TWM618029U - 直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統 - Google Patents

直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統 Download PDF

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Abstract

一種直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統，其包含有多台之直流交流電源供應器所並聯而成，其中一台為主機，其餘為從機，該主機及該等從機內皆設有時基選擇器、時基產生器、台與台同步及錯相控制器、本機錯相控制器以及多組開關電路，使該等開關電路受本機錯相控制器所控制而形成錯相，且時基選擇器及該台與台同步及錯相控制器再進一步控制該主機及該等從機之間的台與台之間的相位，而進一步產生該主機及該等從機之間的同步及錯相，藉此，除了可提升等效工作頻率的優點外，更可降低漣波率，提高反應速度。

Description

直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統
本創作與電源供應器有關，特別是一種直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統。
按，隨著電子技術不斷地發展與突破，交直流電源供應器的應用也日益廣泛。目前交直流電源供應器依其工作原理及設計結構的不同，分為線性交直流電源供應器(Linear AC/DC Power Supply)及開關式交直流電源供應器(Switching AC/DC Power Supply)，線性交直流電源供應器基本結構乃是第一象限為直流，第一及第四象限為交流之線性放大器及雙極性直流電源供應器，如果涉及直流雙方向，則為第一及第二象限，線性放大器一般有A、B、AB等類，使用功率元件之線性區。至於開關式交直流電源供應器基本工作之象限同線性交直流電源供應器，惟放大器以D類為主流，以D類放大器為開關式之工作模式，具有高效率之優勢，並隨著寬能隙半導體(WBG)之進步，碳化矽(SiC)及氮化鎵(GaN)功率元件之普及，更令開關動作趨於完善。線性放大器與開關放大器最大區別在於前者使用功率元件之線性區，後者則只是單純開關動作，由於線性放大器未涉及開關動作，所以與開關放大器在多組或多台時，完全不同。
開關放大器既然是開關動作，一定具備頻率關係，也因功率元件決定了開關頻率之高低，如絕緣閘極雙極性電晶體(IGBT)開關頻率大部份小於20KHz，金氧半場效電晶體(MOSFET)開關頻率則大約在110KHz~150KHz之間，由此可知，上述各種元件工作頻率之差異乃是來自材料本身之特性，此外開關式動作必涉及頻率，由於功率元件工作頻率受限，故可採取錯相(Interleaved Phase)方式來解決上述困擾，使總輸出頻率為多個開關放大器並聯後各開關頻率疊加之總和，此外，當多組或多台開關放大器並接時，開關頻率必須重視相位關係，始能建立完整之頻域及時域關係。又開關頻率若能同步，對電磁干擾(EMI)濾波具有較好的掌握，當多組開關式電源供應器在同電位工作時，同步化或倍頻及反相關係，亦是同樣目的，對於錯相後又多台並聯，建構相位關係更是必要。
此外，若開關頻率越高，所輸出的電流波形係越平順，進而使得漣波率降低，反應速度增快，而降低漣波率的方式同樣可採用相位交錯技術，當未錯相時，其漣波率為1，錯相後則漣波率為1/N，N為2~X，例如發明人所獲准之第M520767號”可達1MHz開關頻率之多相式直流電源供應器”專利案，即是利用9相之相位交錯技術，而使得漣波率降低，且開關頻率可達1MHz以上。
另因應業界對於大功率的產業設備或各類產品的測試需求，必然會需要大功率的直流電源供應系統。而若以單一交直流電源供應器達到大功率之需求，其成本過高，故目前係以透過多台交直流電源供應器加以並接及同步方式，來達到大功率及高頻率之需求，例如發明人所獲准之第M490169號”開關式交直流電源供應器之多台同步電路”專利案，以 及第M486210號”交直流電源供應器之主從控制系統”專利案，即是以主從控制方式，將多台交直流電源供應器加以並聯及同步，以獲得高輸出功率，供大功率負載之使用。
惟，多台交直流電源供應器並聯雖可獲得最大輸出功率，但整體多台交直流電源供應器的總輸出漣波最大值可為每台交直流電源供應器開關頻率輸出漣波最大值的疊加，故如何有效降低多台交直流電源供應器並聯後之漣波，實為本案創作人認為有進一步再改良之必要，而遂有本創作之產生。
本創作之目的係在提供一種直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統，可藉由台與台之間所形成的錯相，使得經並聯後之整體直流交流電源供應器系統之開關頻率提高，漣波率降低，且提高反應速度。
為達上述目的，本創作所提供之直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統，其包含有：一主機，係為可提供直流交流之電源供應器，其設有一連接埠，該連接埠連接一時基選擇器，一時基產生器提供該時基選擇器之時基，該時基選擇器再連接一台與台同步及錯相控制器，該台與台同步及錯相控制器再進一步連接一本機錯相控制器，該本機錯相控制器再並聯三組開關電路，使該等開關電路之相位受本機錯相控制器所控制而形成錯相；複數台從機，亦為可提供直流交流之電源供應器，該從機亦設有一連接埠，該從機之連接埠係與主機之連接埠相連接，該連接埠連接一時基選擇器，該時基選擇器再連接一台與台同步及錯相控制 器，該台與台同步及錯相控制器再進一步連接一本機錯相控制器，該本機錯相控制器再並聯三組開關電路，使該等開關電路之相位受本機錯相控制器所控制而形成錯相。
藉此，該主機與該等從機可分別藉由該台與台同步及錯相控制器控制該主機及該等從機之間的相位，而進一步產生該主機及該等從機台與台之間的錯相。
10:主機
11:連接埠
12:時基選擇器
13:台與台同步及錯相控制器
14:本機錯相控制器
15:開關電路
16:時基產生器
20:從機
21:連接埠
22:時基選擇器
23:台與台同步及錯相控制器
24:本機錯相控制器
25:開關電路
26:時基產生器
200:遠端控制單元
300:時基產生器
第1圖係本創作一較佳實施例之多台直流交流電源供應器並聯之主從控制之示意圖。
第2圖係本創作上述較佳實施例之方塊圖。
第3圖係本創作另一較佳實施例之方塊圖。
請參閱第1及2圖所示，其係揭露有一種直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統，其包含有：
一主機10，係為一可提供直流交流之電源供應器，其設有一連接埠11，該連接埠11係可選用光纖、同軸電纜或區域網路線所使用之其中一種連接埠，且不限於上述連接埠之種類，該連接埠11更包含有一輸入連接埠RX以及一輸出連接埠TX，另該主機10內設有一時基選擇器12，該時基選擇器12一端與該連接埠11電性相接，另一端則連接一台與台同步及錯相控制器13，該時基選擇器12更連接一時基產生器16，使該時基選擇器12可選擇來自主機10連接埠11外部輸入之時基或主機10內部之時基產生器16所產生 之時基，本實施例中，該時基選擇器12係選擇來自主機10內部之時基產生器16所產生之時基，又該台與台同步及錯相控制器13再進一步連接一本機錯相控制器14，該本機錯相控制器14再並聯三組3相之開關電路15，該等開關電路15可選用SiC、GaN、BJT、IGBT或MOSFET等其中一種之功率元件，且不限於上述功率元件之種類，本實施例中，該等開關電路15之開關頻率約為112kHz，該等開關電路15係並聯而設，使該等開關電路15之相序受該本機錯相控制器14之錯相作用而形成9相，另該本實施例中，該主機10連接一遠端控制單元200，藉以遠端控制該主機10，而該遠端控制單元200可為電腦或可程式控制器。
複數台從機20，皆亦為可提供直流交流之電源供應器，每一從機20亦設有一連接埠21，該連接埠21係可選用光纖、同軸電纜或區域網路線所使用之其中一種連接埠，且不限於上述種類，本實施例中，該連接埠21亦選用RJ45連接埠，該連接埠21包含有一輸入連接埠以及一輸出連接埠，該從機20之連接埠21係與主機10之連接埠11相連接，另該從機20內設有一時基選擇器22，該時基選擇器22一端與該連接埠21電性相接，另一端則連接一台與台同步及錯相控制器23，該時基選擇器22更連接一時基產生器26，使該時基選擇器12可選擇來自從機20連接埠21外部之時基或從機20內部之時基產生器26所產生之時基，本實施例中，該時基選擇器12係選擇來自外部之主機10時基產生器16所產生之時基，使該從機20之時基亦由該主機10之時基產生器16所提供，使從機20與主機10形成同步，又該台與台同步及錯相控制器23再進一步連接一本機錯相控制器24，該本機錯相控制器24再並聯三組3相之開關電路25，該等開關電路25可選用SiC、GaN、BJT、IGBT或MOSFET等 其中一種之功率元件，且不限於上述功率元件之種類，於本實施例中，該等開關電路25之開關頻率亦約為112kHz，該等開關電路25係並聯而設，使該等開關電路25之相序受該本機錯相控制器24之錯相作用而形成9相。
為供進一步瞭解本創作構造特徵、運用技術手段及所預期達成之功效，茲將本創作所運用之方法及其可達成之功效再詳加敘述，相信可由此而對本創作有更深入且具體之瞭解，如下所述： 當該主機10與等從機20並聯時，該主機10之時基選擇器12及該等從機20之時基選擇器22皆選擇接收該主機10之時基產生器16所產生之時基，而形成同步，再進一步透過該台與台同步及錯相控制器13、23，使主機10產生一相位參考源，再對分別對該等從機20以主機10之時基進行移相，產生主機10與從機20之間的錯相作用，本實施例中，每一台直流電源供應器本身藉由三組3相開關電路所形成之多相錯相作用，而皆可產生9相及1MHz左右的開關頻率，因此，若1台主機10並聯1台從機20，則可產生18相及2MHz左右的開關頻率，依此類推，若1台主機並聯9台從機，則可產生高達90相及10MHz左右的開關頻率。
請參閱第3圖所示，係為本新型之另一較佳實施例，該主機10之時基係由外部之時基產生器300所產生，本實施例中，該外部之時基產生器300為銣頻率標準震盪器(Rubidium Frequency Standard Oscillator)，且該時基產生器300連接至該主機10的輸入連接埠，藉由來自外部的時基產生器300所產生之高頻率精確度，可提供該主機10更精密、準確的時基頻率。藉此，能夠讓該主機10有更高的時間精確度，以滿足精準度要求更高的需求。
值得一提的是本新型之從機20內部皆設有一時基產生器 26，因此當從機20與主機10進行並聯輸出時，係受主機10之控制，並選用主機10之時基而與主機10同步，但是當該從機20採單機使用而未與主機10並聯使用時，該從機20之時基選擇器22即會選擇其內部之時基產生器26所產生之時基做為時基，而與主機10相同，同樣具有獨立運作之功能。
茲，再將本創作之特徵及其可達成之預期功效陳述如下：本創作藉由該主機之時基產生器所產生之時基，進而使該等從機與該主機有同步的時基，並藉由時基的同步，使得主機與從機之相位、頻率等皆可受控制，進而可進一步利用該等台與台同步及錯相控制器產生錯相作用，當台數愈多時，其相數愈多、開關頻率愈高、輸出漣波率愈低、EMI雜訊愈少，而可獲得更高品質的直流輸出電源。且本新型除上述以錯相技術可提升等效工作頻率的優點外，還有如下之優點：
1.可採用較低頻率合成出具有高頻效果之電源。
2.反應更快，電流密度也提高。
3.對前一級也降低了脈動電流，進而提升前一級耐用度。
綜上所述，本創作在同類產品中實有其極佳之進步實用性，同時遍查國內外關於此類方法之技術資料，文獻中亦未發現有相同的技術存在在先，是以，本創作實已具備發明專利要件，爰依法提出申請。
惟，以上所述者，僅係本創作之一較佳可行實施例而已，故舉凡應用本創作說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本新型之專利範圍內。
10:主機
11:連接埠
12:時基選擇器
13:台與台同步及錯相控制器
14:本機錯相控制器
15:開關電路
16:時基產生器
20:從機
21:連接埠
22:時基選擇器
23:台與台同步及錯相控制器
24:本機錯相控制器
25:開關電路
26:時基產生器

Claims (6)

  1. 一種直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統，其包含有：
    一主機，係為可提供直流交流之電源供應器，其設有一連接埠，該連接埠連接一時基選擇器，一時基產生器提供該時基選擇器之時基，該時基選擇器再連接一台與台同步及錯相控制器，該台與台同步及錯相控制器再進一步連接一本機錯相控制器，該本機錯相控制器再並聯三組開關電路，使該等開關電路之相位受本機錯相控制器所控制而形成錯相；
    複數台從機，亦為可提供直流交流之電源供應器，每一從機亦設有一連接埠，該從機之連接埠係與主機之連接埠相連接，該連接埠連接一時基選擇器，使該時基選擇器選用來自該主機所產生之時基，該時基選擇器再連接一台與台同步及錯相控制器，該台與台同步及錯相控制器再進一步連接一本機錯相控制器，該本機錯相控制器再並聯三組開關電路，使該等開關電路之相位受本機錯相控制器時所控制而形成錯相；
    藉此，該主機與該等從機可分別藉由該台與台同步及錯相控制器控制該主機及該等從機之間的相位，而進一步產生該主機及該等從機台與台之間的錯相可控制該主機及該從機之間的相位而進一步產生該主機及該從機台之間的錯相。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統，其中，該主機及從機之每一組開關電路皆包含有3相開關電路。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統，其中，該等從機內亦皆設有一時基產生器。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統，其中，該主機之時基選擇器係選用一外部裝置之時基。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述之直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統，其中，該外部裝置係連接於該主機之連接埠輸入端，而可供該時基選擇器選用。
  6. 依據申請專利範圍第4項所述之直流交流電源供應器多台並聯之台與台同步及錯相系統，其中，該外部裝置為一銣頻率標準震盪器。
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