專利名稱：支援主動(dòng)式負(fù)載的不斷電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種不斷電系統(tǒng)，尤指一種可滿足主動(dòng)式負(fù)載維持時(shí)間要求的不 斷電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
按電腦與商業(yè)設(shè)備制造協(xié)會(huì)(CBEMA,Computer and BusinessEquipment Association)，對(duì)于電腦與商業(yè)設(shè)備訂有規(guī)范，要求電腦與商業(yè)設(shè)備必須能夠承受8毫秒 以上的斷電或者信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)間，讓電腦與商業(yè)設(shè)備在斷電或信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能夠維持一 段時(shí)間基本工作電源，增加電腦與商業(yè)設(shè)備的相容性。以電源供應(yīng)器來(lái)說(shuō)，電腦與商業(yè)設(shè)備 均設(shè)置有電源供應(yīng)器提供其工作電源，因此電腦與商業(yè)設(shè)備的電源供應(yīng)器必須在斷電后仍 能維持輸出工作電源至少8毫秒，以順利完成關(guān)機(jī)程序。請(qǐng)參閱圖8所示，為一種具有維持時(shí)間功能的主動(dòng)式電源供應(yīng)器(70)的電路方塊 圖，其包含有橋式整流器(71)，其輸入連接市電交流電源，并將該市電交流電源轉(zhuǎn)換為直流電 源；主動(dòng)式功率因數(shù)校正電路(72)，具有輸入端及輸出端，其輸入端與橋式整流器 (71)的輸出端連接，以便對(duì)其輸出的直流電源進(jìn)行功率因數(shù)校正，使其電壓與電流相位一 致；輸出電容Cbulk,設(shè)于前述主動(dòng)式功率因數(shù)校正電路(72)的輸出端；及直流對(duì)直流轉(zhuǎn)換器(73)，具有輸入端及輸出端，其輸入端與輸出電容Cbulk連接，以 取得直流電源并將該直流電源轉(zhuǎn)換成低壓直流電源后輸出。所謂主動(dòng)式電源供應(yīng)器(70)因其采用了主動(dòng)式功率因數(shù)校正電路(72)，該主動(dòng) 式功率因數(shù)校正電路(72)中含有時(shí)間維持電路(圖中未示出)，該時(shí)間維持電路的作用請(qǐng) 配合參閱圖9A所示，前述主動(dòng)式電源供應(yīng)器(70)市電輸入端的交流電源Vac電壓波形，當(dāng) 該交流電源\c中斷時(shí)，該時(shí)間維持電路會(huì)將其儲(chǔ)存的直流電源提供予該輸出電容Cbulk,以 延遲該輸出電容Cbulk直流電源電壓Vbh降至低電壓臨界值I的時(shí)間，所以，如圖9B所示， 所謂維持時(shí)間(Hold-Up Time)TH指自輸出電容Cbulk的最大電壓Vbh下降至該低電壓臨界值
的時(shí)間即為維持時(shí)間TH。目前電腦與商業(yè)設(shè)備為了在市電交流電源中斷情況下仍能繼續(xù)運(yùn)作，故加設(shè)不斷電系統(tǒng)。意即，該不斷電系統(tǒng)連接于市電交流電源與電腦與商業(yè)設(shè)備的電源供應(yīng)器之間，當(dāng) 市電交流電源正常供電時(shí)，即由不斷電系統(tǒng)蓄存電力，待市電交流電源中斷時(shí)，即將不斷電 系統(tǒng)蓄存的電力轉(zhuǎn)換為交流電源而持續(xù)輸出至電腦與商業(yè)設(shè)備的電源供應(yīng)器。因此，對(duì)電 源供應(yīng)器來(lái)說(shuō)，其輸入端上的交流電源并未中斷，故能持續(xù)供電予電腦與商業(yè)設(shè)備；然而， 目前不斷電系統(tǒng)并無(wú)法支援所有類型的電源供應(yīng)器，特別是主動(dòng)式電源供應(yīng)器，原因如以 下所述請(qǐng)參閱圖10所示，為不斷電系統(tǒng)(80)，其輸出端與主動(dòng)式電源供應(yīng)器(70)的輸入端連接；其中，該不斷電系統(tǒng)(80)包含有變壓器(82)，具有一次側(cè)及二次側(cè)，其中該二次側(cè)耦接至市電交流電源AC/IN ；開(kāi)關(guān)電路(81)，為半橋式轉(zhuǎn)換器，包含有兩主動(dòng)開(kāi)關(guān)Gl，G2，其分別設(shè)于變壓器 (82) —次側(cè)的兩端；控制器(85)，分別連接前述兩主動(dòng)開(kāi)關(guān)G1，G2，并控制其啟閉切換；充電器(83)，通過(guò)整流濾波電路(86)連接至該變壓器(82)的二次側(cè)，以取得充電 電源；電池組(84)，分別與充電器(83)的輸出端及開(kāi)關(guān)電路(81)連接，以便經(jīng)由該充電 器(83)對(duì)電池組(84)充電；當(dāng)市電交流電源中斷時(shí)，電池組(84)的直流電源經(jīng)由開(kāi)關(guān)電 路(81)的切換，以產(chǎn)生方波交流電源予該主動(dòng)式電源供應(yīng)器(70)。 當(dāng)市電交流電路正常供電時(shí)，不斷電系統(tǒng)(80)進(jìn)入在線模式，將市電交流電源直 接提供予主動(dòng)式電源供應(yīng)器(70)；反之，當(dāng)市電交流電源中斷后，該不斷電系統(tǒng)(80)的開(kāi) 關(guān)電路(81)將電池組(84)的直流電源轉(zhuǎn)換成方波交流電源而通過(guò)變壓器(82)輸出，至于 方波交流信號(hào)的產(chǎn)生方式，請(qǐng)配合參閱圖11B、C所示，令控制器(85)交替地輸出二脈寬調(diào) 變信號(hào)Vei，Vg2予二主動(dòng)開(kāi)關(guān)Gl，G2，令二主動(dòng)開(kāi)關(guān)Gl，G2交替啟閉，而在變壓器(82) 二次 側(cè)感應(yīng)輸出方波交流電源I(如圖IlA所示)；惟，如所述這些方波交流電源Vtj輸出至主動(dòng) 式電源供應(yīng)器(70)，并無(wú)法確保該主動(dòng)式電源供應(yīng)器(70)仍能正常提供工作電源。原因在 于當(dāng)交流電源中斷后不斷電系統(tǒng)即進(jìn)入電池模式而輸出方波交流電源(如圖12A所 示)，當(dāng)方波交流電源I其中周期T的相鄰正負(fù)方波(如圖12B所示)的OFF時(shí)間T/2大 于主動(dòng)式電源供應(yīng)器(70)的維持時(shí)間TH，在此狀況下，如圖12C所示，該主動(dòng)式電源供應(yīng)器 (70)的輸出電容Cbulk電壓已降至低壓臨界值不再能夠輸出工作電源(如圖12D所示)。 因此，該不斷電系統(tǒng)(80)即無(wú)法滿足該主動(dòng)式電源供應(yīng)器(70)的維持時(shí)間要求，從而無(wú)法 支援主動(dòng)式電源供應(yīng)器(70)使用。
發(fā)明內(nèi)容因此，本實(shí)用新型主要目的在提供一種支援主動(dòng)式負(fù)載的不斷電系統(tǒng)，其可確保 輸出至主動(dòng)式負(fù)載的脈波信號(hào)滿足其維持時(shí)間的要求，使主動(dòng)式負(fù)載得以正常運(yùn)作。為達(dá)成前述目的采取的主要技術(shù)手段令前述支援主動(dòng)式負(fù)載的不斷電系統(tǒng)，包 括充放電模塊，包含電池組及充電器，該充電器利用輸入電源對(duì)電池組進(jìn)行充電；開(kāi)關(guān)電路，具有至少兩組主動(dòng)開(kāi)關(guān)，其分別連接前述電池組；動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊，連接并控制前述開(kāi)關(guān)電路的切換；變壓器，具有一次側(cè)及二次側(cè)，其一次側(cè)與前述開(kāi)關(guān)電路連接，其二次側(cè)的兩端跨 接有輸出電容；因此，當(dāng)交流市電中斷時(shí)，該動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊將動(dòng)態(tài)地控制開(kāi)關(guān)電路中兩 組主動(dòng)開(kāi)關(guān)的切換頻率，該動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊交替輸出的導(dǎo)通脈波由多個(gè)低頻方波與 高頻方波組成，又配合變壓器的漏感與輸出電容產(chǎn)生的濾波作用，使輸出的交流脈波信號(hào) 呈梯形，從而滿足主動(dòng)式負(fù)載的維持時(shí)間要求。另由于主動(dòng)開(kāi)關(guān)大部分時(shí)間為低頻切換，因此其切換損失將大為降低。
圖1為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的電路圖。圖2為本實(shí)用新型又一優(yōu)選實(shí)施例的電路圖。圖3A、B為本實(shí)用新型動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊輸出的導(dǎo)通脈波示意圖。圖4為本實(shí)用新型用以說(shuō)明動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)與輸出電壓波形關(guān)系的工作曲線圖。圖5為本實(shí)用新型用以說(shuō)明動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)與輸出電壓波形關(guān)系的又一工作 曲線圖。圖6為本實(shí)用新型用以說(shuō)明動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)與輸出電壓波形關(guān)系的又一工作 曲線圖。圖7為本實(shí)用新型用以說(shuō)明動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)與輸出電壓波形關(guān)系的再一工作 曲線圖。圖8為既有主動(dòng)式電源供應(yīng)器的電路方塊圖。圖9A、B為市電交流電源及主動(dòng)式電源供應(yīng)器的輸出電壓波形圖。圖10為既有不斷電系統(tǒng)及主動(dòng)式電源供應(yīng)器的電路圖。圖11A、B、C為既有主動(dòng)式電源供應(yīng)器的電壓波形圖。圖12A、B、C、D為既有不斷電系統(tǒng)與主動(dòng)式電源供應(yīng)器的電壓波形圖。
具體實(shí)施方式
關(guān)于本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，請(qǐng)參閱圖1所示，主要由充放電模塊(10)、開(kāi)關(guān)電 路(20)、變壓器(30)、動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊(40)等組成；其中該充放電模塊(10)包含充電器(11)及電池組(12)；在本實(shí)施例中，該充電器 (11)的輸入端通過(guò)整流器(13)與交流電源AC IN連接，以取得經(jīng)過(guò)整流的輸入電源，經(jīng)由 轉(zhuǎn)換后對(duì)電池組(12)進(jìn)行充電。關(guān)于充電器(11)的輸入電源除前述方式取得外，亦可如 圖2所示，該充放電模塊的充電器的輸入端通過(guò)整流器與變壓器(30) 二次側(cè)的另一繞組連 接，以取得經(jīng)過(guò)整流的輸入電流，經(jīng)由轉(zhuǎn)換后對(duì)電池組(12)進(jìn)行充電。仍請(qǐng)參閱圖1所示，在本實(shí)施例中，該開(kāi)關(guān)電路(20)具有四個(gè)主動(dòng)開(kāi)關(guān)G1，G2，G3， G4，在動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊(40)交替控制下，構(gòu)成全橋式轉(zhuǎn)換電路；對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以理解的是該開(kāi)關(guān)電路(20)亦可由兩個(gè)交替啟閉的主動(dòng)開(kāi)關(guān)組成，而為半橋式轉(zhuǎn)換 電路。又前述四個(gè)主動(dòng)開(kāi)關(guān)Gl，G2，G3，G4分別與變壓器(30)的一次側(cè)及電池組(12)連 接，并分別構(gòu)成電源回路。再者，前述四個(gè)主動(dòng)開(kāi)關(guān)Gl，G2，G3，G4分別由金氧半場(chǎng)效電晶 體(MOSFET)所構(gòu)成。該變壓器(30)的二次側(cè)的兩端跨接有輸出電容(31)，并構(gòu)成電源輸出端；又變壓 器(30) 二次側(cè)將存在漏感(Lk)，其將與輸出電容(31)配合產(chǎn)生濾波作用。該動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊(40)為脈寬調(diào)變(PWM)控制器，在本實(shí)施例中，其具有 四個(gè)動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)輸出端，分別連接至前述開(kāi)關(guān)電路(20)中四個(gè)主動(dòng)開(kāi)關(guān)G1，G2，G3， G4的柵極，以控制其導(dǎo)通與否。與一般脈寬調(diào)變控制器不同處在于該動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊(40)送出的每一個(gè)導(dǎo)通脈波包含多個(gè)低頻方波及高頻方波，并以高頻區(qū)(HP1)、低頻 區(qū)(LP)及高頻區(qū)(HP2)(請(qǐng)參閱圖3A所示)的形式分布，在本實(shí)施例中，位于兩高頻區(qū) (HPLHP2)內(nèi)的方波頻率為20KHz，該低頻區(qū)(LP)的方波頻率則為50/60Hz，其中位于低頻 區(qū)(LP)之前的高頻區(qū)(HPl)具有多個(gè)方波，各方波的寬度(時(shí)間)由小到大呈遞增趨勢(shì) (0-100%)；又位于低頻區(qū)(LP)之后的高頻區(qū)(HP2)亦具有多個(gè)方波，各方波的寬度(時(shí) 間)則由大到小呈遞減趨勢(shì)(100%— 0)。除上述形式外，每一導(dǎo)通周期亦可如圖3B所示， 其仍然分別包含高頻區(qū)(HPl)、低頻區(qū)(LP)及高頻區(qū)(HP2)，惟兩高頻區(qū)(HP1，HP2)中，在 前高頻區(qū)(HPl)中多個(gè)方波的寬度呈遞減趨勢(shì)，在后高頻區(qū)(HP2)中多個(gè)方波的寬度呈遞 增趨勢(shì)，而與圖3A所示的脈波形式呈互補(bǔ)關(guān)系。如圖4所示，該動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊(40)輸出的四組動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)VG1， VG2，VG3，VG4，用以分別控制開(kāi)關(guān)電路(20)中四個(gè)主動(dòng)開(kāi)關(guān)Gl，G2，G3，G4的啟閉，其中，用 以控制主動(dòng)開(kāi)關(guān)Gl的動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)VG1，每一導(dǎo)通脈波具有高頻區(qū)(HPl)、低頻區(qū)(LP) 及高頻區(qū)(HP2)，在前高頻區(qū)(HPl)中多個(gè)方波的寬度呈遞增趨勢(shì)，在后高頻區(qū)(HP2)中多 個(gè)方波的寬度呈遞減趨勢(shì)。又動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊(40)用以控制主動(dòng)開(kāi)關(guān)G3的動(dòng)態(tài)脈 寬調(diào)變信號(hào)VG3，其導(dǎo)通周期與主動(dòng)開(kāi)關(guān)Gl交錯(cuò)，其導(dǎo)通脈波的形式則與主動(dòng)開(kāi)關(guān)Gl相同。再者，用以控制主動(dòng)開(kāi)關(guān)G2的動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)VG2，其導(dǎo)通脈波亦具有高頻區(qū) (HPl)、低頻區(qū)(LP)及高頻區(qū)(HP2)，在前高頻區(qū)(HPl)中多個(gè)方波的寬度呈遞減趨勢(shì)，在后 高頻區(qū)(HP2)中多個(gè)方波的寬度呈遞增趨勢(shì)，低頻區(qū)(LP)呈零電位，其導(dǎo)通脈波的形式與 控制主動(dòng)開(kāi)關(guān)Gl的動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)VGl呈互補(bǔ)關(guān)系。另用以控制主動(dòng)開(kāi)關(guān)G4的動(dòng)態(tài)脈 寬調(diào)變信號(hào)VG4，與控制主動(dòng)開(kāi)關(guān)G2的動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)VG2交錯(cuò)，其導(dǎo)通脈波的形式則與 動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)VG2相同。當(dāng)動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊(40)以各組動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)VGl，VG2，VG3，VG4控制 各主動(dòng)開(kāi)關(guān)G1，G2，G3，G4的啟閉時(shí)，在變壓器(30) 二次側(cè)感應(yīng)產(chǎn)生的電壓波形(Vout)如 圖4所示，由于變壓器(30)存在漏感(LK)，其配合輸出電容(31)產(chǎn)生濾波作用，故在輸出 電容(31)處(電源輸出端)產(chǎn)生的電壓波形Vx-cap為梯形的連續(xù)脈波。在此狀況下，不 斷電系統(tǒng)幾乎呈現(xiàn)持續(xù)輸出的狀態(tài)，故可支援主動(dòng)式負(fù)載，并滿足其維持時(shí)間的要求。前述動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)VG1，VG2，VG3，VG4除如圖4所示形式外，亦可如圖5至圖 7所示的不同態(tài)樣。由上述可知，本實(shí)用新型在不斷電系統(tǒng)中采用動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊，其可交替 產(chǎn)生多組動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)，該動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)中的導(dǎo)通脈波由低頻方波及高頻方波組 成，配合變壓器漏感及輸出電容的濾波作用，可在輸出端產(chǎn)生呈梯形狀的連續(xù)脈波，其幾乎 呈現(xiàn)連續(xù)輸出的狀態(tài)，故可滿足維持時(shí)間的要求，從而支援主動(dòng)式負(fù)載使用該不斷電系統(tǒng)。又，由于該動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變信號(hào)中的導(dǎo)通脈波以低頻方波居多，換言之，不斷電系統(tǒng) 中的主動(dòng)開(kāi)關(guān)大部分時(shí)間為低頻切換，在此狀況下將可大幅降低主動(dòng)開(kāi)關(guān)(MOSFET)的切 換損失。再者，在前述架構(gòu)下，變壓器可沿用低頻變壓器的設(shè)計(jì)再略作修改即可，故可有效 降低開(kāi)發(fā)成本。
權(quán)利要求一種支援主動(dòng)式負(fù)載的不斷電系統(tǒng)，其特征在于包括充放電模塊，包含電池組及充電器，所述充電器利用輸入電源對(duì)電池組進(jìn)行充電；開(kāi)關(guān)電路，具有至少兩組主動(dòng)開(kāi)關(guān)，其分別連接所述電池組；動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊，與所述開(kāi)關(guān)電路的各主動(dòng)開(kāi)關(guān)連接，并交替輸出由低頻方波與高頻方波組成的導(dǎo)通脈波，以交替控制各主動(dòng)開(kāi)關(guān)的啟閉；變壓器，具有一次側(cè)及二次側(cè)，其一次側(cè)與所述開(kāi)關(guān)電路連接，其二次側(cè)的兩端跨接有輸出電容，所述輸出電容與變壓器二次側(cè)的漏感產(chǎn)生濾波作用。
2.如權(quán)利要求1所述的支援主動(dòng)式負(fù)載的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)通脈波包 含多個(gè)低頻方波及高頻方波，并以前高頻區(qū)、低頻區(qū)及后高頻區(qū)的形式分布。
3.如權(quán)利要求2所述的支援主動(dòng)式負(fù)載的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，所述前高頻區(qū)內(nèi) 的方波寬度由小到大呈遞增趨勢(shì)；后高頻區(qū)內(nèi)的方波寬度由大到小呈遞減趨勢(shì)。
4.如權(quán)利要求2所述的支援主動(dòng)式負(fù)載的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，所述后高頻區(qū)內(nèi) 的方波寬度由小到大呈遞增趨勢(shì)；所述前高頻區(qū)內(nèi)的方波寬度由大到小呈遞減趨勢(shì)。
5.如權(quán)利要求3或4所述的支援主動(dòng)式負(fù)載的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，位于前、后高 頻區(qū)內(nèi)方波的頻率為20KHz，所述低頻區(qū)內(nèi)方波的頻率則為50/60HZ。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的支援主動(dòng)式負(fù)載的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，所述 充放電模塊的充電器的輸入端通過(guò)整流器與交流電源連接。
7.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的支援主動(dòng)式負(fù)載的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，所述 充放電模塊的充電器的輸入端通過(guò)整流器與變壓器二次側(cè)的另一繞組連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種支援主動(dòng)式負(fù)載的不斷電系統(tǒng)，包括具有電池組的充放電模塊、連接所述電池組的開(kāi)關(guān)電路、連接并控制所述開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行切換的動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊、連接所述開(kāi)關(guān)電路連接的變壓器、設(shè)于變壓器二次側(cè)上的輸出電容；其中，該動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)變控制模塊將動(dòng)態(tài)地控制開(kāi)關(guān)電路中各主動(dòng)開(kāi)關(guān)的切換頻率，令其輸出的導(dǎo)通脈波由低頻方波與高頻方波組成，又配合變壓器的漏感與輸出電容產(chǎn)生的濾波作用，而輸出梯形交流脈波信號(hào)，從而滿足主動(dòng)式負(fù)載的維持時(shí)間要求。
文檔編號(hào)H02J7/02GK201594755SQ20092017753
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者葉修廷, 林永梅, 謝宏明 申請(qǐng)人:碩天科技股份有限公司