CN114039406B - 电源电路及柔性直流输电系统 - Google Patents

电源电路及柔性直流输电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电源电路及柔性直流输电系统。电源电路包括：电源转换电路，电源转换电路的第一输入端和第二输入端分别与正极输入端、负极输入端一一对应电连接，电源转换电路的第一输出端和第二输出端分别与正极输出端、负极输出端一一对应电连接，电源转换电路用于对电源信号进行转换处理，以输出用于为负载供电的供电信号；断电维持电路，断电维持电路的输入端与电源转换电路电连接，断电维持电路的第一输出端和第二输出端分别与正极输出端、负极输出端一一对应电连接，断电维持电路用于通过电源转换电路输出供电信号进行充电储能，并在检测到供电信号的电压低于预设电压时放电，以向负载提供断电维持信号。该电源电路能够提高断电维持可靠性。

Description

电源电路及柔性直流输电系统
技术领域
本发明涉及输电技术领域，特别是涉及一种电源电路及柔性直流输电系统。
背景技术
柔性直流输电中用于控制功率模块的控制板卡和驱动板卡，需要在功率模块出现故障时也能够继续工作一段时间，以完成保护动作，并将故障功率模块的状态信息反馈给上位机。
其中，在电源电路发生故障无法正常供电时，则需要电源电路发出故障信号后，其输出的供电信号要继续维持一段时间，以供控制板和驱动板完成保护和信息采集上报等流程。
目前，是通过在供电电源端口直接并联储能电容器，在故障时由其放电进行维持，但此方法受到控制板、驱动板等负载板卡供电电源电压上限的限制，受到电源的容性启动能力限制，并且储能效率受到控制板、驱动板等负载板卡供电电压下限的限制，即当储能电容器电压降至控制板、驱动板等负载板卡供电电压下限以后，其剩余存储的能量无法应用。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够提高断电维持可靠性的电源电路及柔性直流输电系统。
一种电源电路，所述电源电路配置有正极输入端、负极输入端、正极输出端及负极输出端，所述正极输入端用于与电源的正极电连接，所述负极输入端用于与所述电源的负极电连接，所述正极输出端与所述负极输出端分别用于电连接负载，所述电源用于输出电源信号；
所述电源电路包括：
电源转换电路，所述电源转换电路的第一输入端和第二输入端分别与所述正极输入端、所述负极输入端一一对应电连接，所述电源转换电路的第一输出端和第二输出端分别与所述正极输出端、所述负极输出端一一对应电连接，所述电源转换电路用于对所述电源信号进行转换处理，以输出用于为负载供电的供电信号；
断电维持电路，所述断电维持电路的输入端与所述电源转换电路电连接，所述断电维持电路的第一输出端和第二输出端分别与所述正极输出端、所述负极输出端一一对应电连接，所述断电维持电路用于通过所述电源转换电路输出供电信号进行充电储能，并在检测到所述供电信号的电压低于预设电压时放电，以向所述负载提供断电维持信号。
在其中一个实施例中，所述预设电压为所述负载的额定工作电压。
在其中一个实施例中，所述电源转换电路包括正激电路；
所述断电维持电路的输入端与所述正激电路副边的滤波电感耦合连接。
在其中一个实施例中，所述断电维持电路包括：耦合绕组、储能电容、第一隔离变压器、控制单元及第一电子开关；
所述耦合绕组与所述滤波电感耦合连接，所述耦合绕组的第一端与所述储能电容的第一端电连接，所述耦合绕组的第二端与所述储能电容的第二端电连接；
所述第一隔离变压器的原边绕组的第一端与所述储能电容的第一端电连接，所述第一隔离变压器的原边绕组的第二端与所述第一电子开关的第一端电连接，所述第一隔离变压器的副边绕组的第一端与所述正极输出端电连接，所述第一隔离变压器的副边绕组的第二端与所述负极输出端电连接；
所述第一电子开关的第二端与所述储能电容的第二端电连接，所述第一电子开关的控制端与所述控制单元电连接，所述储能电容的第二端与所述负极输出端电连接；
所述控制单元还与所述正极输出端电连接，用于检测所述供电信号，并在检测到所述供电信号的电压低于预设电压时控制所述第一电子开关导通。
在其中一个实施例中，所述第一隔离变压器的原边绕组的第二端与第一隔离变压器的副边绕组的第一端为同名端。
在其中一个实施例中，所述断电维持电路还包括第一二极管、第二二极管及第一滤波电容；
所述第一二极管的阳极与所述耦合绕组的第一端电连接，所述第一二极管的阴极与所述第一隔离变压器的原边绕组的第一端电连接；
所述第二二极管的阳极与所述第一隔离变压器的副边绕组的第一端电连接，所述第二二极管的阴极与所述正极输出端电连接；
所述第一滤波电容的第一端与所述第二二极管的阴极电连接，所述第一滤波电容的第二端与所述负极输出端电连接。
在其中一个实施例中，所述正激电路包括：第二电子开关、第二隔离变压器、第三二极管、第四二极管、所述滤波电感及第二滤波电容；
所述第二隔离变压器的原边绕组的第一端与所述正极输入端电连接，所述第二隔离变压器的原边绕组的第二端与所述第二电子开关的第一端电连接，所述第二隔离变压器的副边绕组的第一端与所述第三二极管的阳极电连接，所述第二隔离变压器的副边绕组的第二端与所述负极输出端电连接；
所述第二电子开关的第二端与所述负极输入端电连接；
所述第三二极管的阴极与所述滤波电感的第一端电连接；
所述滤波电感的第二端与所述正极输出端电连接；
所述第四二极管的阳极与所述第二隔离变压器的副边绕组的第二端电连接，所述第四二极管的阴极与所述滤波电感的第一端电连接；
第二滤波电容的第一端与所述滤波电感的第二端电连接，所述第二滤波电容的第二端与所述负极输出端电连接。
在其中一个实施例中所述滤波电感的第二端与所述耦合绕组的第一端为同名端。
在其中一个实施例中，电源电路还包括第三滤波电容；
所述第三滤波电容的第一端与所述正极输入端电连接，所述第三滤波电容的第二端与所述负极输入端电连接。
一种柔性直流输电系统，包括如上述的电源电路。
上述电源电路和柔性直流输电系统，通过在电源转换电路之外设置断电维持电路，利用电源转换电路为断电维持电路充电储能，在供电信号的电压低于预设电压时，断电维持电路进行放电，为负载提供断电维持信号，即维持继续供电一段时间。由于断电维持电路仅利用电源转换电路输出的能量进行充电储能，独立于电源转换电路所在的供电主电路之外，因此断电维持电路的储能电压不受电源电压限制，并且储能效率不受负载供电电压下限的限制，断电维持电路储存的能量能够全部释放，储能效率更高，能够提高断电维持的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例中的电源电路的结构示意图之一；
图2为一实施例中的电源电路的结构示意图之二；
图3为一实施例中的电源电路的结构示意图之三；
图4为一实施例中的电源电路的结构示意图之四；
图5为一实施例中的电源电路的结构示意图之五。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电容称为第二电容，且类似地，可将第二电容称为第一电容。第一电容和第二电容两者都是电容，但其不是同一电容。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
如图1所示，本申请实施例提供了一种电源电路，配置有正极输入端VIN+、负极输入端VIN-、正极输出端Vout+及负极输出端Vout-，正极输入端VIN+用于与电源的正极电连接，负极输入端VIN-用于与电源的负极电连接，正极输出端Vout+与负极输出端Vout-分别与负载的正极、负极电连接。电源可以是直接与电源电路电连接，也可以是经中间电路与电源电路电连接，用于向电源电路输出电源信号。
其中，电源电路包括电源转换电路100和断电维持电路200，电源转换电路100的第一输入端与正极输入端VIN+电连接，电源转换电路100的第二输入端与负极输入端VIN-电连接，电源转换电路100的第一输出端与正极输出端Vout+电连接，电源转换电路100的第二输出端与负极输出端Vout-电连接。电源转换电路100用于对电源输出的电源信号进行转换处理，以输出用于为负载供电的供电信号，其中，转换处理可以包括调压、整流、滤波等。
断电维持电路200的输入端与电源转换电路100电连接，断电维持电路200的第一输出端与正极输出端Vout+电连接，断电维持电路200的第二输出端与负极输出端Vout-电连接。电源转换电路100输出的供电信号还用于为断电维持电路200充电，断电维持电路200在有电源转换电路100输出供电信号时持续充电直至充电完成，当电源转换电路100输出的供电信号的电压低于预设电压时，断电维持电路200进行放电，输出断电维持信号为负载继续供电一段时间，使负载能够继续工作一段时间。对于需要通过维持工作上报故障或执行其他动作的负载提供可靠的断电维持信号，保证负载的安全工作。
其中，正极输入端VIN+、负极输入端VIN-、正极输出端Vout+及负极输出端Vout-可以理解为实际配置的接口，也可以是电源电路中用于与外部电路连接的电路点。
上述电源电路，通过在电源转换电路100之外设置断电维持电路200，利用电源转换电路100为断电维持电路200充电储能，在供电信号的电压低于预设电压时，断电维持电路200进行放电，为负载提供断电维持信号，即维持继续供电一段时间。由于断电维持电路200仅利用电源转换电路100输出的能量进行充电储能，独立于电源转换电路100所在的供电主电路之外，因此断电维持电路200的储能电压不受电源电压限制，并且储能效率不受负载供电电压下限的限制，断电维持电路200储存的能量能够全部释放，储能效率更高，能够提高断电维持的可靠性。
在其中一个实施例中，预设电压为负载的额定工作电压。电源转换电路100故障可能是断电，也可能是能够继续输出电信号，但输出电信号无法保证负载正常工作，因此可以将预设电压设置为负载的额定工作电压，在供电信号低于负载的额定工作电压时就触发断电维持电路200放电，进而保证断电维持的可靠性。
在其中一个实施例中，电源转换电路100包括正激电路，正激电路的副边会设有滤波电感L1，该滤波电感L1通过与断电维持电路200的输入端耦合连接，为断电维持电路200提供能量，使断电维持电路200能够与电源转换电路100相隔离，保证断电维持电路200与电源转换电路100之间相互独立，进而保证断电维持电路200的储能电压不受电源电压限制，并且储能效率不受负载供电电压下限的限制，断电维持电路200储存的能量能够全部释放，储能效率更高，能够提高断电维持的可靠性。
可以理解的是，耦合连接是电连接的一种连接方式。
如图2所示，在其中一个实施例中，断电维持电路200包括耦合绕组L、储能电容C、第一隔离变压器T1、控制单元及第一电子开关Q1。其中，耦合绕组L作为断电维持电路200的输入端，与滤波电感L1耦合连接，耦合绕组L的第一端与储能电容C的第一端电连接，耦合绕组L的第二端与储能电容C的第二端电连接；第一隔离变压器T1中原边绕组的第一端与储能电容C的第一端电连接，第一隔离变压器T1原边绕组的第二端与电子开关的第一端电连接；第一隔离变压器T1中副边绕组的第一端与正极输出端Vout+电连接，第一隔离变压器T1副边绕组的第二端与负极输出端Vout-电连接；第一电子开关Q1的第二端与储能电容C的第二端电连接，第一电子开关Q1的控制端与控制单元电连接；控制单元与正极输出端Vout+电连接，控制单元的接地端与负极输出端Vout-电连接。
耦合绕组L通过滤波电感L1获取能量，为储能电容C充电，控制单元检测供电信号，并在供电信号的电压低于预设电压时控制第一电子开关Q1导通，第一电子开关Q1导通时，第一隔离变压器T1的原边绕组与储能电容C构成导通的回路，此时储能电容C放电，第一隔离变压器T1的副边绕组输出断电维持信号。控制单元通过控制第一电子开关Q1的通断还能调节断电维持信号的电压大小，进而提供能够使负载正常工作的断电维持信号。
在其中一个实施例中，第一电子开关Q1可以是如图2所示的NMOS管，也可以是PMOS管、三极管等其他受控开关器件。以第一电子开关Q1为NMOS管为例，NMOS管的栅极作为第一电子开关Q1的控制端，NMOS管的漏极作为第一电子开关Q1的第一端，NMOS管的源极作为第一电子开关Q1的第二端。
可以理解的是，本申请实施例中的负极输出端Vout-相当于接地端。
在其中一个实施例中，第一隔离变压器T1的原边绕组的第二端与第一隔离变压器T1副边绕组的第一端为同名端，以形成反激式变换器。
如图3所示，在其中一个实施例中，断电维持电路200还包括第一二极管D1、第二二极管D2及第一滤波电容C1。其中，第一二极管D1的阳极与耦合绕组L的第一端电连接，第一二极管D1的阴极与第一隔离变压器T1的原边绕组的第一端电连接；第二二极管D2的阳极与第一隔离变压器T1的副边绕组的第一端电连接，第二二极管D2的阴极与整机输出端电连接；第一滤波电容C1的第一端与第二二极管D2的阴极电连接，第一滤波电容C1的第二端与负极输出端Vout-电连接。
其中，第一二极管D1用于实现单向导通，保护耦合绕组L，防止储能电容C或第一隔离变压器T1的原边绕组放电流向耦合绕组L。第二二极管D2用于对第一隔离变压器T1的输出信号进行整流，第一滤波电容C1用于对第一隔离变压器T1的输出信号进行滤波。
如图4所示，在其中一个实施例中，正极电路包括第二电子开关Q2、第二隔离变压器T2、第三二极管D3、第四二极管D4、滤波电感L1及第二滤波电容C2。其中，第二隔离变压器T2的原边绕组第一端与正极输入端VIN+电连接，第二隔离变压器T2的原边绕组第二端与第二电子开关Q2的第一端电连接，第二隔离变压器T2的副边绕组第一端与第三二极管D3的阳极电连接，第二隔离变压器T2的副边绕组的第二端与负极输出端Vout-电连接；第二电子开关Q2的第二端与负极输入端VIN-电连接，第二电子开关Q2的控制端用于与主供电电路中的控制电路电连接；第三二极管D3的阴极与滤波电感L1的第一端电连接；滤波电感L1的第二端与正极输出端Vout+电连接；第四二极管D4的阴极与第二隔离变压器T2的副边绕组第二端电连接，第四二极管D4的阴极与滤波电感L1的第一端电连接；第二滤波电容C2的第一端与滤波电感L1的第二端电连接，第二滤波电容C2的第二端与负极输出端Vout-电连接。
在接收到电源输出的电源信号时，若第二电子开关Q2导通，则第二隔离变压器T2的原边绕组有电流通过，第二隔离变压器T2的副边绕组输出副边电信号，经过第三二极管D3整流后输出，再经滤波电感L1和第二滤波电容C2滤波后输出至负载，并且，滤波电感L1还向断电维持电路200的耦合绕组L提供能量。
在其中一个实施例中，第二电子开关Q2可以是如图4所示的NMOS管，也可以是PMOS管、三极管等其他受控开关器件。以第二电子开关Q2为NMOS管为例，NMOS管的栅极作为第二电子开关Q2的控制端，NMOS管的漏极作为第二电子开关Q2的第一端，NMOS管的源极作为第二电子开关Q2的第二端。
在其中一个实施例中，滤波电感L1的第二端与耦合绕组L的第一端为同名端，以形成反激式变换器。
如图5所示，在其中一个实施例中，电源电路还包括第三滤波电容C3，第三滤波电容C3的第一端与正极输入端VIN+电连接，第三滤波电容C3的第二端与负极输入端VIN-电连接，用于对电源信号进行滤波。
本申请实施例还提供了一种柔性直流输电系统，包括如上述任一实施例所述的电源电路，电源电路用于为柔性直流输输电系统的换流站中的功率模块供电。
通过在电源电路的电源转换电路100之外设置断电维持电路200，利用电源转换电路100为断电维持电路200充电储能，在供电信号的电压低于预设电压时，断电维持电路200进行放电，为负载提供断电维持信号，即维持继续供电一段时间。由于断电维持电路200仅利用电源转换电路100输出的能量进行充电储能，独立于电源转换电路100所在的供电主电路之外，因此断电维持电路200的储能电压不受电源电压限制，并且储能效率不受负载供电电压下限的限制，断电维持电路200储存的能量能够全部释放，储能效率更高，能够提高断电维持的可靠性，使得在电源电路发生供电故障时能够持续为功率模块的各负载板卡维持供电一定时间，进而能够完成故障保护和信息采集上报等流程。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电源电路，其特征在于，所述电源电路配置有正极输入端、负极输入端、正极输出端及负极输出端，所述正极输入端用于与电源的正极电连接，所述负极输入端用于与所述电源的负极电连接，所述正极输出端与所述负极输出端分别用于电连接负载，所述电源用于输出电源信号；
所述电源电路包括：
电源转换电路，所述电源转换电路的第一输入端和第二输入端分别与所述正极输入端、所述负极输入端一一对应电连接，所述电源转换电路的第一输出端和第二输出端分别与所述正极输出端、所述负极输出端一一对应电连接，所述电源转换电路用于对所述电源信号进行转换处理，以输出用于为负载供电的供电信号；
断电维持电路，所述断电维持电路的输入端与所述电源转换电路电连接，所述断电维持电路的第一输出端和第二输出端分别与所述正极输出端、所述负极输出端一一对应电连接，所述断电维持电路用于通过所述电源转换电路输出供电信号进行充电储能，并在检测到所述供电信号的电压低于预设电压时放电，以向所述负载提供断电维持信号；
其中，
所述电源转换电路包括正激电路；
所述断电维持电路的输入端与所述正激电路副边的滤波电感耦合连接；
所述断电维持电路包括：耦合绕组、储能电容、第一隔离变压器、控制单元及第一电子开关；
所述耦合绕组与所述滤波电感耦合连接，所述耦合绕组的第一端与所述储能电容的第一端电连接，所述耦合绕组的第二端与所述储能电容的第二端电连接；
所述第一隔离变压器的原边绕组的第一端与所述储能电容的第一端电连接，所述第一隔离变压器的原边绕组的第二端与所述第一电子开关的第一端电连接，所述第一隔离变压器的副边绕组的第一端与所述正极输出端电连接，所述第一隔离变压器的副边绕组的第二端与所述负极输出端电连接；
所述第一电子开关的第二端与所述储能电容的第二端电连接，所述第一电子开关的控制端与所述控制单元电连接，所述储能电容的第二端与所述负极输出端电连接；
所述控制单元还与所述正极输出端电连接，用于检测所述供电信号，并在检测到所述供电信号的电压低于预设电压时控制所述第一电子开关导通。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述预设电压为所述负载的额定工作电压。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述转换处理包括调压、整流和滤波。
4.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述第一电子开关是受控开关器件。
5.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述第一隔离变压器的原边绕组的第二端与第一隔离变压器的副边绕组的第一端为同名端。
6.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述断电维持电路还包括第一二极管、第二二极管及第一滤波电容；
所述第一二极管的阳极与所述耦合绕组的第一端电连接，所述第一二极管的阴极与所述第一隔离变压器的原边绕组的第一端电连接；
所述第二二极管的阳极与所述第一隔离变压器的副边绕组的第一端电连接，所述第二二极管的阴极与所述正极输出端电连接；
所述第一滤波电容的第一端与所述第二二极管的阴极电连接，所述第一滤波电容的第二端与所述负极输出端电连接。
7.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述正激电路包括：第二电子开关、第二隔离变压器、第三二极管、第四二极管、所述滤波电感及第二滤波电容；
所述第二隔离变压器的原边绕组的第一端与所述正极输入端电连接，所述第二隔离变压器的原边绕组的第二端与所述第二电子开关的第一端电连接，所述第二隔离变压器的副边绕组的第一端与所述第三二极管的阳极电连接，所述第二隔离变压器的副边绕组的第二端与所述负极输出端电连接；
所述第二电子开关的第二端与所述负极输入端电连接；
所述第三二极管的阴极与所述滤波电感的第一端电连接；
所述滤波电感的第二端与所述正极输出端电连接；
所述第四二极管的阳极与所述第二隔离变压器的副边绕组的第二端电连接，所述第四二极管的阴极与所述滤波电感的第一端电连接；
第二滤波电容的第一端与所述滤波电感的第二端电连接，所述第二滤波电容的第二端与所述负极输出端电连接。
8.根据权利要求7所述的电源电路，其特征在于，所述滤波电感的第二端与所述耦合绕组的第一端为同名端。
9.根据权利要求7所述的电源电路，其特征在于，还包括第三滤波电容；
所述第三滤波电容的第一端与所述正极输入端电连接，所述第三滤波电容的第二端与所述负极输入端电连接。
10.一种柔性直流输电系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电源电路。
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