專利名稱：充電電路及使用該充電電路的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種充電電路及使用該充電電路的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在電子及通訊系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程中，不間斷的電源輸入為維持其正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基本條件，然而現(xiàn)階段的公用電力系統(tǒng)常受到輸配線路斷線及短路事故，造成電力出現(xiàn)壓降或電力中斷等異常狀況，進(jìn)而影響電力的供電品質(zhì)，因此不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)(uninterruptible power supply，UPS)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于客戶端，以協(xié)助解決可能發(fā)生的輸入電源異常的問(wèn)題。不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)的操作原理為市電正常時(shí)，事先將電能儲(chǔ)存于蓄電池中，于市電中斷后再自蓄電池輸出電源以供負(fù)載使用。目前的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)電路架構(gòu)可區(qū)分為在線型(On-Line)、電源互動(dòng)型(Line-Interactive)以及離線型(Off-Line)三種。請(qǐng)參閱圖1，其顯示一已知在線型不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)的電路方框示意圖。如圖所示，該在線型不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)1主要包含交流/直流轉(zhuǎn)換器(AC/DC converter)11、逆變器(inverter)12、充電電路(charging circuit)13、電池(battery)14、開關(guān)元件15以及直流/直流轉(zhuǎn)換器16。交流/直流轉(zhuǎn)換器11用來(lái)接收一市電交流電壓Vin，并將該市電交流電壓Vin轉(zhuǎn)換成直流形式。該充電電路13與交流/直流轉(zhuǎn)換器11電連接，用以接收交流/直流轉(zhuǎn)換器11所輸出的直流電壓，并將該直流電壓轉(zhuǎn)換成電池14所需的直流電壓Vout2以對(duì)電池14進(jìn)行充電。逆變器12與交流/直流轉(zhuǎn)換器11電連接，以用于將交流/直流轉(zhuǎn)換器11所輸出的直流電壓，或電池14電壓經(jīng)由直流/直流轉(zhuǎn)換器16升壓后所輸出的直流電壓，轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定可靠的交流輸出電壓Vout1，以提供負(fù)載(load)使用。該在線型不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)1可分成三種運(yùn)作狀況(1)當(dāng)市電正常供電時(shí)，交流電壓Vin經(jīng)過(guò)交流/直流轉(zhuǎn)換器11轉(zhuǎn)換成直流電壓后，一方面通過(guò)充電電路13將直流電壓轉(zhuǎn)換成電池14所需的直流電壓Vout2以對(duì)電池14進(jìn)行充電，另一方面則經(jīng)過(guò)逆變器12轉(zhuǎn)換成交流輸出電壓Vout1，再經(jīng)由開關(guān)元件15以輸出至負(fù)載。
(2)當(dāng)逆變器12發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)開關(guān)元件15切換至旁路(Bypass)回路，以將市電直接提供至負(fù)載。
(3)當(dāng)市電中斷時(shí)，則由電池14輸出直流電壓經(jīng)由直流/直流轉(zhuǎn)換器16升壓后傳輸至逆變器12，再經(jīng)逆變器12轉(zhuǎn)換為交流輸出電壓Vout1后，由開關(guān)元件15切換以輸出至負(fù)載。
請(qǐng)參閱圖2，其為圖1所示的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)的充電電路的示意圖，其中充電電路13的電路架構(gòu)為回掃式電路拓樸(Flyback Topology)架構(gòu)，其通過(guò)控制裝置131來(lái)控制開關(guān)元件Q1導(dǎo)通與否，并配合變壓器T1次級(jí)側(cè)的二極管D1和電容C1來(lái)輸出直流電壓Vout2。
具有回掃式電路拓樸架構(gòu)的充電電路13雖然架構(gòu)簡(jiǎn)單，但亦有缺點(diǎn)。請(qǐng)參閱圖3，其顯示圖2的充電電路于節(jié)點(diǎn)B的電壓VQ1與時(shí)間的關(guān)系圖。當(dāng)該節(jié)點(diǎn)B的電壓VQ1處于高態(tài)時(shí)，開關(guān)元件Q1導(dǎo)通，電流會(huì)以方向A流入變壓器T1的初級(jí)側(cè)，因此可將能量傳至變壓器T1的次級(jí)側(cè)；當(dāng)該節(jié)點(diǎn)B的電壓VQ1處于低態(tài)時(shí)，開關(guān)元件Q1截止，電流則不會(huì)于變壓器T1的初級(jí)側(cè)產(chǎn)生變化，因此無(wú)法將能量傳至變壓器T1的次級(jí)側(cè)。由圖可知，該開關(guān)元件Q1僅于二分之一周期導(dǎo)通，由于該充電電路13僅由一開關(guān)元件Q1作為導(dǎo)通開關(guān)，如此將使電流僅能以單一方向流入變壓器T1的初級(jí)側(cè)，因此變壓器T1僅能使用二分的一周期，使變壓器T1的利用率不佳，同時(shí)，也增加了電磁噪聲干擾(Electro-Magnetic Interference，EMI)。
由此可知，已知的回掃式電路拓樸架構(gòu)的充電電路13的變壓器T1除利用率不佳外，變壓器T1的成本較高，且又存在著嚴(yán)重的電磁噪聲干擾問(wèn)題。因此，如何發(fā)展一種可以改善上述已知技術(shù)缺失的充電電路及使用該充電電路的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)為目前迫切需要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的為提供一種充電電路及使用該充電電路的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)的充電電路的變壓器利用率不佳、變壓器成本高以及電磁噪聲干擾嚴(yán)重等問(wèn)題。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明的一較廣義實(shí)施樣態(tài)為提供一種充電電路，其應(yīng)用于一不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)，用以接收一直流電壓輸入，并轉(zhuǎn)換為所需的直流電壓輸出。該充電電路至少包含一分壓電路，其接收該直流電壓輸入，并將該直流電壓輸入分壓為多個(gè)電壓；一開關(guān)裝置，其與該分壓電路連接，且具有多個(gè)開關(guān)元件；一變壓器，其具有一初級(jí)側(cè)與一次級(jí)側(cè)，其中該初級(jí)側(cè)的一端連接于該開關(guān)裝置，該初級(jí)側(cè)的另一端則連接于該分壓電路；一控制裝置，其感測(cè)該直流電壓輸出，并產(chǎn)生多個(gè)控制信號(hào)，以控制該開關(guān)裝置的該多個(gè)開關(guān)元件交錯(cuò)導(dǎo)通；以及一整流濾波電路，其連接于該變壓器的該次級(jí)側(cè)，用以對(duì)該變壓器的輸出電壓進(jìn)行整流以及濾波，以得到該直流電壓輸出。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，其中該充電電路還包括一補(bǔ)償電路，其連接于該變壓器的該初級(jí)側(cè)與該分壓電路之間，以確保流通于該變壓器的該初級(jí)側(cè)的能量實(shí)質(zhì)上相等。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，其中該補(bǔ)償電路包括一電容。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，其中該充電電路為一半橋式轉(zhuǎn)換器。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，其中該分壓電路由至少兩電容所組成。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，其中該開關(guān)裝置包括一第一開關(guān)元件以及一第二開關(guān)元件，該第一開關(guān)元件與該第二開關(guān)元件受該控制裝置的一第一控制信號(hào)與一第二控制信號(hào)控制以交錯(cuò)導(dǎo)通與截止。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，其中該充電電路還包含一電流傳感器，其連接于該控制裝置，以用于感測(cè)該變壓器的該初級(jí)側(cè)與該分壓電路間的電流變化。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明另一較廣義實(shí)施樣態(tài)為提供一種不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)，其包括一交流/直流轉(zhuǎn)換器、一逆變器、一充電電路、一電池以及一直流/直流轉(zhuǎn)換器。該不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)的特征在于該充電電路包括一分壓電路，其接收一直流電壓輸入，并將該直流電壓輸入分壓為多個(gè)電壓；一開關(guān)裝置，其與該分壓電路連接，且具有多個(gè)開關(guān)元件；一變壓器，其具有一初級(jí)側(cè)與一次級(jí)側(cè)，其中該初級(jí)側(cè)的一端連接于該開關(guān)裝置，該初級(jí)側(cè)的另一端則連接于該分壓電路；一控制裝置，其感測(cè)該直流電壓輸出，并產(chǎn)生多個(gè)控制信號(hào)，以控制該開關(guān)裝置的該多個(gè)開關(guān)元件交錯(cuò)導(dǎo)通；以及一整流濾波電路，其連接于該變壓器的該次級(jí)側(cè)，用以對(duì)該變壓器的輸出電壓進(jìn)行整流以及濾波，以得到該直流電壓輸出。
利用本發(fā)明的充電電路及使用該充電電路的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)，使得電流能夠雙向的流通于變壓器的初級(jí)側(cè)，因此變壓器便得以于任一周期內(nèi)完全利用，使得變壓器的利用率提升。也因此，于產(chǎn)生相同充電能量的條件下，便可較已知的充電電路所使用的變壓器成本低。除此之外，也可以降低電磁噪聲干擾的問(wèn)題。
本發(fā)明將通過(guò)下列附圖與實(shí)施例說(shuō)明，以得到更清楚的了解。


圖1顯示一已知在線型不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)的電路方框圖。
圖2為圖1所示的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)的充電電路的示意圖。
圖3顯示圖2的充電電路于節(jié)點(diǎn)B的電壓VQ1與時(shí)間的關(guān)系圖。
圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)的充電電路示意圖。
圖5顯示圖4的充電電路于節(jié)點(diǎn)C、D的第一控制信號(hào)VQ2以及第二控制信號(hào)VQ3與時(shí)間的關(guān)系圖。
其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下1在線型不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)11交流/直流轉(zhuǎn)換器12逆變器 13、2充電電路14電池 15開關(guān)元件16直流/直流轉(zhuǎn)換器21分壓電路22補(bǔ)償電路 131、23控制裝置24開關(guān)裝置 25變壓器26整流濾波電路 231電流傳感器具體實(shí)施方式
體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點(diǎn)的一些典型實(shí)施例將在下文的說(shuō)明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的態(tài)樣上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說(shuō)明及附圖在本質(zhì)上當(dāng)作說(shuō)明之用，而非用以限制本發(fā)明。
本發(fā)明的充電電路2適用于一不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)，例如圖1所示的在線型不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)1，以用于取代傳統(tǒng)的充電電路13。請(qǐng)參閱圖4，其為本發(fā)明較佳實(shí)施例的充電電路示意圖。如圖4所示，本發(fā)明的充電電路2為半橋式轉(zhuǎn)換器(half bridge converter)，其輸入端接收由交流/直流轉(zhuǎn)換器11(請(qǐng)參閱圖1)所輸出的直流電壓VDC，并將該直流電壓VDC轉(zhuǎn)換成電池14(請(qǐng)參考圖1)所需的直流電壓Vout2以對(duì)電池14進(jìn)行充電。該充電電路2主要包含有分壓電路21、補(bǔ)償電路22、控制裝置23、開關(guān)裝置24、變壓器25以及整流濾波電路26等。
分壓電路21具有多個(gè)電容C1，C2，其將直流電壓VDC分壓為第一電壓V1以及第二電壓V2。開關(guān)裝置24連接于該分壓電路21，且具有第一開關(guān)元件Q2以及第二開關(guān)元件Q3。變壓器25具有一初級(jí)側(cè)以及一次級(jí)側(cè)，其中初級(jí)側(cè)的一端與開關(guān)裝置24相連接，而初級(jí)側(cè)的另一端則與分壓電路21相連接。控制裝置23連接于開關(guān)裝置24與充電電路2的輸出端，且通過(guò)連接的電流傳感器231感測(cè)流經(jīng)變壓器25初級(jí)側(cè)與分壓電路21間的電流變化以及感測(cè)充電電路2的直流輸出電壓Vout2后，產(chǎn)生第一控制信號(hào)VQ2以及第二控制信號(hào)VQ3以分別控制開關(guān)裝置24的第一開關(guān)元件Q2以及第二開關(guān)元件Q3。于此實(shí)施例中，開關(guān)裝置24的第一開關(guān)元件Q2與第二開關(guān)元件Q3呈互補(bǔ)狀態(tài)，換言之，當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)VQ2為高態(tài)時(shí)，第二控制信號(hào)VQ3便為低態(tài)，且第一開關(guān)元件Q2會(huì)呈導(dǎo)通狀態(tài)，而第二開關(guān)元件Q3則呈不導(dǎo)通狀態(tài)。相反地，當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)VQ2為低態(tài)時(shí)，第二控制信號(hào)VQ3便為高態(tài)，且第一開關(guān)元件Q2會(huì)呈不導(dǎo)通狀態(tài)，而第二開關(guān)元件Q3則呈導(dǎo)通狀態(tài)。圖5顯示圖4的充電電路于節(jié)點(diǎn)C、D的第一控制信號(hào)VQ2以及第二控制信號(hào)VQ3與時(shí)間的關(guān)系圖。由圖可知，于任一周期T內(nèi)，開關(guān)裝置24的第一開關(guān)元件Q2與第二開關(guān)元件Q3將呈互補(bǔ)的交錯(cuò)導(dǎo)通。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D4，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件Q2導(dǎo)通時(shí)，電流以方向A2流入變壓器25的初級(jí)側(cè)；當(dāng)?shù)诙_關(guān)元件Q3導(dǎo)通時(shí)，電流以方向A3流出變壓器25的初級(jí)側(cè)。因此通過(guò)第一開關(guān)元件Q2與第二開關(guān)元件Q3的交互導(dǎo)通，將使電流得以雙向流通于變壓器25的初級(jí)側(cè)，進(jìn)而使變壓器25利用率提升。另外，由于分壓電路21具有多個(gè)電容C1，C2，且各個(gè)電容C1，C2的電容值無(wú)法達(dá)成預(yù)期的理想值，使得流入變壓器25初級(jí)側(cè)的能量與流出變壓器25初級(jí)側(cè)的能量可能發(fā)生差異，因此可選擇性的增加一補(bǔ)償電路22，將其連接于變壓器25的該初級(jí)側(cè)與分壓電路21的間，以進(jìn)行補(bǔ)償，以確保流入變壓器25初級(jí)側(cè)的能量與流出變壓器25初級(jí)側(cè)的能量實(shí)質(zhì)上相等。當(dāng)然，補(bǔ)償電路22以一電容Cx為較佳。變壓器25初級(jí)側(cè)的雙向電流變化，可使變壓器25次級(jí)側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，然后經(jīng)由整流濾波電路26的整流與濾波作用，便可提供電池14(請(qǐng)參考圖1)所需的直流電壓Vout2，以對(duì)電池14進(jìn)行充電。
于一些實(shí)施例中，變壓器25可使用具中心抽頭(center-tapped)的變壓器，而整流濾波電路26可由多個(gè)二極管D2、D3、電感L1以及電容C4所組成，但不以此為限。
綜上所述，由于本發(fā)明的充電電路2可由開關(guān)裝置24的第一開關(guān)元件Q2與第二開關(guān)元件Q3的交互導(dǎo)通，使得電流能夠雙向的流通于變壓器25的初級(jí)側(cè)，因此變壓器25便得以于任一周期內(nèi)完全利用，使得變壓器25的利用率提升。也因此，于產(chǎn)生相同充電能量的條件下，便可較已知的充電電路所使用的變壓器成本低。除此之外，也可以降低電磁噪聲干擾的問(wèn)題。
本發(fā)明得由本領(lǐng)域的技術(shù)的人員任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附權(quán)利要求所欲保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種充電電路，其應(yīng)用于一不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)，用以接收一直流電壓輸入，并轉(zhuǎn)換為所需的直流電壓輸出，該充電電路至少包含一分壓電路，其接收該直流電壓輸入，并將該直流電壓輸入分壓為多個(gè)電壓；一開關(guān)裝置，其與該分壓電路連接，且具有多個(gè)開關(guān)元件；一變壓器，其具有一初級(jí)側(cè)與一次級(jí)側(cè)，其中該初級(jí)側(cè)的一端連接于該開關(guān)裝置，該初級(jí)側(cè)的另一端則連接于該分壓電路；一控制裝置，其感測(cè)該直流電壓輸出，并產(chǎn)生多個(gè)控制信號(hào)，以控制該開關(guān)裝置的該多個(gè)開關(guān)元件交錯(cuò)導(dǎo)通；以及一整流濾波電路，其連接于該變壓器的該次級(jí)側(cè)，用以對(duì)該變壓器的輸出電壓進(jìn)行整流以及濾波，以得到該直流電壓輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的充電電路，其中還包括一補(bǔ)償電路，其連接于該變壓器的該初級(jí)側(cè)與該分壓電路之間，以確保流通于該變壓器的該初級(jí)側(cè)的能量實(shí)質(zhì)上相等。
3.如權(quán)利要求2所述的充電電路，其中該補(bǔ)償電路包括一電容。
4.如權(quán)利要求1所述的充電電路，其中該充電電路為一半橋式轉(zhuǎn)換器，該分壓電路由至少兩電容所組成，而該開關(guān)裝置包括一第一開關(guān)元件以及一第二開關(guān)元件，該第一開關(guān)元件與該第二開關(guān)元件受該控制裝置的一第一控制信號(hào)與一第二控制信號(hào)控制以交錯(cuò)導(dǎo)通與截止。
5.如權(quán)利要求1所述的充電電路，其中還包含一電流傳感器，其連接于該控制裝置，以用于感測(cè)該變壓器的該初級(jí)側(cè)與該分壓電路間的電流變化。
6.一種不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)，其包括一交流/直流轉(zhuǎn)換器、一逆變器、一充電電路、一電池以及一直流/直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該充電電路包括一分壓電路，其接收一直流電壓輸入，并將該直流電壓輸入分壓為多個(gè)電壓；一開關(guān)裝置，其與該分壓電路連接，且具有多個(gè)開關(guān)元件；一變壓器，其具有一初級(jí)側(cè)與一次級(jí)側(cè)，其中該初級(jí)側(cè)的一端連接于該開關(guān)裝置，該初級(jí)側(cè)的另一端則連接于該分壓電路；一控制裝置，其感測(cè)該直流電壓輸出，并產(chǎn)生多個(gè)控制信號(hào)，以控制該開關(guān)裝置的該多個(gè)開關(guān)元件交錯(cuò)導(dǎo)通；以及一整流濾波電路，其連接于該變壓器的該次級(jí)側(cè)，用以對(duì)該變壓器的輸出電壓進(jìn)行整流以及濾波，以得到該直流電壓輸出。
7.如權(quán)利要求6所述的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)，其中該交流/直流轉(zhuǎn)換器用來(lái)接收一市電交流電壓，并將該市電交流電壓轉(zhuǎn)換成直流形式；該充電電路與交流/直流轉(zhuǎn)換器連接，用以接收交流/直流轉(zhuǎn)換器所輸出的直流電壓，并將該直流電壓轉(zhuǎn)換成該電池所需的直流電壓以對(duì)該電池進(jìn)行充電；該逆變器與該交流/直流轉(zhuǎn)換器連接，以用于將該交流/直流轉(zhuǎn)換器所輸出的直流電壓或該電池電壓經(jīng)該直流/直流轉(zhuǎn)換器升壓后所輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定可靠的交流輸出電壓，以提供至一負(fù)載。
8.如權(quán)利要求6所述的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)，其中該充電電路還包括一補(bǔ)償電路，其連接于該變壓器的該初級(jí)側(cè)與該分壓電路之間，以確保流通于該變壓器的該初級(jí)側(cè)的電流能量實(shí)質(zhì)上相等。
9.如權(quán)利要求6所述的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)，其中該補(bǔ)償電路包括一電容，該充電電路為一半橋式轉(zhuǎn)換器，該分壓電路由至少兩電容所組成，而該開關(guān)裝置包括一第一開關(guān)元件以及一第二開關(guān)元件，該第一開關(guān)元件與該第二開關(guān)元件受該控制裝置的一第一控制信號(hào)與一第二控制信號(hào)控制以交錯(cuò)導(dǎo)通與截止。
10.如權(quán)利要求6所述的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)，其中該充電電路還包含一電流傳感器，其連接于該控制裝置，以用于感測(cè)該變壓器的該初級(jí)側(cè)與該分壓電路間的電流變化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種充電電路及使用該充電電路的不斷電電源供應(yīng)系統(tǒng)，用以接收一直流電壓輸入，并轉(zhuǎn)換為所需的直流電壓輸出。該充電電路至少包含一分壓電路，其接收該直流電壓輸入，并將該直流電壓輸入分壓為多個(gè)電壓；一開關(guān)裝置，其與該分壓電路連接，且具有多個(gè)開關(guān)元件；一控制裝置，其感測(cè)該直流電壓輸出，并產(chǎn)生多個(gè)控制信號(hào)，以控制該開關(guān)裝置的該多個(gè)開關(guān)元件交錯(cuò)導(dǎo)通；一變壓器，其具有一初級(jí)側(cè)與一次級(jí)側(cè)，其中該初級(jí)側(cè)連接于該開關(guān)裝置；以及一整流濾波電路，其連接于該變壓器的該次級(jí)側(cè)，用以對(duì)該變壓器的輸出電壓進(jìn)行整流以及濾波，以得到該直流電壓輸出。利用本發(fā)明，可提升變壓器的利用率，降低變壓器的成本及降低電磁噪聲干擾。
文檔編號(hào)H02J7/02GK1764036SQ20041008693
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月20日
發(fā)明者賴淵芳 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司