CN103036437A - 一种配网终端电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种配网终端电源装置，该装置包括依次连接的电源滤波电路、高频全桥逆变电路、高频变压器、整流滤波电路、采样电路以及分别与所述高频全桥逆变电路和所述采样电路连接的数字信号处理器。通过数字信号处理器改变高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比控制采样值的输出，提高了电源控制的安全性，并降低了配网终端电源装置的体积，另外，接入备用电源，满足多种安装环境下电源的使用要求，同时延长了该装置在掉电时的工作时间，所以采用本装置为配网终端供电，可以适应较宽的输入电源范围，具有较强的电网适应性。

Description

一种配网终端电源装置

技术领域

本发明涉及电源控制领域，尤其涉及一种配网终端电源装置。

背景技术

众所周知，配电网直接面向用户，是保证供电质量、提高电网运行效率和创新用户服务的关键环节。由于配网终端安装于户外、开闭所或比较偏僻的地方，供电环境复杂，供电方式差异大，因此配网终端的供电方式有电压互感器供电、交流供电和直流供电等方式，要求配网终端电源具有较宽的输入电源范围和较强的电网适应性，现有的配网终端电源一般采用模拟的控制方式，但是，模拟电路设计复杂，设计目的明确且不易更改，调试难度大，另外，通常滤波电感、电容和变压器在电源装置的体积和重量中占很大比例。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术模拟控制导致设计复杂和调试难度较大等缺陷，提供一种采用数字控制且减小体积的配网终端电源装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种配网终端电源装置，所述装置包括依次连接的电源滤波电路、高频全桥逆变电路、高频变压器、整流滤波电路、采样电路以及分别与所述高频全桥逆变电路和所述采样电路连接的数字信号处理器，其中：

所述电源滤波电路，用于将所输入的交流电压转换为直流电压； 

所述高频全桥逆变电路，用于将所述直流电压转换为高频交流电压，并根据所述高频交流电压输出对应的脉冲波形；

所述高频变压器，用于对所述高频交流电压进行隔离变换；

所述整流滤波电路，用于将隔离变换后的高频交流电压整流滤波后输出直流第一采样值，其中，所述第一采样值包括第一直流电压和第一电流； 

所述采样电路，用于采集所述第一采样值； 

所述数字信号处理器，用于对所述第一采样值进行误差分析，并通过改变所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比控制所述第一采样值的输出。

优选地，所述装置还包括与所述采样电路连接的备用电源，其中：

所述备用电源，用于在所输入的交流电压断电时输出直流第二采样值，其中，所述第二采样值包括第二直流电压和第二电流。

优选地，所述备用电源为电池。

优选地，所述装置还包括与所述备用电源连接的电源控制电路，其中：

所述电源控制电路，用于控制所述备用电源的投入或切除以及电池活化的启动或断开。

优选地，所述装置还包括与所述数字处理器连接的保护电路，其中：

所述保护电路，用于在所述第一采样值或所述第二采样值超过预设采样阀值时，通过所述数字信号处理器断开所述高频全桥逆变电路输出脉冲波形。

优选地，所述装置还包括与所述数字信号处理器连接的电源状态指示电路，其中：

所述电源状态指示电路，用于指示所输入的交流电压、所输出的第一直流电压以及所述配网终端电源装置的运行状态。

优选地，所述采样电路还用于采集所述第二采样值；

所述数字信号处理器还用于对所述第二采样值进行误差分析，并通过改变所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比控制所述第二采样值的输出。

优选地，对所述第一采样值进行误差分析具体为：

A1.通过所述采样电路分别采集第一直流电压和第一电流，并将所述第一直流电压和所述第一电流发送至数字信号处理器；

B1.计算所述当前第一直流电压和预设电压阀值的差值的绝对值，记为当前第一误差值ΔU1;

C1.判断所述第一电流是否小于预设电流阀值，若是，则执行步骤D11，若否，则执行步骤D12；

D11.所述数字信号处理器根据所述当前第一误差值计算所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的第一当前占空比D1，其中，D1= (ΔU1/ ΔU01) * D01，ΔU01为上次的第一误差值，D01为上次的第一占空比；

D12.所述数字信号处理器控制所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比为0，并启动所述保护电路。

优选地，所述步骤D11之后还包括：

E1.根据用户需求，假定所输入的交流电压不变，根据所输出的第一直流电压与当前第一占空比成正比的关系，所述数字信号处理器通过改变所述当前第一占空比动态控制所述第一采样值的输出，并返回步骤B1。

优选地，对所述第二采样值进行误差分析具体为：

A2.通过所述采样电路分别采集第二直流电压和第二电流，并将所述第二直流电压和所述第二电流发送至数字信号处理器；

B2.计算所述第二直流电压和预设电压阀值的差值的绝对值，记为当前第二误差值ΔU2;

C2.判断所述第二电流是否小于预设电流阀值，若是，则执行步骤D21，若否，则执行步骤D22；

D21.所述数字信号处理器根据所述当前第二误差值计算所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的第二当前占空比D2，其中，D2= (ΔU2/ ΔU02)* D02，ΔU02为上次的第二误差值，D02为上次的第二占空比；

D22.所述数字信号处理器控制所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比为0，并启动所述保护电路。

优选地，所述步骤D21之后还包括：

E2.根据用户需求，根据所输出的第二直流电压与当前第二占空比成正比的关系，所述数字信号处理器通过改变当前第二占空比动态控制所述第二采样值的输出，返回步骤B2。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：通过数字信号处理器改变高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比控制采样值的输出，提高了电源控制的安全性，并降低了配网终端电源装置的体积，另外，接入备用电源，满足多种安装环境下电源的使用要求，同时延长了该装置在掉电时的工作时间，所以采用本装置为配网终端供电，可以适应较宽的输入电源范围，具有较强的电网适应性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明配网终端电源装置第一实施例的结构示意图；

图2是本发明电源滤波的电路图；

图3是本发明高频全桥逆变电路的电路图；

图4是本发明整流滤波的电路图；

图5是本发明对第一采样值进行误差分析的流程图；

图6是本发明配网终端电源装置第二实施例的结构示意图；

图7是本发明对第二采样值进行误差分析的流程图；

图8是本发明配网终端电源装置第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

请参阅图1，图1是本发明配网终端电源装置第一实施例的结构示意图，如图1所示，所述装置包括依次连接的电源滤波电路101、高频全桥逆变电路102、高频变压器103、整流滤波电路104、采样电路105以及分别与所述高频全桥逆变电路102和所述采样电路105连接的数字信号处理器106，需要说明的是，由于高频变压器103的磁通量跟铁心的截面积和配网终端电源装置的电源工作频率成正比，所以利用数字信号处理器106提高电源工作频率可以减少高频变压器103所需的截面积，从而减小配网终端电源装置的体积。

下面具体介绍各个部分的作用：

所述电源滤波电路101，用于将所输入的交流电压转换为直流电压，这里所输入的交流电压为220V。应当说明的是，该电源滤波电路主要由电源输入部分和滤波部分组成，电源滤波电路的电路如图2所示，电源输入部分由电感和电容等元器件组成，滤波部分主要由电感、电容以及二极管等元器件组成，本领域的技术人员应当了解，在此不再赘述。

所述高频全桥逆变电路102，用于将所述直流电压转换为高频交流电压, 并根据所述高频交流电压输出对应的脉冲波形。应当解释的是，高频全桥逆变电路102如图3所示，其主要由四个绝缘栅晶体管组成，其中，该四个绝缘栅晶体管根据其所输出的脉冲波形控制其开关，并且该脉冲波形的占空比控制其开关时间，本领域的技术人员应当了解，在此不再赘述。

所述高频变压器103，用于对所述高频交流电压进行隔离变换，一般情况下，在电路中接入变压器，是为了对电压进行隔离变换，其中，电压变换通过高频变压器的原边和副边绕组匝数比来完成，高频变压器的绝缘隔离通过原边和副边绕组的绝缘结构来完成。

所述整流滤波电路104，用于将隔离变换后的高频交流电压整流滤波后输出稳定的第一采样值，其中，所述第一采样值包括第一直流电压和第一电流。稳定指的是经过整流滤波电路104后输出了直流的第一直流电压和第一电流，同理，下述提到的备用电源提供的也是直流电，所以也是稳定的。整流滤波电路104的电路如图4所示，整流滤波电路104主要由电感、电阻以及二极管组成，在此不再赘述。

所述采样电路105，用于采集所述第一采样值，本领域的技术人员应当了解，采样电路通常由一个模拟开关，一个保持电容和一个单位增益为1的同相电路构成，在此不再赘述。

所述数字信号处理器106，用于对所述第一采样值进行误差分析，并通过改变所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比控制所述第一采样值的输出，其中，初始占空比的计算公式为：D = Vo / (Vin * (n1/n2))，Vo为所输出的第一直流电压，Vin为所输入的交流电压，为220V,n1/n2为高频变压器103的匝数比。应当说明的是，该数字信号处理器一般采用低功耗的DSP芯片实现。

值得一提的是，假定用户所需的直流电压为5V，可实际输出的电压值为4.9V，假定输入的交流电压220V不变，根据所输出的第一直流电压与第一占空比成正比的关系，这样的话，通过改变所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比控制电源的输出，从而获取用户所需的直流电压值，因此，为了保证该配网终端电源装置输出一个相对稳定的电压，这是一个不断循环的过程，需要动态控制电源输出。

请结合参阅图5，图5是本发明对第一采样值进行误差分析的流程图，如图5所示，对所述第一采样值进行误差分析具体为：

在步骤A1中，通过所述采样电路分别采集当前第一直流电压和当前第一电流，并将所述当前第一直流电压和所述当前第一电流发送至数字信号处理器。

在步骤B1中，计算所述当前第一直流电压和预设电压阀值的差值的绝对值，记为当前第一误差值ΔU1，应当说明的是，该预设电压阀值为该配网终端电源装置预先所设置的电压输出最大值，本领域的技术人员应当了解，在此不再赘述。

在步骤C1中，判断所述当前第一电流是否小于预设电流阀值，若是，则执行步骤D11，若否，则执行步骤D12，应当说明的是，该预设电流阀值为该配网终端电源装置预先所设置的电流输出最大值，本领域的技术人员应当了解，在此不再赘述。

在步骤D11中，所述数字信号处理器根据所述当前第一误差值计算所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的当前第一占空比D1，执行步骤E1，其中，D1= (ΔU1/ ΔU01) * D01，ΔU1为当前第一误差值，ΔU01为上次的第一误差值，D01为上次的第一占空比。

在步骤D12中，所述数字信号处理器控制所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比为0，并启动所述保护电路，应当说明的是，这种情况属于过流保护，在此不再赘述。

在步骤E1中，根据用户需求，假定所输入的交流电压不变，根据所输出的第一直流电压与当前第一占空比成正比的关系，所述数字信号处理器通过改变当前第一占空比动态控制所述第一采样值的输出，返回步骤B1，需要说明的是，若根据步骤D11中所计算的当前第一占空比D1，可以获取用户所需的电压输出值，则步骤E1可省略。

实施例二：

请结合参阅图6，图6是本发明配网终端电源装置第二实施例的结构示意图，如图6所示，所述装置还包括与所述采样电路105连接的备用电源107以及与所述备用电源107连接的电源控制电路108，应当说明的是，本实施例中的电源滤波电路101、高频全桥逆变电路102、高频变压器103、整流滤波电路104、采样电路105以及数字信号处理器106与实施例一中的电源滤波电路101、高频全桥逆变电路102、高频变压器103、整流滤波电路104、采样电路105以及数字信号处理器106作用相同，下面具体介绍备用电源107和电源控制电路108的作用：

所述备用电源107，用于在所述装置断电时输出稳定的第二采样值，其中，所述第二采样值包括第二直流电压和第二电流，优选地，该备用电源为电池。

应当解释的是，该备用电源107是在断电的情况下使该配网终端电压装置保持一个相对稳定的电压输出。

所述电源控制电路108，用于控制所述备用电源的投入或切除以及电池活化的启动或断开。

若采用备用电源107输出稳定的电压，所述采样电路105用于采集所述第二采样值；所述数字信号处理器106用于对所述第二采样值进行误差分析，并通过改变所述高频全桥逆变电路104所输出的脉冲波形的占空比控制所述第二采样值的输出。

请结合参阅图7，图7是本发明对第二采样值进行误差分析的流程图，如图7所示，对所述第二采样值进行误差分析具体为：    

在步骤A2中，通过所述采样电路分别采集当前第二直流电压和当前第二电流，并将所述当前第二直流电压和所述当前第二电流发送至数字信号处理器。

在步骤B2中，计算所述当前第二直流电压和预设电压阀值的差值记为当前第二误差值ΔU2。

在步骤C2中，判断所述当前第二电流是否小于预设电流阀值，若是，则执行步骤D21，若否，则执行步骤D22。

在步骤D21中，所述数字信号处理器根据所述当前第二误差值计算所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的当前第二占空比D2，执行步骤E2，其中，D2= (ΔU2/ ΔU02) * D02，ΔU2为当前第二误差值，ΔU02为上次的第二误差值，D02为上次的第二占空比。

在步骤D22中，所述数字信号处理器控制所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比为0，并启动所述保护电路，同理，这种情况也属于过流保护。

在步骤E2中，根据用户需求，根据所输出的第二直流电压与当前第二占空比成正比的关系，所述数字信号处理器通过改变当前第二占空比动态控制所述第二采样值的输出，返回步骤B2，需要说明的是，若根据步骤D21中所计算的当前第二占空比D2，可以获取用户所需的电压输出值，则步骤E2可省略。

实施例三：

请结合参阅图8，图8是本发明配网终端电源装置第三实施例的结构示意图，如图8所示，所述装置还包括分别与所述数字处理器106连接的保护电路109和电源状态指示电路110，应当说明的是，本实施例中的电源滤波电路101、高频全桥逆变电路102、高频变压器103、整流滤波电路104、采样电路105、数字信号处理器106、备用电源107和电源控制电路108与实施例二中的电源滤波电路101、高频全桥逆变电路102、高频变压器103、整流滤波电路104、采样电路105、数字信号处理器106、备用电源107和电源控制电路108作用相同，在此不再赘述。

下面具体介绍保护电路109和电源状态指示电路110的作用：

所述保护电路109，用于在所述第一采样值或所述第二采样值超过预设采样阀值时，通过所述数字信号处理器断开所述高频全桥逆变电路输出脉冲波形，应当说明的是，具体而言，这里的预设采样阀值包括预设电压阀值和预设电流阀值，若超过预设电压阀值，则属于过压保护，若超过预设电流阀值，则属于过流保护。

所述电源状态指示电路110，用于指示所输入的交流电压、所输出的第一直流电压以及所述配网终端电源装置的运行状态，该运行状态包括欠压状态和过压状态，这样，在后台的工作人员可以根据电源状态指示电路110查看并了解该配网终端电源装置的各项情况，并对出现的突发状态快速进行处理。

相较于现有技术，通过数字信号处理器改变高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比控制采样值的输出，提高了电源控制的安全性，并降低了配网终端电源装置的体积，另外，接入备用电源，满足多种安装环境下电源的使用要求，同时延长了该装置在掉电时的工作时间，所以采用本装置为配网终端供电，可以适应较宽的输入电源范围，具有较强的电网适应性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种配网终端电源装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的电源滤波电路、高频全桥逆变电路、高频变压器、整流滤波电路、采样电路以及分别与所述高频全桥逆变电路和所述采样电路连接的数字信号处理器，其中：

所述电源滤波电路，用于将所输入的交流电压转换为直流电压； 

所述高频全桥逆变电路，用于将所述直流电压转换为高频交流电压，并根据所述高频交流电压输出对应的脉冲波形；

所述高频变压器，用于对所述高频交流电压进行隔离变换；

所述整流滤波电路，用于将隔离变换后的高频交流电压整流滤波后输出直流的第一采样值，其中，所述第一采样值包括第一直流电压和第一电流； 

所述采样电路，用于采集所述第一采样值； 

所述数字信号处理器，用于对所述第一采样值进行误差分析，并通过改变所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比控制所述第一采样值的输出。

2.根据权利要求1所述的配网终端电源装置，其特征在于，所述装置还包括与所述采样电路连接的备用电源，其中：

所述备用电源，用于在所输入的交流电压断电时输出直流的第二采样值，其中，所述第二采样值包括第二直流电压和第二电流。

3.根据权利要求2所述的配网终端电源装置，其特征在于，所述备用电源为电池。

4.根据权利要求3所述的配网终端电源装置，其特征在于，所述装置还包括与所述备用电源连接的电源控制电路，其中：

所述电源控制电路，用于控制所述备用电源的投入或切除以及电池活化的启动或断开。

5.根据权利要求2所述的配网终端电源装置，其特征在于，所述装置还包括与所述数字处理器连接的保护电路，其中：

所述保护电路，用于在所述第一采样值或所述第二采样值超过预设采样阀值时，通过所述数字信号处理器断开所述高频全桥逆变电路输出脉冲波形。

6.根据权利要求5所述的配网终端电源装置，其特征在于，所述装置还包括与所述数字信号处理器连接的电源状态指示电路，其中：

所述电源状态指示电路，用于指示所输入的交流电压、所输出的第一直流电压以及所述配网终端电源装置的运行状态。

7.根据权利要求5所述的配网终端电源装置，其特征在于，

所述采样电路还用于采集所述第二采样值；

所述数字信号处理器还用于对所述第二采样值进行误差分析，并通过改变所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比控制所述第二采样值的输出。

8.根据权利要求5所述的配网终端电源装置，其特征在于，对所述第一采样值进行误差分析具体为：

A1.通过所述采样电路分别采集第一直流电压和第一电流，并将所述第一直流电压和所述第一电流发送至数字信号处理器；

B1.计算所述当前第一直流电压和预设电压阀值的差值的绝对值，记为当前第一误差值ΔU1;

C1.判断所述第一电流是否小于预设电流阀值，若是，则执行步骤D11，若否，则执行步骤D12；

D11.所述数字信号处理器根据所述当前第一误差值计算所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的第一当前占空比D1，其中，D1= (ΔU1/ ΔU01) * D01，ΔU01为上次的第一误差值，D01为上次的第一占空比；

D12.所述数字信号处理器控制所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比为0，并启动所述保护电路。

9.根据权利要求8所述的配网终端电源装置，其特征在于，所述步骤D11之后还包括：

E1.根据用户需求，假定所输入的交流电压不变，根据所输出的第一直流电压与当前第一占空比成正比的关系，所述数字信号处理器通过改变所述当前第一占空比动态控制所述第一采样值的输出，并返回步骤B1。

10.根据权利要求7所述的配网终端电源装置，其特征在于，对所述第二采样值进行误差分析具体为：

A2.通过所述采样电路分别采集第二直流电压和第二电流，并将所述第二直流电压和所述第二电流发送至数字信号处理器；

B2.计算所述第二直流电压和预设电压阀值的差值的绝对值，记为当前第二误差值ΔU2;

C2.判断所述第二电流是否小于预设电流阀值，若是，则执行步骤D21，若否，则执行步骤D22；

D21.所述数字信号处理器根据所述当前第二误差值计算所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的第二当前占空比D2，其中，D2= (ΔU2/ ΔU02)* D02，ΔU02为上次的第二误差值，D02为上次的第二占空比；

D22.所述数字信号处理器控制所述高频全桥逆变电路所输出的脉冲波形的占空比为0，并启动所述保护电路。

11.根据权利要求10所述的配网终端电源装置，其特征在于，所述步骤D21之后还包括：

E2.根据用户需求，根据所输出的第二直流电压与当前第二占空比成正比的关系，所述数字信号处理器通过改变当前第二占空比动态控制所述第二采样值的输出，返回步骤B2。

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