具有低功耗的不间断电源供应器的制作方法

专利名称：具有低功耗的不间断电源供应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源供应器，尤其涉及一种具有低功耗的不间断电源供应器 (Uninterruptible Power Supply, UPS)。
背景技术：
随着信息工业与高科技产业的快速发展，大部分的精密电子仪器与设备需要依赖 高质量的电源供应来维持正常的运行。在各种供电方式中，不间断电源供应器除了可以确 保电源不会断电外，还可以提供高质量电源，所以不间断电源供应器已经成为现今提供高 质量电源的一种最佳方案。 通常，一些重要的设备会经由不间断电源供应器提供电源，以防止重要设备因为
市电异常或中断而停止运行，而使用传统不间断电源供应器供电给这些重要设备时，不间
断电源供应器同时会持续提供各种相关进阶功能，让使用者可以更清楚知道不间断电源供
应器目前运行的状况，有些相关进阶功能还可以使不间断电源供应器更稳定的运行，例如，
利用检测电路取得不间断电源供应器的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、电池电
压、充电电流以及运行温度等运行信息，并经由控制器计算出目前的输出电量、输入电量、
电池电量以及供电剩余时间等更多的运行信息，再借由指示灯或显示器将这些运行信息显
示出来。于一些传统不间断电源供应器中，还可以借由通讯端口将这些运行信息传送到外
部装置，以使外部装置也可以实时得知该不间断电源供应器目前的运行状况。 然而，这些相关进阶功能的重要性与必要性会随着不间断电源供应器的使用场合
与运行状态而不同。以显示目前电池电量以及供电剩余时间的进阶功能为例，当不间断电
源供应器的运行状态为市电供电模式时，显示目前电池电量以及可供电时间的进阶功能相
对较不重要，当不间断电源供应器的运行状态为电池供电模式时，为了让使用者可以清楚
知道目前电池电量或供电剩余时间，显示目前电池电量以及供电剩余时间的进阶功能就变
得相对重要且必要。 由此可知，传统不间断电源供应器除了持续提供不间断的电源给重要设备外，更 会增加额外的检测电路，以持续地提供额外的相关进阶功能，但是在设备不运行时(即不 耗损电力)，这些额外增加的检测电路以及相对高耗电的控制器会持续运行以持续地提供 所有的相关进阶功能，造成传统不间断电源供应器会增加额外的耗电，而降低整体效能与 供电时间。 因此，如何发展一种可改善上述公知技术缺陷的具有低功耗的不间断电源供应 器，实为相关技术领域者目前所迫切需要解决的问题。

发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有低功耗的不间断电源供应器，该不间断电源 供应器由主控制电路或次控制电路控制不间断电源供应器运行，借此不间断电源供应器会 依据不间断电源供应器的运行信息，例如不间断电源供应器的输出电流，而适时地启动主
5控制电路或次控制电路运行，还可以适时地关闭次控制电路或主控制电路运行，以提高不 间断电源供应器的整体效率以及供电时间，还可以适时地关闭相对高耗电的控制器而不影 响该不间断电源供应器的运行与供电。 为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种不间断电源供应器，其包 含储能单元，连接于储能单元连接端与共接端之间，用以储存电能；交流-直流转换电路， 用以将交流输入电压转换为第一直流电压；充电电路，连接于交流-直流转换电路以及储 能单元连接端之间，用以对储能单元充电；选择电路，连接于交流-直流转换电路、储能单 元连接端以及负载，用以选择性地输出第一直流电压或储能单元连接端的电压至负载；主 检测电路，连接于不间断电源供应器的输出回路上，用以产生一运行信息；主控制电路，连 接于主检测电路与选择电路，用以控制不间断电源供应器运行；以及次控制电路，连接于主 检测电路、选择电路与主控制电路，用以控制不间断电源供应器运行。其中，主控制电路与 次控制电路依据该运行信息启动运行或停止运行。 本发明的不间断电源供应器由主控制电路或次控制电路控制不间断电源供应器 的运行，本发明不间断电源供应器会依据不间断电源供应器的运行信息，例如不间断电源 供应器的输出电流，而适时地启动主控制电路或次控制电路运行，还可以适时地关闭次控 制电路或主控制电路运行，以提高不间断电源供应器的整体效率，特别是当不间断电源供 应器在备用电源模式(backup mode)下运行时，也就是不间断电源供应器由储能单元提供 电能给负载时，在储能单元所储存的电量相同的前提下，相对于传统不间断电源供应器，本 发明不间断电源供应器的供电时间较长，此外，本发明不间断电源供应器的供电还可以适 时地关闭相对高耗电的控制器而不影响该不间断电源供应器的运行与供电。


图1A :为本发明优选实施例的不间断电源供应器的电路方框示意图。 图1B :为图1A的电路局部方框示意图。 图1C:为图1B的局部电路示意图。 图2A :为本发明另一优选实施例的不间断电源供应器的电路方框示意图。 图2B:为图2A的电路局部方框示意图。 图2C:为图2B的局部电路示意图。 图3 :为本发明另一优选实施例的不间断电源供应器的局部电路示意图。 图4 :为图1C的电压与电流信号时序示意图。 图5 :为图2C与图3的电压与电流信号时序示意图； 并且，上述附图中的附图示记说明如下 1 :不间断电源供应器 9:负载 10 :交流_直流转换电路 11 :充电电路 12 :储能单元 13:选择电路 14:主检测电路
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15:主控制电路 16:次控制电路 17:输出过载检测电路 18:次检测电路 10a:第一输出端 10b :第二输出端 12a :储能单元连接端 141:电压放大电路 142:滤波电路 1411 :第一运算放大器 14a :检测信号输出端 14b、 15a、 163a、 141a :电源端 15b:电源控制端 16a:第一电源端 16b:第二电源端 151 :控制器 151a 151d :第一 第四输出端 152 :第一主控制驱动电路 153 :第二主控制驱动电路 154:电源开关电路 161 :触发电路 162:驱动及检测电路 162a:驱动及检测电路的控制端 163:比较电路 164:次控制驱动电路 165:隔离电路 1621 :三端稳压组件 1631 :第二运算放大器 Di D7 :第一二极管 第七二极管 Q工 Q6 :第一开关组件 第六开关组件 Q C3 :第一电容 第三电容 & R13 :第一电阻 第十三电阻 Val Va4 :第一控制电压 第四控制电压 &:检测电阻 D,:齐纳二极管 C:阴极端 A:阳极端 G :控制端 Ref :参考端
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vin:交流输入电压v0:输出电压:第一直流电压v2:第二直流电压I0:输出电流V!。:输出电流检测信号vd:触发电路输出电压vb:储能单元连接端的电压V 'ref :参考电压vk:比较电压V COp :保护信号:选择电路的控制端电压
具体实施例方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的 是本发明能够在不同的形式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明 及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。 请参阅图1A，其为本发明优选实施例的不间断电源供应器的电路方框示意图。如 图1A所示，本发明的不间断电源供应1为一种具有低功耗的不间断电源供应器l，其包含 交流-直流转换电路10、充电电路11、储能单元12、选择电路13、主检测电路14、主控制电 路15、次控制电路16，其中，交流-直流转换电路10的第一输出端10a连接于充电电路11 的输入端以及选择电路13的第一输入端，用以将交流输入电压Vin转换为第一直流电压K 。 充电电路11的输出端连接于储能单元连接端12a以及选择电路13的第二输入端，用以将 第一直流电压K转换为储能单元12可以接受的电压大小而对储能单元12充电。储能单 元12借由储能单元连接端12a与充电电路11的输出端连接，用以储存电能并于市电异常 或中断时提供电能。选择电路13的输出端连接于负载9，用以选择性地将选择电路13的第 一输入端或第二输入端的电源传送到负载9，而不中断地提供电源给负载，还可以在异常时 停止输出电源给负载9。主检测电路14，用以检测不间断电源供应器1的部分运行状况以 取得该不间断电源供应器1的部分运行信息，例如，该不间断电源供应器1的交流输入电压 Vin、输入电流、输出电压V。、输出电流1。、电池电压、充电电流以及运行温度等运行信息。于 本实施例中，主检测电路14只检测输出电流I。的运行信息，其中，主检测电路14包含输出 电流检测电路(未图示)，其串接于输出电源V。的回路上，用以检测输出电流I。并产生对 应的输出电流检测信号V工。。 主控制电路15连接于选择电路13的控制端、主检测电路14的检测信号输出端以 及次控制电路16，用以控制不间断电源供应器1运行，而主控制电路15的电源端15a可以 连接于交流-直流转换电路10的第一输出端10a(未图示)或储能单元连接端12a，借由交 流-直流转换电路10、储能单元12或充电电路11供电给主控制电路15电源。于本实施例 中，主控制电路15的电源端15a连接于储能单元连接端12a，借由储能单元12或充电电路 11供电给主控制电路15电源。此外，主控制电路15由主检测电路14取得不间断电源供应器1的部分运行信息时，亦即取得输出电流检测信号VI()时，主控制电路15会依据不间断电 源供应器1的设定与主检测电路14取得的不间断电源供应器1的部分运行信息适时地启 动次控制电路16运行，使次控制电路16接替主控制电路15的部分控制功能，在次控制电 路16接替主控制电路15的部分控制功能之后，主控制电路15会关断电源而停止运行。
次控制电路16连接于选择电路13的控制端、主检测电路14的检测信号输出端、 储能单元连接端12a以及主控制电路15，用以控制不间断电源供应器1运行。同样地，次 控制电路16的第一电源端16a可连接于交流-直流转换电路10的第一输出端10a(未图 示)或储能单元连接端12a，借由交流-直流转换电路10、储能单元12或充电电路11提供 电源给次控制电路16。于本实施例中，次控制电路16的第一电源端16a连接于储能单元连 接端12a，借由储能单元12或充电电路11提供电源给次控制电路16。此外，次控制电路16 由主检测电路14取得不间断电源供应器1的部分运行信息时，亦即取得输出电流检测信号 VI()时，次控制电路16会依据不间断电源供应器1的设定与主检测电路14取得的不间断电 源供应器1的部分运行信息适时地启动主控制电路15运行，使主控制电路15接替次控制 电路16的控制功能，在主控制电路15接替次控制电路16的控制功能之后，次控制电路16 会停止运行。 于本实施例中，本发明的不间断电源供应器1会依据主检测电路14取得不间断电 源供应器l的部分运行信息，借由主检测电路14的输出电流检测信号V工。，自动调整主控制 电路15以及次控制电路16交替运行，亦即使用主控制电路15或次控制电路16其中之一 进行运行，得以控制不间断电源供应器1持续运行。其中，不间断电源供应器1的部分运行 信息由主检测电路14产生。于本实施例中，主检测电路14检测输出电流I。的运行信息，于 一些实施例中，主检测电路14还可以包含其它的检测电路以检测更多不间断电源供应器1 的部分运行信息，例如充电电流检测电路(未图示)，用以检测充电电流而产生充电电流的 运行信息，以下将以主检测电路14只检测输出电流I。的运行信息来说明。
请再参阅图1A与图1B，其中图1B为图1A的电路局部方框示意图。如图1B所示， 于本实施例中，主控制电路15包含控制器151、第一主控制驱动电路152、第二主控制驱动 电路153以及电源开关电路154，而次控制电路16包含触发电路161、驱动及检测电路162、 比较电路163以及次控制驱动电路164，其中，控制器151的输出端分别连接于第一主控制 驱动电路152与第二主控制驱动电路153的控制端以及触发电路161的信号接收端，控制 器151的输入端连接于主检测电路14的检测信号输出端14a，而控制器151的电源端连接 于电源开关电路154的输出端，用以依据不间断电源源供应器1的运行信息产生第一控制 电压L、第二控制电压V^第三控制电压V^以及第四控制电压V^控制不间断电源供应器 1运行。 第一主控制驱动电路152分别连接于控制器151的其第四输出端151d以及选择 电路13的控制端，用以驱动选择电路13运行。第二主控制驱动电路153分别连接于控制 器151的第三输出151c端以及电源开关电路154的控制端，用以驱动电源开关电路154 运行。电源开关电路154分别连接于主控制电路15的电源端15a以及控制器151的电源 端，而电源开关电路154的控制端连接于第二主控制驱动电路153，借由第二主控制驱动电 路153驱动电源开关电路154导通，在电源开关电路154导通时，电源会经由电源开关电路 154传送到控制器151的电源端，相反地，当第二主控制驱动电路153停止驱动电源开关电路154时，电源开关电路154会截止，使控制器151关闭电源而停止运行。 触发电路161的信号接收端分别连接于控制器151的第一输出端151a与第二输
出端151b，而触发电路161的输出端连接于驱动及检测电路162的控制端162a，用以依据
第一控制电压Val与第二控制电压Va2对应产生触发电路输出电压Vd(例如依据图4所示的
Val与Va2产生触发电路输出电压Vd)控制驱动及检测电路162运行。驱动及检测电路162
分别连接于触发电路161的输出端以及选择电路13的控制端，依据触发电路输出电压Vd选
择性地驱动选择电路13导通或截止。 于本实施例中，驱动及检测电路162的电源端162b连接于次控制电路16的第一 电源端16a，且充电电路11或储能单元12借由次控制电路16的第一电源端16a供电给驱 动及检测电路162电源，于一些实施例中，驱动及检测电路162的电源端162b亦可连接于 交流_直流转换电路10的第一输出端10a(未图示)，由交流-直流转换电路10供电给驱 动及检测电路162电源。 比较电路163的输入端连接于主检测电路14的检测信号输出端14a，比较电路 163的输出端连接于次控制驱动电路164的控制端，用以将输出电流检测信号VI()的运行信 息与内部的参考电压U未图示)比较而产生对应的比较电压Vk以控制次控制驱动电路 164运行。于本实施例中，比较电路163的电源端163a连接于次控制电路16的第一电源端 16a，充电电路11或储能单元12借由次控制电路16的第一电源端16a供电给比较电路163 电源，于一些实施例中，比较电路163的电源端163a亦可连接于交流-直流转换电路10的 第一输出端10a(未图示)，由交流-直流转换电路10供电给比较电路163电源。
次控制驱动电路164连接于主控制电路15的电源控制端15b与比较电路163的 输出端，其中，次控制驱动电路164的控制端连接于比较电路163的输出端，而依据比较电 压Vk决定是否借由主控制电路15的电源控制端15b开启主控制电路15的电源，使主控制 电路15开始运行。 请参阅图1B以及图1C，其中图1C为图1B的局部电路示意图。如图1C所示，选 择电路13包含第一二极管Dp第二二极管D2以及第一开关组件Qp其中，第一二极管D工的 阳极端连接于交流-直流转换电路10的第一输出端10a，第一二极管D工的阴极端连接于第 二二极管^的阴极端与负载9，第二二极管02的阳极端连接于储能单元连接端12a，选择电 路13利用第一二极管D工与第二二极管D2的运行特性使交流_直流转换电路10产生的第 一直流电压K、充电电路11的输出电压或储能单元12的电压可以选择性地传送到负载9。 而第一开关组件Qi连接于共接端与负载9的回路上，且第一开关组件(^的控制端连接于主 控制电路15以及次控制电路16，借由主控制电路15或次控制电路16控制第一开关组件 Qi导通或截止。于一些实施例中，第一二极管D工与第二二极管D2可以分别由两个开关组件 (未图示)替代，且取代的此两个开关组件导通或截止会受主控制电路15以及次控制电路 16控制。 于本实施例中，主检测电路14可为但不限于输出电流检测电路，该输出电流检测 电路包含检测电阻Rp电压放大电路141以及滤波电路142，其中，检测电阻RT串接于输出 电源的回路上，用以检测输出电流I。并产生对应的^Mt^l，再经由滤波电路142滤波以 及电压放大电路141放大信号而产生对应的输出电流^IMt^v工。。于本实施中，电压放大 电路141由第一运算放大器1411 (Operational Amplifier)、第一电阻&以及第二电阻R2
10组成，其中，第一运算放大器1411的正输入端连接于滤波器142的输出端，第一电阻I^的 一端连接于第一运算放大器1411的输出端，第一电阻Ri的另一端连接于第一运算放大器 1411的负输入端，第二电阻1 2的一端连接于第一运算放大器1411的负输入端，第二电阻尺2 的另一端连接于共接端。于本实施例中，滤波电路142由第三电阻1 3以及第一电容Q串联 组成，滤波电路142的输入端连接于检测电阻RT，而滤波电路142的输出端，即第三电阻尺3 以及第一电容Q的串接端，连接于电压放大电路141的输入端。于一些实施例中，主检测 电路14可以不包含滤波电路142，检测电阻RT直接连接于电压放大电路141的输入端。
于本实施例中，主检测电路14的电源端14b连接于储能单元连接端12a、电压放 大电路141的电源端141a与第一运算放大器1411的电源端，充电电路11或储能单元12 借由主检测电路14的电源端14b提供电源给主检测电路14及第一运算放大器1411，于一 些实施例中，主检测电路14的电源端14b亦可连接于交流-直流转换电路10的第一输出 端10a(未图示)，由交流-直流转换电路10提供电源给主检测电路14及第一运算放大器 1411。 于本实施例中，主控制电路15的第二主控制驱动电路153包含第四电阻R4以及第 二开关组件92，其中，第二开关组件92的集极端(collector)连接于电源开关电路154的控 制端，第二开关组件92的射极端(emitter)连接于共接端，第四电阻R4的一端连接于第二 开关组件92的基极端(base)，第四电阻RJ勺另一端连接于控制器151的第三输出端151c。
于本实施例中，电源开关电路154包含第三开关组件93、第五电阻R5以及第六电 阻尺6，其中，第三开关组件93的射极端连接于主控制电路15的电源端15&，第三开关组件93 的集极端连接于控制器151的电源端，第五电阻1 5的一端连接于主控制电路15的电源控 制端15b以及第二主控制驱动电路153，第五电阻R5的另一端连接于第三开关组件Q3的基 极端，第六电阻R6连接于第三开关组件Q3的射极端及基极端间。 于本实施例中，触发电路161包含第四开关组件94、第七电阻1 7、第八电阻1 8、第 三二极管D3以及第四二极管04，其中，第三二极管03与第七电阻R7串联，且连接于第四开 关组件94的集极端与控制器151的第一输出端151a，第四二极管^与第八电阻R8串联，且 连接于第四开关组件94的基极端与控制器151的第二输出端151b。 于本实施例中，驱动及检测电路162包含第五开关组件95、第五二极管05、第九电 阻R"第十电阻R,第十一电阻Ru以及三端稳压组件1621 (例如TI型号为TL431的IC)， 其中，第五开关组件95的射极端连接于次控制电路16的第一电源端16a，第五二极管D5的 阳极端连接于第五开关组件Q5的集极端，第五二极管D5的阴极端连接于选择电路13的第 一开关组件Qi的控制端。第九电阻R9的一端连接于第五开关组件Q5的基极端，第九电阻 R9的另一端连接于三端稳压组件1621的阴极端C(cathode)，三端稳压组件1621的阳极端 A (anode)连接于共接端，三端稳压组件1621的参考端Ref连接于触发电路161的输出端。 第十电阻R1Q的一端连接于三端稳压组件1621的参考端Ref ，第十电阻R1Q的另一端连接于 共接端。第十一电阻Rn的一端连接于触发电路161的输出端与三端稳压组件1621的参考 端Ref，第十一电阻Ru的另一端连接于第五二极管D5的阳极端与第五开关组件Q5的集极 端。因此，驱动及检测电路162会依据触发电路输出电压Vd驱动选择电路13的第一开关 组件(^导通与截止。 于本实施例中，比较电路163包含第二运算放大器1631，其中，第二运算放大器
111631的正输入端连接于主检测电路14的检测信号输出端14a，第二运算放大器1631的负 输入端接收参考电压V^，第二运算放大器1631的输出端连接于次控制驱动电路164的控 制端，用以将输出电流检测信号VI()与参考电压VMf比较而产生对应的比较电压Vk控制次控 制驱动电路164运行。于一些实施例中，比较电路163还包含参考电压产生电路连接于第 二运算放大器1631的负输入端(未图示)，用以产生参考电压VMf。 于本实施例中，次控制驱动电路164包含第十二电阻R『第二电容G以及第六开 关组件Q6，于本实施例中，第六开关组件Q6为硅控整流器(SiliconControlled Rectifier, SCR)，其中，第六开关组件Q6的阳极端A连接于主控制电路15的电源控制端15b，第六开关 组件Q6的阴极端C连接于共接端，第六开关组件Q6的控制端G连接于比较电路163的输出 端，次控制驱动电路164会依据比较电压Vk决定是否开启主控制电路15电源，使主控制电 路15开始运行。 请参阅图1A以及图2A，图2A为本发明另一优选实施例的不间断电源供应器的电 路方框示意图。图2A所示，图2A与图1A相似，不同之处在于图2A的不间断电源供应器1 还包含输出过载检测电路17以及次检测电路18，其中，输出过载检测电路17连接于主检测 电路14的检测信号输出端14a与次控制电路16之间，还用以确保电路的正常运行。次检测 电路18分别连接于主控制电路15、交流-直流转换电路10的输入端、储能单元连接端12a 以及选择电路13的输出端，用以检测主检测电路14所检测的运行信息以外的不间断电源 供应器1的其它运行状况，以取得该不间断电源供应器1的其它运行信息，于本实施例中， 主检测电路14只检测输出电流I。的运行信息，而次检测电路18可以检测输出电流I。以外 的交流输入电压V吣储能单元12的电压以及输出电压V。等运行信息，并将这些其它的运行 信息传送至主控制电路15，主控制电路15还可以关闭次检测电路18的运行，使次检测电路 18停止检测其它运行信息。 请参阅图1B、图2A以及图2B，图2B为图2A的电路局部方框示意图。图2B所示， 图2B与图1B相似，除了图1B的不间断电源供应器1还包含输出过载检测电路17以及次 检测电路18之夕卜，图2B中次控制电路16还包含隔离电路165。其中，次控制电路16的隔 离电路165连接于比较电路163与次控制驱动电路164的控制端之间，用以隔离触发信号 的直流成分，即将比较电路163产生的比较电压Vk的直流成分隔离，使比较电路163产生 的比较电压Vk未改变时，比较电路163输出电流为零，而降低耗电量，还可以重置次控制驱 动电路164，使次控制驱动电路164停止驱动主控制电路15的电源开关电路154。输出过 载检测电路17的输入端连接于主检测电路14的检测信号输出端14a，而输出过载检测电 路17的输出端连接于触发电路161，用以依据输出电流检测信号VI()判断输出电流1。大小 是否达到过载或短路电流值，而对应产生保护信号V。。p使触发电路161立即对应产生触发 电路输出电压Vd控制驱动及检测电路162停止驱动选择电路13运行，以停止选择电路13 输出电源。 于本实施例中，储能单元12可以但不限定由一个电池组成，还可以由多个电池利 用串联或并联等方式组成，而电池可以但不限定为锂离子、铅酸、镍氢、镍镉、锂钴、锂锰或 磷酸铁锂(C-LiFeP04)电池。此外，储能单元12为可更换式设计，在储能单元12到达使用 期限或储存电量不足时，使用者可以轻易更换储能单元12。 于本实施例中，控制器151可以是但不限定为微控制器(micro controller)或
12数字信号处理器(digital signal processor)。于本实施例中，开关组件可以是但不限定 为硅控整流器(Silicon-Controlled Rectifier, SCR)、双极结晶体管(Bipolar Junction Transistor, BJT)或金氧氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)。 于本实施例中，当储能单元12的电压大小或第一直流电压K大小非主控制电路 15或次控制电路16可以接受的电压值时，不间断电源供应器1还可包含电压调整电路(未 图示)连接于主控制电路15或次控制电路16的第一电源端16a之前，用以将储能单元12 的电压或第一直流电压K调整为主控制电路15或次控制电路16可以接受电压值。请参 阅图1C、图2B以及图2C，其中图2C为图2B的局部电路示意图。如图2C所示，图2C与图 1C相似，不同之处在于图2C的不间断电源供应器1还包含输出过载检测电路17以及次检 测电路18，且次控制电路16还包含隔离电路165。于本实施例中，输出过载检测电路17包 含第六二极管De以及齐纳二极管D,(Zener diode)串联连接于次控制电路16的触发电路 161的输入端与主检测电路14的检测信号输出端14a之间。次检测电路18分别连接于主 控制电路15、交流-直流转换电路10的输入端、储能单元连接端12a以及选择电路13的输 出端，用以检测主检测电路14所检测的运行信息以外的不间断电源供应器1的其它运行状 况，以取得该不间断电源供应器1的其它运行信息，于本实施例中，主检测电路14只检测输 出电流I。的运行信息，而次检测电路18可以检测输出电流I。以外的交流输入电压V吣储 能单元12的电压以及输出电压V。等运行信息，并将这些其它的运行信息传送至主控制电 路15，以使不间断电源供应器1有更多的相关进阶功能还可以使不间断电源供应器更稳定 的运行，主控制电路15还可以适时地关闭次检测电路18的运行。 于本实施例中，输出过载检测电路17包含第六二极管D6以及齐纳二极管Dz (Zener diode)，且串联连接于次控制电路16的触发电路161的输入端与主检测电路14的检测信 号输出端14a之间，其中，第六二极管D6以及齐纳二极管Dz串联连接于第四二极管04与主 检测电路14的检测信号输出端14a之间。于本实施例中，次控制电路16的隔离电路165 包含第十三电阻1 13以及第三电容(:3，且串联连接于比较电路163的输出端与次控制驱动电 路164的控制端之间，于一些实施例中，该次控制电路16的隔离电路165只有单一个第三 电容C3串联连接于比较电路163的输出端与次控制驱动电路164的控制端之间。于一些 实施例中，主控制电路15还包含一启动电路(未图示)借由主控制电路15的电源控制端 15b连接于电源开关电路154的控制端，用以启动不间断电源供应器1。
请参阅图1C与图3，图3为本发明另一优选实施例的不间断电源供应器的局部电 路示意图。如图3所示，图3与图1C相似，图3的不间断电源供应器1除了还包含输出过 载检测电路17之不同处外，主检测电路14的电源端14b与比较电路163的电源端163a不 同于图1C连接于交流_直流转换电路10的第二输出端10b，且还包含第七二极管D7连接 于选择电路13的控制端与交流_直流转换电路10的第二输出端10b之间，且交流-直流 转换电路10的第二输出端10b也连接于主检测电路14的电源端14b与次控制电路16的 第二电源端16b。 于本实施例中，交流-直流转换电路10的第二输出端10b所产生的第二直流电压 V2未中断时，交流_直流转换电路10会分别借由主检测电路14的电源端14b与次控制电 路16的第二电源端16b提供电源给主检测电路14与比较电路163使用。当交流-直流转
13换电路10的第二输出端10b所产生的第二直流电压V2中断时，次控制电路16的驱动及检 测电路162或主控制电路15的第一主控制驱动电路152会借由第七二极管D7提供电源给 主检测电路14与比较电路163使用，使主检测电路14与比较电路163可以继续运行。
由于主检测电路14与比较电路163的电源端14b， 163a没有连接于储能单元连接 端12a，因此不间断电源供应器1不论于待机或停止运行时，不会消耗储能单元12的电能， 所以，当不间断电源供应器1使用储能单元12提供电能给负载9时，本发明不间断电源供 应器l的供电时间相对较长。 请参阅图1C以及图4，其中图4为图1C的电压与电流信号时序示意图。如图4所 示，在时间t。与时间^之间，输出电流I。的运行信息大于一特定电流值，于本实施例中，该 特定电流值可为但不限于0.3安培(A)，主控制电路15的控制器151由主检测电路14取得 输出电流I。的运行信息并判定输出电流I。的运行信息大于特定电流值，主控制电路15会 正常运行且不间断电源供应器1的运行由主控制电路15控制。同样地，次控制电路16的 比较电路163亦会由主检测电路14取得输出电流I。的运行信息并判定输出电流I。的运行 信息大于特定电流值，而产生高电位的比较电压Vk使次控制驱动电路164驱动电源开关电 路154，以启动主控制电路15运行。此时，次控制电路16会停止运行，主控制电路15的控 制器151会分别产生第一控制电压L、第二控制电压V^第三控制电压V^以及第四控制 电压Va4，其中，第一控制电压Val为低电位，第二控制电压Va2为低电位，第三控制电压Va3为 高电位，第四控制电压Va4为高电位，于本实施例中，主控制电路15是利用高电位的第一控 制电压Val启动次控制电路16运行，利用高电位的第二控制电压Va2停止次控制电路15运 行，利用高电位的第三控制电压Va3使第二主控制驱动电路153驱动电源开关电路154持续 导通，利用高电位的第四控制电压Va4使第一主控制驱动电路152驱动选择电路13的第一 开关组件导通，因此，在时间t。与时间^之间，第一控制电压Val与触发电路输出电压Vd 为低电位，次控制电路16会维持停止运行的状况，不间断电源供应器1的运行由主控制电 路15控制。 在时间^时，输出电流1。小于特定电流值，主控制电路15的控制器151由主检测 电路14取得输出电流I。的运行信息并判定输出电流I。的运行信息小于特定电流值，于本 实施例中，主控制电路15会产生高电位的第一控制电压Val启动次控制电路16开始运行， 于本实施例中，次控制电路16的触发电路161在接收到高电位的第一控制电压V^时，触发 电路输出电压Vd由低电位变为高电位，使驱动及检测电路162驱动选择电路13的第一开 关组件Qi，次控制电路16接替主控制电路15的控制，使不间断电源供应器1持续运行。此 时，次控制电路16的比较电路163亦会由主检测电路14取得输出电流I。的运行信息并判 定输出电流I。的运行信息小于特定电流值，而产生低电位的比较电压Vk使次控制驱动电路 164停止驱动主控制电路15的电源开关电路154。 在时间^时，第三控制电压V^会由高电位变为低电位，使第二主控制驱动电路 153停止驱动电源开关电路154，同时次控制驱动电路164也停止驱动电源开关电路154， 因此，电源开关电路154会截止而使主控制电路15关断电源而停止运行，同样也会使得控 制器151所产生的第一控制电压V^第二控制电压V^、第三控制电压V^以及第四控制电 压VZ变为低电位，此时，由次控制电路16接替主控制电路15控制不间断电源供应器1持 续运行。
14
在时间t3时，输出电流I。的运行信息大于特定电流值，次控制电路16的比较电路 163由主检测电路14取得输出电流I。的运行信息并判定输出电流I。的运行信息大于特定 电流值，而产生高电位的比较电压Vk使次控制驱动电路164驱动主控制电路15的电源开 关电路154导通，以启动主控制电路15运行，此时，主控制电路15的控制器151会产生高 电位的第三控制电压Va3使第二主控制驱动电路153驱动电源开关电路154导通，高电位的 第四控制电压Va4使第一主控制驱动电路152接替驱动及检测电路162驱动选择电路13的 第一开关组件Qi导通，高电位的第二控制电压Va2关闭次控制电路16运行，以使主控制电 路15接替次控制电路16控制不间断电源供应器1持续运行。 在时间t4时，于本实施例中，为了降低整体不间断电源供应器1的耗电量，控制器 151会将第二控制电压Va2由高电位改变为低电位，于一些实施例中，第二控制电压Va2可以 维持在主控制电路15运行时持续维持高电位。 请参阅图2C、图3、图4以及图5，其中图5为图2C与图3的电压与电流信号时序 示意图。如图5所示，图5与图4相似，且在时间t。与时间t4间的电压与电流信号与不间 断电源供应器1的运行相同。在时间t5时，输出电流1。又小于特定电流值，于本实施例中， 主控制电路15会产生高电位的第一控制电压Val启动次控制电路16开始运行，触发电路输 出电压Vd由低电位变为高电位，使驱动及检测电路162接替第一主控制驱动电路152驱动 选择电路13的第一开关组件Q"此时，次控制电路16的比较电路163亦会产生低电位的比 较电压Vk使次控制驱动电路164停止驱动主控制电路15的电源开关电路154。
在时间te时，第三控制电压V^亦会由高电位变为低电位，使主控制电路15关断 电源而停止运行，此时，由次控制电路16接替主控制电路15控制不间断电源供应器1持续 运行。 在时间t7时，不间断电源供应器1发生过载(over load)，输出过载检测电路17 由主检测电路14取得输出电流I。的运行信息，并判定输出电流I。发生过载而产生高电位 的保护信号V。。p，使触发电路161产生低电位的触发电路输出电压Vd控制驱动及检测电路 162停止驱动第一开关组件Qp俾使不间断电源供应器1停止输出电源。在经过反应时间 后，在时间ts时，不间断电源供应器l的输出电流I。会降为零安培(A)。
请再参阅图1C、图2C与图3，于这些实施中，驱动及检测电路162由触发电路161 触发而开始运行，在驱动及检测电路162开始运行后，驱动及检测电路162会借由第十电阻 R1Q与第十一电阻Rn将储能单元连接端12a的电压Vb分压使触发电路输出电压Vd维持在 运行电压值以上，例如2. 5伏特(V)，其中，储能单元连接端12a的电压Vb与触发电路输出 电压Vd间的关系式约略为 若储能单元连接端12a的电压Vb低于运行电压值时，触发电路输出电压Vd亦会低 于三端稳压组件1621内的参考电压值使三端稳压组件1621停止运行，进而使第五开关组 件Q5截止、驱动及检测电路162停止驱动第一开关组件且选择电路13的控制端电压Vg 为低电位，以使不间断电源供器1停止运行。换言之，当不间断电源供器1利用储能单元12 的电能提供给负载9时，若驱动及检测电路162借由储能单元连接端12a检测出储能单元 12的电量不足而导致储能单元连接端12a的电压Vb低于运行电压值，驱动及检测电路162会停止驱动第一开关组件以使不间断电源供器1停止运行。 由上述可知，本发明不间断电源供应器1由主控制电路15或次控制电路16控制 不间断电源供应器1运行，由于，主控制电路15包含耗电量较高的控制器151，即使控制器 151运行在省电模式(Suspend Mode)时的耗电量也无法比次控制电路16运行时的耗电量 少，因此，在时间t2与时间t3之间，主控制电路15停止运行而次控制电路16运行时，不间 断电源供应器1的整体耗电量相对会减少很多，而使不间断电源供应器1的整体效率提高 以及供电时间加长。在时间t。与时间^之间，主控制电路15运行而次控制电路16停止运 行，主控制电路15会提供相对多于次控制电路16的相关进阶功能，以满足使用者的需求。
综上所述，本发明不间断电源供应器由主控制电路或次控制电路控制不间断电源 供应器的运行，本发明不间断电源供应器会依据不间断电源供应器的运行信息，例如不间 断电源供应器的输出电流，而适时地启动主控制电路或次控制电路运行，还可以适时地关 闭次控制电路或主控制电路运行，以提高不间断电源供应器的整体效率，特别是当不间断 电源供应器在备用电源模式(backup mode)下运行时，也就是不间断电源供应器由储能单 元提供电能给负载时，在储能单元所储存的电量相同的前提下，相对于传统不间断电源供 应器，本发明不间断电源供应器的供电时间较长，此外，本发明不间断电源供应器的供电还 可以适时地关闭相对高耗电的控制器而不影响该不间断电源供应器的运行与供电。
本发明得由本领域普通技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱离所附权利要 求所要保护的范围。
1权利要求
一种不间断电源供应器，其包含一储能单元，连接于一储能单元连接端与一共接端之间，用以储存电能；一交流-直流转换电路，用以将一交流输入电压转换为一第一直流电压；一充电电路，连接于该交流-直流转换电路以及该储能单元连接端之间，用以对该储能单元充电；一选择电路，连接于该交流-直流转换电路、该储能单元连接端以及一负载，用以选择性地输出该第一直流电压或该储能单元连接端的电压至该负载；一主检测电路，连接于该不间断电源供应器的输出回路上，用以产生一运行信息；一主控制电路，连接于该主检测电路与该选择电路，用以控制该不间断电源供应器运行；以及一次控制电路，连接于该主检测电路、该选择电路与该主控制电路，用以控制该不间断电源供应器运行；其中，该主控制电路与该次控制电路依据该运行信息启动运行或停止运行。
2. 如权利要求1所述的不间断电源供应器，其中该主控制电路与该次控制电路还连接 于该储能单元连接端或该交流_直流转换电路，由该储能单元、该充电电路或该交流_直流 转换电路供电。
3. 如权利要求1所述的不间断电源供应器，其中该主检测电路包含一输出电流检测电 路，该输出电流检测电路包含一检测电阻，串联连接于该不间断电源供应器的输出回路上，用以检测该不间断电源 供应器的一输出电流并产生对应的一检测电阻电压信号；以及一电压放大电路，连接于该检测电阻，用以将该检测电阻电压信号放大以产生一输出 电流检测信号，而该输出电流检测信号包含至少一该运行信息。
4. 如权利要求3所述的不间断电源供应器，其中该电压放大电路包含 一第一运算放大器；一第一电阻，该第一电阻的一端连接于该第一运算放大器的输出端，另一端连接于该 第一运算放大器的负输入端；以及一第二电阻，该第二电阻的一端连接于该第一运算放大器的负输入端，该第二电阻的 另一端连接于该共接端。
5. 如权利要求3所述的不间断电源供应器，其中该输出电流检测电路还包含一滤波电 路，连接于该检测电阻与该电压放大电路之间。
6. 如权利要求5所述的不间断电源供应器，其中该滤波电路包含一第三电阻以及一第 一电容串联连接于一 串接端，该串接端与该电压放大电路连接。
7. 如权利要求1所述的不间断电源供应器，其中该主控制电路包含 一电源开关电路，连接于该储能单元连接端；一第一主控制驱动电路，连接于该选择电路，用以驱动该选择电路运行； 一第二主控制驱动电路，连接于该电源开关电路、该次控制电路，用以驱动该电源开关电路导通或截止；以及一控制器，连接于该第一主控制驱动电路、该第二主控制驱动电路、该电源开关电路、该主检测电路以及该次控制电路，用以控制该不间断电源供应器运行，以及依据该运行信息启动该次控制电路运行、关闭该次控制电路运行或停止该电源开关电路导通以使该主控 制电路停止运行。
8. 如权利要求7所述的不间断电源供应器，其中该控制器为微控制器或数字信号处理器。
9. 如权利要求7所述的不间断电源供应器，其中该第二主控制驱动电路包含 一第二开关组件，该第二开关组件的集极端连接于该电源开关电路的控制端；以及 一第四电阻，该第四电阻的一端连接于该第二开关组件的基极端，该第四电阻的另一端连接于该控制器。
10. 如权利要求7所述的不间断电源供应器，其中该电源开关电路包含 一第三开关组件，该第三开关组件的射极端连接于该交流_直流转换电路的第一输出端或储能单元连接端，该第三开关组件的集极端连接于该控制器的一电源端；一第五电阻，该第五电阻的一端连接于该次控制电路与该第二主控制驱动电路，该第五电阻的另一端连接于该第三开关组件的基极端；以及一第六电阻连接于该第三开关组件的射极端及基极端间。
11. 如权利要求1所述的不间断电源供应器，其中该次控制电路包含 一触发电路，连接于该主控制电路，用以依据该主控制电路产生的一第一控制电压与一第二控制电压对应输出一触发电路输出电压；一驱动及检测电路，连接于该触发电路与该选择电路，用以依据该触发电路输出电压 选择性地驱动选择电路运行；一比较电路，连接于该主检测电路，用以将代表该运行信息的检测信号与一参考电压 比较而产生对应的一比较电压；以及一次控制驱动电路，连接于该比较电路与该主控制电路，用以依据该比较电压决定是 否开启该主控制电路的电源，使该主控制电路开始运行。
12. 如权利要求11所述的不间断电源供应器，其中该触发电路包含 一第四开关组件，该第四开关组件的集极端连接于该驱动及检测电路的控制端； 一第七电阻，该第七电阻的一端连接于该第四开关组件的集极端； 一第三二极管，该第三二极管串联连接于该第七电阻，且连接于该主控制电路； 一第八电阻，该第八电阻的一端连接于该第四开关组件的基极端；以及 一第四二极管，该第四二极管串联连接于该第八电阻，且连接于该主控制电路。
13. 如权利要求11所述的不间断电源供应器，其中该驱动及检测电路包含一第五开关 组件、第五二极管、一第九电阻、一第十电阻、一第十一电阻以及一个三端稳压组件，其中， 该第五二极管的阴极端连接于该选择电路的控制端，该第九电阻的一端连接于该第五开关 组件的基极端，该第九电阻的另一端连接于该三端稳压组件的阴极端，该三端稳压组件的 阳极端连接于该共接端，该三端稳压组件的参考端连接于该触发电路的输出端，该第十电 阻的一端连接于该三端稳压组件的参考端，该第十电阻的另一端连接于共接端，该第十一 电阻的一端连接于该触发电路的输出端与该三端稳压组件的参考端，该第十一电阻的另一 端连接于该第五二极管的阳极端与该第五开关组件的集极端。
14. 如权利要求11所述的不间断电源供应器，其中该比较电路包含一第二运算放大 器，该第二运算放大器的正输入端连接于该主检测电路，该第二运算放大器的负输入端接收该参考电压，该第二运算放大器的输出端连接于该次控制驱动电路的控制端，用以将代 表该运行信息的检测信号与该参考电压比较而产生对应的该比较电压，以控制该次控制驱 动电路运行。
15. 如权利要求11所述的不间断电源供应器，其中该次控制驱动电路包含一第十二 电阻、一第二电容以及一第六开关组件，其中，该第六开关组件的阳极端连接于该主控制电 路，该第六开关组件的阴极端连接于该共接端，该第六开关组件的控制端连接于该比较电 路的输出端，该次控制驱动电路依据该比较电压决定是否开启该主控制电路电源，使该主 控制电路开始运行。
16. 如权利要求11所述的不间断电源供应器，其中该次控制电路还包含一隔离电路连 接于该比较电路与该次控制驱动电路的控制端之间，用以隔离直流或重置 该次控制驱动电 路。
17. 如权利要求16所述的不间断电源供应器，其中该隔离电路包含一第十三电阻以及 一第三电容，且串联连接于该比较电路与该次控制驱动电路的控制端之间。
18. 如权利要求1所述的不间断电源供应器，还包含一输出过载检测电路，该输出过载 检测电路连接于该主检测电路的检测信号输出端与该次控制电路之间。
19. 如权利要求18所述的不间断电源供应器，其中该输出过载检测电路包含一包含第 六二极管以及一齐纳二极管，该第六二极管与该齐纳二极管串联连接于该次控制电路与该 主检测电路的检测信号输出端之间。
20. 如权利要求1所述的不间断电源供应器，其中该选择电路包含一第一二极管、一第 二二极管以及一第一开关组件，其中，该第一二极管的阳极端连接于该交流-直流转换电 路，该第一二极管的阴极端连接于该第二二极管的阴极端与该负载，该第二极管的阳极端 连接于该储能单元连接端，而该第一开关组件连接于该共接端与该负载的回路上，且该第 一开关组件的控制端连接于该主控制电路以及该次控制电路，借由该主控制电路或该次控 制电路控制该第一开关组件导通或截止。
21. 如权利要求1所述的不间断电源供应器，还包含一第七二极管，该第七二极管连接 于该选择电路的控制端与该交流_直流转换电路的输出端之间，且该交流_直流转换电路 的输出端连接于该主检测电路的电源端与该次控制电路的电源端。
22. 如权利要求1所述的不间断电源供应器，还包含一次检测电路，连接于该主控制电 路、该交流-直流转换电路、该储能单元连接端以及该选择电路的输出端，用以检测该主检 测电路所检测的该运行信息以外的该不间断电源供应器的其它运行信息。
23. 如权利要求22所述的不间断电源供应器，其中该运行信息为该不间断电源供应器 的一输出电流，该其它运行信息为一交流输入电压、该储能单元的电压及/或该不间断电 源供应器的一输出电压。
24. 如权利要求1所述的不间断电源供应器，其中该主控制电路与该次控制电路系交 替运行，用以交替控制该不间断电源供应器运行。
全文摘要
本发明涉及一种具有低功耗之不间断电源供应器，其包含储能单元、交流-直流转换电路、充电电路、选择电路、主检测电路、主控制电路以及次控制电路。该不间断电源供应器由主控制电路或次控制电路控制不间断电源供应器运行，借此不间断电源供应器会依据不间断电源供应器的运行信息，例如不间断电源供应器的输出电流，而适时地启动主控制电路或次控制电路运行，还可以适时地关闭次控制电路或主控制电路运行，以提高不间断电源供应器的整体效率以及供电时间，还可以适时地关闭相对高耗电的控制器而不影响该不间断电源供应器的运行与供电。
文档编号H01M10/44GK101752881SQ20081018591
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月16日 优先权日2008年12月16日
发明者李嘉祥, 杨滨隆 申请人:台达电子工业股份有限公司