备用电源装置制造方法及图纸

本发明专利技术是有关于一种备用电源装置，连接在一交流市电与一负载间，以对该负载供电，该备用电源装置包括一将该交流市电转换成一直流电输出的交流／直流转换单元，一接受该直流电充电以储能的磁性电容单元，一用以对该磁性电容的放电电压进行升／降压转换，以输出一定电压的直流／直流转换单元，一将该定电压转换成一交流电输出的直流／交流转换单元，以及一选择连接该交流市电或该直流／交流转换单元，以适时输出该交流市电或该交流电给该负载的控制单元。本发明专利技术备用电源装置应用磁性电容做为储能单元而具有低成本、能量储存密度高、体积小、重量轻、容量大、无需维护、使用寿命长、环保低污染等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是涉及一种备用电源装置，特别是涉及一种应用磁性电容做为 储电元件的备用电源装置。
技术介绍
随着电力应用科技的发展，需要靠电力才能运作的电子设备不断被开 发出来，使得人们对于电力的需求与日俱增，以致于突然的断电常常给人 们的生活带来冲击与不便，尤其是对于工厂产线或生活中特别重要的负载 设备， 一旦中断供电，往往会对业者或使用者造成重大的经济损失。然而， 即使现在的电网设施再先进，意外的断电仍在所难免，因此能够在市电断电时，及时提供负载所需电能的不断电系统(UPS)和广泛应用于建筑电气领 域及特殊应急供电场合的应急供电系统(EPS)遂成为供电系统中的重要设 备的一。请参阅图1所示，是绘示以往现有的一种后备式不断电系统的电路方 块示意图，是目前后备式不断电系统(UPS)IOO的主要电路方块图，当市电正 常输出时，开关单元13会将市电提供给后端负载，同时，市电经由交流/直 流转换器(充电器)10输出直流电对储能单元(铅酸电池组)11预充电。当市 电(Vin)突然中断时，开关单元13会切换一直流/交流转换器(逆变器)12，同 时储能单元(铅酸电池组)11输出直流电经由直流/交流转换器(逆变器)12 进行直/交流转换后输出一交流电供后端负载使用。而目前的不断电系统(UPS)或应急供电系统(EPS)中皆普遍使用铅酸蓄 电池做为其储能元件，但是铅酸蓄电池具有体积大、重量重、能量储存密 度低、成本高、需要维护、使用寿命短等缺点，并且对环境温度要求较高(温 度太低影响电池容量，温度高影响电池寿命)，充放电电压电流有限制(过 高电压、深度放电等都会严重影响电池的寿命，甚至造成永久损坏)，且对充 电过程要求高、充电时间长。另外，铅酸蓄电池在UPS或EPS中所占的成本比例相当高，使设备价 格昂贵。而且铅酸蓄电池并非环保产品，处理不当容易对环境造成严重的 污染。因此，在UPS或EPS系统中有必要寻求新型的储能元件来取代铅酸 蓄电池。现今应用上大都利用电池、电容或超级电容(Super capacitor)作为能 量储存的元件。电容虽然在制程上较为简单，但因其储存容量小，只能当做短暂储能使用。而传统电池，主要是利用化学能的方式来进行能量储存，因 此其能量储存密度明显优于一般电容，而可应用于各种电力供应装置，但是，其缺点是其所能产生的瞬间电力输出会受限于化学反应速率，而无法快速的充放电或进行高功率输出，且充放电次数有限，过度充放时容易滋生各种问题；例如目前所使用的蓄电池，虽然标榜着可重复使用，但还 是有其寿命的限制。在多次充放电或长时间不使用的情况下，蓄电池的容 量会下降，且容易损坏，原因在于蓄电池是利用化学能转换为电能，化学 物质要常保其活性，才不至于失效变质，当原来的化合物活性都作用完或 将近用完时，便无法再进行新的化学反应，进而导致蓄电池老化而宣告寿 终。超级电容是一种介于电池与电容间的元件，又称双电层电容 (Electrical Double-Layer Capacitor),因同时通过部分物理j渚能、部分 化学储能架构，故其具有比普通电容更大的容量，但其缺点是因为有化 学材料而具有化学特性，而容易有如电池的漏电缺点，又加上因还有部分 是物理特性的放电速度快现象，如此一来就产生有很快就会没电的现象，无 法达到有效蓄电功能。甚至，超级电容的耐压度不高，内阻较大，因而不 可以用于交流电路，且如果使用不当会造成电解质泄漏等现象。上述现有的储能元件并无法同时达到UPS或EPS所要求的寿命长(高充 放电次数)、高能量储存密度、瞬间高功率输出及快速充放电等优点。由此可见，上述现有的储能元件在结构与使用上，显然仍存在有不便 与缺陷，而亟待加以进一步改进。为解决上述存在的问题，相关厂商莫不 费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而 一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解 决的问题。因此如何能创设一种新型结构的备用电源装置，实属当前重要研 发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。有鉴于上述现有的储能元件存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类产品 设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以 研究创新，以期创设一种新型结构的备用电源装置，能够改进一般现有的 储能元件，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样 品及改进后，终于创设出确具实用价值的本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有的储能元件存在的缺陷，而提供一种新 型结构的备用电源装置，所要解决的技术问题是使其提供一种应用具有低 成本、能量储存密度高、体积小、重量轻、容量大、无需维护、使用寿命 长、环保低污染等优点的储能元件的备用电源装置，非常适于实用。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据 本专利技术提出的一种备用电源装置，用以连接在一交流市电与一负载间，以对该负载供电；其中该备用电源装置包含 一交流/直流转换单元，用以将该 交流市电转换成一直流电输出； 一磁性电容单元，与该交流/直流转换单元 连接，以接受该直流电的充电以储能； 一直流/直流转换单元，与该磁性电容 单元连接，用以对该磁性电容一放电电压进行升/降压转换，以输出 一定电 压； 一直流/交流转换单元，与该直流/直流转换单元连接，用以将该定电压 转换成一交流电后输出；以及一控制单元，可选择连接该交流市电或该直 流/交流转换单元，以适时输出该交流市电或该交流电给该负载。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。较佳地，前述的备用电源装置，其中所述的磁性电容单元包括由复数个 磁性电容以串联、并联或串并联方式组成的 一磁性电容组。较佳地，前述的备用电源装置，其中所述的磁性电容包含有一第一磁性 电极、 一第二磁性电极以及设置于其间的一介电层，其中该第一磁性电极与 第二磁性电极内具有磁偶极以抑制该磁性电容的漏电流。较佳地，前述的备用电源装置，其中所述的第 一磁性电极包含有 一 第 一磁性层，具有排列成第一方向的磁偶极； 一第二磁性层，具有排列成第二 方向的磁偶极；以及一隔离层，包含有非磁性材料，设置于该第一磁性层 与该第二磁性层间；其中该第一方向与该第二方向互为反向，以抑制该磁性 电容的漏电 流o较佳地，前述的备用电源装置，其中所述的第 一磁性电极与第二磁性电极是包含有稀土元素，该介电层是由氧化钛(Ti03)、氧化钡钛(BaTiO》或一 半导体层所构成。较佳地，前述的备用电源装置，其中所述的半导体层为氧化硅。较佳地，前述的备用电源装置，其中所述直流/直流转换单元包括一电 感、 一与该电感的一第一端及该磁性电容单元连接的第一三极管开关、一 与该电感的该第一端连接的第二三极管开关、控制该第一三极管开关及该 第二三极管开关的开关频率及P丽周期以对该磁性电容单元的放电电压进 行降压的一降压控制电路、与该电感的一第二端连接的一第三三极管开关 及一第四三极管开关、控制该第三三极管开关及该第四三极管开关的开关 频率及PWM周期以对^f兹性电容单元的放电电压进行升压的一升压控制电 路，以及一对该电感的输出电流进行滤波整流的滤波电路。较佳地，前述的备用电源装置，其中所述的磁性电容单元更包括一过电 流保护电^各，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种备用电源装置，用以连接在一交流市电与一负载间，以对该负载供电；其特征在于该备用电源装置包含：　一交流／直流转换单元，用以将该交流市电转换成一直流电输出；　一磁性电容单元，与该交流／直流转换单元连接，以接受该直流电的充电以储能 ；　一直流／直流转换单元，与该磁性电容单元连接，用以对该磁性电容一放电电压进行升／降压转换，以输出一定电压；　一直流／交流转换单元，与该直流／直流转换单元连接，用以将该定电压转换成一交流电后输出；以及　一控制单元，可选择连 接该交流市电或该直流／交流转换单元，以适时输出该交流市电或该交流电给该负载。

【技术特征摘要】
1、一种备用电源装置，用以连接在一交流市电与一负载间，以对该负载供电；其特征在于该备用电源装置包含一交流/直流转换单元，用以将该交流市电转换成一直流电输出；一磁性电容单元，与该交流/直流转换单元连接，以接受该直流电的充电以储能；一直流/直流转换单元，与该磁性电容单元连接，用以对该磁性电容一放电电压进行升/降压转换，以输出一定电压；一直流/交流转换单元，与该直流/直流转换单元连接，用以将该定电压转换成一交流电后输出；以及一控制单元，可选择连接该交流市电或该直流/交流转换单元，以适时输出该交流市电或该交流电给该负载。2、 如权利要求1所述的备用电源装置，其特征在于其中所述的磁性电容单元包括由复数个磁性电容以串联、并联或串并联方式组成的一磁性电容组。3、 如权利要求2所述的备用电源装置，其特征在于其中所述的磁性电容包含有一第一磁性电极、 一第二磁性电极以及设置于其间的一介电层，其中该第 一磁性电极与第二磁性电极内具有磁偶极以抑制该磁性电容的漏电流。4、 如权利要求3所述的备用电源装置，其特征在于其中所述的第一磁性电极包含有一第一磁性层，具有排列成第一方向的磁偶极；一第二磁性层，具有排列成第二方向的磁偶极；以及一隔离层，包含有非磁性材料，设置于该第 一磁性层与该第二磁性层间；其中该第一方向与该第二方向互为反向，以抑制该磁性电容的漏电流。5、 如权利要求3所述的备用电源装置，其特征在于其中所述的第一磁性电极与第二磁性电极是包含有稀土元素，该介电层是由氧化钛、氧化钡钛或一半导体层所构成。6、 如权利要求5所述的备用电源装置，其特征在于其中所述的半导体层为氧化硅。7、 如权利要求1所述的备用电源装置，其特征在于其中所述的直流/直流转换单元包括一电感、 一与该电感的一第一端及该磁性电容单元连接的第一三极管开关、 一与该电感的该第一端连接的第二三极管开关、控制该第一三极管开关及该第二三极管开关的开关频率及PWM周期以对该磁性电容单元的放电电压进行降压的一降压控制电路、与该电感的一第二端连接的一第三三极管开关及一第四三极管开关、控制该第三三极管开关及该第四三极管开关的开关频率及P丽周期以对磁性电容单元的放电电压进行升压的一升压控制电路，以及一对该电感的输出电流进行滤波整流的滤波电路。8、 如权利要求2所述的备用电源装置，其特征在于其中所述的磁性电容单元更包括一过电流保护电路，其连接在该巨-兹电容组的正、负极两端间，用以保护该巨磁电容组不致因充/放电电流过大而烧毁。9、 如权利要求8所述的备用电源装置，其特征在于其中所述的过电流保护电路包含一 与磁性电容组的正极端连接的保险丝及一保护电路， 一 串接在磁性电容组的负极端并受该保护电路控制的开关，以及一连接在该保护电路与磁性电容组的负极端间的电阻，该电阻侦测该磁性电容组的输出电流并送给该保护电路，该保护电路可根...

【专利技术属性】
技术研发人员：许跃腾，郑宇竣，
申请(专利权)人：光宝科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]