CN108462390B - 不断电***用的升压模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种不断电***用的升压模块，可电性连接至一逆变器与一电池，升压模块包括一第一电感、一第一电容、一第二电容、一第一开关单元、一第二开关单元及一第三开关单元，不断电***在市电模式或电池模式时，分别控制各开关单元，使第一电感受一电压输入端输入的电压进行充电，再由第一电容或第二电容接收第一电感输出的电压，透过对各开关单元的控制以简化原有电路的设计。

Description

不断电***用的升压模块
技术领域
本发明是有关于一种不断电***用的升压模块，尤其是可有效简化电路的不断电***用的升压模块。
背景技术
在不断电***(UPS)中，因为电池的蓄电提供了可靠的电能量，保证了不间断***能够稳定的运行。以往的不断电***(UPS)大都是使用铅酸电池，并透过推挽式转换器(Push-Pull)将电池的电压提升，再将提升的电压输出至逆变器(inverter)。
然而，习知的不断电***的电池必需透过推挽式转换器才能进行提升电压，将增加整体电路复杂度，不断电***也必需增加额外的体积以配合具有推挽式转换器的电路的设置，且电池通过推挽式转换器输出电压，将会造成电压输出效率下降。
因此，如何设计出一种不需透过推挽式转换器，即可直接将电池的电压输出，令电路得以简化，整体***的体积获得缩减，并提高电池的电压输出效率，都会是本案所要着重的问题与焦点。
发明内容
本发明的目的在提供一种令电路有效简化的不断电***用的升压模块。
本发明的另一目的在提供一种简化电路设计，使电路面积得到缩减的不断电***用的升压模块。
本发明的又一目的在提供一种提高电池的电压输出效率的不断电***用的升压模块。
本发明为一种不断电***用的升压模块，可电性连接至一逆变器与一电池，所述不断电***具有一市电模式及一电池模式，所述升压模块包括一第一电感、一第一电容、一第二电容、一第一开关单元、一第二开关单元、一第三开关单元，第一电感具有一第一端及一第二端，所述第一电感的第一端电性连接至一电压输入端，第一电容具有一第一端及第二端，所述第一电容的第一端电性连接至所述第一电感的第二端与所述逆变器，所述第一电容的第二端电性连接至一参考电位，所述第二电容具有一第一端及第二端，所述第二电容的第一端电性连接至所述第一电容的第二端及参考电位，所述第二电容的第二端电性连接至所述逆变器、所述电池的负极及所述第一电感的第二端，所述第一开关单元的一端电性连接至所述第一电感的第二端、所述第一电容的第一端及所述第二电容的第二端，所述第一开关单元的另一端电性连接至所述第一电容的第二端及第二电容的第一端，所述第二开关单元的一端电性连接至所述第二电容的第二端及所述电池的负极，所述第二开关单元的另一端电性连接至所述参考电位，所述第三开关单元一端电性连接至所述第一电感的第一端，所述第三开关单元的另一端电性连接至所述电池的正极。
其中所述不断电***呈市电模式时，所述第一开关单元呈导通，所述第二及三单元呈断开，所述第一电感受所述电压输入端输入的电压进行充电，当所述第一电感放电且输入的电压为正半周时，所述第一、二及三开关单元呈断开，所述第一电容接收所述第一电感输出的电压，当所述第一电感放电且输入的电压为负半周时，所述第一、二及三开关单元呈断开，所述第二电容接收所述第一电感输出的电压。
其中所述不断电***呈电池模式时，所述第一、二及三开关单元呈导通，所述第一电感受所述电池输入的电压进行充电，当所述第一电感放电且输入的电压为正半周时，所述第一开关单元呈断开，所述第二及三开关单元呈导通，所述第一电容接收所述第一电感输出的电压，当所述第一电感放电且输入的电压为负半周时，所述第一及三开关单元呈导通，所述第二开关单元呈断开，所述第二电容接收所述第一电感输出的电压。
本案为一种不断电***用的升压模块，可透过对各开关单元的控制以简化原有电路的设计，令原有的推挽式转换器可被移除，并且可由升压模块与电池直接电性连接，使得取电效率获得提升，同时电路面积也能得到缩减，并达成上述的所有目的。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合所附图式做详细说明如下。
附图说明
图1为本发明不断电***用的升压模块的电路图。
图2～4为图1呈市电模式时的电流示意图。
图5～7为图1呈电池模式时的电流示意图。
具体实施方式
依照图1所示，升压模块(boost)1可电性连接至一逆变器(inverter)2与一电池(battery)3，而本例的不断电***具有一接收市电的市电模式，及一断电时的电池模式，而本案的电池3是以锂电池为例，其中本案的升压模块1包括一第一电感L1、一第一电容C1、一第二电容C2、一第一开关单元11、一第二开关单元12及一第三开关单元13，第一电感L1具有一第一端L11及一第二端L12，第一端L11电性连接至一电压输入端AC input，第一电容C1具有一第一端C11及第二端C12，第一端C11电性连接至电感L1的第二端L12与逆变器2，第二端C12电性连接至一参考电位VSS，第二电容C2具有一第一端C21及第二端C22，第一端C21电性连接至第一电容C1的第二端C12及参考电位VSS，第二电容C2的第二端C22电性连接至逆变器2、电池3的负极及第一电感L1的第二端L12，第一开关单元11的一端电性连接至电感L1的第二端L12、第一电容C1的第一端C11及第二电C2的第二端C22，第一开关单元11的另一端电性连接至第一电容C1的第二端C12及第二电容C2的第一端C21，第二开关单元12的一端电性连接至第二电容C2的第二端C22及电池3的负极，第二开关单元12的另一端电性连接到参考电位VSS，第三开关单元13的一端电性连接至第一电感L1的第一端L11，第三开关单元13的另一端电性连接至电池3的正极。
一并参考图2-4所示，为本案的不断电***在市电模式时的电路图，用以说明电流的方向，一开始第一开关单元11呈导通，第二及三开关单元12、13呈断开，第一电感L1受电压输入端AC input输入的电压进行充电(如图2所示)，当第一电感L1进行放电且电压输入端AC input输入的电压为正半周时，第一、二及三开关单元11、12、13呈断开，第一电容C1接收第一电感L1输出的电压以进行充电(如图3所示)，接下来第一开关单元11呈导通，第二及三单元12、13呈断开，第一电感L1再次受电压输入端AC input输入的电压进行充电(如图2所示)，当第一电感L1再次进行放电，由于此次电压输入端AC input输入的电压为负半周，因此第一、二及三开关单元11、12、13呈断开，并由第二电容C2接收第一电感L1输出的电压以进行充电(如图4所示)。
一并参考图5-7所示，为本案的不断电***在电池模式时的电路图，用以说明电流的方向，一开始第一、二、三开关单元11、12、13呈导通，第一电感L1受电池3输入的电压进行充电(如图5所示)，当第一电感L1进行放电且电池3输入的电压为正半周时，第一开关单元11呈断开，第二及三开关单元12、13呈导通，第一电容C1接收第一电感L1输出的电压以进行充电(如图6所示)，接下来第一、二及三开关单元11、12、13呈导通，第一电感L1再次受电池输入的电压进行充电(如图5所示)，当第一电感L1再次进行放电，由于此次电池输入的电压为负半周，因此第一及三开关单元11呈导通，第二开关单元12呈断开，并由第二电容C2接收第一电感L1输出的电压以进行充电(如图7所示)。
其中，本例的第一开关单元11包括一第一晶体管Q1及一第二晶体管Q2，第二开关单元12包括一第三晶体管Q3，第三开关单元13包括一第四晶体管Q4，各晶体管Q1～Q4分别具有一输入端、一输出端及一控制端，其中第一晶体管Q1的输入端Q12电性连接至第一电感L1的第二端L12、第一电容C1的第一端C11及第二电容C2的第二端C22，第一晶体管Q1的输出端Q11电性连接至第二晶体管Q2的输出端Q21，第二晶体管Q2的输入端Q22电性连接至参考电位VSS，第三晶体管Q3的输出端Q31电性连接至第二电容C2的第二端C22及电池3的负极，第三晶体管Q3的输入端Q32电性连接至参考电位VSS，第四晶体管Q4的输入端Q42电性导接至电池3的正极，第四晶体管Q4的输出端Q41电性导接至第一电感L1的第一端L11。
因此，当不断电***呈市电模式时，第一及二晶体管Q1、Q2的控制端接收讯号呈导通，第三及四晶体管Q3、Q4呈断开(如图2所示)，当第一电感L1放电且输入的电压为正半周时，第一、二、三及四晶体管Q1～Q4呈断开，第一电容C1接收第一电感L1输出的电压(如图3所示)，当第一电感L1放电且输入的电压为负半周时，第一、二、三及四Q1～Q4晶体管呈断开，第二电容C2接收第一电感L1输出的电压(如图4所示)。
当不断电***呈电池模式时，第一、二、三及四晶体管Q1～Q4的控制端接收讯号呈导通(如图5所示)，当第一电感L1放电且输入的电压为正半周时，第一及二晶体管Q1、Q2呈断开，第三及四晶体管Q3、Q4的控制端接收讯号呈导通，第一电容C1接收第一电感L1输出的电压(如图6所示)，当第一电感L1放电且输入的电压为负半周时，第一、二及四晶体管Q1、Q2及Q4的控制端接收讯号呈导通，第三晶体管呈断开，第二电容C2接收第一电感L1输出的电压(如图7所示)。
另方面，本案的升压模块1还可更包括一第一二极管D1、一第二二极管D2、一第三二极管D3及一第四二极管D4，各二极管D1～D4分别具有一输入端及一输出端，其中第一二极管D1的输入端电性连接至第一电感L1的第二端L12、第一晶体管Q1的输入端Q12，第一二极管D1的输出端D12电性连接至第一电容C1的第一端C11及该逆变器2第二二极管D2的输入端电性连接至第二电容C2的第二端C21、逆变器2及第三二极管D3的输入端，第三二极管D3的输出端电性连接至第三晶体管Q3的输出端Q31及电池3的负极，第四二极管D4的输入端电性连接至第四晶体管Q4的输出端，第四二极管D4的输出端电性连接至第一电感L1的第一端L11。
而本案所述的逆变器2，则可包括一第五晶体管Q5、一第六晶体管Q6及一第二电感L2，各晶体管Q5、Q6分别具有一输入端、一输出端及一控制端，第二电感L2具有一第一端L21及一第二端L22，第五晶体管Q5的输入端Q52电性导接至第一电容C1的第一端C11，第五晶体管Q5的输出端Q51电性导接至第六晶体管Q6的输入端Q62及第二电感L2的第一端L21，第六晶体管Q6的输出端Q61电性导接至第二电容C2的第二端C22，第二电感L2的第二端L22电性导接至一输出端AC output。
在本例中，每一晶体管更可分别电性连接一本体二极管(Body Diode)，本体二极管具有一输入端及一输出端，本体二极管的输入端电性导接至对应的各晶体管的输出端，本体二极管的输出端电性导接至对应的各晶体管的输入端。
其中，升压模块1更可包括一个控制开关SW，控制开关SW电性连接至一第一电感L1的第一端L11及电压输入端AC input之间，当不断电***呈市电模式时，控制开关SW呈导通，当不断电***呈电池模式时，控制开关SW呈断开。
本发明为一种不断电***用的升压模块，是透过控制讯号对各开关单元进行控制，令升压模块的电路可供共享以取代原有的推挽式转换器(Push-Pull)的电路结构，如此一来，不仅可简化原有电路的设计，由于升压模块与电池直接电性连接，使得取电效率获得提升，同时电路面积也能得到缩减，并达成上述的所有目的。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当是权利要求所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种不断电***用的升压模块，其电性连接至一逆变器与一电池，该不断电***具有一市电模式及一电池模式，其特征在于包括：
一第一电感，具有一第一端及一第二端，该第一电感的第一端电性连接至一电压输入端；
一第一电容，具有一第一端及第二端，该第一电容的第一端电性连接至该第一电感的第二端与该逆变器，该第一电容的第二端电性连接至一参考电位；
一第二电容，具有一第一端及第二端，该第二电容的第一端电性连接至该第一电容的第二端及参考电位，该第二电容的第二端电性连接至该逆变器、该电池的负极及该第一电感的第二端；
一第一开关单元，其一端电性连接至该第一电感的第二端、该第一电容的第一端及该第二电容的第二端，该第一开关单元的另一端电性连接至该第一电容的第二端及第二电容的第一端；
一第二开关单元，其一端电性连接至该第二电容的第二端及该电池的负极，第二开关单元的另一端电性连接至该参考电位；
一第三开关单元，其一端电性连接至该第一电感的第一端，该第三开关单元的另一端电性连接至该电池的正极；
其中该不断电***呈市电模式时，该第一开关单元呈导通，该第二及三开关单元呈断开，该第一电感受该电压输入端输入的电压进行充电，当该第一电感放电且输入的电压为正半周时，该第一、二及三开关单元呈断开，该第一电容接收该第一电感输出的电压，当该第一电感放电且输入的电压为负半周时，该第一、二及三开关单元呈断开，该第二电容接收该第一电感输出的电压；
其中该不断电***呈电池模式时，该第一、二及三开关单元呈导通，该第一电感受该电池输入的电压进行充电，当该第一电感放电且输入的电压为正半周时，该第一开关单元呈断开，该第二及三开关单元呈导通，该第一电容接收该第一电感输出的电压，当该第一电感放电且输入的电压为负半周时，该第一及三开关单元呈导通，该第二开关单元呈断开，该第二电容接收该第一电感输出的电压。
2.如权利要求1所述的升压模块，其特征在于该第一开关单元包括一第一晶体管及一第二晶体管，该第二开关单元包括一第三晶体管，该第三开关单元包括一第四晶体管，各该晶体管分别具有一输入端、一输出端及一控制端，其中该第一晶体管的输入端电性连接至该第一电感的第二端、该第一电容的第一端及该第二电容的第二端，该第一晶体管的输出端电性连接至该第二晶体管的输出端，该第二晶体管的输入端电性连接至该参考电位，该第三晶体管的输出端电性连接至该第二电容的第二端及该电池，该输入端电性连接至该参考电位，该第四晶体管的输入端电性导接至该电池的正极，该输出端电性导接至该第一电感的第一端。
3.如权利要求2所述的升压模块，其特征在于该不断电***呈市电模式时，第一及二晶体管的控制端接收讯号呈导通，该第三及四晶体管呈断开，当该第一电感放电且输入的电压为正半周时，该第一、二、三及四晶体管呈断开，当该第一电感放电且输入的电压为负半周时，该第一、二、三及四晶体管呈断开；其中该不断电***呈电池模式时，该第一、二、三及四晶体管的控制端接收讯号呈导通，当该第一电感放电且输入的电压为正半周时，该第一及二晶体管呈断开，该第三及四晶体管的控制端接收讯号呈导通，当该第一电感放电且输入的电压为负半周时，该第一、二及四晶体管的控制端接收讯号呈导通，该第三晶体管呈断开。
4.如权利要求2所述的升压模块，其特征在于该升压模块更包括一第一二极管、一第二二极管、一第三二极管及一第四二极管，各该二极管分别具有一输入端及一输出端，其中该第一二极管的输入端电性连接至该第一电感的第二端、该第一晶体管的输入端，该第一二极管的输出端电性连接至该第一电容的第一端及该逆变器，该第二二极管的输入端电性连接至该第二电容的第二端、该逆变器及该第三二极管的输入端，该第三二极管的输出端电性连接至该第三晶体管的输出端及该电池的负极，该第四二极管的输入端电性连接至该第四晶体管的输出端，该第四二极管的输出端电性连接至该第一电感的第一端。
5.如权利要求2所述的升压模块，其特征在于该逆变器包括一第五晶体管、一第六晶体管及一第二电感，各该晶体管分别具有一输入端、一输出端及一控制端，该第二电感具有一第一端及一第二端，该第五晶体管的输入端电性导接至该第一电容的第一端，该第五晶体管的输出端电性导接至该第六晶体管的输入端及该第二电感的第一端，该第六晶体管的输出端电性导接至该第二电容的第二端，该第二电感的第二端电性导接至一电压输出端。
6.如权利要求2或5所述的升压模块，其特征在于各该晶体管分别电性连接一本体二极管，该本体二极管具有一输入端及一输出端，该本体二极管的输入端电性导接至对应的各该晶体管的输出端，该本体二极管的输出端电性导接至对应的各该晶体管的输入端。
7.如权利要求1所述的升压模块，其特征在于该升压模块更包括一个控制开关，该控制开关电性连接至该第一电感的该一第一端及该电压输入端之间，当该不断电***呈市电模式时，该控制开关呈导通，当该不断电***呈电池模式时，该控制开关呈断开。
8.如权利要求1所述的升压模块，其特征在于该电池为锂电池。
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