谐振电源转换器及其应用的不断电系统技术方案

一种谐振电源转换器及其应用的不断电系统，接收输入电源，并提供电力给负载使用，系统中包括电能储存单元、充电单元、谐振电源转换器以及供电切换单元。其中电能储存单元是用来储存电力，在输入电源发生异常时能够提供备用电力给负载使用。谐振电源转换器是用来在电能储存单元要提供电力时作变压，在二次侧线圈设有谐振电容，会让输出电流能够产生谐振的现象，以使一次侧开关单元运作于零电压与零电流切换的模式之下，进一步降低电磁干扰现象与不必要的功率耗损。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种不断电系统，尤其是指一种具有谐振软切换电源转换器的不 断电系统。
技术介绍
不断电系统(Uninterruptible Power Supply, UPS)是在原本的电源供应异常 (如供电中断或是供电电力忽高忽低)时，能够提供后备的电力让电子装置能够照常运作 的设备，一般来说常用于维持计算机主机(尤其是服务器)或交换机等关键设备或精密仪 器，以防止数据遗失或仪器失去控制。而如图1所示，为公知不断电系统中的电源转换器10的线路示意图，其中包含有 变压器101、开关单元103和105、吸收回路107和109、输出电容C。以及输出电感L。。该电 源转换器10是当需要使用备用电力时，作备用电力的电压调整之用，其运作模式有三模式一是开关单元103导通而开关单元105截止，一次侧电流流经开关单元103， 同时变压器101 二次侧电流通过二极管D1与D4向负载&供电。模式二是开关单元103截 止而开关单元105导通，一次侧电流流经开关单元105，同时变压器101 二次侧电流通过二 极管D2与D3向负载&供电。模式三为开关单元103和105皆截止，一次侧不向二次侧传 递能量，而负载&则由输出电容C。和输出电感L。进行供电。接着请参考图2A及图2B，为电源转换器10工作时开关单元103的运作波形，其 中Vgl是开关单元103的闸极驱动电压，而Vdsl则是开关单元103的工作电压。如图2A所 示及图2B所示，因为电感的关系，开关单元103运作时，在截止(如图2A的时间点、)或 导通(如图2B的时间点t2)瞬间会有突波电压Illa及Illb产生，如此就会使开关损耗急遽上升。而一般来说，要增加整体的效率，会采取以下的方式第一种为增加吸收回路107 和109中吸收电容的电容值，将施加在开关单元103和105上的突波电压Illa及Illb作 缓冲，降低开关单元103及105上的电压冲击，以减少开关损耗。但透过吸收电容转移过来 的能量必须由吸收回路107及109中的电阻在一个开关周期内消耗掉，故只是实现了功耗 的转移，整体的效率并不会有显著提升。第二种方式为在开关单元103及105分别并联一 M0SFET，使得开关单元103及105 的导通电阻减少，在电流不变的情况下，降低其导通损耗，但此种方式因为要添加M0SFET， 就会导致体积及成本的上升。第三种方式是增加输出电感L。的电感值，如此一来对应到一次侧的电感也会随之 增大，由LdiM = Vi的公式可知，电感增大会使流经开关单元103及105电流的变化率降低， 电流峰值下降，如此开关单元103及105的导通损耗也会随之下降，但电感增大到某一定值 后，由于电感自身损耗的增加大于导通损耗的减少，因此反而整体效率会下降，而要增加电 感也会导致成本及体积的上升。因此，公知不断电系统中的电源转换器仍有值得改善之处。
技术实现思路
有鉴于此，本技术所要解决的技术问题在于，在尽量不增加线路体积及成 本的前提下，降低开关单元的电压应力，以提升不断电系统(Uninterruptible Power Supply, UPS)的电源转换器的效率。为了达到上述目的，本技术提供一种不断电系统，接收一输入电源，并提供电 力给一负载使用，该不断电系统包括一电能储存单元、一充电单元、一谐振电源转换器以及 一供电切换单元。其中电能储存单元是用来在输入电源正常供应时储存电力，并在输入电源供应异 常时(如供电中断或忽高忽低)提供所储存的电力给负载使用；充电单元耦接于输入电源 与电能储存单元之间，用来将输入电源作整流与变压，再传送至电能储存单元作电力的储存。谐振电源转换器耦接于电能储存单元，用以作电能储存单元所储存的电力的变 压，该谐振电源转换器中有一变压器、至少一开关单元及一谐振电容，其中开关单元耦接于 变压器的一次侧线圈，而谐振电容则与变压器的二次侧线圈串联，使变压器的输出电流产 生谐振；而供电切换单元耦接于输入电源、电能储存单元与负载之间，用以控制输入电源或 电能储存单元供应电力给负载。其中该充电单元包含一整流器及一充电变压器，整流器是用来将输入电源作整 流，而充电变压器则耦接于整流器，将整流过后的输入电源作变压，并传送至电能储存单元 作储存。另外，该不断电系统更包括有一保护单元、一换流单元及一电源供应模块。保护单 元可以包括有一电磁干扰滤波单元及至少一保险丝，耦接于输入电源，以降低输入电源对 不断电系统所造成的电磁干扰。换流单元则是耦接于谐振电源转换器，用以将直流电转换 成交流电以提供给负载使用；而电源供应模块耦接于充电单元以及谐振电源转换器，以提 供充电单元及谐振电源转换器运作所需的电力。根据本技术的另一方案，提供一种谐振电源转换器，包括有一变压器、至少一 开关单元及一谐振电容，其中开关单元耦接于变压器的一次侧线圈，而谐振电容则与变压 器的二次侧线圈串联，使变压器的输出电流产生谐振。借助于在电源转换器的二次侧线圈串联谐振电容，使变压器输出电流产生谐振， 进一步让一次侧的开关单元产生零电压切换及零电流切换的机制，以降低不必要的功率耗 损，在尽量不增加线路体积及成本的前提下，改善不断电系统的整体效率。以上的概述与接下来的实施例，皆是为了进一步说明本技术的技术手段与达 到功效，然所叙述的实施例与附图仅提供参考与说明用，并非用来对本技术加以限制。附图说明图1为公知不断电系统中的电源转换器的线路示意图；图2A为公知电源转换器中开关单元的一种工作波形图；图2B为公知电源转换器中开关单元的另一种工作波形图；图3为本技术具谐振电源转换器的不断电系统的一种实施例的线路示意图；图4为本技术谐振电源转换器的一种实施例的线路示意图；图5A为本技术谐振电源转换器的一种实施例的工作波形图；图5B为本技术谐振电源转换器的开关单元的闸极驱动电压与其开关跨压的 对应波形示意图；以及图5C为本技术的谐振电源转换器二次侧线圈的输出电流产生谐振的波形示 意图。主要元件附图标记说明10电源转换器101变压器103、105 开关单元107、109 吸收回路IllaUllb 突波电压20谐振电源转换器201变压器203、205 开关单元30保护单元301电磁干扰滤波单元303保险丝40充电单元401整流器403充电变压器50电能储存单元60换流单元70电源供应模块80供电切换单元C。输出电容C；谐振电容Csl、(；2寄生电容D” D2、D3、D4 二极管L。输出电感Lr漏电感Rl 负载具体实施方式请参照图3，为本技术不断电系统的一种实施例的线路示意图，接收一输入电 源Vin并产生一输出电压V。ut以供应给一负载(图未示)，包括有一谐振电源转换器20、一 充电单元40、一电能储存单元50以及一换流单元60。其中，该不断电系统可以是在线式不 断电系统或在线交错式不断电系统。电能储存单元50可以是任意形式的电容或是充电电池，用来在输入电源Vin正常供应时储存电力，并在输入电源Vin异常(如供电中断或是不稳定)时，能够有备用的电力 供应给负载作使用。充电单元40耦接在输入电源Vin及电能储存单元50之间，其中有整流 器401及充电变压器403，分别用来将输入电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不断电系统，其特征在于，接收一输入电源，并输出电力给一负载使用，包括：一电能储存单元，在该输入电源正常供应时储存电力，并在该输入电源供应异常时提供所储存的电力给该负载使用；一充电单元，耦接于该输入电源与该电能储存单元之间，将该输入电源作整流与变压，再传送至该电能储存单元作电力的储存；一谐振电源转换器，耦接于该电能储存单元，以作该电能储存单元所储存的电力的变压，该谐振电源转换器有一变压器、至少一开关单元及一谐振电容，其中该些开关单元耦接于该变压器的一次侧线圈，而该谐振电容则与该变压器的二次侧线圈串联，使该变压器的输出电流产生谐振；以及一供电切换单元，耦接于该输入电源、该电能储存单元及该负载之间，以控制该输入电源或该电能储存单元供应电力给该负载。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈铭宪，周颖，谢卓明，
申请(专利权)人：旭隼科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：71[中国|台湾]