CN105490376A - 交直流自动切换供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于供电电路技术领域，公开了一种交直流自动切换供电系统。在本发明中，通过采用包括交流供电电路与直流供电电路的交直流自动切换供电系统，使得当交流供电电路工作时，转换模块将外部输入的交流电进行降压变换后输出至整流滤波模块与控制模块，整流滤波模块对降压后的交流电进行整流滤波处理以输出直流电至用电负载；控制模块根据降压后的交流电控制直流充电模块关闭；当交流供电电路不工作时，控制模块关闭，直流充电模块根据直流供电模块输出的第一直流电压导通，并将第二直流电压输出至用电负载，解决了现有的供电系统存在当市电断电时，无法为用电设备供电的问题。

Description

交直流自动切换供电系统

技术领域

本发明属于供电电路技术领域，尤其涉及一种交直流自动切换供电系统。

背景技术

目前，电视等用电设备均采用交流供电系统，交流供电系统通过滤波、电压转换等方法将220V市电转换为电视等用电设备所需的工作电压，并将其输出至用电设备，以实现电视等用电设备的供电。但是，在一些偏远山区等供电不稳定的地区，由于经常停电，交流供电系统无市电输入，进而使得交流供电系统无法为电视等用电设备提供工作所需的电压。

综上所述，现有的供电系统存在当市电断电时，无法为用电设备供电的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交直流自动切换供电系统，旨在解决现有的供电系统存在当市电断电时，无法为用电设备供电的问题。

本发明是这样实现的，一种交直流自动切换供电系统，包括交流供电电路，所述交流供电电路包括转换模块与整流滤波模块，所述转换模块与所述整流滤波模块连接，所述整流滤波模块与用电负载连接，所述交直流自动切换供电系统还包括直流供电电路，所述直流供电电路包括：

直流供电模块、控制模块以及直流充电模块；

所述直流供电模块的正输入端与外部的供电电池的正极连接，所述直流供电模块的负输入端与所述供电电池的负极连接，所述直流供电模块的第一输出端与所述直流充电模块的控制端连接，所述直流供电模块的第二输出端与所述直流充电模块的第一输入端连接，所述直流充电模块的第二输入端接地，所述直流充电模块的输出端与所述用电负载连接，所述控制模块的输出端与所述直流充电模块的控制端连接，所述控制模块的输入端接地，所述控制模块的控制端与所述转换模块的输出端连接；

所述直流供电模块根据所述供电电池提供的直流电分别输出第一直流电压与第二直流电压至所述直流充电模块的控制端与第一输入端；

当所述交流供电电路工作时，所述转换模块将外部输入的交流电进行降压变换后输出至所述整流滤波模块与所述控制模块，所述整流滤波模块对降压后的交流电进行整流滤波处理后输出直流电至所述用电负载；所述控制模块根据所述降压后的交流电控制所述直流充电模块关闭；

当所述交流供电电路不工作时，所述控制模块关闭，所述直流充电模块根据所述第一直流电压导通，并将所述第二直流电压输出至所述用电负载。

在本发明中，通过采用包括交流供电电路与直流供电电路的交直流自动切换供电系统，使得当交流供电电路工作时，交流供电电路的转换模块将外部输入的交流电进行降压变换后输出至交流供电电路的整流滤波模块与直流供电电路的控制模块，整流滤波模块对降压后的交流电进行整流滤波处理以输出直流电至用电负载；控制模块根据降压后的交流电控制直流供电电路的直流充电模块关闭；当交流供电电路不工作时，控制模块关闭，直流充电模块根据直流供电电路的直流供电模块输出的第一直流电压导通，并将第二直流电压输出至用电负载，进而实现了当市电断电时，供电系统可自动切换到直流供电电路，以为用电负载供电，解决了现有的供电系统存在当市电断电时，无法为用电设备供电的问题。

附图说明

图1是本发明一实施例所提供的交直流自动切换供电系统的模块结构示意图；

图2是本发明一实施例所提供的交直流自动切换供电系统的另一模块结构示意图；

图3是图2所示的交直流自动切换供电系统的示例电路结构图。

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。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：

图1示出了本发明一实施例所提供的交直流自动切换供电系统的模块结构，为了便于说明，仅示出与本实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，本实施例所示的交直流自动切换供电系统包括交流供电电路10与直流供电电路20，交流供电电路10包括转换模块100与整流滤波模块102，直流供电电路20包括直流供电模块200、控制模块202以及直流充电模块204。

其中，转换模块100与整流滤波模块102连接，整流滤波模块102与用电负载30连接，直流供电模块200的正输入端与外部供电电池40的正极连接，直流供电模块200的负输入端与供电电池40的负极连接，直流供电模块200的第一输出端与直流充电模块204的控制端连接，直流供电模块200的第二输出端与直流充电模块204的第一输入端连接，直流供电模块200的第二输入端接地，直流充电模块204的输出端与用电负载30连接，控制模块202的输出端与直流充电模块204的控制端连接，控制模块202的输入端接地，控制模块202控制端与转换模块100的输出端连接。

具体的，直流供电模块200根据供电电池40提供的直流电分别输出第一直流电压与第二直流电压直流充电模块204的控制端与第一输入端；当交流供电电路10工作时，转换模块100将外部输入的交流电进行降压变换后输出至整流滤波模块102与控制模块202，整流滤波模块102对降压后的交流电进行整流滤波处理以输出直流电至用电负载30，以为用电负载30提供工作电压；控制模块202根据降压后的交流电控制直流充电模块204关闭；当交流供电电路不工作时，控制模块202关闭，直流充电模块204根据第一直流电压导通，并将第二直流电压输出至用电负载30，以为用电负载30提供工作电压。

进一步地，如图2所示，控制模块202包括直流转换单元202a与控制单元202b。其中，直流转换单元202a的输入端为控制模块202的控制端，直流转换单元202a的输出端与控制单元202b的控制端连接，控制单元202b的输出端为控制模块202的输出端，控制单元202b的输入端为控制模块202的输入端；并且直流转换单元202a将降压后的交流电转换为第三直流电压，控制单元202b根据第三直流电压导通，并根据导通状态控制直流充电模块204关闭。

具体的，图3示出了图2所示的交直流自动切换供电系统的示例电路结构，如图3所示，直流转换单元202a包括第一整流二极管D1、限流电阻R1、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第一电容C3、稳压管D2以及第一分压电阻R2与第二分压电阻R3，控制单元202b包括第一开关元件Q1与第一限压电阻R4。

其中，第一整流二极管D1的阳极为直流转换单元202a的输入端，第一整流二极管D1的阴极与限流电阻R1的第一端连接，限流电阻R1的第二端与第一滤波电容C1的第一端、第二滤波电容C2的第一端、稳压管D2的阴极以及第一分压电阻R2的第一端连接，第一分压电阻R2的第二端与第一电容C3的第一端、第二分压电阻R3的第一端以及第一开关元件Q1的控制端连接，第一开关元件Q1的控制端为控制单元202b的控制端，第一滤波电容C1的第二端、第二滤波电容C2的第二端、稳压管D2的阳极、第一电容C3的第二端以及第二分压电阻R3的第二端共接于第一开关元件Q1的输入端，第一开关元件Q1的输入端为控制单元202b的输入端，第一开关元件Q1的输出端与第一限压电阻R4的第一端连接，第一限压电阻R4的第二端为控制单元202b的输出端。

其中，第一开关元件Q1为第一NMOS管，第一NMOS管的栅极、漏极以及源极分别为第一开关元件Q1的控制端、输入端以及输出端。

需要说明的是，在本实施例中，第一电容C1为高频滤波电容，第二滤波电容C2为低频滤波电容，第一滤波电容C1与第二滤波电容C2可有效消除输入至第一开关元件Q1中的第三直流电压的杂波信号；此外，稳压管D2可有效防止转换模块100输出的交流电电压过高而对后端电路造成损害，第一分压电阻R2与第二分压电阻R3有效地保证了第一开关元件Q1的正常导通，而第一限压电阻R4可防止流经第一开关元件Q1的电压过大导致的第一开关元件Q1击穿。

进一步地，如图2所示，直流供电模块200包括接口单元200a、保护单元200b、第三滤波电容C4、直流输出单元200c。

其中，接口单元200a的第一接口为直流供电模块200的正输入端，接口单元200a的第二接口为直流供电模块200的负输入端，保护单元200b的第一输入端与第一接口以及第三滤波电容C4的第一端连接，第三滤波电容C4的第一端接地，保护单元200b的第二输入端与第二接口连接，第三滤波电容C4的第二端分别与直流输出单元200c的输入端以及保护单元200b的输出端连接，直流输出单元200c的第一输出端为直流供电模块200的第一输出端，直流输出单元200c的第二输出端为直流供电模块200的第二输出端。

具体的，接口单元200a将供电电池40所提供的直流电输出至保护单元200b，保护单元200b将供电电池40提供的直流电输出至第三滤波电容C4，第三滤波电容C4将供电电池40提供的直流电滤波后输出至直流输出单元200c，直流输出单元200c根据滤波后的直流电输出第一直流电压与第二直流电压至直流充电模块204。

作为本发明一优选实施例，如图3所示，保护单元200b包括防反接二极管D3与保险丝F，直流输出单元200c包括第三分压电阻R5、第四分压电阻R6以及第二电容C5。

具体的，保险丝F的第一端与为保护单元200b的第二输入端，保险丝F的第二端与防反接二极管D3的阴极共接形成保护单元200b的输出端连接，防反接二极管D3的阳极为保护单元200b的第一输入端，第三分压电阻R5的第一端为直流输出单元200c的输入端与第二输出端，第三分压电阻R5的第二端与第四分压电阻R6的第一端以及第二电容C5的第一端共接形成直流输出单元200c的第一输出端，第四分压电阻R6的第二端与第二电容C5的第二端共接于地。

在本实施例中，当供电电池40与接口单元200a反接时，防反接二极管D3可保护供电电池40与后端电路不受损坏；此外，第三分压电阻R5与第四分压电阻R6有效地保证了直流充电模块204的正常工作。

作为本发明一优选实施例，如图2所示，直流充电模块204包括开关单元204a与充电单元204b。其中，开关单元204a的控制端为直流充电模块204的控制端，开关单元204a的输入端为直流充电模块204的第二输入端，开关单元204a的输出端与充电单元204b的控制端连接，充电单元204b的输入端为直流充电模块204的第一输入端，充电单元204b的输出端为直流充电模块204的输出端；当控制模块202开启时，开关单元204a关闭；当控制模块202关闭时，开关单元204a根据第一直流电压导通，并控制充电单元204b开启，以使充电单元204b将第二直流电压输出至用电负载30。

具体的，作为本发明一实施例，如图3所示，开关单元204a包括第二开关元件Q2、二极管D4与第二限压电阻R7，第二开关元件Q2的控制端为开关单元204a的控制端，第二开关元件Q2的输入端为开关单元204a的输入端，第二开关元件Q2的输出端与二极管D4的阴极连接，二极管D4的阳极与第二限压电阻R7的第一端连接，第二限压电阻R7的第二端为开关单元204a的输出端。

需要说明的是，在本实施例中，第二开关元件Q2为第二NMOS管，第二NOS管的栅极、漏极以及源极分别为第二开关元件Q2的控制端、输入端以及输出端；此外，第二限压电阻R7可有效防止流经第二开关元件Q2的电压过大导致的第二开关元件Q2击穿。

作为本发明一优选实施例，如图3所示，充电单元204b包括第三开关元件Q3、第三电容C6、第一电阻R8、第四滤波电容C7以及保护电阻R9，第三电容C6的第一端、第一电阻R8的第一端以及第三开关元件Q3的输入端共接形成充电单元204b的输入端，第三电容C6的第二端与第一电阻R8的第二端共接于第三开关元件Q3的控制端，第三开关元件Q3的控制端为充电单元204b的控制端，第四滤波电容C7的第一端与保护电阻R9的第一端共接形成充电单元204b的输出端，第四滤波电容C7的第二端与保护电阻R9的第二端共接于地。需要说明的是，在本实施例中，第三开关元件Q3为PMOS管，该PMOS管的栅极、漏极以及源极分别为第三开关元件Q3的控制端、输出端以及输入端；此外，保护电阻R9相当于直流供电电路20中的假负载，其可有效避免电压漂移所导致的输出至用电负载30的电压不稳定的影响。

作为本发明一优选实施例，如图3所示，转换模块100为变压器T，整流滤波模块102包括第二整流二极管D5与第五滤波电容C8。其中，变压器T的初级线圈与外部交流电连接，变压器T的次级线圈的第一端为转换模块100的输出端，并且变压器T的次级线圈的第一端与第二整流二极管D5的阳极连接，第二整流二极管D5的阴极与第五滤波电容C8的第一端连接，第五滤波电容C8的第二端与变压器T的次级线圈的第二端共接于地。

以下结合工作原理对图3所示的交直流自动切换供电系统作进一步说明：

当交流供电电路10与直流供电电路20都通电时，供电电池40提供的直流电经过防反接二极管D3与保险丝F后流经第三滤波电容C4，并经过第三滤波电容C4滤波，而滤波之后的直流电一路直接输入至第三开关元件Q3的输入端、第三电容C6以及第一电阻R8，其中，第三开关元件Q3的输入端接收到的电压即为第二直流电压，该第二直流电压即为供电电池40的电压；此外，第三电容C6与第一电阻R8根据滤波之后的直流电为第三开关元件Q3的控制端供电。

进一步地，经过第三滤波电容C3滤波之后的直流电经另一路输出至第三分压电阻R5与第四分压电阻R6，第三分压电阻R5与第四分压电阻R6对滤波之后的直流电进行分压并输出第一直流电压至第一开关元件Q1的控制端。

当第三分压电阻R5与R6将滤波后的直流电分压输出至第一开关元件Q1的控制端时，变压器T的初级线圈输入外部交流电，变压器T对该交流电进行降压变换，并经变压器T的次级线圈将降压后的交流电输出至第一整流二极管D1与第二整流二极管D5。其中，流向第二整流管D5的交流电经过第二整流管D5的整流以及第五滤波电容C8的滤波后向用电负载30提供工作电压。此外，流向第一整流二极管D1的交流电经第一整流二极管D1整流为直流电，该直流电经过限流电阻R1进行限流，并分别经过第一滤波电容C1与第二滤波电容C2进行滤波，以消除该直流电中的杂波信号；经过滤波后的直流电经过第一分压电阻R2与第二分压电阻R3分压，使得输出至第一开关元件Q1的电压可保证第一开关元件Q1正常导通；当第一开关元件Q1导通时，第二开关元件Q2的控制端输入的第一直流电压被拉低，而由于第二开关元件Q2为NMOS管，因此第二开关元件Q2关闭；由于第三开关元件Q3为PMOS管，且第三开关元件Q3的控制端接收到的电压为高电平，因此，第三开关元件Q3关闭，进而使得供电电池40提供的第二直流电压无法输出至用电负载30，以此实现交流供电。

而当交流供电电路10不工作时，由于变压器T无电压输入，因此无电压流经第一整流二极管D1，进而使得第一开关元件Q1关闭；当第一开关元件Q1关闭时，第二开关元件Q2在第一直流电压的作用下导通，并进一步将第三开关元件Q3的控制端接收到的高电压拉低为低电压，进而使得第三开关元件Q3导通，导通后的第三开关元件Q3将输入端输入的第二直流电压输出至第四滤波电容C7，该第二直流电压经第四滤波电容C7滤波后输出至用电负载30，以此向用电负载进行直流供电，进而实现当交流供电电路10无法工作时，可自动切换至直流供电电路20，以向用电负载30提供工作电压。

在本实施例中，通过采用包括交流供电电路10与直流供电电路20的交直流自动切换供电系统，使得当交流供电电路10工作时，交流供电电路10的转换模块100将外部输入的交流电进行降压变换后输出至交流供电电路10的整流滤波模块102与直流供电电路20的控制模块202，整流滤波模块102对降压后的交流电进行整流滤波处理以输出直流电至用电负载30；控制模块202根据降压后的交流电控制直流供电电路20的直流充电模块204关闭；当交流供电电路10不工作时，控制模块202关闭，直流充电模块204根据直流供电电路20的直流供电模块200输出的第一直流电压导通，并将第二直流电压输出至用电负载30，进而实现了当市电断电时，供电系统可自动切换到直流供电电路20，以为用电负载30供电，解决了现有的供电系统存在当市电断电时，无法为用电设备供电的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交直流自动切换供电系统，包括交流供电电路，所述交流供电电路包括转换模块与整流滤波模块，所述转换模块与所述整流滤波模块连接，所述整流滤波模块与用电负载连接，其特征在于，所述交直流自动切换供电系统还包括直流供电电路，所述直流供电电路包括：

直流供电模块、控制模块以及直流充电模块；

所述直流供电模块的正输入端与外部的供电电池的正极连接，所述直流供电模块的负输入端与所述供电电池的负极连接，所述直流供电模块的第一输出端与所述直流充电模块的控制端连接，所述直流供电模块的第二输出端与所述直流充电模块的第一输入端连接，所述直流充电模块的第二输入端接地，所述直流充电模块的输出端与所述用电负载连接，所述控制模块的输出端与所述直流充电模块的控制端连接，所述控制模块的输入端接地，所述控制模块的控制端与所述转换模块的输出端连接；

所述直流供电模块根据所述供电电池提供的直流电分别输出第一直流电压与第二直流电压至所述直流充电模块的控制端与第一输入端；

当所述交流供电电路工作时，所述转换模块将外部输入的交流电进行降压变换后输出至所述整流滤波模块与所述控制模块，所述整流滤波模块对降压后的交流电进行整流滤波处理后输出直流电至所述用电负载；所述控制模块根据所述降压后的交流电控制所述直流充电模块关闭；

当所述交流供电电路不工作时，所述控制模块关闭，所述直流充电模块根据所述第一直流电压导通，并将所述第二直流电压输出至所述用电负载。

2.根据权利要求1所述的交直流自动切换供电系统，其特征在于，所述控制模块包括直流转换单元与控制单元；

所述直流转换单元的输入端为所述控制模块的控制端，所述直流转换单元的输出端与所述控制单元的控制端连接，所述控制单元的输出端为所述控制模块的输出端，所述控制单元的输入端为所述控制模块的输入端；

所述直流转换单元将所述降压后的交流电转换为第三直流电压，所述控制单元根据所述第三直流电压导通，并根据导通状态控制所述直流充电模块关闭。

3.根据权利要求2所述的交直流自动切换供电系统，其特征在于，所述直流转换单元包括第一整流二极管、限流电阻、第一滤波电容、第二滤波电容、第一电容、稳压管以及第一分压电阻与第二分压电阻，所述控制单元包括第一开关元件与第一限压电阻；

所述第一整流二极管的阳极为所述直流转换单元的输入端，所述第一整流二极管的阴极与所述限流电阻的第一端连接，所述限流电阻的第二端与所述第一滤波电容的第一端、所述第二滤波电容的第一端、所述稳压管的阴极以及所述第一分压电阻的第一端连接，所述第一分压电阻的第二端与所述第一电容的第一端、所述第二分压电阻的第一端以及所述第一开关元件的控制端连接，所述第一开关元件的控制端为所述控制单元的控制端，所述第一滤波电容的第二端、所述第二滤波电容的第二端、所述稳压管的阳极、所述第一电容的第二端以及所述第二分压电阻的第二端共接于所述第一开关元件的输入端，所述第一开关元件的输入端为所述控制单元的输入端，所述第一开关元件的输出端与所述第一限压电阻的第一端连接，所述第一限压电阻的第二端为所述控制单元的输出端。

4.根据权利要求1所述的交直流自动切换供电系统，其特征在于，所述直流供电模块包括接口单元、保护单元、第三滤波电容、直流输出单元；

所述接口单元的第一接口为所述直流供电模块的正输入端，所述接口单元的第二接口为所述直流供电模块的负输入端，所述保护单元的第一输入端与所述第一接口以及所述第三滤波电容的第一端连接，所述第三滤波电容的第一端接地，所述保护单元的第二输入端与所述第二接口连接，所述第三滤波电容的第二端分别与直流输出单元的输入端以及所述保护单元的输出端连接，所述直流输出单元的第一输出端为所述直流供电模块的第一输出端，所述直流输出单元的第二输出端为所述直流供电模块的第二输出端；

所述接口单元将所述供电电池所提供的直流电输出至所述保护单元，所述保护单元将所述供电电池提供的直流电输出至所述第三滤波电容，所述第三滤波电容将所述供电电池提供的直流电进行滤波后输出至直流输出单元，所述直流输出单元根据滤波后的直流电输出所述第一直流电压与所述第二直流电压至所述直流充电模块。

5.根据权利要求4所述的交直流自动切换供电系统，其特征在于，所述保护单元包括防反接二极管与保险丝，所述直流输出单元包括第三分压电阻、第四分压电阻以及第二电容；所述保险丝的第一端为所述保护单元的第二输入端，所述保险丝的第二端与所述防反接二极管的阴极共接形成所述保护单元的输出端，所述防反接二极管的阳极为所述保护单元的第一输入端，所述第三分压电阻的第一端为所述直流输出单元的输入端与第二输出端，所述第三分压电阻的第二端与所述第四分压电阻的第一端以及所述第二电容的第一端共接形成所述直流输出单元的第一输出端，所述第四分压电阻的第二端与所述第二电容的第二端共接于地。

6.根据权利要求1所述的交直流自动切换供电系统，其特征在于，所述直流充电模块包括开关单元与充电单元；

所述开关单元的控制端为所述直流充电模块的控制端，所述开关单元的输入端为所述直流充电模块的第二输入端，所述开关单元的输出端与所述充电单元的控制端连接，所述充电单元的输入端为所述直流充电模块的第一输入端，所述充电单元的输出端为所述直流充电模块的输出端；

当所述控制模块开启时，所述开关单元关闭；当所述控制模块关闭时，所述开关单元根据所述第一直流电压导通，并控制所述充电单元开启，以使所述充电单元将所述第二直流电压输出至所述用电负载。

7.根据权利要求6所述的交直流自动切换供电系统，其特征在于，所述开关单元包括第二开关元件、二极管与第二限压电阻，所述第二开关元件的控制端为所述开关单元的控制端，所述第二开关元件的输入端为所述开关单元的输入端，所述第二开关元件的输出端与所述二极管的阴极连接，所述二极管的阳极与所述第二限压电阻的第一端连接，所述第二限压电阻的第二端为所述开关单元的输出端。

8.根据权利要求7所述的交直流自动切换供电系统，其特征在于，所述充电单元包括第三开关元件、第三电容、第一电阻、第四滤波电容以及保护电阻，所述第三电容的第一端、所述第一电阻的第一端以及所述第三开关元件的输入端共接形成所述充电单元的输入端，所述第三电容的第二端与所述第一电阻的第二端共接于所述第三开关元件的控制端，所述第三开关元件的控制端为所述充电单元的控制端，所述第四滤波电容的第一端与所述保护电阻的第一端共接形成所述充电单元的输出端，所述第四滤波电容的第二端与所述保护电阻的第二端共接于地。

9.根据权利要求8所述的交直流自动切换供电系统，其特征在于，所述第二开关元件为第二NMOS管，所述第三开关元件为PMOS管，所述第二NOS管的栅极、漏极以及源极分别为所述第二开关元件的控制端、输入端以及输出端，所述PMOS管的栅极、漏极以及源极分别为所述第三开关元件的控制端、输出端以及输入端。

10.根据权利要求3所述的交直流自动切换供电系统，其特征在于，所述第一开关元件为第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅极、漏极以及源极分别为所述第一开关元件的控制端、输入端以及输出端。