TWI511417B - 直流不斷電系統及裝置 - Google Patents

Description

直流不斷電系統及裝置

本發明是有關於一種不斷電系統及裝置，特別是指一種針對直流電源的直流不斷電系統及裝置。

參見圖1所示，習知一種不斷電裝置1具有一將三相交流電源300轉成單相交流電源的電壓分配器11，一將電壓分配器11輸出的單相交流電源轉成一直流電的電源供應單元13，其輸出直流電供給伺服器200，同時輸出直流電至一充電電路31，使將直流電轉成電池33的額定電壓並對電池33充電。電池33還與一變壓模組35電耦接，且一開關37電耦接在電池33與一伺服器200之間並受電源供應單元13控制。當交流電源300停止輸出電力時，電源供應單元13控制開關37導接變壓模組35與伺服器200，使電池33輸出電力並經由變壓模組35轉成伺服器200所需的直流電，再經由開關37供給伺服器200，藉此達到不斷電的目的。

但習知不斷電裝置1只能供單一負載使用，且不能與相鄰的不斷電裝置連結，而無法適時提供電力給使 用相鄰的不斷電裝置的負載。此外，習知不斷電裝置1的變壓模組35大多採用電路複雜且體積較大的交換(切換)式直流-直流轉換器，使得不斷電裝置1的整體體積無法縮減，而不適於應用在訴求輕薄短小的電子產品中。

因此，本發明的一目的在於提供一種包括複數並聯且可相互備援的直流不斷電裝置的直流不斷電系統，使其中的每一直流不斷電裝置可以適時提供電力給相鄰並聯的該直流不斷電裝置。

本發明的另一目的在於提供一種包括複數並聯且可相互備援的直流不斷電裝置的直流不斷電系統，其中的直流不斷電裝置能有效縮小整體體積並提升其反應速度。

於是，本發明一種直流不斷電系統，包含複數個可相互備援的不斷電裝置，每個不斷電裝置接受一直流電源輸入以供應電力給一負載，該等不斷電裝置互相並聯，且每個不斷電裝置均包含：一電力線，與該負載電耦接，且其一端與該直流電源電耦接，以傳輸一第一電流給該負載；一電池模組，與該電力線電耦接，以取得該直流電源的電力並儲存；一電壓偵測電路，與該電力線電耦接，並於偵測該直流電源的一電壓低於一第一預設值時，產生一第一觸發訊號；一電流偵測電路，電耦接在該電力線與一相鄰的不斷電裝置的一電力線之間，並於偵測到該相鄰的直流不斷電裝置在該電力線上所傳輸的該第一電流 低於一第二預設值時，產生一第二觸發訊號；一第一開關，電耦接在該電力線上，用以導接或斷開該電流偵測電路與該電力線；及一控制單元，與該電池模組、該電壓偵測電路、該電流偵測電路及該第一開關電耦接，且根據該第一觸發訊號控制該電池模組輸出電力至該電力線，並根據該第二觸發訊號控制該第一開關導接該電力線與該電流偵測電路。

較佳地，在該第一開關導接該電力線與該電流偵測電路之後，該電流偵測電路偵測該電力線上流至該相鄰的直流不斷電裝置的電力線的一第二電流，並判斷該第二電流大於一第三預設值時，產生一第三觸發訊號給該控制單元，使該控制單元根據該第三觸發訊號控制該第一開關斷開該電力線與該電流偵測電路。

較佳地，在該第一開關導接該電力線與該電流偵測電路之後，該電流偵測電路偵測該相鄰的直流不斷電裝置的電力線上傳輸的該第一電流，並判斷該第一電流達到一第四預設值時，則產生一第四觸發訊號給該控制單元，使該控制單元根據該第四觸發訊號控制該第一開關斷開該電力線與該電流偵測電路。

再者，本發明一種直流不斷電裝置，接受一直流電源輸入以供應電力給一負載，且可以與一相鄰的直流不斷電裝置並聯，並包含：一電力線，與該負載電耦接，且其一端與該直流電源電耦接，以傳輸電力給該負載；一電池模組，與該電力線電耦接，以取得該直流電源的電力 並儲存；一電壓偵測電路，與該電力線電耦接，並於偵測該直流電源的一電壓低於一第一預設值時，產生一第一觸發訊號；一電流偵測電路，電耦接在該電力線與該相鄰的不斷電裝置的一電力線之間，並於偵測該相鄰的直流不斷電裝置的該電力線上傳輸的一第一電流低於一第二預設值時，產生一第二觸發訊號；一第一開關，電耦接在該電力線上，位於該電流偵測電路與該直流電源之間；及一控制單元，與該電池模組、該電壓偵測電路、該電流偵測電路及該第一開關電耦接，且根據該第一觸發訊號控制該電池模組輸出電力至該電力線，並根據該第二觸發訊號控制該第一開關導接該電力線與該電流偵測電路。

較佳地，該電池模組包括一電池單元、一充電電路及一放電電路，該充電電路電耦接在該電力線與該電池單元之間，以取得該直流電源的電力並對該電池單元充電，該放電電路電耦接在該電力線與該電池單元之間，以輸出該電池單元的電力至該電力線，且該控制單元根據該第一觸發訊號控制該電池單元輸出電力至該放電電路。

較佳地，該充電電路包含一與該電力線電耦接的直流-直流轉換器及一電耦接在該直流-直流轉換器與該電池單元之間的第二開關，該直流-直流轉換器將該直流電源輸出的電壓轉換成該電池單元的一額定電壓，並經由該第二開關對該電池單元充電。

較佳地，該放電電路包含一與該電池單元電耦接的線性調整器及一電耦接在該線性調整器與該電力線之 間的第三開關，該線性調整器將該電池單元輸出的電壓調整至與該直流電源的電壓相同，再透過該第三開關輸出至該電力線。

較佳地，該控制單元包含一與該電池單元電耦接的電池管理模組和一與該電池管理模組、該電壓偵測電路、該電流偵測電路及該第一開關電耦接的控制器，且該控制器根據該第一觸發訊號透過該電池管理模組控制該電池單元輸出電力，並且該控制器根據該第二觸發訊號控制該第一開關導接該電力線與該電流偵測電路。

較佳地，在該第一開關導接該電力線與該電流偵測電路之後，該電流偵測電路偵測該電力線上流至該相鄰的直流不斷電裝置的一第二電流，並判斷該第二電流大於一第三預設值時，產生一第三觸發訊號給該控制單元，使該控制單元根據該第三觸發訊號控制該第一開關斷開該電力線與該電流偵測電路。

較佳地，在該第一開關導接該電力線與該電流偵測電路之後，該電流偵測電路偵測該相鄰的直流不斷電裝置的該第一電流，並判斷該第一電流達到一第四預設值時，則產生一第四觸發訊號給該控制單元，使該控制單元根據該第四觸發訊號控制該第一開關斷開該電力線與該電流偵測電路。

本發明藉由在直流不斷電裝置的電力線上設置用以電耦接電力線與該相鄰的直流不斷電裝置的第一開關，並且電耦接在第一開關與該相鄰的直流不斷電裝置之 間的電流偵測電路偵測該相鄰的直流不斷電裝置供電不正常時，即產生第一觸發訊號觸發控制單元控制第一開關導接電力線與該相鄰的直流不斷電裝置，以適時透過電力線供電給該相鄰的直流不斷電裝置，而達到直流不斷電裝置之間即時相互支援電力的功效。並且在直流不斷電裝置的該放電電路中採用線性調整器做為降壓轉換電路，可進一步縮小直流不斷電裝置的整體體積、耗電量及成本，並提升放電電路的反應時間。

2、5‧‧‧直流不斷電裝置

3‧‧‧直流電源

4、6‧‧‧負載

21、51‧‧‧電力線

22‧‧‧電池模組

23‧‧‧電壓偵測電路

24‧‧‧第一開關

25‧‧‧電流偵測電路

26‧‧‧控制單元

221‧‧‧充電電路

222‧‧‧電池單元

223‧‧‧放電電路

224‧‧‧直流-直流轉換器

225‧‧‧第二開關

226‧‧‧線性調整器

227‧‧‧第三開關

261‧‧‧電池管理模組

262‧‧‧控制器

400‧‧‧直流不斷電系統

Vdc‧‧‧電壓

I₁ ‧‧‧第一電流

I₂ ‧‧‧第二電流

CS1‧‧‧第一控制訊號

CS2‧‧‧第二控制訊號

DS1‧‧‧第三控制訊號

DS2‧‧‧第四控制訊號

U1~Un‧‧‧直流不斷電裝置

S1~Sn‧‧‧第一開關

L1~Ln‧‧‧負載

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一電路方塊圖，說明習知一種不斷電裝置的電路方塊及其運作方式；圖2是一電路方塊圖，說明本發明直流不斷電裝置的一較佳實施例的主要電路方塊及其運作方式；圖3是一電路示意圖，說明本發明將複數個本實施例的直流不斷電裝置並聯連結成一直流不斷電系統時，可以即時地互相支援電力；及圖4是一電路方塊圖，說明本實施例的直流不斷電裝置的細部電路方塊及其相互連結關係。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參見圖2所示，是本發明直流不斷電裝置2的一較佳實施例，其接受一直流電源3輸入以供應電力給一負載4，且可以與一相鄰的直流不斷電裝置5並聯，並包含一電力線21、一電池模組22、一電壓偵測電路23、一第一開關24、一電流偵測電路25及一控制單元26。其中電力線21與負載4電耦接，且電力線21的一端與直流電源3電耦接，以傳輸電力給負載4，負載4在本實施例中可以是任何使用直流電的電子裝置或電子設備，例如筆記型電腦、伺服器等。而且該相鄰的直流不斷電裝置5與本實施例直流不斷電裝置2具有完全相同的電路架構，且電流偵測電路25是電耦接電力線21與相鄰的直流不斷電裝置5的一電力線51之間，而第一開關24是電耦接在電力線21上，並受控制單元26控制以導接或斷開電流偵測電路25與電力線21。

電池模組22與電力線21電耦接，以取得直流電源3的電力並儲存。電池模組22主要包含一充電電路221、一電池單元222及一放電電路223。充電電路221將直流電源3的電壓Vdc轉成電池單元222的一額定電壓並對電池單元222充電。電池單元222可以是現有的鋰、鎳氫、鎳鎘、鉛酸等可充電電池以複數個相串聯、並聯或串並聯所組成。放電電路223用以將電池單元222輸出的電壓轉成與直流電源Vdc相同的電壓(即負載4所需的電壓)再輸出至電力線21。

電壓偵測電路23與電力線21電耦接，以偵測 直流電源3的一電壓Vdc，並於判斷電壓Vdc低於一第一預設值時，產生一第一觸發訊號。電流偵測電路26電耦接在第一開關24與相鄰的直流不斷電裝置5的電力線51之間，並偵測相鄰的直流不斷電裝置5的電力線51上傳輸的一第一電流I₁ ，且於判斷第一電流I₁ 低於一第二預設值時，產生一第二觸發訊號。控制單元26與電池模組22、電壓偵測電路23、電流偵測電路25及第一開關24電耦接，以根據第一觸發訊號控制電池模組22輸出電力至電力線21，並根據第二觸發訊號控制第一開關24導接電力線21與電流偵測電路25。

因此，當控制單元26收到來自電壓偵測電路23的第一觸發訊號時，表示直流電源3供電不正常，例如停止供電或供電不穩，則控制單元26會控制電池模組22輸出電力至電力線21以供給負載4，而達到使負載4不斷電的目的。

而且，當直流電源3正常供電且控制單元26收到來自電流偵測電路25的第二觸發訊號時，表示相鄰的直流不斷電裝置5無法正常供電，則控制單元26會立即控制第一開關24導接電力線21與電流偵測電路26，使直流電源3能經由電力線21、第一開關24及電流偵測電路25及時供電給電耦接在相鄰的直流不斷電裝置5的電力線51上的負載6，而達到使與相鄰的直流不斷電裝置5電耦接的負載6不斷電的目的。當然，在上述實施例中，即使直流電源3供電不正常而改由電池模組22供電時，電池模組22 亦能夠經由電力線21、第一開關24及電流偵測電路25及時供電給與相鄰的直流不斷電裝置5電耦接的負載6。

再者，在第一開關24導接電力線21與相鄰的直流不斷電裝置5後，電流偵測電路25會持續偵測電力線21上由直流不斷電裝置2流至相鄰的直流不斷電裝置5的電力線51的一第二電流I₂ ，並於判斷第二電流I₂ 大於一第三預設值(過電流)，例如相鄰的直流不斷電裝置5發生短路情況時，產生一第三觸發訊號給控制單元26，令控制單元26根據第三觸發訊號控制第一開關24斷開(不導接)電力線21與電流偵測電路25，以保護直流不斷電裝置2本身電路不致因輸出電流過大(過電流)而燒燬。

另外，當相鄰的直流不斷電裝置5恢復正常供電，且電流偵測電路25偵測到在相鄰的直流不斷電裝置5的電力線51上傳輸的第一電流I₁ ，並判斷第一電流I₁ 達到一第四預設值時，則產生一第四觸發訊號給控制單元26，控制單元26即根據第四觸發訊號控制第一開關24斷開(不導接)電力線21與電流偵測電路25，而不再供電給相鄰的直流不斷電裝置5。

藉此，如圖3所示，藉由將複數個本實施例直流不斷電裝置U1~Un透過其第一開關S1~Sn串聯連結成一直流不斷電系統400時，當其中一個直流不斷電裝置，例如直流不斷電裝置U3無法正常供電給其負載L3時，直流不斷電裝置U2會立即偵測到，並令其第一開關S2即時導接其電力線與直流不斷電裝置U3的電力線，而及時供電 給直流不斷電裝置U3所電耦接的負載L3；同理，當直流不斷電裝置U2無法正常供電時，直流不斷電裝置U1將能及時提供電力給直流不斷電裝置U2，而達到直流不斷電裝置U1~Un之間適時相互支援電力的功效。

再參見圖4，是本實施例直流不斷電裝置2的電池模組22及控制單元26的更細部電路方塊圖。其中電池模組22的充電電路221還包含一直流-直流轉換器224及一第二開關225，放電電路227還包含一與電池單元222電耦接的線性調整器(linear regulator)226及一電耦接在線性調整器226與電力線21之間的第三開關227。且控制單元26還包含一與電池單元222電耦接的電池管理模組261及一控制器262。

直流-直流轉換器224用以將直流電源3的電壓Vdc轉成電池單元222的額定電壓再經由第二開關225對電池單元222充電。而直流-直流轉換器224及第二開關225作動與否則是由控制單元26的控制器262所輸出的一第一控制訊號CS1及一第二控制訊號CS2分別控制，例如控制器262未收到第一觸發訊號時，則控制充電電路221對電池單元222充電直到電池單元222充飽電，而當控制器262收到第一觸發訊號後，即透過電池管理模組261控制電池單元222放電(輸出電力)，同時因為此時直流電源3無法正常供電，所以控制器262會控制充電電路221暫停對電池單元222充電，直到直流電源3恢復正常供電。

此外，控制器262還輸出一第三控制訊號DS1 及一第四控制訊號DS2分別控制線性調整器226及第三開關227作動與否，使線性調整器226對電池單元222輸出的電壓進行降壓，轉換成適於負載4的電壓(與直流電源3的電壓Vdc相同)後，再經由第三開關227送至電力線21以適時供給負載4。例如當控制器262收到第一觸發訊號時，控制器262即控制放電電路223運作，使輸出與直流電流3相同的電壓至電力線21供給負載4使用，直到直流電源3恢復正常供電。

值得一提的是，本實施例之放電電路223採用的線性調整器226又稱低壓差(Low Dropout，簡稱LDO)調整器，其具有反應速度較快、低功耗、體積小、成本低等優點，因此能具體減少直流不斷電裝置2的體積、耗電量及成本，並提升放電電路223及直流不斷電裝置2的反應速度。

綜上所述，本實施例藉由在直流不斷電裝置2的電力線21上設置用以電耦接電力線21與相鄰的直流不斷電裝置5的第一開關25，並且電耦接在第一開關25與相鄰的直流不斷電裝置5之間的電流偵測電路25偵測相鄰的直流不斷電裝置5供電不正常時，即產生第一觸發訊號觸發控制單元26控制第一開關25導接電力線21與相鄰的直流不斷電裝置5，以適時透過電力線21供電給與相鄰的直流不斷電裝置5電耦接的負載，而達到直流不斷電裝置之間適時相互支援電力的功效，並且在放電電路223中採用線性調整器226做為降壓轉換電路，可進一步縮小直流不 斷電裝置2的整體體積、耗電量及成本，並提升放電電路223及直流不斷電裝置2的反應時間，確實達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2、5‧‧‧直流不斷電裝置

3‧‧‧直流電源

4、6‧‧‧負載

21、51‧‧‧電力線

22‧‧‧電池模組

23‧‧‧電壓偵測電路

24‧‧‧第一開關

25‧‧‧電流偵測電路

26‧‧‧控制單元

221‧‧‧充電電路

222‧‧‧電池單元

223‧‧‧放電電路

Vdc‧‧‧電壓

I₁ ‧‧‧第一電流

I₂ ‧‧‧第二電流

Claims (10)

1. 一種直流不斷電系統，包含複數個可相互備援的不斷電裝置，每個不斷電裝置接受一直流電源輸入以供應電力給一負載，該等不斷電裝置互相並聯，且每個不斷電裝置均包含：一電力線，與該負載電耦接，且其一端與該直流電源電耦接，以傳輸一第一電流給該負載；一電池模組，與該電力線電耦接，以取得該直流電源的電力並儲存；一電壓偵測電路，與該電力線電耦接，並於偵測該直流電源的一電壓低於一第一預設值時，產生一第一觸發訊號；一電流偵測電路，電耦接在該電力線與一相鄰的不斷電裝置的一電力線之間，並於偵測到該相鄰的直流不斷電裝置在該電力線上所傳輸的該第一電流低於一第二預設值時，產生一第二觸發訊號；一第一開關，電耦接在該電力線上，用以導接或斷開該電流偵測電路與該電力線；及一控制單元，與該電池模組、該電壓偵測電路、該電流偵測電路及該第一開關電耦接，且根據該第一觸發訊號控制該電池模組輸出電力至該電力線，並根據該第二觸發訊號控制該第一開關導接該電力線與該電流偵測電路。
2. 如請求項1所述的直流不斷電系統，其中在該第一開關 導接該電力線與該電流偵測電路之後，該電流偵測電路偵測該電力線上流至該相鄰的直流不斷電裝置的電力線的一第二電流，並判斷該第二電流大於一第三預設值時，產生一第三觸發訊號給該控制單元，使該控制單元根據該第三觸發訊號控制該第一開關斷開該電力線與該電流偵測電路。
3. 如請求項2所述的直流不斷電系統，其中在該第一開關導接該電力線與該電流偵測電路之後，該電流偵測電路偵測該相鄰的直流不斷電裝置的電力線上傳輸的該第一電流，並判斷該第一電流達到一第四預設值時，則產生一第四觸發訊號給該控制單元，使該控制單元根據該第四觸發訊號控制該第一開關斷開該電力線與該電流偵測電路。
4. 一種直流不斷電裝置，接受一直流電源輸入以供應電力給一負載，且可以與一相鄰的直流不斷電裝置並聯，並包含：一電力線，與該負載電耦接，且其一端與該直流電源電耦接，以傳輸電力給該負載；一電池模組，與該電力線電耦接，以取得該直流電源的電力並儲存；一電壓偵測電路，與該電力線電耦接，並於偵測該直流電源的一電壓低於一第一預設值時，產生一第一觸發訊號；一電流偵測電路，電耦接在該電力線與該相鄰的不 斷電裝置的一電力線之間，並於偵測該相鄰的直流不斷電裝置的該電力線上傳輸的一第一電流低於一第二預設值時，產生一第二觸發訊號；一第一開關，電耦接在該電力線上，位於該電流偵測電路與該直流電源之間；及一控制單元，與該電池模組、該電壓偵測電路、該電流偵測電路及該第一開關電耦接，且根據該第一觸發訊號控制該電池模組輸出電力至該電力線，並根據該第二觸發訊號控制該第一開關導接該電力線與該電流偵測電路。
5. 如請求項4所述的直流不斷電裝置，其中該電池模組包括一電池單元、一充電電路及一放電電路，該充電電路電耦接在該電力線與該電池單元之間，以取得該直流電源的電力並對該電池單元充電，該放電電路電耦接在該電力線與該電池單元之間，以輸出該電池單元的電力至該電力線，且該控制單元根據該第一觸發訊號控制該電池單元輸出電力至該放電電路。
6. 如請求項5所述的直流不斷電裝置，其中該充電電路包含一與該電力線電耦接的直流-直流轉換器及一電耦接在該直流-直流轉換器與該電池單元之間的第二開關，該直流-直流轉換器將該直流電源輸出的電壓轉換成該電池單元的一額定電壓，並經由該第二開關對該電池單元充電。
7. 如請求項5所述的直流不斷電裝置，其中該放電電路包 含一與該電池單元電耦接的線性調整器及一電耦接在該線性調整器與該電力線之間的第三開關，該線性調整器將該電池單元輸出的電壓調整至與該直流電源的電壓相同，再透過該第三開關輸出至該電力線。
8. 如請求項5所述的直流不斷電裝置，其中該控制單元包含一與該電池單元電耦接的電池管理模組和一與該電池管理模組、該電壓偵測電路、該電流偵測電路及該第一開關電耦接的控制器，且該控制器根據該第一觸發訊號透過該電池管理模組控制該電池單元輸出電力，並且該控制器根據該第二觸發訊號控制該第一開關導接該電力線與該電流偵測電路。
9. 如請求項4至8其中任一項所述的直流不斷電裝置，其中在該第一開關導接該電力線與該電流偵測電路之後，該電流偵測電路偵測該電力線上流至該相鄰的直流不斷電裝置的一第二電流，並判斷該第二電流大於一第三預設值時，產生一第三觸發訊號給該控制單元，使該控制單元根據該第三觸發訊號控制該第一開關斷開該電力線與該電流偵測電路。
10. 如請求項9所述的直流不斷電裝置，其中在該第一開關導接該電力線與該電流偵測電路之後，該電流偵測電路偵測該相鄰的直流不斷電裝置的該第一電流，並判斷該第一電流達到一第四預設值時，則產生一第四觸發訊號給該控制單元，使該控制單元根據該第四觸發訊號控制該第一開關斷開該電力線與該電流偵測電路 。