CN109946954B - 电压缓冲电路、设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电压缓冲电路、设备及其控制方法，电压缓冲电路包括：第一开关模块、第二开关模块、分压模块、变压器模块能模块；第一开关模块的第一端通过分压模块与变压器模块的第一输入端连接；变压器模块的第二输入端和第一开关模块的第二端用于连接外部电源；变压器模块的第一输出端和第二输出端分别与储能模块的两端连接，储能模块还用于与负载连接；第一开关模块的第二端通过第二开关模块与变压器模块的第一输出端连接；本发明解决了由于电压源与负载压差过大导致流经第二开关模块的电流过大，对第二开关模块造成损坏的问题。

Description

电压缓冲电路、设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及缓冲电路技术领域，尤其涉及电压缓冲电路、设备及其控制方法。

背景技术

电压源为带储能的负载供电时，通常通过开关使电压源与负载连接或断开，在供电起始时刻，如若直接闭合电压源与负载之间的开关，由于负载端与电压源压差较大，会导致流经开关的电流较大，从而会减少开关和负载的使用寿命，严重时甚至能导致开关粘死、开关损坏等情况的发生，影响电路的正常使用。

发明内容

本发明实施例提供了电压缓冲电路、设备及其控制方法，旨在解决现有技术中电压源与负载压差过大导致开关电流过大，影响开关使用的问题。

本发明实施例的第一方面提供了电压缓冲电路，其特征在于，包括

第一开关模块、第二开关模块、分压模块、变压器模块和储能模块；

所述第一开关模块的第一端通过所述分压模块与所述变压器模块的第一输入端连接；所述变压器模块的第二输入端和所述第一开关模块的第二端用于连接外部电源；

所述变压器模块的第一输出端和第二输出端分别与所述储能模块的两端连接，所述储能模块还用于与负载连接；所述第一开关模块的第二端通过所述第二开关模块与所述变压器模块的第一输出端连接。

在一个实施例中，所述变压器模块包括自耦变压器；自耦变压器原边绕组的一端为所述变压器模块的第一输入端，自耦变压器原边绕组的另一端为所述变压器模块的第二输入端，自耦变压器副边绕组的一端为所述变压器模块的第一输出端，自耦变压器副边绕组的另一端为所述变压器模块的第二输出端。

在一个实施例中，所述变压器模块包括变压器和第一开关，变压器原边绕组的一端为所述变压器模块的第一输入端，变压器原边绕组的另一端与所述第一开关的一端共接形成所述变压器模块的第二输入端，变压器副边绕组的一端为所述变压器模块的第一输出端，变压器副边绕组的另一端与所述第一开关的另一端共接形成所述变压器模块的第二输出端，所述第一开关与所述第二开关模块同时关闭或打开。

在一个实施例中，所述第一开关模块包括第二开关，所述第二开关一端用于连接所述外部电源，另一端通过所述分压模块与所述变压器模块的第一输入端连接。

在一个实施例中，所述第二开关模块包括第三开关；所述第三开关的一端与所述第一开关模块的第二端连接，所述第三开关的另一端与所述变压器模块的第一输出端连接。

在一个实施例中，所述分压模块包括分压电阻，所述分压电阻的两端分别与所述第一开关模块的第一端和所述变压器模块的第一输入端连接。

在一个实施例中，所述储能模块包括储能电容，所述储能电容的两端分别与所述变压器模块的第一输出端和第二输出端连接。

本发明实施例的第二方面提供了电压缓冲设备，其特征在于，包括所述的电压缓冲电路。

本发明实施例的第三方面提供了电压缓冲电路的控制方法，其特征在于，包括：

断开所述第二开关模块，闭合所述第一开关模块，通过外部电源给所述分压模块和所述变压器模块供电；

在所述变压器模块的第一输出端和第二输出端之间的电压与所述外部电源的电压相比满足预设条件时，闭合所述第二开关模块，断开所述第一开关模块。

在一个实施例中，所述在所述变压器的第一输出端和第二输出端之间的电压与所述外部电源的电压相比满足预设条件时，闭合所述第二开关模块，断开所述第一开关模块，包括：

在所述变压器的第一输出端和第二输出端之间的电压与所述外部电源的电压相同时，闭合所述第二开关模块，断开所述第一开关模块。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明通过设置第一开关模块、分压模块、变压器模块和储能模块，在电压源为负载供电时，首先关闭第一开关模块通过变压器模块、分压模块和储能模块的共同作用将负载两端电压缓冲到与电压源电压相同或相近，然后关闭第二开关模块，流经第二开关模块的电流会非常小，保护了第二开关模块，解决了由于电压源与负载压差过大导致流经第二开关模块的电流过大，对第二开关模块造成损坏的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一个实施例提供的电压缓冲电路的结构示意图一；

图2为本发明的一个实施例提供的电压缓冲电路的结构示意图二；

图3为本发明的一个实施例提供的电压缓冲电路的结构示意图三；

图4为本发明的一个实施例提供的电压缓冲电路的控制方法的流程图；

图5为本发明的一个实施例提供的电压缓冲电路的结构示意图四。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。

本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细地描述：

实施例1：

图1示出了本发明一实施例所提供的电压缓冲电路，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，本发明实施例所提供的电压缓冲电路1，包括第一开关模块110、第二开关模块120、分压模块130、变压器模块140和储能模块150。

所述第一开关模块110的第一端通过所述分压模块130与所述变压器模块140的第一输入端连接；所述变压器模块140的第二输入端和所述第一开关模块110的第二端用于连接外部电源Ui。

所述变压器模块140的第一输出端和第二输出端分别与所述储能模块150的两端连接，所述储能模块150还用于与负载连接；所述第一开关模块110的第二端通过所述第二开关模块120与所述变压器模块140的第一输出端连接。

在本实施例中，在实现负载电压U0缓冲基本等于外部电源Ui的同时，也保证了负载电压U0与外部电源Ui电压同频同相。

在本实施例中，由于变压器模块140的输出与储能模块150为并联结构，所以在对储能模块150进行充电时，不用考虑储能模块150与变压器模块140的分压问题。

本发明实施例中，通过设置第一开关模块110、分压模块130、变压器模块140和储能模块150，在电压源Ui为负载供电时，首先关闭第一开关模块110通过变压器模块140、分压模块130和储能模块150的共同作用将负载两端电压U0缓冲到与电压源电压Ui相同或相近，然后关闭第二开关模块120，流经第二开关模块120的电流会非常小，保护了第二开关模块120，解决了由于电压源与负载压差过大导致流经第二开关模块120的电流过大，对第二开关模块120造成损坏的问题。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，变压器模块140包括自耦变压器T1；自耦变压器T1原边绕组的一端为所述变压器模块140的第一输入端，自耦变压器T1原边绕组的另一端为所述变压器模块140的第二输入端，自耦变压器T1副边绕组的一端为所述变压器模块140的第一输出端，自耦变压器T1副边绕组的另一端为所述变压器模块140的第二输出端。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，第一开关模块110包括第二开关K2，所述第二开关K2一端用于连接所述外部电源Ui，另一端通过所述分压模块130与所述自耦变压器原边绕组E1的一端连接。

在本实施例中，第二开关K2为手动开关、定时开关或智能开关等。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，第二开关模块120包括第三开关K3；所述第三开关K3的第一端与所述第一开关模块110的第二端连接，所述第三开关K3的第一端与所述自耦变压器副边绕组E2的一端连接。

在本实施例中，第三开关K3为手动开关、定时开关或智能开关等。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，分压模块130包括分压电阻R1，所述分压电阻R1的两端分别与所述第一开关模块110的第一端和所述自耦变压器原边绕组E1的一端连接。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，储能模块150包括储能电容C1，所述储能电容C1的两端分别与所述自耦变压器副边绕组E2的两端连接。

在本发明的一个实施例中，外部电源包括交流电压源。

本实施例中，通过自耦变压器副边绕组E2对储能电容C1充电，使得负载两端电压U0与外部电源电压Ui相同或相近。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，还包括开关控制模块160和无线传输模块170；所述开关控制模块160的控制端分别与所述第一开关模块110的受控端和所述第二开关模块120的受控端连接，所述开关控制模块160的输出端与所述无线传输模块170的输入端连接。

本实施例中，通过开关控制模块160能控制第二开关K2和第三开关K3动作，实现对第二开关K2和第三开关K3的自动化控制，通过无线传输模块170可以实现远程遥控开关控制模块160，实现第二开关K2和第三开关K3的远程控制。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，还包括电压检测模块180，所述电压检测模块180的信号输入端与储能模块150的两端连接，所述电压检测模块180的信号输出端与所述开关控制模块160的电压信号接收端连接。

本实施例中，电压检测模块180用于检测负载两端的电压，并将监测到的电压信号传送给开关控制模块160，开关控制模块160对接收到的电压信号进行分析，并与预设的外部电源电压Ui进行对比，如果检测到的电压与外部电源电压相同或相近，则控制开关控制模块160对第二开关K2和第三开关K3进行动作。

本发明实施例所提供的电压缓冲设备，包括电压缓冲电路1。

如图4所示，本发明实施例所提供的电压缓冲电路的控制方法，其特征在于，包括：

步骤S101，断开所述第二开关模块120，闭合所述第一开关模块110，通过外部电源给所述分压模块130和所述自耦变压器T1供电。

步骤S102，在所述自耦变压器副边绕组E2两端的电压与所述外部电源的电压Ui相比满足预设条件时，闭合所述第二开关模块120，断开所述第一开关模块110。

在本发明的一个实施例中，在所述自耦变压器副边绕组E2两端的电压与所述外部电源的电压Ui相比满足预设条件时，闭合所述第二开关模块120，断开所述第一开关模块110，包括：

在所述自耦变压器副边绕组E2两端的电压与所述外部电源的电压Ui相同时，闭合所述第二开关模块120，断开所述第一开关模块110。

在本实施例中，断开所述第二开关模块120，闭合所述第一开关模块110，此时，外部电源电压Ui通过分压电阻R1对自耦变压器T1励磁，自耦变压器副边绕组E2受自耦变压器原边绕组E1的影响输出电压，自耦变压器副边绕组E2对储能电容C1充电。由于起始时刻负载两端电压U0为0，当自耦变压器副边绕组E2电压由0瞬间增大到E2时，电流I3瞬间增大，自耦变压器原边绕组E1电流I2也增大，分压电阻R1的电压增大，此时自耦变压器原边绕组E1电压减小，副边绕组E2电压也降低，随着自耦变压器副边绕组E2给储能电容C1充电，储能电容C1两端电压增大，自耦变压器副边绕组E2的电流I2减小，自耦变压器原边绕组E1的电流I2也减小，分压电阻R1两端的电压变小，自耦变压器原边绕组E1电压增大，使得自耦变压器副边绕组E2电压增大，直到将负载两端电压U0缓冲到与外部电源电压Ui相同或相近为止。

闭合所述第二开关模块120，断开所述第一开关模块110，此时负载两端电压U0缓冲到与外部电源电压Ui相同或相近，流经第三开关K3的电流I1基本为0，实现了第三开关K3的零电压零电流闭合，保证了第三开关K3不受损坏，延长了第三开关K3的使用寿命。断开所述第一开关模块110可以减少整个自耦变压器缓冲装置对电能的损耗。

实施例2：

如图1所示，实施例2中的第一开关模块、第二开关模块、分压模块、变压器模块和储能模块的连接关系与实施例1中的连接关系相同。

如图5所示，第一开关模块、第二开关模块、分压模块和储能模块的元器件组成与结构关系与实施例1中相同。

实施例与实施例2不同如下：

如图5所示，在本发明一个实施例中，变压器模块140包括变压器T2和第一开关K1，变压器原边绕组E3的一端为所述变压器模块140的第一输入端，变压器原边绕组E3的另一端与所述第一开关K1的一端共接形成所述变压器模块140的第二输入端，变压器副边绕组E4的一端为所述变压器模块140的第一输出端，变压器副边绕组E4的另一端与所述第一开关K1的另一端共接形成所述变压器模块140的第二输出端，所述第一开关K1与所述第二开关模块120同时关闭或打开。

在本发明一个实施例中，第一开关模块110中的第二开关K2的一端用于连接所述外部电源，另一端通过所述分压模块与变压器原边绕组E3的一端连接，变压器原边绕组E3的另一端与第一开关K1的一端相连。

在本发明一个实施例中，变压器副边绕组E4的一端与第二开关模块120中的第三开关K3一端相连，变压器副边绕组E4的另一端与第一开关K1的一端相连。

本发明实施例所提供的电压缓冲电路的控制方法，其特征在于，包括：

步骤S101，断开所述第二开关模块120和第一开关K1，闭合所述第一开关模块110，通过外部电源给所述分压模块130和所述变压器T2供电。

步骤S102，在所述变压器副边绕组E4两端的电压与所述外部电源的电压Ui相比满足预设条件时，闭合所述第二开关模块120和第一开关K1，断开所述第一开关模块110。

在本发明的一个实施例中，第一开关K1和第三开关K3同时关闭或打开。

在本实施例中，如果没有第一开关K1，断开第二开关K2后，变压器原边绕组E3没有电压，电压缓冲电路不会形成回路，处于断路状态，增加第一开关K1后，断开第二开关K2时，闭合第一开关K1，使电压缓冲电路形成回路。

在本发明的一个实施例中，在所述变压器副边绕组E4两端的电压与所述外部电源的电压Ui相比满足预设条件时，闭合所述第二开关模块120和第一开关K1，断开所述第一开关模块110，包括：

在所述变压器副边绕组E4两端的电压与所述外部电源的电压Ui相同时，闭合所述第二开关模块120和第一开关K1，断开所述第一开关模块110。

在本发明的一个实施例中，还包括开关控制模块160和无线传输模块170；所述开关控制模块160的控制端分别与所述第一开关模块110的受控端、所述第二开关模块120的受控端和变压器模块140的受控端连接，所述开关控制模块160的输出端与所述无线传输模块170的输入端连接。

本实施例中，通过开关控制模块160能控制第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3动作，实现对第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3的自动化控制，通过无线传输模块170可以实现远程遥控开关控制模块160，实现第二开关K1、第二开关K2和第三开关K3的远程控制，其中，第一开关K1和第三开关K3同时关闭或打开。

在本发明的一个实施例中，还包括电压检测模块180，所述电压检测模块180的信号输入端与储能模块150的两端连接，所述电压检测模块180的信号输出端与所述开关控制模块160的电压信号接收端连接。

本实施例中，电压检测模块180用于检测负载两端的电压，并将监测到的电压信号传送给开关控制模块160，开关控制模块160对接收到的电压信号进行分析，并与预设的外部电源电压Ui进行对比，如果检测到的电压与外部电源电压相同或相近，则控制开关控制模块160对第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3进行动作。以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.电压缓冲电路，其特征在于，包括：开关控制模块、第一开关模块、第二开关模块、分压模块、变压器模块和储能模块；

所述第一开关模块的第一端通过所述分压模块与所述变压器模块的第一输入端连接；所述变压器模块的第二输入端和所述第一开关模块的第二端用于连接外部电源；

所述变压器模块的第一输出端和第二输出端分别与所述储能模块的两端连接，所述储能模块还用于与负载连接；所述第一开关模块的第二端通过所述第二开关模块与所述变压器模块的第一输出端连接；

所述开关控制模块，用于断开所述第二开关模块，闭合所述第一开关模块，通过外部电源给所述分压模块和所述变压器模块供电；在所述变压器模块的第一输出端和第二输出端之间的电压与所述外部电源的电压相比满足预设条件时，闭合所述第二开关模块，断开所述第一开关模块。

2.如权利要求1所述的电压缓冲电路，其特征在于，所述变压器模块包括自耦变压器；自耦变压器原边绕组的一端为所述变压器模块的第一输入端，自耦变压器原边绕组的另一端为所述变压器模块的第二输入端，自耦变压器副边绕组的一端为所述变压器模块的第一输出端，自耦变压器副边绕组的另一端为所述变压器模块的第二输出端。

3.如权利要求1所述的电压缓冲电路，其特征在于，所述变压器模块包括变压器和第一开关，变压器原边绕组的一端为所述变压器模块的第一输入端，变压器原边绕组的另一端与所述第一开关的一端共接形成所述变压器模块的第二输入端，变压器副边绕组的一端为所述变压器模块的第一输出端，变压器副边绕组的另一端与所述第一开关的另一端共接形成所述变压器模块的第二输出端，所述第一开关与所述第二开关模块同时关闭或打开。

4.如权利要求1所述的电压缓冲电路，其特征在于，所述第一开关模块包括第二开关，所述第二开关一端用于连接所述外部电源，另一端通过所述分压模块与所述变压器模块的第一输入端连接。

5.如权利要求1所述的电压缓冲电路，其特征在于，所述第二开关模块包括第三开关；所述第三开关的一端与所述第一开关模块的第二端连接，所述第三开关的另一端与所述变压器模块的第一输出端连接。

6.如权利要求1所述的电压缓冲电路，其特征在于，所述分压模块包括分压电阻，所述分压电阻的两端分别与所述第一开关模块的第一端和所述变压器模块的第一输入端连接。

7.如权利要求1所述的电压缓冲电路，其特征在于，所述储能模块包括储能电容，所述储能电容的两端分别与所述变压器模块的第一输出端和第二输出端连接。

8.电压缓冲设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的电压缓冲电路。

9.电压缓冲电路的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至7任意一项所述的电压缓冲电路，所述电压缓冲电路的控制方法包括：

断开所述第二开关模块，闭合所述第一开关模块，通过外部电源给所述分压模块和所述变压器模块供电；

在所述变压器模块的第一输出端和第二输出端之间的电压与所述外部电源的电压相比满足预设条件时，闭合所述第二开关模块，断开所述第一开关模块。

10.如权利要求9所述的电压缓冲电路的控制方法，其特征在于，所述在所述变压器的第一输出端和第二输出端之间的电压与所述外部电源的电压相比满足预设条件时，闭合所述第二开关模块，断开所述第一开关模块，包括：

在所述变压器的第一输出端和第二输出端之间的电压与所述外部电源的电压相同时，闭合所述第二开关模块，断开所述第一开关模块。

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