TWI410785B - 電源供應電路和系統 - Google Patents

Description

電源供應電路和系統

本發明是有關於一種電源供應電路和系統，且特別是有關於具有升壓功因修正電路的電源供應電路和系統。

隨著工業的快速發展及能源需求的日益增加，人們越來越重視電源供應的品質與使用效率。以不斷電系統(Uninterruptable Power Supply；UPS)為例，近年來電腦已普遍地應用於民生與工業用途上。因此，資料的保存和電腦設備的正常運作經常受到使用者的重視。然而，當使用電腦時，若發生不預期的電力中斷情形，即導致電腦當機，並危及重要資料的保存，此時，UPS即可以提供電腦一緊急電力，以維持電腦的正常運作。

請參考第1圖和第2圖，其係繪示習知電源供應系統的電路示意圖。當習知電源供應系統910可用於作為不斷電系統或通訊電源供應系統時，此電源供應系統910之輸入端係連接於市電電源(AC 95V~230V)，而輸出端係連接於一負載(未繪示)，且電源供應系統910包含有全波整流器911、功因修正電路912、直流電源913及轉換器914。全波整流器911係連接於市電，用以對交流市電進行全波整流。功因修正電路912係連接於全波整流器911，用以使輸入電流波形能追隨輸入電壓波形，達到功因修正和穩壓的功能。直流電源913係連接於功因修正電路912和轉換器914之間，用以當市電無法正常供電時，提供直流電源至轉換器914，並藉由轉換器914來轉換成一輸出電源(另一直流電源或交流電源)。其中當直流電源913提供電源，且負載需較高電壓準位來驅動時，一般直流電源913則需堆疊多個高壓電池(如第1圖所示)；或者，直流電源913需藉由一直流/直流(DC/DC)轉換器915來轉換一低電壓準位至一高電壓準位(如第2圖所示)。然而，高壓電池所堆疊的高壓電池組較為昂貴，因而增加電源供應系統的成本。若使用轉換器915來提升電壓，則無法避免部分效率在轉換器915中損失的情形，且亦增加系統的成本和複雜度。

因此本發明之一方面係在於提供一種電源供應系統與電路，藉以利用升壓功因修正電路來進行升壓，因而可使用低電壓之直流電源來提供高電壓之直流電，且無需增加轉換器來進行升壓。

根據本發明之實施例，本發明之電源供應系統至少包含整流電路、至少一直流電源、升壓功因修正電路、轉換器及負載。整流電路係電性連接於一交流電源，直流電源係串聯連接開關元件，用以提供直流電。升壓功因修正電路係用以修正功率因數，並提升直流電的電壓準位，其中直流電源與開關元件係電性連接於整流電路與升壓功因修正電路之間，轉換器係電性連接於升壓功因修正電路，用以轉換直流電成一輸出電源，負載係電性連接於該轉換器，以接收輸出電源。

因此，本發明之電源供應電路和系統可使用低電壓之直流電源來提供高電壓之直流電，因而可減少電源供應系統的成本和複雜度，並可減少不必要的效率耗費。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，本說明書將特舉出一系列實施例來加以說明。但值得注意的是，此些實施例只是用以說明本發明之實施方式，而非用以限定本發明。

請參照第3圖和第4圖，第3圖係繪示依照本發明之第一實施例之電源供應系統的系統方塊圖，第4圖係繪示依照本發明之第一實施例之電源供應系統的電路示意圖。本實施例之電源供應系統至少包含有電源供應電路100、交流電源200及負載(未繪示)，其中電源供應電路100之輸入端係電性連接於交流電源200(市電AC 95V~230V)，而電源供應電路100之輸出端係電性連接於負載，負載可例如為電腦設備、通訊設備或其他電子裝置。其中當交流電源200無法正常供電(斷電)時，電源供應系統可提供備用的直流電源，因而本實施例之電源供應系統可作為不斷電系統(Uninterruptable Power Supply；UPS)或通訊設備電源供應系統。值得注意的是，在本實施例中，交流電源200可為一單相交流電源，而在另一實施例中，交流電源200亦可為一三相交流電源。

如第3圖和第4圖所示，本實施例之電源供應電路100至少包含有整流電路110、至少一直流電源120、開關元件130、升壓功因修正電路140(Boost PFC)及轉換器150(Converter)。整流電路110之輸入端係連接於交流電源200，用以轉換交流電源200所提供之一交流電成一直流電，整流電路110例如為全波整流電路(二極體橋式整流電路)或半波整流電路。直流電源120係串聯連接於開關元件130，且直流電源120和開關元件130係並聯連接於整流電路110之輸出端，藉以當交流電源200無法正常供電時可開關元件130來切換至直流電源120，而提供另一直流電至負載，避免電源供應系統無法正常供電。本實施例之直流電源120可為低電壓電池，且較佳具有大電池容量(Ah)，例如：太陽能電池、燃料電池或傳統電池，亦可為一個由複數個電池(Cell)所堆疊而成的電池組，或者為複數個電池組(Cell Assembly)所組成之電池。開關元件130(例如為繼電器)係連接於整流電路110和直流電源120之間，以控制電性路徑的截止或導通狀態。當交流電源200正常供電時，開關元件130為截止狀態，而當交流電源200斷電時，開關元件130為導通狀態，由直流電源120來提供直流電。

如第4圖所示，本實施例之升壓功因修正電路140係並聯連接於直流電源120和開關元件130，亦即直流電源120和開關元件130係連接於整流電路110與升壓功因修正電路140之間。升壓功因修正電路140係用以使輸入電流波形追隨輸入電壓，亦即修正電源供應系統的功率因數，以提升電源供應效率，並可當直流電源120提供直流電時，提升直流電源120所提供之直流電的電壓準位，以滿足負載對於高電壓之需求。在本實施例中，升壓功因修正電路140可包含有功因修正電感141、開關142、二極體143及功因修正電容144。開關142例如係由一功率開關和一續流二極體所組成，且並聯連接於功因修正電感141，藉以利用開關142的導通和截止，而控制輸入電流來追蹤輸入電壓的波形。二極體143係電性連接於功因修正電感141之輸出端，功因修正電容144係電性連接於功因修正電感141和二極體143，以儲存或釋放功因修正電感141輸出之電能，功因修正電容144較佳為大電容(Bulky Capacitor)。此時，由於直流電源120係連接於升壓功因修正電路140之輸入端，因此，當低電壓準位之直流電源120提供直流電時，可藉由升壓功因修正電路140來提升直流電的電壓準位，以得到高準位的電壓。

如第3圖和第4圖所示，本實施例之轉換器150可為直流/交流或直流/直流轉換器，並連接於升壓功因修正電路140之輸出端，以接收由升壓功因修正電路140所輸出之直流電，並轉換成一適合的輸出電源(交流電或直流電)至負載。

因此，當交流電源200正常供電時，本實施例之升壓功因修正電路140可提升電源供應系統的功率因數，因而提升電源供應效率。當交流電源200無法正常供電時，可藉由直流電源120來提供直流電，並藉由升壓功因修正電路140來提升直流電的電壓準位，以滿足負載對於高電壓驅動之要求。因此，本實施例之電源供應電路和系統可使用低電壓之直流電源120來提供高電壓之直流電，因而可減少電源供應系統的成本和複雜度，並可減少不必要的效率耗費。

值得注意的是，本實施例之電源供應電路僅為本發明的一種實施方式，熟悉電子電路之技術者可藉由各種不同的電子電路設計來達成相同功效。

請參照第5圖，其繪示依照本發明之第二實施例之電源供應系統的電路示意圖。以下僅就本實施例與第一實施例之相異處進行說明，關於相似處在此不再贅述。相較於第一實施例，第二實施例之電源供應電路100a更具有至少一電池160和二極體170，電池160係串聯連接於二極體170，電池160和二極體170係並聯連接於升壓功因修正電路140和轉換器150之間。電池160較佳為小電池容量(Ah)的高電壓電池，用以在功因修正電容144尚未放電前，臨時提供直流電至轉換器150，以進一步確保電源供應電路100a的供電穩定性。值得注意的是，在本實施例中，亦可利用一大電容(未繪示)來取代電池160，以穩定電源供應電路100a之供電。

由上述本發明的實施例可知，本發明之電源供應電路和系統可使用低電壓之直流電源來提供高電壓之直流電，且無需增加轉換器來進行升壓，因而可減少電源供應系統的成本和複雜度，並可減少不必要的效率耗費。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、100a．．．電源供應電路

110．．．整流電路

120．．．直流電源

130．．．開關元件

140．．．升壓功因修正電路

141．．．功因修正電感

142．．．開關

143．．．二極體

144．．．功因修正電容

150．．．轉換器

160．．．電池

170．．．二極體

200．．．交流電源

910．．．電源供應系統

911．．．全波整流器

912．．．功因修正電路

913．．．直流電源

914．．．轉換器

915．．．直流/直流轉換器

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：第1圖和第2圖係繪示習知電源供應系統的電路示意圖。

第3圖係繪示依照本發明之第一實施例之電源供應系統的系統方塊圖。

第4圖係繪示依照本發明之第一實施例之電源供應系統的電路示意圖。

第5圖係繪示依照本發明之第二實施例之電源供應系統的電路示意圖。

100．．．電源供應電路

110．．．整流電路

120．．．直流電源

130．．．開關元件

140．．．升壓功因修正電路

150．．．轉換器

200．．．交流電源

Claims (36)

1. 一種電源供應系統，至少包含：一整流電路，電性連接於一交流電源；至少一直流電源，串聯連接一開關元件，用以提供一直流電；一升壓功因修正電路，用以修正功率因數，並提升該直流電的電壓準位，其中該直流電源與該開關元件係電性連接於該整流電路與該升壓功因修正電路之間；一轉換器，電性連接於該升壓功因修正電路，用以轉換該直流電成一輸出電源；以及一負載，電性連接於該轉換器，以接收該輸出電源。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該負載為電腦設備或通訊設備。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該電源供應系統係一不斷電系統(Uninterruptable Power Supply；UPS)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該電源供應系統係一通訊設備電源供應系統。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該整流電路係一全波整流電路。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電源供應系統，其中該整流電路係一二極體橋式整流電路。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該整流電路係一半波整流電路。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該直流電源為低電壓電池。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該直流電源為太陽能電池、燃料電池或傳統電池。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該直流電源係由複數個電池所堆疊而成之一電池組。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該開關元件係一繼電器。
12. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該升壓功因修正電路至少包含：一功因修正電感；一開關，並聯連接於該功因修正電感；一二極體，電性連接於該功因修正電感之輸出端；以及 一功因修正電容，電性連接於該功因修正電感和該二極體。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電源供應系統，其中該開關係由一功率開關和一續流二極體所組成。
14. 如申請專利範圍第12項所述之電源供應系統，其中該功因修正電容係大電容(Bulky Capacitor)。
15. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該轉換器係直流/交流或直流/直流轉換器。
16. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，更至少包含：至少一電池，串聯連接於一二極體，其中該電池和該二極體係並聯連接於該升壓功因修正電路和該轉換器，且該電池具有小電池容量(Ah)和高電壓。
17. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該交流電源係為一單相交流電源。
18. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該交流電源係為一三相交流電源。
19. 一種電源供應電路，其中該電源供應電路之輸入 端係連接於一交流電源，該電源供應電路之輸出端係連接於一負載，該電源供應電路至少包含：一整流電路，電性連接於該交流電源；至少一直流電源，用以提供一直流電，並電性串聯連接一開關元件；一升壓功因修正電路，用以修正功率因數，並提升該直流電的電壓準位，其中該直流電源與該開關元件係電性連接於該整流電路與該升壓功因修正電路之間；以及一轉換器，電性連接於該升壓功因修正電路，用以轉換該直流電成一輸出電源，並提供該輸出電源至該負載。
20. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，其中該負載為電腦設備或通訊設備。
21. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，其中該電源供應電路係一不斷電系統(Uninterruptable Power Supply；UPS)。
22. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，其中該電源供應電路係一通訊設備電源供應系統。
23. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，其中該整流電路係一全波整流電路。
24. 如申請專利範圍第23項所述之電源供應電路，其 中該整流電路係一二極體橋式整流電路。
25. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，其中該整流電路係一半波整流電路。
26. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，其中該直流電源為低電壓電池。
27. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，其中該直流電源為太陽能電池、燃料電池或傳統電池。
28. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，其中該直流電源係由複數個電池所堆疊而成之一電池組。
29. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，其中該開關元件係一繼電器。
30. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，其中該升壓功因修正電路至少包含：一功因修正電感；一開關，並聯連接於該功因修正電感；一二極體，電性連接於該功因修正電感之輸出端；以及一功因修正電容，電性連接於該功因修正電感和該二極體。
31. 如申請專利範圍第30項所述之電源供應電路，其中該開關係由一功率開關和一續流二極體所組成。
32. 如申請專利範圍第30項所述之電源供應電路，其中該功因修正電容係大電容(Bulky Capacitor)。
33. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，其中該轉換器係直流/交流或直流/直流轉換器。
34. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，更至少包含：至少一電池，串聯連接於一二極體，其中該電池和該二極體係並聯連接於該升壓功因修正電路和該轉換器，且該電池具有小電池容量(Ah)和高電壓。
35. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，其中該交流電源係為一單相交流電源。
36. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應電路，其中該交流電源係為一三相交流電源。