具有脈衝信號產生器的電源供應系統的製作方法

2023-05-26 23:46:41

具有脈衝信號產生器的電源供應系統的製作方法
【專利摘要】本案關於一種電源供應系統，與負載連接，包含：供電電源提供輸入電壓；切換開關的一端與供電電源電性連接，其另一端經由電阻與接地端電性連接；檢測電路用以檢測輸入電壓；控制電路與檢測電路及切換開關電性連接，且具有比較器及脈衝信號產生器，比較器將輸入電壓與預設參考電壓進行比較，於輸入電壓大於預設參考電壓時，產生控制信號至脈衝信號產生器，使脈衝信號產生器根據控制信號產生脈衝信號，以控制切換開關導通，並以脈衝信號的一脈衝時間延長切換開關的導通時間，使供電電源所輸出的輸入電流經由切換開關、電阻傳送至接地端。本發明可避免供電電源進入開路高壓狀態，以保護負載內部的電路。
【專利說明】具有脈衝信號產生器的電源供應系統
【技術領域】
[0001]本案涉及一種電源供應系統，尤其涉及一種具有脈衝信號產生器的電源供應系統。
【背景技術】
[0002]由於新一代太陽能電池(Solar cell)的效率不斷提升，量產投資規模不斷提高，價格不斷下降，加上政府補貼鼓勵，使得全球的使用量越來越大，且隨著新材料不斷的被研發出來，太陽能電池更具多樣化，更發展出將太陽能電池應用於家庭產品，例如:屋頂、窗戶、窗簾等，對於節約能源及環境保護很有幫助。
[0003]請參閱圖1，其為現有以太陽能電池作為供電電源的供電電路架構示意圖，如圖所示，現有的供電電路主要由太陽能電池11提供充電電源，以對電池模塊15進行充電並提供負載12運作所需的電源，另外現有的供電電路還包含一隔離二極體13以及一切換開關14，隔離二極體13的一端與太陽能電池11電性連接，另一端則與負載12及切換開關14電性連接，切換開關14的一端與隔離二極體13及負載12電性連接，另一端則與電池模塊15電性連接。
[0004]當太陽能電池11對電池模塊15進行充電程序時，切換開關14將導通，使太陽能電池11所產生的電源經由隔離二極體13以及切換開關14對電池模塊15進行充電，同時亦可經由隔離二極體13提供負載12運作所需的電源，一直到電池模塊15內部所儲存的電壓接近飽和電壓時，切換開關14將截止，使得太陽能電池11無法再對電池模塊15進行充電。
[0005]當電池模塊15開始吸收極少電流或切換開關14截止時，太陽能電池11亦可經由隔離二極體13隨時提供負載12運作所需的電源，但是當電池模塊15開始吸收極少電流或切換開關14截止時，此時如果負載12也消耗極少電流或異常斷電，而太陽能電池11進入開路高壓的狀態，太陽能電池11持續運作所產生的高電壓會發生燒毀負載12內部電路的情況。
[0006]因此，如何發展一種可解決上述現有缺陷的具有脈衝信號產生器的電源供應系統，實為目前迫切需要解決的問題。

【發明內容】

[0007]本案的主要目的在於提供一種具有脈衝信號產生器的電源供應系統，以解決現有供電電路於電池模塊開始吸收極少電流或切換開關截止時，此時如果負載也消耗極少電流或異常斷電，太陽能電池進入開路高壓的狀態，會燒毀負載電路的缺點。
[0008]為達上述目的，本案的一較廣義實施態樣為提供一種電源供應系統，與一負載連接，至少包含:一電池模塊；一供電電源，提供一輸入電壓；一切換開關，一端與該供電電源電性連接，另一端經由電阻與一接地端電性連接；一電源轉換電路，與該供電電源、該切換開關及該電池模塊電性連接，用以將該輸入電壓轉換成一輸出電壓，以對該電池模塊進行充電並提供該負載所需的電源；一檢測電路，與該切換開關及該電源轉換電路電性連接，以檢測該輸入電壓；以及一控制電路，與該檢測電路及該切換開關電性連接，且具有一比較器及一脈衝信號產生器，該脈衝信號產生器與該比較器及該切換開關電性連接，該比較器與該檢測電路及該脈衝信號產生器電性連接，該比較器將該輸入電壓與一預設參考電壓進行比較，於該輸入電壓大於該預設參考電壓時，產生一控制信號至該脈衝信號產生器，使該脈衝信號產生器根據該控制信號產生一脈衝信號，以控制該切換開關導通，並以該脈衝信號的一脈衝時間延長該切換開關的導通時間，使該供電電源所輸出的一輸入電流經由該切換開關、電阻傳送至該接地端，立即降低輸入電壓，消耗電源電力，平衡系統能量；在脈衝時間過後，亦能迅速恢復正常供電及監測輸入電壓。
[0009]本發明的有益效果在於，本案的具有脈衝信號產生器的電源供應系統通過比較器將供電電源所提供的輸入電壓與一預設參考電壓進行比較，且於該輸入電壓大於該預設參考電壓時，產生一控制信號至該脈衝信號產生器，使該脈衝信號產生器根據該控制信號產生一脈衝信號，以控制該切換開關導通，並以脈衝信號的一脈衝時間延長該切換開關的導通時間，使該供電電源所輸出的該輸入電壓經由該切換開關傳送至該接地端，可避免供電電源進入開路高壓狀態，以保護負載內部的電路，且通過脈衝信號的控制使切換開關的導通時間延長，可消耗電源電力及平衡系統能量；在脈衝時間過後，亦能迅速恢復供電及監測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為現有以太陽能電池作為供電電源的供電電路架構示意圖。
[0011]圖2為本案較佳實施例的電源供應系統的電路結構示意圖。
[0012]圖3為圖2所示的輸入電壓、電池電壓以及切換開關動作的波形圖。
[0013]其中，附圖標記說明如下:
[0014]太陽能電池:11
[0015]負載:12、3
[0016]隔離二極體:13
[0017]切換開關:14
[0018]電池模塊:15
[0019]電源供應系統:2
[0020]供電電源:21
[0021]電源轉換電路:22
[0022]電池模塊:23
[0023]檢測電路:24
[0024]控制電路:25
[0025]比較器:251
[0026]脈衝信號產生器:252
[0027]切換開關:26
[0028]輸入電壓:Vin
[0029]輸出電壓:Vout[0030]電池電壓:Vb
[0031]控制信號:Sc
[0032]脈衝信號:Sp
[0033]預設參考電壓:Vref
[0034]電阻:R
[0035]接地端:G
[0036]脈衝時間:T
【具體實施方式】
[0037]體現本案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。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非架構於限制本案。
[0038]請參閱圖2，其為本案較佳實施例的電源供應系統的電路結構示意圖。如圖2所示，本案的電源供應系統2與負載3電性連接，用以提供負載3運作所需的電源，電源供應系統2可包含供電電源21、電源轉換電路22、電池模塊23、檢測電路24、控制電路25以及切換開關26，其中供電電源21主要用來提供一輸入電壓Vin，且供電電源21可為太陽能電池或是風力發電機，其內部可包含一蓄電池(未圖示)，於本實施例中，供電電源21內部所包含的蓄電池可為鉛酸電池、鋰離子電池或是磷酸鐵鋰電池其中之一。
[0039]本案的電源轉換電路22可為一直流直流轉換電路，其與供電電源21、切換開關26、檢測電路24及電池模塊23電性連接，可將輸入電壓Vin轉換成一直流輸出電壓Vout，以對電池模塊23進行充電並提供負載3運作所需的電源，而檢測電路24的一端系與切換開關26及電源轉換電路22電性連接，而另一端則與控制電路25電性連接，主要用來檢測供電電源21所提供的輸入電壓Vin，於本實施例中，檢測電路24可為但不限為由一分壓電路所構成，另外，本案的切換開關26其一端與供電電源21電性連接，另一端則與一電阻R電性連接，電阻R的另一端則電性連接一接地端G ;其中本案的電阻R會消耗電源電力，可為半導體的導通電阻、作為假負載的水泥電阻或其他輔助負載。
[0040]請再參閱圖2及圖3，其中圖3為圖2所示的輸入電壓、電池電壓以及切換開關動作的波形圖，本案的控制電路25與檢測電路24及切換開關26電性連接，且接收一預設參考電壓Vref，其中該預設參考電壓Vref設定條件為:當電池模塊23開始吸收極少電流或切換開關26截止且負載3消耗極少電流或異常斷電時，該預設參考電壓Vref為以不燒毀電源轉換電路22及負載3電路下，可接受的最高輸入電壓。控制電路25內部具有一比較器251及一脈衝信號產生器252，該脈衝信號產生器252可為一脈衝寬度產生電路，且與比較器251及切換開關26電性連接，至於，比較器251則與檢測電路24及脈衝信號產生器252電性連接，且可為但不限為一遲滯電壓比較器。
[0041]比較器251接收檢測電路24所測得的輸入電壓Vin，並將輸入電壓Vin與一預設參考電壓Vref進行比較，當比較結果為該輸入電壓Vin大於預設參考電壓Vref時，則產生一控制信號Sc至脈衝信號產生器252，使得脈衝信號產生器252根據該控制信號Sc的觸發而產生一脈衝信號Sp，其中該脈衝信號Sp具有脈衝時間T，以控制該切換開關26於該脈衝時間T內導通(請參閱圖3)，以通過該脈衝信號Sp的脈衝時間T來延長該切換開關26的導通時間，並使供電電源21所提供的輸入電流經由切換開關26及電阻R傳送至接地端G。
[0042]請再參閱圖2及圖3，於該脈衝時間T的區間內，切換開關26導通以使供電電源21所提供的輸入電流經由電阻R傳送至接地端G，因此檢測電路24檢測到輸入電壓Vin為接近零電壓(即電阻R的電壓)，由於輸入電壓Vin小於負載3運作所需的電壓，因此負載3運作所需的電源則改由電池模塊23所提供，而電池模塊23的電池電壓Vb亦將自然往下降低，直到脈衝時間T結束後，脈衝信號Sp將控制切換開關26截止，以使供電電源21所提供的輸入電壓Vin經由電源轉換電路22轉換並對電池模塊23進行充電並提供負載3所需的電源，而這期間檢測電路24持續檢測輸入電壓Vin並傳送至比較器251進行比對，直到比較器251比對的結果為輸入電壓Vin大於預設參考電壓Vref時，比較器251才會產生控制信號Sc至脈衝信號產生器252,使得脈衝信號產生器252根據該控制信號Sc的觸發而產生一脈衝信號Sp，以控制該切換開關26於該脈衝時間T內導通，使供電電源21所提供的輸入電流經由切換開關26及電阻R傳送至接地端G，通過上述的方式不斷重複進行運作以提供穩定電源對電池模塊23進行充電並提供負載3所需的電源，並於輸入電壓Vin大於預設參考電壓Vref時，將切換開關26導通以將供電電源21所提供的輸入電流經由電阻R輸入接地端G，可避免供電電源21進入開路高壓狀態，以保護電源轉換電路22及負載3內部的電路，且通過脈衝信號Sp的控制使切換開關26的導通時間延長，可立即降低輸入電壓Vin、消耗電源電力、平衡系統能量；在脈衝時間T過後，亦能迅速恢復正常供電及監測；一般脈衝數量會隨電池模塊23吸收極少電流或切換開關截止時且負載3消耗極少電流或異常斷電的時間長短而相對增減。
[0043]綜上所述，本案的具有脈衝信號產生器的電源供應系統通過比較器將供電電源所提供的輸入電壓與一預設參考電壓進行比較，且於該輸入電壓大於該預設參考電壓時，產生一控制信號至該脈衝信號產生器，使該脈衝信號產生器根據該控制信號產生一脈衝信號，以控制該切換開關導通，並以脈衝信號的一脈衝時間延長該切換開關的導通時間，使該供電電源所輸出的該輸入電壓經由該切換開關傳送至該接地端，可避免供電電源進入開路高壓狀態，以保護負載內部的電路，且通過脈衝信號的控制使切換開關的導通時間延長，可消耗電源電力及平衡系統能量；在脈衝時間過後，亦能迅速恢復供電及監測。
[0044]本案得由熟知此技術的人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附權利要求所欲保護者。
【權利要求】
1.一種電源供應系統，與一負載連接，至少包含: 一電池模塊； 一供電電源，提供一輸入電壓； 一切換開關，一端與該供電電源電性連接，另一端經由一電阻與一接地端電性連接； 一電源轉換電路，與該供電電源、該切換開關及該電池模塊電性連接，用以將該輸入電壓轉換成一輸出電壓，以對該電池模塊進行充電並提供該負載所需的電源； 一檢測電路，與該切換開關及該電源轉換電路電性連接，以檢測該輸入電壓；以及 一控制電路，與該檢測電路及該切換開關電性連接，且具有一比較器及一脈衝信號產生器，該脈衝信號產生器與該比較器及該切換開關電性連接，該比較器與該檢測電路及該脈衝信號產生器電性連接，該比較器將該輸入電壓與一預設參考電壓進行比較，於該輸入電壓大於該預設參考電壓時，產生一控制信號至該脈衝信號產生器，使該脈衝信號產生器根據該控制信號產生一脈衝信號，以控制該切換開關導通，並以該脈衝信號的一脈衝時間延長該切換開關的導通時間，使該供電電源所輸出的一輸入電流經由該切換開關、該電阻傳送至該接地端。
2.如權利要求1所述的電源供應系統，其中該供電電源為一太陽能電池或是一風力發電機。
3.如權利要求1所述的電源供應系統，其中該電源轉換電路為一直流直流轉換電路，以將該輸入電壓轉換成一直流輸出電壓，以對該電池模塊進行充電並提供該負載所需的電源。
4.如權利要求1所述的電源供應系統，其中該供電電源內部所使用的蓄電池為鉛酸電池、鋰離子電池或磷酸鐵鋰電池。
5.如權利要求1所述的電源供應系統，其中該檢測電路為一分壓電路。
6.如權利要求1所述的電源供應系統，其中該脈衝信號產生器為一脈衝寬度產生電路。
7.如權利要求1所述的電源供應系統，其中於該切換開關導通時，該負載所需的電源由該電池模塊所提供。
【文檔編號】H02M3/15GK103973106SQ201310035858
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月30日 優先權日:2013年1月30日
【發明者】楊家寧 申請人:仁寶電腦工業股份有限公司