CN115514201A - 一种兼容同时交流和直流双输入电源装置及其控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼容同时交流和直流双输入电源装置及其控制电路，属于电源模块领域。该装置包括一交流输入模块，还包括：直流输入模块，其并联至所述交流输入模块；信号采集模块，其并联至所述交流输入模块，用于采集所述交流输入模块的电压信号；切换开关，用于根据所述电压信号控制所述直流输入模块的通断。本发明将交流输入和直流输入以一种兼容方式在同一个电源模块中实现，提高系统可靠性的同时简洁了系统配置，降低了系统配置成本。

Description

一种兼容同时交流和直流双输入电源装置及其控制电路
技术领域
本发明涉及电源模块领域，特别涉及一种兼容同时交流和直流双输入电源装置及其控制电路。
背景技术
在AC/DC电源模块应用系统中，输入电源为交流电网，在实际的应用场合如果出现电网异常，特别是电网掉电情况时，电源模块就无法工作。在可靠性要求较高的系统中，为了进一步保障电源系统的可靠性应用，有些系统中需要备份一路电源供电，这样就形成了双输入供电系统，备份电源系统有要求双输入交流备份，也有要求交流和直流双输入备份，尤其现在在电池以及新能源发电等直流系统供电的广泛应用，系统中要求交流电网和直流供电双输入电源备份应用越来越多。
目前供电系统采用较多的方案是采用两种独立电源模块，一种是交流输入电源模块，一种是直流输入电源模块，输出端并联在一起，两种输入类型模块搭配在系统中混合应用，以增强系统供电的可靠性。然而这种方案系统复杂度较高，两种电源模块的同时存在使得电源装置体积较大，系统配置难度较高。
发明内容
本发明提供一种兼容同时交流和直流双输入电源控制电路，可以解决现有技术中的供电系统配置难度较大、系统复杂度高的问题。
一种兼容同时交流和直流双输入电源装置，可以解决现有技术中的电源装置体积较大的问题。
一种兼容同时交流和直流双输入电源控制电路，包括一交流输入模块，还包括：
直流输入模块，其并联至所述交流输入模块；
信号采集模块，其并联至所述交流输入模块，用于采集所述交流输入模块的电压信号；
切换开关，用于根据所述电压信号控制所述直流输入模块的通断；其中，
当所述电压信号为过压状态时，所述切换开关控制所述直流输入模块为断开状态，所述交流输入模块用于供电；
当所述电压信号为过欠压状态时，所述切换开关控制所述直流输入模块为接通状态，所述直流输入模块用于供电。
当所述电压信号为掉电状态时，所述切换开关控制所述直流输入模块为接通状态，所述直流输入模块用于供电。
更优地，所述信号采集模块包括交流电压采集电路、掉电欠压检测电路和驱动电路，所述交流电压采集电路、所述掉电欠压检测电路和所述驱动电路串联后并联至所述交流输入模块，所述信号采集模块的输出端连接至所述切换开关的输入端。
更优地，所述交流输入模块包括依次串联的软启电路、EMI电路、整流桥和PFC电路，所述直流输入模块在所述整流桥后、所述PFC电路前并联至所述交流输入模块。
更优地，所述直流输入模块还包括DC/DC电压匹配电路。
一种兼容同时交流和直流双输入电源装置，包括上述电路结构。
本发明提供一种兼容同时交流和直流双输入电源控制电路，将交流输入和直流输入以一种兼容方式在同一个电源模块中实现，提高系统可靠性的同时简洁了系统配置，降低了系统配置成本。
本发明还提供一种兼容同时交流和直流双输入电源装置，通过将交流输入和直流输入以一种兼容方式在同一个电源模块中实现，节省了空间。
附图说明
图1为现有技术中的交流和直流备份供电系统的结构示意图；
图2为本发明提供的一种兼容同时交流和直流双输入电源装置的主架构示意图；
图3为电源功率电路结构示意图；
图4为本发明提供的一种兼容同时交流和直流双输入电源控制电路的实验线路图；
图5为带切换开关的电路结构示意图；
图6为图5中的交流电压采集电路的电路结构示意图；
图7为过压或欠压和掉电检测电路的电路结构示意图；
图8为图5中的掉电欠压检测电路的电路结构示意图；
图9为本发明另一实施例的带切换开关的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，其展示了现有技术中的供电系统的结构示意图。对于系统电路而言，其实现原理在于对于一路电网掉电，然后把另外一路输入供电电源快速接至负载端或一直备份供电起到掉电保护作用。
如图2至图5所示，其展示了本发明实施例提供的一种兼容同时交流和直流双输入电源控制电路，其包括一交流输入模块，还包括直流输入模块、信号采集模块和切换开关。
直流输入模块并联至交流输入模块；信号采集模块并联至交流输入模块，用于采集交流输入模块的电压信号；
切换开关连接在直流输入电路上，其输入端连接至信号采集模块的输出端，用于根据接收到的来自交流输入模块的电压信号控制直流输入模块的通断；其中，
当电压信号为过压状态时，切换开关控制直流输入模块为断开状态，交流输入模块用于供电；当电压信号为欠压或掉电状态时，切换开关控制直流输入模块为接通状态，直流输入模块用于供电。
进一步地，交流输入模块包括依次串联的软启电路、EMI电路、整流桥和PFC电路，直流输入模块在整流桥后、PFC电路前并联至交流输入模块。
具体的，如图4所示，两路输入分别为一路交流输入220VAC，一路直流为200VDC。电网经过软起电路，EMI滤波及整流桥后，在PFC boost电路前并联接入直流电，该直流电经过一个开关管(S1，切换开关)导通或关断控制并入系统或退出系统。开关管可以是一个二极管和Mos管组合，也可以是二个背靠背Mos管组合；
交流输入AC正常时，S1开关处于关断状态，模块输入由交流AC供电，AC瞬间掉电时，快速检测AC掉电，并开通S1，模块输入则由DC供电。
带切换开关及控制电路的交直流双输入电源结构示意如图5示，G_S1为Mos开关管驱动信号，它经过AC电压采集电路，掉电欠压检测电路及驱动电路产生。
通过信号采集模块采集交流输入模块的电压信号，当电压大于预设电压时，控制开关断开直流输入模块，由交流输入模块进行供电。而当交流输入模块电压较低或掉电时，信号采集模块检测到交流输入模块的电压过低，并将信号发送至控制开关，控制开关控制直流输入模块接通，系统由直流输入模块进行供电，从而提高了供电系统的可靠性。
具体的，如图5所示，信号采集模块包括交流电压采集电路、掉电欠压检测电路和驱动电路，交流电压采集电路、掉电&欠压检测电路和驱动电路串联后并联至交流输入模块，信号采集模块的输出端连接至切换开关的输入端。
如图6所示，其展示了交流电压采集电路的结构。对市电交流输入信号的采集是直接通过电阻分压得到，为了方便硬件电路电源的设计，在该信号的基础上叠加一个直流分量(图中这个直流电压为7.5V)。
如图7所示，其展示了电网过压时，对交流输入模块过压检测的电路结构。在得到市电输入采样信号后，将其与两个电平比较，两个电平分别为：12.7V和2.3V。若市电幅值没有过压，则Grid_samp信号经CU4A、CU4B比较器与两个电平比较后的输出为15V，再将该信号经CU5A比较器与7.5V的电平比较后输出为0的低电平信号。一旦输入市电幅值过压，则在市电正弦波幅值超过两个比较电平值时使得CU4A、CU4B比较器输出为低，而比较器393为集电极开路，所以此时容值为l00nF的电容就会马上放电，使CU4A、CU4B比较器输出电压为0。在正弦波处于两电平中间时，虽然CU4A、CU4B比较器此时应该输出l5V的高压，但是由于1M欧电阻与100nF电容组成的积分电路的积分时间常数比较大，使得在正弦波重新达到峰值时，CU4A、CU4B比较器的输出仍然没有达到CU5A同相端的基准电压7.5V，这样G_DR信号就一直输出15V的高电平，表示市电幅值过压。
如图8所示，其展示了掉电&欠压检测电路的结构。在得到市电输入采样信号后，将其与两个电平比较，两个电平分别为：7.1V和7.7V。正弦波波形出现在这两个电平之间的时间越短，表示正弦波幅值在过零点处的变化率越大，正弦波的幅值就越大；反之正弦波波形出现在这两个电平之间的时间越长，正弦波的幅值在过零点处的变化率越小，表示输入市电的幅值越小，就有可能欠压甚至出现掉电的情况。
由于在CU6A、CU6B比较器的输出电路上存在一个有10k电阻和100nF电容组成的积分电路。所以如果市电幅值没有欠压，则CU6A、CU6B比较器的输出应该是一个尖峰脉冲，但是其峰值小于CU7A同相端的输入基准电压6V，这样CU7A输出为15V的高电平，使得CU7B输出为0的低电平，表示市电输入幅值没有欠压。
一旦市电输入幅值欠压，则正弦波形出现在7.1V、7.7V电平间的时间变长，由10k欧电阻和100nF电容组成积分电路积分时间越长，则CU6A、CU6B比较器输出的尖峰电压的峰值越大，并超过CU7A同相端的输入基准电压6V，于是1uF电容马上放电，使得CU7A输出为0的低电平。即使是正弦波形有不在7.1V、7.7V电平间的部分，由于由100k电阻和luF电容组成的积分电路的积分时间常数较大，使得CU7A的输出端一直处于一种充放电的状态，而且其输出电压不会超过CU7B比较器的同相端输入基准电压4.2V，这样CU7B比较器输出15V的高电平，G_DR为高电平表示市电输入欠压。
通过以上方法，如果电网出现掉电，G_DR瞬间响应为高电平，该信号通过脉冲变压器隔离驱动MOS管S1，这样模块输入供电由直流输入模块提供。
实施例二：
在实施例一的基础上，为了提高直流输入模块的电压稳定性及扩展电路的适用广泛性，本实施例中，直流输入模块还包括DC/DC电压匹配电路，当输入直流电压匹配性能较差时，可通过DC/DC电压匹配电路实现最佳性能应用。
实施例三：
一种兼容同时交流和直流双输入电源装置，如图2所示，其包括上述电路结构，通过该种结构将交流输入模块和直流输入模块集成为一体结构，结构简单，配置方便，大大减小了设备体积。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种兼容同时交流和直流双输入电源控制电路，包括一交流输入模块，其特征在于，还包括：
直流输入模块，其并联至所述交流输入模块；
信号采集模块，其并联至所述交流输入模块，用于采集所述交流输入模块的电压信号；
切换开关，用于根据所述电压信号控制所述直流输入模块的通断；其中，
当所述电压信号为过压状态时，所述切换开关控制所述直流输入模块为断开状态，所述交流输入模块用于供电；
当所述电压信号为欠压状态时，所述切换开关控制所述直流输入模块为接通状态，所述直流输入模块用于供电。
当所述电压信号为掉电状态时，所述切换开关控制所述直流输入模块为接通状态，所述直流输入模块用于供电。
2.如权利要求1所述的一种兼容同时交流和直流双输入电源控制电路，其特征在于，所述信号采集模块包括交流电压采集电路、掉电欠压检测电路和驱动电路，所述交流电压采集电路、所述掉电欠压检测电路和所述驱动电路串联后并联至所述交流输入模块，所述信号采集模块的输出端连接至所述切换开关的输入端。
3.如权利要求1或2所述的一种兼容同时交流和直流双输入电源控制电路，其特征在于，所述交流输入模块包括依次串联的软启电路、EMI电路、整流桥和PFC电路，所述直流输入模块在所述整流桥后、所述PFC电路前并联至所述交流输入模块。
4.如权利要求3所述的一种兼容同时交流和直流双输入电源控制电路，其特征在于，所述直流输入模块还包括DC/DC电压匹配电路。
5.一种兼容同时交流和直流双输入电源装置，其特征在于，包括如权利要求3所述的电路结构。
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