專利名稱：諧振電源轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用的不斷電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種不斷電系統(tǒng)，尤其是指一種具有諧振軟切換電源轉(zhuǎn)換器的不 斷電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
不斷電系統(tǒng)(Uninterruptible Power Supply, UPS)是在原本的電源供應(yīng)異常 (如供電中斷或是供電電力忽高忽低)時(shí)，能夠提供后備的電力讓電子裝置能夠照常運(yùn)作 的設(shè)備，一般來(lái)說(shuō)常用于維持計(jì)算機(jī)主機(jī)(尤其是服務(wù)器)或交換機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備或精密儀 器，以防止數(shù)據(jù)遺失或儀器失去控制。而如圖1所示，為公知不斷電系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換器10的線路示意圖，其中包含有 變壓器101、開關(guān)單元103和105、吸收回路107和109、輸出電容C。以及輸出電感L。。該電 源轉(zhuǎn)換器10是當(dāng)需要使用備用電力時(shí)，作備用電力的電壓調(diào)整之用，其運(yùn)作模式有三模式一是開關(guān)單元103導(dǎo)通而開關(guān)單元105截止，一次側(cè)電流流經(jīng)開關(guān)單元103， 同時(shí)變壓器101 二次側(cè)電流通過(guò)二極管D1與D4向負(fù)載&供電。模式二是開關(guān)單元103截 止而開關(guān)單元105導(dǎo)通，一次側(cè)電流流經(jīng)開關(guān)單元105，同時(shí)變壓器101 二次側(cè)電流通過(guò)二 極管D2與D3向負(fù)載&供電。模式三為開關(guān)單元103和105皆截止，一次側(cè)不向二次側(cè)傳 遞能量，而負(fù)載&則由輸出電容C。和輸出電感L。進(jìn)行供電。接著請(qǐng)參考圖2A及圖2B，為電源轉(zhuǎn)換器10工作時(shí)開關(guān)單元103的運(yùn)作波形，其 中Vgl是開關(guān)單元103的閘極驅(qū)動(dòng)電壓，而Vdsl則是開關(guān)單元103的工作電壓。如圖2A所 示及圖2B所示，因?yàn)殡姼械年P(guān)系，開關(guān)單元103運(yùn)作時(shí)，在截止(如圖2A的時(shí)間點(diǎn)、)或 導(dǎo)通(如圖2B的時(shí)間點(diǎn)t2)瞬間會(huì)有突波電壓Illa及Illb產(chǎn)生，如此就會(huì)使開關(guān)損耗急
遽上升。而一般來(lái)說(shuō)，要增加整體的效率，會(huì)采取以下的方式第一種為增加吸收回路107 和109中吸收電容的電容值，將施加在開關(guān)單元103和105上的突波電壓Illa及Illb作 緩沖，降低開關(guān)單元103及105上的電壓沖擊，以減少開關(guān)損耗。但透過(guò)吸收電容轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái) 的能量必須由吸收回路107及109中的電阻在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)消耗掉，故只是實(shí)現(xiàn)了功耗 的轉(zhuǎn)移，整體的效率并不會(huì)有顯著提升。第二種方式為在開關(guān)單元103及105分別并聯(lián)一 M0SFET，使得開關(guān)單元103及105 的導(dǎo)通電阻減少，在電流不變的情況下，降低其導(dǎo)通損耗，但此種方式因?yàn)橐砑覯0SFET， 就會(huì)導(dǎo)致體積及成本的上升。第三種方式是增加輸出電感L。的電感值，如此一來(lái)對(duì)應(yīng)到一次側(cè)的電感也會(huì)隨之 增大，由LdiM = Vi的公式可知，電感增大會(huì)使流經(jīng)開關(guān)單元103及105電流的變化率降低， 電流峰值下降，如此開關(guān)單元103及105的導(dǎo)通損耗也會(huì)隨之下降，但電感增大到某一定值 后，由于電感自身?yè)p耗的增加大于導(dǎo)通損耗的減少，因此反而整體效率會(huì)下降，而要增加電 感也會(huì)導(dǎo)致成本及體積的上升。因此，公知不斷電系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換器仍有值得改善之處。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，在盡量不增加線路體積及成 本的前提下，降低開關(guān)單元的電壓應(yīng)力，以提升不斷電系統(tǒng)(Uninterruptible Power Supply, UPS)的電源轉(zhuǎn)換器的效率。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種不斷電系統(tǒng)，接收一輸入電源，并提供電 力給一負(fù)載使用，該不斷電系統(tǒng)包括一電能儲(chǔ)存單元、一充電單元、一諧振電源轉(zhuǎn)換器以及 一供電切換單元。其中電能儲(chǔ)存單元是用來(lái)在輸入電源正常供應(yīng)時(shí)儲(chǔ)存電力，并在輸入電源供應(yīng)異 常時(shí)(如供電中斷或忽高忽低)提供所儲(chǔ)存的電力給負(fù)載使用；充電單元耦接于輸入電源 與電能儲(chǔ)存單元之間，用來(lái)將輸入電源作整流與變壓，再傳送至電能儲(chǔ)存單元作電力的儲(chǔ)存。諧振電源轉(zhuǎn)換器耦接于電能儲(chǔ)存單元，用以作電能儲(chǔ)存單元所儲(chǔ)存的電力的變 壓，該諧振電源轉(zhuǎn)換器中有一變壓器、至少一開關(guān)單元及一諧振電容，其中開關(guān)單元耦接于 變壓器的一次側(cè)線圈，而諧振電容則與變壓器的二次側(cè)線圈串聯(lián)，使變壓器的輸出電流產(chǎn) 生諧振；而供電切換單元耦接于輸入電源、電能儲(chǔ)存單元與負(fù)載之間，用以控制輸入電源或 電能儲(chǔ)存單元供應(yīng)電力給負(fù)載。其中該充電單元包含一整流器及一充電變壓器，整流器是用來(lái)將輸入電源作整 流，而充電變壓器則耦接于整流器，將整流過(guò)后的輸入電源作變壓，并傳送至電能儲(chǔ)存單元 作儲(chǔ)存。另外，該不斷電系統(tǒng)更包括有一保護(hù)單元、一換流單元及一電源供應(yīng)模塊。保護(hù)單 元可以包括有一電磁干擾濾波單元及至少一保險(xiǎn)絲，耦接于輸入電源，以降低輸入電源對(duì) 不斷電系統(tǒng)所造成的電磁干擾。換流單元?jiǎng)t是耦接于諧振電源轉(zhuǎn)換器，用以將直流電轉(zhuǎn)換 成交流電以提供給負(fù)載使用；而電源供應(yīng)模塊耦接于充電單元以及諧振電源轉(zhuǎn)換器，以提 供充電單元及諧振電源轉(zhuǎn)換器運(yùn)作所需的電力。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方案，提供一種諧振電源轉(zhuǎn)換器，包括有一變壓器、至少一 開關(guān)單元及一諧振電容，其中開關(guān)單元耦接于變壓器的一次側(cè)線圈，而諧振電容則與變壓 器的二次側(cè)線圈串聯(lián)，使變壓器的輸出電流產(chǎn)生諧振。借助于在電源轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)線圈串聯(lián)諧振電容，使變壓器輸出電流產(chǎn)生諧振， 進(jìn)一步讓一次側(cè)的開關(guān)單元產(chǎn)生零電壓切換及零電流切換的機(jī)制，以降低不必要的功率耗 損，在盡量不增加線路體積及成本的前提下，改善不斷電系統(tǒng)的整體效率。以上的概述與接下來(lái)的實(shí)施例，皆是為了進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)手段與達(dá) 到功效，然所敘述的實(shí)施例與附圖僅提供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái)對(duì)本實(shí)用新型加以限制。

圖1為公知不斷電系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換器的線路示意圖；圖2A為公知電源轉(zhuǎn)換器中開關(guān)單元的一種工作波形圖；圖2B為公知電源轉(zhuǎn)換器中開關(guān)單元的另一種工作波形圖；圖3為本實(shí)用新型具諧振電源轉(zhuǎn)換器的不斷電系統(tǒng)的一種實(shí)施例的線路示意圖；[0023]圖4為本實(shí)用新型諧振電源轉(zhuǎn)換器的一種實(shí)施例的線路示意圖；圖5A為本實(shí)用新型諧振電源轉(zhuǎn)換器的一種實(shí)施例的工作波形圖；圖5B為本實(shí)用新型諧振電源轉(zhuǎn)換器的開關(guān)單元的閘極驅(qū)動(dòng)電壓與其開關(guān)跨壓的 對(duì)應(yīng)波形示意圖；以及圖5C為本實(shí)用新型的諧振電源轉(zhuǎn)換器二次側(cè)線圈的輸出電流產(chǎn)生諧振的波形示 意圖。主要元件附圖標(biāo)記說(shuō)明10電源轉(zhuǎn)換器101變壓器103、105 開關(guān)單元107、109 吸收回路IllaUllb 突波電壓20諧振電源轉(zhuǎn)換器201變壓器203、205 開關(guān)單元30保護(hù)單元301電磁干擾濾波單元303保險(xiǎn)絲40充電單元401整流器403充電變壓器50電能儲(chǔ)存單元60換流單元70電源供應(yīng)模塊80供電切換單元C。輸出電容C；諧振電容Csl、(；2寄生電容D” D2、D3、D4 二極管L。輸出電感Lr漏電感Rl 負(fù)載
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參照?qǐng)D3，為本實(shí)用新型不斷電系統(tǒng)的一種實(shí)施例的線路示意圖，接收一輸入電 源Vin并產(chǎn)生一輸出電壓V。ut以供應(yīng)給一負(fù)載(圖未示)，包括有一諧振電源轉(zhuǎn)換器20、一 充電單元40、一電能儲(chǔ)存單元50以及一換流單元60。其中，該不斷電系統(tǒng)可以是在線式不 斷電系統(tǒng)或在線交錯(cuò)式不斷電系統(tǒng)。電能儲(chǔ)存單元50可以是任意形式的電容或是充電電池，用來(lái)在輸入電源Vin正常供應(yīng)時(shí)儲(chǔ)存電力，并在輸入電源Vin異常(如供電中斷或是不穩(wěn)定)時(shí)，能夠有備用的電力 供應(yīng)給負(fù)載作使用。充電單元40耦接在輸入電源Vin及電能儲(chǔ)存單元50之間，其中有整流 器401及充電變壓器403，分別用來(lái)將輸入電源Vin作整流及變壓的動(dòng)作，并提供給電能儲(chǔ) 存單元50作電力儲(chǔ)存。換流單元60耦接于電能儲(chǔ)存單元50，是當(dāng)輸入電源Vin異常時(shí)，將電能儲(chǔ)存單元 50中所儲(chǔ)存的電力轉(zhuǎn)換成交流電以供應(yīng)給負(fù)載。而諧振電源轉(zhuǎn)換器20則是耦接于電能儲(chǔ) 存單元50與換流單元60之間，用來(lái)作變壓的動(dòng)作，包含有一變壓器201、至少一開關(guān)單元 203和205以及一諧振電容C,，其中諧振電容C,是耦接于變壓器201的二次側(cè)線圈，使變壓 器201的輸出電流能產(chǎn)生諧振的現(xiàn)象，并使一次側(cè)開關(guān)單元203和205能夠運(yùn)作在零電流 及零電壓切換的模式，以減少不必要的功率耗損。另外，不斷電系統(tǒng)中更可包含有一保護(hù)單元30、一電源供應(yīng)模塊70以及一供電切 換單元80。保護(hù)單元30耦接于輸入電源Vin，可以包括有一電磁干擾濾波單元301與至少 一保險(xiǎn)絲303，用來(lái)避免過(guò)高的溫度或是電磁干擾的現(xiàn)象影響甚至損壞不斷電系統(tǒng)中的電 路元件。電源供應(yīng)模塊70是用來(lái)供應(yīng)不斷電系統(tǒng)中各個(gè)模塊運(yùn)作所需的電力，如充電模塊 40、諧振電源轉(zhuǎn)換器20和換流單元60等等。而供電切換單元80則是耦接于換流單元60、輸入電源Vin以及負(fù)載三者之間，用 來(lái)控制該電能儲(chǔ)存單元50或該輸入電源Vin供電給負(fù)載。當(dāng)輸入電源Vin供電正常時(shí)，供電 切換單元80是讓輸入電源Vin直接供應(yīng)給負(fù)載，并截止電能儲(chǔ)存單元50與負(fù)載的線路；而 當(dāng)輸入電源Vin供電異常時(shí)，則讓電能儲(chǔ)存單元50供電給負(fù)載，并截止輸入電源Vin與負(fù)載 的線路，讓負(fù)載能夠獲得正常穩(wěn)定的電力。接著請(qǐng)參照?qǐng)D4，為本實(shí)用新型諧振電源轉(zhuǎn)換器20的一種實(shí)施例的線路示意圖， 在本實(shí)施例中為推挽式電源轉(zhuǎn)換器，包含有一變壓器201、至少一開關(guān)單元203和205、諧振 電容(；、二極管DpD2、D3和D4以及輸出電容C。，其中諧振電容C；耦接于變壓器201的二次 側(cè)線圈，而諧振電容C,與變壓器201的漏電感L,會(huì)產(chǎn)生諧振，使變壓器201的輸出電流產(chǎn) 生諧振，并使一次側(cè)的開關(guān)單元203和205能夠運(yùn)作在零電流及零電壓切換的模式之下。當(dāng)上述的輸入電源Vin供應(yīng)異常時(shí)，就需要諧振電源轉(zhuǎn)換器20將電能儲(chǔ)存單元50 中所儲(chǔ)存的電力進(jìn)行變壓，來(lái)供應(yīng)給負(fù)載&，請(qǐng)配合參照?qǐng)D5A進(jìn)行說(shuō)明，其運(yùn)作模式如下模式一是時(shí)間點(diǎn)0 t3，在時(shí)間點(diǎn)0時(shí)，開關(guān)單元203在其開關(guān)跨壓Vdsl (也就是 寄生電容Csl的跨壓)零電壓時(shí)導(dǎo)通，透過(guò)二次側(cè)的諧振電容C；與漏電感k進(jìn)行電流的諧 振，而當(dāng)流經(jīng)開關(guān)單元203的電流I1諧振到零時(shí)，開關(guān)單元203即被截止，實(shí)現(xiàn)零電流截止。 模式二是時(shí)間點(diǎn)t3 t4，開關(guān)單元203截止且開關(guān)單元205還未導(dǎo)通，此時(shí)變壓器 201 一次側(cè)有激磁電流，會(huì)使開關(guān)單元203的寄生電容Csl充電至(也就是開關(guān)跨壓Vdsl 會(huì)升高到2V》，同時(shí)開關(guān)單元205的寄生電容Cs2則放電到零(也就是開關(guān)跨壓Vds2會(huì)降低 到零)。模式三是時(shí)間點(diǎn)、 、，開關(guān)單元205在零電壓時(shí)導(dǎo)通，同樣透過(guò)二次側(cè)的諧振電 容C,與漏電感L,進(jìn)行電流諧振，當(dāng)流經(jīng)開關(guān)單元205的電流i2諧振到零時(shí)，開關(guān)單元205 即被截止，實(shí)現(xiàn)零電流截止。模式四則是時(shí)間點(diǎn)t5 t6，開關(guān)單元205截止且開關(guān)單元203還未導(dǎo)通，此時(shí)變 壓器201的激磁電流會(huì)將開關(guān)單元205的寄生電容Cs2充電至2\，同時(shí)開關(guān)單元203的寄
6生電容Csl則放電到零。接著請(qǐng)參照?qǐng)D5B，為諧振電源轉(zhuǎn)換器20的開關(guān)單元203的閘極驅(qū)動(dòng)電壓Vgl與其 開關(guān)跨壓Vdsl的對(duì)應(yīng)波形，由圖5B中可知，透過(guò)諧振電容C；與零電壓及零電流的切換方式， 開關(guān)單元203在截止時(shí)間點(diǎn)t7及導(dǎo)通時(shí)間點(diǎn)t8的開關(guān)跨壓Vdsl就不會(huì)如公知有突波電壓產(chǎn)生。圖5C即是由諧振電容Cr及變壓器201漏電感Lr交互作用所產(chǎn)生的二次側(cè)線圈 諧振電流k的波形示意圖，其中二次側(cè)線圈輸出電流的諧振，會(huì)在一次側(cè)線圈產(chǎn)生激磁電 流，讓開關(guān)單元203運(yùn)作于零電壓及零電流的模式之下，如此不但可以延長(zhǎng)開關(guān)單元203的 使用壽命，也能省去公知的吸收回路和公知在二次側(cè)所添加的輸出電感，實(shí)現(xiàn)線路的簡(jiǎn)化。綜上所述，透過(guò)諧振電容與變壓器的漏電感的交互作用，會(huì)使電流產(chǎn)生諧振的現(xiàn) 象，如此便可使諧振電流轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)單元在零電壓時(shí)導(dǎo)通開關(guān)單元，并在零電流時(shí)截止 開關(guān)單元，實(shí)現(xiàn)零電壓及零電流的運(yùn)作模式，降低不必要的功率耗損以及電磁干擾現(xiàn)象，并 節(jié)省原本需要添加在開關(guān)單元的吸收回路與二次側(cè)輸出電感，使電路架構(gòu)簡(jiǎn)化降低成本， 進(jìn)一步提升不斷電系統(tǒng)中電源轉(zhuǎn)換器的效率。以上所述為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例的說(shuō)明與附圖，而本實(shí)用新型的所有保護(hù)范 圍應(yīng)以權(quán)利要求保護(hù)范圍為準(zhǔn)，任何在本實(shí)用新型的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，可輕易思及 的變化或修改皆可涵蓋在本實(shí)用新型權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種不斷電系統(tǒng)，其特征在于，接收一輸入電源，并輸出電力給一負(fù)載使用，包括一電能儲(chǔ)存單元，在該輸入電源正常供應(yīng)時(shí)儲(chǔ)存電力，并在該輸入電源供應(yīng)異常時(shí)提供所儲(chǔ)存的電力給該負(fù)載使用；一充電單元，耦接于該輸入電源與該電能儲(chǔ)存單元之間，將該輸入電源作整流與變壓，再傳送至該電能儲(chǔ)存單元作電力的儲(chǔ)存；一諧振電源轉(zhuǎn)換器，耦接于該電能儲(chǔ)存單元，以作該電能儲(chǔ)存單元所儲(chǔ)存的電力的變壓，該諧振電源轉(zhuǎn)換器有一變壓器、至少一開關(guān)單元及一諧振電容，其中該些開關(guān)單元耦接于該變壓器的一次側(cè)線圈，而該諧振電容則與該變壓器的二次側(cè)線圈串聯(lián)，使該變壓器的輸出電流產(chǎn)生諧振；以及一供電切換單元，耦接于該輸入電源、該電能儲(chǔ)存單元及該負(fù)載之間，以控制該輸入電源或該電能儲(chǔ)存單元供應(yīng)電力給該負(fù)載。
2.如權(quán)利要求1所述的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，該充電單元包括 一整流器，將該輸入電源作整流；以及一充電變壓器，耦接于該整流器，將整流過(guò)后的該輸入電源作變壓，并傳送至該電能儲(chǔ) 存單元作儲(chǔ)存。
3.如權(quán)利要求1所述的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，該電能儲(chǔ)存單元為至少一電容或一 充電電池。
4.如權(quán)利要求1所述的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，該諧振電源轉(zhuǎn)換器為一推挽式電源轉(zhuǎn)換器。
5.如權(quán)利要求1所述的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，更包括 一保護(hù)單元，耦接于該輸入電源，以保護(hù)該不斷電系統(tǒng)中的線路。
6.如權(quán)利要求5所述的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，該保護(hù)單元包括一電磁干擾濾波單元，耦接于該輸入電源，以降低該輸入電源對(duì)該不斷電系統(tǒng)所造成 的電磁干擾；以及至少一保險(xiǎn)絲，耦接于該輸入電源。
7.如權(quán)利要求1所述的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，更包括一換流單元，耦接于該諧振電源轉(zhuǎn)換器，以將直流電轉(zhuǎn)換成交流電以提供給該負(fù)載使用。
8.如權(quán)利要求1所述的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，該不斷電系統(tǒng)為一在線式不斷電系 統(tǒng)或一在線交錯(cuò)式不斷電系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求1所述的不斷電系統(tǒng)，其特征在于，更包括一電源供應(yīng)模塊，耦接于該充電單元以及該諧振電源轉(zhuǎn)換器，以提供該充電單元及該 諧振電源轉(zhuǎn)換器運(yùn)作所需的電力。
10.一種諧振電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，應(yīng)用于一不斷電系統(tǒng)，該不斷電系統(tǒng)有一電能 儲(chǔ)存單元，而該諧振電源轉(zhuǎn)換器耦接于該電能儲(chǔ)存單元，包括一變壓器，以作該電能儲(chǔ)存單元所儲(chǔ)存的電力的變壓； 至少一開關(guān)單元，耦接于該變壓器的一次側(cè)線圈；以及 一諧振電容，串聯(lián)于該變壓器的二次側(cè)線圈，使該變壓器的輸出電流產(chǎn)生諧振。
專利摘要一種諧振電源轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用的不斷電系統(tǒng)，接收輸入電源，并提供電力給負(fù)載使用，系統(tǒng)中包括電能儲(chǔ)存單元、充電單元、諧振電源轉(zhuǎn)換器以及供電切換單元。其中電能儲(chǔ)存單元是用來(lái)儲(chǔ)存電力，在輸入電源發(fā)生異常時(shí)能夠提供備用電力給負(fù)載使用。諧振電源轉(zhuǎn)換器是用來(lái)在電能儲(chǔ)存單元要提供電力時(shí)作變壓，在二次側(cè)線圈設(shè)有諧振電容，會(huì)讓輸出電流能夠產(chǎn)生諧振的現(xiàn)象，以使一次側(cè)開關(guān)單元運(yùn)作于零電壓與零電流切換的模式之下，進(jìn)一步降低電磁干擾現(xiàn)象與不必要的功率耗損。
文檔編號(hào)H02J7/34GK201674266SQ200920351980
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者周穎, 謝卓明, 陳銘憲 申請(qǐng)人:旭隼科技股份有限公司