CN109995132A - 一种高频开关电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高频开关电源系统，包括依次连接的：输入接口、输入整流滤波模块、脉宽调制模块、高频变压器、输出整流滤波模块和输出接口；所述开关电源系统还包括控制模块、检测电路和备用电源；所述检测电路的输入端分别与输入整流滤波模块、输出整流滤波模块和备用电源连接，所述检测电路的输出端与控制模块连接；所述控制模块还与脉宽调制模块连接；当所述市电电源正常供电时，通过所述开关电源系统引入市电交流电源并转换为负载所需的直流电压为负载供电，同时给备用电源充电；当所述市电电源异常时，通过所述备用电源为负载供电，避免负载断电造成影响。

Description

一种高频开关电源系统
技术领域
本发明属于开关电源领域，具体是一种高频开关电源系统。
背景技术
开关电源是一种由占空比控制的开关电路构成的电能转换装置，用于交流-直流或直流-直流电能变换，开关电源的核心为电力电子开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求，利用反馈控制电流，采用占空比控制的方法，对开关电路进行控制；开关电源的额开关管工作在高速的通与断两种状态，所以称为开关电源，其原理是利用整流电路将交流电变为直流电，再用开关管将直流电变为高频的直流电，最后通过整流滤波后变为平稳的直流电。
现有的开关电源给电子设备供电主要依靠市电电源供电，一旦市电出现异常，将会给社会生产、生活带来巨大的损失；公开号为CN201898442U的中国专利公开了一种大功率高频开关电源，包括多个彼此并联的电源模块，该多个电源模块的输入端均与交流电相连，电源模块的输出端与负载相连；该发明的不足之处是功能单一，不能多次下电以保护蓄电池以及合理分配蓄电池的电能；且不能对蓄电池的充电过程进行安全保护。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高频开关电源，具备多路输出，可以在市电电源异常时通过备用电源给负载供电，同时具备多次下电功能，可以有效保护备用电源。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高频开关电源系统，包括依次连接的：输入接口、输入整流滤波模块、脉宽调制模块、高频变压器、输出整流滤波模块和输出接口；所述开关电源系统还包括控制模块、检测电路和备用电源；所述检测电路的输入端分别与输入整流滤波模块、输出整流滤波模块和备用电源连接，所述检测电路的输出端与控制模块连接；所述控制模块还与脉宽调制模块连接；所述输入接口与市电连接，用于接入市电电源；所述输出接口与负载连接，用于为负载供电；所述备用电源的输入端与输出整流滤波模块连接；所述备用电源的输出端与输出接口连接；所述输出接口包括按照负载优先级分类的多个输出接口；所述多个输出接口与输出整流滤波模块之间均设有断路器；多个所述断路器分别与控制模块连接；当所述市电电源正常供电时，通过所述开关电源系统引入市电交流电源并转换为负载所需的直流电压为负载供电，同时给备用电源充电；当所述市电电源异常时，通过所述备用电源为负载供电。
具体地，当所述市电电源正常时，所述市电电源通过均浮充自动控制模块给备用电源充电，所述均浮充自动控制模块实时检测充电电流的大小，当检测到的实时充电电流大于充电电流阈值时，所述均浮充自动控制模块切换为均充模式；当检测到的实时充电电流小于/等于充电电流阈值时，所述均浮充自动控制模块切换为浮充模式。
进一步地，所述均浮充自动控制模块设置在备用电源与输出整流滤波模块之间；所述均浮充自动控制模块包括：充电电流检测单元、浮充工作单元、均充工作单元和均浮充转换单元；所述充电电流检测单元、均充工作单元、浮充工作单元分别与均浮充转换单元连接。
具体地，当所述市电电源异常时，通过备用电源给负载供电，同时，所述检测电路实时检测备用电源的端电压；根据负载的优先级次序设置1～N次下电电压值，当检测电路检测到备用电源的端电压Ud小于n次下电电压值Un时，所述控制模块控制第n断路器工作，断开优先级次序为n的负载与其对应的输出接口之间的连接；其中，1≤n≤N；直到所述检测电路检测的端电压小于N次下电电压值时，所述控制模块控制最后一路断路器工作，此时，所有负载与其对应的数据接口之间的连接都断开了；通过设置N次下电电压值，根据负载的重要性(优先级)依次断电，在保护了备用电源的同时，可以合理分配备用电源的电能，尽可能减少重要负载断电造成的影响。
具体地，所述输入整流滤波模块包括EMI滤波器及全桥软开关电路。
具体地，所述脉宽调制模块采用TOP248Y开关芯片，所述检测电路用于采集输出整流滤波模块输出的电压，所述控制模块根据所述检测电路检测到的电压控制脉宽调制模块调节输出波形，从而调节输出电压的大小。
具体地，所述开关电源系统还包括若干温度检测单元和散热装置，所述温度检测单元、散热装置分别与控制模块连接；当所述温度检测单元检测到开关电源内部温度超过设定温度阈值时，所述控制模块控制散热装置工作。
具体地，电源系统还包括存储模块，所述存储模块用于存储市电电源历史异常数据，所述历史异常数据包括市电电源以往出现异常的时间点以及该时间点对应的异常持续时间；控制模块内的数据处理单元通过对市电电源历史异常数据进行深度学习训练，得到市电电源异常时间判断模型；当市电电源出现异常时，所述数据处理单元可以根据异常出现的时间点估算本次市电电源异常持续的时间，从而判断是否需要控制各路断路器按负载优先级次序依次下电。
进一步地，当所述市电电源出现异常时，所述数据处理单元会根据备用电源的剩余电量判断该剩余电量是否可供所有负载持续工作至市电电源恢复正常；所述剩余电量定义为备用电源当前总剩余电量减去备用电源最低阈值电量；若可以，则不依据备用电源的实时剩余电量控制断路器对负载依次进行下电；若不可以，则依据备用电源的实时剩余电量控制断路器对负载依次进行下电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明的开关电源系统根据负载优先级设置多个输出接口，且在每个优先级的输出接口上均设有断路器，从而在通过备用电源给负载供电时，更加合理地分配有限的备用电源，可优先为更重要的负载供电，保证重要的负载可以更长时间的正常工作，减少负载断电造成的影响；同时不会造成备用电源过度放电，从而提升了备用电源的使用寿命；(2)本发明的开关电源系统在通过市电电源给备用电源充电时，采用均浮充自动切换的模式，可以在充电时保证快速高效地对备用电源进行充电，同时在不充电时保护备用电源，从而提升了备用电源的使用寿命；(3)本发明可以通过深度学习估算市电电源出现异常的持续时间，并依据备用电源的剩余电量判断备用电源能否供所有负载持续工作至市电电源恢复正常，可以在市电电源出现异常时，最大限度地保证所有负载都能正常运行。
附图说明
图1为本发明实施例1中一种高频开关电源系统的结构示意框图；
图2为本发明实施例2中通过市电电源给备用电源充电的流程示意图；
图3为本发明实施例3中通过备用电源给负载供电的流程示意图；
图4为本发明实施例4中通过估算市电电源异常持续时间判断是否需要对负载进行依次下电的方法流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种高频开关电源系统，包括依次连接的：输入接口、输入整流滤波模块、脉宽调制模块、高频变压器、输出整流滤波模块和输出接口；所述开关电源系统还包括控制模块、检测电路和备用电源；所述检测电路的输入端分别与输入整流滤波模块、输出整流滤波模块和备用电源连接，所述检测电路的输出端与控制模块连接；所述控制模块还与脉宽调制模块连接；所述输入接口与市电连接，用于接入市电电源；所述输出接口与负载连接，用于为负载供电；所述备用电源的输入端与输出整流滤波模块连接；所述备用电源的输出端与输出接口连接；所述输出接口包括按照负载优先级分类的多个输出接口；所述多个输出接口与输出整流滤波模块之间均设有断路器；多个所述断路器分别与控制模块连接；当所述市电电源正常供电时，通过所述开关电源系统引入市电交流电源并转换为负载所需的直流电压为负载供电，同时给备用电源充电；当所述市电电源异常时，通过所述备用电源为负载供电。
本实施例中，通过检测电路实时检测输入整流滤波模块输出的电压信号，并将该电压信号发送给控制模块，控制模块根据该电压信号判断市电电源是否正常；若市电电源正常，则控制转换开关接通市电电源为负载供电；若市电电源异常，则控制转换开关接通备用电源为负载供电；所述转换开关分别与控制模块、输出整流滤波模块、备用电源的输出端连接。
进一步地，所述转换开关为继电器控制的单刀双掷开关，当所述检测电路检测到市电电源异常时，所述控制器控制继电器动作，将单刀双掷开关的动端切换到备用电源的输出端，通过备用电源给负载供电；当所述检测电路检测到市电正常时，所述控制器控制继电器动作，将单刀双掷开关的动端切换到市电电源的输出端(输出整流滤波模块的输出端)，通过市电电源给负载供电。
具体地，所述输入整流滤波模块包括EMI滤波器及全桥软开关电路；所述EMI滤波器是一种由电感和电容组成的低通滤波器，它能让低频的有用信号顺利通过，而抑制高频的干扰信号通过；所述全桥软开关电路能实现零电流开通和零电流关断电源。
具体地，所述脉宽调制模块采用TOP248Y开关芯片，所述检测电路用于采集输出整流滤波模块输出的电压，所述控制模块根据所述检测电路检测到的电压控制脉宽调制模块调节输出波形，从而调节输出电压的大小。
具体地，所述开关电源系统还包括若干温度检测单元和散热装置，所述温度检测单元、散热装置分别与控制模块连接；当所述温度检测单元检测到开关电源内部温度超过设定温度阈值时，所述控制模块控制散热装置工作。
实施例2
如图2所示，本实施例中，当所述市电电源正常时，所述市电电源通过均浮充自动控制模块给备用电源充电，所述均浮充自动控制模块实时检测充电电流的大小或备用电源两端的电压大小，当检测到的实时充电电流大于充电电流阈值或备用电源两端的电压小于电压阈值时，所述均浮充自动控制模块切换为均充模式；当检测到的实时充电电流小于/等于充电电流阈值或备用电源两端的电压大于电压阈值时，所述均浮充自动控制模块切换为浮充模式。
进一步地，所述均浮充自动控制模块设置在备用电源与输出整流滤波模块之间；所述均浮充自动控制模块包括：充电电流检测单元、浮充工作单元、均充工作单元和均浮充转换单元；所述充电电流检测单元、均充工作单元、浮充工作单元分别与均浮充转换单元连接；所述充电电流检测单元用于检测充电线路上的电流值，所述浮充工作单元用于对所述备用电源进行浮充，从而避免对备用电源造成损坏；所述均充工作单元用于对所述备用电源进行均充，从而保证快速将备用电源充满电；所述均浮充转换单元用于根据充电电流值切换均充/浮充工作模式。
实施例3
如图3所示，本实施例中，当所述市电电源异常时，通过备用电源给负载供电，同时，所述检测电路实时检测备用电源的端电压；本实施例可以根据负载的优先级次序设置1～N次下电电压值，当检测电路检测到备用电源的端电压Ud小于n次下电电压值Un时，所述控制模块控制第n断路器工作，断开优先级次序为n的负载与其对应的输出接口之间的连接；其中，1≤n≤N；直到所述检测电路检测的端电压小于N次下电电压值时，所述控制模块控制最后一路断路器工作，此时，所有负载与其对应的数据接口之间的连接都断开了；通过设置N次下电电压值，根据负载的重要性(优先级)依次断电，在保护了备用电源的同时，还可以合理分配备用电源的电能，尽可能减少重要负载断电造成的影响。
具体实施过程中，可根据实际需求设置断路器的数量，从而优先给重要负载供电，保证重要负载的正常运行，以合理分配备用电源的电能，本发明适用于负载优先级别较多的供电系统。
实施例4
如图4所示，本实施例中的电源系统还包括存储模块，所述存储模块用于存储市电电源历史异常数据，所述历史异常数据包括市电电源以往出现异常的时间点以及该时间点对应的异常持续时间；控制模块内的数据处理单元通过对市电电源历史异常数据进行深度学习训练，得到市电电源异常时间判断模型；当市电电源出现异常时，所述数据处理单元可以根据异常出现的时间点估算本次市电电源异常持续的时间，从而判断是否需要控制各路断路器按负载优先级次序依次下电。
具体地，当所述市电电源出现异常时，所述数据处理单元会根据备用电源的剩余电量判断该剩余电量是否可供所有负载持续工作至市电电源恢复正常；所述剩余电量定义为备用电源当前总剩余电量减去备用电源最低阈值电量；若可以，则不依据备用电源的实时剩余电量控制断路器对负载依次进行下电；若不可以，则依据备用电源的实时剩余电量控制断路器对负载依次进行下电。
本实施例的实现方法流程如下：
S1，统计市电电源历史异常数据，并存储在存储模块内；
S2，构建神经网络，将所述市电电源的历史异常数据作为训练数据进行训练，得到市电电源异常时间判断模型；
S3，当市电电源出现异常时，数据处理单元依据该异常出现的时间点估算本次市电电源异常持续的时间，并根据备用电源的剩余电量判断该剩余电量是否可供所有的负载持续工作至市电电源恢复正常；
S4，若可以，则数据处理单元不依据备用电源的实时剩余电量控制断路器对负载依次进行下电；
S5，若不可以，则数据处理单元依据备用电源的实时剩余电量控制断路器对负载依次进行下电。
通过估算市电电源出现异常的持续时间，并依据备用电源的剩余电量判断备用电源能否供所有负载持续工作至市电电源恢复正常，可以在市电电源出现异常时，最大限度地保证所有负载都能正常运行，直至市电电源恢复正常。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高频开关电源系统，其特征在于，包括依次连接的：输入接口、输入整流滤波模块、脉宽调制模块、高频变压器、输出整流滤波模块和输出接口；所述开关电源系统还包括控制模块、检测电路和备用电源；所述检测电路的输入端分别与输入整流滤波模块、输出整流滤波模块和备用电源连接，所述检测电路的输出端与控制模块连接；所述控制模块还与脉宽调制模块连接；所述输入接口与市电连接，用于接入市电电源；所述输出接口与负载连接，用于为负载供电；所述备用电源的输入端与输出整流滤波模块连接；所述备用电源的输出端与输出接口连接；所述输出接口包括按照负载优先级分类的多个输出接口；所述多个输出接口与输出整流滤波模块之间均设有断路器；多个所述断路器分别与控制模块连接；当所述市电电源正常供电时，通过所述开关电源系统引入市电交流电源并转换为负载所需的直流电压为负载供电，同时给备用电源充电；当所述市电电源异常时，通过所述备用电源为负载供电。
2.根据权利要求1所述的一种高频开关电源系统，其特征在于，当所述市电电源正常时，所述市电电源通过均浮充自动控制模块给备用电源充电，所述均浮充自动控制模块实时检测充电电流的大小，当检测到的实时充电电流大于充电电流阈值时，所述均浮充自动控制模块切换为均充模式；当检测到的实时充电电流小于/等于充电电流阈值时，所述均浮充自动控制模块切换为浮充模式。
3.根据权利要求2所述的一种高频开关电源系统，其特征在于，所述均浮充自动控制模块设置在备用电源与输出整流滤波模块之间；所述均浮充自动控制模块包括：充电电流检测单元、浮充工作单元、均充工作单元和均浮充转换单元；所述充电电流检测单元、均充工作单元、浮充工作单元分别与均浮充转换单元连接。
4.根据权利要求1所述的一种高频开关电源系统，其特征在于，当所述市电电源异常时，通过备用电源给负载供电，同时，所述检测电路实时检测备用电源的端电压；根据负载的优先级次序设置1～N次下电电压值，当检测电路检测到备用电源的端电压Ud小于n次下电电压值Un时，所述控制模块控制第n断路器工作，断开优先级次序为n的负载与其对应的输出接口之间的连接；其中，1≤n≤N。
5.根据权利要求1所述的一种高频开关电源系统，其特征在于，所述输入整流滤波模块包括EMI滤波器及全桥软开关电路。
6.根据权利要求1所述的一种高频开关电源系统，其特征在于，所述脉宽调制模块采用TOP248Y开关芯片。
7.根据权利要求1所述的一种高频开关电源系统，其特征在于，所述开关电源系统还包括若干温度检测单元和散热装置，所述温度检测单元、散热装置分别与控制模块连接；当所述温度检测单元检测到开关电源内部温度超过设定温度阈值时，所述控制模块控制散热装置工作。
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