[发明专利]复合式节能不断电系统及双向转换器模块与电力转换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不断电系统(Uninterruptible Power System，UPS)，尤其涉及一种兼具交流电输出端口与直流电输出端口的复合式节能不断电系统，以及相关的双向转换器模块与电力转换方法。

背景技术

不断电系统(Uninterruptible Power System，UPS)为计算机设备、监控仪器、消防设备、医疗仪器等重要设备的保护装置。当市电发生中断时，不断电系统可紧急取代市电，以避免所保护的仪器设备等负载因瞬间的电力中断而造成停机或损坏。另一方面，当电源失效，例如，电压异常(包括电压过高、过低)，或因雷击产生瞬间尖峰信号等足以影响设备正常运转的电力质量问题时，不断电系统可输出洁净的交流电提供负载使用。

首先，请参阅图1，该图为现有技术中不断电系统10的系统架构示意图。如图1所示，不断电系统10包括了输入端口100、继电器102、充电回路模块106、蓄电池(Secondary battery)108、升压(Boost)模块110、换流器(Inverter)模块112、监控模块120以及输出端口104。输入端口100耦接于市电网络，以接受交流市电的输入；输出端口104输出交流电至外部负载。

图1不断电系统10属于离线式不断电系统(Off-line UPS，或称为备用式不断电系统(Passive standby UPS))类别，其特征为以继电器102作供电切换。当交流市电正常输入时，继电器102为启动(On/Close)状态，交流市电可直接经由输出端口104向负载供电。当交流市电失效时，继电器102为启断(Off/Open)状态，此时由不断电系统10内部产生交流电向负载供电。在图1中，传输路径A、B分别表示交流市电正常与失效时的电力传输路径。

输入端口100连接于市电网络，以接受交流市电的输入。监控模块120耦接于输入端口100，探测输入的交流市电电性为正常或异常，进而控制不断电系统10的运作。当交流市电的电性正常，继电器102为启动状态时，充电回路模块106将交流市电转换为直流并进行降压，以便对蓄电池108充电。当交流市电失效，继电器102被切换为启断状态时，蓄电池108的电力便开始被输出使用，升压模块110对蓄电池108输出的直流电进行升压。而换流器模块112则利用内部的桥式电路，将升压模块110输出的高压直流电转换为符合市电频率的交流电，通过输出端口104向负载供电。

除了上述离线式不断电系统类别之外，常用的不断电系统还包括在线式不断电系统(On-line UPS)类别，此类不断电系统中各个模块的连结与离线式不断电系统不同。所述在线式不断电系统将交流市电转换为直流电，此直流电一方面对蓄电池作充电，另一方面经过换流器模块转换为符合市电频率的交流电输出。当交流市电失效时，蓄电池释放出直流电力，此直流电经由升压模块作升压，再由换流器模块转换为交流电输出。

通过上述说明可看出，在不断电系统中作为大能量电压转换的升压模块仅在交流市电失效时才得以发挥作用。尤其在离线式不断电系统中，当交流市电正常输入时，升压模块与换流器模块均未运作。对于材料资源的浪费显而易见。另一方面，便携型计算机、手机、随身数字影音播放器等数字装置大多使用直流电运作。一旦停电，上述装置必须间接地通过电压转换器将不断电系统所供应的交流电转换为直流电，再对装置作供电或充电。不断电系统的电力从蓄电池输出，经由内部转换为交流电，已造成功率损失，又经过外部电压转换器将交流电转换为直流电，将再次致使功率损耗。使得从蓄电池传输到装置的电力往往只有50％至60％的使用效率，对于能源利用造成浪费，不符合时下的环保要求。

现今，便携型计算机与各类数字装置广泛使用，为了避免停电造成信息流失与装置损坏，不断电系统已进入了数字家庭的应用范畴。然而，公知不断电系统的操作为一种不经济并浪费能源的方式。有鉴于此，提出本案。本发明所提出的复合式节能不断电系统除了提供交流电之外，兼具提供直流电的功能，以提升不断电系统的效能，使其满足大众的需要，并符合时下对于环保与节能的要求。

发明内容

因此，本发明目的在于提供一种复合式节能不断电系统(Hybrid greenuninterruptible power system)及相关双向转换器(Bi-directional converter)模块与电力转换方法，通过多绕组变压器(Multi-winding transformer)作双向电力转换时感应产生附加直流电，可在市电正常与失效的情形下输出附加直流电。