具电源管理机制的断电预防系统及方法与流程

本发明涉及断电预防系统，特别是涉及一种具电源管理机制的断电预防系统及方法。

背景技术：

随着电力应用科技的发展，需要靠电力才能操作的电子设备不断被开发出来，使得人们对于电力的需求与日俱增，以至于突然的断电常常给人们的生活带来冲击与不便，对于工厂产线等其他应用中的设备，一旦中断供电，往往会对业者或使用者造成重大的经济损失。因此，断电预防系统被广泛地使用，但突波电流(inrushcurrent)为电源供应架构中普遍存在的问题，其通常发生在电源初导通的瞬间，此时会产生过大的瞬间电流，因而造成噪声产生，甚至是造成断电预防系统的电源组件或负载损毁。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种具电源管理机制的断电预防系统，包含开关电路、储能电路、预充电电路以及预充电控制电路。开关电路连接电感的第一端。储能电路连接开关电路。预充电电路连接一输入电源以及电感的第二端。在预充电模式下，输入电源对预充电电路进行预充电。在储能模式下，输入电源停止预充电所述预充电电路，并通过电感与开关电路对储能电路进行充电。预充电控制电路连接预充电电路。预充电控制电路配置以取得预充电电路与电感的第二端之间的节点的电压、开关电路的电压或储能电路的电压作为一预充电压。预充电控制电路配置以取得低于输入电源提供的输入电压的一参考电压，并比较预充电压与参考电压，以控制预充电电路。预充电控制电路判断预充电压小于参考电压时，控制预充电控制电路在预充电模式下。预充电控制电路判断预充电压大于或等于参考电压时，控制预充电电路从预充电模式切换至储能模式。

在一实施方式中，预充电控制电路包含比较器。

在一实施方式中，输入电压与一阈值电压相减后取得参考电压。

在一实施方式中，开关电路包含一上桥开关以及一下桥开关，上桥开关与下桥开关之间的节点连接电感的第一端，上桥开关与下桥开关之间的节点的电压作为预充电压。

在一实施方式中，储能电路包含相互并联的多个电容。

在一实施方式中，储能电路包含相互串联的多个电容。

在一实施方式中，储能电路包含多个电容模块，多个电容模块相互并联，各电容模块包含相互串联的多个电容。

在一实施方式中，输入电源供应输入电压至一电源转换器，电源转换器步阶调变输入电压，以提供一输出电压。

在一实施方式中，输入电源无法供应输入电压至一电源转换器时，储能电路对输入电源进行放电以调节输入电压，电源转换器步阶调变调节后的输入电压，以提供一输出电压。

另外，本发明提供一种具电源管理机制的断电预防方法，适用于断电预防系统。断电预防系统包含开关电路、储能电路、预充电电路以及预充电控制电路。开关电路连接电感的第一端以及储能电路。预充电电路连接输入电源、电感的第二端以及预充电控制电路。具电源管理机制的断电预防方法包含以下步骤：(a)利用输入电源，预先对预充电电路进行充电；(b)利用预充电控制电路，取得预充电电路与电感的第二端之间的节点的电压、开关电路的电压或储能电路的电压作为一预充电压；(c)利用预充电控制电路，判断预充电压是否大于或等于参考电压，其中参考电压低于输入电源提供的一输入电压，若否，回到步骤(a)，若是，执行下一步骤(d)；以及(d)输入电源停止预充电所述预充电电路，而是通过电感与开关电路对储能电路进行充电。

在一实施方式中，所述具电源管理机制的断电预防方法还包含以下步骤：利用预充电控制电路，将输入电压与一阈值电压相减后取得参考电压。

在一实施方式中，所述具电源管理机制的断电预防方法还包含以下步骤：利用预充电控制电路，取得开关电路的上桥开关与下桥开关之间的节点的电压作为预充电压。上桥开关与下桥开关之间的节点连接电感的第一端。

在一实施方式中，所述具电源管理机制的断电预防方法还包含以下步骤：判断输入电源是否供应输入电压至一电源转换器，若是，利用电源转换器步阶调变输入电压以提供输出电压，若否，利用储能电路对输入电源进行放电以调节输入电压，并利用电源转换器步阶调变调节后的输入电压以提供输出电压。

如上所述，本发明的有益效果在于，本发明提供具电源管理机制的断电预防系统及方法，其在输入电源能正常供应电力时，对作为备用电源供应装置的储能电路进行充电，以在发生异常断电时，转为由储能电路提供电压至输入电压源，以供应给需要电力的电路组件。值得注意的是，本发明的充电作业分为两阶段，预先对预充电电路进行充电，而后再对储能电路进一步充电，使得输入电源的电压大于储能电路的电压的情况下，有效防止过冲电流瞬间通过储能电路，造成储能电路内部的电路组件例如电容损坏。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明第一实施例的具电源管理机制的断电预防系统的电路布局图。

图2为本发明第二实施例的具电源管理机制的断电预防系统的电路布局图。

图3为本发明第三实施例的具电源管理机制的断电预防系统的预充电控制电路的内部电路图。

图4a为本发明第四实施例的具电源管理机制的断电预防系统的储能电路的内部电路图。

图4b为本发明第五实施例的具电源管理机制的断电预防系统的储能电路的内部电路图。

图4c为本发明第六实施例的具电源管理机制的断电预防系统的储能电路的内部电路图。

图5为本发明第七实施例的具电源管理机制的断电预防方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包含相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

[第一实施例]

请参阅图1，其为本发明第一实施例的具电源管理机制的断电预防系统的电路布局图。

如图1所示，本实施例的具电源管理机制的意外断电系统包含预充电电路pch、预充电控制电路pccl、储能电路ste、开关电路sw以及控制电路cot。储能电路ste连接开关电路sw。开关电路sw连接电感l的第一端。预充电电路pch连接在电感l的第二端与用以提供输入电压vin的一输入电源之间。预充电控制电路pccl连接预充电电路pch。

首先，本实施例的断电预防系统进入一预充电模式。在预充电模式下，由输入电源例如输入电压源提供输入电压vin，以对预充电电路pch进行预充电。实际上，若有需要，输入电压源可替换为电源供应器、电流源其他电力装置。

在预充电的作业中，预充电控制电路pccl可取得预充电电路pch与电感l的第二端之间的节点的电压vinb、开关电路sw的电压或储能电路ste的电压vcap作为一预充电压。

预充电控制电路pccl取得或设定一参考电压，此参考电压低于输入电压vin。预充电控制电路pccl比较预充电压与参考电压，以控制预充电电路pch的操作。

当预充电控制电路pccl判断预充电压仍小于参考电压时，预充电控制电路pccl控制预充电控制电路pccl维持在预充电模式下，保持输入电源持续提供输入电压vin，以对预充电电路pch进行预充电。

然而，当预充电控制电路pccl判断预充电压大于或等于参考电压时，预充电控制电路pccl控制预充电电路pch从预充电模式切换至储能模式。在储能模式下，输入电源停止对预充电电路pch进行预充电，接着输入电源对储能电路ste进行充电。

在输入电源对储能电路ste进行充电的过程中，控制电路cot控制开关电路sw的操作，以允许电感l的电流通过开关电路sw流至储能电路ste，以对储能电路ste进行充电。

在预充电模式结束后，预充电电路pch与电感l的第二端之间的节点的电压vinb已不会再变化，顶多更接近输入电压vin。储能电路ste的电压vcap很接近输入电压vin时，才进入储能模式，因此，在储能模式下，输入电源供应输入电压vin至储能电路ste时，不会有大电流瞬间流至储能电路ste，而造成储能电路ste具有高突波电压的情况发生。

承如上述，本实施例的断电预防系统的预充电电路pch与预充电控制电路pccl，可有效防止储能电路ste和其他电路组件因瞬间承受过高的突波电流(或称为过冲电流)而损坏，从而延长电路组件的使用寿命。

[第二实施例]

请参阅图2，其为本发明第二实施例的具电源管理机制的断电预防系统的电路布局图。如图2所示，本实施例的具电源管理机制的意外断电系统包含预充电电路pch、预充电控制电路pccl、储能电路ste、开关电路sw以及控制电路cot。

开关电路sw包含上桥开关ug以及下桥开关lg。上桥开关ug的第一端连接储能电路ste。上桥开关ug的第二端连接下桥开关lg的第一端。下桥开关lg的第二端接地。上桥开关ug与下桥开关lg之间的节点连接电感l的第一端。此节点的电压lx可作为预充电压。替换地，预充电电路pch与电感l的第二端之间的节点的电压vinb，或储能电路ste的电压vcap，可作为预充电压。

控制电路cot可包含充电控制电路cct、放电控制电路dct以及逻辑控制电路gct。充电控制电路cct以及放电控制电路dct连接逻辑控制电路gct。逻辑控制电路gct连接上桥开关ug的控制端以及下桥开关lg的控制端。预充电电路pch连接用以提供输入电压vin的输入电源以及预充电控制电路pccl。

在一般正常供电的作业下，由输入电源供应输入电压vin，以对储能电路ste充电至具有电压vcap，作为输入电压vin的备用电力。在输入电源发生断电而无法提供输入电压vin时，则转为由储能电路ste供应电压vcap。然而，在输入电源直接对储能电路ste充电的过程中，过大的电流瞬间流过电感l以及开关电路sw后，到达储能电路ste，将造成电路组件损坏。为了避免此情况发生，在本实施例中，将上述正常供电作业分为预充电模式以及储能模式两模式。

在预充电模式下，输入电源供应输入电压vin，以预先对预充电电路pch进行充电。当输入电压vin对预充电电路pch充电，使得作为预充电压的电压vinb、lx或vcap增加至大于或等于参考电压时，预充电控制电路pccl控制预充电电路pch从预充电模式切换至储能模式。

在储能模式下，输入电源停止预充电所述预充电电路pch，而是对储能电路ste进行充电。在输入电源对储能电路ste进行充电的过程中，充电控制电路cct控制上桥开关ug与下桥开关lg操作，以允许电感l的电流通过上桥开关ug流至储能电路ste，使储能电路ste充电至具有电压vcap，作为输入电压vin的备用电力。

当输入电源发生异常断电而无法提供输入电压vin时，则储能电路ste进行放电，储能电路ste的放电电流可流至输入电压源，并由输入电压源供应电力给其他电路组件，例如电源转换器cvt1至cvtn。

本文所述实施例中的具电源管理机制的断电预防系统可适用于各种电源转换器cvt1至cvtn，例如降压转换器、升压转换器以及降升压转换器，其中n可为任意适当整数值，代表电源转换器cvt1至cvtn的数量。电源转换器cvt1至cvtn可将输入电源提供的输入电压vin或储能电路ste提供的电压vcap分别转换成输出电压vout1至voutn，其中voutn中的n等于电源转换器cvt1至cvtn的数量n。

[第三实施例]

请参阅图3，其为本发明第三实施例的具电源管理机制的断电预防系统的预充电控制电路的内部电路图。本发明的具电源管理机制的断电预防系统包含开关电路、储能电路、预充电电路以及预充电控制电路。

如图3所示，本发明的预充电控制电路，如图1或图2的预充电控制电路pccl，可包含如图3所示的比较器com。

比较器com的第一比较输入端连接预充电电路pch，以取得预充电电路pch与电感l的第二端之间的节点的电压vinb、开关电路sw的电压lx或储能电路ste的电压vcap作为预充电压。

比较器com的第二比较输入端连接一阈值电压源，将输入电源供应的输入电压vin与此阈值电压源供应的一阈值电压vth相减后取得一参考电压。此参考电压小于输入电压vin。应理解，本发明第一和第二实施例中所提的参考电压可为本实施例所提的参考电压。

举例而言，比较器com的第一比较输入端为反相输入端，而第二比较输入端为非反相输入端。在此条件下，当输入电压vin与阈值电压vth相减后取得的参考电压大于预充电压时，比较器com输出高准位的比较信号至如图2所示的预充电电路pch。直到当输入电压vin与阈值电压vth相减后取得的参考电压不大于预充电压时，比较器com输出低准位的比较信号至预充电电路pch，以停止输入电压vin对预充电电路pch充电，而是允许输入电压vin对如图2所示的储能电路ste进行充电。

本发明所属技术领域普通技术人员，应理解，实际上，第一比较输入端可替换为非反相输入端，而第二比较输入端可替换为反相输入端。在此条件下，比较器com输出的比较信号的高低准位将与上述相反。

而当输入电源无法正常供应输入电压vin至如图2所示的储能电路ste以及电源转换器cvt1至cvtn(断电)时，输入电源不会对预充电电路pch进行预充电，而是由储能电路ste对输入电源放电。

[第四实施例]

请参阅图4a，其为本发明第四实施例的具电源管理机制的断电预防系统的储能电路的内部电路图。本发明的具电源管理机制的断电预防系统包含开关电路、储能电路、预充电电路以及预充电控制电路。

本发明的储能电路(如图1或图2的储能电路ste)可包含如图4a所示的多个电容c1至cn。电容c1至cn相互并联连接，其中n可为任意适当的整数值。

[第五实施例]

请参阅图4b，其为本发明第五实施例的具电源管理机制的断电预防系统的储能电路的内部电路图。

本发明的储能电路(如图1或图2的储能电路ste)可包含如图4b所示的多个电容c1至cn。电容c1至cn相互串联连接，其中n可为任意适当的整数值。

[第六实施例]

请参阅图4c，其为本发明第六实施例的具电源管理机制的断电预防系统的储能电路的内部电路图。

如图4c所示，储能电路(如图1或图2的储能电路ste)可包含多个电容模块。多个电容模块相互并联。如图4c所示，每个电容模块可包含多个电容，例如第一电容模块包含电容c11至c1n，第二电容模块包含c21至c2n，而第三电容模块包含电容c31至c3n，其中n可为任意适当整数值。每组电容模块所包含的电容数量可依据实际应用需求调整。

应理解，本发明的储能电路不受限于上述第四至第六实施例所举例的电容c1至cn、c11至c1n、c21至c2n和c31至c3n，实际上可替换为其他的储能组件，并且本发明不受限于储能组件的形态、数量和配置方式。

[第七实施例]

请参阅图5，其为本发明第七实施例的具电源管理机制的断电预防方法的步骤流程图。如图5所示，本实施例的具电源管理机制的断电预防方法包含步骤s101至s115，其可由上述断电预防系统例如图2的断电预防系统以及电源转换器cvt1至cvtn执行。

在步骤s101，判断输入电源是否已提供输入电压vin。若是，执行步骤s103、s107。若否，执行步骤s113。

在步骤s103，利用预充电控制电路pccl判断预充电电路pch与电感l的第二端之间的节点的电压vinb、开关电路sw的电压lx或储能电路ste的电压vcap，是否小于参考电压，此参考电压可为输入电压vin与阈值电压vth相减所取得。若是，执行步骤s105。若否，执行步骤s109。

在步骤s105，利用预充电控制电路pccl允许输入电源提供的输入电压vin，对预充电电路pch进行预充电作业。

在步骤s107，利用电源转换器cvt1至cvtn步阶调变，例如调升、调降、先升后降，从输入电源取得的输入电压vin后，分别提供输出电压vout1至voutn。

在步骤s109，结束预充电作业。

在步骤s111，利用充电模块，步阶调升输入电源提供的输入电压vin，以对储能电路ste进行充电。

在步骤s113，若输入电源发生断电，无法正常供应输入电压vin时，则由储能电路ste对输入电源进行放电，以调节输入电压vin，使输入电源可正常供应输入电压vin至电源转换器cvt1至cvtn。

在步骤s115，利用电源转换器cvt1至cvtn步阶调变，例如调升、调降、先升后降，输入电压vin后，提供输出电压vout1至voutn。

[实施例的有益效果]

综上所述，本发明的有益效果在于，本发明提供具电源管理机制的断电预防系统及方法，其在输入电源能正常供应电力时，对作为备用电源供应装置的储能电路进行充电，以在发生异常断电时，转为由储能电路提供电压至输入电压源，以供应给需要电力的电路组件。值得注意的是，本发明的充电作业分为两阶段，预先对预充电电路进行充电，而后再对储能电路进一步充电，使得输入电源的电压大于储能电路的电压的情况下，有效防止过冲电流瞬间通过储能电路，造成储能电路内部的电路组件例如电容损坏。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书内。