专利名称：在线交互式不断电装置及充电器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在线交互式不断电装置及充电器，尤指一种
利用一共享切换开关受控于高频PWM信号与低频消隐信号，以达到充 电与突波消除的在线交互式不断电装置及充电器。
背景技术：
近年来随着信息产业的蓬勃发展，个人计算机、通讯设备、工作 站等各式各样的硬件设备正广泛地运用在社会各阶层。由于信息本身
即是一种具有高附加价值的产物，因此人们无不想尽办法以确保信息 的安全与计算机系统的正常运作，因此对电源质量的要求也越来越严 格。由于电力电子设备大量地被使用，其所产生的谐波导致电力质量 不良及天灾等等因素，造成公用电力无法保证提供高质量的稳定电源， 不断电电源供应系统(UPS)随即成为计算机或通讯系统所不可或缺的
必要配备。
UPS依动作形式可分成离线式(Off-Line)、在线式(On-Line)及在线 交互式(Line-Interactive)三种。其中，离线式UPS价格低，但是无法改 善电力质量不良的问题，而在线式UPS虽可以提供纯净的交流电输出， 但其价格相当昂贵，另外，在线交互式UPS综合了两者优点，其价格 低且可以改善电力质量不良的问题，而被广为使用。
请参考图1，为传统在线交互式UPS架构示意图。此种在线交互 式UPS包括一EMI单元IO、 一自耦变压器ll、 一整流器13、 一电 池17、 一充电器15、 一换流器16。 EMI单元IO接收一交流市电AC， 用以防止交流市电AC产生的电磁干扰。自耦变压器11具有第一绕组 (未标示)、第二绕组(未标示)及第三绕组(未标示)，其中自耦变压器11 的第一绕组经由一主要继电器101与一升压继电器102耦接于EMI单 元10，同时，自耦变压器11的第一绕组经由一降压继电器103耦接于 一负载2。
另外，整流器13耦接于自耦变压器11的第三绕组。充电器15耦 接于整流器13与电池17，且在交流市电AC正常供电时，对该电池17 充电。换流器16耦接于自耦变压器11的第二绕组与电池17，在交流 市电AC断电时，换流器16转换电池17的电压成为一交流备援电压 AC1给自耦变压器11的第二绕组。请参考图2，为传统在线交互式UPS的充电器电路示意图。充电 器15包括了一切换开关Q1、 一稳压器150、 一输出电容CO及一输出 二极管DO。切换开关Q1的一端耦接于该整流器13，另一端则耦接于 一参考端G。稳压器150的输入端耦接于整流器13，输出稳定的一充 电电压VO。输出电容CO的一端耦接于稳压器150的输出端，输出电 容CO另一端则耦接于该参考端G。输出二极管DO的阳极耦接于稳压 器150的输出端，输出二极管DO的阴极耦接于电池17。借此，在交 流市电AC正常供电时，稳压器150输出稳定的充电电压VO对电池 17充电。并且，在交流市电AC断电时，切换开关Q1受控于一低频消 隐信号Sl，以消除该换流器16动作所产生的突波(spike)。
传统的在线交互式UPS使用稳压器150在交流市电AC正常供电 时对电池17充电。传统的在线交互式UPS使用的稳压器150其型号为 LM317，其工作在低频且充电效率大致在40%到50%。由于稳压器150 工作在低频，并且工作中会产生较高的热量，因而导致整体充电的效 率与功率因素大大的降低。同时，传统的在线交互式UPS受限于稳压 器150的规格，而无法适时的提高电流对电池17充电，导致电池17 无法取得适当的充电量。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种在线交互式不断电装置及充电器。 其中在线交互式不断电装置在交流市电正常供电时，利用高频PWM控 制充电器中的切换开关，以对电池进行充电，而达到高充电效率、高 功率因素、成本下降、充电量范围大且稳定等优点。
本实用新型的在线交互式不断电装置包括一市电供应单元、 一整 流器、 一电池、 一充电器及一换流器。市电供应单元在第一操作模式 时，将一交流市电供应给一负载。整流器耦接于该市电供应单元，整 流该交流市电成为一直流电压。充电器耦接于该整流器与该电池，利 用高频PWM切换该直流电压，以输出一充电电压对该电池充电。换流 器耦接于该市电供应单元与该电池，换流器在第二操作模式时，转换 该电池的电压成为一交流备援电压给该市电供应单元。
本实用新型的充电器耦接于一整流器、 一电池及一换流器，该充 电器从该整流器接收一直流电压，以及输出一充电电压给该电池，该 充电器包括一切换开关、 一顺向二极管、 一输出电容及一输出二极管。 其中，切换开关的一端耦接于该整流器，切换开关的另一端耦接于一 参考端。顺向二极管的阳极耦接于该切换开关。输出电容的一端耦接 于该顺向二极管的阴极，输出电容的另一端耦接于该参考端。输出二 极管的阳极耦接于该顺向二极管的阴极，输出二极管的阴极耦接于该
5电池。借此，该切换开关在第一操作模式时，受控于一高频PWM信号， 以对该电池充电，以及，该切换开关在第二操作模式时，受控于一低
频消隐信号，以消除该换流器动作所产生的突波(spike)。
综上，本实用新型提供的在线交互式不断电装置乃利用充电器中 共享的切换开关，借其受控于高频PWM信号与低频消没信号，以对电 池充电与突波的消除，而不需使用稳压器。如此，将可以省去稳压器 的成本。同时，利用高频PWM控制充电器中共享的切换开关，以对电 池充电，将达到高的充电效率、高的功率因素、范围大的充电量，以 解决传统的在线交互式UPS的问题。
以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说 明本实用新型的权利要求。而有关本实用新型的其它目的与优点，将
在后续的说明与附图中加以阐述。
图1为传统在线交互式UPS架构示意图2为传统在线交互式UPS的充电器电路示意图3为本实用新型的在线交互式不断电装置功能方块示意图4为本实用新型的在线交互式不断电装置电路架构示意图；及
图5为本实用新型的充电器电路示意图。
附图标记说明 公知
EMI单元10 自耦变压器11 整流器13 充电器15 换流器16 电池17 交流市电AC 主要继电器101 升压继电器102 降压继电器103 负载2
交流备援电压AC1 切换开关Q1 稳压器150 输出电容CO输出二极管DO
参考端G
低频消隐信号S1
本实用新型
在线交互式不断电装置3
市电供应单元30
断路器300
涌浪电压保护器301
EMI单元302
主要继电器303
升压继电器304
自耦变压器305
第一绕组P1
第二绕组P2
第三绕组P3
降压继电器306
输出继电器307
整流器32
控制器33
充电器34
电池36
换流器38
交流市电AC
直流电压VI
充电电压V2
交流备援电压AC1
负载4
切换开关Q
顺向二极管D1
输出电容C1
输出二极管D2
参考端G
低频消隐信号S1
高频PWM信号S具体实施方式
请参考图3，为本实用新型的在线交互式不断电装置功能方块示意图。本实用新型的在线交互式不断电装置3耦接一负载4，其在交流 市电AC正常时，执行一第一操作模式供应负载4所需的电力，并于交 流市电AC中断时，执行一第二操作模式供应负载4所需的电力，以维 持供应电力给负载4使用。
本实用新型的在线交互式不断电装置3包括一市电供应单元30、 一整流器32、 一控制器33、 一充电器34、 一电池36及一换流器38。 其中，控制器33耦接于充电器34，控制器33在第一操作模式时，输 出一高频PWM信号S2，以及在第二操作模式时，输出一低频消隐信 号S1。市电供应单元30在第一操作模式时，将交流市电AC供应给负 载4使用，同时，耦接于市电供应单元30的整流器32整流该交流市 电AC成为一直流电压VI。而充电器34还耦接于该整流器32与该电 池36，充电器34受控于高频PWM信号S2，进而将该直流电压V1转 换成一充电电压V2以对该电池36充电。
另外，换流器38耦接于该市电供应单元30与该电池36，换流器 38在第二操作模式时，转换该电池36的电压成为一交流备援电压AC1 给该市电供应单元30。如此，当交流市电AC中断时，市电供应单元 30接收交流备援电压AC1以供应负载4所需的电力，进而维持供应电 力给负载4使用。其中，换流器38可以为一推挽式换流器(push pull inverter),或其它具有相同功能的换流器。此时，充电器34受控于低 频消隐信号Sl，用以消除换流器38动作所产生的突波(spike)。
配合图3，请参考图4。图4为本实用新型的在线交互式不断电装 置电路架构示意图。本实用新型的在线交互式不断电装置3的市电供 应单元30由一断路器300、 一涌浪电压保护器301、 一EMI单元302、 一主要继电器303、 一升压继电器304、 一自耦变压器305、 一降压继 电器306及一输出继电器307耦接组成。其中，断路器300于在线交 互式不断电装置3过载下动作，以作为过载保护。涌浪电压保护器301 作为在线交互式不断电装置3起动时涌浪电压的消除，以防止过大的 电压所造成电路的烧毁。EMI单元302用以防止交流市电AC所产生 的电磁干扰。主要继电器303作为交流市电AC导入自耦变压器305 的主要开关。升压继电器304的切换，是将交流市电AC升压后导入自 耦变压器11的第一绕组P1。另外，降压继电器306的切换，是对交流 市电AC进行降压。而输出继电器307则将降压后的交流市电AC导入 负载4，进而提供负载4所需的用电。
再配合图3，参考图4。自耦变压器305的第三绕组P3耦接于整 流器32，且在交流市电AC正常供电时，提供交流市电AC给整流器 32。整流器32整流该交流市电AC成为直流电压VI，且将直流电压 VI送至充电器34。充电器34受控于从控制器33送出的高频PWM信号S2，利用高频PWM切换直流电压VI，以输出充电电压V2至电池 36以对其充电。另外，自耦变压器305的第二绕组P2耦接于换流器 38，当交流市电AC中断时，自耦变压器305的第二绕组P2从换流器 38取得交流备援电压AC1，进而根据交流备援电压AC1由自耦变压器 305的第一绕组P1输出供应负载4所需的电力，进而维持供应电力给 负载4使用，此时，充电器34受控于从控制器33送出的低频消隐信 号Sl，用以消除换流器38动作所产生的突波(spike)。
配合图4，请参考图5。图5为本实用新型的充电器电路示意图。 充电器34耦接于整流器32与电池36，充电器34从整流器32取得直 流电压VI，并根据直流电压VI以输出充电电压V2至电池36以对电 池36进行充电。充电器34包括了一切换开关Q、 一顺向二极管D1、 一输出电容C1及一输出二极管D2。其中，切换开关Q的一端耦接于 该整流器32，切换开关Q的另一端耦接于一参考端G。顺向二极管Dl 的阳极耦接于切换开关Q。输出电容C1的一端耦接于顺向二极管Dl 的阴极，输出电容C1的另一端耦接于参考端G。输出二极管D2的阳 极耦接于顺向二极管D1的阴极，输出二极管D2的阴极耦接于电池36。
再配合图4，参考图5。在交流市电AC正常供电时，切换开关Q、 顺向二极管Dl及自耦变压器305的第三绕组P3形成一升压转换器 (Boost Converter)。此时，切换开关Q受控于高频PWM信号S2以将直 流电压VI转换成充电电压V2。充电电压V2经由输出电容Cl与输出 二极管D2送至电池36以对电池36充电。
另外，在交流市电AC断电时，电池36随即送电给换流器38,进 而换流器38提供交流备援电压AC1给自耦变压器305的第二绕组P2。 而自耦变压器305的第一绕组P1将输出供应负载4所需的电力，进而 维持供应电力给负载4使用。此时，自耦变压器305的第三绕组P3将 会随着送至自耦变压器305的第二绕组P2的交流备援电压AC1而产生 严重的突波(spike)。因此，切换开关Q在交流市电AC断电时，受控于 低频消隐信号Sl，以消除该换流器38动作所产生的突波(spike)。如此， 在交流市电AC断电时，充电器34作为一虚拟负载，用以消除换流器 38动作所产生的突波(spike)。
综上所述，本实用新型提供的在线交互式不断电装置及充电器， 在交流市电正常供电时，利用高频PWM控制充电器中的切换开关，以 对电池进行充电，而达到高充电效率、高功率因素、成本下降、充电 量范围大且稳定等优点。同时，在交流市电断电时，利用低频消隐信 号控制充电器中的切换开关，以消除换流器动作所产生的突波。
如此，本实用新型提供的在线交互式不断电装置乃利用充电器中 共享的切换开关，借其受控于高频PWM信号与低频消没信号，以对电池充电与突波的消除，而不需额外的稳压器，以达降低成本的目的。
同时，利用高频PWM控制充电器中共享的切换开关以对电池充电，将
达到高的充电效率、高的功率因素、范围大的充电量，以解决传统的
在线交互式UPS的问题。
但是，以上所述，仅为本实用新型最佳之一的具体实施例的详细 说明与附图，本实用新型技术领域内任何普通技术人员可轻易思及的 变化或修饰皆可涵盖在本案的专利保护范围中。
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权利要求1. 一种在线交互式不断电装置，其特征在于，具有一第一操作模式与一第二操作模式，包括一在第一操作模式时供应一交流市电给一负载的市电供应单元；一整流器，耦接于该市电供应单元，该整流器整流该交流市电成为一直流电压；一电池；及一利用高频PWM切换该直流电压的充电器，耦接于该整流器与该电池，输出一充电电压对该电池充电；及一在第二操作模式时转换该电池的电压成为一交流备援电压给该市电供应单元的换流器，该换流器耦接于该市电供应单元与该电池。
2. 如权利要求1所述的在线交互式不断电装置，其特征在于，该 充电器为一用以消除该换流器动作所产生的突波的虚拟负载。
3. 如权利要求1所述的在线交互式不断电装置，其特征在于，该 市电供应单元包括-一用以防止电磁的干扰的EMI单元，接收该交流市电；及一自耦变压器，具有第一绕组、第二绕组及第三绕组，其中该自 耦变压器的第一绕组经过一主要继电器与一升压继电器耦接于EMI单 元，同时，该自耦变压器的第一绕组经过一降压继电器耦接于该负载。
4. 如权利要求3所述的在线交互式不断电装置，其特征在于，该 整流器耦接于该自耦变压器的第三绕组。
5. 如权利要求4所述的在线交互式不断电装置，其特征在于，该 充电器包括一切换开关，其一端耦接于该整流器，另一端耦接于一参考端； 一顺向二极管，其阳极耦接于该切换开关；一输出电容，其一端耦接于该顺向二极管的阴极，另一端耦接于 该参考端；及一输出二极管，其阳极耦接于该顺向二极管的阴极，其阴极耦接 于该电池；其中，该切换开关在第一操作模式时，受控于一高频PWM信号， 以及，该切换开关在第二操作模式时，受控于一低频消隐信号。
6. 如权利要求5所述的在线交互式不断电装置，其特征在于，还 包括一控制器，该控制器耦接于该切换开关，该控制器在第一操作模 式时，输出该高频PWM信号，以及，在第二操作模式时，输出该低频 消隐信号。
7. 如权利要求3所述的在线交互式不断电装置，其特征在于，该 换流器耦接于该自耦变压器的第二绕组。
8. 如权利要求7所述的在线交互式不断电装置，其特征在于，该 换流器为一推挽式换流器。
9. 一种充电器，其特征在于，耦接于一整流器、 一电池及一换流 器，该充电器从该整流器接收一直流电压，以及输出一充电电压给该 电池，该充电器包括一切换开关，其一端耦接于该整流器，另一端耦接于一参考端；一顺向二极管，其阳极耦接于该切换开关；一输出电容，其一端耦接于该顺向二极管的阴极，另一端耦接于 该参考端；及一输出二极管，其阳极耦接于该顺向二极管的阴极，其阴极耦接 于该电池；借此，该切换开关受控于一高频PWM信号，以对该负载充电， 以及，该切换开关受控于一低频消隐信号，以消除该换流器动作所产 生的突波。
专利摘要一种在线交互式不断电装置及充电器，所述在线交互式不断电装置包括一在第一操作模式时供应一交流市电给一负载的市电供应单元；一整流器，整流该交流市电成为一直流电压；一电池；及一利用高频PWM切换该直流电压的充电器，输出一充电电压对该电池充电；及一在第二操作模式时转换该电池的电压成为一交流备援电压给该市电供应单元的换流器，该换流器耦接于该市电供应单元与该电池。所述充电器包括一切换开关。利用充电器中共享的切换开关在交流市电正常时受控于高频PWM信号，以对电池进行充电。并在交流市电断电时，充电器中共享的切换开关，受控于低频消隐信号，以消除换流器动作所产生的突波(Spike)。
文档编号H02J7/10GK201247966SQ20082011830
公开日2009年5月27日 申请日期2008年6月2日 优先权日2008年6月2日
发明者谢卓明 申请人:旭隼科技股份有限公司