自动启动电路及具自动启动电路的不间断电源供应器

摘要

本发明提供一种自动启动电路，适用于不间断电源供应器，用以检测不间断电源供应器的储能单元的状态而自动驱动不间断电源供应器的开关电路，使不间断电源供应器可以自动启动，该自动启动电路包含：状态检测电路，连接于储能单元连接端，借由储能单元连接端检测储能单元的状态，并依据储能单元的状态产生对应的启动控制信号；以及次开关驱动电路，连于状态检测电路、开关电路的控制端以及共接端，用以依据启动控制信号判断是否驱动开关电路导通进而启动不间断电源供应器。其中，该自动启动电路只会在启动瞬间才会消耗少量的电能，在启动后不会消耗额外的电能，因此可以改善不间断电源供应器的整体性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种启动电路以及电源供应器，尤其涉及一种自动启动电路及具自动启动电路的不间断电源供应器(Uninterruptible Power Supply，UPS)。

背景技术

随着信息工业与高科技产业的快速发展，大部分的精密电子仪器与设备需要依赖高质量的电源供应来维持正常的运行。在各种供电方式中，不间断电源供应器除了可以确保电源不会断电外，还可以提供高质量电源，所以不间断电源供应器已经成为现今提供高质量电源的一种最佳方案。

因此，一些重要的设备会在市电异常或中断时，使用不间断电源供应器提供电源，以防止重要设备因为市电异常或中断而停止运行，其中，传统不间断电源供应器的外壳上会设置一个启动开关，使用者借由启动开关可以轻易启动不间断电源供应器用来提供电源给重要设备，同样地，使用者也可以借由启动开关轻易关闭不间断电源供应器，使不间断电源供应器停止供电给重要设备，所以，不间断电源供应器正常运行时，有可能发生使用者不小心误触开关将不间断电源供应器关闭，使重要设备因为人为的错误操作而突然停止运行。

此外，不间断电源供应器中的电池损坏或使用寿命终止时，需要更换新的电池，以使不间断电源供应器在市电异常或中断时，可以持续供电给重要设备，然而，使用者在更换电池后，需要自行借由启动开关启动传统不间断电源供应器，以确定电池是否有正确更换，对于非技术员的一般使用者来说非常不方便且耗时。

因此，如何发展一种可改善上述公知技术缺陷的自动启动电路及具自动启动电路的不间断电源供应器，实为相关技术领域者目前所迫切需要解决的问题。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种自动启动电路，适用于不间断电源供应器，用以检测储能单元的状态而自动驱动一开关电路，使不间断电源供应器可以自动启动，其中，该自动启动电路只会在启动瞬间才会消耗少量的电能，在启动后不会消耗额外的电能，因此可以改善不间断电源供应器的整体效能，还因为在启动后不会消耗额外的电能，所以，不间断电源供应器不论是运行在备用电源供电模式(backup mode)或其它模式，此自动启动电路也不会额外消耗电能，还不会消耗储能单元储存的电能，而使储能单元储存的电能减少，因此，不间断电源供应器在市电异常或中断时，使用储能单元供电的时间或储能单元提供的电量也不会减少。

本发明的另一主要目的在于提供一种具自动启动电路的不间断电源供应器，该不间断电源供应器具有自动启动电路，以检测储能单元的状态而自动启动不间断电源供应器，其中，该自动启动电路在储能单元的状态，例如储能单元连接或未连接于储能单元连接端等储能单元的状态，没有变化时不会消耗额外的电能，只会在储能单元的状态改变时才会消耗少量的电能，因此可以改善不间断电源供应器的整体效能，还因为在储能单元的状态没有变化时自动启动电路不会额外消耗电能，所以，具自动启动电路的不间断电源供应器不论是运行在备用电源供电模式或其它模式，此自动启动电路也不会额外消耗电能，还不会消耗储能单元储存的电能，而使储能单元储存的电能减少，因此，具自动启动电路的不间断电源供应器在市电异常或中断时，使用储能单元供电的时间或储能单元提供的电量也不会减少。此外，使用者在更换储能单元的储能组件例如电池后，不需要借由启动开关启动具自动启动电路的的不间断电源供应器来确定储能单元是否有正确更换，进而增加使用者的方便性以及减少储能单元更换时间。

为达上述目的，本发明的一较广义实施形态或方式为提供一种自动启动电路，适用于不间断电源供应器，用以检测不间断电源供应器的储能单元的状态使不间断电源供应器自动启动，其中该自动启动电路包含状态检测电路，连接于储能单元连接端，借由储能单元连接端检测储能单元的状态，并依据储能单元的状态产生对应的启动控制信号；以及次开关驱动电路，连接于状态检测电路、该不间断电源供应器的开关电路的控制端以及共接端，用以依据启动控制信号判断是否驱动开关电路导通而启动不间断电源供应器。

为达上述目的，本发明的另一较广义实施形式或方式为提供一种具自动启动电路的不间断电源供应器，其包含：交流-直流转换电路，用以将交流输入电压转换为第一直流电压；储能单元，连接于储能单元连接端，用以储存电能；充电电路，连接于交流-直流转换电路以及储能单元连接端，用以对储能单元充电；选择电路，连接于交流-直流转换电路、储能单元连接端以及负载，用以选择性地输出第一直流电压或储能单元连接端的电压至负载；开关电路，连接于储能单元连接端；以及自动启动电路，连接于储能单元连接端以及开关电路的控制端，用以检测储能单元的状态而自动驱动开关电路导通，使具自动启动电路的不间断电源供应器启动；控制电路，连接于开关电路，用以控制具自动启动电路的不间断电源供应器运行，并产生第一控制信号；以及主开关驱动电路，连接于开关电路的控制端以及控制电路，用以依据第一控制信号驱动开关电路是否导通。

本发明具自动启动电路的不间断电源供应器具有自动启动电路，该自动启动电路在储能单元的状态没有变化时不会消耗额外的电能，只会在储能单元的状态改变时才会消耗少量的电能，因此可以改善不间断电源供应器的整体效能。而且，本发明具自动启动电路的不间断电源供应器在市电异常或中断时，使用储能单元供电的时间或储能单元提供的电量也不会减少。此外，使用者在更换储能单元的储能组件例如电池后，不需要借由启动开关启动具自动启动电路的不间断电源供应器，来确定储能单元是否有正确更换，进而增加使用者的方便性以及减少储能单元更换时间。

附图说明

图1：为本发明优选实施例的具自动启动电路的不间断电源供应器的电路示意图。

图2：为本发明另一优选实施例的具自动启动电路的不间断电源供应器的电路示意图。

图3：为本发明的具自动启动电路的不间断电源供应器的电压与电流信号的时序及状态示意图；

并且，上述附图中的附图标记说明如下：

1、2：具自动启动电路的不断电电源供应器

10、20：交流-直流转换电路               11、21：充电电路

12、22：储能单元                        12a：储能单元连接端

13、23：选择电路                        14、24：自动启动电路

141：状态检测电路                       142：次开关驱动电路

142a：次开关驱动电路的控制端            15、25：开关电路

15a：开关电路的控制端                   16、26：主开关驱动电路

17、27：控制电路                        17a、27a：控制电路的电源端

28：电压调整电路                        29：直流-直流转换电路

9：负载                                 C₁：第一电容

C₂：第二电容                            R₁～R₄：第一～第四电阻

R_a1：第一限流电阻                       R_a2：第二限流电阻

M₁：第一开关组件                        M_1A：第一开关组件的阳极端

M_1C：第一开关组件的阴极端               M_1G：第一开关组件的控制端

M₂：第二开关组件                        M_2S：第二开关组件的源极端

M_2D：第二开关组件的漏极端               M_2G：第二开关组件的控制端

M₃：第三开关组件                        M_3D：第三开关组件的漏极端

M_3S：第三开关组件的源极端               M_3G：第三开关组件的控制端

t₁～t₆：时间                            I₁：第一电流

V_in：交流输入电源                       V₁：第一直流电压

V₂：第二直流电压                        V_b：储能单元连接端电压

V_b2：调整电压                           V_a：启动控制信号

V_a1：第一控制信号

具体实施方式

能够体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的形态上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图1，其为本发明优选实施例的具自动启动电路的不间断电源供应器的电路示意图，如图1所示，具自动启动电路的不间断电源供应器1包含交流-直流转换电路10、充电电路11、储能单元12、选择电路13、自动启动电路14、开关电路15、主开关驱动电路16以及控制电路17，其中，交流-直流转换电路10的输出端连接于充电电路11的输入端以及选择电路13的第一输入端，用以将接收的交流输入电源Vin转换为第一直流电压V1提供给充电电路11或借由选择电路13提供给负载9。充电电路11的输出端连接于储能单元连接端12a以及选择电路13的第二输入端，用以将第一直流电压V1转换为储能单元12可以接受的电压大小而对储能单元12充电。储能单元12借由储能单元连接端12a与充电电路11的输出端连接，用以储存电能并在市电异常或中断时提供电能。选择电路13的输出端连接于负载9，且由控制电路17控制选择电路13运行，使选择电路13选择性地输出第一直流电压V1或储能单元12连接端电压Vb给负载9使用，还可以使选择电路13停止输出电源给负载9。自动启动电路14连接于储能单元连接端12a以及开关电路15的控制端15a，用以借由储能单元连接端12a检测储能单元12的状态而自动驱动开关电路15是否导通，使具自动启动电路的不间断电源供应器1启动。开关电路15的输入端连接于储能单元连接端12a，开关电路15的输出端连接于控制电路17的电源端17a，此外，开关电路15的控制端15a同时连接于主开关驱动电路16以及自动启动电路14，因此，开关电路15可以分别借由主开关驱动电路16以及自动启动电路14驱动而导通，使储能单元12连接端电压Vb借由开关电路15传送至控制电路17的电源端17a以提供电能至控制电路17。主开关驱动电路16连接于开关电路15的控制端15a，且适应控制电路17的第一控制信号Va1驱动开关电路15是否导通，进而使储能单元12连接端电压Vb选择性地借由开关电路15传送至控制电路17的电源端17a以提供电能至控制电路17。控制电路17连接于交流-直流转换电路10、充电电路11、选择电路13、开关电路15以及主开关驱动电路16，用以控制具自动启动电路的不间断电源供应器1的运行。

在一些实施例中，交流-直流转换电路10可以是例如单级式或多级式，以两级式为例(未图示)，第一级为交流-直流转换电路，用以将交流输入电源Vin转换为高压直流电压，再借由第二级的直流-直流转换电路将高压直流电压转换为负载9可以接受的第一直流电压V1。

在本实施例中，储能单元12可以但不限定由一个电池组成，还可以由多个电池利用串联或并联等方式组成，而电池可以但不限定为锂离子、铅酸、镍氢、镍镉、锂钴、锂锰或磷酸铁锂(C-LiFePO4)、锂高分子电池，此外，储能单元12可以但不限定为可插拔或可更换式设计，在储能单元12故障、使用寿命终止或储存电量不足时，使用者可以轻易更换储能单元12。

在本实施例中，选择电路13由数个开关组件组成，且控制电路17会依据一些系统信息，例如交流输入电源Vin异常或中断、交流-直流转换电路10故障、负载电流过大、储能单元12未正确安装或储存电量不足等，适时地控制选择电路13运行。举例而言，当交流输入电源Vin正常时，控制电路17会控制选择电路13将第一直流电压V1借由选择电路13输出至负载9以供电给负载9，当交流输入电源Vin异常或中断时，控制电路17会控制选择电路13将储能单元12连接端电压Vb借由选择电路13输出至负载9以供电负载，使具自动启动电路的不间断电源供应器1不会因为交流输入电源Vin异常或中断而停止提供电源给负载9，造成负载9停止运行。另一状况，当负载电流过大时，控制电路17会控制选择电路13关闭而停止提供电源给负载9，以防止具自动启动电路的不间断电源供应器1或负载9因电流过大而烧毁。其中控制电路17不仅限定为微控制器(micro controller)或数字信号处理器(digital signal processor)，如图1所示，控制电路17与相关电路连接的虚线，除了使控制电路17可以取得具自动启动电路的不间断电源供应器1的系统信息外，还可以使控制电路17控制相关电路的运行。

在本实施例中，自动启动电路14包含状态检测电路141以及次开关驱动电路142，其中，状态检测电路141两端分别连接于储能单元12与次开关驱动电路142的控制端142a，用以检测储能单元12的状态，例如储能单元12连接或未连接于储能单元连接端12a等储能单元12的状态，并依据储能单元12的状态产生对应的启动控制信号Va传送至次开关驱动电路142的控制端142a，以控制次开关驱动电路142驱动开关电路15使开关电路15导通，进而使储能单元12连接端电压Vb借由开关电路15供电至控制电路17的电源端17a，使控制电路17开始运行而启动具自动启动电路的不间断电源供应器1的运行。在一些实施例中，状态检测电路141可以单独使用第一电容C1来达成，在本实施例中，状态检测电路141为第一电阻R1与第一电容C1串接组成，用以检测储能单元12的状态并依据储能单元12的状态产生对应的启动控制信号Va，而在储能单元12的状态改变时，第一电阻R1不但可以增加启动控制信号Va持续的时间，还可以限制流入自动启动电路14的第一电流I1大小。由于第一电容C1具有隔离直流的功效，在储能单元12的状态没有变化时，流入自动启动电路14的第一电流I1实质上为零，因此在储能单元12的状态没有变化时，自动启动电路14的功率消耗实质上为零。在一些实施例中，次开关驱动电路142可为第一开关组件M1组成，而第一开关组件M1的阳极端M1A(Anode)与开关电路15的控制端15a连接，第一开关组件M1的阴极端M1C(Cathode)与共接端连接，其中第一开关组件M1不仅限定为硅控整流器(Silicon-Controlled Rectifier，SCR)、双载体晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)或金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。在本实施例中，次开关驱动电路142还包含第二电阻R2以及第二电容C2并联于第一开关组件M1的控制端M1G与阴极端M1c，用以消除不必要的噪声外，第二电阻R2还可以与第一电阻R1形成分压功效，以降低启动控制信号Va的大小，达到限制流入自动启动电路14的第一电流I1大小、降低自动启动电路14启动的电能消耗以及限制由状态检测电路141流入第一开关组件M1的电流大小。

在一些实施例中，开关电路15可为第二开关组件M2组成，而第二开关组件M2的源极端M2S(Source)与储能单元12的阳极端连接，第二开关组件M2的漏极端M2D(Drain)与控制电路17的电源端17a连接，第二开关组件M2的控制端M2G连接于自动启动电路14以及主开关驱动电路16。自动启动电路14或主开关驱动电路16会适时地驱动第二开关组件M2的导通，当自动启动电路14或主开关驱动电路16驱动第二开关组件M2的导通时，储能单元12连接端电压Vb会经由第二开关组件M2传送到控制电路17的电源端17a而供电给控制电路17，使控制电路17正常运行。其中第二开关组件M2可一是但不仅限于硅控整流器(Silicon-Controlled Rectifier，SCR)、双载体晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)或金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。在本实施例中，开关电路15还包含第三电阻R3并联于第二开关组件M2的源极端M2S与第二开关组件M2的控制端M2G，用以消除不必要的噪声而提高开关电路15的稳定度。

在一些实施例中，主开关驱动电路16可为第三开关组件M3组成，而第三开关组件M3的漏极端M3D与开关电路15的控制端15a连接，第三开关组件M3的源极端M3S与共接端连接，第三开关组件M3的控制端M3G与控制电路17连接，而控制电路17会传送第一控制信号Va1至第三开关组件M3的控制端M3G以控制第三开关组件M3的导通或截止。其中第三开关组件M3不仅限定为硅控整流器、双载体晶体管或金属氧化物半导体场效晶体管。在本实施例中，主开关驱动电路16还包含第四电阻R4并联于第三开关组件M3的源极端M3S与第三开关组件M3的控制端M3G，用以消除不必要的噪声而提高主开关驱动电路16的稳定度。

请参阅图1及图2，其中图2为本发明另一优选实施例的具自动启动电路的不间断电源供应器的电路示意图。如图2所示，图2与图1不同的处在于具自动启动电路的不间断电源供应器2使用不同的开关电路25与主开关驱动电路26，并增加电压调整电路28以及直流-直流转换电路29，至于，交流-直流转换电路20、充电电路21、储能单元22、选择电路23、自动启动电路24、状态检测电路241、次开关驱动电路242以及控制电路27的连接关系与电路的运行方式相似于图1所示具自动启动电路的不间断电源供应器1的交流-直流转换电路10、充电电路11、储能单元12、选择电路13、自动启动电路14、状态检测电路141、次开关驱动电路142以及控制电路17，在此不再赘述。

在本实施例中，开关电路25与主开关驱动电路26使用双载体晶体管的第二开关组件M2与第三开关组件M3，并增加第一限流电阻Ra1与第二限流电阻Ra2，其中，金属氧化物半导体场效晶体管的源极端与漏极端分别相似于双载体晶体管的射极端(Emitter)与集极端(Collector)，而将图1中的开关电路15的第二开关组件M2与主开关驱动电路16的第三开关组件M3，由双载体晶体管更换为金属氧化物半导体场效晶体管的第二开关组件M2以及第三开关组件M3。因此，为配合图1与图2整体说明，以下将使用相同于金属氧化物半导体场效晶体管的源极端与漏极端名称以及标记来表示双载体晶体管的射极端与集极端。

在本实施例中，第一限流电阻Ra1串接于第二开关组件M2的控制端M2G与第一开关组件M1的阳极端M1A之间，用以限制第一开关组件M1的阳极端M1A流入的电流大小。第二限流电阻Ra2串接于主开关驱动电路26的控制端26a与第三开关组件M3的控制端M3G之间，用以限制第三开关组件M3的控制端M3G流入的电流大小。

在本实施例中，储能单元22连接端电压Vb大小并非控制电路27可以接受的电压值，所以具自动启动电路的不间断电源供应器2还包含电压调整电路28连接于开关电路25与控制电路27的电源端27a之间，用以将储能单元22连接端电压Vb调整为控制电路27可以接受电压值的调整电压Vb2。

在本实施例中，具自动启动电路的不间断电源供应器2输出至负载9的电压值，也就是第一直流电压V1的电压大小与储能单元22连接端电压Vb大小不相同，因此，需要利用直流-直流转换电路29将储能单元22连接端电压Vb大小转换为与第一直流电压V1大小相同的第二直流电压V2。在本实施例中，直流-直流转换电路29连接于储能单元22的阳极端与选择电路13之间，用以将储能单元22连接端电压Vb大小转换为与第一直流电压V1大小实质上相同的第二直流电压V2。

请参阅图1、图2及图3，其中图3为本发明的具自动启动电路的不间断电源供应器的电压与电流信号的时序及状态示意图。如图3所示，在时间t1之前，具自动启动电路的不间断电源供应器1、2为关闭状态，且储能单元12、22未安装于具自动启动电路的不间断电源供应器1、2上，此时，开关电路15、25截止，所以没有电源提供至控制电路17、27的电源端17a、27a，控制电路17、27停止运行，而充电电路11、21也会停止运行，使储能单元12、22连接端电压Vb为零。

在时间t1时，使用者安装储能单元12、22，此时，储能单元12连接端电压Vb会产生变化。在时间t2时，状态检测电路141、241对应产生的启动控制信号Va会使第一开关组件M1导通，次开关驱动电路142、242驱动开关电路15、25而使第二开关组件M2导通，储能单元12、22连接端电压Vb可以借由第二开关组件M2供电给控制电路17、27的电源端17a、27a，使控制电路17、27开始运行而启动具自动启动电路的不间断电源供应器1、2运行。

在控制电路17、27开始运行时，控制电路17、27会产生使能的(enable)第一控制信号Va1使第三开关组件M3导通，进而使主开关驱动电路16、26驱动开关电路15、25。在本实施例中，在时间t2之后的时间t3，第一控制信号Va1才由禁能的(disable)低电位状态改变为使能的高电位状态，时间t2与时间t3之间的时间差(t3-t2)为反应时间，也就是在第一开关组件M1导通后，控制电路17、27产生使能的第一控制信号Va1所需的时间。

在时间t3后，具自动启动电路的不间断电源供应器1、2已经启动，储能单元12、22连接端电压Vb停止变化，由于第一电容C1具有隔离直流的功效，因此，在具自动启动电路的不间断电源供应器1、2自动启动后，流入自动启动电路14、24的第一电流I1实质上为零，自动启动电路14、24不会有功率消耗。

在具自动启动电路的不间断电源供应器1、2启动后，即使在时间t4更换储能单元12、22，也不会造成具自动启动电路的不间断电源供应器1、2停止提供电源给负载9。此后，具自动启动电路的不间断电源供应器1、2已经启动，在时间t5安装储能单元12、22时并不会影响具自动启动电路的不间断电源供应器1、2的运行。

此外，第一开关组件M1在储能单元12、22安装后不会持续导通，在具自动启动电路的不间断电源供应器1、2自动启动后，第一开关组件M1会截止使次开关驱动电路142、242停止驱动开关电路15、25，由于在具自动启动电路的不间断电源供应器1、2自动启动后，主开关驱动电路16、26会驱动开关电路15、25导通，所以，即使自动启动电路14、24的次开关驱动电路142、242不驱动开关电路15、25，开关电路15、25也会持续导通。此时，在一些实施例中，控制电路17、27可以借由控制开关电路15、25截止，使控制电路17、27没有电源供应而停止运行，进而使具自动启动电路的不间断电源供应器1、2停止运行，在本实施例中，在时间t6，控制电路17、27发生负载电流过大，控制电路17、27将第一控制信号Va1使能的高电位状态改变为禁能的低电位状态，使主开关驱动电路16、26停止驱动开关电路，所以，开关电路15、25会截止而使具自动启动电路的不间断电源供应器1、2停止运行。

综上所述，本发明的自动启动电路，可以检测储能单元的状态而自动驱动一开关电路，使不间断电源供应器自动启动，其中，该自动启动电路在储能单元的状态，例如储能单元连接或未连接于储能单元连接端等储能单元的状态，没有变化时不会消耗额外的电能，只会在储能单元的状态改变时才会消耗少量的电能，因此可以改善不间断电源供应器的整体效能，还因为在储能单元的状态没有变化时，自动启动电路不会额外消耗电能，不间断电源供应器不论是运行在备用电源供电模式或其它模式，此自动启动电路也不会额外消耗电能，还不会消耗储能单元储存的电能，而使储能单元储存的电能减少，因此，不间断电源供应器在市电异常或中断时，使用储能单元供电的时间或储能单元提供的电量也不会减少。

至于，本发明具自动启动电路的不间断电源供应器具有自动启动电路，可以检测储能单元的状态而自动启动不间断电源供应器，同样地，该自动启动电路在储能单元的状态没有变化时不会消耗额外的电能，只会在储能单元的状态改变时才会消耗少量的电能，因此可以改善不间断电源供应器的整体效能，还因为在储能单元的状态没有变化时自动启动电路不会额外消耗电能，所以，具自动启动电路的不间断电源供应器不论是运行在备用电源供电模式或其它模式，此自动启动电路也不会额外消耗电能，还不会消耗储能单元储存的电能，而使储能单元储存的电能减少，因此，具自动启动电路的不间断电源供应器在市电异常或中断时，使用储能单元供电的时间或储能单元提供的电量也不会减少。此外，使用者在更换储能单元的储能组件例如电池后，不需要借由启动开关启动具自动启动电路的不间断电源供应器，来确定储能单元是否有正确更换，进而增加使用者的方便性以及减少储能单元更换时间。

本发明得由本领域普通技术人员任施匠思而为诸般修饰，然而都不脱离所附的权利要求所要保护的范围。