體體積。
請參看圖1所示，本發明多電源系統的輸入電壓偵測電路應用於一多電源系統中，該多電源系統包含複數電源10A、10B及一電源自動切換開關20，且該多電源系統對一電源轉換器(converter)30進行供電，該複數電源10A、10B間透過該電源自動切換開關20相互並聯，且各該電源10A、10B間保持電氣隔離；該電源自動切換開關20具備多對輸入節點與一對輸出共同節點，每對輸入節點分別連接各該電源10A、10B的輸出端，該對輸出共同節點連接該電源轉換器30的輸入端，該電源自動切換開關20根據不同的供電需求切換連接不同對的輸入節點，藉此切換該電源轉換器30的供電電源。於本實施例中，以該複數電源10A、10B為一第一電源10A及一第二電源10B為例，該第一電源10A與該第二電源10B可具有相同的供電電壓或具有不同的供電電壓。
於第一實施例中，該多電源系統的輸入電壓偵測電路包含有複數電源端被動元件模組40A,40B、一開關共同端被動元件模組50及非隔離式的複數電壓偵測單元60A,60B，各該電源端被動元件模組40A,40B連接於各該電源10A,10B與該電源自動切換開關20之間，並與各該電源10A,10B並聯，且各該電源端被動元件模組40A,40B包含兩個電源端被動元件單元，其中一電源端被動元件單元的一端連接另一電源端被動元件單元的一端而形成一電位固定節點42A,42B，其中，該複數電源端被動元件模組40A,40B的數量與該複數電源10A、10B的數量對應。
於本實施例中，該多電源系統的輸入電壓偵測電路包含一第一電源端被動元件模組40A及一第二電源端被動元件模組40B，該第一電源端被動元件模組40A連接於該第一電源10A與該電源自動切換開關20之間，並與該第一電源10A並聯，該第一電源端被動元件模組40A的其中一電源端被動元件單元包含一第一電容41A，另一電源端被動元件單元包含一第二電容41B，該第一電容41A的第一端連接該第一電源10A的正端，該第二電容41B的第一端連接該第一電源10A的負端，而該第二電容41B的第二端連接該第一電容41A的第二端，且該第一電容41A與該第二電容41B的連接點即為該第一電位固定節點42A；該第二電源端被動元件模組40B連接於該第二電源10B與該電源自動切換開關20之間，並與該第二電源10B並聯，該第二電源端被動元件模組40B的其中一電源端被動元件單元包含有一第三電容41C，另一電源端被動元件單元包含一第四電容41D，該第三電容41C的第一端連接該第二電源10B的正端，該第四電容41D的第一端連接該第二電源10B的負端，而該第四電容41D的第二端連接該第三電容41C的第二端，且該第三電容41C與該第四電容41D的連接點即為該第一電位固定節點42B，其中，該第一電源端被動元件模組40A的該第一電位固定節點42A與該第二電源端被動元件模組40B的該第一電位固定節點42B分別接地，換句話說，該第一電源端被動元件模組40A的該第一電位固定節點42A及該第二電源端被動元件模組40B的該第一電位固定節點42B的電位皆可視為0，且該第一電容41A與該第二電容41B具有相同的電容值，該第三電容41C與該第四電容41D具有相同的電容值，而該第一電容41A與該第三電容41C可具有不同的電容值。
該開關共同端被動元件模組50連接於該電源自動切換開關20與該電源轉換器30之間，並與該電源轉換器30並聯，且各該開關共同端被動元件模組50包含兩個開關共同端被動元件單元，該兩開關共同端被動元件單元相互串聯，且該兩開關共同端被動元件單元間的連接點為一第二電位固定節點52，於本實施例中，該開關共同端被動元件模組50的該兩開關共同端被動元件單元分別包含有一第五電容51A及一第六電容51B，該第五電容51A的第一端連接該電源轉換器30，該第六電容51B的第一端連接該電源轉換器30，而該第六電容51B的第二端連接該第五電容51A的第二端，其中，該開關共同端被動元件模組50的該第二電位固定節點52接地，換句話說，該開關共同端被動元件模組50的該第二電位固定節點52其電位可視為0，且該兩開關共同端被動元件單元中的該第五電容51A與該第六電容51B具有相同的電容值，而該第一電容41A、該第三電容41C與該第五電容51A可具有不同的電容值。
複數電壓偵測單元60A,60B，分別具有一輸入端，各該電壓偵測單元60A,60B的輸入端與各該電源10A,10B、各該電源端被動元件模組40A,40B與該電源自動切換開關20連接，而輸出端與該電源轉換器30連接，由各該電壓偵測單元60A,60B偵測各該電源10A,10B的一輸入電壓V，其中，該複數電壓偵測單元60A,60B的數量與該複數電源10A,10B的數量對應；於本實施例中，該複數電壓偵測單元60A,60B為一第一電壓偵測單元60A與一第二電壓偵測單元60B為例，該第一電壓偵測單元60A的一第一輸入端連接於該第一電源端被動元件模組40A中其中一電源端被動元件單元與該第一電源10A的正端，該第一電壓偵測單元60A的一第二輸入端連接於該第一電源端被動元件模組40A中另一電源端被動元件單元與該第一電源10A的負端，同樣的，第二電壓偵測單元60B的一第一輸入端連接於該第二電源端被動元件模組40B中其中一電源端被動元件單元與該第二電源10B的正端，該第二電壓偵測單元60B的一第二輸入端連接於該第二電源端被動元件模組40B中另一電源端被動元件單元與該第二電源10B的負端。
進一步地，該第一電壓偵測單元60A的該第一輸入端連接於該第一電源端被動元件模組40A中該第一電容41A的第一端與該第一電源10A的正端，該第一電壓偵測單元60A的該第二輸入端連接於該第一電源端被動元件模組40A中該第二電容41B的第一端與該第一電源10A的負端，同樣的，第二電壓偵測單元60B的該第一輸入端連接於該第二電源端被動元件模組40B中該第三電容41C的第一端與該第二電源10B的正端，該第二電壓偵測單元60B的該第二輸入端連接於該第二電源端被動元件模組40B中該第四電容41D的第一端與該第二電源10B的負端。
以該第一電源10A、該第一電源端被動元件模組40A與該第一電壓偵測單元60A為例說明，由於該第一電源端被動元件模組40A的該第一電位固定節點42A的電位固定，且該第一電源10A與該第一電源端被動元件模組40A連接，因此當該電源自動切換開關20未切換至連接該第一電源10A的節點時，該第一電源10A並非是對地浮接，該第一電壓偵測單元60A可藉由該第一電源端被動元件模組40A的該第一電位固定節點42A的電位做為電位參考點，使該第一電源端被動元件模組40A中的各節點產生可互相參考之電位，並同樣藉由該開關共同端被動元件模組50的該第二電位固定節點52的電位，使該開關共同端被動元件模組50中各節點產生可互相參考之電位，以供透過該第一電壓偵測單元60A計算出該第一電源10A的該輸入電壓V。
進一步參看圖2所示，於本實施例中，該第一電壓偵測單元60A及該第二電壓偵測單元60B可分別為一全差動放大器，例如可為由運算放大器(OPA)組成的全差動放大器，且該第一電壓偵測單元60A的該第一輸入端及該第二輸入端可分別連接複數分壓電阻61，同樣的，該第二電壓偵測單元60B的的該第一輸入端及該第二輸入端可分別連接複數分壓電阻61，透過該些分壓電阻61的設置，可進一步加強各該電源10A,10B與該電源轉換器30間的絕緣特性，以防止單點故障(single point of failure, SPOF)的情形發生。
請參看圖3所示，為本發明多電源系統的輸入電壓偵測電路的第二實施例，第二實施例與第一實施例的差別在於，各該電源端被動元件模組40A,40B中各該電源端被動元件單元及該開關共同端被動元件模組50中各該開關共同端被動元件單元各包含一電容及一電感，於各該電源端被動元件單元中，該電容的一端連接該電感的一端，而其中一電源端被動元件單元中該電容或該電感的一端連接另一電源端被動元件單元中該電容或該電感的一端；於該開關共同端被動元件單元中，該電容的一端連接該電感的一端，而其中一開關共同端被動元件單元中該電容或該電感的一端連接另一開關共同端被動元件單元中該電容或該電感的一端。於本實施例中，以其中一電源端被動元件單元中該電感的另一端連接另一電源端被動元件單元中該電感的另一端形成該第一電位固定節點42A,42B，而其中一開關共同端被動元件單元中該電感的另一端連接另一開關共同端被動元件單元中該電感的另一端形成該第二電位固定節點52為例，且對應的兩電源端被動元件單元與兩開關共同端被動元件單元中的該電容具有相同的電容值，兩電源端被動元件單元與兩開關共同端被動元件單元中的該電感具有相同的電感值。
請參看圖4所示，為本發明多電源系統的輸入電壓偵測電路的第三實施例，第三實施例與第一實施例的差別在於，各該電源端被動元件模組40A,40B中各該電源端被動元件單元及該開關共同端被動元件模組50中各該開關共同端被動元件單元包含一電容及一電阻，於各該電源端被動元件單元中，該電容的一端連接該電阻的一端，而其中一電源端被動元件單元中該電容或該電阻的一端連接另一電源端被動元件單元中該電容或該電阻的一端；於該開關共同端被動元件單元中，該電容的一端連接該電阻的一端，而其中一開關共同端被動元件單元中該電容或該電阻的一端連接另一開關共同端被動元件單元中該電容或該電阻的一端。於本實施例中，以其中一電源端被動元件單元中該電阻的另一端連接另一電源端被動元件單元中該電阻的另一端形成各該第一電位固定節點42A,42B，而其中一開關共同端被動元件單元中該電阻的另一端連接另一開關共同端被動元件單元中該電阻的另一端形成該第二電位固定節點52為例，且對應的兩電源端被動元件單元與兩開關共同端被動元件單元中的該電容具有相同的電容值，該兩電源端被動元件單元與該兩開關共同端被動元件單元中的該電阻具有相同的電阻值。
請參看圖5所示，為本發明多電源系統的輸入電壓偵測電路的第四實施例，第四實施例與第一實施例的差別在於，於第四實施例中，該第一電源端被動元件模組40A的該第一電位固定節點42A連接一第一固定電源70A、該第二電源端被動元件模組40B的該第一電位固定節點42B連接一第二固定電源70B，該開關共同端被動元件模組50的該第二電位固定節點52連接一第三固定電源70C，各該電壓偵測單元60A,60B可藉由各該電源端被動元件模組40A,40B的各該第一電位固定節點42A,42B的電位做為電位參考點，使各該電源端被動元件模組40A,40B中的各節點產生可互相參考之電位，並同樣藉由該開關共同端被動元件模組50的該第二電位固定節點52的電位，使該開關共同端被動元件模組50中各節點產生可互相參考之電位，以供透過各該電壓偵測單元60A,60B計算出各該電源10A,10B的該輸入電壓V。
本發明中，同一電源端被動元件模組40A,40B具有相同的兩電源端被動元件單元，該開關共同端被動元件模組50亦具有相同的兩開關共同端被動元件單元，而不同電源端被動元件模組40可具有不同的電源端被動元件單元，且各該電源端被動元件模組40A,40B的電源端被動元件單元與該開關共同端被動元件模組50的開關共同端被動元件單元可為相同或不同的兩電源端被動元件單元與兩開關共同端被動元件單元。
本發明多電源系統的輸入電壓偵測電路中，各該電源10A,10B與該電源自動切換開關20之間設置有電源端被動元件模組40，該電源自動切換開關20與該電源轉換器30則設置有該開關共同端被動元件模組50，一方面各該電源10A,10B與該電源轉換器30間仍可透過各該電源端被動元件模組40A,40B與該電源端被動元件模組40保持電器隔離，另一方面各該電壓偵測單元60A,60B可將各該電源端被動元件模組40A,40B與該開關共同端被動元件模組50中的各該第一電位固定節點42A,42B及各該第二電位固定節點52作為電位參考點，使各該電壓偵測單元60A,60B感測各該電源10A,10B其輸入電壓V時，能藉由各該第一電位固定節點42A,42B或各該第二電位固定節點52建立可互相參考之電位，以利感測各該電源10A,10B的該輸入電壓V；與習知技術相比，本發明只需設置體積較小的被動元件已建立各該第一電位固定節點42A,42B或各該第二電位固定節點52，不需如習知的隔離偵測電路設置一隔離器並另外對該隔離偵測電路提供一隔離電壓，能有效降低電路的複雜度，並縮減感測電路的整體體積。
10A,10B,110,120:電源 20,130:電源自動切換開關 30,100:電源轉換器 40A,40B:電源端被動元件模組 41A,41B,41C,41D,51A,51B:電容 42A,42B:第一電位固定節點 50:開關共同端被動元件模組 52:第二電位固定節點 60A,60B:電壓偵測單元 61:分壓電阻 70A,70B,70C:固定電源 140:隔離偵測電路 V:輸入電壓 V a:隔離電壓
圖1：本發明多電源系統的輸入電壓偵測電路其第一實施例的第一電路示意圖。 圖2：本發明多電源系統的輸入電壓偵測電路其第一實施例的第二電路示意圖。 圖3：本發明多電源系統的輸入電壓偵測電路其第二實施例的電路示意圖。 圖4：本發明多電源系統的輸入電壓偵測電路其第三實施例的電路示意圖。 圖5：本發明多電源系統的輸入電壓偵測電路其第四實施例的電路示意圖。 圖6：習知多電源系統其隔離偵測電路的電路示意圖。
10A,10B:電源 20:電源自動切換開關 30:電源轉換器 40A,40B:電源端被動元件模組 41A,41B,41C,41D,51A,51B:電容 42A,42B:第一電位固定節點 50:開關共同端被動元件模組 52:第二電位固定節點 60A,60B:電壓偵測單元 V:輸入電壓

Claims (8)

  1. 一種多電源系統的輸入電壓偵測電路，包含有：複數電源端被動元件模組，連接於複數電源與一電源自動切換開關之間，並與各該電源並聯，且包含有：兩電源端被動元件單元，其中一電源端被動元件單元的一端連接另一電源端被動元件單元的一端而形成一第一電位固定節點，且該第一電位固定節點作為電位參考點；一開關共同端被動元件模組，並聯於該電源自動切換開關的一共同端上，並包含有：兩開關共同端被動元件單元，其中一開關共同端被動元件單元的一端連接另一開關共同端被動元件單元的一端而形成一第二電位固定節點，且該第二電位固定節點作為電位參考點；以及複數電壓偵測單元，分別具有一輸入端，各該輸入端連接各該電源，以偵測各該電源的一輸入電壓，該電源自動切換開關根據該輸入電壓、該第一電位固定節點及各該第二電位固定節點進行切換。
  2. 如請求項1所述之多電源系統的輸入電壓偵測電路，各該電源端被動元件單元包含一電容，其中一電源端被動元件單元中該電容的一端連接另一電源端被動元件單元中該電容的一端；各該開關共同端被動元件單元包含一電容，其中一開關共同端被動元件單元中該電容的一端連接另一開關共同端被動元件單元中該電容的一端。
  3. 如請求項1所述之多電源系統的輸入電壓偵測電路，各該被動元件單元包含一電容及一電感，其中一電源端被動元件單元中該電容或該電感的一端連接另一電源端被動元件單元中該電容或該電感的一端； 各該開關共同端被動元件單元包含一電容，其中一開關共同端被動元件單元中該電容或該電感的一端連接另一開關共同端被動元件單元中該電容或該電感的一端。
  4. 如請求項1所述之多電源系統的輸入電壓偵測電路，各該被動元件單元包含一電容及一電阻，其中一電源端被動元件單元中該電容或該電阻的一端連接另一電源端被動元件單元中該電容或該電阻的一端；各該開關共同端被動元件單元包含一電容，其中一開關共同端被動元件單元中該電容或該電阻的一端連接另一開關共同端被動元件單元中該電容或該電阻的一端。
  5. 如請求項1所述之多電源系統的輸入電壓偵測電路，各該第一電位固定節點及該第二電位固定節點接地。
  6. 如請求項1所述之多電源系統的輸入電壓偵測電路，各該第一電位固定節點及該第二電位固定節點連接一固定電源。
  7. 如請求項1所述之多電源系統的輸入電壓偵測電路，各該電壓偵測單元為一全差動放大器。
  8. 如請求項7所述之多電源系統的輸入電壓偵測電路，該全差動放大器的一第一輸入端及一第二輸入端分別連接複數分壓電阻。
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