不斷電電源供應器及其所適用的電源供應方法
2023-05-26 20:21:31 2
專利名稱：不斷電電源供應器及其所適用的電源供應方法
技術領域：
本發明涉及一種不斷電電源供應器，尤其涉及一種於控制模塊故障時仍可維持輸出不中斷的不斷電電源供應器及其所適用的電源供應方法。
背景技術：
不斷電電源供應器(Uninterruptible Power Supply, UPS)是一種連接在供電電源與負載之間的裝置，該供電電源可以是直接市電(commercial AC powersupply)、經過轉換處理過的交流電(AC)或是經過轉換處理過的直流電(DC)，而不斷電電源供應器的主要目的在於當供電電源正常時，事先將電能儲存於蓄電池中，當供電電源發生異常時，將蓄電池所儲存的電能用來緊急提供負載運行所需的能量，以確保負載的正常運行。為了更有效更安全的保護重要的電子裝置，不斷電電源供應系統已被普遍應用來確保各種電子裝置的正常運行。目前一般高容量不斷電電源供應系統以並聯多組電源模塊的方式運行，以大幅增加系統的可靠度及縮短維修時間，而模塊化的運行方式必須通過一控制器來管理多組電源模塊的運行行為，當其中一個電源模塊故障時，仍可維持輸出不被中斷，但控制器只有一個，當控制器發生故障時，多組電源模塊的行為將無法被控制，可能造成輸出中斷或輸出電壓異常的行為，嚴重者可能損壞負載設備或電池，引起電池燃燒造成生產安全事件，使得控制器成為降低系統可靠度的最大因素。近來控制器也有模塊化的設計，使控制器故障時可以更方便地維修，即使輸出中斷仍可在短時間內維修完成以恢復正常供電，但控制器模塊化的設計對可靠度仍舊沒有提升結果，控制器故障依然會使輸出不正常。為了提高不斷電電源供應系統的可靠度，現有於不斷電電源供應系統中設置雙控制器的設計出現，其原理為平常由一控制器負責系統輸出控制，當其中一個控制器發生故障時，仍可由另一個控制器做簡單的系統行為控制，使輸出維持固定電壓不中斷，並等待維修控制器，此方式雖然解決了公知因控制器故障而降低系統可靠度的問題，但還是要依賴控制器的存在才能控制多組電源模塊的運行行為，另外，也會因多增設一個控制器而增加設計成本，進而提高生產成本。因此，如何發展一種可改善上述公知技術缺陷的不斷電電源供應器及其所適用的電源供應方法，實為目前迫切需要解決的問題。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種不斷電電源供應器及其所適用的電源供應方法， 以解決公知不斷電電源供應系統需依賴一組控制器來控制多組電源模塊的運行行為，且多增設一個控制器將提高生產成本等缺點。為達上述目的，本發明的一較廣義實施方式為提供一種不斷電電源供應器，其與儲能單元及負載連接，並接收供電設備所提供的輸入電壓，至少包含多個電源模塊，其與供電設備、儲能單元及負載電性連接，並將輸入電壓轉換為一輸出電壓；以及控制模塊，與多個電源模塊及儲能單元電性連接，並檢測儲能單元的電壓；其中，控制模塊根據儲能單元的電壓來動態調整多個電源模塊的輸出電壓的大小，於控制模塊故障時，多個電源模塊將輸出電壓維持於一固定值。為達上述目的，本發明另提供本發明的另一較廣義實施方式為提供一種電源供應方法，適用於一不斷電電源供應器，不斷電電源供應器具有控制模塊及多個電源模塊，且與儲能單元、負載及供電設備連接，至少包含步驟接收供電設備所提供的一輸入電壓並通過多個電源模塊將輸入電壓轉換為一輸出電壓；檢測儲能單元的電壓；控制模塊根據儲能單元的電壓來動態調整多個電源模塊的輸出電壓的大小；於控制模塊故障時，多個電源模塊將輸出電壓維持於一固定值。本發明的不斷電電源供應器及其所適用的電源供應方法，於控制模塊發生故障時，通過多個電源模塊將輸出電壓維持於固定電壓不變，不但可保持輸出不中斷也不會對儲能單元過度充電而造成災害，且通過多個電源模塊之間互相通信可均流輸出儲能單元及負載所需的電流需求，可大幅提高不斷電電源供應器的可靠度。
圖1 其為本發明第一較佳實施例的不斷電電源供應器的架構示意圖。圖2 其為本發明第二較佳實施例的電源供應方法的流程圖。上述附圖中的附圖標記說明如下1 不斷電電源供應器11 控制模塊12:多個電源模塊121 第一電源模塊122:第二電源模塊123 第三電源模塊124:第四電源模塊2:供電設備3 儲能單元4 負載Vin:輸入電壓Vo:輸出電壓Vb 電壓II、12、13、14 輸出電流Io:總輸出電流S51-54 電源供應的步驟流程
具體實施例方式體現本發明特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本發明能夠在不同的方式上具有各種的變化，其都不脫離本發明的範圍，且其中的說明及附圖在本質上當作說明之用，而非用以限制本發明。請參閱圖1，其為本發明第一較佳實施例的不斷電電源供應器的架構示意圖，如圖所示，本發明的不斷電電源供應器1與供電設備2、儲能單元3以及負載4連接，用以接收供電設備2所提供的輸入電壓，主要目的在於當供電設備2正常時，除了提供負載4運行所需的能量之外，更事先將部分電能儲存於儲能單元3中，當供電設備2發生異常時，將儲能單元3所儲存的電能用來緊急提供負載4運行所需的能量，以確保負載4的正常運行。本發明的不斷電電源供應器1由控制模塊11以及多個電源模塊12所組成。其中， 不斷電電源供應器1自該供電設備2所接收的輸入電壓Vin可為一直流電，但不以此為限。 另外，儲能單元3可為但不限為電池。於本實施例中，多個電源模塊12可包含第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊124，當然電源模塊的數量並不局限於此，可依實際需求增加或是減少。其中第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊1 彼此之間並聯設置且可相互通信，並與供電設備2、儲能單元3及負載4電性連接，第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊IM接收供電設備2所提供的輸入電壓Vin並轉換為輸出電壓Vo，且彼此並聯輸出該輸出電壓Vo。至於，控制模塊11則與儲能單元3以及供電設備2電性連接，並與第一電源模塊 121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊124電性連接且可互相進行通信，於正常運行模式下，控制模塊11會檢測儲能單元3的電壓Vb，並與第一電源模塊121、 第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊IM進行通信以得知目前輸出電壓Vo的電壓值，控制模塊11會根據儲能單元3的電壓Vb以及目前的輸出電壓Vo來決定是否需要調整輸出電壓Vo的電壓值，若判斷結果為是時則動態調整多個電源模塊12的輸出電壓大小，即通知第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊124需調整輸出電壓Vo的電壓大小。舉例而言，當儲能單元3的電壓範圍介於300V-350V，其中300V為低電量電平， 350V為高電量電平，當控制模塊11所測得的儲能單元3的電壓Vb為300V時，代表儲能單元 3目前為低電量需要進行充電，此時控制模塊11與第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊IM進行通信以得知目前輸出電壓Vo的電壓值，若目前輸出電壓Vo的電壓值高於300V時，例如310V，控制模塊11則通知第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊IM持續以目前的輸出電壓Vo對儲能單元3進行充電，反之，若目前輸出電壓Vo的電壓值低於300V時，則控制模塊11將通知第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊124需將輸出電壓Vo調高為例如310V，以對儲能單元3進行充電，一直到控制模塊11檢測到儲能單元 3的電壓Vb為310V時，則再通知第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123 以及第四電源模塊1 將輸出電壓Vo調高為例如320V，如此動態來調整輸出電壓Vo的大小，直到儲能單元3的電壓Vb為350V，即電壓Vb為高電量電平時，才停止對儲能單元3進行充電。至於，當控制模塊11正常運行時，第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊IM的輸出電流由控制模塊11所提供，控制模塊11可通過單獨與第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊IM進行通
5信以得知各自的輸出電流，並根據通信結果來調整第一電源模塊121、第二電源模塊122、 第三電源模塊123以及第四電源模塊IM的輸出電流，以達到例如均流的實施方式。舉例而言，當控制模塊11與第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊1 通信而得知，第一電源模塊121的輸出電流Il為25A、第二電源模塊122的輸出電流12為30A、第三電源模塊123的輸出電流13為25A以及第四電源模塊124的輸出電流14為20A，總輸出電流Io = I1+I2+I3+I4 = 100A，若多個電源模塊12之間設定以例如均流的方式輸出電流，則控制模塊11會告知第一電源模塊11輸出電流Il保持為25A， 第二電源模塊122的輸出電流12則由30A調降為25A、第三電源模塊123的輸出電流13保持為25A以及第四電源模塊124的輸出電流14由20A調升為25A。當然，本發明的控制模塊11控制多個電源模塊12間輸出電流的實施方式並不局限於均流的方式，可依照運行需求動態調整。請再參閱圖1，當控制模塊11故障時，不斷電電源供應器1會進入一安全運行模式，且控制模塊11會傳送一異常信號給多個電源模塊12，而第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊IM會將輸出電壓Vo維持於一固定值，即維持輸出電壓Vo固定不變，以防止對儲能單元11過度充電，而造成儲能單元11損毀，其中該固定值可為控制模塊11故障前最後一次告知多個電源模塊12的輸出電壓Vo，或是低於控制模塊11故障前最後一次告知多個電源模塊12的輸出電壓Vo，舉例而言，若控制模塊11故障前最後一次告知多個電源模塊12的輸出電壓Vo為330V，則固定值可為330V，或是低於 330V，例如325V，但不以此為限，固定值也可為一系統預先設定值。至於，控制模塊11故障後，多個電源模塊12之間會彼此互相通信並根據儲能單元 3及負載4的電流需求以決定每一該電源模塊的輸出電流，即第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊IM會互相溝通，以得知目前儲能單元3及負載4所需的輸出電流Io，並均流輸出。舉例而言，第一電源模塊121、第二電源模塊122、 第三電源模塊123以及第四電源模塊IM之間會互相通信而得知第一電源模塊121的輸出電流Il為30A、第二電源模塊122的輸出電流12為40A、第三電源模塊123的輸出電流 13為20A以及第四電源模塊124的輸出電流14為30A，總輸出電流Io = I1+I2+I3+I4 = 30+40+20+30 = 120A,即儲能單元3及負載4的總電流需求為120A，代表每一電流模塊的平均輸出電流為120/4 = 30A，因此第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123 以及第四電源模塊1 之間會互相溝通並決定第一電源模塊121及第四電源模塊14的輸出電流Il及14維持為30A，而第二電源模塊122的輸出電流12由40A降為30A，第三電源模塊123的輸出電流13則由20A調升為30A，以達到使多個電源模塊12之間可平均輸出電流。請參閱圖2並配合圖1，其中圖2為本發明第二較佳實施例的電源供應方法的流程圖，如圖所示，首先，不斷電電源供應器1接收供電設備2所提供的輸入電壓Vin，且第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊IM將輸入電壓Vin 轉換為輸出電壓Vo (步驟S51)，於控制模塊11正常運行模式下，控制模塊11會檢測儲能單元3的電壓Vb (步驟S5》，接著控制模塊11會與第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊IM進行通信以得知目前輸出電壓Vo的電壓值，控制模塊11會根據儲能單元3的電壓Vb以及目前的輸出電壓Vo來決定是否需要調整輸出電壓Vo的電壓值，若判斷結果為是時則動態調整多個電源模塊12的輸出電壓大小，即通知第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊124需調整輸出電壓Vo的電壓大小，接著，控制模塊11會單獨與第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊IM進行通信以得知各自的輸出電流，並根據通信結果來調整第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊124的輸出電流，以達到例如均流的實施方式(步驟S53)。於步驟S53後，若控制模塊11故障時，不斷電電源供應器1會進入一安全運行模式，且控制模塊11會傳送一異常信號給多個電源模塊12，而第一電源模塊121、第二電源模塊122、第三電源模塊123以及第四電源模塊IM會將輸出電壓Vo維持於一固定值，即維持輸出電壓Vo固定不變，而且多個電源模塊12之間會彼此互相通信並根據儲能單元3及負載4的電流需求以決定每一該電源模塊的輸出電流，即第一電源模塊121、第二電源模塊 122、第三電源模塊123以及第四電源模塊IM會互相溝通，以得知目前儲能單元3及負載4 所需的輸出電流Io，並均流輸出(步驟S54)，可達到於控制模塊11發生故障時，可保持輸出不中斷也不會對儲能單元3過度充電而造成災害，且多個電源模塊12輸出均流也不會造成任何影響，可大幅提高不斷電電源供應器的可靠度。綜上所述，本發明的不斷電電源供應器及其所適用的電源供應方法，於控制模塊發生故障時，通過多個電源模塊將輸出電壓維持於固定電壓不變，不但可保持輸出不中斷也不會對儲能單元過度充電而造成災害，且通過多個電源模塊之間互相通信可均流輸出儲能單元及負載所需的電流需求，可大幅提高不斷電電源供應器的可靠度。本發明得由本領域普通技術人員任施匠思而為諸般修飾，都不脫如附權利要求所欲保護的範圍。
權利要求
1.一種不斷電電源供應器，其與一儲能單元及一負載連接，並接收一供電設備所提供的一輸入電壓，至少包含多個電源模塊，其與該供電設備、該儲能單元及該負載電性連接，並將該輸入電壓轉換為一輸出電壓；以及一控制模塊，與所述多個電源模塊及該儲能單元電性連接，並檢測該儲能單元的電壓；其中，該控制模塊根據該儲能單元的電壓來動態調整所述多個電源模塊的該輸出電壓的大小，於該控制模塊故障時，所述多個電源模塊將該輸出電壓維持於一固定值。
2.如權利要求1所述的不斷電電源供應器，其中當該控制模塊故障時，所述多個電源模塊之間互相通信並根據該儲能單元及該負載的電流需求以決定每一該電源模塊的輸出電流。
3.如權利要求1所述的不斷電電源供應器，其中該儲能單元及該負載所需的電流由所述多個電源模塊均流輸出。
4.如權利要求1所述的不斷電電源供應器，其中該固定值為該控制模塊故障前最後一次告知所述多個電源模塊的該輸出電壓。
5.如權利要求1所述的不斷電電源供應器，其中該固定值低於該控制模塊故障前最後一次告知所述多個電源模塊的該輸出電壓。
6.如權利要求1所述的不斷電電源供應器，其中該固定值為一系統預先設定值，於該控制模塊故障時，所述多個電源模塊系將該輸出電壓調整為該系統預先設定值。
7.一種電源供應方法，適用於一不斷電電源供應器，該不斷電電源供應器具有一控制模塊及多個電源模塊，且與一儲能單元、一負載及一供電設備連接，至少包含步驟接收該供電設備所提供的一輸入電壓並通過所述多個電源模塊將該輸入電壓轉換為一輸出電壓；檢測該儲能單元的電壓；該控制模塊根據該儲能單元的電壓來動態調整所述多個電源模塊的該輸出電壓的大於該控制模塊故障時，所述多個電源模塊將該輸出電壓維持於一固定值。
8.如權利要求7所述的電源供應方法，其中每一該電源模塊彼此並聯輸出該輸出電壓且相互通信。
9.如權利要求7所述的電源供應方法，其中於該控制模塊故障時，該控制模塊傳送一異常信號給所述多個電源模塊，以使所述多個電源模塊將該輸出電壓維持於該固定值。
10.如權利要求7所述的電源供應方法，其中於該控制模塊故障時，所述多個電源模塊之間互相通信並根據該儲能單元及該負載的電流需求以決定每一該電源模塊的輸出電流。
11.如權利要求7所述的電源供應方法，其中該固定值為該控制模塊故障前最後一次告知所述多個電源模塊的該輸出電壓。
12.如權利要求7所述的電源供應方法，其中該固定值低於該控制模塊故障前最後一次告知所述多個電源模塊的該輸出電壓。
13.如權利要求7所述的電源供應方法，其中該固定值為一系統預先設定值，於該控制模塊故障時，所述多個電源模塊將該輸出電壓調整為該系統預先設定值。
全文摘要
本發明為一種不斷電電源供應器及其所適用的電源供應方法，該不斷電電源供應器與儲能單元及負載連接，並接收供電設備所提供的輸入電壓，至少包含多個電源模塊，其將輸入電壓轉換為輸出電壓；控制模塊，與多個電源模塊及儲能單元電性連接，並檢測儲能單元的電壓；其中，控制模塊根據儲能單元的電壓來動態調整多個電源模塊的輸出電壓的大小，於控制模塊故障時，多個電源模塊將輸出電壓維持於一固定值。本發明於控制模塊發生故障時，不但可保持輸出不中斷也不會對儲能單元過度充電而造成災害，且通過多個電源模塊之間互相通信可均流輸出儲能單元及負載所需的電流需求，可大幅提高不斷電電源供應器的可靠度。
文檔編號H02J7/00GK102214943SQ201010155589
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月2日 優先權日2010年4月2日
發明者王秋豐, 賴淵芳 申請人:臺達電子工業股份有限公司