整合型不斷電電源供應器的製作方法

2023-05-16 16:28:21 2

本實用新型涉及一種整合型不斷電電源供應器，特別是一種整合有電池組所外加的大功率充電器(500～1000W)與噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器的整合型不斷電電源供應器。

背景技術：

現有關於不斷電電源供應系統產品中，往往是除了主要的電源供應的電路板之外，再外加一個附加的電池功率型的充電器的電路板，以及另外再外加有噪聲濾波器、或突波消除器或是輸入過高壓切離器等，額外的電路板裝置。這些額外外加的電路板會增加電路連接控制的不方便、增加成本、降低不斷電電源供應系統的可靠度並且減少了不斷電電源供應系統的效率，有待加以改善。

技術實現要素：

本新型涉及一種整合型不斷電電源供應器，包括有一不斷電電源供應器主板並耦接有一控制板及一電池組，所述不斷電電源供應器主板中包括有：一交流輸入，為所述不斷電電源供應器主板的一輸入端；一噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器，耦接於所述交流輸入；一整流器及高功率因子校正器，耦接於所述噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器，並輸出一直流電源；一直流總線，耦接於所述整流器及高功率因子校正器的輸出端，用於傳輸所述整流器及高功率因子校正器所輸出的所述直流電源，所述直流總線有一正極端與一負極端；一逆變器，耦接於所述直流總線；一大功率充電器(500～1000W)，有一輸入及一輸出，所述大功率充電器的輸入耦接於所述直流總線；一第一電池接點與一第二電池接點，分別耦接於所述大功率充電器的輸出，並外接所述電池組；一直流/直流轉換器，耦接於所述第一電池接點與所述第二電池接點並與所述直流總線相耦接；及一交流輸出，耦接於所述逆變器，為所述不斷電電源供應器主板的輸出端；其中所述大功率充電器是對所述電池組執行充電，所述大功率充電器的輸入電源為所述整流器及高功率因子校正器輸出的所述直流電源，使所述大功率充電器具有整流及高功率因子校正的作用；所述控制板是控制所述不斷電電源供應器主板的電路操作。

其中所述大功率充電器中包括：一第一順向二極體，所述第一順向二極體的陽極端耦接於所述直流總線的正極端；一第一順向開關，所述第一順向開關的一端耦接於所述第一順向二極體的陰極端；一第二變壓器，所述第二變壓器一次側的一端耦接所述第一順向開關的另一端；一第二順向開關，所述第二順向開關的一端耦接所述變壓器的一次側的另一端；一第二順向二極體，所述第二順向二極體的陽極端耦接所述第二順向開關的另一端，所述第二順向二極體的陰極端耦接所述直流總線的負極端；一輸出二極體，所述輸出二極體的陽極端耦接於所述第二變壓器的二次側的一端，所述輸出二極體的陰極端耦接於所述第一電池接點，所述第二變壓器二次側的另一端接地；及一輸出電容，所述輸出電容的一端耦接於所述輸出二極體的陰極端，所述輸出電容的另一端則接地。

其中所述整流器及高功率因子校正器，包括：一第一電感，所述第一電感的一端耦接於所述噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器輸出的一端；一第一整流器，有一輸入及一輸出，所述第一整流器的輸入的一端耦接於所述第一電感的另一端，所述第一整流器的輸入的另一端耦接於所述噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器輸出的另一端；一第一開關，所述第一開關的一端耦接於所述第一整流器的輸出的一端，所述第一開關的另一端耦接於所述第一整流器的輸出的另一端；一第一二極體，所述第一二極體的陽極端耦接於所述第一開關的一端，所述第一二極體的陰極端耦接於所述直流總線的正極端；及一第二二極體，所述第二二極體的陰極端耦接於所述第一開關的另一端，所述第二二極體的陽極端耦接於所述直流總線的負極端。

其中所述直流/直流轉換器，包括有：一第一變壓器，所述第一變壓器的一次側的一端耦接於所述第一電池接點，所述第一變壓器的二次側的中間的一端耦接於所述第二電池接點；一第二整流器，有一輸入及一輸出，所述第二整流器的輸入耦接於所述第一變壓器的二次側的兩端；一第三電感，所述第三電感的一端耦接於所述第二整流器的輸出的一端，所述第三電感的另一端耦接於所述直流總線的正極端；及一第四電感，所述第四電感的一端耦接於所述第二整流器的輸出的另一端，所述第四電感的另一端耦接於所述直流總線的負極端。

其中所述逆變器包括有：一第二開關，所述第二開關的一端耦接於所述直流總線的正極端；一第三開關，所述第三開關的一端耦接於所述第二開關的另一端，所述第三開關的另一端耦接於所述直流總線的負極端；及一第二電感，所述第二電感的一端耦接於所述第二開關與所述第三開關的相耦接處，所述第二電感的另一端為所述逆變器的一輸出端。

其中所述控制板包括：一主控制單元，執行控制所述不斷電電源供應器主板的電路操作；一USB控制單元，耦接於所述主控制單元，執行USB信號傳輸的控制；一主插槽，耦接於所述主控制單元，提供外部電路板插接之用；一RS232插槽，耦接於所述USB控制單元，提供RS232插頭插接之用；一USB插槽，耦接於所述USB控制單元，提供USB插頭插接之用；及一EPO插槽，耦接於所述主控制單元，提供EPO插頭插接之用。

其中所述不斷電電源供應器主板還包括有一動態旁路器，所述動態旁路器包括：一輸入繼電器，有一輸入及一輸出，所述輸入繼電器的輸入耦接於所述噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器，所述輸入繼電器的輸出耦接於所述整流器及高功率因子校正器；及一輸出繼電器，有一輸入及一輸出，所述輸出繼電器的輸入設有一第一接點及一第二接點，所述第一接點耦接於所述輸入繼電器的輸出的一端，所述第二接點耦接於所述逆變器。

其中所述動態旁路器還包括有一噪聲輸出濾波器，所述噪聲輸出濾波器有一輸入及一輸出，所述噪聲輸出濾波器的輸入的一端耦接於所述輸出繼電器的輸出，所述噪聲輸出濾波器的輸入的另一端耦接於所述輸入繼電器的輸出的另一端。

其中所述不斷電電源供應器主板還包括有一主電源供應電路，所述主電源供應電路包括：一第三順向二極體，所述第三順向二極體的陽極端耦接於所述大功率充電器的輸出；一第三變壓器，所述第三變壓器的一次側的一端耦接於所述第三順向二極體的陰極端，所述第三變壓器的二次側輸出多個電源；及一第三順向開關，所述第三順向開關的一端耦接於所述第三變壓器的一次側的另一端，所述第三順向開關的另一端接地。

其中所述不斷電電源供應器主板還包括有一輔助電源供應電路，所述輔助電源供應電路包括：一第三整流器，有一輸入及一輸出，所述第三整流器的輸入耦接於所述噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器；一第四變壓器，所述第四變壓器的一次側的一端耦接於所述第三整流器的輸出的一端，所述第四變壓器的二次側輸出多個電源；及一第四順向開關，所述第四順向開關的一端耦接於所述第四變壓器的一次側的另一端，所述第四順向開關的另一端耦接於所述第三整流器的輸出的另一端。

本新型除了避免一般外加式的電池大功率充電器的電路板上需再設置高功率因子校正的電路，並具有降低材料成本、生產成本，以及縮減電路體積的技術效果，更進一步地，本新型能夠降低充電時的輸入電流總失真率、降低充電電流連波、提高充電時的輸入功率因子，減少電路汙染，提高電池壽命及提高充電效能。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的電路方框示意圖；

圖2為本實用新型實施例的詳細電路示意圖。

具體實施方式

本實用新型公開一種整合型不斷電電源供應器，整合有噪聲濾波器、突波消除及輸入過高壓切的功能，並同時將不斷電電源供應器中電池的大功率充電器(例如：500～1000W)加以整合在同一塊電路板上，使電池的大功率充電器同時具有高功率因子校正的技術效果，而不另外增加大功率充電器的電路板。參閱圖1及圖2所示，本新型的整合型不斷電電源供應器包括有一不斷電電源供應器主板5並耦接有一控制板6及一電池組60。不斷電電源供應器主板5包括有一交流輸入1、一噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器10、一整流器及高功率因子校正器20、一直流總線(+BUS，-BUS)70、一逆變器30、一大功率充電器50、一第一電池接點61與一第二電池接點62、一直流/直流轉換器40以及一交流輸出100。

圖1中，交流輸入1為不斷電電源供應器主板5的一輸入端，在圖2中交流輸入1中包括有一火線(L)、一中性線(N)以及一地線(G)，在實際運用上，交流輸入1是與一市電(例如由電力供應公司所提供的交流市電電源)做連接。噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器10耦接於交流輸入1，意即噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器10設在不斷電電源供應器主板5的輸入端上。整流器及高功率因子校正器20為耦接於噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器10，並輸出一直流電源。直流總線70是耦接於整流器及高功率因子校正器20的輸出端，用於傳輸整流器及高功率因子校正器20所輸出的直流電源，直流總線70有一正極端(+BUS)與一負極端(-BUS)(如圖2所示)；直流總線70(意即有正極端+BUS及負極端-BUS的一直流總線)會將整流器及高功率因子校正器20所輸出的直流電源傳輸至大功率充電器50中。逆變器30耦接於直流總線70，是將直流電源反相為交流電源。大功率充電器50有一輸入及一輸出，大功率充電器50的輸入耦接於直流總線70。第一電池接點61與一第二電池接點62乃是分別耦接於大功率充電器50的輸出端(如圖2所示)，第一電池接點61與一第二電池接點62並外接於電池組60。直流/直流轉換器40耦接於第一電池接點61與一第二電池接點62上並與直流總線70相耦接。交流輸出100耦接於逆變器30，為不斷電電源供應器主板5的輸出端，在圖2所示中交流輸出100包括有一火線(L)、一中性線(N)以及一地線(G)。

其中大功率充電器50是對電池組60執行充電，大功率充電器50的輸入電源為整流器及高功率因子校正器20輸出的直流電源，使得大功率充電器50被配置在不斷電電源供應主板5之中能同時具有整流及高功率因子校正的作用，避免一般外加式的電池大功率充電器的電路板上需再設置高功率因子校正的電路。控制板6則是用於控制不斷電電源供應器主板5的電路操作。本新型所述的大功率充電器50是指在500W～1000W的大功率範圍內操作的電池的充電器。

圖2進一步揭示大功率充電器50的內部電路，在大功率充電器50中包括有一第一順向二極體51、一第一順向開關52、一第二變壓器53、一第二順向開關54、一第二順向二極體55、一輸出二極體56以及一輸出電容57，第二變壓器53有一次側以及二次側。其中，第一順向二極體51的陽極端耦接於直流總線70的正極端(+BUS)，第一順向二極體51的陰極端耦接於第一順向開關52的一端；第一順向開關52的另一端耦接於第二變壓器53的一次側的一端；第二變壓器53的一次側的另一端耦接於第二順向開關54的一端；第二順向開關54的另一端耦接於第二順向二極體55的陽極端；第二順向二極體55的陰極端耦接於直流總線70的負極端(-BUS)。在第二變壓器53的二次側中，輸出二極體56的陽極端耦接於第二變壓器53二次側的一端；輸出二極體56的陰極端耦接於第一電池接點61；第二變壓器53二次側的另一端接地；輸出電容57的一端耦接於輸出二極體56的陰極端，輸出電容的另一端則接地。

圖2所示的整流器及高功率因子校正器20除了執行將交流輸入電源整流為直流電源之外，並執行不斷電電源供應器的高功率因子校正的作用。整流器及高功率因子校正器20中包括有一第一電感21、一第一整流器22、一第一開關23、一第一二極體24及一第二二極體25，第一整流器22有一輸入及一輸出。第一電感21的一端耦接於噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器10輸出的一端，如圖2所示；第一電感21的另一端耦接於第一整流器22的輸入的一端；第一整流器22的輸入的另一端則耦接至噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器10輸出的另一端(即如圖2所示噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器10的輸出的下方端點為所述的另一端)。以及第一開關23的一端耦接於第一整流器22的輸出的一端(即圖2所示第一整流器22的輸出的上方端點)；第一開關23的另一端耦接於所述第一整流器的所述輸出的另一端(即圖2所示第一整流器22的輸出的下方端點)；第一二極體24的陽極端耦接於第一開關23的一端；第一二極體24的陰極端耦接於直流總線70的正極端(+BUS)；第二二極體24的陰極端耦接於第一開關23的另一端(即圖2所示第一開關23的下方端點)；第二二極體25的陽極端耦接於直流總線70的負極端(-BUS)。

圖2所示的直流/直流轉換器40是將電池組60的直流電源執行轉換，轉換後的直流電源再經過逆變器30的反相作用，將直流電源轉換為交流電源，作為整合型不斷電電源供應器所輸出的交流電源，供應負載所需的電源。直流/直流轉換器40包括有一第一電壓器41、一第二整流器42、一第三電感43及一第四電感44。第一變壓器41的一次側的一端耦接於第一電池接點61，在實際電路實施時可以採用中間抽頭的變壓器接線方式而達成耦接，但本新型並不以此為限制，使用者也能採取其他方式達成耦接的動作。在第一變壓器41的二次側的中間的一端耦接於所述第二電池接點62，如圖2所示，第二電池接點62能接地；第二整流器42有一輸入及一輸出，第二整流器42的輸入耦接於第一變壓器41的二次側的兩端；第三電感43的一端耦接於第二整流器42的輸出的一端(即圖2所示第二整流器42輸出的左方端點)；第三電感43的另一端耦接於直流總線70的正極端(+BUS)；第四電感44的一端耦接於第二整流器42的輸出的另一端(即圖2所示第二整流器42輸出的右方端點)；第四電感44的另一端耦接於直流總線70的負極端(-BUS)。

圖2所示的逆變器30是用於將整流器及高功率因子校正器20所輸出的直流電源，或是由直流/直流轉換器40所輸出的直流電源轉換為交流電源，傳送至交流輸出100，作為整合型不斷電電源供應器所輸出的交流電源。逆變器30包括有一第二開關32、一第三開關34以及一第二電感36。第二開關32的一端耦接於直流總線70的正極端(+BUS)；第三開關34的一端耦接於第二開關32的另一端；第三開關34的另一端耦接於直流總線70的負極端(-BUS)；第二電感36的一端耦接於第二開關32與第三開關34的相耦接處，即第二電感36的一端(如圖2所示第二電感36的左側端)是與第二開關32與第三開關34兩者相耦接之處做耦接，第二電感36的另一端則為逆變器30的一輸出端，並通過耦接一個電容之後接地，如圖2所示。

另一方面，圖2揭示不斷電電源供應主板5耦接有控制板6，控制板是作為控制不斷電電源供應器主板5中所描述的各個開關組件的電路操作。控制板6包括一主控制單元64、一USB控制單元65、一主插槽66、一RS232插槽67、一USB插槽68及一EPO插槽69。所述的EPO插槽是指e-Policy Orchestrator的通訊協議所使用的埠。在控制板6中的主控制單元64執行控制不斷電電源供應器主板5的電路操作；USB控制單元65耦接於主控制單元64用於執行USB信號傳輸的控制；主插槽66耦接於主控制單元64用於提供外部電路板插接之用；RS232插槽67耦接於USB控制單元65用於提供RS232插頭插接之用；USB插槽68耦接於USB控制單元65用於提供USB插頭插接之用；EPO插槽69耦接於主控制單元64用於提供EPO插頭插接之用。

圖1所示的不斷電電源供應主板5還包括有一動態旁路器80，提供給用戶執行動態旁路的電路操作，例如可以將交流輸入1的交流電源於經過噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器10之後，直接傳輸到交流輸出100做為交流電源的輸出，即不經過整流器及高功率因子校正器20以及逆變器30的電路作用而直接輸出交流電源。動態旁路器80的進一步說明請參閱圖2，動態旁路器80包括有一輸入繼電器81、一輸出繼電器82及一噪聲輸出濾波器85。其中，輸入繼電器81有一輸入及一輸出；輸入繼電器81的輸入耦接於噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器10，輸入繼電器81的輸出耦接於整流器及高功率因子校正器20；輸出繼電器82有一輸入及一輸出；輸出繼電器82的輸入設有一第一接點(如圖2中標號82的輸出繼電器82框線內的左側上方端點)及一第二接點(如圖2中標號82的輸出繼電器82框線內的左側下方端點)；第一接點耦接於輸入繼電器81的輸出的一端(如圖2中輸入繼電器81的輸出的上方端點)、第二接點耦接於逆變器30中的第二電感36的一輸出端上。

圖2所示的噪聲輸出濾波器85用於將逆變器30所輸出的電源或是由輸入繼電器81所直接傳輸過來的電源執行過濾濾除噪聲，避免輸出的電源含有噪聲。其中噪聲輸出濾波器85有一輸入及一輸出；噪聲輸出濾波器85的輸入的一端(如圖2中噪聲輸出濾波器85方框左側的上方端點)耦接於輸出繼電器82的輸出的端點上；噪聲輸出濾波器85的輸入的另一端耦接於輸入繼電器81的輸出的另一端(如圖2中輸入繼電器81的輸出的上方端點)；噪聲輸出濾波器85的輸出即耦接於交流輸出100。

圖2的不斷電電源供應器主板5中還包括設置有一主電源供應電路90，是用於提供給不斷電電源供應器主板5或是提供整合型不斷電電源供應器中其他電路組件所需要的直流電源，例如提供給控制板6中各個控制IC所需要的電源。主電源供應電路90包括一第三變壓器91、一第三順向二極體92以及一第三順向開關93。其中，第三順向二極體92的陽極端耦接於大功率充電器50的輸出上；第三變壓器91的一次側的一端耦接於第三順向二極體92的陰極端；第三變壓器91的二次側輸出多個電源；第三順向開關93的一端耦接於第三變壓器91的一次側的另一端；第三順向開關93的另一端接地。

圖2的不斷電電源供應器主板5中還包括設置有一輔助電源供應電路95，是直接將經過噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器10處理過後的交流電源加以整流，並輸出多個直流電源用於提供給不斷電電源供應器主板5或是提供整合型不斷電電源供應器中其他電路組件輔助用的直流電源。輔助電源供應電路95中包括一第三整流器96、一第四變壓器97及一第四順向開關98。其中，第三整流器96有一輸入及一輸出；第三整流器96的輸入耦接於噪聲濾波器、突波消除器及輸入過高壓切離器10；第四變壓器97的一次側的一端耦接於第三整流器96的輸出的一端；第四變壓器97的二次側輸出多個電源；第四順向開關98的一端耦接於第四變壓器97的一次側的另一端；第四順向開關98的另一端耦接於第三整流器96的輸出的另一端。

本新型通過上述所揭示的電路組件及其連接運作技術，能夠達成的技術效果如下：

1.大功率充電器(Charger)50(功率範圍：500W～1000W)與整流器及高功率因子校正器(APFC)20共享線路，使得充電能力提高，能夠由傳統500W的充電能力，提高至1000W充電能力，且可減縮電路板的體積，成為共一個不斷電電源供應器主板(PCBA)5，有效降低材料成本及生產成本。

2.改善不斷電電源供應器(UPS)在充電時的輸入電流總失真率(THDi)，由>25％降至<6％的電流總失真率，且提高充電時輸入功因(PF)由0.99％，減少對電力供電系統的電力汙染。

3.充電電流連波由>85％降低至<13％，提高電池壽命及電池蓄電容量，並且提高電池充電效能，及減短充電時間。

4.減少電源供應器的電路板(PCBA)數量，且整合有交流輸入過高壓切離功能(OVCD)與大功率充電器(Charger)50保護功能於一片電源供應器的電路板(PCBA)上，提高可靠度及降低成本，同時提高不斷電電源供應器(UPS)輸入特性，及不斷電電源供應器(UPS)效率提升3～4％。

綜上所述，本新型公開一種整合型不斷電電源供應器，除了避免一般外加式的電池大功率充電器的電路板上需再設置高功率因子校正的電路，並具有降低材料成本、生產成本，以及縮減電路體積的技術校過。

本實用新型說明內容所述的，包括所列舉的組件、數字與實施態樣，均僅為優選的實施例的舉例說明，當不能以之限定本實用新型所保護的範圍，任何局部變動、修正或增加的技術，仍不脫離本實用新型所保護的範圍。