电源转换装置及其控制方法与流程

本发明关于一种电力电子装置，且特别关于一种电源转换装置。

背景技术：

近来，为了能在市电的交流电源异常时通过备用的直流电源对后端系统供电，各种电源转换装置须通过不同线路分别传送高压的交流电信号和低压的直流电信号。

然而，现有的电源转换装置为了适应不同输入信号，并相应控制其中的电路操作，现有的线路设计相当复杂，同时也较容易产生安规上的顾虑。

因此，如何能简化电源转换装置的设计，有效管理高压的交流电信号和低压的直流电信号以保障线路安全，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域极需改进的目标。

技术实现要素：

为了解决上述的问题，本发明的一种态样为一种电源转换装置。电源转换装置包含交流直流转换单元、开关单元以及支路电路。交流直流转换单元用以通过电源输入端接收交流输入电压，并根据交流输入电压输出直流输出电压至电源输出端。开关单元根据电源输入端接收的交流输入电压关断，且根据电源输入端接收的直流输入电压导通。支路电路用以通过开关单元接收直流输入电压，并根据直流输入电压输出直流输出电压至电源输出端。

在本发明一实施例中，支路电路包含过压保护单元。过压保护单元电性连接于开关单元，用以在开关单元输出的电压信号大于预设值时关断支路电路。

在本发明一实施例中，过压保护单元包含熔断器、压敏电阻以及瞬态抑制二极管。熔断器的第一端电性连接于开关单元。压敏电阻的第一端电 性连接于熔断器的第二端。瞬态抑制二极管的第一端电性连接于熔断器的第二端，瞬态抑制二极管的第二端电性连接于压敏电阻的第二端。

在本发明一实施例中，支路电路更包含直流直流转换单元。直流直流转换单元用以接收直流输入电压并转换为直流输出电压。

在本发明一实施例中，支路电路包含阻流单元。阻流单元的第一端电性连接于开关单元，第二端电性连接于电源输出端，用以阻隔反向电流自电源输出端流入支路电路。

在本发明一实施例中，支路电路更包含输入信号检测单元，电性连接于阻流单元，当电源输入端接收交流输入电压时，输入信号检测单元用以输出具有第一电平的检测信号至后端系统。当电源输入端接收直流输入电压时，输入信号检测单元用以输出具有第二电平的检测信号至后端系统。

在本发明一实施例中，输入信号检测单元根据阻流单元的第一端的电压电平决定电源输入端接收交流输入电压或是接收直流输入电压。

在本发明一实施例中，电源转换装置更包含滤波单元。滤波单元电性连接于交流直流转换单元，用以对交流直流转换单元输出的直流电压信号进行滤波，以输出直流输出电压。

本发明的另一种态样为一种电源转换装置。电源转换装置包含交流直流转换单元、开关单元、输入信号检测单元、阻流单元以及过压保护单元。交流直流转换单元电性连接于电源输入端，用以通过电源输入端接收交流输入电压，并根据交流输入电压输出直流输出电压至电源输出端。开关单元电性连接于电源输入端，根据电源输入端接收的该交流输入电压关断，且根据电源输入端接收的直流输入电压导通。输入信号检测单元用以根据交流输入电压输出具有第一电平的检测信号至后端系统，并根据直流输入电压输出具有第二电平的检测信号至后端系统。阻流单元的第一端电性连接于输入信号检测单元，第二端电性连接于电源输出端，用以阻隔反向电流自电源输出端流入输入信号检测单元。过压保护单元电性连接于开关单元与输入信号检测单元之间，用以在开关单元输出的电压信号大于预设值时断开开关单元与输入信号检测单元。

本发明的又一种态样为一种电源转换装置的控制方法。控制方法包含：当电源输入端接收交流输入电压时，开关单元关断支路电路，交流直 流转换单元根据交流输入电压输出直流输出电压；当电源输入端接收直流输入电压时，开关单元导通支路电路，支路电路根据直流输入电压输出直流输出电压。

在本发明一实施例中，控制方法更包含：当电源输入端接收交流输入电压时，输入信号检测单元输出具有第一电平的检测信号至后端系统；以及当电源输入端接收直流输入电压时，输入信号检测单元输出具有第二电平的检测信号至后端系统。

综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。通过上述技术方案，可达到相当的技术进步，并具有产业上的广泛利用价值，本发明通过应用上述实施例，通过设置开关单元相应操作，不论电源转换装置接收到高压交流电或是低压直流电，电源转换装置皆可自动进行切换，维持输出稳定的输出电压至后级系统当中，简化了现有技术中复杂的电路设计和控制方法，可以有效管理电源，也使得电源转换装置更为安全。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所绘示的电源转换装置示意图；

图2为根据本发明一实施例所绘示的电源转换装置示意图；

图3A和图3B分别为根据本发明一实施例所绘示的电源转换装置的操作示意图；。

图4为根据本发明一实施例所绘示的电源转换装置示意图；以及

图5为根据本发明一实施例所绘示的电源转换装置的控制方法。

其中，附图标记说明如下：

100 电源转换装置

110 电源输入端

120 交流直流转换单元

122 第一端

124 第二端

130 滤波单元

132 第一端

134 第二端

140 开关单元

142 第一端

144 第二端

160 支路电路

162 阻流单元

164 过压保护单元

166 直流直流转换单元

180 输入信号检测单元

182 第一端

184 第二端

186 输出端

190 电源输出端

200 电源转换装置

300a、300b 电源转换装置

400 电源转换装置

Sig_in 检测信号

Vin_ac 交流输入电压

Vin_dc 直流输入电压

Vout 直流输出电压

V1_dc、V2_dc 直流电压信号

F1 熔断器

VR1 压敏电阻

TVS 瞬态抑制二极管

R1、R2、R3 电阻

Q1 晶体管

500 控制方法

S510～S540 步骤

具体实施方式

下文举实施例配合所附附图作详细说明，以更好地理解本发明的态样，但所提供的实施例并非用以限制本公开所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本公开所涵盖的范围。此外，根据业界的标准及惯常做法，附图仅以辅助说明为目的，并未依照原尺寸作图，实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。

在全篇说明书与权利要求书所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此公开的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本公开的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本公开的描述上额外的引导。

此外，在本文中所使用的用词『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均为开放性的用语，即意指『包含但不限于』。此外，本文中所使用的『及/或』，包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。

于本文中，当一元件被称为『连接』或『耦接』时，可指『电性连接』或『电性耦接』。『连接』或『耦接』亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用『第一』、『第二』、…等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。

请参考图1。图1为根据本发明一实施例所绘示电源转换装置100的示意图。在本实施例中，电源转换装置100包含电源输入端110、交流直流转换单元120、开关单元140以及支路电路160。在结构上，交流直流转换单元120的第一端122电性连接至电源输入端110，交流直流转换单元120的第二端124电性连接至电源输出端190。开关单元140的第一端142电性连接至电源输入端110，开关单元140的第二端144电性连接至支路电路160的第一端。支路电路160的第二端电性连接至电源输出端190。

在本实施例中，电源输入端110用以选择性地接收交流输入电压Vin_ac或直流输入电压Vin_dc。举例来说，当市电正常供电时，前级电路可输出正常的交流输入电压Vin_ac(如：90～264伏特的交流电压)至电源输入端110。相对地，当前级电路检测到市电异常时，可切换至备用电池模块(backup battery unit，BBU)等备用电源(如：12～48伏特的直流电压源)，以输出直流输入电压Vin_dc(如：12～48伏特的直流电压)。

交流直流转换单元120用以在电源输入端110接收到交流输入电压Vin_ac时，根据交流输入电压Vin_ac输出直流输出电压Vout至电源输出端190。具体来说，交流直流转换单元120可由各种形式的交流直流转换器(AC-DC converter)，如降压型转换器(Buck converter)、返驰式转换器(Flyback Converter)等实作。

通过交流直流转换单元120，电源转换装置100便可将交流输入电压Vin_ac转换为直流输出电压Vout，并根据实际需求调整直流输出电压Vout的电压电平。举例来说，交流直流转换单元120可将90～264伏特的交流电整流并降压，调整为12伏特的直流电，作为直流输出电压Vout输出。

在本实施例中，开关单元140根据电源输入端110所接收为交流输入电压Vin_ac或直流输入电压Vin_dc选择性地关断或导通。具体来说，当电源输入端110所接收为交流输入电压Vin_ac时，开关单元140自动关闭并关断支路电路160，使得交流直流转换单元120根据交流输入电压Vin_ac输出直流输出电压Vout。

相对地，当电源输入端110所接收为直流输入电压Vin_dc时，由于直流输入电压Vin_dc的电压电平低于交流直流转换单元120的工作电压电平，在交流直流转换单元120具备低电压检测(Brown out detection)的功能时，交流直流转换单元120不会启动。

在此情况下，开关单元140自动开启并导通支路电路160，支路电路160根据直流输入电压Vin_dc输出直流输出电压Vout。如图1所示，开关单元140可由继电器(Relay)实现。继电器可根据两端电压电平的变化，通过电磁感应的方式自动导通或断开电路。以达到根据电源输入端110所接收为交流输入电压Vin_ac或直流输入电压Vin_dc选择性地关断或导 通。举例来说，当电源输入端110接收交流输入电压Vin_ac时，由于交流输入电压Vin_ac大于继电器的吸合电压，继电器作动并断开电路。相对地，当电源输入端110接收直流输入电压Vin_dc时，由于直流输入电压Vin_dc小于继电器的释放电压，继电器作动并导通电路。

在图1所示的实施例中，由于直流输入电压Vin_dc与直流输出电压Vout具有相同的电压电平(如：12伏特)，因此支路电路160可直接把直流输入电压Vin_dc作为直流输出电压Vout输出。

值得注意的是，支路电路160可包含阻流单元162，用以阻隔反向电流自电源输出端190流入支路电路160中，避免反向电流导致支路电路160中的电子器件损坏。在本实施例中，阻流单元162为阻流二极管(Blocking diode)，然而本发明并不以此为限。

如此一来，不论电源输入端110所接收的电压为交流输入电压Vin_ac(如；120伏特交流电)或是直流输入电压Vin_dc(如；12伏特直流电)，电源转换装置100皆可输出直流输出电压Vout(如；12伏特直流电)，作为对后级系统供电之用。

请参考图2。图2为根据本发明一实施例所绘示的电源转换装置200的示意图。如图2所示，电源转换装置200更包含滤波单元130、输入信号检测单元180。支路电路160中更包含过压保护单元164。

过压保护单元164电性连接于开关单元140的第二端144，用以在开关单元140输出的电压信号大于预设值时关断支路电路160。由于开关单元140可能会因为环境温度、长期使用、不正常动作等等因素导致性能下降，导致开关单元140错误作动，在电源输入端110接收交流输入电压Vin_ac时并未断开电路，导致高压的交流输入电压Vin_ac流入支路电路160中。在此情况下，过压保护单元164可通过检测开关单元140输出的电压信号大于预设值时关断支路电路160，以保护后级电路中的电子零件不会因高电压或大电流损毁。

具体来说，如图2所示，过压保护单元164可通过熔断器F1、压敏电阻VR1、和瞬态抑制二极管(Transient-Voltage-Suppression Diode)TVS达到抑制暂态或突波电压，并在开关单元140没有正常作动的情形下关断支路电路160以保护电子零件。

在本实施例中，熔断器F1的第一端电性连接于开关单元140的第二端144。压敏电阻VR1的第一端电性连接于熔断器F1的第二端，压敏电阻VR1的第二端电性连接至接地端。瞬态抑制二极管TVS与压敏电阻VR1并联，其第一端电性连接于熔断器F1的第二端，其第二端电性连接于压敏电阻VR1的第二端。

如此一来，瞬态抑制二极管TVS与压敏电阻VR1便可用以吸收突波电压抑制暂态，熔断器F1可在接收到大于预设值的电压信号时熔断，以关断支路电路160。

值得注意的是，图2中所示的过压保护单元164的具体电路仅为示例，并非用以限制本发明。所属技术领域普通技术人员当可作各种更动与润饰，以实现过压保护单元164的功能。

在本发明部份实施例中，电源转换装置200包含输入信号检测单元180。在结构上，输入信号检测单元180的第一端182电性连接于阻流单元162的第一端(如：正极端)，输入信号检测单元180的第二端184电性连接于电源输出端190，输入信号检测单元180的输出端186用以输出检测信号Sig_in。

输入信号检测单元180可根据阻流单元162的第一端(如：正极端)的电压电平，检测电源输入端110所接收的为交流输入电压Vin_ac或是直流输入电压Vin_dc。当电源输入端110接收交流输入电压Vin_ac时，输入信号检测单元180输出具有第一电平(如：高电平)的检测信号Sig_in至后端系统，当电源输入端110接收直流输入电压Vin_dc时，输入信号检测单元180用以输出具有第二电平(如：低电平)的检测信号Sig_in至后端系统。

具体来说，输入信号检测单元180可包含电阻R1、电阻R2、电阻R3以及晶体管Q1。在结构上，电阻R1的第一端电性连接于输入信号检测单元180的第一端182，电阻R1的第二端电性连接于晶体管Q1的控制端(如：基极端)。电阻R2的第一端电性连接于电阻R1的第二端，电阻R2的第二端电性连接于接地端。电阻R3的第一端电性连接于电源输出端190，电阻R3的第二端电性连接于输入信号检测单元180的输出端186以及晶体管Q1的第一端(如：集电极端)。晶体管Q1的第二端(如：发射 极端)电性连接于接地端。

在本发明部份实施例中，电源转换装置200包含滤波单元130。滤波单元130的第一端132电性连接于交流直流转换单元120的第二端124，滤波单元130的第二端134电性连接于电源输出端190。滤波单元130用以进行滤波，将噪音成份滤除，使得直流输出电压Vout稳定，满足后端系统的供电需求。

为方便起见，以下段落中将配合图3A与图3B，分别针对电源输入端110接收交流输入电压Vin_ac和直流输入电压Vin_dc两种情况时电源转换装置200的操作加以说明。

请参考图3A和图3B。图3A和图3B分别为根据本发明一实施例所绘示的电源转换装置300a的操作示意图。如图3A所示，当电源输入端110接收交流输入电压Vin_ac时，由于开关单元140以及过压保护单元164的操作，支路电路160关断，交流直流转换单元120根据交流输入电压Vin_ac输出直流电压信号V1_dc。滤波单元130对交流直流转换单元120输出的直流电压信号V1_dc进行滤波，将直流电压信号V1_dc中的噪音成份滤除，以输出直流输出电压Vout，使得直流输出电压Vout稳定，满足后端系统的供电需求。

此外，由于支路电路160关断使得阻流单元162的第一端(如：正极端)处于低电压电平，因此晶体管Q1的控制端(如：基极端)接收到经过电阻R1、R2分压之后的控制信号亦处于低电压电平，使得晶体管Q1关闭。如此一来，晶体管Q1的第一端(如：集电极端)便维持在高电压电平，输出具有第一电平(如：高电平)的检测信号Sig_in至后端系统。

相对地，如图3B所示，当电源输入端110接收直流输入电压Vin_dc时，交流直流转换单元120因为低电压检测的保护功能不会启动。开关单元140导通支路电路160，使得支路电路160根据直流输入电压Vin_dc输出直流电压信号V2_dc。滤波单元130对直流电压信号V2_dc进行滤波，将噪音成份滤除，以输出直流输出电压Vout，使得直流输出电压Vout稳定，满足后端系统的供电需求。

由于支路电路160导通，输入信号检测单元180的第一端182亦接收到直流输入电压Vin_dc而处于高电压电平(如：12伏特)。直流输入电压 Vin_dc经过电阻R1、R2分压之后，晶体管Q1的控制端(如：基极端)接收到高电压电平的控制信号，使得晶体管Q1开启，晶体管Q1的第一端(如：集电极端)与接地端形成通路，进而维持在低电压电平并输出具有第二电平(如：低电平)的检测信号Sig_in至后端系统。

如此一来，输入信号检测单元180通过上述操作，便可检测电源输入端110所接收到的信号类型并相应地输出检测信号Sig_in至后端系统，以便让后端系统可据此调整操作。举例来说，当市电异常使得电源输入端110接收备用电源所提供的直流输入电压Vin_dc时，后端系统可根据相应的检测信号Sig_in调整进入省电模式或进行资料备份等相应操作。

请参考图4。图4为根据本发明一实施例所绘示的电源转换装置400的示意图。在本实施例中，支路电路160可更包含直流直流转换单元166。直流直流转换单元166的第一端电性连接于过压保护单元164，第二端电性连接于阻流单元162。直流直流转换单元166用以调整直流输入电压Vin_dc的电压电平以输出直流输出电压Vout。举例来说，直流输入电压Vin_dc可为24伏特的直流电，直流直流转换单元166可对直流输入电压Vin_dc进行降压，以输出12伏特的直流输出电压Vout。如此一来，直流输入电压Vin_dc和直流输出电压Vout的电压电平便可根据实际需求设计调整。所属技术领域普通技术人员当明了，直流直流转换单元166可由各种形式的直流直流转换器(DC-DC converter)实现其功能，在此不加赘述。

请参考图5。图5为根据本发明一实施例所绘示的电源转换装置的控制方法500。为方便起见，图5所述的控制方法500可搭配图3A和图3B所绘示实施例的电源转换装置300a、300b进行说明。但本发明并不以此为限。

控制方法500包含步骤S510以及S520。在部份实施例中，控制方法500可更包含步骤S530以及S540。

在步骤S510中，当电源输入端110接收交流输入电压Vin_ac时，开关单元140关断支路电路160，交流直流转换单元120根据交流输入电压Vin_ac输出直流输出电压Vout。

在步骤S520中，当电源输入端110接收直流输入电压Vin_dc时，开关单元140导通支路电路160，支路电路160根据直流输入电压Vin_dc 输出直流输出电压Vout。

在步骤S530中，当电源输入端110接收交流输入电压Vin_ac时，输入信号检测单元180输出具有第一电平(如：高电平)的检测信号Sig_in至后端系统。

在步骤S540中，当电源输入端110接收直流输入电压Vin_dc时，输入信号检测单元180输出具有第二电平(如：低电平)的检测信号Sig_in至后端系统。

控制方法500的具体操作及功能已于先前段落中详细公开。所属技术领域普通技术人员可直接了解控制方法500如何基于上述多个实施例中的电源转换装置300a、300b以执行该等操作及功能，故不再于此赘述。

于上述的内容中，包含示例性的步骤。然而此些步骤并不必需依序执行。在本实施方式中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。

本发明通过应用上述实施例，通过设置开关单元相应操作，不论电源转换装置接收到高压交流电或是低压直流电，电源转换装置皆可自动进行切换，维持输出稳定的输出电压至后级系统当中，简化了现有技术中复杂的电路设计和控制方法。将电源转换装置应用在电源转换装置中，可以有效管理电源，也使得电源转换装置更为安全。

虽然本发明内容已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，例如使用不同类型的交流直流转换器、直流直流转换器、或是以各种本技术领域中普通技术人员所熟知的电力电子设备应用在上述实施例中以实现本发明的电源转换装置。因此，本发明内容的保护范围当视所附的权利要求书所界定者为准。