TW201438366A - 高可靠的不斷電系統用靜態切換開關電路 - Google Patents

Abstract

本發明一種高可靠的不斷電系統用靜態切換開關電路，其包括至少二相互並聯的第一開關單元及至少一第二開關單元，該些第一開關單元一端分別連接該旁路電源、另一端連接至負載端，該第二開關單元一端連接該不斷電系統主單元的輸出端、另一端連接至負載端，其中，該些第一開關單元分別為二反向並聯的可控半導體開關元件，該第二開關單元為串聯的至少二第一開關單元或串聯的至少二電磁開關。本發明以構造單純的靜態切換開關電路提昇單機式或多機式不斷電系統靜態切換開關的可靠度。

Description

高可靠的不斷電系統用靜態切換開關電路

　　本發明是關於一種不斷電系統用的靜態切換開關電路，尤其是指一種可提高既有不斷電系統靜態切換開關可靠度的電路。

　　以往大家普遍都知道要裝設不斷電系統來保障供電品質，現有不斷電系統的基本架構如第1圖所示，包括一具有整流電路11、一儲能電路12、一換流電路13的主單元A及一電源切換裝置15，其中，該整流電路11接受一外部交流電源14之電力並整流為直流電，該儲能電路12連接整流電路11並接收整流後之電力儲存電能，該換流電路13連接儲能電路12，為直流轉換成交流電源輸出之用，該電源切換裝置15連接一作為另一供電來源的旁路電源16，而該電源切換裝置15中具有複數手動開關17，用以在維修不斷電系統時可切換至該旁路電源16供電。
　　其中，該電源切換裝置15包括靜態切換開關151及152，當遇到不斷電系統的主單元A輸出側電路發生輕故障如換流電路13或濾波電路（圖未示出）的輸出電壓波形失真，或不斷電系統的主單元A輸出側電路發生接地短路故障、相間短路故障等重大故障，雖不斷電系統的監控器都會自動判別上述事故，並緊急採先投入靜態切換開關151後，再切離靜態切換開關152的方式來做緊急的轉供電，惟近數十年來仍時常聽聞該靜態切換開關151、152容易失效的情況。
　　例如，當不斷電系統遇上述事故時，監控器應先投入該靜態切換開關151，使旁路電源16可馬上提供緊急支援電力給負載，然實際上卻常有遇見該靜態切換開關151沒有順利投入，而造成負載停電或設備損壞的情況，或者，該監控器應再馬上接續打開該靜態切換開關152，但卻沒有切離，導致無法重新提供另一個健全的備用電源給負載繼續運轉。
　　即使，用戶為了再進一步提昇供電可靠度，而再投入較高成本，將單機模式的不斷電系統增設為雙機或多機並聯供電，但仍存在上述靜態切換開關切換失效的情形，即同樣可能會再發生負載斷電或設備損壞的狀況。
　　因此，如何提高不斷電系統靜態切換開關的可靠度，是一亟需解決的問題。

　　本發明的主要目的在於提供一種提高不斷電系統靜態切換開關可靠度的電路。

　　本發明一種高可靠的不斷電系統用靜態切換開關電路，其包括至少二相互並聯的第一開關單元及至少一第二開關單元，該些第一開關單元一端分別連接至一旁路電源、另一端連接至負載端，該第二開關單元一端連接該不斷電系統主單元的輸出端、另一端連接至負載端，其中，該些第一開關單元分別為二反向並聯的可控半導體開關元件，該第二開關單元為串聯的至少二第一開關單元 ，或者，該第二開關單元為串聯的至少二 電磁開關。

　　本發明的特點在於：

　1.提昇不斷電系統靜態切換開關電路的可靠度。

　2.電路構造單純。

　3.可應用於單組或多組或既有的不斷電系統。

　4.可依照需求設置半導體開關元件或電磁開關，投資成本低。

〔習用〕

1．．．不斷電系統

11．．．整流電路

12．．．儲能電路

13．．．換流電路

14．．．外部交流電源

15．．．電源切換裝置

16．．．旁路電源

17．．．手動開關

A．．．主單元

〔本發明〕

2．．．不斷電系統主單元

3．．．旁路電源

4．．．靜態切換開關電路

41．．．第一開關單元

411、412．．．可控半導體開關元件

42．．．第二開關單元

421．．．保險絲

422、423．．．電磁開關

5．．．負載端

65．．．電源切換裝置

651、652．．．靜態切換開關

71．．．手動開關

B．．．不斷電系統

TR1．．．第一隔離變壓器

TR2．．．第二隔離變壓器

第1圖：習知不斷電系統供電架構圖。

第2圖：本發明第一實施例電路圖。

第3圖：本發明第二實施例電路圖。

第4圖：本發明第三實施例電路圖。

第5圖：本發明第四實施例電路圖。

第6圖：本發明第五實施例電路圖。

　　以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明的目的、技術內容、特點及其所達成的功效。

　　需先敘明的是，本實施方式中將敘及的不斷電系統，可為離線式不斷電系統或在線式不斷電系統，並不加以限制，皆可適於本發明的靜態切換開關電路，以下的實施例以在線式不斷電系統為例說明。

　　請參照第2圖所示，本發明高可靠的不斷電系統用靜態切換開關電路，以其設於單機式的在線式不斷電系統為第一實施例，其中，該在線式不斷電系統包括一不斷電系統主單元2、一旁路電源3，而一靜態切換開關電路4分別與該不斷電系統的主單元2及旁路電源3連接，其中， 該不斷電系統主單元2包括自其輸入端依序連接至其輸出端的一整流電路、一儲能電路、以及一換流電路以及一濾波電路（圖未示出），該整流電路、儲能電路、換流電路及濾波電路的功能分別為AC轉DC、電池組儲能、DC轉AC、濾除該換流電路輸出電壓的諧波，此皆為不斷電系統普遍的基本架構，在此不再贅述；該旁路電源3為當不斷電系統故障時作為備援用的電源。

　　承上段，當需要切換為旁路電源3作備援時，係採先投後切（make before break）的方式，即，需在負載端5可容許的短暫斷電時間內，快速地將旁路電源3投入負載端5使負載端5持續運作，而因為先天上不斷電系統主單元2本身的換流電路無法提供大電流讓線路的保護裝置，如無熔絲開關或熔絲，進行作動將故障清除，故需透過旁路電源3投入，由旁路電源3協助清除故障。

　　因此，本發明的靜態切換開關電路4，是包括二相互並聯的第一開關單元41用以切換旁路電源3投入負載端5，設置二第一開關單元41，是避免僅設置單一組靜態切換開關而發生旁路電源3無法投入的狀況，又，該靜態切換開關電路4更包括一第二開關單元42，用以將不斷電系統主單元2迴路隔離，其中，該些第一開關單元41一端分別連接該旁路電源3、另一端連接至負載端5，該第二開關單元42一端連接該不斷電系統主單元2輸出端、另一端連接至負載端5，其中，該些第一開關單元41分別為二反向並聯的可控半導體開關元件411，該第二開關單元42為串聯一保險絲421的至少二相互串聯的第一開關單元41 。

　　在第一實施例中，為了在故障時達到迅速且順利地投入旁路電源3的作動，故採用如閘流體（SCR）型式的可控半導體開關元件，但在對不斷電系統主單元2端切斷的速度相對於投入的速度，則不需那麼快，故如第3圖所示的第二實施例，該第二開關單元42可改以串聯一保險絲421的至少二相互串聯的電磁開關422來實施，一方面，可同樣完成故障清除的作動，並降低整體電路的成本，另一方面，因電磁開關422元件有壓降小的特性，更可提昇不斷電系統的運轉效率。

　　請參照第4圖所示，本發明高可靠的不斷電系統用靜態切換開關電路，以雙機式（亦可為多機式）的在線式不斷電系統為第三實施例，而第三實施例的作動方式與前述實施例皆相同，以下僅對其結構說明；

　　第三實施例中，包括二 不斷電系統主單元2、一旁路電源3以及一靜態切換開關電路4，在本實施例中，該些不斷電系統主單元2是共用一個旁路電源3，靜態切換開關電路4中的第二開關單元42是對應不斷電系統主單元2的數量設置為兩組，並以較低成本的電磁開關422實施。

　　此外，平時由在線式的不斷電系統主單元2供電，當發生故障狀況時，則由如第一、第二實施例所述狀況處理，但當要從旁路電源3切換回由不斷電系統主單元2供電時，為避免該些電磁開關422因以串聯連接發生故障而失效，故如第5圖所示，為本發明的靜態切換開關電路4的第四實施例，本發明更包括至少一設為常開（Normally Open）狀態的電磁開關423與該第二開關單元42並聯，當該些電磁開關422之其一故障而無法投入時，可緊急再投入（導通）該電磁開關423，以順利恢復由不斷電系統主單元2正常供電；

　　同理，為避免該些第一開關單元41無法正常關閉（開路），導致旁路電源3與不斷電系統主單元2並聯過久而造成不斷電系統主單元2的損壞，該些第一開關單元41及負載端5之間更串聯至少一設為常閉（Normally Closed）的電磁開關412，當該些第一開關單元41之其一異常而無法完全切離時，則可緊急關閉該電磁開關412而斷開旁路電源3對負載端5的供電，以確保不斷電系統主單元2的供電安全。

　　本發明的第五實施例，簡言之，係將第四實施例實施在既有如第1圖的不斷電系統上，請參照第6圖，該第二開關單元42的一端透過一第一隔離變壓器TR1連接至既有不斷電系統B的輸出端、另一端連接至負載端5，而該些第一開關單元41的一端透過一第二隔離變壓器TR2連接至旁路電源3、另一端連接至負載端5而與既有不斷電系統B並接，此外，又另可有複數手動開關71分別設於不同迴路上，以供維修用；

　　當既有不斷電系統B內發生故障，或電源切換裝置65中的靜態切換開關651、652切換失敗，而導致既有不斷電系統B的輸出端停電時，可藉由本發明在不更動原有電源切換裝置65，以在外部另外並接一靜態開關電路4的方式，而達到提昇既有不斷電系統的供電可靠度。

　　綜上所述，本發明藉由靜態切換開關電路中由可控半導體開關元件或電磁開關組成的第一開關單元以及第二開關單元，來提昇不斷電系統用靜態切換開關的可靠度，而本發明的靜態切換開關電路亦可使用在既有的不斷電系統上，提昇既有不斷電系統的可靠度。

　　惟前述實施方式目的在於使熟習該項技藝者能夠瞭解本發明的內容而據以實施，並非用來限定本發明實施的範圍；故舉凡依本發明申請範圍所述的形狀、構造及特徵所為的均等變化或修飾，均應包括於本發明的申請專利範圍內。

2．．．不斷電系統主單元

3．．．旁路電源

4．．．靜態切換開關電路

41．．．第一開關單元

411．．．可控半導體開關元件

42．．．第二開關單元

421．．．保險絲

5．．．負載端

Claims (5)

1. 一種高可靠的不斷電系統用靜態切換開關電路，包括：至少二相互並聯的第一開關單元及至少一第二開關單元，該些第一開關單元一端分別連接至一旁路電源、另一端連接至負載端，該第二開關單元一端連接該不斷電系統主單元的輸出端、另一端連接至負載端，其中，該些第一開關單元分別為二反向並聯的可控半導體開關元件，該第二開關單元為串聯的至少二第一開關單元。
2. 一種高可靠的不斷電系統用靜態切換開關電路，包括：至少二相互並聯的第一開關單元及至少一第二開關單元，該些第一開關單元一端分別連接至一旁路電源、另一端連接至負載端，該第二開關單元一端連接該不斷電系統主單元的輸出端、另一端連接至負載端，其中，該些第一開關單元分別為二反向並聯的可控半導體開關元件，該第二開關單元為串聯的至少二電磁開關。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之高可靠的不斷電系統用靜態切換開關電路，其中，更包括至少一電磁開關與該第二開關單元並聯。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之高可靠的不斷電系統用靜態切換開關電路，其中，該些第一開關單元及負載端之間更串聯至少一電磁開關。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之高可靠的不斷電系統用靜態切換開關電路，其中，更包括至少一電磁開關與該第二開關單元並聯，該些第一開關單元及負載端之間更串聯至少一電磁開關。