CN104953704A - 一种led显示屏电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种LED显示屏电源系统,包括电能接入设备、稳压滤波电路及反激式DC-DC变换器,电能接入设备包括市电供电装置、风能供电装置和太阳能供电装置,可以选择市电模式、风能模式或太阳能模式对蓄电池蓄电来提供直流输入电压;反激式DC-DC变换器包括输入滤波电路、主功率电路、输出滤波电路、取样电路、误差放大电路、双管驱动控制电路及软启动电路,以将直流输入变换为LED显示屏所需的直流电压。本发明通过改进待机电源系统及其分系统或部件,可以提高待机电源产品的整体性能。

Description

一种LED显示屏电源系统
技术领域
本发明涉及电源技术,特别涉及LED显示屏电源系统及其分系统或部件。
背景技术
LED显示屏在车站、医院、银行等场所得到普遍应用。为了节能,LED显示屏电源系统都使用了待机电源。在待机状态下,LED显示屏仍需耗费220V或380V能源,这对于节能减排较为不利。此外,现有待机电源电路部分的频率越来越高,功率密度也越来越大,由此也增加了产品功耗。因此,有必要对LED显示屏电源系统及其分系统或部件进行改进,以便降低产品的功耗,实现节能的目的。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于改进LED显示屏电源系统及其分系统或部件,以便实现节能要求。
为解决上述技术问题,本发明提供一种LED显示屏电源系统,包括依次连接的电能接入设备、稳压滤波电路及反激式DC-DC变换器,电能接入设备可切换到市电供电装置、风能供电装置或太阳能供电装置对蓄电池蓄电来提供直流输入电压,经稳压滤波电路稳压及滤波,由反激式DC-DC变换器变换为相应直流电压提供于LED显示屏,其中:
市电供电装置依次包括市电接入端子、交直流变换器、蓄电控制器及蓄电池,交直流变换器接至蓄电池控制器,市电接入端子接入的交流电经交直流变换器转换为直流电,以便在蓄电池控制器的控制下向蓄电池充电;
蓄电池控制器包括充电电路、放电电路、控制电路及防雷电路,充电电路、放电电路和蓄电池并联,防雷电路和蓄电池串联,其中防雷电路为防雷电感;
交直流转换器包括整流电路和滤波电路,滤波电路包括二极管D3.4、二极管D4.4、二极管D8.4、二极管D9.4、电容C7.4以及电容C9.4,二极管D3.4的阳极与整流电路的输出连接,二极管D3.4的阴极与二极管D9.4的阴极连接,电容C7.4的一端与二极管D3.4的阴极连接,电容C7.4的另一端分别与二极管D8.4的阳极和二极管D4.4的阴极连接,二极管D8.4的阴极与二极管D9.4的阳极连接,电容C9.4的一端与二极管D4.4的阳极连接,电容C9.4的另一端与二极管D9.4的阳极连接,二极管D9.4的阴极还与直流输出端连接;
风能供电装置包括风轮机、发电机、整流器、直流升压电路、逆变器、蓄电池控制器、蓄电池、系统控制器、泄能负载控制器、泄能负载、制动刹车装置等组成,其中:风轮机、发电机、整流器、直流升压电路、逆变器依次连接成供电主路,以向交流负载供电;蓄电控制器、蓄电池、逆变器依次连接成蓄能支路,该蓄电控制器控制整流器向蓄电池充电以及控制蓄电池向逆变器放电;制动刹车装置作用于风轮机动力轴;泄能负载经泄能负载控制器接于发电机的输出端;系统控制器分别连接制动刹车装置、泄能负载控制器及蓄电池控制器,以便控制制动刹车装置刹车、泄能负载泄能及蓄电池充电;该系统控制器接入逆变器、蓄电池及风能传感器的采集信号,以便对根据负载状态、蓄能状态及风速状况来调节风电供电装置的运行状态;
逆变器包括功率管驱动芯片及六个功率管,功率管驱动芯片接至微处理器电路,以便根据微处理器电路输出的脉冲宽度调制信号,驱动对应的功率管交替导通和关断;六个功率管分成三组,每组功率管控至一相交流输出,各个功率管的源极和漏极之间对应接入二极管;
太阳能供电装置包括太阳能电池、蓄电池控制器、蓄电池及逆变器,蓄电池控制器具有充电电路、控制电路和放电电路,充电电路接于太阳能电池与蓄电池之间,放电电路接于蓄电池与逆变器之间,控制电路分别连接充电电路、放电电路及蓄电池,逆变器接至交流负载;
太阳能电池为薄膜太阳能电池,薄膜太阳能电池包括由上至下依次设置的第一导电玻璃基底、沉积吸收层、缓冲层、导电银胶和第二导电玻璃基底,第一导电玻璃基底引出正电极,第二导电玻璃基底上引出负电极;
反激式DC-DC变换器包括输入滤波电路、主功率电路、输出滤波电路、取样电路、误差放大电路、双管驱动控制电路及软启动电路,直流输入经输入滤波电路、主功率电路、输出滤波电路后输出得到直流输出,输出端的取样电流经取样电路、误差放大电路、双管驱动控制电路后对主功率电路中的主开关管进行负反馈控制,软启动电路接于输入滤波电路的输出端,软启动电路另一端接于双管驱动控制电路以实现软启动。
较优地,反激式DC-DC变换器中:
输入滤波电路为包括滤波电容C0、C13和滤波电感L0的π型滤波电路;
主功率电路设置变压器输入绕组P1、输出绕组P2,MOS管TR1、限流电阻R5,输出整流二极管D1来实现电源能量的转换、传递以及输入与输出隔离,MOS管TR1的栅极反向接稳压管Z4以使MOS管TR1的栅极启动电压箝制在预定电平上;
双管驱动控制电路包括电阻R6、R9、R12,电容C5、C12,NPN型二极管TR2、PNP型二极管TR3,当输出电压偏高时光耦OC1导通,使得三极管TR2、TR3分别导通,加速MOS管TR1关断;
输出滤波电路为包括电容C3的滤波电路;
软启动电路包括分压电阻R10、R13、R14,启动电容C9和二极管D4,当接入输入电压时电流经电阻R10对启动电容C9充电,在启动电容电压达到MOS门限电压时实现开机软启动功能。
较优地,反激式DC-DC变换器包括输出短路保护电路,输出短路保护电路设置于主功率电路中的负反馈回路的负反馈绕组输出回路,输出短路保护电路的另一端接至双管驱动控制电路。
较优地,反激式DC-DC变换器包括含稳压器ADJ的稳压电路,以便通过光耦OC1连接到主功率电路及输出短路保护电路及双管驱动控制电路。
较优地,输出短路保护电路包括反馈绕组P3,电阻R1A、R1B,电容C11,二极管D3;负反馈绕组P3异名端连接至电阻R1A及电阻R1的连接点,电阻R1A通过并接的电阻R1B、电容C11接至地;负反馈绕组P3同名端与电容C6、二极管D3的阴极相连,二极管D3的阳极接地,电容C6另一端与电阻R11相连,电阻R11另一端接主功率电路MOS管TR1的栅极。
较优地,输出短路保护电路包括反馈绕组P3,电阻R1A、R1B,电容C11,二极管D3;负反馈绕组P3异名端通过电阻R1A接至电阻R1,电阻R1A和电阻R1的连接点与地之间接入并接的电阻R1B、电容C11;负反馈绕组P3同名端与电容C6、二极管D3的阴极相连,二极管D3的阳极接地,电容C6另一端与电阻R11相连,电阻R11另一端接主功率电路MOS管TR1的栅极。
较优地,输出短路保护电路包括反馈绕组P3,电阻R1A、R1B,电容C11,二极管D3;负反馈绕组P3异名端连接至电阻R1,负反馈绕组P3异名端与电阻R1的连接点与地之间接入电阻R1B,电阻R1B与串接的电阻R1A、电容C11并接;负反馈绕组P3同名端与电容C6、二极管D3的阴极相连,二极管D3的阳极接地,电容C6另一端与电阻R11相连,电阻R11另一端接主功率电路MOS管TR1的栅极。
较优地,输出短路保护电路包括反馈绕组P3,电阻R1A,电容C11,二极管D3;负反馈绕组P3异名端连接至电阻R1,负反馈绕组P3异名端与电阻R1的连接点与地之间串接电容C11、电阻R1A;负反馈绕组P3同名端与电容C6、二极管D3的阴极相连,二极管D3的阳极接地,电容C6另一端与电阻R11相连,电阻R11另一端接主功率电路MOS管TR1的栅极。
较优地,输出短路保护电路包括反馈绕组P3,电阻R1A,电容C11,二极管D3;负反馈绕组P3异名端连接至电阻R1,负反馈绕组P3异名端与电阻R1的连接点与地之间串接电阻R1A、电容C11;负反馈绕组P3同名端与电容C6、二极管D3的阴极相连,二极管D3的阳极接地,电容C6另一端与电阻R11相连,电阻R11另一端接主功率电路MOS管TR1的栅极。
较优地,输出短路保护电路包括反馈绕组P3,电阻R1A,电容C11,二极管D3;负反馈绕组P3异名端经电阻RA1连接至电阻R1,电阻RA1与电阻R1的连接点与地之间接入电容C11;负反馈绕组P3同名端与电容C6、二极管D3的阴极相连,二极管D3的阳极接地,电容C6另一端与电阻R11相连,电阻R11另一端接主功率电路MOS管TR1的栅极。
与现有技术相比,本发明待机LED显示屏电源系统采用了市电、风能及太阳能蓄能,在阳光或风量充足的情况下无需消耗市电电能,由此节约了电能。此外,本发明对LED显示屏电源系统的保护电路部分进行了改进,该保护电路部分自身消耗的能量非常少,从而可以进一步降低短路损耗,有效地提高了电源效率。
附图说明
图1为本发明LED显示屏电源系统的方框图;
图2为本发明LED显示屏电源系统中市电供电装置的方框图;
图3为本发明LED显示屏电源系统中蓄电池控制器的方框图;
图4为本发明LED显示屏电源系统中交直流变换器的电路图;
图5为本发明LED显示屏电源系统中风能供电装置的方框图;
图6为本发明LED显示屏电源系统中改进型风能供电装置的方框图;
图7为本发明LED显示屏电源系统中逆变器的方框图;
图8为本发明LED显示屏电源系统中太阳能供电装置的方框图;
图9为本发明LED显示屏电源系统中太阳能电池的示意图;
图10为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例一的方框图;
图11为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例二的电路简图;
图12为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例三的电路简图;
图13为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例四的电路图;
图14为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例五的输出短路保护部分电路图;
图15为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例六的输出短路保护部分电路图;
图16为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例七的输出短路保护部分电路图;
图17为本发明LED显示屏电源系统中变换器实施例八的输出短路保护部分电路图;
图18为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例九的输出短路保护部分电路图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
为方便起见,以下实施例中元器件代号按一定规则进行了编码其中:第一个数字表示实例中的元件号,第二个数字表示元件所在图号,如电阻R10-11中,10表示电阻的位置,11表示为图13中的电阻。需注意的是,下文在某些场合下可能省略其中仅表示实施例编号的第二个数字,而仅保留作为附图标记的第一个数字。
参见图1,为本发明LED显示屏电源系统的方框图。该LED显示屏电源系统包括依次连接的电能接入设备100、稳压滤波电路200及反激式DC-DC变换器(RCC)300,电能接入设备100包括多模式供电模块110和蓄电池120,多模式供电模块110包括市电供电装置、风能供电装置及太阳能供电装置,可以选择市电模式、风能模式或太阳能模式来对蓄电池120蓄电,由此来提供直流输入电压;稳压滤波电路200包括输入稳压管和输入滤波电容,输入稳压管接于蓄电池120的输出端与反激式DC-DC变换器300的输入端之间,输入滤波电容接于反激式DC-DC变换器300的输入端与地之间,以便对直流输入电压进行稳压及滤波;反激式DC-DC变换器300包括变压器,变压器的输入绕组接于变换输入回路,变压器的输出绕组接于变换输出回路,以便在变换控制支路的控制下将稳压及滤波后的输入电压进行直流-直流变换,由此输出符合要求的直流电压供LED显示屏使用。
参见图2,为本发明LED显示屏电源系统中市电供电装置的方框图。该市电供电装置依次包括市电接入端子111、交直流变换器112、蓄电控制器113及蓄电池120,该交直流变换器112接至蓄电池控制器113,市电接入端子111接入220v或380v交流电,经交直流变换器112转换为直流电,在蓄电池控制器113的控制下向蓄电池120充电,以保证蓄电池120有足够电能。风量或阳光不足时,市电工作模式起动,220v或380v市电交流电经交直流变换器112转换为直流电,在蓄电池控制器113控制下向蓄电池120充电,使得蓄电池120保持充分电能。这样,本发明实现了三种模式的供电,有利于实现节能目的。
参见图3,为本发明LED显示屏电源系统中蓄电池控制器的方框图。该蓄电池控制器113可分时段接入市电、风能及太阳能电力,该蓄电池控制器113包括充电电路1131、放电电路1133、控制电路1132及防雷电路1134,充电电路1131、放电电路1133和蓄电池120并联,防雷电路1134和蓄电池120串联。由于增加了防雷电路1134,流过蓄电池120的雷击电流大为减小。
本实施例中的防雷电路1134具体为防雷电感,添加该防雷电感后流过蓄电池120的雷击电流大为减小;同时,该防雷电感的感抗远大于蓄电池内阻,由此在蓄电池120两端所分残压也大为减小,这样也增强了系统的防雷能力。此外,也可于充电电路1131、放电电路1133分别串联防雷电感,以进一步改善防雷能力。
参见图4,为本发明LED显示屏电源系统中交直流变换器的电路图。该包括交直流转换器主要包括整流电路1121和滤波电路1122,其中:整流电路1121用于给输入交流电进行整流处理,优选地采用全波桥式整流电路BR1,其由四个二极管构成,设计简单实用,可以很好地满足客户的整流需求;滤波电路1122用于给整流处理后的交流电V+进行滤波处理,其包括二极管D3.4、二极管D4.4、二极管D8.4、二极管D9.4、电容C7.4以及电容C9.4,二极管D3.4的阳极与整流电路的输出连接,二极管D3.4的阴极与二极管D9.4的阴极连接,电容C7.4的一端与二极管D3.4的阴极连接,电容C7.4的另一端分别与二极管D8.4的阳极和二极管D4.4的阴极连接,二极管D8.4的阴极与二极管D9.4的阳极连接,电容C9.4的一端与二极管D4.4的阳极连接,电容C9.4的另一端与二极管D9.4的阳极连接,二极管D9.4的阴极还与直流输出端连接。
如图4所示,该交直流转换器的工作原理及工作工程是:转换时将电容C7.4和电容C9.4串联进行储能,使得电容C7.4和电容C9.4为小电容即可完成原来使用大电容实现的交流-直流的转换,降低了交直流转换器的实现成本,同时降低了整个电路的功率因数。当整流处理后的交流电的电压大于电容C7.4和电容C9.4的电压和时,整流处理后的交流电依次经二极管D3.4、电容C7.4、二极管D8.4以及电容C9.4到地给电容C7.4和电容C9.4充电,二极管D4.4和二极管D9.4截止。这里电容C7.4和电容C9.4使用相等电容值的电容,这两个电容可以充电到(Vbuck/2)=(Vac峰值/2)。这时整流处理后的交流电的电压小于等于电容C7.4和电容C9.4的电压和,即V+变化到小于等于(Vac峰值/2),二极管D3.4截止,V+不再给直流输出端供电,这时二极管D8.4截止,二极管D4.4和二极管D9.4导通。通过电容C7.4、二极管D4.4和电容C9.4、二极管D9.4给直流输出端放电,也就是通过电容C7.4和电容C9.4对负载回路供电。这时直流输出端(即Vbuck)的电压变化就不会和V+样具有波峰和波谷,而是平滑变化的波峰,由此起到波形斩波的效果。同时当V+变化到小于等于(Vac峰值/2),V+不对直流输出端供电,即在电压变化为波谷时,输入电流也减小至0,所以电压和电流变化一致性比一般用大电解电容的电路的一致性要好,所以本实施例交直流转换器的电源输入功率因数也会提高。
在图4中,交直流转换器还包括滤波电容C10.4,滤波电容C10.4的一端与直流输出端连接,滤波电容C10.4的另一端接地。通过滤波电解电容C10的滤波使得直流输出端输出的电压更加平滑,更好的满足用户直流供电的需求。此外,该交直流转换器还包括用于指示交直流转换器的工作状态的发光二极管D1.4,发光二极管D1.4的阴极接地,发光二极管D1.4的阳极通过电阻R5.4与直流输出端Vbuck连接。进一步地,该交直流转换器还包括用于保护发光二极管D1.4的稳压二极管D2.4,稳压二极管D2.4的阳极接地,稳压二极管D2.4的阴极通过电阻R4.4分别与直流输出端和发光二极管D1.4的阳极连接。当本实施例的交直流转换器给直流输出端供电时,发光二极管D1.4这时会被点亮以指示本交直流转换器处于工作状态。而稳压二极管D2.4则可以保证发光二极管D1.4两端的工作电压不会过大而将发光二极管D1.4损坏。
参见图5,为本发明LED显示屏电源系统中风能供电装置的方框图。该风能供电装置包括风轮机114、发电机115、整流器116、逆变器117、蓄电池控制器113及蓄电池120,风轮机114、发电机115、整流器116及逆变器117依次连接成供电主路,以向交流负载供电;整流器116、蓄电池控制器113、蓄电池120依次连接成蓄能支路,该蓄电池控制器113控制整流器116向蓄电池120充电以及控制蓄电池120向逆变器117放电。
在风能供电模式下,风轮机114将捕获的风能以机械能的形式驱动发电机115,输出的电压和频率都变化的交流电经整流器116转为直流电,风量充足时经逆变器117转为恒压恒频的交流电来供交流负载使用,多余电力在蓄电池控制器113控制下向蓄电池120充电;蓄电池120的电能提供给直流负载,也可在风量不足时放电至逆变器117。
参见图6,为本发明LED显示屏电源系统中改进型风能供电装置的方框图。该风能供电装置由风轮机114、发电机115、整流器116、直流升压电路118、逆变器117、蓄电池控制器113、蓄电池120、系统控制器119、泄能负载控制器1102、制动刹车装置1103、制动刹车装置1101等组成,其中:风轮机114、发电机115、整流器116、直流升压电路118、逆变器117依次连接成供电主路,以向交流负载供电;蓄电池控制器113、蓄电池120、逆变器117依次连接成蓄能支路,该蓄电池控制器113控制整流器116向蓄电池120充电以及控制蓄电池120向逆变器117放电;制动刹车装置1101作用于风轮机114动力轴;制动刹车装置1103经泄能负载控制器1102接于发电机115的输出端;系统控制器119分别连接制动刹车装置1101、泄能负载控制器1102及蓄电池控制器113,以便控制制动刹车装置1101刹车、制动刹车装置1103泄能及蓄电池120充电;该系统控制器119接入逆变器117、蓄电池120及风能传感器的采集信号,以便对根据负载状态、蓄能状态及风速状况来调节风电供电装置的运行状态。
针对风速达到风轮机运转的切入风速,且未超出切出风速时,在稳定的工作风速内,系统控制器根据风速状况、负载电流阈值、置蓄电池的阈值来控制开关T1~T5的状态传输能量,主要包括以下几种情况(如图6所示):
(1)风轮机→发电机→整流器→直流升压电路→逆变器→交流负载。
(2)线路1:风轮机→发电机→整流器→直流升压电路→逆变器→交流负载;线路2:风轮机→发电机→整流器→蓄电池(充电);线路3:风轮机→发电机→泄能负载;线路4:风轮机→制动刹车装置。
(3)线路5:风轮机→发电机→整流器→直流升压电路→逆变器→交流负载;线路6:蓄电池(放电)→直流升压电路→逆变器→交流负载。
(4)蓄电池(放电)→直流升压电路→逆变器→交流负载。
如果无风以及风速过大,超出风力发电机承受的最大风速,那时将要启动机械刹车装置,将风轮机锁住,以保护风力发电系统。
图5、图6采用逆变器117将直流电转变为交流电,以便提供给交流负载(本发明未示出)使用,逆变器117的具体结构如下所述。
参见图7,为本发明LED显示屏电源系统中逆变器的方框图。该逆变器包括功率管驱动芯片,该功率管驱动芯片接至微处理器电路(MCU/DSP),以便根据微处理器电路输出的脉冲宽度调制信号,驱动对应的功率管交替导通和关断。具体的,所述的逆变器包括六个功率管B1~B6,这六个功率管分成三组,每组功率管控制一相输出。
各个功率管的具体连接方式是:功率管B1、B2、B3的源极共同接直流电源的一端,功率管B4、B5、B6的漏极共同接直流电源的另一端,功率管B1的漏极和功率管B4的源极的连接点接交流负载(如电机)的U相端子,功率管B2的漏极和功率管B5的源极的连接点接交流负载的V相端子,功率管B3的漏极和功率管B6的源极连接点接变频空调压缩机交流负载的W相端子;功率管B1、B2、B3、B4、B5、B6的栅极分别接功率管驱动芯片的一个输出端,该功率管驱动芯片的各个输入端分别受微处理器电路的输出脉冲宽度调节信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6中的一路控制。该六个功率管B1~B6的源极和漏极之间对应接入二极管。
微处理器根据设定的运行规则产生相应的6路脉冲宽度调制信号,即六个驱动信号PWM1~PWM6;通过功率管驱动芯片驱动逆变器的6个功率管(MOSFET或IGBT)B1~B6;这些功率管的交替导通和关断,产生三相调制波形,输出电压可调、频率可变的三相交流电,三相电绕组的U、V、W接线端接至相应交流负载来驱动其运行。
参见图8,为本发明LED显示屏电源系统中太阳能供电装置的方框图。该太阳能供电装置包括太阳能电池1104、蓄电池控制器113、蓄电池120、逆变器117,太阳能电池1104优选为薄膜太阳能电池,蓄电池控制器113具有充电电路1131、控制电路1132和放电电路1133,充电电路1131接于太阳能电池1104与蓄电池120之间,放电电路1133接于蓄电池120与逆变器117之间,控制电路1132分别连接充电电路1131、放电电路1133及蓄电池120,逆变器117接至交流负载。这样蓄电池120的可为本发明的LED显示屏电源系统提供直流输入电压;逆变器117的交流电可驱动相应的交流负载,如电机等(本发明未标出)。
在图8中,太阳能电池1104为太阳能供电装置的核心部分,其作用是将太阳的辐射能力转换为电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动电机工作。蓄电池控制器113的作用是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。蓄电池120的作用是在有光照时将太阳能电池所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。
参见图9,为本发明LED显示屏电源系统中太阳能电池的示意图。太阳能电池1104为薄膜太阳能电池,其包括第一导电玻璃基底1104-1、沉积吸收层1104-2、缓冲层1104-3、导电银胶1104-4和第二导电玻璃基底1104-5,其中:第一导电玻璃基底1104-1、沉积吸收层1104-2、缓冲层1104-3、导电银胶1104-4和第二导电玻璃基底1104-5由上至下依次设置;第一导电玻璃基底1104-1和第二导电玻璃基底1104-5上引出电极(图未示出),一般是第一导电玻璃基底1104-1上面引出正电极,第二导电玻璃基底1104-5上面引出负电极。
图9中,上述各层的规格可为:第一导电玻璃基底1104-1、第二导电玻璃基底1104-5的长度为40mm,宽度为15mm,厚度为3mm;沉积吸收层1104-2为半导体纳米材料制成,长度为30mm,宽度为15mm,厚度为2×10-3mm;缓冲层1104-3为In2S3材料制成,长度为25mm,宽度为15mm,厚度为4×10-3mm;导电银胶1104-4的长度为20mm,宽度为15mm,厚度为2×10-3mm。如此设置,材料消耗少,制造能耗低,且在提高电池的电压等性能方面具有优异效果。
参见图10,为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例一的方框图。该反激式DC-DC变换器主要包括输入滤波电路、软启动电路、MOS管、变压器、脉冲频率调制电路(PFM)、基准放大电路、隔离光耦、稳压输出电路等电路,其中:输入电压经变压器连接稳压输出电路;软启动电路连接MOS管的栅极,该MOS管的栅极还接脉冲频率调制电路;在脉冲频率调制电路和稳压输出电路之间还接有基准放大电路、隔离光耦,由此形成电压负反馈回路。
参见图11,为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例二的方框图。其电路基本组成是:脉冲频率调制电路主要由NPN型三极管TR1-11、电容C6-11和C5-11、电阻R11-11和R9-11、续流二极管D3-11及反馈绕组P3-11等组成;输入电压从输入绕组P1-11的同名端接入,而输入绕组P1-11的异名端接MOS管TR2-11的漏极,该MOS管TR2-11的源极分别通过电阻R5-11接地和通过偏置电阻R9-11接三极管TR2-11的基极,且该偏置电阻R9-11的两端并联电容C5-11;三极管TR1-11集电极接MOS管TR2-11的栅极,同时三极管TR1-11的发射极接地;反馈绕组P3-11同名端经电容C6-11、电阻R11-11接MOS管TR2-11的栅极;此外,输入电压的另外一路经软启动电路接MOS管TR2-11的栅极;而基准放大电路由稳压器ADJ组成,其作用为以输出回路部分的采样电压为负反馈信号,经光耦OC1-11输入到脉冲频率调制电路的晶体三极管TR1-11的基极,形成电压负反馈回路;稳压输出电路主要由变压器T1-11的输出绕组P2-11、整流二极管D1-11和滤波电容C3-11连接而成。
参见图12,为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例三的电路简图。该LED显示屏电源系统(以下简称电源)中:DC输入经输入滤波电路310、主功率电路330、输出滤波电路360后输出,得到DC输出;在电源的输出端有一取样电流流经取样电路、误差放大电路、双管驱动控制电路340后对主功率电路330中的主开关管(优选为MOS管)进行负反馈控制;同时,在输入滤波电路310的输出端连接有一软启动电路320,该软启动电路320另一端与双管驱动控制电路340连接以实现电源的软启动功能;尤为重要的是,在主功率电路330中的负反馈回路中的负反馈绕组输出回路中有一输出短路保护电路350,该输出短路保护电路350的另一端连接至双管驱动控制电路340。图12中标识了Is-s1、SD-dc、IS-s、GD-dc等四路信号以反映双管驱动控制电路340的工作过程,下面结合具体实现电路进一步说明。
参见图13,为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例四的电路图。该实现电路主要包括以下几个组成部分:输入滤波电路310、软启动电路320、主功率电路330、双管驱动控制电路340、输出短路保护电路350、输出滤波电路360、稳压电路370,其中:
输入滤波电路310,包括滤波电容C0-13、C1-13和滤波电感L0-13,其结构可为公知的π型滤波电路原理结构,在此不详细说明。
软启动电路320,包括分压电阻R10-13、R13-13、R14-13,启动电容C9-13和二极管D4-13。其工作原理为当接入输入电压时,电流经R10-13对C9-13充电,经过时间t=R10-13*C9-13后电容电压达到MOS门限电压,实现开机软启动功能。
主功率电路330,包括变压器输入绕组P1-13、输出绕组P2-13,MOS管TR1-13、限流电阻R5-13,输出整流二极管D1-13,实现电源能量的转换、传递以及输入与输出隔离。另外,在MOS管TR1-13的栅极反向接有稳压管Z4-13,可使MOS管TR1-13的栅极启动电压箝制在预定电平上。
双管驱动控制电路340,包括电阻R6-13、R9-13、R12-13,电容C5-13、C12-13,NPN型二极管TR2-13、PNP型二极管TR3-13等元件,其工作原理为:当输出电压偏高时光耦OC1-13导通,使得三极管TR2-13、TR3-13分别导通,加速MOS管TR1-13关断。
输出短路保护电路350,其设置于主功率电路330的负反馈回路之中,该输出短路保护电路包括负反馈绕阻P3-13、续流支路、负反馈绕组漏感吸收电路,续流支路连接负反馈绕组P3-13的同名端,负反馈绕组漏感吸收电路连接负反馈绕组P3-13的异名端。具体是,输出短路保护电路350包括反馈绕组P3-13,电阻R1A-13、R1B-13,电容C11-13,二极管D3-13;该输出短路保护电路负反馈绕组P3-13异名端与R1A-13、R1-13相连,R1A-13另一端与R1B-13、C11-13相连,R1B-13、C11-13另一端接地,负反馈绕组P3-13同名端与C6-13、二极管D3-13的阴极相连,二极管D3-13的阳极接地,C6-13另一端与R11-13相连,R11-13另一端接MOS管TR1-13的栅极(G极)。该电路的工作原理为:当电源输出短路时,R1A-13快速吸收反馈绕组P3-13漏感所存储的能量,加速漏感与电容C11-13的阻尼振荡;此外,R1B-13对C11-13进行分流,降低电容两端电压,从而降低MOS管的驱动电压。
输出滤波电路360,包括电容C3-13,也可采用其它现有滤波电路,具体可按有关技术手册选定。
稳压电路370,主要包括稳压器ADJ,其通过光耦OC1连接到主功率电路及输出短路保护电路350及双管驱动控制电路340,在此不再赘述。
本实施例中,输出短路保护电路时反馈绕组漏感与C11-13、R1A-13阻尼振荡,MOS管瞬速被关断,既减少了MOS管自身的能量损耗又减少了变压器T1-13原边(输入绕组)向副边(输出绕组)传递的能量,从而达到短路保护目的。
图14~图18示出本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器输出短路保护部分的电路结构形式,其中:图14为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例五的输出短路保护部分电路图;图15为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例六的输出短路保护部分电路图;图16为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例七的输出短路保护部分电路图;图17为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例八的输出短路保护部分电路图;图18为本发明LED显示屏电源系统中反激式DC-DC变换器实施例九的输出短路保护部分电路图。
以下进一步结合图14~图18进行说明,其中仅示出输出短路保护电路350部分,它们的接法与图13相同,其中元件号相同的表示与图13中的同一元件,例如C6-13、C6-18即为同一元件。
参见图14、图15,给出另外两种输出带短路保护的反激式DC-DC变换器电路。它们与图13所示电路的工作原理类似,其区别仅在于:图14中输出短路保护电路350的R1A-14的位置、图15中输出短路保护电路350中的R1A-15的位置,较图13中输出短路保护电路15中的R1A-13的位置发生变化。
参见图16,给出了又一种输出带短路保护的反激式DC-DC变换器电路,其与图13的区别在于:图16中输出短路保护电路350中去掉了图13中输出短路保护电路350中R1B-13。其工作原理与图13的区别在于,输出短路时C11-15两端电压没有分流支路,即C11-15电压几乎不变;R1A-15短路保护原理同图13中输出短路保护电路350中的R1A-13类似,不再赘述。
参见图17、图18,另外给出两种带短路保护的反激式DC-DC变换器电路。它们与图16的工作原理类似,其区别仅在于:图17中输出短路保护电路350中R1A-17的位置、图18中输出短路保护电路350中R1A-18的位置,较图16中输出短路保护电路350中R1A-16的位置发生变化。
本发明的以上实施例对LED显示屏电源系统的保护电路部分进行了改进,该保护电路部分自身消耗的能量非常少,从而可以进一步降低短路损耗,有效地提高了电源效率。
本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改,因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种LED显示屏电源系统,其特征在于,包括依次连接的电能接入设备、稳压滤波电路及反激式DC-DC变换器,电能接入设备可切换到市电供电装置、风能供电装置或太阳能供电装置对蓄电池蓄电来提供直流输入电压,经稳压滤波电路稳压及滤波,由反激式DC-DC变换器变换为相应直流电压提供于LED显示屏,其中:
市电供电装置依次包括市电接入端子、交直流变换器、蓄电控制器及蓄电池,交直流变换器接至蓄电池控制器,市电接入端子接入的交流电经交直流变换器转换为直流电,以便在蓄电池控制器的控制下向蓄电池充电;
蓄电池控制器包括充电电路、放电电路、控制电路及防雷电路,充电电路、放电电路和蓄电池并联,防雷电路和蓄电池串联,其中防雷电路为防雷电感;
交直流转换器包括整流电路和滤波电路,滤波电路包括二极管D3.4、二极管D4.4、二极管D8.4、二极管D9.4、电容C7.4以及电容C9.4,二极管D3.4的阳极与整流电路的输出连接,二极管D3.4的阴极与二极管D9.4的阴极连接,电容C7.4的一端与二极管D3.4的阴极连接,电容C7.4的另一端分别与二极管D8.4的阳极和二极管D4.4的阴极连接,二极管D8.4的阴极与二极管D9.4的阳极连接,电容C9.4的一端与二极管D4.4的阳极连接,电容C9.4的另一端与二极管D9.4的阳极连接,二极管D9.4的阴极还与直流输出端连接;
风能供电装置包括风轮机、发电机、整流器、直流升压电路、逆变器、蓄电池控制器、蓄电池、系统控制器、泄能负载控制器、泄能负载、制动刹车装置等组成,其中:风轮机、发电机、整流器、直流升压电路、逆变器依次连接成供电主路,以向交流负载供电;蓄电控制器、蓄电池、逆变器依次连接成蓄能支路,该蓄电控制器控制整流器向蓄电池充电以及控制蓄电池向逆变器放电;制动刹车装置作用于风轮机动力轴;泄能负载经泄能负载控制器接于发电机的输出端;系统控制器分别连接制动刹车装置、泄能负载控制器及蓄电池控制器,以便控制制动刹车装置刹车、泄能负载泄能及蓄电池充电;该系统控制器接入逆变器、蓄电池及风能传感器的采集信号,以便对根据负载状态、蓄能状态及风速状况来调节风电供电装置的运行状态;
逆变器包括功率管驱动芯片及六个功率管,功率管驱动芯片接至微处理器电路,以便根据微处理器电路输出的脉冲宽度调制信号,驱动对应的功率管交替导通和关断;六个功率管分成三组,每组功率管控至一相交流输出,各个功率管的源极和漏极之间对应接入二极管;
太阳能供电装置包括太阳能电池、蓄电池控制器、蓄电池及逆变器,蓄电池控制器具有充电电路、控制电路和放电电路,充电电路接于太阳能电池与蓄电池之间,放电电路接于蓄电池与逆变器之间,控制电路分别连接充电电路、放电电路及蓄电池,逆变器接至交流负载;
太阳能电池为薄膜太阳能电池,薄膜太阳能电池包括由上至下依次设置的第一导电玻璃基底、沉积吸收层、缓冲层、导电银胶和第二导电玻璃基底,第一导电玻璃基底引出正电极,第二导电玻璃基底上引出负电极;
反激式DC-DC变换器包括输入滤波电路、主功率电路、输出滤波电路、取样电路、误差放大电路、双管驱动控制电路及软启动电路,直流输入经输入滤波电路、主功率电路、输出滤波电路后输出得到直流输出,输出端的取样电流经取样电路、误差放大电路、双管驱动控制电路后对主功率电路中的主开关管进行负反馈控制,软启动电路接于输入滤波电路的输出端,软启动电路另一端接于双管驱动控制电路以实现软启动。
2.如权利要求1所述的LED显示屏电源系统,其特征在于,反激式DC-DC变换器中:
输入滤波电路为包括滤波电容C0、C13和滤波电感L0的π型滤波电路;
主功率电路设置变压器输入绕组P1、输出绕组P2,MOS管TR1、限流电阻R5,输出整流二极管D1来实现电源能量的转换、传递以及输入与输出隔离,MOS管TR1的栅极反向接稳压管Z4以使MOS管TR1的栅极启动电压箝制在预定电平上;
双管驱动控制电路包括电阻R6、R9、R12,电容C5、C12,NPN型二极管TR2、PNP型二极管TR3,当输出电压偏高时光耦OC1导通,使得三极管TR2、TR3分别导通,加速MOS管TR1关断;
输出滤波电路为包括电容C3的滤波电路;
软启动电路包括分压电阻R10、R13、R14,启动电容C9和二极管D4,当接入输入电压时电流经电阻R10对启动电容C9充电,在启动电容电压达到MOS门限电压时实现开机软启动功能。
3.如权利要求2所述的LED显示屏电源系统,其特征在于,反激式DC-DC变换器包括输出短路保护电路,输出短路保护电路设置于主功率电路中的负反馈回路的负反馈绕组输出回路,输出短路保护电路的另一端接至双管驱动控制电路。
4.如权利要求3所述的LED显示屏电源系统,其特征在于,反激式DC-DC变换器包括含稳压器ADJ的稳压电路,以便通过光耦OC1连接到主功率电路及输出短路保护电路及双管驱动控制电路。
5.如权利要求4所述的LED显示屏电源系统,其特征在于,输出短路保护电路包括反馈绕组P3,电阻R1A、R1B,电容C11,二极管D3;负反馈绕组P3异名端连接至电阻R1A及电阻R1的连接点,电阻R1A通过并接的电阻R1B、电容C11接至地;负反馈绕组P3同名端与电容C6、二极管D3的阴极相连,二极管D3的阳极接地,电容C6另一端与电阻R11相连,电阻R11另一端接主功率电路MOS管TR1的栅极。
6.如权利要求4所述的LED显示屏电源系统,其特征在于,输出短路保护电路包括反馈绕组P3,电阻R1A、R1B,电容C11,二极管D3;负反馈绕组P3异名端通过电阻R1A接至电阻R1,电阻R1A和电阻R1的连接点与地之间接入并接的电阻R1B、电容C11;负反馈绕组P3同名端与电容C6、二极管D3的阴极相连,二极管D3的阳极接地,电容C6另一端与电阻R11相连,电阻R11另一端接主功率电路MOS管TR1的栅极。
7.如权利要求4所述的LED显示屏电源系统,其特征在于,输出短路保护电路包括反馈绕组P3,电阻R1A、R1B,电容C11,二极管D3;负反馈绕组P3异名端连接至电阻R1,负反馈绕组P3异名端与电阻R1的连接点与地之间接入电阻R1B,电阻R1B与串接的电阻R1A、电容C11并接;负反馈绕组P3同名端与电容C6、二极管D3的阴极相连,二极管D3的阳极接地,电容C6另一端与电阻R11相连,电阻R11另一端接主功率电路MOS管TR1的栅极。
8.如权利要求4所述的LED显示屏电源系统,其特征在于,输出短路保护电路包括反馈绕组P3,电阻R1A,电容C11,二极管D3;负反馈绕组P3异名端连接至电阻R1,负反馈绕组P3异名端与电阻R1的连接点与地之间串接电容C11、电阻R1A;负反馈绕组P3同名端与电容C6、二极管D3的阴极相连,二极管D3的阳极接地,电容C6另一端与电阻R11相连,电阻R11另一端接主功率电路MOS管TR1的栅极。
9.如权利要求4所述的LED显示屏电源系统,其特征在于,输出短路保护电路包括反馈绕组P3,电阻R1A,电容C11,二极管D3;负反馈绕组P3异名端连接至电阻R1,负反馈绕组P3异名端与电阻R1的连接点与地之间串接电阻R1A、电容C11;负反馈绕组P3同名端与电容C6、二极管D3的阴极相连,二极管D3的阳极接地,电容C6另一端与电阻R11相连,电阻R11另一端接主功率电路MOS管TR1的栅极。
10.如权利要求4所述的LED显示屏电源系统,其特征在于,输出短路保护电路包括反馈绕组P3,电阻R1A,电容C11,二极管D3;负反馈绕组P3异名端经电阻RA1连接至电阻R1,电阻RA1与电阻R1的连接点与地之间接入电容C11;负反馈绕组P3同名端与电容C6、二极管D3的阴极相连,二极管D3的阳极接地,电容C6另一端与电阻R11相连,电阻R11另一端接主功率电路MOS管TR1的栅极。
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