TW201328118A - 不間斷電源系統 - Google Patents
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Abstract
一種不間斷電源系統，該不間斷電源系統包括交流電源、橋式整流器、太陽能電池模組和直流升壓轉換器。當該太陽能電池模組所輸出的電壓低於一指定電壓時，一控制器關閉該直流升壓轉換器，以便該交流電源透過該橋式整流器、一直流降壓轉換器和電源分配單元提供電壓給一電子設備的交流電源供應單元。當該太陽能電池模組所輸出的電壓高於該指定電壓時，該太陽能電池模組所輸出的電壓透過該直流升壓轉換器轉為一大於該交流電源的峰值電壓的直流電壓，並透過該直流降壓轉換器和該電源分配單元提供電壓給該交流電源供應單元。
Description
本發明涉及一種不間斷電源系統。
目前，不間斷電源系統對主電源交流電源和太陽能電池模組的切換乃透過切換浪湧保護器如電磁繼電器而實現的，一般地，僅當太陽能電池模組輸出的電壓大於該交流電源的輸出電壓的峰值時，該不間斷電源系統才切換至該太陽能電池模組，然，太陽光強並不穩定，使得該太陽能電池模組所輸出的電壓不穩定，如是將可能使得該不間斷電源系統頻繁地切換該交流電源和太陽能電池模組，如是，浪湧保護器頻繁地在高壓下切換，容易產生接點氧化等問題，從而影響該交流電源和太陽能電池模組的切換，不利於系統的穩定性。
鑒於以上內容，有必要提供一種穩定性較高的不間斷電源系統。
一種不間斷電源系統，用於為一電子設備的交流電源供應單元提供電壓，該不間斷電源系統包括：
一交流主電源，用於輸出交流電壓；
一橋式整流器，用於將該交流主電源所輸出的交流電壓轉換為第一直流電壓；
一太陽能電池模組，用於將太陽能轉換為電能並將輸出一第二直流電壓；
一控制器，用於偵測太陽能電池模組輸出的第二直流電壓；
一直流升壓轉換器，該直流升壓轉換器的電壓輸入端連接該太陽能電池模組以接收該第二直流電壓，該直流升壓轉換器的電壓輸出端連接該橋式整流器的電壓輸出端，當該太陽能電池模組所輸出的第二直流電壓低於一指定電壓時，該控制器關閉該直流升壓轉換器，當該太陽能電池模組所輸出的第二直流電壓大於該指定電壓時，該控制器開啟該直流升壓轉換器，該直流升壓轉換器將該太陽能電池模組所輸出的第二直流電壓轉換為一大於該交流電源所輸出的峰值電壓的第三直流電壓；以及
一直流降壓轉換器，用於將該第一直流電壓或該第三直流電壓降為電壓值處於該交流供應單元可接受的範圍內的第四直流電壓；
一電源分配單元，用於將該第四直流電壓輸出至該交流電源供應單元。
上述不間斷電源系統根據該太陽能電池模組的輸出電壓開啟或關閉該直流升壓轉換器，當該太陽能電池模組30的輸出電壓大於該指定電壓時，該太陽能電池模組透過該直流升壓轉換器提供電壓該交流電源供應單元，當該太陽能電池模組的輸出電壓低於該指定電壓時，該交流電源提供電壓給該交流電源供應單元，利於系統的穩定性。
請參閱圖1，本發明不間斷電源系統100用於為伺服器機櫃的交流電源供應單元（power supply unit，PSU）20提供電壓。該不間斷電源系統100包括交流電源40、太陽能電池模組30、電池90、直流電力模組80、第一和第二浪湧保護器45和70、控制器105、直流升壓轉換器116、整流器65、PFC（power factor correction，功率因數校正）電路95、直流降壓轉換器85和PDU（power distribution unit，電源分配單元）10。該PDU 10包括第一和第二斷路器60和50。
該交流電源40依次透過該第一斷路器60、該第一浪湧保護器45、整流器65、PFC電路95和該直流降壓轉換器85與該PDU 10的第一電源輸入端相連。該太陽能電池模組30依次透過該第二斷路器50、該第二浪湧保護器70和該直流升壓轉換器116與該整流器65和該PFC電路95之間的節點相連。該電池90直接與該PDU 10的第二電源輸入端相連。該直流電力模組80連接該PDU 10的第三電源輸入端。該PDU 10的電源輸出端與該PSU 20的交流電壓輸入端相連。
本實施例中，該第一和第二斷路器60和50均用於過流保護，該第一和第二浪湧保護器45和70均為電磁繼電器，該第一和第二浪湧保護器45和70僅當回路出現浪湧電流和暫態過電壓才斷開，其他情況下均處於閉合狀態。
該交流電源40為該不間斷電源系統100的主電源，本實施例中，該交流電源40為三相交流電源，其他實施例中，該交流電源40還可為一相交流電源。
請參閱圖2，本實施例中，該整流器65為一橋式整流器，該整流器65包括二極體D2-D5和電壓輸入端A和B，其中該電壓輸入端A和B用於接收來自該第一浪湧保護器45的電壓。該二極體D2的陰極連接該電壓輸入端A，該二極體D5的陰極連接該電壓輸入端B，該二極體D2的陰極還連接該二極體D3的陽極，該二極體D5的陰極還連接該二極體D4的陽極，該二極體D3和D4的陰極均連接該PFC電路95的一電壓輸入端，該二極體D2和D5的陽極均連接該PFC電路95的另一電壓輸入端。該整流器65用於將該交流電源40所輸出的交流電壓轉換為直流電壓。
該PFC電路95用於提高該整流器65或該太陽能電池模組30所輸出的直流電壓的功率因數。
該直流降壓轉換器85用於將該PFC電路95所輸出的直流電壓轉換為一特定範圍的直流電壓。本實施例中，該轉換後的直流電壓的範圍為127伏特至375伏特，該範圍等效於該PSU 20所能接受的90伏特至264伏特的交流電壓調節範圍，故，當處於該特定範圍的直流電壓透過該PDU 10輸入該PSU 20的交流輸入端時，該PSU 20依然可正常工作，故，該直流降壓轉換器85可為不包括BUCK電路和回饋電路的直流轉換器如半橋轉換器、全橋轉換器或推挽式轉換器。
請繼續參閱圖2，本實施例中，該直流升壓轉換器116包括電壓輸入端M和N，電感L、場效應晶體管Q、二極體D1和該電容C，其中該電壓輸入端M和N用於接收來自該第二浪湧保護器70的電壓。該場效應晶體管Q的閘極連接該控制器105，該場效應晶體管Q的汲極透過該電感L連接該電壓輸入端M，該場效應晶體管Q的源極和該電壓輸入端N均接地，該二極體D1的陽極連接該場效應晶體管Q的汲極，該二極體D1的陰極透過該電容C接地，該二極體D1的陰極還連接該整流器65的二極體D3的陰極。
該控制器105用於偵測太陽能電池模組30的輸出電壓，並根據接收的輸出電壓值開啟或關閉該直流升壓轉換器116。當該太陽能電池模組30的輸出電壓低於一指定電壓如100伏特時，該控制器105關閉該直流升壓轉換器116，以使得該太陽能電池模組30的電壓不能透過直流升壓轉換器116輸出電壓，則該交流電源40透過該整流器65、該PFC電路95和該直流降壓轉換器85提供電壓給PDU 10。當該太陽能電池模組30的輸出電壓大於該指定電壓時，該控制器105開啟該直流升壓轉換器116，該直流升壓轉換器116將該太陽能電池模組30的輸出電壓轉換為大於該交流電源40的峰值電壓的一直流電壓，此時，該二極體D3和D4的陰極的電壓恒大於該二極體D3和D4陽極的電壓，使得該二極體D3和D4截止，繼而使得該交流電源40的電壓無法透過該整流器65輸出，此時，該太陽能電池模組30透過該PFC電路95和該直流降壓轉換器85提供電壓給該PDU 10。如是，即可讓該交流電源40和該太陽能電池模組30交替的提供電壓給該PDU 10，避免由於頻繁地切換該第一和第二浪湧保護器45和70所產生的接點氧化等問題。
該電池90和直流電力模組80均為該不間斷電源系統100的輔助電源，當該交流電源40和該太陽能電池模組30因故障停止供電時，該PDU 10的輸入電壓由該電池90或該直流電力模組80提供。本實施例中，該直流電力模組80包括其他伺服器機櫃的直流電源。該直流電力模組80和該電池90均透過該PDU 10直接輸出直流電壓至該PSU 20。
上述不間斷電源系統100根據該太陽能電池模組30的輸出電壓開啟或關閉該直流升壓轉換器116，當該太陽能電池模組30的輸出電壓大於該指定電壓時，該太陽能電池模組30透過該直流升壓轉換器116提供電壓該PDU 10，當該太陽能電池模組30的輸出電壓低於該指定電壓時，該交流電源40提供電壓給該PDU 10，如是，無需透過該第一和第二浪湧保護器45和70來切換該交流電源40和該太陽能電池模組30，則可避免因頻繁地切換該第一和第二浪湧保護器45和70所產生的接點氧化等問題，且利於系統的穩定性。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
100．．．不間斷電源系統
45．．．第一浪湧保護器
65．．．整流器
95．．．PFC電路
85．．．直流降壓轉換器
90．．．電池
80．．．直流電力模組
70．．．第二浪湧保護器
10．．．PDU
60．．．第一斷路器
50．．．第二斷路器
30．．．太陽能電池模組
40．．．交流電源
20．．．PSU
105．．．控制器
116．．．直流升壓轉換器
D1-D5．．．二極體
L．．．電感
C．．．電容
Q．．．場效應晶體管
A、B、M、N．．．電壓輸入端
圖1為本發明的不間斷電源系統的較佳實施方式的方框圖。
圖2為圖1中的不間斷電源系統的整流器、直流升壓轉換器和PFC的連接關係電路圖。
100．．．不間斷電源系統
45．．．第一浪湧保護器
65．．．整流器
95．．．PFC電路
85．．．直流降壓轉換器
90．．．電池
80．．．直流電力模組
70．．．第二浪湧保護器
10．．．PDU
60．．．第一斷路器
50．．．第二斷路器
30．．．太陽能電池模組
40．．．交流電源
20．．．PSU
105．．．控制器
116．．．直流升壓轉換器
Claims (9)
- 一種不間斷電源系統，用於為一電子設備的交流電源供應單元提供電壓，該不間斷電源系統包括：
一交流主電源，用於輸出交流電壓；
一橋式整流器，用於將該交流主電源所輸出的交流電壓轉換為第一直流電壓；
一太陽能電池模組，用於將太陽能轉換為電能並輸出一第二直流電壓；
一控制器，用於偵測太陽能電池模組輸出的第二直流電壓；
一直流升壓轉換器，該直流升壓轉換器的電壓輸入端連接該太陽能電池模組以接收該第二直流電壓，該直流升壓轉換器的電壓輸出端連接該橋式整流器的電壓輸出端，當該太陽能電池模組所輸出的第二直流電壓低於一指定電壓時，該控制器關閉該直流升壓轉換器，當該太陽能電池模組所輸出的第二直流電壓大於該指定電壓時，該控制器開啟該直流升壓轉換器，該直流升壓轉換器將該太陽能電池模組所輸出的第二直流電壓轉換為一大於該交流電源所輸出的峰值電壓的第三直流電壓；以及
一直流降壓轉換器，用於將該第一直流電壓或該第三直流電壓降為電壓值處於該交流供應單元可接受的範圍內的第四直流電壓；
一電源分配單元，用於將該第四直流電壓輸出至該交流電源供應單元。 - 如申請專利範圍第1項所述之不間斷電源系統，其中該第四直流電壓的電壓值範圍為127伏特至375伏特。
- 如申請專利範圍第1項所述之不間斷電源系統，其中該電源分配單元還包括一斷路器，該斷路器連接於該交流電源和該整流器之間，以用於過流保護。
- 如申請專利範圍第1項所述之不間斷電源系統，還包括第一和第二浪湧保護器，該第一浪湧保護器連接於該第一交流電源和該整流器之間，該第二浪湧保護器連接於該直流升壓轉換器和該太陽能電池模組之間，該第一和第二浪湧保護器均僅當回路出現浪湧電流和暫態過電壓才處於斷開狀態。
- 如申請專利範圍第4項所述之不間斷電源系統，其中該整流器包括第一至第四二極體、第一和第二電壓輸入端，其中該第一和第二電壓輸入端用於接收來自該第一浪湧保護器的電壓；該第一二極體的陰極連接該第一電壓輸入端，該第四二極體的陰極連接該第二電壓輸入端，該第一二極體的陰極還連接該第二二極體的陽極，該第四二極體的陰極還連接該第三二極體的陽極，該第二和第三二極體的陰極以及該第一和該第四二極體的陽極均連接該直流降壓轉換器的電壓輸入端。
- 如申請專利範圍第5項所述之不間斷電源系統，其中該直流轉換器包括電感、場效應晶體管、第五二極體、電容、第三和第四電壓輸入端，其中該第三和第四電壓輸入端用於接收來自該第二浪湧保護器的電壓；該場效應晶體管的閘極連接該控制器，該場效應晶體管的汲極透過該電感連接該第三電壓輸入端，該場效應晶體管的源極和該第四電壓輸入端均接地，該第五二極體的陽極連接該場效應晶體管的汲極，該第五二極體的陰極透過該電容接地，該第五二極體的陰極還連接該第二二極體的陰極。
- 如申請專利範圍第1項所述之不間斷電源系統，其中該不間斷電源系統還包括一功率因數校正電路，該功率因數校正電路連接於該整流器和該直流轉換器之間，以用於提高該整流器所輸出的直流電壓的功率因數。
- 如申請專利範圍第1項所述之不間斷電源系統，還包括一第一直流輔助電源，該第一直流輔助電源為一直流電力模組，該直流電力模組為其他伺服器機櫃的直流供電系統。
- 如申請專利範圍第1項所述之不間斷電源系統，還包括一第二直流輔助電源，該第二直流輔助電源用於提供電壓值在該交流供電單元可接受的範圍內的直流電壓給該交流電源供應單元，該第三直流輔助電源為一電池。
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