专利名称：支援主动式负载的不断电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种不断电系统，尤指一种可满足主动式负载维持时间要求的不 断电系统。
背景技术：
按电脑与商业设备制造协会(CBEMA,Computer and BusinessEquipment Association)，对于电脑与商业设备订有规范，要求电脑与商业设备必须能够承受8毫秒 以上的断电或者信号转换时间，让电脑与商业设备在断电或信号转换过程中，能够维持一 段时间基本工作电源，增加电脑与商业设备的相容性。以电源供应器来说，电脑与商业设备 均设置有电源供应器提供其工作电源，因此电脑与商业设备的电源供应器必须在断电后仍 能维持输出工作电源至少8毫秒，以顺利完成关机程序。请参阅图8所示，为一种具有维持时间功能的主动式电源供应器(70)的电路方块 图，其包含有桥式整流器(71)，其输入连接市电交流电源，并将该市电交流电源转换为直流电 源；主动式功率因数校正电路(72)，具有输入端及输出端，其输入端与桥式整流器 (71)的输出端连接，以便对其输出的直流电源进行功率因数校正，使其电压与电流相位一 致；输出电容Cbulk,设于前述主动式功率因数校正电路(72)的输出端；及直流对直流转换器(73)，具有输入端及输出端，其输入端与输出电容Cbulk连接，以 取得直流电源并将该直流电源转换成低压直流电源后输出。所谓主动式电源供应器(70)因其采用了主动式功率因数校正电路(72)，该主动 式功率因数校正电路(72)中含有时间维持电路(图中未示出)，该时间维持电路的作用请 配合参阅图9A所示，前述主动式电源供应器(70)市电输入端的交流电源Vac电压波形，当 该交流电源\c中断时，该时间维持电路会将其储存的直流电源提供予该输出电容Cbulk,以 延迟该输出电容Cbulk直流电源电压Vbh降至低电压临界值I的时间，所以，如图9B所示， 所谓维持时间(Hold-Up Time)TH指自输出电容Cbulk的最大电压Vbh下降至该低电压临界值
的时间即为维持时间TH。目前电脑与商业设备为了在市电交流电源中断情况下仍能继续运作，故加设不断电系统。意即，该不断电系统连接于市电交流电源与电脑与商业设备的电源供应器之间，当 市电交流电源正常供电时，即由不断电系统蓄存电力，待市电交流电源中断时，即将不断电 系统蓄存的电力转换为交流电源而持续输出至电脑与商业设备的电源供应器。因此，对电 源供应器来说，其输入端上的交流电源并未中断，故能持续供电予电脑与商业设备；然而， 目前不断电系统并无法支援所有类型的电源供应器，特别是主动式电源供应器，原因如以 下所述请参阅图10所示，为不断电系统(80)，其输出端与主动式电源供应器(70)的输入端连接；其中，该不断电系统(80)包含有变压器(82)，具有一次侧及二次侧，其中该二次侧耦接至市电交流电源AC/IN ；开关电路(81)，为半桥式转换器，包含有两主动开关Gl，G2，其分别设于变压器 (82) —次侧的两端；控制器(85)，分别连接前述两主动开关G1，G2，并控制其启闭切换；充电器(83)，通过整流滤波电路(86)连接至该变压器(82)的二次侧，以取得充电 电源；电池组(84)，分别与充电器(83)的输出端及开关电路(81)连接，以便经由该充电 器(83)对电池组(84)充电；当市电交流电源中断时，电池组(84)的直流电源经由开关电 路(81)的切换，以产生方波交流电源予该主动式电源供应器(70)。 当市电交流电路正常供电时，不断电系统(80)进入在线模式，将市电交流电源直 接提供予主动式电源供应器(70)；反之，当市电交流电源中断后，该不断电系统(80)的开 关电路(81)将电池组(84)的直流电源转换成方波交流电源而通过变压器(82)输出，至于 方波交流信号的产生方式，请配合参阅图11B、C所示，令控制器(85)交替地输出二脉宽调 变信号Vei，Vg2予二主动开关Gl，G2，令二主动开关Gl，G2交替启闭，而在变压器(82) 二次 侧感应输出方波交流电源I(如图IlA所示)；惟，如所述这些方波交流电源Vtj输出至主动 式电源供应器(70)，并无法确保该主动式电源供应器(70)仍能正常提供工作电源。原因在 于当交流电源中断后不断电系统即进入电池模式而输出方波交流电源(如图12A所 示)，当方波交流电源I其中周期T的相邻正负方波(如图12B所示)的OFF时间T/2大 于主动式电源供应器(70)的维持时间TH，在此状况下，如图12C所示，该主动式电源供应器 (70)的输出电容Cbulk电压已降至低压临界值不再能够输出工作电源(如图12D所示)。 因此，该不断电系统(80)即无法满足该主动式电源供应器(70)的维持时间要求，从而无法 支援主动式电源供应器(70)使用。
发明内容因此，本实用新型主要目的在提供一种支援主动式负载的不断电系统，其可确保 输出至主动式负载的脉波信号满足其维持时间的要求，使主动式负载得以正常运作。为达成前述目的采取的主要技术手段令前述支援主动式负载的不断电系统，包 括充放电模块，包含电池组及充电器，该充电器利用输入电源对电池组进行充电；开关电路，具有至少两组主动开关，其分别连接前述电池组；动态脉宽调变控制模块，连接并控制前述开关电路的切换；变压器，具有一次侧及二次侧，其一次侧与前述开关电路连接，其二次侧的两端跨 接有输出电容；因此，当交流市电中断时，该动态脉宽调变控制模块将动态地控制开关电路中两 组主动开关的切换频率，该动态脉宽调变控制模块交替输出的导通脉波由多个低频方波与 高频方波组成，又配合变压器的漏感与输出电容产生的滤波作用，使输出的交流脉波信号 呈梯形，从而满足主动式负载的维持时间要求。另由于主动开关大部分时间为低频切换，因此其切换损失将大为降低。
图1为本实用新型优选实施例的电路图。图2为本实用新型又一优选实施例的电路图。图3A、B为本实用新型动态脉宽调变控制模块输出的导通脉波示意图。图4为本实用新型用以说明动态脉宽调变信号与输出电压波形关系的工作曲线图。图5为本实用新型用以说明动态脉宽调变信号与输出电压波形关系的又一工作 曲线图。图6为本实用新型用以说明动态脉宽调变信号与输出电压波形关系的又一工作 曲线图。图7为本实用新型用以说明动态脉宽调变信号与输出电压波形关系的再一工作 曲线图。图8为既有主动式电源供应器的电路方块图。图9A、B为市电交流电源及主动式电源供应器的输出电压波形图。图10为既有不断电系统及主动式电源供应器的电路图。图11A、B、C为既有主动式电源供应器的电压波形图。图12A、B、C、D为既有不断电系统与主动式电源供应器的电压波形图。
具体实施方式
关于本实用新型的优选实施例，请参阅图1所示，主要由充放电模块(10)、开关电 路(20)、变压器(30)、动态脉宽调变控制模块(40)等组成；其中该充放电模块(10)包含充电器(11)及电池组(12)；在本实施例中，该充电器 (11)的输入端通过整流器(13)与交流电源AC IN连接，以取得经过整流的输入电源，经由 转换后对电池组(12)进行充电。关于充电器(11)的输入电源除前述方式取得外，亦可如 图2所示，该充放电模块的充电器的输入端通过整流器与变压器(30) 二次侧的另一绕组连 接，以取得经过整流的输入电流，经由转换后对电池组(12)进行充电。仍请参阅图1所示，在本实施例中，该开关电路(20)具有四个主动开关G1，G2，G3， G4，在动态脉宽调变控制模块(40)交替控制下，构成全桥式转换电路；对于本领域技术人 员可以理解的是该开关电路(20)亦可由两个交替启闭的主动开关组成，而为半桥式转换 电路。又前述四个主动开关Gl，G2，G3，G4分别与变压器(30)的一次侧及电池组(12)连 接，并分别构成电源回路。再者，前述四个主动开关Gl，G2，G3，G4分别由金氧半场效电晶 体(MOSFET)所构成。该变压器(30)的二次侧的两端跨接有输出电容(31)，并构成电源输出端；又变压 器(30) 二次侧将存在漏感(Lk)，其将与输出电容(31)配合产生滤波作用。该动态脉宽调变控制模块(40)为脉宽调变(PWM)控制器，在本实施例中，其具有 四个动态脉宽调变信号输出端，分别连接至前述开关电路(20)中四个主动开关G1，G2，G3， G4的栅极，以控制其导通与否。与一般脉宽调变控制器不同处在于该动态脉宽调变控制模块(40)送出的每一个导通脉波包含多个低频方波及高频方波，并以高频区(HP1)、低频 区(LP)及高频区(HP2)(请参阅图3A所示)的形式分布，在本实施例中，位于两高频区 (HPLHP2)内的方波频率为20KHz，该低频区(LP)的方波频率则为50/60Hz，其中位于低频 区(LP)之前的高频区(HPl)具有多个方波，各方波的宽度(时间)由小到大呈递增趋势 (0-100%)；又位于低频区(LP)之后的高频区(HP2)亦具有多个方波，各方波的宽度(时 间)则由大到小呈递减趋势(100%— 0)。除上述形式外，每一导通周期亦可如图3B所示， 其仍然分别包含高频区(HPl)、低频区(LP)及高频区(HP2)，惟两高频区(HP1，HP2)中，在 前高频区(HPl)中多个方波的宽度呈递减趋势，在后高频区(HP2)中多个方波的宽度呈递 增趋势，而与图3A所示的脉波形式呈互补关系。如图4所示，该动态脉宽调变控制模块(40)输出的四组动态脉宽调变信号VG1， VG2，VG3，VG4，用以分别控制开关电路(20)中四个主动开关Gl，G2，G3，G4的启闭，其中，用 以控制主动开关Gl的动态脉宽调变信号VG1，每一导通脉波具有高频区(HPl)、低频区(LP) 及高频区(HP2)，在前高频区(HPl)中多个方波的宽度呈递增趋势，在后高频区(HP2)中多 个方波的宽度呈递减趋势。又动态脉宽调变控制模块(40)用以控制主动开关G3的动态脉 宽调变信号VG3，其导通周期与主动开关Gl交错，其导通脉波的形式则与主动开关Gl相同。再者，用以控制主动开关G2的动态脉宽调变信号VG2，其导通脉波亦具有高频区 (HPl)、低频区(LP)及高频区(HP2)，在前高频区(HPl)中多个方波的宽度呈递减趋势，在后 高频区(HP2)中多个方波的宽度呈递增趋势，低频区(LP)呈零电位，其导通脉波的形式与 控制主动开关Gl的动态脉宽调变信号VGl呈互补关系。另用以控制主动开关G4的动态脉 宽调变信号VG4，与控制主动开关G2的动态脉宽调变信号VG2交错，其导通脉波的形式则与 动态脉宽调变信号VG2相同。当动态脉宽调变控制模块(40)以各组动态脉宽调变信号VGl，VG2，VG3，VG4控制 各主动开关G1，G2，G3，G4的启闭时，在变压器(30) 二次侧感应产生的电压波形(Vout)如 图4所示，由于变压器(30)存在漏感(LK)，其配合输出电容(31)产生滤波作用，故在输出 电容(31)处(电源输出端)产生的电压波形Vx-cap为梯形的连续脉波。在此状况下，不 断电系统几乎呈现持续输出的状态，故可支援主动式负载，并满足其维持时间的要求。前述动态脉宽调变信号VG1，VG2，VG3，VG4除如图4所示形式外，亦可如图5至图 7所示的不同态样。由上述可知，本实用新型在不断电系统中采用动态脉宽调变控制模块，其可交替 产生多组动态脉宽调变信号，该动态脉宽调变信号中的导通脉波由低频方波及高频方波组 成，配合变压器漏感及输出电容的滤波作用，可在输出端产生呈梯形状的连续脉波，其几乎 呈现连续输出的状态，故可满足维持时间的要求，从而支援主动式负载使用该不断电系统。又，由于该动态脉宽调变信号中的导通脉波以低频方波居多，换言之，不断电系统 中的主动开关大部分时间为低频切换，在此状况下将可大幅降低主动开关(MOSFET)的切 换损失。再者，在前述架构下，变压器可沿用低频变压器的设计再略作修改即可，故可有效 降低开发成本。
权利要求一种支援主动式负载的不断电系统，其特征在于包括充放电模块，包含电池组及充电器，所述充电器利用输入电源对电池组进行充电；开关电路，具有至少两组主动开关，其分别连接所述电池组；动态脉宽调变控制模块，与所述开关电路的各主动开关连接，并交替输出由低频方波与高频方波组成的导通脉波，以交替控制各主动开关的启闭；变压器，具有一次侧及二次侧，其一次侧与所述开关电路连接，其二次侧的两端跨接有输出电容，所述输出电容与变压器二次侧的漏感产生滤波作用。
2.如权利要求1所述的支援主动式负载的不断电系统，其特征在于，所述导通脉波包 含多个低频方波及高频方波，并以前高频区、低频区及后高频区的形式分布。
3.如权利要求2所述的支援主动式负载的不断电系统，其特征在于，所述前高频区内 的方波宽度由小到大呈递增趋势；后高频区内的方波宽度由大到小呈递减趋势。
4.如权利要求2所述的支援主动式负载的不断电系统，其特征在于，所述后高频区内 的方波宽度由小到大呈递增趋势；所述前高频区内的方波宽度由大到小呈递减趋势。
5.如权利要求3或4所述的支援主动式负载的不断电系统，其特征在于，位于前、后高 频区内方波的频率为20KHz，所述低频区内方波的频率则为50/60HZ。
6.如权利要求1至4中任一项所述的支援主动式负载的不断电系统，其特征在于，所述 充放电模块的充电器的输入端通过整流器与交流电源连接。
7.如权利要求1至4中任一项所述的支援主动式负载的不断电系统，其特征在于，所述 充放电模块的充电器的输入端通过整流器与变压器二次侧的另一绕组连接。
专利摘要本实用新型涉及一种支援主动式负载的不断电系统，包括具有电池组的充放电模块、连接所述电池组的开关电路、连接并控制所述开关电路进行切换的动态脉宽调变控制模块、连接所述开关电路连接的变压器、设于变压器二次侧上的输出电容；其中，该动态脉宽调变控制模块将动态地控制开关电路中各主动开关的切换频率，令其输出的导通脉波由低频方波与高频方波组成，又配合变压器的漏感与输出电容产生的滤波作用，而输出梯形交流脉波信号，从而满足主动式负载的维持时间要求。
文档编号H02J7/02GK201594755SQ20092017753
公开日2010年9月29日 申请日期2009年9月1日 优先权日2009年9月1日
发明者叶修廷, 林永梅, 谢宏明 申请人:硕天科技股份有限公司