TWM483603U

TWM483603U - 雙模式輸出備援功能電源供應器

Info

Publication number: TWM483603U
Application number: TW103203270U
Authority: TW
Inventors: He-Qian Yan; wen-cong Lin; zheng-hao Li; jia-hong Zhang
Original assignee: Power Energy Technology Co Ltd U
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2014-08-01

Description

雙模式輸出備援功能電源供應器

本案為一種雙模式輸出備援功能電源供應器，尤指可交替輸出固定電壓電源及備援電池電源之雙模式輸出備援功能電源供應器。

參照第一圖為習用的備援功能電源供應器第一級示意圖，市電交流電輸入，經輸入濾波1、整流器2、功因補償器3(PFC Stage)、切換單元4(Switching Stage)、變壓器5、輸出整流濾波器6及回授單元7(Feedback Stage)後，可得一直流輸入電源21,31，供後級之直流電路使用。

參照第二圖為習用的備援功能電源供應器示意圖，其中包括了直流輸入電源21、直流對直流電壓轉換模組22、輸出電源23、電池充電模組24、切換器25、電池連接器26、電池組27、控制單元28、傳輸訊號29、選配模組210、待機輸入電源211、待機電源控制切換器及直流對直流電壓轉換模組212及待機輸出電源213。在習用的備援功能電源供應器之結構設計中，當市電正常供電即直流輸入電源21正常供電時，直流輸入電源21係經由直流對直流電壓轉換模組22轉換成輸出電源23輸出之，並且經由電池充電模組24轉換成充電電源，經由電池連接器26對電池組27充電。

當控制單元28偵測到市電出現異常停止供電時，控制單元28係控制切換器25導通，促使電池組27輸出之電池電源經由電池連接器26及切換器25傳輸至直流對直流電壓轉換模組22，並透過直流對直流電壓轉換模組22轉換成輸出電源23，取代原直流輸入電源21維持輸出電源23之輸出，藉以達到備援之效果。

另一方面，控制單元28亦可連接控制其它選配模組210，例如待機電源控制切換器及直流對直流電壓轉換模組212，藉以控制待機輸入電源211與待機輸出電源213之間之轉換。此外，可經由各種傳輸技術之傳輸介面訊號29控制控制單元28，如USB、UART、CAN或SMB等。

然而，儘管習用的備援功能電源供應器能夠在市電出現異常停止供電即直流輸入電源21出現異常，改以電池組27之電池電源維持輸出電源23，但是不論哪一種電源都是先經由直流對直流電壓轉換模組22轉換後才形成輸出電源23，因此輸出電源23之電壓值即由直流對直流電壓轉換模組22所決定，使用者可以在直流對直流電壓轉換模組22後端再額外增設一組直流對直流電壓轉換模組，藉以將輸出電源23轉換為使用者所需電壓值之電源，不過電源經過兩級直流對直流電壓轉換模組後，將會有大量的能量損失，整體轉換效率將更為低落。習用的技術具有下列缺點：1.習用的單組固定輸出電源之電壓值是為固定，若欲增加備援功能須外部增加充電器設計，空間需求較大且效率不佳；2.習用的備援功能電源供應器之輸出電源之電壓值亦由直流對直流電壓轉換模組所決定，使用者同樣無法依據需求任意調整，致使產品利用性廣度受到很大的限制；3.習用的備援功能電源供應器，雖然可以再額外增設一組直流對直流電壓轉換模組，但是電源經過兩級直流對直流電壓轉換模組轉換後，將會有大量的能量損失，且整體轉換效率將更為低落且熱問題不易解決，不利系統整合。

因此，如何改進上述習用的缺點，提升電源供應器輸出電源之設計彈性及利用性，係為本案所關注者。

本案的目的在於提出一新穎且進步的雙模式輸出備援功能電源供應器，不經由直流對直流電壓轉換模組輸出電源，而是改以直接輸出由第一級產生的直流電源及電池組電源至輸出埠之方式輸出雙模式電源，讓使用者能依據需求選擇性地在輸出埠電性連接所需之直流對直流電壓轉換模組，藉此提供高度整合設計彈性之電源供應器。

為達上述目的，本案提出一種雙模式輸出備援功能電源供應器，包括：一電池充電模組，係電性連接一由第一級產生的直流輸入電源；一電池組；一電池連接器，係電性連接在該電池充電模組與該電池組之間；一切換器，係電性連接該電池連接器；一控制單元，係電性連接該直流輸入電源與該切換器；一輸出埠，係電性連接該直流輸入電源與該切換器；其中，當市電正常供電時直流輸入電源即正常供電時，該直流輸入電源係提供一第一電源，該第一電源係經由該輸出埠輸出之；該第一電源係同時經由該電池充電模組轉換成一第二電源，該第二電源係經由該電池連接器對該電池組充電；當市電出現異常停止供電時，即該直流輸入電源停止供電時，該電池組係輸出一第三電源，該控制單元係控制該切換器導通，促使該第三電源經由該切換器傳送至該輸出埠輸出之；當市電復電正常供電時，即該直流輸入電源復電正常供電時，該控制單元係控制該切換器停止導通，回復由該直流輸入電源提供該第一電源至該輸出埠輸出之，藉以形成雙模式電源。

如所述之雙模式輸出備援功能電源供應器，其中該控制單元係為一微控制器(MCU)。

如所述之雙模式輸出備援功能電源供應器，其中該直流輸入電源係由一交流對直流電壓轉換模組所產生。

如所述之雙模式輸出備援功能電源供應器，其中更包括一第二切換器，係電性連接該直流輸入電源，且該切換器與該輸出埠係經由該第二切換器間接電性連接該直流輸入電源。

如所述之雙模式輸出備援功能電源供應器，其中更包括一第二切換器，係電性連接該直流輸入電源，且該電池充電模組、該切換器與該輸出埠係經由該第二切換器間接電性連接該直流輸入電源。

如所述之雙模式輸出備援功能電源供應器，其中更包括一直流對直流電壓轉換模組及一開關，該直流對直流電壓轉換模組係設於該輸出埠，並能將該雙模式電源轉換為一固定電壓值之直流電源輸出之；該開關係電性連接在該直流對直流電壓轉換模組之輸入及輸出端之間，藉以透過該開關選擇控制輸出該固定電壓值之直流電源或是該雙模式電源。

如所述之雙模式輸出備援功能電源供應器，其中更包括一直流對直流電壓轉換模組，係電性連接在該電池連接器與該切換器之間，該直流對直流電壓轉換模組係可將該電池組所輸出之該第三電源轉換為一固定電壓值之直流電源再傳送至該切換器；該切換器係可切換選擇傳送該固定電壓值之直流電源或是該電池組所輸出之該第三電源至該輸出埠輸出之。

1‧‧‧輸入濾波

2‧‧‧整流器

3‧‧‧功因補償器(PFC Stage)

4‧‧‧切換單元(Switching Stage)

5‧‧‧變壓器

6‧‧‧輸出整流濾波器

7‧‧‧回授單元(Feedback Stage)

21、31‧‧‧直流輸入電源

22、32、52、53‧‧‧直流對直流電壓轉換模組

23‧‧‧輸出電源

24、34‧‧‧電池充電模組

25、35、314‧‧‧切換器

26、36‧‧‧電池連接器

27、37‧‧‧電池組

28、38‧‧‧控制單元

29、39‧‧‧傳輸訊號

210、310‧‧‧選配模組

211、311‧‧‧待機輸入電源

212、312‧‧‧待機電源控制切換器及直流對直流電壓轉換模組

213、313‧‧‧待機輸出電源

33‧‧‧輸出埠

315‧‧‧開關

41‧‧‧市電模式

42‧‧‧備援電源模式

81‧‧‧電源供應器

82‧‧‧工業用電腦

83‧‧‧電池組

S_{AC fail} ‧‧‧交流電源偵測信號

第一圖為習用的備援功能電源供應器第一級示意圖；第二圖為習用的備援功能電源供應器示意圖；第三圖為本案較佳實施例之雙模式輸出備援功能電源供應器之結構示意圖；第四圖為本案較佳實施例之雙模式輸出備援功能電源供應器之另一種結構示意圖；第五圖為本案較佳實施例之雙模式輸出備援功能電源供應器之另一種結構示意圖；第六圖為本案較佳實施例之雙模式輸出備援功能電源供應器之輸出電源示意圖；第七圖為本案較佳實施例之雙模式輸出備援功能電源供應器之另一種輸出電源示意圖；第八圖為本案較佳實施例之雙模式輸出備援功能電源供應器之應用示意圖。

參照第三圖為本案較佳實施例之雙模式輸出備援功能電源供應器之結構示意圖，其中包括了直流輸入電源31、輸出埠33、電池充電模組34、切換器35、314、電池連接器36、電池組37、控制單元38、傳輸訊號39、選配模組310、待機輸入電源311、待機電源控制切換器及直流對直流電壓轉換模組312及待機輸出電源313。在本案所提之雙模式輸出備援功能電源供應器之結構設計中，當直流輸入電源31正常供電時，直流輸入電源31係通過切換器314直接傳送至輸出埠33輸出之，同時透過電池充電模組34轉換成充電電源，經由電池連接器36對電池組37充電。

當控制單元38偵測到市電出現異常停止供電，即直流輸入電源31出現異常停止供電時，控制單元38係控制切換器35導通，促使電池組37輸出之電池電源經由電池連接器36及切換器35傳輸至輸出埠33輸出之。同時，令切換器314停止導通，藉以避免電池組37輸出之電池電源回流至直流輸入電源31端。

透過本案之設計，在當市電正常供電即直流輸入電源31正常供電時，輸出埠33將輸出穩定電壓值之直流電源，但當市電出現異常停止供電即直流輸入電源31異常停止時，輸出埠33將輸出電壓值隨電量逐漸衰減之電池直流電源。因此，輸出埠33所輸出之電源將形成一種雙模式電源。使用者可依據需求在輸出埠33上設計連接所需之直流對直流電壓轉換模組，藉以將輸出埠33輸出之雙模式電源轉換成所需之穩定電壓值之電源，不僅大為提升設計彈性，更能增加產品可利用性之廣度，並提升整合型電源系統之商業性。

同樣地，控制單元38亦可連接控制其它選配模組310，例如待機電源控制切換器及直流對直流電壓轉換模組312，藉以控制待機輸入電源311與待機輸出電源313之間之轉換。此外，可經由各種傳輸技術之傳輸介面訊號39控制控制單元38，如USB、UART、CAN或SMB等。交流電源偵測信號S_{AC fail} ，可以偵測交流電源AC的狀態，提供控制單元28參考。

參照第四圖為本案較佳實施例之雙模式輸出備援功能電源供應器之另一種結構示意圖，其中包括了直流輸入電源31、直流對直流電壓轉換模組32、輸出埠33、電池充電模組34、切換器35、314、電池連接器36、電池組37、控制單元38、傳輸訊號39、選配模組310、待機輸入電源311、待機電源控制切換器及直流對直流電壓轉換模組312、待機輸出電源313及開關315。在輸出埠33中係可設置直流對直流電壓轉換模組32及開關315，並令開關315電性連接在直流對直流電壓轉換模組32之輸入及輸出端之間。當開關315斷路時，輸出埠33輸出之電源係先經由直流對直流電壓轉換模組32轉換為固定電壓值之直流電源輸出；但當開關315短路時，輸出埠33係輸出雙模式電源。因此，對於有電源設計需求的使用者，可以透過短路開關315並連接所需之另一個直流對直流電壓轉換模組於輸出埠33進行輸出電源之設計；對於無電源設計需求的使用者，則可以透過斷開開關315直接輸出直流對直流電壓轉換模組32所產生之穩定直流電源。

參照第五圖為本案較佳實施例之雙模式輸出備援功能電源供應器之另一種結構示意圖，其中包括了直流輸入電源31、直流對直流電壓轉換模組32、輸出埠33、電池充電模組34、切換器35、314、電池連接器36、電池組37、控制單元38、傳輸訊號39、選配模組310、待機輸入電源311、待機電源控制切換器及直流對直流電壓轉換模組312及待機輸出電源313。除了以第四圖所示之開關方式設計之外，亦可在輸出埠33設置直流對直流電壓轉換模組32及切換器35，並透過切換器35選擇是否經由直流對直流電壓轉換模組32轉換電池組37輸出電源之電壓值。

參照第六圖為本案較佳實施例之雙模式輸出備援功能電源供應器之輸出電源示意圖，其中包括了市電模式41及備援電源模式42。本案所提出的雙模式輸出備援功能電源供應器，係透過交流對直流電壓轉換模組將市電轉換成直流電源後，形成市電模式41之輸出電壓；當市電異常斷電後，電池組係輸出形成備援電源模式42之輸出電壓；待市電復電後，再回復至市電模式41之輸出電壓，藉此形成雙模式之電源。

參照第七圖為本案較佳實施例之雙模式輸出備援功能電源供應器之另一種輸出電源示意圖，其中包括了市電模式41及備援電源模式42。若在輸出埠中設置直流對直流電壓轉換模組，則可以經由直流對直流電壓轉換模組穩定電池組輸出之電壓，形成相同輸出電壓值之市電模式41及備援電源模式42之輸出電源。

參照第八圖為本案較佳實施例之雙模式輸出備援功能電源供應器應用示意圖。本案之雙模式輸出備援功能電源供應器81可與工業用電腦82(例如醫療用推車或消防監控設備)連接，提供穩定的備援電源。同時，可擴充電池組83來因應各種電力之需求。

本案具有下列優點：1.本案所提出的雙模式輸出備援功能電源供應器係直接輸出雙模式電源，令使用者能依據需求自由設計連接所需之直流對直流電壓轉換模組，有效避免多級轉換所產生之大量能量損失問題，維持備援模式下高轉換效率；2.本案所提出的雙模式輸出備援功能電源供應器，不僅大為提高設計彈性，更能增加產品可利用性之廣度，並提升整合型電源系統之商業性；3.本案所提出的雙模式輸出備援功能電源供應器可增設開關或切換器，讓使用者能依據需求選擇輸出預設之直流電源或是自行設計輸出電源。

綜上所述，本案所提之雙模式輸出備援功能電源供應器，採用直接輸出雙模式電源之型式，大為提高設計彈性，進步新穎且實用，如其變更設計，例如採用各種類型之電池組、增設更多組直流對直流電壓轉換模組於輸出埠或是以其它元件或電路實現實施例所述之開關及切換器之功能等，只要是直接輸出雙模式電源之備援功能電源供應器者，皆為本案所欲揭露及保護者。

本案所揭露之技術，得由熟習本技術人士據以實施，而其前所未有之作法亦具備專利性，爰依法提出專利之申請。惟上述之實施例尚不足以涵蓋本案所欲保護之專利範圍，因此，提出申請專利範圍如附。

31‧‧‧直流輸入電源(參考第一圖)

33‧‧‧輸出埠

34‧‧‧電池充電模組

35、314‧‧‧切換器

36‧‧‧電池連接器

37‧‧‧電池組

38‧‧‧控制單元

39‧‧‧傳輸訊號

310‧‧‧選配模組

311‧‧‧待機輸入電源

312‧‧‧待機電源控制切換器及直流對直流電壓轉換模組

313‧‧‧待機輸出電源

S_{AC fail} ‧‧‧交流電源偵測信號

Claims

一種雙模式輸出備援功能電源供應器，包括：一電池充電模組，係電性連接一直流輸入電源；一電池組；一電池連接器，係電性連接在該電池充電模組與該電池組之間；一切換器，係電性連接該電池連接器；一控制單元，係電性連接該直流輸入電源與該切換器；一輸出埠，係電性連接該直流輸入電源與該切換器；其中，當市電正常供電即該直流輸入電源正常供電時，該直流輸入電源係提供一第一電源，該第一電源係經由該輸出埠輸出之；該第一電源係同時經由該電池充電模組轉換成一第二電源，該第二電源係經由該電池連接器對該電池組充電；當市電異常停止供電即該直流輸入電源停止供電時，該電池組係輸出一第三電源，該控制單元係控制該切換器導通，促使該第三電源經由該切換器傳送至該輸出埠輸出之；當該直流輸入電源復電正常供電時，該控制單元係控制該切換器停止導通，回復由該直流輸入電源提供該第一電源至該輸出埠輸出之，藉以形成雙模式電源。
如申請專利範圍第1項所述之雙模式輸出備援功能電源供應器，其中該控制單元係為一微控制器(MCU)。
如申請專利範圍第1項所述之雙模式輸出備援功能電源供應器，其中該直流輸入電源係由一交流對直流電壓轉換模組所產生。
如申請專利範圍第1項所述之雙模式輸出備援功能電源供應器，其中更包括一第二切換器，係電性連接該直流輸入電源，且該切換器與該輸出埠係經由該第二切換器間接電性連接該直流輸入電源。
如申請專利範圍第1項所述之雙模式輸出備援功能電源供應器，其中更包括一第二切換器，係電性連接該直流輸入電源，且該電池充電模組、該切換器與該輸出埠係經由該第二切換器間接電性連接該直流輸入電源。
如申請專利範圍第1項所述之雙模式輸出備援功能電源供應器，其中更包括一直流對直流電壓轉換模組及一開關，該直流對直流電壓轉換模組係設於該輸出埠，並能將該雙模式電源轉換為一固定電壓值之直流電源輸出之；該開關係電性連接在該直流對直流電壓轉換模組之輸入及輸出端之間，藉以透過該開關選擇控制輸出該固定電壓值之直流電源或是該雙模式電源。
如申請專利範圍第1項所述之雙模式輸出備援功能電源供應器，其中更包括一直流對直流電壓轉換模組，係電性連接在該電池連接器與該切換器之間，該直流對直流電壓轉換模組係可將該電池組所輸出之該第三電源轉換為一固定電壓值之直流電源再傳送至該切換器；該切換器係可切換選擇傳送該固定電壓值之直流電源或是該電池組所輸出之該第三電源至該輸出埠輸出之。