CN101527507B - 交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路及其方法，所述能量回馈电源负载电路，包括直流-直流变换单元、第一全波整流单元、第二全波整流单元、滤波单元、直流-交流变换单元、电源，所述直流-交流变换单元把交流电供给至所述电源，所述电源把电能输送至所述直流-直流变换单元，所述直流-直流变换单元输出直流电输送至所述直流-交流变换单元。所述方法包括步骤：把交流电供应给电源；输出所述电源的能量且把它转换成电压；对所述电压进行整流和滤波，以输出交流电至所述电源，从而形成电源输出电能循环利用。所述电源负载电路能够循环利用电源的输出电能，达到节约电能，降低输入配电功率，促进环保之目的。

Description

交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路及其方法

技术领域

本发明涉及电源老化负载电路及其方法，尤其涉及适用于交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路及其方法。

背景技术

为保证产品质量，交流-直流变换单元电源在出厂前都需要进行几个小时甚至几天的老化测试，现有的电源老化负载为电阻。老化时，电源的输出电能被这些电阻负载消耗，转化为热能，电源的输出电能被白白浪费掉，而且还产生热、粉尘污染，影响环境。

图1为现有技术中的传统电源负载方框图，其包括交流市电输入、电源100、电阻负载200。电源100输出的电能被电阻负载200损耗电能没有回收利用。

然而，对于上述电能的损失，目前尚缺乏有效的办法进行回收利用，只能白白损失掉。

鉴于此，需要提供一种新型的能量回馈电源负载电路及其方法。

发明内容

为了克服上述的传统的能量回馈电源负载电路及其方法存在的缺点，本发明提供了一种交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路及其方法，其中，该电源负载电路能够循环利用电源的输出电能，达到节约电能，降低输入配电功率，促进环保的目的。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案为提供了一种交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路，所述电路包括直流-直流变换单元、第一全波整流单元、滤波单元C1、直流-交流变换单元和电源，所述直流-交流变换单元与所述电源连接，以把交流电供给至所述电源，所述电源与所述直流-直流变换单元连接，所述直流-直流变换单元输出的电压分别经过所述第一全波整流单元和所述滤波单元C1后，把直流电输送至所述直流-交流变换单元。

根据本发明的一优选技术方案，所述交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路具体包括电源、直流-直流变换单元、电流反馈电路、电压反馈电路、开关管Q1/Q2、高频变压器T、第一全波整流单元、第二全波整流单元和直流-交流变换单元，所述第二全波整流单元输入端与市电交流电相连，输出端经过滤波单元C1滤波为直流电后，与所述直流-交流变换单元的输入端连接，所述直流-交流变换单元输出的交流电与所述电源的输入端相连，所述电源的输出直流电“+”端与所述直流-直流变换单元的输入“+”相连，“-”端则与一个电流检测电阻串联后与所述直流-直流变换单元的输入“-”相连；所述直流-直流变换单元的输出电压由所述电流反馈电路及所述电压反馈电路控制，其输出电压经过由所述开关管Q1/Q2控制的所述高频变压器T后，输出高频电压，此高频电压经过所述第一全波整流单元后“+”“-”端分别与所述第二全波整流单元的输出端“+”“-”相连，从而所述电路能够把所述电源输出的电能回馈到所述电源输入端，形成所述电源输出电能循环利用。

根据本发明的一优选技术方案，所述交流-直流变换单元是交流-直流变换器，所述直流-直流变换单元是直流-直流变换器，所述第一全波整流单元是第一全波整流器，所述直流-交流变换单元是直流-交流变换器，以及所述滤波单元是滤波电容。

根据本发明的一优选技术方案，所述直流-交流变换器电源输入由市电Vac经过第二全波整流单元，以及高频变压器T输出的高频交流电Vac2经过第一全波整流单元共同提供，在第二全波整流单元整流后的电压高于第一全波整流单元整流后的电压时，直流-交流变换器电源输入由市电Vac提供；而在第二全波整流单元整流后的电压低于第一全波整流单元整流后的电压时，直流-交流变换器电源输入由高频变压器输出的Vac2提供，以此形成电能损耗自动补充。

根据本发明的一优选技术方案，所述的直流-直流变换单元的输出电压由电流反馈电路、电压反馈电路控制。在电源输出电流小于设定电流时，输出电压VDC由电压反馈电路控制，VDC＝Vmax；以及在电源输出电流等于或大于设定电流时，输出电压VDC由电流反馈电路控制，VDC逐渐下降至最低电压，VDC＝Vmin。

根据本发明的一优选技术方案所述高频变压器T有三个绕组NP1、NP2、NS，NP1的匝数等于NP2，NS与NP1的匝数比为S。并由开关管Q1/Q2控制，开关管Q1/Q2的G极控制信号为20KHz～500KHz的方波其相位相差180度，并且有一定的死区时间。高频变压器T的输出电压Vac2由其匝数比S及输入电压VDC确定，即：Vac2＝S×VDC。

根据本发明的一优选技术方案，市电Vac经第一全波整流单元及C1滤波后的电压HV小于直流-直流变换单元的输出电压Vmax与高频变压器T的匝数比为S的乘积减去第一全波整流单元的压降，即HV＜Vmax×S-Vd×2其中，Vd为二极管D101，D102，D103，D104的正向导通电压。并且，市电Vac经第一全波整流单元及C1滤波后的电压HV大于直流-直流变换单元的输出电压Vmin与高频变压器T的匝数比为S的乘积减去第一全波整流单元的压降，即HV＞Vmin×S-Vd×2，其中，Vd为二极管D101，D102，D103，D104的正向导通电压。

根据本发明的一优选技术方案，所述电路还可包括功率因数校正电路，其设置在第二全波整流单元与滤波单元C1之间。

根据本发明的一优选技术方案，所述电路是多路输出，所述电路包括多个直流-直流变换单元、电流反馈电路、电压反馈电路，所有直流-直流变换单元的输出“+”端连在一起，“-”端连在一起，电压反馈时所有的直流-直流变换单元输出电压均相等为VDC。

本发明还提供了一种交流-直流变换单元能量回馈方法，所述交流-直流变换单元能量回馈方法包括步骤：第一步、将市电转换成直流电后，经过直流-交流变换单元输出交流电供应给电源；第二步、通过直流-直流交换单元把所述电源输出电能转换成直流电；第三步、对所述直流电与所述直流-交流变换单元的直流输入端相连，从而形成电源输出电能循环利用。

根据本发明的一优选技术方案：所述第一步具体为：输入市电Vac经全波整流单元及滤波单元C1滤波成直流电后，再经过直流-交流变换单元输出交流电供应给电源。

根据本发明的一优选技术方案：所述第二步具体为：所述电源输出的直流电能与变压器T的输入端之间有一直流-直流交换单元，由直流-直流交换单元把所述电源电能转换成直流电，且通过电流反馈单元和电压反馈单元进行调节。

根据本发明的一优选技术方案：所述第三步具体为：对所述直流-直流变换单元输出的直流电，通过由开关管Q1/Q2控制的高频变压器T，再经第一全波整流电路及滤波单元C1滤波成直流电后与直流-交流变换单元之直流输入端相连，从而形成电源输出电能循环利用。

本发明根椐能量守恒定律，将老化时电源输出的能量回馈到电源输入端，使该能量得以循环利用，电路中损耗的电能由输入之交流市电自动补充，节省了电源输入电能，并减少了热、粉尘等污染，达到环保的要求。

附图说明

图1是现有技术中的传统电源负载方框图；

图2是根据本发明的一个实施例的适用于交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路的原理图；

图3是根据本发明的另一个实施例的适用于交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路的原理图；

图4是根据本发明的一个实施例的适用于交流-直流变换单元的能量回馈的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的适用于交流-直流变换单元的能量回馈电源负载以及实现其的方法进行进一步的描述和说明：

图1为现有技术中的传统电源负载方框图，其包括交流市电输入、电源100、电阻负载200。电源100输出的电能被电阻负载200损耗，电能没有回收利用。

参阅图2，根据本发明的一个方面，适用于交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路，其中，所述电路包括直流-直流变换单元20、第一全波整流单元50、滤波单元C1、直流-交流变换单元70、电源10，所述直流-交流变换单元70与所述电源10连接，以把交流电供给至所述电源10，所述电源10与直流-直流变换单元20连接，以便调整电源10的输出电流，所述直流-直流变换单元20输出的电压经由开关管Q1/Q2控制的高频变压器后，再经过第一全波整流单元50和滤波单元C1后，把直流电输送至所述直流-交流变换单元70，从而形成电源10输出电能循环利用。

具体地，所述电源10的输入和输出分别为交流电和直流电。所述直流-直流变换单元20是直流-直流变换器，所述第一全波整流单元50是第一全波整流电路，所述直流-交流变换单元70是直流-交流变换器，第二全波整流单元60是第二全波整流器，以及所述滤波单元C1是滤波电容。所述的市电输入电压Vac可以与电源10的输入电压Vac1相同，也可以不同。所述的直流-交流变换单元70输出的电压即为电源10的输入电压Vac1。

所述的直流-交流变换器电源10输入由市电Vac经过第二全波整流单元60，以及高频变压器T输出的高频交流电Vac2，经过第一全波整流单元50共同提供。

第二全波整流单元60整流后的电压高于第一全波整流单元50整流后的电压时，直流-交流变换单元70的输入由市电Vac提供；而在第二全波整流单元60整流后的电压低于第一全波整流单元50整流后的电压时，直流-交流变换单元70输入由高频变压器输出的Vac2提供，以此形成电能损耗自动补充。

所述的直流-直流变换单元20的输出电压由电流反馈电路30、电压反馈电路40控制。在电源10输出电流小于设定电流时，输出电压VDC由电压反馈电路40控制，VDC＝Vmax；以及在电源10输出电流等于或大于设定电流时，输出电压VDC由电流反馈电路30控制，VDC逐渐下降至最低电压，VDC＝Vmin。

所述高频变压器T有三个绕组NP1、NP2、NS，NP1的匝数等于NP2，NS与NP1的匝数比为S。开关管Q1/Q2的G极控制信号为20KHz～500KHz的方波，其相位相差180度，并且有一定死区时间。高频变压器T的输出电压Vac2由其匝数比S及输入电压VDC确定，而无需反馈电路。

市电Vac经第二全波整流单元60及C1滤波后的电压HV小于直流-直流变换单元20的输出电压Vmax与高频变压器T的匝数比为S的乘积减去第一全波整流单元50的压降，即HV＜Vmax×S-Vd×2，

其中，Vd为二极管D101，D102，D103，D104的正向导通电压。

市电Vac经第二全波整流单元60及C1滤波后的电压HV大于直流-直流变换单元20的输出电压Vmin与高频变压器T的匝数比为S的乘积减去第一全波整流单元50的压降，即HV＞Vmin×S-Vd×2，

其中，Vd为二极管D101，D102，D103，D104的正向导通电压。如此，整个环路正常工作，电源10的输出电流与电流反馈电路30中的设定电流相等，并可由VR根据实际电源10老化电流值进行调整。

参考图3，本发明的适用于交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路不限于上述实施方式，即与图2不同，在第二全波整流单元60与滤波单元C1之间加入PFC(功率因数校正)电路90，其设置在第二全波整流单元60与滤波单元C1之间。另外，可由PFC控制单元80控制PFC电路的运行，以此减小电源10老化时市电谐波电流，并进一步减小老化房配电功率。

可以理解，本发明所述电源10也可是多路输出，所述电路包括多个直流-直流变换单元20、电流反馈电路30、电压反馈电路40，所有直流-直流变换单元20的输出“+”端连在一起，“-”端连在一起，电压反馈时所有的直流-直流变换单元20输出电压均相等为VDC。

综上所述可知，本电路能够将交流-直流变换单元电源10输出的电能回馈到电源10输入端来，因此这种主动型能量回馈，能将电源10输出电能循环利用，整个电路损耗的电能则由市电自动补充。

请参阅图4根据本发明的一个实施例的适用于交流-直流变换单元的能量回馈的方法流程图。本发明提供了一种适用于交流-直流变换单元能量回馈的方法，其中，所述适用于交流-直流变换单元能量回馈的方法包括步骤：第一步：将市电转换成直流电后，经过直流-交流变换单元70输出交流电供应给电源10；第二步：通过直流-直流交换单元20把所述电源10电能转换成直流电；第三步：将所述直流电与所述直流-交流变换单元70的直流输入端相连，从而形成电源10输出电能循环利用。

其中，所述第一步具体为输入市电Vac经第二全波整流单元60及滤波单元C1滤波成直流电后，再经过直流-交流变换单元70输出交流电供应给电源10。

所述第二步具体为：所述电源10输出的直流电能与变压器T的输入端之间有一直流-直流交换单元20，由直流-直流交换单元20把所述电源10电能转换成直流电，且通过电流反馈单元30和电压反馈单元40进行调节。

所述第三步具体为：对所述直流-直流变换单元20输出的直流电，通过由开关管Q1/Q2控制的高频变压器T，再经第一全波整流电路50及滤波单元C1滤波成直流电后与直流-交流变换单元70之直流输入端相连，从而形成电源10输出电能循环利用

具体地，由直流-直流交换单元20把所述电能转换成直流电，且通过电流反馈单元30和电压反馈单元40进行调节。

进一步地，由第一全波整流单元50和滤波单元C1对所述直流电经由开关管Q1/Q2控制的高频变压器后进行整流和滤波。

再者，经直流-直流交换单元20的直流电，经过由开关管Q1/Q2控制的高频变压器T后，输出高频电压，此高频电压经过第一全波整流单元50后“+”“-”端分别与第二全波整流单元60的输出端“+”“-”相连，从而所述电路能够把所述电源10输出的能回馈到电源10输入端。

本发明适用于交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路的工作原理如下：

最初，当该电路接入市电Vac，此时如果环路断开，即电源10的输出端与其后的直流-直流变换单元20的输入端断开：

市电Vac经过第二全波整流单元60，并经过滤波单元C1滤波为直流电HV为直流-交流变换单元70供电。由此，直流-交流变换单元70工作，并输出交流电Vac1为交流-直流变换单元电源10供电，电源10工作；

由于电源10的输出端与其后的直流-直流变换单元20的输入端断开，直流-直流变换单元20无输入电能，亦无电能输出，由此，由Q1/Q2控制的高频变压器无电能输出。

其次，当该电路接入市电Vac，此时如果环路闭合，即电源10的输出端与其后的直流-直流变换单元20的输入端相连：

市电Vac经过第二全波整流单元60，并经过C1滤波为直流电HV为直流-交流变换单元70供电。由此，直流-交流变换单元70工作，并输出交流电Vac1为交流-直流变换单元电源10供电，电源10工作；

由于交流-直流变换单元电源10的输出端与其后的直流-直流变换单元20的输入端相连，直流-直流变换单元20有电能输入，亦输出VDC，因此由Q1/Q2控制的高频变压器T输出高频交流电，再经过第一全波整流单元50及C1滤波后“+”“-”端分别与第二全波整流单元60的输出端“+”“-”相连，再经过直流-交流变换单元70输出交流电为电源10供电。

根据能量守恒定律，交流-直流变换单元电源10输出的电流(流过Rcs的电流)将由0增加到设定电流(设定电流可由电流反馈电路30中的VR调整)，并在设定电流值上、下波动，其电流稳定度由电流反馈电路30及直流-直流变换单元20共同确定。

由此整个环路开始工作，交流-直流变换单元电源10输出电能得以循环利用，电路中损耗的电能则由市电Vac自动补充。从而形成电源10输出电能回馈，节省了电源10输入电能，并减少了热、粉尘等污染。依据本电路设计之交流-直流变换单元的能量回馈电源10负载样品，相对于传统电阻负载，实测电源10老化时可节省输入功率50～60％，电流精度可达+/-0.1A，完全满足电源10老化需求，并减少大量了热、粉尘污染，对节能环保具有非常好的效果，并且电路简单，成本极低。

本发明根椐能量守恒定律，将老化时电源10输出的能量回馈到电源10输入端，使该能量得以循环利用，节省了电源10输入电能，并减少了热、粉尘等污染，达到环保的要求。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路，其特征在于：所述电路包括直流-直流变换单元(20)、第一全波整流单元(50)、滤波单元C1、直流-交流变换单元(70)和电源(10)，所述直流-交流变换单元(70)与所述电源(10)连接，以把交流电供给至所述电源(10)，所述电源(10)与所述直流-直流变换单元(20)连接；所述交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路还包括：电流反馈电路(30)、电压反馈电路(40)、开关管Q1/Q2、高频变压器T和第二全波整流单元(60)，所述第二全波整流单元(60)输入端与市电交流电相连，输出端经过所述滤波单元C1滤波为直流电后，与所述直流-交流变换单元(70)的输入端连接，所述直流-交流变换单元(70)输出的交流电与所述电源(10)的输入端相连，所述电源(10)的输出直流电“+”端与所述直流-直流变换单元(20)的输入“+”相连，“-”端与一个电流检测电阻串联后与所述直流-直流变换单元(20)的输入“-”相连；所述直流-直流变换单元(20)的输出电压由所述电流反馈电路(30)及所述电压反馈电路(40)控制，其输出电压经过由所述开关管Q1/Q2控制的所述高频变压器T后，输出高频电压，此高频电压经过所述第一全波整流单元(50)后“+”“-”端分别与所述第二全波整流单元(60)的输出端“+”“-”相连。

2.根据权利要求1所述的交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路，其特征在于：所述电源(10)的输入由所述直流-交流变换单元(70)输出的交流电Vac1提供，所述直流-交流变换单元(70)的输入直流电由市电Vac经过所述第二全波整流单元(60)，以及所述高频变压器T输出的高频交流电Vac2经过所述第一全波整流单元(50)共同提供。

3.根据权利要求1所述的交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路，其特征在于：所述高频变压器T有三个绕组NP1、NP2、NS，NP1的匝数等于NP2，NS与NP1的匝数比为S；所述开关管Q1/Q2的G极控制信号为20KHz～500KHz的方波，其相位相差为180度。

4.根据权利要求1所述的交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路，其特征在于：

所述市电Vac经所述第二全波整流单元(60)及所述滤波单元C1滤波后的电压HV小于直流-直流变换单元(20)的最高输出电压Vmax与高频变压器T的匝数比S的乘积减去第一全波整流单元(50)的压降，即HV＜Vmax×S-Vd×2，

其中，Vd为第一全波整流单元(50)的二极管D101，D102，D103，D104的正向导通电压，

所述市电Vac经第二全波整流单元(60)及所述滤波单元C1滤波后的电压HV大于所述直流-直流变换单元(20)的最低输出电压Vmin与高频变压器T的匝数比S的乘积减去第一全波整流单元(50)的压降，即HV＞Vmin×S-Vd×2，

其中，Vd为第一全波整流单元(50)的二极管D101，D102，D103，D104的正向导通电压。

5.根据权利要求1所述的交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路，其特征在于：所述交流-直流变换单元的能量回馈电源负载电路还包括功率因数校正电路(90)，其设置在所述第二全波整流单元(60)与所述滤波单元C1之间。

6.一种交流-直流变换单元能量回馈方法，其特征在于：所述交流-直流变换单元能量回馈方法包括步骤：

A：将市电转换成直流电后，经过直流-交流变换单元(70)输出交流电供应给电源(10)；其中，输入市电Vac经第二全波整流单元(60)及滤波单元C1滤波成直流电后，再经过直流-交流变换单元(70)输出交流电供应给电源(10)；

B：通过直流-直流交换单元(20)把所述电源(10)电能转换成直流电；

C：对所述直流-直流变换单元(20)输出的直流电，通过由开关管Q1/Q2控制的高频变压器T，再经第一全波整流电路(50)及滤波单元C1滤波成直流电后与直流-交流变换单元(70)之直流输入端相连，从而形成电源(10)输出电能循环利用。

7.根据权利要求6所述的交流-直流变换单元能量回馈方法，其特征在于：所述步骤B具体为：所述电源(10)输出的直流电能与变压器T的输入端之间有一直流-直流交换单元(20)，由直流-直流交换单元(20)把所述电源(10)电能转换成直流电，且通过电流反馈单元(30)和电压反馈单元(40)进行调节。

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