CN111478556A - 一种供电系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种供电系统，涉及供电技术领域。该供电系统包括供电输入端与供电输出端，供电输出端包括至少一个主DCDC模块与至少一个次DCDC模块，次DCDC模块与主DCDC模块电连接，主DCDC模块与供电输入端电连接；主DCDC模块与次DCDC模块均用于连接负载，且主DCDC模块为隔离型DCDC模块。本申请提供的供电系统具有设计灵活性更强、体积更小，成本更低的优点。

Description

一种供电系统

技术领域

本申请涉及供电技术领域，具体而言，涉及一种供电系统。

背景技术

目前，在军工和工业设备领域中，电源供电系统采用较多为DCDC(Directcurrent-Direct current converter，直流转换器)模块化电源供电方案。其中，常规的DCDC模块化电源供电方案可以封装成隔离型DCDC电源模块，也可以组合成非隔离型DCDC电源模块。

在供电过程中，单端直流电源输入、双端或多端直流输出是整机设备供电系统中应用非常广泛的一种形式，采用隔离型DCDC电源模块与非隔离型DCDC电源模块均能满足供电需求。

然而，隔离型DCDC电源模块存在体积大、设计灵活性较差以及成本较高等问题，非隔离型DCDC电源模块存在安全性隐患的问题。在整个供电系统中，单一由隔离型DCDC电源模块或者单一由非隔离型DCDC电源模块组合而成的双端或者多端输出供电，均不能满足在稳定供电情况下进行小型化、提升综合性价比的要求，或者不能确保系统满足高压绝缘阻抗、高压抗电强度的测试认证指标要求。

综上所述，现有的供电系统存在设计灵活性差、体积大、成本高以及存在安全性隐患等问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种供电系统，以解决现有技术中供电系统存在的设计灵活性差、体积大、成本高以及存在安全性隐患等问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

本申请实施例提供了一种供电系统，所述供电系统包括供电输入端与供电输出端，所述供电输出端包括至少一个主DCDC模块与至少一个次DCDC模块，所述次DCDC模块与所述主DCDC模块电连接，所述主DCDC模块与所述供电输入端电连接；

所述主DCDC模块与所述次DCDC模块均用于连接负载，且所述主DCDC模块为隔离型DCDC模块。

进一步地，当所述主DCDC模块与N个次DCDC模块电连接时，所述主DCDC模块的最大输出功率大于所述N个次DCDC模块的最大输出功率之和；其中，N>0且N为整数。

进一步地，所述主DCDC模块用于连接目标负载，所述主DCDC模块的最大输出功率大于所述N个次DCDC模块的最大输出功率与所述目标负载的最大需求功率之和。

进一步地，所述主DCDC模块与所述次DCDC模块均集成于同一电路板上。

进一步地，所述次DCDC模块包括隔离型DCDC模块和/或非隔离型DCDC模块。

进一步地，所述供电输入端包括输入端口、保护电路以及第一滤波器模块，所述输入端口、所述保护电路、所述第一滤波器模块以及所述主DCDC模块依次电连接。

进一步地，所述保护电路包括防雷击电路、防反接电路、防过压电路、防欠压电路以及防过流电路，所述防雷击电路、所述防反接电路、所述防过压电路、所述防欠压电路以及防过流电路串联。

进一步地，所述供电输出端还包括第二滤波器模块与输出端口，每个所述主DCDC模块、次DCDC模块均与一个第二滤波器模块电连接，所述第二滤波器与所述输出端口电连接，所述输出端口用于连接负载。

相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例所提供了一种供电系统，该供电系统包括供电输入端与供电输出端，供电输出端包括至少一个主DCDC模块与至少一个次DCDC模块，次DCDC模块与主DCDC模块电连接，主DCDC模块与供电输入端电连接；主DCDC模块与次DCDC模块均用于连接负载，且主DCDC模块为隔离型DCDC模块。一方面，由于本申请中将DCDC模块分为主DCDC模块与次DCDC模块，且仅通过主DCDC模块与供电输入端连接，因此在进行电源板设计时，其能够采用树杈状的设计方式，设计灵活性更强。另一方面，通过主DCDC模块与供电输出端实现连接，能够保证供电安全性。同时，通过主DCDC模块的隔离，使得次DCDC模块也可以使用非隔离型DCDC模块，因此体积更小，成本更低且能够满足单端输入，双端或多端输出的效果。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为现有技术中供电系统的一种模块示意图。

图2为现有技术中供电系统的另一种模块示意图。

图3为本申请实施例提供的第一种供电系统的模块示意图。

图4为本申请实施例提供的第二种供电系统的模块示意图。

图5为本申请实施例提供的第一种主DCDC模块与次DCDC模块的模块示意图。

图6为本申请实施例提供的第二种主DCDC模块与次DCDC模块的模块示意图。

图7为本申请实施例提供的第三种主DCDC模块与次DCDC模块的模块示意图。

图8为本申请实施例提供的第三种供电系统的模块示意图。

图中：100-供电系统；110-供电输入端；111-输入端口；112-保护电路；113-第一滤波器模块；120-供电输出端；121-主DCDC模块；122-次DCDC模块；123-第二滤波器模块；124-输出端口。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

正如背景技术中所述，设备中单端直流电源输入、双端直流输出是整机设备供电系统中应用非常广泛的一种形式，如何选用满足整机设备供电系统要求的并联供电方案是目前军工和工业设备领域中需全面且综合考虑的一大核心点。

目前，通过针对集成式单端输入、双端输出的DC-DC电源并联供电系统主要采取的技术方案有：

第一种，如图1所示，采用隔离型DCDC模块组成双路输出组合供电系统，其中，隔离型DCDC模块包括两个，且两个隔离型DCDC模块均与电源输入端电连接，使得两个隔离型DCDC模块呈并联形式输出电量。

第二种，如图2所示，采用非隔离型DCDC模块组成双路输出组合供电系统，其中，非隔离型DCDC模块包括两个，且两个非隔离型DCDC模块均与电源输入端电连接，使得两个非隔离型DCDC模块呈并联形式输出电量。

据以上简述的两种集成式单端输入、双端输出DCDC模块并联供电系统技术方案而言，在设备的供电中均运用的非常广泛，然而进行实际层面的分析可知：

(1)隔离型DCDC模块的双路输出组合使用，存在同等功率密度等级的情况下，双路输出直流供电系统电源板设计上灵活性较差、体积十分庞大，相应的成本较高等问题，是制约系统在稳定供电下进行小型化、提升综合性价比等的核心问题。

(2)非隔离型DCDC模块的双路输出组合系统存在供电系统安全性隐患等显著的特性，在实际电路系统的设计上需特别注意输入端正负极与封装外壳地之间的加强绝缘间距，才能确保系统满足高压绝缘阻抗、高压抗电强度等相关测试认证的要求。

综上，目前常规的两种DCDC模块组合双路供电系统，存在设计灵活性差、体积大、成本高以及存在安全性隐患等问题。

有鉴于此，本申请提供了一种供电系统，通过分级式设置DCDC模块的方式，实现设计灵活性更高、体积更大、成本更低以及安全性更高的效果。下面对本申请提供的供电系统进行示例性说明：

作为一种可选的实现方式，请参阅图3，本申请提供的供电系统100包括供电输入端110与供电输出端120，供电输入端110与供电输出端120电连接，且供电输出端120用于连接负载。其中，供电输出端120包括至少一个主DCDC模块121与至少一个次DCDC模块122，次DCDC模块122与主DCDC模块121电连接，主DCDC模块121与供电输入端110电连接。主DCDC模块121与次DCDC模块122均用于连接负载，且主DCDC模块121为隔离型DCDC模块。

可以理解地，由于主DCDC模块121直接与供电输入端110连接，且主DCDC模块121为隔离型DCDC模块，因此能够保证与供电输入端110之后，始终连接有隔离型DCDC模块，安全性得到了提升。并且，由于采用主DCDC模块121与次DCDC模块122的分级式结构，使得在实际应用中，能够使设计灵活性更高。

需要说明的是，本申请并不对主DCDC模块121与次DCDC模块122的数量进行限定，如图3所示，在供电输出端120中，主DCDC模块121的数量为两个，且每个主次DCDC模块122均分别与两个次DCDC模块122电连接。

当然地，主DCDC模块121后也可不连接次DCDC模块122，而直接连接负载，如图4所示，其中一个主DCDC模块121后连接有两个次DCDC模块122，另一个主DCDC模块121后未连接有次DCDC模块122。

并且，次DCDC模块122包括隔离型DCDC模块和/或非隔离型DCDC模块。即次DCDC模块122可以全为隔离型DCDC模块，也可以全为非隔离型DCDC模块，也可以部分为隔离型DCDC模块，部分为非隔离型DCDC模块，本申请对此并不做任何限定。

其中，隔离型DCDC模块与非隔离型DCDC模块的区别如下：

a.安全性

隔离型DCDC模块是指隔离电源是使用变压器将各种不同电压(如：220VAC，48VDC，24VDC，12VDC等)通过变压器将电压降到所需要的电压，然后作为负载供电使用。非隔离型DCDC模块是将各种不同电压(如：220VAC，48VDC，24VDC，12VDC等)直接引入到电子电路，再通过电子元件进行升降压输出，输入输出是通过电子元件直接连接的，中间并没有经过变压器等带隔离性的器件，因此称为非隔离电源模块。作为一个让最终用户能安全使用的产品，工程师在设计电源方案时一般都会考虑系统的绝缘以及隔离的可靠性。相比之下，隔离型DCDC模块比非隔离型DCDC模块更加安全。

b.效率

非隔离型DCDC模块由于少了变压的磁电转换所损失的能量，所以效率一般较高，行业中大多电源厂家的非隔离型DCDC模块的效率都能达到91％以上。相比之下，隔离型DCDC模块一般效率都在88％以下，因此隔离型DCDC模块发热相对来说会比非隔离型DCDC模块的大。

c.成本与体积

非隔离型DCDC模块由于不需要采用变压器进行输入输出之间的电气隔离，所以相比隔离型DCDC模块，同样的输出功率，同样的输出性能(如输出精度，负载效应，动态响应等)，非隔离型DCDC模块所需要的体积更小，成本更低，设计难度更小。

d.带载范围

隔离型DCDC模块的输出带载范围小于非隔离型DCDC模块带载范围。一般来讲隔离型DCDC模块的输出带载范围为30-42V，非隔离型DCDC模块带载范围可以为30-84V。

下面以主DCDC模块121的数量仅为一个进行说明，如图5、图6以及图7所示，在隔离型DCDC模块作为主模块后，其后可连接多个隔离型DCDC模块(图示为3个)或多个非隔离型DCDC模块，或部分隔离型DCDC模块与部分非隔离型DCDC模块。

本申请通过将隔离型DCDC模块和非隔离型DCDC模块进行整合组合供电设计，构成集成式单端输入、双端或多端输出的并联供电系统100，较好的解决了上述系统供电设计中存在的问题点，使得电源板系统在整个设备中稳定双路或多路输出供电且封装独立性、安全可靠性较好，体积成本设计灵活性也得到大幅度的提升。

作为一种可选的实现方式，主DCDC模块121与次DCDC模块122均集成于同一电路板上。使得其能够构成一种集成式单端输入、双端或多端输出的DCDC电源并联供电系统100。一方面，由于本申请采用的分级式系统，其能够使得在电路板上的布局更加灵活，另一方面，通过采用电路集成的方式，能够进一步实现供电系统100的小型化。

并且，由于主DCDC模块121与次DCDC模块122在工作时可能对其它器件造成影响，因此本申请提供的供电系统100还包括外壳屏蔽件，该外壳屏蔽件套设于主DCDC模块121与次DCDC模块122外，以使主DCDC模块121与次DCDC模块122在工作时不会影响其它工作。例如，该外壳屏蔽件可选用金属屏蔽件。

可选地，请参阅图8，本申请提供的供电输入端110包括输入端口111、保护电路112以及第一滤波器模块113，输入端口111、保护电路112、第一滤波器模块113以及主DCDC模块121依次电连接。其中，输出端口124用于连接电源，例如整流后的市电或者蓄电池等。并且输入的电能流经保护电路112后，会流入第一滤波器模块113进行滤波，然后再传输至主DCDC模块121。

其中，本申请提供的保护电路112包括防雷击电路、防反接电路、防过压电路、防欠压电路以及防过流电路，防雷击电路、防反接电路、防过压电路、防欠压电路以及防过流电路串联。可以理解地，通过本申请额提供的保护电路112，能够在不同工况下实现对于电路的保护。当然地，在其它的一些实施例中，保护电路112的种类可能更多，本申请对此并不做任何限定。

并且，可选的，本申请提供第一滤波器模块113可以采用EMI(ElectromagneticInterference，电磁干扰)滤波器模块。

同时，供电输出端120还包括第二滤波器模块123与输出端口124，每个主DCDC模块121、次DCDC模块122均与一个第二滤波器模块123电连接，第二滤波器与输出端口124电连接，输出端口124用于连接负载。

其中，第二滤波器模块123也可以采用EMI滤波器模块。通过在主DCDC模块121、次DCDC模块122均连接第二滤波器模块123与输出端口124的方式，能够使主DCDC模块121不仅能起到隔离的作用，还能为负载进行供电。

由于通过电源输入端输入的电能均需要经过主DCDC模块121，然后由主DCDC模块121将电能输出至各个的次DCDC模块122，并经过次DCDC模块122将电能输出至不同负载。因此，为了在实际使用中，不会出现由于主DCDC模块121的输出功率限制导致与其连接的次模块的输出功率不足的情况，当主DCDC模块121与N个次DCDC模块122电连接时，主DCDC模块121的最大输出功率大于N个次DCDC模块122的最大输出功率之和；其中，N>0且N为整数。

以图6为例进行说明，若三个非隔离型DCDC模块的最大输出功率均为100W，则主DCDC模块121的最大输出功率应大于300W。

进一步，由于次DCDC模块122在进行电源转换时，电源转换效率为89％左右，并且，主DCDC模块121也可通过输出端口124连接负载，因此若将与主DCDC模块121连接的负载作为目标负载，则主DCDC模块121的最大输出功率应大于N个次DCDC模块122的最大输出功率与目标负载的最大需求功率之和。

以图6为例进行说明，若三个非隔离型DCDC模块的最大输出功率均为100W，同时主DCDC模块121连接的负载的最大需求功率为50W，则主DCDC模块121的最大输出功率应大于350W。

综上所述，本申请实施例所提供了一种供电系统，该供电系统包括供电输入端与供电输出端，供电输出端包括至少一个主DCDC模块与至少一个次DCDC模块，次DCDC模块与主DCDC模块电连接，主DCDC模块与供电输入端电连接；主DCDC模块与次DCDC模块均用于连接负载，且主DCDC模块为隔离型DCDC模块。一方面，由于本申请中将DCDC模块分为主DCDC模块与次DCDC模块，且仅通过主DCDC模块与供电输入端连接，因此在进行电源板设计时，其能够采用树杈状的设计方式，设计灵活性更强。另一方面，通过主DCDC模块与供电输出端实现连接，能够保证供电安全性。同时，通过主DCDC模块的隔离，使得次DCDC模块也可以使用非隔离型DCDC模块，因此体积更小，成本更低且通过能够满足单端输入，双端或多端输出的效果。

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

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种供电系统，其特征在于，所述供电系统包括供电输入端与供电输出端，所述供电输出端包括至少一个主DCDC模块与至少一个次DCDC模块，所述次DCDC模块与所述主DCDC模块电连接，所述主DCDC模块与所述供电输入端电连接；

所述主DCDC模块与所述次DCDC模块均用于连接负载，且所述主DCDC模块为隔离型DCDC模块。

2.如权利要求1所述的供电系统，其特征在于，当所述主DCDC模块与N个次DCDC模块电连接时，所述主DCDC模块的最大输出功率大于所述N个次DCDC模块的最大输出功率之和；其中，N>0且N为整数。

3.如权利要求2所述的供电系统，其特征在于，所述主DCDC模块用于连接目标负载，所述主DCDC模块的最大输出功率大于所述N个次DCDC模块的最大输出功率与所述目标负载的最大需求功率之和。

4.如权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述主DCDC模块与所述次DCDC模块均集成于同一电路板上。

5.如权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述次DCDC模块包括隔离型DCDC模块和/或非隔离型DCDC模块。

6.如权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述供电输入端包括输入端口、保护电路以及第一滤波器模块，所述输入端口、所述保护电路、所述第一滤波器模块以及所述主DCDC模块依次电连接。

7.如权利要求6所述的供电系统，其特征在于，所述保护电路包括防雷击电路、防反接电路、防过压电路、防欠压电路以及防过流电路，所述防雷击电路、所述防反接电路、所述防过压电路、所述防欠压电路以及防过流电路串联。

8.如权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述供电输出端还包括第二滤波器模块与输出端口，每个所述主DCDC模块、次DCDC模块均与一个第二滤波器模块电连接，所述第二滤波器与所述输出端口电连接，所述输出端口用于连接负载。

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