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    • 专利摘要:
    本案為一種電源系統具有電源轉換器和維持時間延長電路，電源轉換器適於將其輸入處之第一輸入電壓轉換為其輸出處之第一輸出電壓，維持時間延長電路包括經由第一儲能電容器彼此耦接之升壓級和降壓級，升壓級之輸入耦接至電源轉換器之輸入，升壓級之輸出耦接至降壓級之輸入，降壓級之輸出耦接至電源轉換器之輸入。升壓級適於將電源轉換器之第一輸入電壓轉換 為第二輸出電壓，降壓級適於將升壓級之第二輸出電壓轉換為電源轉換器之第一輸入電壓，升壓級維持第一儲能電容器上之第二輸出電壓，在電源轉換器之第一輸入電壓低於預定值時啟動降壓級。
    公开号:TW201306434A
    申请号:TW100136047
    申请日:2011-10-05
    公开日:2013-02-01
    发明作者:Gang Liu；Liang He
    申请人:Delta Electronics Shanghai Co；
    IPC主号:H02M3-00
    专利说明:
    用於電源轉換器的維持時間延長電路
    本發明涉及需要在輸入電壓掉落之後提供一段時間的調節輸出的電源系統的維持時間延長（hold-up time extension）電路，尤其涉及一種維持時間延長電路，其包括經由儲能電容器彼此耦接的升壓（step-up）轉換器和降壓（step-down）轉換器。
    大部分電腦和攜帶式電子設備需要在輸入電壓掉落之後能夠在一定時間內（典型為15-25毫秒）將輸出電壓維持在特定範圍內。這個時間稱作維持時間，用於在線路故障後順序終止資料處理裝置的操作或切換到UPS（不間斷電源）操作。在維持時間期間用來維持輸出電壓所需要的能量從與電源輸入相耦接的合適大小的儲能電容器傳送出。
    爲了最大化電源的功率密度，需要使儲能電容器的大小最小化。美國專利No.6504497（其全部內容爰引於此）公開了一種通過使用維持時間延長電路最大化地利用儲存能量的方法。然而，需要進一步改善維持時間延長電路。
    因而，如何解决其中之一的發明一種提供需求的維持時間的維持時間延長電路的問題成為一個需要解决的問題。
    在一個方案中，本發明涉及一種電源系統。在一個實施例中，電源系統具有電源轉換器和維持時間延長電路，電源轉換器適於將其輸入處的第一輸入電壓轉換為其輸出處的第一輸出電壓，維持時間延長電路包括經由第一儲能電容器彼此耦接的升壓級和降壓級，其中升壓級的輸入耦接至電源轉換器的輸入，升壓級的輸出耦接至降壓級的輸入，以及降壓級的輸出耦接至電源轉換器的輸入。
    升壓級適於將電源轉換器的第一輸入電壓轉換為第二輸出電壓，以及降壓級適於將升壓級的第二輸出電壓轉換為電源轉換器的第一輸入電壓，以及其中升壓級維持第一儲能電容器上的第二輸出電壓，以及在電源轉換器的第一輸入電壓低於預定值時啓動降壓級。
    電源系統還包括耦接至電源轉換器的輸入的第二儲能電容器。
    在一個實施例中，電源轉換器的第一輸入電壓為直流電壓，其中電源轉換器的第一輸入電壓的範圍為約30伏特至約100伏特。
    在一個實施例中，升壓級的第二輸出電壓高於電源轉換器的第一輸入電壓，其中升壓級的第二輸出電壓的範圍為約150伏特至約450伏特。
    在一個實施例中，第一儲能電容器包括一個電容器或彼此並聯連接的多個電容器。
    在一個實施例中，升壓級包括反馳式（Flyback）轉換器或升壓斬波（Boost）轉換器。降壓級包括降壓斬波（Buck）轉換器。
    在一個實施例中，電源轉換器包括半橋電路和變壓器。在另一個實施例中，電源轉換器包括全橋電路和變壓器，這裡所述的全橋電路包括四個電晶體。在一個實施例中，全橋電路的四個電晶體由電源轉換器的第一輸入電壓所控制，以調節電源轉換器。在另一個實施例中，全橋電路的四個電晶體由電源轉換器的第一輸入電壓和第一輸出電壓所控制，以調節電源轉換器。
    在本發明的另一個方案中，一種電源系統包括電源轉換器和維持時間延長電路，電源轉換器適於將其輸入處的第一輸入電壓轉換為其輸出處的第一輸出電壓，維持時間延長電路包括經由第一儲能電容器彼此耦接的升壓級和降壓級，升壓級的輸入耦接至電源轉換器的輸入，升壓級的輸出耦接至降壓級的輸入，以及降壓級的輸出耦接至電源轉換器的輸入。升壓級適於將電源轉換器的第一輸入電壓轉換為第二輸出電壓，以及降壓級適於將升壓級的第二輸出電壓轉換為電源轉換器的第一輸入電壓，以及其中升壓級維持第一儲能電容器上的第二輸出電壓，以及在電源轉換器的第一輸出電壓低於預定值時啓動降壓級。
    電源系統也包括耦接至電源轉換器的輸入的第二儲能電容器。
    在一個實施例中，電源轉換器的第一輸入電壓爲直流電壓。
    在一個實施例中，升壓級的第二輸出電壓高於電源轉換器的第一輸入電壓。
    在一個實施例中，第一儲能電容器包括一個電容器或彼此並聯連接的多個電容器。
    在本發明的再一個方案中，一種電源系統包括：第一降壓轉換器，適於將其輸入處的第一輸入電壓轉換爲其輸出處的第三輸出電壓；電源轉換器，其經由第二儲能電容器耦接至第一降壓轉換器，並適於將第一降壓轉換器的第三輸出電壓轉換為第一輸出電壓；以及維持時間延長電路，其包括經由第一儲能電容器彼此耦接的升壓轉換器和第二降壓轉換器，升壓轉換器的輸入耦接至第一降壓轉換器的輸入，升壓轉換器的輸出耦接至第二降壓轉換器的輸入，以及第二降壓轉換器的輸出耦接至第一降壓轉換器的輸入。升壓轉換器適於將第一降壓轉換器的第一輸入電壓轉換為第二輸出電壓，以及第二降壓轉換器適於將升壓轉換器的第二輸出電壓轉換為第一降壓轉換器的第一輸入電壓，以及其中升壓轉換器維持第一儲能電容器上的第二輸出電壓，以及在第一降壓轉換器的第一輸入電壓低於預定值時啓動第二降壓轉換器。
    在一個實施例中，第一降壓轉換器的第一輸入電壓為直流電壓，其中第一降壓轉換器的第三輸出電壓低於第一降壓轉換器的第一輸入電壓。
    在一個實施例中，第一降壓轉換器包括Buck轉換器。
    在一個實施例中，第二儲能電容器包括一個電容器或彼此並聯連接的多個電容器。
    在一個實施例中，電源系統還包括與第一降壓轉換器的輸入相耦接的第四儲能電容器。
    簡言之，本發明詳述了一種具有維持時間延長電路的電源系統，在輸入電壓小於預定值之後提供調節的輸出給負載，以給系統足夠的時間關斷設備或切換到不間斷電源（UPS）操作。
    儘管在不背離本發明的新穎性概念的精神和範圍可實現其中的變形和修正，但根據結合下述附圖的優選實施例的以下描述，本發明的這些和其它方案將變得更加明顯。
    下面將參照附圖對本發明進行更全面的描述，其中附圖示出了本發明的示意性實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式實施，而不解釋為受限於這裡所提出的實施例。更確切地說，提供這些實施例以使得本公開是徹底的和完全的，且完全地將本發明的範圍傳達給本領域普通技術人員。全文中同樣的參考標記表示同樣的元件。
    本文所使用的術語僅是為了描述特定的實施例，而非傾向於限制本發明。如本文所使用的單數形式“一”、“一個”以及“該”傾向于也包括複數形式，除非文中清楚地另有表示。還應理解到，在本說明書中所使用的術語“包含”和/或“包含有”或“包括”和/或“包括有”或“有”和/或“具有”說明的是所陳述的特徵、區域、整數（integer）、步驟、運作、元件以及/或部件的存在，而不排除一個或多個其它的特徵、區域、整數、步驟、運 作 、元件、部件以及/或其組合的存在。
    除非另有定義，本文所使用的所有術語（包括技術術語和科學術語）具有如本發明所屬領域普通技術人員一般理解的相同意思。還應理解到，在一般使用的字典中所定義的那些術語應解釋為具有與在相關技術和本發明的情况中的意思一致的意思，而不被解釋 為 理想化的或過度形式化的意義，除非本文特別定義。
    如本文所使用的“大約”、“約”或“近似於”一般意味著在給定值或範圍的20%以內，優選在給定值或範圍的10%以內，更優選在給定值或範圍的5%以內。本文所給出的數量是近似的，意味著如果不特別聲明，則可推斷出術語“大約”、“約”或“近似於”的意思。
    結合圖1-圖7的附圖，對本發明的實施例作出描述。根據本發明的目的，如本文所實施的和寬廣描述，本發明在一個方案中涉及一種電源系統。
    圖1示出了根據本發明的一個實施例的電源系統100的示意圖。電源系統100包括電源轉換器110，電源轉換器110適於將其輸入處的第一輸入電壓Vin轉換為其輸出處的第一輸出電壓Vout。第一輸入電壓Vin可為直流電壓，該直流電壓的範圍例如且非限定性地可在約30伏特至約100伏特之間。而且，電源轉換器110可為可調節式轉換器、或者不可調節式轉換器、或者半調節式轉換器。
    電源系統100還包括維持時間延長電路140。維持時間延長電路140包括經由第一儲能電容器C1彼此耦接的升壓級120和降壓級130。升壓級120的輸入耦接至電源轉換器110的輸入。升壓級120的輸出耦接至降壓級130的輸入。降壓級130的輸出耦接至電源轉換器的輸入。升壓級120適於將電源轉換器110的第一輸入電壓Vin轉換爲第二輸出電壓V2。第二輸出電壓V2的範圍例如且非限定性地可在約150伏特至約450伏特之間。降壓級130適於將第二輸出電壓V2轉換為電源轉換器110的第一輸入電壓Vin。升壓級120維持第一儲能電容器C1上的第二輸出電壓V2。第一儲能電容器C1可爲單個電容器或彼此並聯連接的多個電容器。在正常工作條件下不啓動降壓級130，而在電源轉換器110的第一輸入電壓Vin下降到預定值以下時才會啓動降壓級130。通常，當第一輸入電壓Vin低於一預定值時，即認爲輸入電壓掉落。另外，第二儲能電容器C2耦接至電源轉換器110的輸入。
    圖2示出了根據本發明的一實施例的電源系統200的電路圖。電源系統200包括電源轉換器210和維持時間延長電路。電源轉換器210包括四個電晶體S4-S7、變壓器T2以及兩個開關S8和S9。四個電晶體S4-S7形成全橋電路。濾波電路包括電容器C3和電感器L3，耦接至電源轉換器210的輸出。在其它實施例中，電源轉換器210可包括半橋電路（來替代全橋電路）。電源轉換器210可為脈衝寬度調變(PWM)轉換器或者諧振轉換器（例如LLC轉換器）。維持時間延長電路包括經由第一儲能電容器C1彼此耦接的升壓級220和降壓級230。升壓級220和降壓級230分別具有Flyback拓撲結構和Buck拓撲結構。Flyback升壓級220包括變壓器T1、開關S1以及二極體D1。Flyback升壓級220可工作在突發（burst）模式下或低頻模式下。Buck降壓級230包括電感器L1以及兩個開關S2和S3。Flyback升壓級220維持第一儲能電容器C1上的第二輸出電壓V2。在電源轉換器210的第一輸入電壓Vin下降到預定值以下時啓動Buck降壓級230。另外，第二儲能電容器C2耦接至電源轉換器210的輸入。
    圖3示出了根據本發明的另一個實施例的電源系統300的電路圖。電源系統300包括電源轉換器310和維持時間延長電路。電源轉換器310類似於圖2示出的電源系統200中的電源轉換器210。維持時間延長電路包括經由第一儲能電容器C1互相耦接的升壓級320和降壓級330。升壓級320和降壓級330分別具有Boost拓撲結構和Buck拓撲結構。Boost升壓級320包括電感器L1、開關S1以及二極體D1。Buck降壓級330包括電感器L2以及兩個開關S2和S3。Boost升壓級320維持第一儲能電容器C1上的第二輸出電壓V2。另外，第二儲能電容器C2耦接至電源轉換器310的輸入。
    在一個實施例中，如圖3中的虛箭頭所示，通過電源轉換器310的第一輸入電壓Vin來控制降壓級330的開關S3，使得在第一輸入電壓Vin下降到預定值以下時啓動降壓級330。在一可選實施例中，如圖4中的虛箭頭所示，通過電源轉換器310的第一輸出電壓Vout來控制降壓級330的開關S3，使得在第一輸出電壓Vout下降到預定值以下時啓動降壓級330。
    同樣地，對於圖2中示出的電源系統200，也可通過電源轉換器210的第一輸入電壓Vin或第一輸出電壓Vout來控制降壓級230的開關S3，使得在第一輸入電壓Vin或第一輸出電壓Vout下降到預定值以下時啓動降壓級230。
    圖5示出了調節電源轉換器500的方法。電源轉換器500包括全橋電路510、變壓器T2以及兩個開關S8和S9。全橋電路510包括四個電晶體S4-S7。在一個實施例中，通過電源轉換器500的第一輸入電壓Vin來控制四個電晶體S4-S7，如圖5中的虛箭頭所示。圖6示出了調節電源轉換器500的另一個方法。在這個實施例中，通過電源轉換器500的第一輸入電壓Vin和第一輸出電壓Vout來控制四個電晶體S4-S7，如圖6中的虛箭頭所示。
    圖7示出了根據本發明又一個實施例的電源系統700的電路圖。電源系統700包括第一降壓轉換器740、電源轉換器710以及維持時間延長電路。第一降壓轉換器740適用於將其輸入處的第一輸入電壓Vin轉換為其輸出處的第三輸出電壓V3。在一個實施例中，第三輸出電壓V3低於第一輸入電壓Vin。第一降壓轉換器740具有Buck拓撲結構，並包括電感器L2和兩個開關S4和S5。第一降壓轉換器740的輸出經由第二儲能電容器C2耦接至電源轉換器710的輸入。電源轉換器710適於將第一降壓轉換器740的第三輸出電壓V3轉換為其輸出處的第一輸出電壓Vout。電源轉換器710類似於圖2中示出的電源系統200中的電源轉換器210。維持時間延長電路包括經由第一儲能電容器C1彼此耦接的升壓轉換器720和第二降壓轉換器730。升壓變換器720適於將第一降壓轉換器740的第一輸入電壓Vin轉換為第二輸出電壓V2。第二降壓轉換器730適於將該升壓轉換器720的第二輸出電壓V2轉換為第一降壓轉換器740的第一輸入電壓Vin。升壓轉換器720維持第一儲能電容器C1上的第二輸出電壓V2。在第一降壓轉換器740的第一輸入電壓Vin下降到預定值以下時啓動第二降壓轉換器730。此外，第四儲能電容器C4耦接至第一降壓轉換器740的輸入。
    簡言之，本發明詳述了一種具有維持時間延長電路的電源系統，在輸入電壓小於預定值之後提供調節的輸出給負載，以給系統足夠的時間關斷設備或切換到不間斷電源（UPS）操作。
    本發明的示意性實施例的前述描述僅是為了示出和說明目的而呈現的，而非傾向於詳盡的或將本發明限制為所揭示的精確形式。在上述教導的啓示下，許多修正和變形都是可能的。
    本發明的實施例被選擇且被描述以使揭示本發明的原理以及其實踐性應用，以使得激發本領域普通技術人員利用本發明和各種實施例，並利用適於期望的特殊使用的各種變形。對於本領域普通技術人員而言，替代實施方式將是顯而易見的，而並未背離其精神和範圍。因此，通過所附申請專利範圍而不是上述說明書和其中所描述的示例實施例來限定本發明的範圍。
    100、200、300、700．．．電源系統
    110、210、310、500．．．電源轉換器
    120、220、320．．．升壓級
    130、230、330．．．降壓級
    140．．．維持時間延長電路
    510．．．全橋電路
    710．．．電源轉換器
    720．．．升壓轉換器
    740．．．第一降壓轉換器
    730．．．第二降壓轉換器
    Vin．．．第一輸入電壓
    Vout．．．第一輸出電壓
    V2．．．第二輸出電壓
    V3．．．第三輸出電壓
    C1．．．第一儲能電容器
    C2．．．第二儲能電容器
    C3．．．電容器
    C4．．．第四儲能電容器
    S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11．．．開關或電晶體
    T1、T2．．．變壓器
    D1．．．二極體
    L1、L2、L3．．．電感器
    圖1示出了根據本發明的一個實施例的包括電源轉換器和維持時間延長電路的電源系統的示意圖。
    圖2示出了根據本發明的一個實施例的包括電源轉換器和維持時間延長電路的電源系統的電路圖。
    圖3示出了根據本發明的另一個實施例的包括電源轉換器和維持時間延長電路的電源系統的電路圖。
    圖4示出了本發明的再一個實施例的包括電源轉換器和維持時間延長電路的電源系統的示意圖。
    圖5示出了根據本發明的一個實施例的電源轉換器的電路圖。
    圖6示出了根據本發明的另一個實施例的電源轉換器的電路圖。
    圖7示出了根據本發明的又一個實施例的電源系統的電路圖。
    100．．．電源系統
    110．．．電源轉換器
    120．．．升壓級
    130．．．降壓級
    140．．．維持時間延長電路
    Vin．．．第一輸入電壓
    Vout．．．第一輸出電壓
    V2．．．第二輸出電壓
    C1．．．第一儲能電容器
    C2．．．第二儲能電容器
    权利要求:
    Claims (25)
    [1] 一種電源系統，包括：    一第一降壓轉換器，將其輸入處之一第一輸入電壓轉換為其輸出處之一第三輸出電壓；   一電源轉換器，其經由一第二儲能電容器耦接至該第一降壓轉換器，並將該第一降壓轉換器之該第三輸出電壓轉換為一第一輸出電壓；以及   一維持時間延長電路，其包括經由一第一儲能電容器彼此耦接一升壓轉換器和一第二降壓轉換器，該升壓轉換器之輸入耦接至該第一降壓轉換器之輸入，該升壓轉換器之輸出耦接至該第二降壓轉換器之輸入，以及該第二降壓轉換器之輸出耦接至該第一降壓轉換器之 輸入，   其中該升壓轉換器將該第一降壓轉換器之該第一輸入電壓轉換為一第二輸出電壓，以及該第二降壓轉換器將該升壓轉換器之該第二輸出電壓轉換為該第一降壓轉換器之該第一輸入電壓，以及其中該升壓轉換器維持該第一儲能電容器上之該第二輸出電壓，以及在該第一降壓轉換器之該第一輸入電壓低於一預定值時啓動該第二降壓轉換器。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之電源系統，其中該第一降壓轉換器之該第一輸入電壓為直流電壓。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之電源系統，其中該第一降壓轉換器之該第三輸出電壓低於該第一降壓轉換器之該第一輸入電壓。
    [4] 如申請專利範圍第2項所述之電源系統，其中該第一降壓轉換器包括一Buck轉換器。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之電源系統，其中該第二儲能電容器包括一電容器或彼此並聯連接之複數個電容器。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之電源系統，其更包括與該第一降壓轉換器之輸入相耦接之一第四儲能電容器。
    [7] 一種電源系統，包括：   一電源轉換器，將其輸入處之一第一輸入電壓轉換為其輸出處之一第一輸出電壓；以及   一維持時間延長電路，其包括經由一第一儲能電容器彼此耦接之一升壓級和一降壓級，該升壓級之輸入耦接至該電源轉換器之輸入，該升壓級之輸出耦接至該降壓級之輸入，以及該降壓級之輸出耦接至該電源轉換器之輸入，   其中該升壓級將該電源轉換器之該第一輸入電壓轉換為一第二輸出電壓，以及該降壓級將該升壓級之該第二輸出電壓轉換為該電源轉換器之該第一輸入電壓，以及其中該升壓級維持該第一儲能電容器上之該第二輸出電壓，以及在該電源轉換器之該第一輸出電壓低於一預定值時啓動該降壓級。
    [8] 如申請專利範圍第7項所述之電源系統，其更包括與該電源轉換器之輸入相耦接之一第二儲能電容器。
    [9] 如申請專利範圍第7項所述之電源系統，其中該電源轉換器之該第一輸入電壓為直流電壓。
    [10] 如申請專利範圍第7項所述之電源系統，其中該升壓級之該第二輸出電壓高於該電源轉換器之該第一輸入電壓。
    [11] 如申請專利範圍第7項所述之電源系統，其中該第一儲能電容器包括一電容器或彼此並聯連接之複數個電容器。
    [12] 一種電源系統，包括：   一電源轉換器，將其輸入處之一第一輸入電壓轉換為其輸出處之一第一輸出電壓；以及   一維持時間延長電路，其包括經由一第一儲能電容器彼此耦接之一升壓級和一降壓級，該升壓級之輸入耦接至該電源轉換器之輸入，該升壓級之輸出耦接至該降壓級之輸入，以及該降壓級之輸出耦接至該電源轉換器之輸入，   其中該升壓級將該電源轉換器之該第一輸入電壓轉換為一第二輸出電壓，以及該降壓級將該升壓級之該第二輸出電壓轉換為該電源轉換器之該第一輸入電壓，以及其中該升壓級維持該第一儲能電容器上之該第二輸出電壓，以及在該電源轉換器之該第一輸入電壓低於一預定值時啓動該降壓級。
    [13] 如申請專利範圍第12項所述之電源系統，其更包括與該電源轉換器之輸入相耦接之一第二儲能電容器。
    [14] 如申請專利範圍第12項所述之電源系統，其中該電源轉換器之該第一輸入電壓為直流電壓。
    [15] 如申請專利範圍第12項所述之電源系統，其中該電源轉換器之該第一輸入電壓之範圍為約30伏特至約100伏特。
    [16] 如申請專利範圍第12項所述之電源系統，其中該升壓級的該第二輸出電壓高於該電源轉換器的該第一輸入電壓。
    [17] 如申請專利範圍第12項所述之電源系統，其中該升壓級的該第二輸出電壓的範圍為約150伏特至約450伏特。
    [18] 如申請專利範圍第12項所述之電源系統，其中該第一儲能電容器包括一電容器或彼此並聯連接之複數個電容器。
    [19] 如申請專利範圍第12項所述之電源系統，其中該升壓級包括一Flyback轉換器或一Boost轉換器。
    [20] 如申請專利範圍第12項所述之電源系統，其中該降壓級包括一Buck轉換器。
    [21] 如申請專利範圍第12項所述之電源系統，其中該電源轉換器包括一半橋電路和一變壓器。
    [22] 如申請專利範圍第12項所述之電源系統，其中該電源轉換器包括一全橋電路和一變壓器。
    [23] 如申請專利範圍第22項所述之電源系統，其中該全橋電路包括四個電晶體。
    [24] 如申請專利範圍第23項所述之電源系統，其中該全橋電路的該四個電晶體由該電源轉換器之該第一輸入電壓所控制。
    [25] 如申請專利範圍第24項所述之電源系統，其中該全橋電路之該四個電晶體由該電源轉換器的該第一輸入電壓和該第一輸出電壓所控制 。
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    法律状态:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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