一种不断电系统的制作方法

技术领域：

本发明涉及一种不断电系统，尤指一种应用于对负载提供市电模式或电池模式的不断电系统。

背景技术：

一般而言，具有功率因数修正(powerfactorcorrection，pfc)功能的转换器应用于目前不断电系统(uninterruptiblepowersystem，ups)的3kva构架下之电池模式时，在电网异常或停电的情况下不间断地为电器等负载设备提供备援交流电源的供电，以维持电器正常运作的设备。通常情况下不断电系统被用于维持电脑、服务器等关键性商用设备或精密仪器的不间断的供电，防止数据损失、通信中断或装置失去控制。

然而，目前不断电系统(ups)当运作于3kva构架下之电池模式时，传统的直流对直流(dc-to-dc)转换器为推挽式(push-pull)构架，不同于交流电网一端的boost升压电路。如此一来会占据电路板上过多的布线面积，增加电路板基材与制程时间，对于不断电系统之体积与成本都将因此增加。

为此，如何设计出一种改进式的不断电系统，特别是在线路构架简化的改进，来解决前述不断电系统之体积与成本增加的技术问题，乃为所研究的重要课题。

技术实现要素：
：

本发明的目的在于提供一种不断电系统，通过在线路构架简化的改进，解决前述不断电系统之体积与成本增加的技术问题，而达到降低生产成本、提高生产效率以及使用上便携的目的。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种不断电系统，应用于对一负载提供一市电模式或一电池模式的不断电供电，该不断电系统包括：

第一电路，耦接交流电源的火线端；该第一电路包括第一功率开关电路以及备援电池；其中，该第一功率开关电路耦接该火线端；

第二电路，耦接该火线端、该第一电路以及交流电源的中性线端；该第二电路包括彼此耦接的储能单元、第二功率开关电路以及第三功率开关电路；其中，该储能单元耦接该火线端以及该第一功率开关电路，该第二功率开关电路以及该第三功率开关电路均耦接该储能单元以及该中性线端；该第三功率开关电路耦接该第一功率开关电路；以及

第三电路，耦接该第一功率开关电路、该第二功率开关电路、该第三功率开关电路以及该中性线端；

其中，当该交流电源正常时，该交流电源通过该第二电路以及该第三电路对该负载提供该市电模式的供电；当该交流电源异常时，该备援电池通过该第一功率开关电路、该第二电路以及该第三电路对该负载提供该电池模式的供电。

进一步，该第一功率开关电路包括第一二极体以及第一电晶体开关；其中，该第一二极体的阴极耦接该火线端以及该储能单元，该第一电晶体开关耦接该第三功率开关电路以及该第三电路，且该备援电池耦接于该第一二极体的阳极以及该第一电晶体开关之间。

进一步，其中，该第二功率开关电路包括串联耦接的第二二极体以及第二晶体管开关；其中，该第二二极体的阳极耦接该储能单元以及该第三功率开关电路，该第二二极体的阴极耦接该第二晶体管开关以及该第三电路；该第二晶体管开关耦接该第三功率开关电路、该第三电路以及该中性线端。

进一步，其中，该第三功率开关电路包括串联耦接的第三二极体以及一第三电晶体开关；其中，该第三二极体的阴极耦接该储能单元、该第二二极体的阳极，该第三二极体的阳极耦接该第一电晶体开关、该第三电晶体开关以及该第三电路；该第三电晶体开关耦接该第二晶体管开关、该第一电晶体开关、该第三电路以及该中性线端。

进一步，该第三电路包括串联耦接的第四二极体、第一电容器、第二电容器以及第五二极体；其中，该第四二极体的阳极耦接该第二二极体的阴极以及该第二晶体管开关，该第四二极体的阴极耦接该第一电容器；该第一电容器耦接该第二晶体管开关、该第三电晶体开关、该第二电容器以及该中性线端；该第二电容器耦接该第二晶体管开关、该第三电晶体开关、该第五二极体的阳极以及该中性线端；该第五二极体的阴极耦接至该第三二极体的阳极、该第三电晶体开关以及该第一电晶体开关。

进一步，其中，当运作于该市电模式，且当系统为一正半周操作时：该第一电晶体开关关断、该第二晶体管开关导通且该第三电晶体开关关断，该储能单元为储能操作；以及该第一电晶体开关关断、该第二晶体管开关关断且该第三电晶体开关关断，该储能单元为释能操作。

进一步，当该储能单元为储能操作时，该火线端、该储能单元、该第二二极体、该第二晶体管开关以及该中性线端形成第一储能路径；以及当该储能单元为释能操作时，该火线端、该储能单元、该第二二极体、该第四二极体、该第一电容器以及该中性线端形成第一释能路径。

进一步，当运作于该市电模式，且当系统为一负半周操作时：该第一电晶体开关关断、该第二晶体管开关关断且该第三电晶体开关导通，该储能单元为储能操作；以及该第一电晶体开关关断、该第二晶体管开关关断且该第三电晶体开关关断，该储能单元为释能操作。

进一步，当该储能单元为储能操作时，该中性线端、该第三电晶体开关、该第三二极体、该储能单元以及该火线端形成第二储能路径；以及当该储能单元为释能操作时，该中性线端、该第二电容器、该第五二极体、该第三二极体、该储能单元以及该火线端形成第二释能路径。

进一步，当运作于该电池模式，且当系统为一正半周操作时：该第一电晶体开关导通、该第二晶体管开关导通且该第三电晶体开关导通，该储能单元为储能操作；以及该第一电晶体开关导通、该第二晶体管开关关断且该第三电晶体开关导通，该储能单元为释能操作。

进一步，当该储能单元为储能操作时，该备援电池的正极、该第一二极体、该储能单元、该第二二极体、该第二晶体管开关、该第三电晶体开关、该第一电晶体开关以及该备援电池的负极形成第三储能路径；以及当该储能单元为释能操作时，该备援电池的该正极、该第一二极体、该储能单元、该第二二极体、该第四二极体、该第一电容器、该第三电晶体开关、该第一电晶体开关以及该备援电池的该负极形成第三释能路径。

进一步，当运作于该电池模式，且当系统为一负半周操作时：该第一电晶体开关导通、该第二晶体管开关导通且该第三电晶体开关导通，该储能单元为储能操作；以及该第一电晶体开关导通、该第二晶体管开关导通且该第三电晶体开关关断，该储能单元为释能操作。

进一步，当该储能单元为储能操作时，该备援电池的正极、该第一二极体、该储能单元、该第二二极体、该第二晶体管开关、该第三电晶体开关、该第一电晶体开关以及该备援电池的负极形成第四储能路径；以及当该储能单元为释能操作时，该备援电池的该正极、该第一二极体、该储能单元、该第二二极体、该第二晶体管开关、该第二电容器、该第五二极体、该第一电晶体开关以及该备援电池的该负极形成第四释能路径。

进一步，该储能单元为电感器，且该备援电池为锂电池或铅酸电池。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、在使用本发明所述的不断电系统时，如交流电源正常，交流电源通过第二电路以及第三电路对负载提供市电模式的供电，其中，第二电路以及第三电路可以对交流电源进行电压转换处理(例如：boost升压)之后提供给负载；如交流电源异常(例如：突波、欠电压或停电)，第一电路的第一功率开关电路以及第二电路的第二功率开关电路与第三功率开关电路可以透过电路上导通与关断的控制，使得备援电池输出的电能可以通过第一功率开关电路进入第二电路以及第三电路进行电压转换处理，使得备援电池通过第一功率开关电路、第二电路以及第三电路对负载提供电池模式的供电。

为此，在交流电源异常时，仅通过第一功率开关电路，即可使得备援电池通过第二电路以及第三电路进行电压转换处理，而不需要额外独立于交流电源流经路径之外的其他电压转换电路(例如：push-pull转换器)，本发明通过线路构架简化的改进，不需要占据额外的电路板体积与其布线面积，可以减少电路板基材与制程时间，进而解决不断电系统之体积与成本增加的技术问题，而达到降低生产成本、提高生产效率以及使用上便携使用的目的。

附图说明

图1为本发明不断电系统之一实施例配置于不断电系统中的构架示意图；

图2为本发明不断电系统之该实施例的电路图；

图3为本发明不断电系统之该实施例运作于市电模式且正半周操作时的第一储能路径示意图；

图4为本发明不断电系统之该实施例运作于市电模式且正半周操作时的第一释能路径示意图；

图5为本发明不断电系统之该实施例运作于市电模式且负半周操作时的第二储能路径示意图；

图6为本发明不断电系统之该实施例运作于市电模式且负半周操作时的第二释能路径示意图；

图7为本发明不断电系统之该实施例运作于电池模式且正半周操作时的第三储能路径示意图；

图8为本发明不断电系统之该实施例运作于电池模式且正半周操作时的第三释能路径示意图；

图9为本发明不断电系统之该实施例运作于电池模式且负半周操作时的第四储能路径示意图；以及

图10为本发明不断电系统之该实施例运作于电池模式且负半周操作时的第四释能路径示意图。

其中10第一电路、11第一功率开关电路、12备援电池、20第二电路、21储能单元、22第二功率开关电路、23第三功率开关电路、30第三电路、d1第一二极体、d2第二二极体、d3第三二极体、d4第四二极体、d5第五二极体、q1第一电晶体开关、q2第二晶体管开关、q3第三电晶体开关、200负载、300输入滤波电路、400逆变器、500输出滤波电路、c1第一电容器、c2第二电容器、l火线端、n中性线端、lns1第一储能路径、lns2第二储能路径、lns3第三储能路径、lns4第四储能路径、lnr1第一释能路径、lnr2第二释能路径、lnr3第三释能路径、lnr4第四释能路径、b1备援电池、l1电感器。

具体实施方式：

以下是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之内容轻易地了解本发明之其他优点及功效。本发明也可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也可基于不同观点与应用在不悖离本发明之精神下进行各种修饰与变更。

须知，本说明书所附图式绘示之结构、比例、大小、元件数量等，均仅用以配合说明书所揭示之内容，以供熟悉此技术之人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施之限定条件，故不具技术上之实质意义，任何结构之修饰、比例关系之改变或大小之调整，在不影响本发明所能产生之功效及所能达成之目的下，均应落在本发明所揭示之技术内容得能涵盖之范围内。

具体实施方式一：请参阅图1及图2所示，其中，图1为本发明所述不断电系统之一实施例配置于不断电系统中的构架示意图；图2为本发明所述不断电系统之该实施例的电路图。本发明的不断电系统之一实施例，应用于对负载200提供市电模式或电池模式的不断电供电，不断电系统包括：第一电路10、第二电路20以及第三电路30。

其中，第一电路10耦接交流电源的火线端l。第一电路10包括第一功率开关电路11以及备援电池12(如图中元件标记b1，在本实施例中可以是锂电池或铅酸电池，但不以此限制本发明)；其中，第一功率开关电路11耦接火线端l。详细而言，第一功率开关电路11包括第一二极体d1以及第一电晶体开关q1。第一二极体d1的阴极耦接火线端l以及第二电路20的储能单元21(在本实施例中为电感器l1)，第一电晶体开关q1耦接第三功率开关电路23以及第三电路30，且备援电池12耦接于第一二极体d1的阳极以及第一电晶体开关q1之间。

第二电路20耦接交流电源的火线端l、第一电路10以及交流电源的中性线端n。第二电路20包括彼此耦接的储能单元21(在本实施例中为电感器l1)、第二功率开关电路22以及第三功率开关电路23。储能单元21耦接火线端l以及第一功率开关电路11。第二功率开关电路22以及第三功率开关电路23均耦接储能单元21以及中性线端n。第三功率开关电路23耦接第一功率开关电路11。详细而言，第二功率开关电路22包括串联耦接的第二二极体d2以及第二晶体管开关q2。其中，第二二极体d2的阳极耦接储能单元21以及第三功率开关电路23，第二二极体d2的阴极耦接第二晶体管开关q2以及第三电路30；第二晶体管开关q2耦接第三功率开关电路23、

第三电路30以及中性线端n。第三功率开关电路23包括串联耦接的第三二极体d3以及第三电晶体开关q3。其中，第三二极体d3的阴极耦接储能单元21、第二二极体d2的阳极，第三二极体d3的阳极耦接第一电晶体开关q1、第三电晶体开关q3以及第三电路30。第三电晶体开关q3耦接第二晶体管开关q2、第一电晶体开关q1、第三电路30以及中性线端n。

第三电路30耦接第一功率开关电路11、第二功率开关电路22、第三功率开关电路23以及中性线端n。详细而言，第三电路30包括串联耦接的第四二极体d4、第一电容器c1、第二电容器c2以及第五二极体d5。其中，第四二极体d4的阳极耦接第二二极体d2的阴极以及第二晶体管开关q2，第四二极体d4的阴极耦接第一电容器c1。第一电容器c1耦接第二晶体管开关q2、第三电晶体开关q3、第二电容器c2以及中性线端n。第二电容器c2耦接第二晶体管开关q2、第三电晶体开关q3、第五二极体d5的阳极以及中性线端n。第五二极体d5的阴极耦接至第三二极体d3的阳极、第三电晶体开关q3以及第一电晶体开关q1。

附带一提，前述的各晶体管开关可为，例如但不限制是金属氧化物半导体场效晶体管(mosfet)、双载子接面晶体管(bjt)或绝缘栅双极晶体管(igbt)。

在本发明之所述实施例中，所述不断电系统是耦接输入滤波电路300，其中输入滤波电路300系可为emi滤波电路，用以滤除输入之交流电源的电磁干扰(electromagneticinterference，emi)等噪声(如图1所示)，且所述不断电系统透过耦接逆变器400对所述不断电系统输出的直流供电进行为交流供电的转换，以及透过耦接输出滤波电路500，其中输出滤波电路500系可为emi滤波电路，用以滤除输出至负载200的电磁干扰等噪声。其中，当交流电源正常时，交流电源通过第二电路20以及第三电路30对负载200提供市电模式的供电；当交流电源异常时，备援电池b1通过第一功率开关电路11、第二电路20以及第三电路30对负载200提供电池模式的供电。

具体实施方式二：请参阅图3、图4所示，图3为本发明所述不断电系统之该实施例运作于市电模式且正半周操作时的第一储能路径示意图；图4为本发明所述不断电系统之该实施例运作于市电模式且正半周操作时的第一释能路径示意图。所述之不断电系统当运作于市电模式(交流电源正常时)，且当不断电系统为正半周操作时：

如图3所示，通过控制第一电晶体开关q1关断、第二晶体管开关q2导通、第三电晶体开关q3关断。此时，储能单元21(即电感器l1)为储能操作(energy-storingoperation)。当储能单元21为储能操作时，火线端l、储能单元21、第二二极体d2、第二晶体管开关q2以及中性线端n形成第一储能路径lns1。

如图4所示，通过控制第一电晶体开关q1关断、第二晶体管开关q2关断、第三电晶体开关q3关断。此时，储能单元21为释能操作(energy-releasingoperation)。当储能单元21为释能操作时，火线端l、储能单元21、第二二极体d2、第四二极体d4、第一电容器c1以及中性线端n形成第一释能路径lnr1。

具体实施方式三：请参阅图5、图6所示，图5为本发明所述不断电系统之该实施例运作于市电模式且负半周操作时的第二储能路径示意图；图6为本发明所述不断电系统之该实施例运作于市电模式且负半周操作时的第二释能路径示意图。所述之不断电系统当运作于市电模式(交流电源正常时)，且当不断电系统为负半周操作时：

如图5所示，通过控制第一电晶体开关q1关断、第二晶体管开关q2关断、第三电晶体开关q3导通。此时，储能单元21为储能操作。当储能单元21为储能操作时，中性线端n、第三电晶体开关q3、第三二极体d3、储能单元21以及火线端l形成第二储能路径lns2。

如图6所示，通过控制第一电晶体开关q1关断、第二晶体管开关q2关断、第三电晶体开关q3关断。此时，储能单元21为释能操作。当储能单元21为释能操作时，中性线端n、第二电容器c2、第五二极体d5、第三二极体d3、储能单元21以及火线端l形成一第二释能路径lnr2。

具体实施方式四：请参阅图7、图8所示，图7为本发明所述不断电系统之该实施例运作于电池模式且正半周操作时的第三储能路径示意图；图8为本发明所述不断电系统之该实施例运作于电池模式且正半周操作时的第三释能路径示意图。所述之不断电系统当运作于电池模式(交流电源异常时)，且当不断电系统为正半周操作时：

如图7所示，通过控制第一电晶体开关q1导通、第二晶体管开关q2导通、第三电晶体开关q3导通。此时，储能单元21为储能操作。当储能单元21为储能操作时，备援电池12(即b1)的正极、第一二极体d1、储能单元21、第二二极体d2、第二晶体管开关q2、第三电晶体开关q3、第一电晶体开关q1以及备援电池12的负极形成第三储能路径lns3。

如图8所示，通过控制第一电晶体开关q1导通、第二晶体管开关q2关断、第三电晶体开关q3导通。此时，储能单元21为释能操作。当储能单元21为释能操作，备援电池b1的正极、第一二极体d1、储能单元21、第二二极体d2、第四二极体d4、第一电容器c1、第三电晶体开关q3、第一电晶体开关q1以及备援电池12的负极形成第三释能路径lnr3。

具体实施方式五：请参阅图9、图10所示，图9为本发明所述不断电系统之该实施例运作于电池模式且负半周操作时的第四储能路径示意图；图10为本发明所述不断电系统之该实施例运作于电池模式且负半周操作时的第四释能路径示意图。所述之不断电系统当运作于电池模式(交流电源异常时)，且当不断电系统为负半周操作时：

如图9所示，通过控制第一电晶体开关q1导通、第二晶体管开关q2导通、第三电晶体开关q3导通。此时，储能单元21为储能操作。当储能单元21为储能操作时，备援电池b1的正极、第一二极体d1、储能单元21、第二二极体d2、第二晶体管开关q2、第三电晶体开关q3、第一电晶体开关q1以及备援电池12的负极形成第四储能路径lns4。

如图10所示，通过控制第一电晶体开关q1导通、第二晶体管开关q2导通、第三电晶体开关q3关断。此时，储能单元21为释能操作。当储能单元21为释能操作，备援电池b1的正极、第一二极体d1、储能单元21、第二二极体d2、第二晶体管开关q2、第二电容器c2、第五二极体d5、第一电晶体开关q1以及备援电池12的负极形成第四释能路径lnr4。

如前所述，在使用本发明所述之不断电系统时，如交流电源正常，交流电源通过第二电路20以及第三电路30对负载200提供市电模式的供电，其中，第二电路20以及第三电路30可以对交流电源进行电压转换处理(例如：boost升压)之后提供给负载200；如交流电源异常(例如：突波、欠电压或停电)，第一电路10的第一功率开关电路11以及第二电路20的第二功率开关电路22与第三功率开关电路23可以通过电路的导通与关断控制，使得备援电池12输出的电能可以通过第一功率开关电路11进入第二电路20以及第三电路30进行电压转换处理，使得备援电池12通过第一功率开关电路11、第二电路20以及第三电路30对负载200提供电池模式的供电。

为此，在交流电源异常时，仅通过第一功率开关电路11，即可使得备援电池12通过第二电路20以及第三电路30进行电压转换处理，而不需要额外独立于交流电源流经路径之外的其他电压转换电路(例如：push-pull转换器)，本发明通过线路构架简化的改进，不需要占据额外的电路板体积与其布线面积，可以减少电路板基材与制程时间，进而解决不断电系统之体积与成本增加的技术问题，而达到降低生产成本、提高生产效率以及使用上便携使用的目的。

除此之外，本发明所述备援电池12可采用传统的铅酸电池，或是采用锂电池。

以上所述，仅为本发明较佳具体实施例之详细说明与图式，惟本发明之特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明之所有范围应以下述之申请专利范围为准，凡合于本发明申请专利范围之精神与其类似变化之实施例，皆应包括于本发明之范畴中，任何熟悉该项技艺者在本发明之领域内，可轻易思及之变化或修饰皆可涵盖在以下本案之专利范围。