CN118100183A - 供电系统及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种供电系统及电子设备。该供电系统包括整流电路模块、直流连接母线模块及电压输出电路模块，整流电路模块与外部电源连接，用于将外部电源的交流电流进行校正并整流形成直流电流；直流连接母线模块与整流电路模块连接，用于对直流电流进行存储，并输出直流电压；电压输出电路模块与直流连接母线模块连接，用于将直流连接母线模块的直流电压转换为三相交流电压、单相交流电压及目标直流电压中的至少任一者进行输出。本申请的供电系统通过直流连接母线模块作为电能中转，以使得输出电能的电压输出电路模块输出的交流电压和/或直流电压稳定可调，不受整流电路模块交流侧的波动影响。

Description

供电系统及电子设备

技术领域

本申请涉及供电技术领域，具体涉及一种供电系统及电子设备。

背景技术

随着电力电子器件及其控制技术的发展进步，电子设备对供电系统输入电力的质量和电压的稳定性的要求也随之提高。

电子设备以医疗设备为例，医疗设备中的医疗成像设备在医学应用中用于获取人体组织的图像，它包括多个子系统需要不同的电压种类和电平，包括交流、直流、高压、低压、恒定电压及梯度电压等等，此外，医疗成像设备的供电系统还需要处理不同地理区域的多个电压电平和频率。

在现有技术中，为了满足上述要求，传统的医疗成像设备的供电系统需要根据输入电压等级及频率的不同(例如，不同国家的电压标准以及50Hz或60Hz)而作调整，这种变压器往往要做成多输入抽头，铁芯材料也要做成适应不同电压和频率的大小，这样对系统设计必然造成不便和不必要的浪费。另外，这种基于传统电力变压器的供电系统因为缺乏有效的反馈调整控制机制，它的输出电压(无论是交流还是直流)会随着输入电压的变化而波动，对医疗成像设备造成不利的影响。

发明内容

本申请提出了一种供电系统及电子设备，旨在解决上述的问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种供电系统，该供电系统包括整流电路模块、直流连接母线模块及电压输出电路模块，整流电路模块与外部电源连接，用于将外部电源的交流电流进行校正并整流形成直流电流；直流连接母线模块与整流电路模块连接，用于对直流电流进行存储，并输出直流电压；电压输出电路模块与直流连接母线模块连接，用于将直流连接母线模块的直流电压转换为三相交流电压、单相交流电压及目标直流电压中至少任一者进行输出。

其中，直流连接母线模块包括直流连接母线及外部电源输入接口，直流连接母线分别与整流电路模块及电压输出电路模块连接，用于对直流电流进行存储，并输出直流电压；外部电源输入接口与直流连接母线连接，用于与其他外部直流电源连接。

其中，整流电路模块包括三相功率因数校正电路及控制电路，三相功率因数校正电路用于将外部电源的交流电流进行校正并整流形成直流电流；控制电路与三相功率因数校正电路连接，用于利用数字信号处理方式来实现对三相功率因数校正电路进行控制。

其中，电压输出电路模块包括三相交流电压输出模块、单相交流电压输出模块及直流电压输出模块，三相交流电压输出模块与直流连接母线模块连接，用于将直流电压转换为三相交流电压进行输出；单相交流电压输出模块与直流连接母线模块连接，用于将直流电压转换为单相交流电压进行输出；直流电压输出模块与直流连接母线模块连接，用于将直流电压转换为目标直流电压进行输出。

其中，直流连接母线模块包括第一直流连接母线、第二直流连接母线及外部电源输入接口，整流电路模块包括第一三相功率因数校正电路、第二三相功率因数校正电路及控制电路；第一三相功率因数校正电路与第一直流连接母线连接，三相交流电压输出模块及单相交流电压输出模块与第一直流连接母线；第二三相功率因数校正电路与第二直流连接母线连接，直流电压输出模块与第二直流连接母线。

其中，三相交流电压输出模块包括三相直流转交流变换器、第一交流滤波器及三相交流输出电路，三相直流转交流变换器与直流连接母线连接，用于将直流连接母线的直流电压转换为三相交流电压；第一交流滤波器与三相交流转交流变换器连接，用于对三相交流电压进行滤波；三相交流输出电路与第一交流滤波器连接，用于输出三相交流电压。

其中，单相交流电压输出模块包括单相直流转交流变换器、第二交流滤波器及单相交流输出电路，单相直流转交流变换器与直流连接母线连接，用于将直流连接母线的直流电压转换为单相交流电压；第二交流滤波器与单相交流转交流变换器连接，用于对单相交流电压进行滤波；单相交流输出电路与第二交流滤波器连接，用于输出单相交流电压。

其中，直流电压输出模块包括直流转直流变换器、直流滤波器及直流输出电路，直流转直流变换器与直流连接母线连接，用于将直流连接母线的直流电压转换为目标直流电压；直流滤波器与直流转直流变换器连接，用于对目标直流电压进行滤波；直流输出电路与直流滤波器连接，用于输出目标直流电压。

其中，供电系统还包括交流输入及保护电路模块，交流输入及保护电路模块包括交流输入子模块、隔离开关子模块、浪涌保护子模块、电磁干扰子模块及输入限流子模块，交流输入子模块与外部电源连接，用于接收外部电源的交流输入；隔离开关子模块与交流输入子模块连接，用于保护供电系统的正常运行；浪涌保护子模块与隔离开关子模块连接，用于避免外部电源的浪涌电压或电流的损害；电磁干扰子模块与浪涌保护子模块连接，用于抑制电磁干扰；输入限流子模块与电磁干扰子模块连接，用于对外部电源输入的交流电流起限流作用。

其中，供电系统还包括DC/DC高频隔离变压器模块，DC/DC高频隔离变压器模块分别与直流连接母线模块及电压输出电路模块连接，用于将直流连接母线模块的直流电压调节成电压输出电路模块所需要的直流电压水平。

其中，供电系统还包括输出监控模块和接地故障保护模块，输出监控模块与DC/DC高频隔离变压器模块连接，用于对DC/DC高频隔离变压器模块输出的电压电流进行监控，接地故障保护模块与电压输出电路模块连接，用于对电压输出电路模块输出的直流电压进行接地故障监控。

其中，供电系统还包括中央保护和故障监控处理模块，中央保护和故障监控处理包括中央管理子模块及外部通信接口，中央管理子模块用于为实时监控供电系统的状态和安全，并在发生故障时快速准确地执行保护任务；外部通信接口与中央管理子模块连接，用于使中央管理子模块与外部进行通信。

其中，供电系统还包括内部辅助电源模块，内部辅助电源模块与中央管理子模块连接，用于为中央管理子模块提供安全的内部电源保障。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种电子设备，该电子设备包括上述任意一项的供电系统。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请供电系统包括整流电路模块、直流连接母线模块及电压输出电路模块，整流电路模块与外部电源连接，用于将外部电源的交流电流进行校正并整流形成直流电流；直流连接母线模块与整流电路模块连接，用于对直流电流进行存储，并输出直流电压；电压输出电路模块与直流连接母线模块连接，用于将直流连接母线模块的直流电压转换为三相交流电压、单相交流电压及目标直流电压中至少任一者进行输出。本申请的供电系统通过直流连接母线模块作为电能中转，以使得输出电能的电压输出电路模块输出的交流电压和/或直流电压稳定可调，不受整流电路模块交流侧的波动影响；且本申请通过电压输出电路模块对直流连接母线模块的直流电压进行转换得到交流电压和/或直流电压，能够取代传统供电系统的多抽头结构，能够节约成本。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于说明本申请的技术方案。

图1是本申请供电系统第一实施例的结构示意图；

图2是本申请供电系统第二实施例的结构示意图；

图3是本申请三相功率因数校正电路第一实施例的电路结构示意图；

图4是本申请三相功率因数校正电路第二实施例的电路结构示意图；

图5是本申请三相功率因数校正电路第三实施例的电路结构示意图；

图6是本申请三相直流转交流变换器第一实施例的电路结构示意图；

图7是本申请三相直流转交流变换器第二实施例的电路结构示意图；

图8是本申请三相直流转交流变换器第三实施例的电路结构示意图；

图9是本申请单相直流转交流变换器第一实施例的电路结构示意图；

图10是本申请单相直流转交流变换器第二实施例的电路结构示意图；

图11是本申请单相直流转交流变换器第三实施例的电路结构示意图；

图12是本实施例供电系统第三实施例的结构示意图；

图13是本申请DC/DC高频隔离变压器第一实施例的电路结构示意图；

图14是本申请DC/DC高频隔离变压器第二实施例的电路结构示意图；

图15是本申请DC/DC高频隔离变压器第三实施例的电路结构示意图；

图16是本申请DC/DC高频隔离变压器第四实施例的结构示意图；

图17是本申请电子设备一实施例的结构示意图。

标记说明：供电系统100，整流电路模块10，三相功率因数校正电路11，控制电路12，第一三相功率因数校正电路13，第二三相功率因数校正电路14，直流连接母线模块20，直流连接母线21，外部电源输入接口22，第一直流连接母线23，第二直流连接母线24，电压输出电路模块30，三相交流电压输出模块31，三相直流转交流变换器311，第一交流滤波器312，三相交流输出电路313，单相交流电压输出模块32，单相直流转交流变换器321，第二交流滤波器322，单相交流输出电路323，直流电压输出模块33，直流转直流变换器331，直流滤波器332，直流输出电路333，交流输入及保护电路模块40，交流输入子模块41，隔离开关子模块42，浪涌保护子模块43，电磁干扰子模块44，输入限流子模块45，DC/DC高频隔离变压器模块50，输出监控模块60，接地故障保护模块70，中央保护和故障监控处理模块80，中央管理子模块81，外部通信接口82，内部辅助电源模块90，电子设备200。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

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；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

随着电力电子器件及其控制技术的发展进步，电子设备对供电系统输入电力的质量和电压的稳定性的要求也随之提高。

电子设备以医疗设备为例，医疗设备中的医疗成像设备在医学应用中用于获取人体组织的图像，它包括多个子系统需要不同的电压种类和电平，包括交流、直流、高压、低压、恒定电压及梯度电压等等，此外，医疗成像设备的供电系统还需要处理不同地理区域的多个电压电平和频率，需要提供负载与交流电源的电流隔离及保护设备免受接地故障的影响。

在现有技术中，为了满足上述要求，传统的医疗成像设备的供电系统需要根据输入电压等级及频率的不同(例如，不同国家的电压标准以及50Hz或60Hz)而作调整，这种变压器往往要做成多输入抽头，铁芯材料也要做成适应不同电压和频率的大小，这样对系统设计必然造成不便和不必要的浪费。另外，这种基于传统电力变压器的供电系统因为缺乏有效的反馈调整控制机制，它的输出电压(无论是交流还是直流)会随着输入电压的变化而波动，对医疗成像设备造成不利的影响。

此外，现有的医疗设备的供电系统也还存在其他缺点，比如体积、重量、空载损耗较大；供电系统变压器的原边副边都容易被故障和干扰影响，输入侧不想要的特性(例如电压跌落)会反映到输出波形中；且交流输出电压频率固定不可调，没有变频调速功能等。

为了解决上述问题，本申请首先提出一种供电系统，请参阅图1，图1是本申请供电系统第一实施例的结构示意图，如图1所示，在本实施例中，本实施例的供电系统100包括整流电路模块10、直流连接母线模块20及电压输出电路模块30。

如图1所示，整流电路模块10与外部电源连接，用于将外部电源的交流电流进行校正并整流形成直流电流；直流连接母线模块20与整流电路模块10连接，用于对直流电流进行存储，并输出直流电压；电压输出电路模块30与直流连接母线模块20连接，用于将直流连接母线模块20的直流电压转换为三相交流电压、单相交流电压及目标直流电压中至少任一者进行输出。

在本实施例中，整流电路模块10可以包括三相功率因数校正电路，其中三相功率因数校正电路包括三相整流电路模块及主动功率因数校正电路，这部分电路在本实施例中具有三个作用，一是把外部电源的三相交流整流成直流以形成直流母线并调节控制母线电压；二是把外部电源的交流侧的输入电流校正成接近正弦从而达到提高功率因数的目的；三是在外部电源三相输入不对称的情况下整流电路模块10的锁相环可以做输入三相电压的正负序分解从而保证电流不含负序成分进一步提高电能质量。

直流连接母线模块20包括直流连接母线，在本实施例中可以理解为整个供电系统100的输入和输出的连接纽带，也是能量转换的中转站、缓冲区或蓄水池，它是供电系统100内部的公共接口。

电压输出电路模块30在本实施例中包括三相交流电压输出模块、单相交流电压输出模块及直流电压输出模块中至少任一者，三相交流电压输出模块主要是把直流电压调制转换成三相交流电压；单相交流电压输出模块主要是把直流电压调制转换成单相交流电压；直流电压输出模块在本实施例中主要是进一步把直流电压变换成目标直流电压，以准确地输出目标直流电压。

区别于现有技术的情况，本申请供电系统100包括整流电路模块10、直流连接母线模块20及电压输出电路模块30，整流电路模块10与外部电源连接，用于将外部电源的交流电流进行校正并整流形成直流电流；直流连接母线模块20与整流电路模块10连接，用于对直流电流进行存储，并输出直流电压；电压输出电路模块30与直流连接母线模块20连接，用于将直流连接母线模块20的直流电压转换为三相交流电压、单相交流电压及目标直流电压中至少任一者进行输出。本申请的供电系统100通过直流连接母线模块20作为电能中转，以使得输出电能的电压输出电路模块30输出的交流电压和/或直流电压稳定可调，不受整流电路模块10交流侧的波动影响；且本申请通过电压输出电路模块30对直流连接母线模块20的直流电压进行转换得到交流电压和/或直流电压，能够取代传统供电系统100的多抽头结构，能够节约成本。

可选地，请参阅图2，图2是本申请供电系统第二实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例的直流连接母线模块20包括直流连接母线21及外部电源输入接口22，直流连接母线21分别与整流电路模块10及电压输出电路模块30连接，用于对直流电流进行存储，并输出直流电压；外部电源输入接口22与直流连接母线21连接，用于与其他外部直流电源连接。

其中，在本实施例中，在直流连接母线模块20中设置外部电源输入接口22可以很容易地直接或间接地接入任何其他外部直流电源或负载，从而提供更多的电源选择和冗余设计，同时通过外部电源输入接口22接入其他外部直流电源，直流连接母线21也可以很容易地转换成想要的电源输出类型。即理论上外部电源输入接口22可耦合任何直流电源，直流负载和储能设备，例如光伏太阳能，储能电容，电池模块等，这样可提供除交流电网以外的其它电源形式，从而实现供电系统100的可移动性。

在本实施例中，因为设置了直流连接母线21作为供电系统100的输入和输出的连接纽带，因此电压输出电路模块30输出的交流电压和/或直流电压便可以更加稳定也方便进行调节，且电压输出电路模块30输出的交流电压和/或直流电压不受交流侧的波动影响，例如输入电压的不对称变化，电压跌落或频率不稳定等等，但在本实施例中由于所有的输出都是通过直流母线的直流电压调制转换而来的，直流母线的电压通过控制是稳定在一个固定值上，无论输入电压的峰值和频率如何变化，而电压输出电路模块30输出的交流电压和/或直流电压都可以通过反馈控制变换来实现稳压或者可调的，精度比较高，输出更稳定。传统的供电系统的输出是随着输入的波动而变化的。本申请的供电系统100是输入输出相对隔离和独立控制，因此比传统的供电系统更具优势。

可选地，如图2所示，在本实施例中，整流电路模块10包括三相功率因数校正电路11及控制电路12，三相功率因数校正电路11用于将外部电源的交流电流进行校正并整流形成直流电流；控制电路12与三相功率因数校正电路11连接，用于利用数字信号处理方式来实现对三相功率因数校正电路11进行控制。

如前文所述，三相功率因数校正电路11不仅可以将外部电源的交流电流进行校正并整流形成直流电流，还能把外部电源的交流侧的输入电流校正成接近正弦从而达到提高功率因数，此外，还能在外部电源三相输入不对称的情况下通过三相功率因数校正电路11的锁相环可以做输入三相电压的正负序分解从而保证电流不含负序成分进一步提高电能质量。

其中，请参阅图3至图5，图3是本申请三相功率因数校正电路第一实施例的电路结构示意图，图4是本申请三相功率因数校正电路第二实施例的电路结构示意图，图5是本申请三相功率因数校正电路第三实施例的电路结构示意图。在本实施例中，三相功率因数校正电路11可以设置为图3至图5中任意一者的电路拓扑结构。在其他实施例中，三相功率因数校正电路11也可以设置为其他电路拓扑结构，只需满足上述功能即可，在此不作限定。

在本实施例中，外部电源输入的三相电压虽然是正弦波形，但输入电流波形由于整流或非线性负载是非正弦的，这时的功率因数很低，在本实施例的供电系统100通过设置三相功率因数校正电路11可以校正输入电流波形接近正弦且和电压同相，因而大大提高功率因数接近1。即本实施例的三相功率因数校正电路11除了有交流变直流转换和升压的作用外，还有一个功率因数校正的功能，虽然三相电压是正弦的，但三相输入电流不保证一定是正弦的，这是因为不同的负载类型引起的，不管怎么样，通过控制算法，例如锁相环和调制方法，使得输入的电流可以无限接近于正弦并和电压波形同相位，这样的功率因数就接近于1，从而达到校正功率因数的目的。特别的，在三相输入电压不对称的情况下，通过锁相环的正负序分解算法可以保证输入的电流只是正序同相正弦波形而不含负序分量，这样可进一步保证功率因数校正。

可选地，如图2所示，在本实施例中，电压输出电路模块30包括三相交流电压输出模块31、单相交流电压输出模块32及直流电压输出模块33，三相交流电压输出模块31与直流连接母线模块20连接，用于将直流电压转换为三相交流电压进行输出；单相交流电压输出模块32与直流连接母线模块20连接，用于将直流电压转换为单相交流电压进行输出；直流电压输出模块33与直流连接母线模块20连接，用于将直流电压转换为目标直流电压进行输出。

如前文所述，三相交流电压输出模块31主要是把直流电压调制转换成三相交流电压，同时提供一个真正的中性线以便实现有效接地系统的要求，这部分还包括调压，调频反馈控制功能，以准确地输出想要的交流电压；单相交流电压输出模块32主要是把直流电压调制转换成单相交流电压，这部分也包括调压，调频反馈控制功能，以准确地输出想要的交流电压；直流电压输出模块33在本实施例中可以设置第二级直流转直流，根据情况直流电压输出模块33可以设置成隔离的，也可以设置成非隔离的，其主要是进一步把直流电压变换成目标直流电压，这部分也包括调压反馈控制功能，以准确地输出目标直流电压。

在其他实施例中，电压输出电路模块30可以设置包括为三相交流电压输出模块31、单相交流电压输出模块32及直流电压输出模块33中至少任一者。即电压输出电路模块30可以基于实际电压需求进行设置，例如，若供电需求只需要交流电压，电压输出电路模块30则可以只设置三相交流电压输出模块31及单相交流电压输出模块32；若供电需求只需要直流电压，则电压输出电路模块30则可以只设置直流电压输出模块33。

可选地，如图2所示，在本实施例中，三相交流电压输出模块31包括三相直流转交流变换器311、第一交流滤波器312及三相交流输出电路313，三相直流转交流变换器311与直流连接母线21连接，用于将直流连接母线21的直流电压转换为三相交流电压；第一交流滤波器312与三相交流转交流变换器连接，用于对三相交流电压进行滤波；三相交流输出电路313与第一交流滤波器312连接，用于输出三相交流电压。

其中，在本实施例中，请参阅图6至图8，图6是本申请三相直流转交流变换器第一实施例的电路结构示意图，图7是本申请三相直流转交流变换器第二实施例的电路结构示意图，图8是本申请三相直流转交流变换器第三实施例的电路结构示意图。在本实施例中，三相直流转交流变换器可以设置为图6至图8中任意一者的电路拓扑结构。其中，若三相直流转交流变换器311设置为图8所示的三相四线直流转交流变换器，则可以提供一个有真正意义的中性线实现有效接地保护的功能。在其他实施例中，三相直流转交流变换器311也可以设置为其他电路拓扑结构，只需满足上述功能即可，在此不作限定。

在本实施例中，三相直流转交流变换器311优选设置为三相四线直流转交流变换器，三相四线直流转交流变换器能够有效接地系统和应对非线性和三相不平衡负载。在出现单相接地故障时，其它两相电压不会升高影响安全并且能准确判断故障并快速切断。传统的三相直流转交流变换器311一般是三线输出没有中线，当出现单相接地故障时，某一相的相电压变为零，其他两相的相电压也会变化，这样它们的相线之间的电压仍保持不变，由于没有中线，这时电压测量只能是三相的相电压，因此在这种情况下，根据电压无法判断是否出现单相接地故障，供电系统100可能会继续运行，但其他两相电压升高，对操作人员会带来伤害，对设备绝缘会带来损害。因此将三相直流转交流变换器311优选设置为三相四线直流转交流变换器，可以避免对操作人员会带来伤害，避免对设备绝缘会带来损害，同时无论是测量三相的线电压还是相电压，结合电流测量，可以很容易判断出哪一相发生了接地故障，从而满足供电系统100的有效接地要求。

此外，若三相直流转交流变换器311优选设置为三相四线直流转交流变换器，在本实施例中，则可以通过增加第四个可控开关桥臂通过调制来独立控制直流侧中点电压平衡而达到一样的有效接地的目的，在单相接地故障情况下起到和传统的供电系统100一样的有效接地作用，同时在三相负载不平衡的情况下，中线可以承载这个不平衡零序电流，保障三相逆变器仍能正常工作。

在本实施例中，三相交流输出电路313还设置有适当的测量和反馈控制，设置适当的测量和反馈控制可以轻易实现交流变频调速功能直接驱动三相感应电机，实现诸如软起动，转速控制，恒转矩控制，恒功率控制等。

可选地，如图2所示，在本实施例中，单相交流电压输出模块32包括单相直流转交流变换器321、第二交流滤波器322及单相交流输出电路323，单相直流转交流变换器321与直流连接母线21连接，用于将直流连接母线21的直流电压转换为单相交流电压；第二交流滤波器322与单相交流转交流变换器连接，用于对单相交流电压进行滤波；单相交流输出电路323与第二交流滤波器322连接，用于输出单相交流电压。

其中，在本实施例中，请参阅图9至图11，图9是本申请单相直流转交流变换器第一实施例的电路结构示意图，图10是本申请单相直流转交流变换器第二实施例的电路结构示意图，图11是本申请单相直流转交流变换器第三实施例的电路结构示意图。在本实施例中，单相直流转交流变换器321可以设置为图9至图11中任意一者的电路拓扑结构。在其他实施例中，单相直流转交流变换器321也可以设置为其他电路拓扑结构，例如单相H5逆变器或者单相H6逆变器，此外还可通过级联或并联增加电压等级和功率输出。综上所述，单相直流转交流变换器321只需满足上述功能即可，在此不作限定。

在本实施例中，单相交流输出电路323也设置有适当的测量和反馈控制，设置适当的测量和反馈控制可以更快更准确地输出想要的单相交流电压。

可选地，如图2所示，在本实施例中，直流电压输出模块33包括直流转直流变换器331、直流滤波器332及直流输出电路333，直流转直流变换器331与直流连接母线21连接，用于将直流连接母线21的直流电压转换为目标直流电压；直流滤波器332与直流转直流变换器331连接，用于对目标直流电压进行滤波；直流输出电路333与直流滤波器332连接，用于输出目标直流电压。

在本实施例中，如前文所述，直流转直流变换器331可以理解为二级直流电压控制，其中，本实施例中直流输出电路333也设置有适当的测量和反馈控制，设置适当的测量和反馈控制可以更快更准确地获取目标直流电压。

可选地，请参阅图12，图12是本实施例供电系统第三实施例的结构示意图，在本实施例中，与图2实施例所不同的是，本实施例的三相交流电压输出模块31及单相交流电压输出模块32共用第一直流连接母线23及第一三相功率因数校正电路13；而直流电压输出模块33设置有独立的第二直流连接母线24及第二三相功率因数校正电路14。

如图12所示，直流连接母线模块20包括第一直流连接母线23、第二直流连接母线24及外部电源输入接口22，整流电路模块10包括第一三相功率因数校正电路13、第二三相功率因数校正电路14及控制电路12；第一三相功率因数校正电路13与第一直流连接母线23连接，三相交流电压输出模块31及单相交流电压输出模块32与第一直流连接母线23；第二三相功率因数校正电路14与第二直流连接母线24连接，直流电压输出模块33与第二直流连接母线24。

其中，第一三相功率因数校正电路13及第二三相功率因数校正电路14均与控制电路12连接，由控制电路12控制，在本实施例中，控制电路12可以设置为数字信号处理(Digital Signal Processor，DSP)控制电路12。DSP控制电路12是一种利用数字信号处理方式来实现对电子设备或系统的控制的电路，它是一种能够进行快速数学运算和算法执行的微处理器，它被广泛应用于各种电子系统中，包括但不限于开关电源控制、音频设备如调音台的内部效果器、通信设备和工业控制系统。

此外，如图2所示，供电系统100的直流连接母线模块20与直流电压输出模块33之间设置有DC/DC高频隔离变压器模块50，DC/DC高频隔离变压器模块50用于将直流连接母线模块20的直流电压调节成电压输出电路模块30所需要的直流电压水平；在本实施例中，如图12所示，因直流电压输出模块33设置有独立的第二直流连接母线24及第二三相功率因数校正电路14，此时直流电压输出模块33中的直流转直流变换器331则可以进行省略设置，可通过DC/DC高频隔离变压器模块50直接将直流连接母线模块20的直流电压转换为直流电压输出模块33所需要的直流电压水平，无需设置直流转直流变换器331进行二级直流电压转换。

相较于图2实施例的供电系统100，在本实施例中，交流电压输出模块和直流电压输出模块33相对独立，其安装配置和更换更为简单。

可选地，请参阅图2及图12，基于上述实施例，在本实施例中，如图2及图12所示，在本实施例中，供电系统100还包括交流输入及保护电路模块40，交流输入及保护电路模块40包括交流输入子模块41、隔离开关子模块42、浪涌保护子模块43、电磁干扰子模块44及输入限流子模块45，交流输入子模块41与外部电源连接，用于接收外部电源的交流输入；隔离开关子模块42与交流输入子模块41连接，用于保护供电系统100的正常运行；浪涌保护子模块43与隔离开关子模块42连接，用于避免外部电源的浪涌电压或电流的损害；电磁干扰子模块44与浪涌保护子模块43连接，用于抑制电磁干扰；输入限流子模块45与电磁干扰子模块44连接，用于对外部电源输入的交流电流起限流作用。

在本实施例中，交流输入及保护电路模块40的主要作用为：在该交流输入及保护电路模块40中设置有单一三相宽电压输入接头可以适应全球电压等级；此外交流输入及保护电路模块40还设置有三相输入电压电流测量和监控，主要为防止出现过压、欠压、过流及过热等故障；隔离开关子模块42可以在发生故障的时候快速安全地断开整个供电系统100；同时在该模块中还设置有浪涌保护子模块43连接、电磁干扰子模块44及输入限流子模块45，可以防浪涌、防止冲击电流及防止电磁兼干扰等。

可选地，如图2及图12所示，在本实施例中，供电系统100还包括DC/DC高频隔离变压器模块50，DC/DC高频隔离变压器模块50分别与直流连接母线模块20及电压输出电路模块30连接，用于将直流连接母线模块20的直流电压调节成电压输出电路模块30所需要的直流电压水平。

在本实施例中，DC/DC高频隔离变压器模块的作用主要为两个，一是通过高频变压器隔离原边和副边；二是把直流母线电压进一步调节成需要的直流电压水平。其中，在本实施例中，如图2及图12所示，DC/DC高频隔离变压器模块可以设置有对应数量的DC/DC高频隔离变压器，对应于三相交流电压输出模块31、单相交流电压输出模块32及直流电压输出模块33，在其他实施例中，也可以设置一个具有原边多个副边的DC/DC高频隔离变压器，在此不作限定。

此外，在本实施例中，本实施例设置了DC/DC高频隔离变压器可以减小了隔离变压器的尺寸和重量，要求的隔离变压器的铁芯和绕组的尺寸急剧下降。整体隔离变压器的尺寸和频率f之间的关系是反比关系，它们可以近似为Ac×Aw∝S/(Bm×J×f)，其中，S是输出视在功率，Bm是峰值磁通密度，J是导体的电流密度，Ac是磁芯面积，而Aw是窗口面积；因此频率越高，变压器尺寸越小，在本实施例中，隔离变压器的尺寸和工作频率成反比，50Hz的工频变压器如果工作在50KHz时它的体积可减小1000倍，即在各维度上减小10倍，这样可大大减小供电系统100的体积和重量。

其中，在本实施例中，请参阅图13至图15，图13是本申请DC/DC高频隔离变压器第一实施例的电路结构示意图，图14是本申请DC/DC高频隔离变压器第二实施例的电路结构示意图，图15是本申请DC/DC高频隔离变压器第三实施例的电路结构示意图。在本实施例中，DC/DC高频隔离变压器可以设置为图13至图15中任意一者的电路拓扑结构。在其他实施例，DC/DC高频隔离变压器还可以拥有其它的拓扑形式，例如双有源桥DC/DC变换器或者双向电流倍增隔离变换器，DC/DC高频隔离变压器还可通过级联或并联增加电压等级和功率输出，在此不作限定。

此外，请参阅图16，图16是本申请DC/DC高频隔离变压器第四实施例的结构示意图，如图16所示，本实施例的DC/DC高频隔离变压器也可以设置为如图16所示的4种拓扑结构。其中，TypeA是单级结构，TypeB和TypeC是二级结构，Type D是三级结构。若供电系统100是应用于医疗设备时，DC/DC高频隔离变压器则优选设置为Type D的拓扑结构，但在一定程度上Type A、Type B及Type C也能实现类似的功能和目的，在此不作限定。

可选地，如图2及图12所示，在本实施例中，供电系统100还包括输出监控模块60和接地故障保护模块70，输出监控模块60与DC/DC高频隔离变压器模块50连接，用于对DC/DC高频隔离变压器模块50输出的电压电流进行监控，接地故障保护模块70与电压输出电路模块30连接，用于对电压输出电路模块30输出的直流电压进行接地故障监控。

在本实施例中，输出监控模块60可以对输出的电压电流进行实时监控；接地故障保护模块70设置有保护开关断路器，此外在其他实施例中，接地故障保护模块70还可以设置有接地故障监控、漏电流保护、绝缘检测、短路保护及过载保护等等其他作用，在此不作限定。

区别于传统的供电系统100，传统的供电系统100的保护是通过断路器、继电器、接触器及吸合线圈等开关元器件组成的逻辑硬件电路来实现的，这些硬件电路包括过压、过流、欠压、过载、过热、漏电流、缺相、短路及接地故障等保护，检测和保护电路主要是靠机械来完成的，比较复杂，实现比较麻烦，体积和重量都比较大，成本相对也比较高，而在本申请中，本申请采用电压电流和温度的准确测量为基础，通过信号采集和中央微处理器逻辑处理以及电子控制开关来实现保护功能，可以看出保护逻辑是通过软件实现的，逻辑电路得到大大简化，同时执行机构也更节能和紧凑，体积和重量都减小，成本也会降低。

可选地，如图2及图12所示，在本实施例中，供电系统100还包括中央保护和故障监控处理模块80，中央保护和故障监控处理包括中央管理子模块81及外部通信接口82，中央管理子模块81用于为实时监控供电系统100的状态和安全，并在发生故障时快速准确地执行保护任务；外部通信接口82与中央管理子模块81连接，用于使中央管理子模块81与外部进行通信。

其中，在本实施例中，中央管理子模块81独立于系统其它电源转换器的控制器部分，但又和它们之间有通信联系完成各项任务，除了提供系统启动和关机的时序控制外，主要实时监控整个供电系统100的状态和安全，并在发生故障时快速准确地执行保护任务，例如输入输出的各种故障：过压，过流，欠压，欠流，过载，过热，缺相，接地故障，短路等等。此时，设置外部通信接口82可以让中央管理子模块81快速获取外部指令，以提高管理供电系统100的效率。

可选地，如图2及图12所示，在本实施例中，供电系统100还包括内部辅助电源模块90，内部辅助电源模块90与中央管理子模块81连接，用于为中央管理子模块81提供安全的内部电源保障。

在本实施例中，内部辅助电源模块90主要为中央管理子模块81提供电源，保护其正常工作并提供安全的内部电源保障，特别在系统失电故障状态下也能工作一定时间，它的安全性要求比其它电源高。此外，如图2及图12所示，内部辅助电源模块90可以与直流连接母线21连接，在供电系统100正常工作时，内部辅助电源模块90还可以利用直流连接母线21的直流电压为自身充电。

区别于现有技术的情况，本申请供电系统100包括整流电路模块10、直流连接母线模块20及电压输出电路模块30，整流电路模块10与外部电源连接，用于将外部电源的交流电流进行校正并整流形成直流电流；直流连接母线模块20与整流电路模块10连接，用于对直流电流进行存储，并输出直流电压；电压输出电路模块30与直流连接母线模块20连接，用于将直流连接母线模块20的直流电压转换为三相交流电压、单相交流电压及目标直流电压中至少任一者进行输出。本申请的供电系统100通过直流连接母线模块20作为电能中转，以使得输出电能的电压输出电路模块30输出的交流电压和/或直流电压稳定可调，不受整流电路模块10交流侧的波动影响；且本申请通过电压输出电路模块30对直流连接母线模块20的直流电压进行转换得到交流电压和/或直流电压，能够取代传统供电系统100的多抽头结构，能够节约成本。

此外，本申请的供电系统100为多级控制，每一级都有自己的隔离，故障保护和干扰噪声滤波处理，所以输入侧和输出侧的故障和干扰不会互相传播，例如输入电压如果有谐波成分，控制算法会有对应的电流谐波抑制功能，同时直流连接母线21有低通滤波器网络移除电压谐波成分，保证给后级的是一个稳定的直流电压，从而隔离干扰；如果输出侧发生故障，例如短路或后级电源会主动限流或切断保护不会影响前级；如果输出是非线性交流负载，输出电流不是正弦的，前级的三相功率因数校正电路11可以校正输入电流波形为正弦波，从而保证高的功率因数和提高供电质量。且本申请的供电系统100满足小于5mA的漏电流和Class B传导辐射要求，应用范围广，可以应用于医疗设备。

可选地，本申请进一步提出一种电子设备，请参阅图17，图17是本申请电子设备一实施例的结构示意图。如图17所示，本实施例的电子设备200包括上述任意一项的供电系统100。

其中，电子设备200可以为医疗设备，也可以是其他需要不同的电压种类和电平的电子设备，在此不作限定。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种供电系统，其特征在于，包括

整流电路模块，所述整流电路模块与外部电源连接，用于将所述外部电源的交流电流进行校正并整流形成直流电流；

直流连接母线模块，与所述整流电路模块连接，用于对所述直流电流进行存储，并输出直流电压；

电压输出电路模块，与所述直流连接母线模块连接，用于将所述直流连接母线模块的直流电压转换为三相交流电压、单相交流电压及目标直流电压中的至少任一者进行输出。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述直流连接母线模块包括：

直流连接母线，分别与所述整流电路模块及所述电压输出电路模块连接，用于对所述直流电流进行存储，并输出直流电压；

外部电源输入接口，与所述直流连接母线连接，用于与其他外部直流电源连接。

3.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述整流电路模块包括：

三相功率因数校正电路，用于将所述外部电源的交流电流进行校正并整流形成直流电流；

控制电路，与所述三相功率因数校正电路连接，用于利用数字信号处理方式来实现对所述三相功率因数校正电路进行控制。

4.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述电压输出电路模块包括：

三相交流电压输出模块，与所述直流连接母线模块连接，用于将所述直流电压转换为三相交流电压进行输出；

单相交流电压输出模块，与所述直流连接母线模块连接，用于将所述直流电压转换为单相交流电压进行输出；

直流电压输出模块，与所述直流连接母线模块连接，用于将所述直流电压转换为目标直流电压进行输出。

5.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，所述直流连接母线模块包括第一直流连接母线、第二直流连接母线及外部电源输入接口，所述整流电路模块包括第一三相功率因数校正电路、第二三相功率因数校正电路及控制电路；

所述第一三相功率因数校正电路与所述第一直流连接母线连接，所述三相交流电压输出模块及所述单相交流电压输出模块与所述第一直流连接母线；所述第二三相功率因数校正电路与所述第二直流连接母线连接，所述直流电压输出模块与所述第二直流连接母线。

6.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，所述三相交流电压输出模块包括：

三相直流转交流变换器，与所述直流连接母线连接，用于将所述直流连接母线的直流电压转换为所述三相交流电压；

第一交流滤波器，与所述三相交流转交流变换器连接，用于对所述三相交流电压进行滤波；

三相交流输出电路，与所述第一交流滤波器连接，用于输出所述三相交流电压。

7.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，所述单相交流电压输出模块包括：

单相直流转交流变换器，与所述直流连接母线连接，用于将所述直流连接母线的直流电压转换为所述单相交流电压；

第二交流滤波器，与所述单相交流转交流变换器连接，用于对所述单相交流电压进行滤波；

单相交流输出电路，与所述第二交流滤波器连接，用于输出所述单相交流电压。

8.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，所述直流电压输出模块包括：

直流转直流变换器，与所述直流连接母线连接，用于将所述直流连接母线的直流电压转换为所述目标直流电压；

直流滤波器，与所述直流转直流变换器连接，用于对所述目标直流电压进行滤波；

直流输出电路，与所述直流滤波器连接，用于输出所述目标直流电压。

9.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括交流输入及保护电路模块，所述交流输入及保护电路模块包括：

交流输入子模块，与所述外部电源连接，用于接收外部电源的交流输入；

隔离开关子模块，与所述交流输入子模块连接，用于保护所述供电系统的正常运行；

浪涌保护子模块，与所述隔离开关子模块连接，用于避免所述外部电源的浪涌电压或电流的损害；

电磁干扰子模块，与所述浪涌保护子模块连接，用于抑制电磁干扰；

输入限流子模块，与所述电磁干扰子模块连接，用于对所述外部电源输入的交流电流起限流作用。

10.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括DC/DC高频隔离变压器模块，所述DC/DC高频隔离变压器模块分别与所述直流连接母线模块及所述电压输出电路模块连接，用于将所述直流连接母线模块的直流电压调节成所述电压输出电路模块所需要的直流电压水平。

11.根据权利要求10所述的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括输出监控模块和接地故障保护模块，所述输出监控模块与所述DC/DC高频隔离变压器模块连接，用于对所述DC/DC高频隔离变压器模块输出的电压电流进行监控，所述接地故障保护模块与所述电压输出电路模块连接，用于对所述电压输出电路模块输出的直流电压进行接地故障监控。

12.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括中央保护和故障监控处理模块，所述中央保护和故障监控处理包括：

中央管理子模块，用于为实时监控所述供电系统的状态和安全，并在发生故障时快速准确地执行保护任务；

外部通信接口，与所述中央管理子模块连接，用于使所述中央管理子模块与外部进行通信。

13.根据权利要求12所述的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括内部辅助电源模块，所述内部辅助电源模块与所述中央管理子模块连接，用于为所述中央管理子模块提供安全的内部电源保障。

14.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-13任意一项所述的供电系统。