直流输出不断电电源供应器的制作方法

本发明有关一种直流输出电源供应器，尤指可自由调整各端输出且具有不断电系统功能的一种直流输出不断电电源供应器。

背景技术：

一般而言，现有技术的电源供应器中，在使用上通常会因应各电子装置所需的功率(或电压、电流)而进行配置。由于现代人使用电子产品多样化的情况下，有相关业者开发出了具有多输出端的电源供应器，让用户可以同时搭配多种或多数个电子装置进行使用，且仅需占用一市电输入端，而达成一输入对多输出的供电架构。

然而，前述具有多端输出的电源供应器在实际使用时，由于必须适配多样化的需求，而各输出端若无法依使用需求自由调整输出相关电性数值，将致使输出端的数量则难以降低，不仅体积大不易携带，且生产成本较高。此外，现有技术的电源供应器在遭遇市电突然异常的情况下，并无法保护与其电连接的多数个负载的使用安全，尤其是计算机主机、监控系统、精密电子仪器、及医疗仪器等电子装置，当市电中断时，电子设备很可能因突发性的电力中断而导致内部零件毁损或数据遗失，进而造成严重且不可逆的后果。

为此，如何设计出一种直流输出不断电电源供应器，来解决前述的技术问题，乃为本案发明人所研究的重要课题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种直流输出不断电电源供应器，通过电路匹配整合，能够解决前述各输出端无法依使用需求自由调整输出相关电性数值、以及在遭遇市电突然关断的情况下无法保护与其电连接的多数个负载的安全的技术问题，以达到缩小体积、降低生产成本以及避免因突发性的电力中断而导致硬件毁损与数据遗失的目的。

为了达到前述目的，本发明所提出的一种直流输出不断电电源供应器，包括：交流直流转换电路，耦接交流电源，且输出第一直流电源；充放电模块，输出第二直流电源；至少一电源模块，耦接交流直流转换电路以及充放电模块，且接收第一直流电源以及第二直流电源的其中一者；以及用户操作界面，配置于至少一电源模块与至少一负载之间，并具有至少一操作单元；其中，各操作单元依据各负载所需的电源使至少一电源模块对各负载提供电源。

为了达到前述目的，本发明所提出的另一种直流输出不断电电源供应器，包括：功率因子校正级电路，耦接交流电源，且输出第一直流电源；充放电模块，输出第二直流电源；至少一电源模块，耦接功率因子校正级电路，且接收第一直流电源以及第二直流电源的其中至少一者；以及用户操作界面，配置于至少一电源模块与至少一负载之间，并具有至少一操作单元；其中，各操作单元依据各负载所需的电源使该至少一电源模块对各负载提供电源。

在使用本发明所述任一种直流输出不断电电源供应器的期间，当交流电源正常时，至少一电源模块接收第一直流电源；当交流电源异常时，至少一电源模块接收第二直流电源；此外，由于用户可以通过至少一操作单元(可以为指拨开关、旋钮等)选择各负载所需的电源，使至少一电源模块转换第一直流电源以及第二直流电源的其中一者，对至少一负载提供不间断供电。

附图说明

图1为本发明直流输出不断电电源供应器的第一实施例的架构示意图；

图2a至图2f为本发明直流输出不断电电源供应器的交流直流转换电路的电路图；

图3a为本发明直流输出不断电电源供应器的第二实施例的交流直流转换电路与充放电模块配置的电路方块图；

图3b为本发明直流输出不断电电源供应器的第三实施例的交流直流转换电路与充放电模块配置的电路方块图；

图4a至图4c为本发明直流输出不断电电源供应器的第一实施例的电源模块与操作单元配置的电路方块图；

图5为本发明直流输出不断电电源供应器的第四实施例的架构示意图；

图6a至图6b为本发明直流输出不断电电源供应器的功率因子校正级电路的电路图；

图7为本发明直流输出不断电电源供应器的第五实施例的功率因子校正级电路与充放电模块配置的电路方块图；以及

图8a至图8c为本发明直流输出不断电电源供应器的第四实施例的电源模块与操作单元配置的电路方块图。

其中附图标记为：

10交流直流转换电路

10’功率因子校正级电路

11a返驰式电路

11b半桥式电路

11c全桥式电路

11d前向式电路

11e推挽式电路

12抗电磁干扰滤波器

20充放电模块

21电池单元

22升压转换单元

23充电单元

30、30’电源模块

31隔离式拓朴结构

40用户操作界面

41操作单元

100交流电源

200负载

300子控制器

400主控制器

sw1～swn功率开关

sc1～scn控制信号

具体实施方式

以下系借由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术之人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。本发明亦可借由其他不同的具体实例加以施行或应用，本发明说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

须知，本说明书所附图式绘示的结构、比例、大小、组件数量等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合图式说明如下。

请参阅图1至图2f所示，其中，图1为本发明直流输出不断电电源供应器的第一实施例的架构示意图；图2a至图2f为本发明直流输出不断电电源供应器的交流直流转换电路的电路图。

如图1所示，本发明的直流输出不断电电源供应器的第一实施例包括：交流直流转换电路10、充放电模块20、至少一电源模块30以及用户操作界面40。

其中，交流直流转换电路10耦接一交流电源100，且转换交流电源100以输出一第一直流电源(图中未示)。充放电模块20耦接交流直流转换电路10，且输出一第二直流电源(图中未示)。

充放电模块20包括：电池单元21、升压转换单元22以及充电单元23。其中，电池单元21可以为锂电池、镍氢电池、氢氧电池、或铅酸电池等可充放电的电能储存组件，然不以此为限制本发明。升压转换单元22耦接电池单元21与至少一电源模块30。在本发明的第一实施例中，充电单元23耦接电池单元21与交流直流转换电路10的直流输出侧(如图1所示)。当电池单元21进行充电时，充电单元23接收交流直流转换电路10所输出的第一直流电源，并转换成适合对电池单元21充电的电压大小。

至少一电源模块30耦接交流直流转换电路10以及充放电模块20，且接收第一直流电源以及第二直流电源的其中一者。进一步而言，当交流电源100正常时，各电源模块30接收第一直流电源，且转换第一直流电源，提供各负载200所需的电源；当交流电源100异常时，电池单元21输出电能，通过升压转换单元22将输出的电压升压，以提供第二直流电源，使各电源模块30接收第二直流电源，且转换第二直流电源，提供各负载200所需的电源，以实现对各负载200的不间断供电。

用户操作界面40耦接至少一电源模块30以及至少一负载200，且用户操作界面40配置有控制各电源模块30与各负载200之间耦接(导通)或解耦(关断)以及选择各负载200所需电源的至少一操作单元41。所述各操作单元41可以是指拨开关、旋钮等可调整结构，然不以此为限制本发明，让用户可以自由搭配不同数量的负载、调整各负载200所需功率数值、依使用需求或各负载200所需而自由调整至少一电源模块30输出的相关电性数值(如电压值、电流值的其中至少一者)，再本发明所述第一实施例中，各操作单元41可以控制一个电源模块30，各操作单元41也可以同时控制两个或两个以上的电源模块30，以满足高功率需求的负载，使各电源模块30转换第一直流电源以及第二直流电源的其中一者，对各负载200提供不间断供电。

如图2a至图2f所示，在本发明直流输出不断电电源供应器的第一实施例中，交流直流转换电路10可以包括耦接交流电源100的一隔离式拓朴结构。在本发明的第一实施例中，所述隔离式拓朴结构可以是返驰式(flyback)电路11a(如图2a所示)、半桥式(half-bridge)电路11b(如图2b所示)、全桥式(full-bridge)电路11c(如图2c所示)、前向式(forward)电路11d(如图2d所示)以及推挽式(push-pull)电路11e(如图2e所示)的其中一者。进一步而言，交流直流转换电路10可以更包括一抗电磁干扰滤波器12(如图2f所示)，可以与前述任一隔离式拓朴结构进行搭配，形成所述交流直流转换电路10。

请参阅图3a以及图3b所示，图3a为本发明直流输出不断电电源供应器的第二实施例的交流直流转换电路与充放电模块配置的电路方块图；图3b为本发明直流输出不断电电源供应器的第三实施例的交流直流转换电路与充放电模块配置的电路方块图。

如图3a所示，本发明直流输出不断电电源供应器的第二实施例与前述第一实施例大致相同，惟交流直流转换电路与充放电模块的配置关系不同。在所述第二实施例中，充电单元23耦接电池单元21与交流直流转换电路10的一交流输入侧(如图3a所示，使充电单元23耦接交流电源100)。当电池单元21进行充电时，充电单元23接收交流电源100所输出的交流电源，并转换成适合对电池单元21充电的电压大小。再者，当交流电源100异常时，电池单元21输出电能，通过升压转换单元22将输出的电压升压，以提供第二直流电源，使各电源模块30接收第二直流电源，且转换第二直流电源，提供各负载200所需的电源，以实现对各负载200的不间断供电。

如图3b所示，本发明直流输出不断电电源供应器的第三实施例与前述第一实施例大致相同，惟交流直流转换电路与充放电模块的配置关系不同。在所述第三实施例中，充电单元23耦接电池单元21与交流直流转换电路10的一内部直流侧(如图3b所示，使充电单元23耦接于交流直流转换电路10的交流输入侧以及直流输出侧之间)。以图2a所示交流直流转换电路10为返驰式电路11a为例，充电单元23可耦接于全波整流电路的输出侧(即返驰式电路11a的输入侧)，以实现充电单元23耦接交流直流转换电路10的内部直流侧的方案。

请参阅图4a至图4c所示，为本发明直流输出不断电电源供应器之第一实施例的电源模块与操作单元配置电路方块图。在本发明的第一实施例中，各电源模块30包括具有一功率开关(如图4a所示的sw1、sw2…swn)的一降压电路，所述降压电路接收第一直流电源以及第二直流电源的其中一者，且转换第一直流电源以及第二直流电源的其中一者，控制各电源模块30的输出电压，以提供各负载200所需的电源。在图4a至图4c中，各操作单元41可以控制一个电源模块30，各操作单元41也可以同时控制两个或两个以上的电源模块30。进一步而言，各操作单元41可以通过一个子控制器300而控制各功率开关(sw1、sw2…swn)，各操作单元41也可以同时通过两个或两个以上的子控制器300而进一步控制两个或两个以上的功率开关(sw1、sw2…swn)

如图4a所示，本发明的第一实施例中，电源模块30与操作单元41的第一种配置关系是：各操作单元41通过至少一电源模块30包括的子控制器300而控制至少一功率开关(sw1、sw2…swn)。例如，一子控制器300输出控制信号sc1来控制功率开关sw1，另一子控制器300输出控制信号sc2来控制功率开关sw2，又另一子控制器300输出控制信号scn来控制功率开关swn。其中，所述控制信号sc1～scn可为脉波宽度调变(pwm)控制信号，通过控制各功率开关(sw1、sw2…swn)的责任周期(dutycycle)，进而控制各电源模块30的输出电压。其中，各功率开关(sw1、sw2…swn)对应耦接各子控制器300，且各子控制器300之间彼此通信耦接，以提供各功率开关(sw1、sw2…swn)之间的控制通信。所述控制通信可以根据选择各负载200所需的电源，用以对应地控制各电源模块30之间功率分配的通信方式。

如图4b所示，本发明的第一实施例中，电源模块30与操作单元41的第二种配置关系是：各操作单元41通过主控制器400而控制至少一功率开关(sw1、sw2…swn)。例如，主控制器400输出控制信号sc1来控制功率开关sw1，输出控制信号sc2来控制功率开关sw2，输出控制信号scn来控制功率开关swn。同样地，所述控制信号sc1～scn可为脉波宽度调变控制信号，通过控制各功率开关(sw1、sw2…swn)的责任周期，进而控制各电源模块30的输出电压。其中，各功率开关(sw1、sw2…swn)分别耦接主控制器400，且主控制器400提供各功率开关(sw1、sw2…swn)之间的控制通信。所述控制通信可以根据选择各负载200所需的电源，用以对应地控制各电源模块30之间功率分配的通信方式。

如图4c所示，本发明的第一实施例中，电源模块30与操作单元41的第三种配置关系是：各操作单元41通过主控制器400以及至少一电源模块30所包括的子控制器300而控制至少功率开关(sw1、sw2…swn)。例如，至少一子控制器300接收各操作单元41选择各负载200所需电源的信息，然后将各负载200所需电源的信息传送至主控制器400，主控制器400根据所接收的所需电源的信息输出控制信号sc1来控制功率开关sw1，输出控制信号sc2来控制功率开关sw2，输出控制信号scn来控制功率开关swn。同样地，所述控制信号sc1～scn可为脉波宽度调变控制信号，通过控制各功率开关(sw1、sw2…swn)的责任周期，进而控制各电源模块30的输出电压。其中，主控制器400耦接各子控制器300以及各功率开关(sw1、sw2…swn)，且主控制器400提供各功率开关(sw1、sw2…swn)之间的控制通信。所述控制通信可以根据选择各负载200所需的电源，用以对应地控制各电源模块30之间功率分配的通信方式。

为方便说明本发明直流输出不断电电源供应器的第一实施例的操作原理，以下以举例数值的方式加以说明，然不以此为限制本发明。以图1为例，当交流电源100正常时，交流直流转换电路10将交流电源100的电压(例如为110伏特)转换且升压为直流400伏特，作为第一直流电源，使得各电源模块30可接收第一直流电源，以供应各负载200所需的电源。当电池单元21进行充电时，充电单元23将第一直流电源的电压(直流400伏特，且可提供的额定功率为2400瓦特)转换成电池单元21的充电电压(例如直流48伏特)，并对电池单元21进行充电。当交流电源100异常时，电池单元21的输出电压经升压转换单元22转换且升压为直流400伏特，作为第二直流电源，使得各电源模块30可接收第二直流电源，以供应各负载200所需的电源，以实现对各负载200的不间断供电。

再者，当用户通过操作单元41(可以为指拨开关、旋钮等)选择第一负载200所需的电源，例如选择第一负载200的供电电压(例如直流60伏特)和/或供电功率(例如300瓦特)，此时，配合参见图4a至图4c的其中一者，通过主控制器400和/或子控制器300接收第一负载200所需电源的信息(即直流60伏特的供电电压和/或300瓦特的供电功率)，因此，控制第一电源模块30的功率开关sw1的责任周期，使得第一电源模块30输出的电压为60伏特和/或输出的电流为5安培，以供应第一负载200所需电源。进一步而言，若第一电源模块30的最大输出功率仅为150瓦特的情况，当一个操作单元41对应第一负载200调整至所需的300瓦特数值时，主控制器400和/或子控制器300可以依据所述一个操作单元41而同时调用第一电源模块30(150瓦特)以及第二电源模块30(150瓦特)同时供应给第一负载200，以满足第一负载200所需电源(300瓦特)。然而本发明欲保护的操作单元41、电源模块30以及负载200彼此之间的数量关系并不在此限。

再者，若当负载200的数量为多个时，则通过主控制器400和/或子控制器300接收各负载200所需电源的信息，进而控制各电源模块30的功率开关(sw1、sw2…swn)的责任周期，以供应所选择的各负载200所需的供电电压和/或供电功率。

进一步地，若所选择的各负载200所需的供电功率总和超过交流直流转换电路10可供应的额定功率，则可通过各子控制器300之间的通信(如图4a所示)、主控制器400的整合(如图4b所示)或者各子控制器300与主控制器400的整合(如图4c所示)，得知各负载200所需的供电功率的信息，借此可通过等比例降低供电功率的方式，控制所对应的电源模块30的功率开关(sw1、sw2…swn)的责任周期，以达到对各负载200皆能够持续地供电；或者，可通过权重高低供电功率的方式，控制所对应的电源模块30的功率开关(sw1、sw2…swn)的责任周期，使得权重较高的负载200能确保获得所需的供电功率，其余的负载200则依权重高低获得部分所需的供电功率，以达到对各负载200皆能够持续地供电。

参阅图5至图6b所示，图5为本发明直流输出不断电电源供应器的第四实施例的架构示意图；图6a至图6b为本发明直流输出不断电电源供应器的功率因子校正级电路的电路图。

如图5所示，本发明的直流输出不断电电源供应器的第四实施例与前述第一实施例大致相同，惟第一实施例中具有隔离式拓朴结构的交流直流转换电路10替换为具有非隔离式拓朴结构的功率因子校正级电路10’，并且第四实施例中的各电源模块30’相较于第一实施例中的各电源模块30更包括一隔离式拓朴结构31(配合参见图8a至图8c)

在本发明的第四实施例中，充放电模块20的充电单元23耦接电池单元21与功率因子校正级电路10’的一内部直流侧(如图5所示，使充电单元23耦接于功率因子校正级电路10’的交流输入侧以及直流输出侧之间)。以图6a所示功率因子校正级电路10’为升压式功率因子校正级电路为例，充电单元23可耦接于全波整流电路的输出侧(即升压式转换器的输入侧)，以实现充电单元23耦接功率因子校正级电路10’的内部直流侧的方案。

如图6a至图6b所示，为本发明直流输出不断电电源供应器的功率因子校正级电路的电路图。在本发明直流输出不断电电源供应器的第四实施例中，功率因子校正级电路10’可以为具有全波整流电路与升压式转换器所组成的升压式功率因子校正级电路(如图6a所示)，功率因子校正级电路10’亦可以为升压式功率因子校正级电路更包括一抗电磁干扰滤波器12(如图6b所示)。

参阅图7所示，为本发明直流输出不断电电源供应器的第五实施例的功率因子校正级电路与充放电模块配置的电路方块图。在本发明的第五实施例中，与前述第四实施例大致相同，惟充放电模块20的充电单元23耦接电池单元21与功率因子校正级电路10’的一交流输入侧(如图7所示，使充电单元23耦接交流电源100)。当电池单元21进行充电时，充电单元23接收交流电源100所输出的交流电源，并转换成适合对电池单元21充电的电压大小。再者，当交流电源100异常时，电池单元21输出电能，通过升压转换单元22将输出的电压升压，以提供第二直流电源，使各电源模块30接收第二直流电源，且转换第二直流电源，提供各负载200所需的电源，以实现对各负载200的不间断供电。

请参阅图8a至图8c所示，为本发明直流输出不断电电源供应器的第四实施例的电源模块与操作单元配置的电路方块图，其操作单元41与电源模块30之间的控制方式与前述第一实施例的描述相近似，其差异在于第四实施例中的各电源模块30’相较于第一实施例中的各电源模块30更包括一隔离式拓朴结构31，其他部分可参见第一实施例相应的记载说明，在此不再赘述。

在使用本发明所述任一实施例的直流输出不断电电源供应器的期间，当交流电源100正常时，至少一电源模块30接收该一直流电源，且转换第一直流电源，提供至少一负载200所需的电源；当交流电源100异常时，至少一电源模块30接收第二直流电源，且转换第二直流电源，提供至少一负载200所需的电源；此外，由于用户可以通过至少一操作单元41(可以为指拨开关、旋钮等)选择各负载200所需的电源，使至少一电源模块30、30’转换第一直流电源以及第二直流电源的其中一者，对至少一负载200提供不间断供电；为此，让用户可以自由搭配不同数量的负载200、调整各负载200所需功率数值、依使用需求或各负载所需而自由调整至少一电源模块30输出的相关电性数值(如电压值、电流值的其中至少一者)、以及在遭遇市电突然关断的情况下可以保护与其电连接的多数个负载200的安全，以达到缩小体积、降低生产成本以及避免因突发性的电力中断而导致硬件毁损与数据遗失的目的。

以上仅为本发明较佳具体实施例的详细说明与图式，惟本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的权利要求为准，凡合于本发明权利要求的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何熟悉该项技艺者在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本案的专利范围。