TWI830091B - 備用電源供應系統及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種備用電源供應系統及其控制方法，而備用電源供應系統包括電源供應電路以及不斷電電路，電源供應電路用於接收市電，且不斷電電路儲存備用電力。不斷電電路連接於電源供應電路且用於連接交流負載。當市電為正常時，電源供應電路供電給不斷電電路，而不斷電電路提供符合市電規格的交流電壓至交流負載。當市電為異常時，不斷電電路提供符合市電規格的交流電壓至交流負載。

Description

備用電源供應系統及其控制方法
本揭露涉及一種備用電源供應系統及其控制方法，特別是指一種不論市電是否正常都可直接供電給交流負載的備用電源供應系統及其控制方法。
不斷電系統(Uninterruptible Power System，UPS)是一種受到廣泛採用的設備，在市電突然異常的情況下，例如臨時停電或電源干擾時，不斷電系統提供可靠的後備電源給電腦、伺服器或醫療設備，可避免因為電源異常而導致這些電子設備的運作中斷。
然而，目前的不斷電系統僅能提供直流電壓給直流負載，對於一些交流負載，例如顯示螢幕，在市電不正常時，交流負載無法繼續維持正常運作。
本揭露所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種備用電源供應系統及其控制方法。
為了解決上述的技術問題，本揭露所採用的其中一技術方案是提供一種備用電源供應系統，其包括電源供應電路以及不斷電電路。電源供應電路用於接收一市電。不斷電電路連接於電源供應電路且儲存備用電力，不斷電電路設有交流輸出端，而交流輸出端用於連接交流負載。當市電為正 常時，電源供應電路供電給不斷電電路，而不斷電電路的交流輸出端輸出第一交流電壓至交流負載，第一交流電壓符合市電規格。當市電為異常時，不斷電電路供電給電源供應電路且經由交流輸出端輸出第二交流電壓至交流負載，而第二交流電壓的電壓規格符合市電規格。
為了解決上述的技術問題，本揭露所採用的另外一技術方案是提供一種備用電源供應系統的控制方法，備用電源供應系統包含電源供應電路以及不斷電電路，不斷電模儲存一備用電力，而控制方法包括：透過電源供應電路判斷市電是否正常；當市電為正常時，電源供應電路供電給不斷電電路，而不斷電電路輸出第一交流電壓至交流負載，其中第一交流電壓符合市電規格；以及當市電不正常時，不斷電電路輸出第二交流電至交流負載，而第二交流電壓的電壓規格符合市電規格。
本揭露的其中一有益效果在於，本揭露所提供備用電源供應系統及其控制方法，無論市電是否正常，備用電源供應系統均可提供符合市電規格的交流電給交流負載，藉此維持交流負載的持續運作。
為使能更進一步瞭解本揭露的特徵及技術內容，請參閱以下有關本揭露的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本揭露加以限制。
A1、A2、A3:備用電源供應系統
1:電源供應電路
101:雜訊濾波器
1011:市電接收端
103:全波整流電路
105:功率因數修正電路
107:開關電路
109:控制電路
111:變壓器
113:濾波電路
115:輸出監控電路
1151A~1151D:直流負載連接埠
1153:直流輸出端
1155:交流輸出端
117:輔助電源電路
2:不斷電電路
21:電池
23:電池管理電路
25:逆變器
251:交流輸出端
Vac:市電
Vsb:待機電壓
DCL1~DCL4:直流負載
ACL:交流負載
S201~S219:步驟
S401~S425:步驟
S501~S521:步驟
圖1為本揭露第一實施例的備用電源供應系統的功能方塊圖；圖2為圖1的備用電源供應系統的控制方法的流程圖；圖3為本揭露第二實施例的備用電源供應系統的功能方塊圖；圖4為圖3的備用電源供應系統的控制方法的流程圖； 圖5為備用電源供應系統的控制方法的第三實施例的流程圖；以及圖6為本揭露第四實施例的備用電源供應系統的功能方塊圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本揭露所公開有關“備用電源供應系統及其控制方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本揭露的優點與效果。本揭露可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本揭露的構思下進行各種修改與變更。另外，本揭露的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本揭露的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本揭露的保護範圍。
應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
圖1為本揭露第一實施例的備用電源供應系統的功能方塊圖。如圖1所示，備用電源供應系統A1包括一電源供應電路1以及一不斷電電路2，其中電源供應電路1包含一雜訊濾波器101、一全波整流電路103、一功率因數修正電路105、一開關電路107、一控制電路109、一變壓器111、一濾波電路113以及一輸出監控電路115，而不斷電電路2連接於輸出監控電路115。
雜訊濾波器101是指一種安裝在電子設備和交流電源之間的電源濾波器，其目的是在降低設備和交流電源之間電源線上傳導的電磁干擾(EMI)信號，電磁干擾信號一般都是高頻信號，因此雜訊濾波器通常為由電容 器及電感器所組成的低通濾波器。雜訊濾波器101設有一市電接收端1011，市電接收端1011用於接收一市電Vac。
全波整流電路103連接於雜訊濾波器101的輸出端。在雜訊濾波器101將市電中的電磁干擾信號濾除之後，全波整流電路103對市電進行全波整流，以便將市電Vac中的負電壓部分全部轉換為正電壓。
功率因數修正電路105例如為主動式功率因數修正電路或被動式功率因數修正電路，其連接於全波整流電路103的輸出端。由於功率因數越低，負載要產生相同功率輸出時所需要的電流就會越高。當電流提高時，電路系統的能量損失就會增加，而且電線及相關電力設備的容量也隨之增加。因此，功率因數修正電路105的功能在於提高交流電壓訊號的功率因數。
開關電路107例如為電晶體開關，而所使用的電晶體為MOS電晶體或BJT電晶體。開關電路107連接於功率因數修正電路105的輸出端，開關電路107的功能在於調整交流電壓訊號的波形。控制電路109連接於輸出監控電路115、功率因數修正電路105以及開關電路107。
變壓器111包含初級繞組、次級繞組和鐵芯，初級繞組連接於開關電路107的輸出端，初級繞組的線圈數與次級繞組的線圈數之比例與變壓器111的輸入電壓以及變壓器111的輸出電壓成正比，藉此可使得變壓器111的輸出電壓低於變壓器111的輸出電壓。濾波電路113連接於變壓器111的次級繞組，濾波電路113用於消除電訊號中的漣波部分。濾波電路113例如為電容濾波電路，而電容濾波電路利用電容的充放電來濾除漣波。在脈動直流的波形上升段，對電容充電，由於充電時間常數很小，所以充電速度很快。在脈動直流的波形下降段，對電容放電，由於放電時間常數很大，所以放電速度很慢。在還沒有完全放電時再次開始進行充電。
輸出監控電路115連接於濾波電路113的輸出端以及控制電路 109的輸入端。當市電異常時，輸出監控電路115無法接收到來自濾波電路113的電壓訊號。此時，輸出監控電路115發出第一控制指令至控制電路109。控制電路109根據第一控制指令去調整功率因數修正電路105以及開關電路107。反之，當市電正常時，輸出監控電路115接收到來自濾波電路113的電壓訊號。此時，輸出監控電路115發出第二控制指令至控制電路109。控制電路109根據第二控制指令去調整功率因數修正電路105以及開關電路107。
輸出監控電路115包含多個直流負載連接埠1151A~1151D，而該些直流負載連接埠1151A~1151D用於連接多個不同直流負載DCL1~DCL4。舉例來說，該些直流負載DCL1~DCL4分別為CPU、PCI插槽、USB連接埠以及內存插槽，而該些直流負載連接埠1151A~1151D可輸出+12V、+5V、+5V以及3.3V的直流電壓給CPU、PCI插槽、USB連接埠以及內存插槽。
不斷電電路2包含一電池21、一電池管理電路23以及一逆變器25，而電池21例如為鋰電子電池、鋰鐵電池、鉛酸電池或其他材料的充放電電池。電池21連接於輸出監控電路115、電池管理電路23以及逆變器25，逆變器25設有一交流輸出端251，逆變器25的交流輸出端251用於連接交流負載ACL。
當市電Vac為正常時，輸出監控電路115基於市電Vac經由該些直流負載連接埠1151A~1151D分別提供多個直流電壓給該些直流負載DCL1~DCL4，輸出監控電路115的一直流輸出端1153輸出直流電壓至不斷電電路2的電池管理電路23。電池管理電路23接收到來自輸出監控電路115的供電後，電池管理電路23對電池21供電以使電池21內儲存有備用電力。電池21輸出直流電壓至逆變器25，而逆變器25的交流輸出端251輸出符合市電規格的第一交流電至交流負載ACL。
當市電Vac為異常時，電池21的備用電力的一部分提供至電源供應電路1的輸出監控電路115，而電池21的備用電力的另一部分提供至不斷電電路2的逆變器25。輸出監控電路115設有多個不同的直流-直流轉換器，當輸出監控電路115接收到來自電池21的供電後，輸出監控電路115透過該些直流-直流轉換器將來自電池21的供電轉換為多個不同電壓規格的直流電壓，並經由該些直流負載連接埠1151A~1151D分別輸出該些不同電壓規格的直流電壓至該些直流負載DCL1~DCL4。當逆變器25接收到來自電池21的供電後，逆變器25的交流輸出端251輸出符合市電規格的第二交流電壓至交流負載ACL。
圖2為圖1的備用電源供應系統的控制方法的流程圖。如圖2所示，在步驟S201，電源供應電路1判斷市電Vac是否正常。當市電為正常時，接著步驟S203。在步驟S203，輸出監控電路115分別輸出多個直流電壓至多個直流負載DCL1~DCL4，接著步驟S205。在步驟S205，輸出監控電路115輸出直流電壓至不斷電電路2的電池管理電路23，接著步驟S207。在步驟S207，電池管理電路23對不斷電電路2的電池21進行充電，接著步驟S209。在步驟S209，電池21輸出直流電壓至逆變器25，接著步驟S211。在步驟S211，逆變器25的交流輸出端251輸出符合市電規格的第一交流電至交流負載ACL，接著返回步驟S201。
當電源供應電路1確認市電Vac為不正常時，接著步驟S213。在步驟S213，不斷電電路2的電池21輸出直流電壓至電源供應電路1的輸出監控電路115，接著步驟S215。在步驟S215，輸出監控電路115分別輸出多個直流電壓至多個直流負載DCL1~DCL4，接著步驟S217。在步驟S217，不斷電電路2的電池21輸出直流電壓至不斷電電路2的逆變器25，接著步驟S219。在步驟S219，逆變器25的交流輸出端251輸出符合市電規格的第二交流電壓至交流負載ACL，接著返回步驟S201。
舉例來說，本揭露的備用電源供應系統安裝於個人電腦系統(PC)。當發電廠所提供的交流市電正常時，電源供應電路1提供不同電壓規格的多個直流電壓至個人電腦系統的主機，而不斷電電路2提供符合市電規格的第一交流電壓至顯示螢幕。當發電廠的負載過大或是發電廠的機組故障而導致市電異常時，不斷電電路2的電池21將分別供電給電源供應電路1以及不斷電電路2的逆變器25。當電源供應電路1接收到來自電池21的電力後，電源供應電路1的多個直流-直流轉換器將來自電池21的電力轉換為多個不同電壓規格的直流電壓，且將該些不同電壓規格的直流電壓提供至個人電腦系統的主機。當逆變器25接收到來自電池21的供電後，逆變器25輸出符合市電規格的第二交流電壓至顯示螢幕。由此可知，不論市電正常與否，透過本揭露的備用電源供應系統，電腦系統的主機以及顯示螢幕都能正常地維持運作。
圖3為本揭露備用電源系統的第二實施例的功能方塊圖，而圖3的備用電源供應系統與圖1的備用電源供應系統大致相同，差異在於圖3的備用電源供應系統A2更包括一輔助電源電路117。如圖3所示，輔助電源電路117連接於全波整流電路103的輸出端以及控制電路109的輸入端。當市電Vac為正常時，全波整流電路103供電給輔助電源電路117。當市電Vac為異常時，不斷電電路2的電池21供電給輔助電源電路117，而輔助電源電路117的功能在於供電給控制電路109以及輸出待機電壓(例如5vsb)。
圖4的圖3的備用電源供應系統的控制方法的第二實施例的流程圖。如圖4所示，在步驟S401，電源供應電路1判斷市電Vac是否正常。當市電為正常時，接著步驟S403。在步驟S403，全波整流電路103供電給輔助電源電路117，接著步驟S405。在步驟S405，輔助電源電路117供電給控制電路109，接著步驟S407。在步驟S407，輸出監控電路115分別輸出多個 直流電壓至多個直流負載DCL1~DCL4，接著步驟S409。在步驟S409，輸出監控電路115輸出直流電壓至不斷電電路2的電池管理電路23，接著步驟S411。在步驟S411，電池管理電路23對不斷電電路2的電池21進行充電，接著步驟S413。在步驟S413，電池21輸出直流電壓至逆變器25，接著步驟S415。在步驟S415，逆變器25的交流輸出端251輸出符合市電規格的第一交流電至交流負載ACL，接著返回步驟S401。
當電源供應電路1確認市電Vac為不正常時，接著步驟S417。在步驟S417，不斷電電路2的電池21分別供電給電源供應電路1的輸出監控電路115以及輔助電源電路117，接著步驟S419。在步驟S419，輸出監控電路115分別輸出多個直流電壓至多個直流負載DCL1~DCL4，接著步驟S421。在步驟S421，不斷電電路2的電池21輸出直流電壓至不斷電電路2的逆變器25，接著步驟S423。在步驟S423，逆變器25的交流輸出端251輸出符合市電規格的第二交流電壓至交流負載ACL，接著步驟S425。在步驟S425，輔助電源電路117供電給控制電路109以及輸出待機電壓，接著返回步驟S401。
圖5的備用電源供應系統的控制方法的第三實施例的流程圖。如圖5所示，在步驟S501，電源供應電路1判斷市電Vac是否正常。當市電為正常時，接著步驟S503。在步驟S503，輸出監控電路115分別輸出多個直流電壓至多個直流負載DCL1~DCL4，接著步驟S505。在步驟S505，輸出監控電路115輸出直流電壓至不斷電電路2的電池管理電路23，接著步驟S507。在步驟S507，電池管理電路23判斷電池21所儲存電量的是否低於臨界電量下限，當電池21所儲存的電量低於臨界電量下限，接著步驟S509。在步驟S509，電池管理電路23供電給電池21，接著步驟S511。在步驟S511，電池21供電給逆變器25，接著步驟S513。在步驟S513，逆變器25的交流輸出端251輸出符合市電規格的第一交流電至交流負載ACL，接著返回步驟S501。
當電池21所儲存的電量未低於臨界電量下限，接著步驟S511。
當電源供應電路1確認市電Vac為不正常時，接著步驟S515。在步驟S515，不斷電電路2的電池21輸出直流電壓至電源供應電路1的輸出監控電路115，接著步驟S517。在步驟S517，輸出監控電路115分別輸出多個直流電壓至多個直流負載DCL1~DCL4，接著步驟S519。在步驟S519，不斷電電路2的電池21輸出直流電壓至不斷電電路2的逆變器25，接著步驟S521。在步驟S521，逆變器25的交流輸出端251輸出符合市電規格的第二交流電壓至交流負載ACL，接著返回步驟S501。
圖6為本揭露備用電源供應系統的第四實施例的功能方塊圖，如圖6所示，備用電源供應系統A3包括電源供應電路1以及不斷電電路2，其中電源供應電路1包含雜訊濾波器101、全波整流電路103、功率因數修正電路105、開關電路107、控制電路109、變壓器111、濾波電路113以及輸出監控電路115，而不斷電電路2包含電池21、電池管理電路23以及逆變器25。圖7的備用電源供應系統A3與圖1的備用電源供應系統A1的差異在於，輸出監控電路115更包含一交流輸出端1155，而交流輸出端1155用於連接交流負載ACL。
當電源供應電路1市電接收端判斷市電Vac為正常時，電源供應電路1的輸出監控電路115經由該些直流負載連接埠1151A~1151D分別提供多個直流電壓給該些直流負載DCL1~DCL4，輸出監控電路115的直流輸出端1153輸出直流電壓至不斷電電路2的電池管理電路23，而輸出監控電路115的交流輸出端1155輸出符合市電規格的第一交流電壓至交流負載ACL。電池管理電路23接收到來自輸出監控電路115的供電後，電池管理電路23對電池21充電備用電力。
當電源供應電路1市電接收端判斷市電Vac為異常時，備用電力 電池21分別供電給電源供應電路1的輸出監控電路115以及不斷電電路2的逆變器25。接著，輸出監控電路115經由該些直流負載連接埠1151A~1151D分別輸出多個直流電壓給該些直流負載DCL1~DCL4。至於逆變器25則經由交流輸出端251輸出符合市電規格的第二交流電壓至交流負載ACL。
[實施例的有益效果]
本揭露所提供備用電源供應系統及其控制方法，當發電廠的負載過大或是發電廠的機組故障而導致市電異常時，電源供應電路可提供不同電壓規格的直流電壓給各種直流負載，而不斷電電路可提供符合符合市電規格的交流電壓給交流負載，使得每一直流負載以及交流負載都能持續維持運作。
以上所公開的內容僅為本揭露的優選可行實施例，並非因此侷限本揭露的申請專利範圍，所以凡是運用本揭露說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本揭露的申請專利範圍內。
A1:備用電源供應系統
1:電源供應電路
101:雜訊濾波器
1011:市電接收端
103:全波整流電路
105:功率因數修正電路
107:開關電路
109:控制電路
111:變壓器
113:濾波電路
115:輸出監控電路
1151A~1151D:直流負載連接埠
1153:直流輸出端
2:不斷電電路
21:電池
23:電池管理電路
25:逆變器
251:交流輸出端
Vac:市電
DCL1~DCL4:直流負載
ACL:交流負載

Claims (9)

  1. 一種備用電源供應系統，包括：一電源供應電路，其用於接收一市電且包含一輸出監控電路；以及一不斷電電路包含一電池、一電池管理電路以及一逆變器，該電池連接於該電池管理電路、該逆變器以及該輸出監控電路，該電池管理電路更連接於該輸出監控電路，該逆變器設有一交流輸出端，而該交流輸出端用於連接一交流負載；當該市電為正常時，該輸出監控電路供電給該電池管理電路，該電池管理電路對該電池供電以使該電池儲存有一備用電力，該逆變器的該交流輸出端輸出一第一交流電壓至該交流負載，該第一交流電壓符合一市電規格；當該市電為異常時，該電池將該備用電力的一第一部分以及一第二部分分別供給該輸出監控電路以及該逆變器，該輸出監控電路將該備用電力的該第一部分轉換為多個不同電壓規格的直流電壓，該逆變器經由該交流輸出端輸出一第二交流電壓至該交流負載，而該第二交流電壓的一電壓規格符合該市電規格；該電源供應電路還包含有一功率因數修正電路、一開關電路及一控制電路，該開關電路連接於該功率因數修正電路，該控制電路連接於該功率因數修正電路、該開關電路以及該輸出監控電路；當該市電為異常時，該控制電路接收到來自該輸出監控電路的一第一控制指令且根據該第一控制指令分別調整該功率因數修正電路以及該開關電路； 當該市電為正常時，該控制電路接收到來自該輸出監控電路的一第二控制指令且根據該第二控制指令分別調整該功率因數修正電路以及該開關電路。
  2. 如請求項1所述之備用電源供應系統，其中該輸出監控電路包含多個直流負載連接埠，該些直流負載連接埠用於連接多個直流負載，且該些直流負載連接埠分別將該些不同電壓規格的直流電壓輸出至該些直流負載。
  3. 如請求項1所述之備用電源供應系統，其中當該市電處於正常時，該電池管理電路判斷該電池的一電量是否充足；當該電池的該電量不足時，該電池管理電路供電給該電池；當該電池的該電量充足時，該電池管理電路不供電給該電池。
  4. 如請求項3所述之備用電源供應系統，其中當該電池所儲存的該電量低於一臨界電量下限時，表示該電池的該電量為不足；當該電池所儲存的該電量未低於該臨界電量下限時，表示該電池的該電量為充足。
  5. 如請求項1所述之備用電源供應系統，其中該電源供應電路包含有一雜訊濾波器、一全波整流電路、一變壓器以及一濾波電路，該全波整流電路連接於該雜訊濾波器以及該功率因數修正電路，該雜訊濾波器用於接收該市電，該變壓器連接於該開關電路，而該濾波電路連接於該變壓器以及該輸出監控電路。
  6. 如請求項5所述之備用電源供應系統，其中該電源供應電路更包含一輔助電源電路，該輔助電源電路連接於該全波整流電路、該控制電路以及該電池，當該市電為正常時，該全波整流電路供電給該輔助電源電路；當該市電為異常時，該電池供電給該輔助電源電路。
  7. 一種備用電源供應系統的控制方法，該備用電源供應系統包含一電源供應電路以及一不斷電電路，該電源供應電路包含一功率因數修正電路、一開關電路、一控制電路以及一輸出監控電路，該不斷電電路包含一電池、一電池管理電路以及一逆變器，而該控制方法包括：透過該電源供應電路判斷一市電是否正常；當該市電為正常時，該輸出監控電路供電給該電池管理電路，該電池管理電路對該電池供電以使該電池儲存有一備用電力，而該逆變器輸出一第一交流電壓至一交流負載，其中該第一交流電壓符合一市電規格；當該市電為異常時，該電池將該備用電力的一第一部分以及一第二部分分別供給該輸出監控電路以及該逆變器，該輸出監控電路將該備用電力的該第一部分轉換為多個不同電壓規格的直流電壓，該逆變器輸出一第二交流電至該交流負載，而該第二交流電壓的電壓規格符合該市電規格；當該市電為異常時，該控制電路接收到來自該輸出監控電路的一第一控制指令且根據該第一控制指令分別調整該功率因 數修正電路以及該開關電路；以及當該市電為正常時，該控制電路接收到來自該輸出監控電路的一第二控制指令且根據該第二控制指令分別調整該功率因數修正電路以及該開關電路。
  8. 如請求項7所述之備用電源供應系統的控制方法，更包括當該市電為正常時，該不斷電電路的一電池管理電路判斷該不斷電電路的一電池的一電量是否充足，當該電池的該電量充足時，該電池管理電路不對該電池進行充電。
  9. 如請求項8所述之備用電源供應系統的控制方法，更包括在該電源供應電路輸出多個直流電壓至該些直流負載之前，對該市電進行全波整流、調整功率因數、變壓處理以及濾波處理。
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