CN202818129U - 一种dsp控制的可调式大功率分布式直流电源 - Google Patents
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Abstract
一种DSP控制的可调式大功率分布式直流电源，包括正常供电电路、后备供电电路和DSP控制单元，所述正常供电电路包括整流模块和降压模块，整流模块将交流电压变换成直流高压，并输送到降压模块的输入端，降压模块的输出端连接负载；所述后备供电电路包括依次串接的充电电路、电池组、升压模块，充电电路的输入端连接所述降压模块的输出端，升压模块的输出端连接负载；所述DSP控制单元分别控制充电电路、降压模块和升压模块工作。所述直流电源电路结构设计优良、生产成本低，其功率在100W～1500W范围内连续可调，市场应用范围更广。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种直流电源，尤其涉及一种DSP控制的可调式大功率分布式直流电源。
背景技术
在发电站、变电站等场所内，往往布置有开关柜、配电柜、继电保护柜、自动化控制柜等各种电气功能柜，这些电气功能柜都需要直流电源为其供电。现有的应用于上述电力场所的分布式直流电源，由于占用空间小、重量轻、成本低的优点，而具有一定的市场范围。
中国发明专利授权公告号为“CN1278468C”的专利文件中公开了一种分布式直流电源装置，如图1所示，由AC/DC变换单元、DC/DC变换单元和CPU单片机管理单元组成。正常供电时，AC/DC变换单元将220V交流电转换成12V直流电，并输送到DC/DC变换单元输入端，经DC/DC变换单元变换成220V直流电供系统的经常性负载使用；外部断电时，蓄电池提供12V直流电并输送到DC/DC变换单元输入端，经DC/DC变换单元变换成220V直流电供系统的经常性负载使用；而系统的冲击性负载始终由蓄电池提供能量。
该专利文件中的分布式直流电源装置采用12V直流电压作为中间电压，即AC/DC变换单元的输出电压、DC/DC变换单元输入电压、蓄电池的放电电压均为12V直流电压。由于该中间电压为一低电压等级，相应的，流过元件的电流较大，造成元件发热量大，从而使电源功率受到限制。这种经过两次较大梯度的电压等级的变换，其功率损耗大并导致电源效率低。
根据上述分布式直流电源装置的电路结构，为提升电源功率，在中间电压提升有限的限制下，唯有通过提升元件对大电流的承受能力和散热能力，即对整个电路元件进行调整，势必加大变换单元及电源体积，且成本大幅增加，无法适应市场需求。
此外，上述分布式直流电源装置还存在如下缺陷：
（1）即使在外部交流电正常时，蓄电池仍需为系统的冲击性负载供电，降低了蓄电池的使用寿命。
（2）无论采用外部交流电供电还是蓄电池供电，都必须经过DC/DC变换单元实现为负载供电，一旦DC/DC变换单元出现损坏，将导致整个系统中断，无法为负载供电，可靠性大大降低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种大功率分布式直流电源，同时维持生产成本不大幅提高且电源可靠性增强。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种DSP控制的可调式大功率分布式直流电源，包括正常供电电路、后备供电电路和DSP控制单元。
所述正常供电电路包括整流模块和降压模块，其中，整流模块将交流电压变换成直流高压，并输送到降压模块的输入端，降压模块的输出端连接负载；
所述后备供电电路包括依次串接的充电电路、电池组和升压模块，其中，充电电路的输入端连接所述降压模块的输出端，升压模块的输出端连接负载；
所述DSP控制单元分别控制降压模块、充电电路和升压模块工作。
进一步的，所述整流模块和所述降压模块之间还串接一PFC电路，所述DSP控制单元控制所述PFC电路工作。
进一步的，所述升压模块和负载之间还串接一零切换电路，所述DSP控制单元控制所述零切换电路工作。
与现有分布式直流电源相比，本实用新型具有如下优点：
（1）电路结构设计优良，在生产不同功率需求的产品时，不用改变电源电路主板，只需对降压模块和升压模块内的变压器绕组稍加更改，并变换电池组的蓄电池数量，即可实现不同输出功率的调整，大大降低了生产成本。本实用新型的输出功率在100W～1500W范围内方便可调，市场应用范围更广。
（2）在电力变换过程中，只经过一次电压等级相差不大的变换，减少了元件自身的功耗，同时通过PFC电路进行功率因数调整，电源效率较高，可提升至95%以上。
（3）外部交流电源正常时，无需启用后备供电电路为冲击性负载或其他较大功率需求供电，有效避免了电池组的频繁使用，延长了电池的使用寿命。
（4）正常供电电路的输出和后备供电电路的输出为并联方式，后备供电电路可独立为负载供电，在降压模块损坏时，仍可向负载供电，提高了系统的可靠性。
附图说明
图1为现有分布式直流电源工作原理图；
图2为本实用新型工作原理图；
图3为本实用新型整流模块的电路图；
图4为本实用新型PFC电路的电路图；
图5为本实用新型降压模块的电路图；
图6为本实用新型升压模块的电路图；
图7为本实用新型充电电路的电路图；
图8为本实用新型DSP控制单元的接口分布电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参见图2，本实用新型的一种DSP控制的可调式大功率分布式直流电源主要包括正常供电电路、后备供电电路和DSP控制单元。其中，
正常供电电路包括整流模块21和降压模块23，整流模块21的输入端连接外部交流电源，其输出端连接降压模块23的输入端；
后备供电电路包括依次串接的充电电路24、电池组25、升压模块26，其中，升压模块26输出端连接负载；
降压模块23设有两个输出端口，分别连接负载和充电电路24输入端，并相应输出直流电压VS和VC。
DSP控制单元28分别控制充电电路24、降压模块23和升压模块26工作。
作为较佳实施例整流模块21和降压模块23之间还可以串接一PFC电路22，通过功率因数调整以提高电源效率，并采用DSP控制单元28控制其工作。
升压模块26和负载之间还可以串接一零切换电路27，并采用DSP控制单元28控制其工作。
在正常供电的情况下，整流模块21将外部交流电（85～380VAC）转换成直流电（310VDC），该直流电通过PFC模块22进行功率因数调整后输送到降压模块23的输入端，降压模块23输出两路直流电压，一路输出VS（220VDC）为负载供电，另一路输出VC（12～96V）为电池组25充电。
由于降压模块23将310V直流高压变换成220V直流电压，其相应的输入电流较小，元件发热量小，使得本实用新型所涉及的DSP控制的可调式大功率分布式直流电源可以在较大功率下工作。而在整个电力变换过程中，只经过一次电压等级相差不大的变换，减少了元件自身的功耗，同时采用了PFC电路22进行功率因数调整，可以将电源效率提升到95%以上。
当外部交流电断电时，由于降压模块23输出端设有储能电容，降压模块23的输出电压VS呈缓慢下降趋势，当DSP控制单元28检测到VS低于180V时，立即启动内置于升压模块26内的电子开关，使电池组25输出直流电经升压模块26将电压升高至220V,为负载供电。
参见图3，本实用新型整流模块的电路图，其电路包括由电容C3、C5、变压器LF1、LF2构成的滤波电路和整流桥堆BD1两部分。其中，滤波电路用以抑制来自外部交流电源的噪声；整流桥堆BD1由4只整流硅芯片构成，用以将交流电转换成直流电，它的输出端V+输出310V直流电压。
参见图4，本实用新型PFC电路的电路图，其电路主要包括储能电感L1、开关管Q1、续流二极管D3、集成块U26和电容C5、C6。其中，储能电感L1一端连接上述整流模块输出端V+，另一端与续流二极管D3的阴极、开关管Q1的漏极连接；开关管Q1的栅极连接U26的第6、7脚，源极接地；滤波电容C5、C6并联于续流二极管D3的阳极和开关管Q1的源极之间。集成块U26的第2脚接收DSP控制单元28的输出信号，通过控制开关管Q1导通或截止，实现储能电感L1的电流直线升降，使输入电流的波形追随输入电压的波形，从而实现功率因数调整的目的。
参见图5，本实用新型降压模块的电路图，其电路包括：由高频变压器T2、晶体管Q7、Q8、二极管D4、D5构成的降压驱动电路；由开关管Q2、Q3、高频变压器Q5构成的功率变换电路；由二极管D1、D2、电感L2、电容C23构成的半桥整流谐振电路；由二极管VD22、VD23、VD24、VD25、电感L3、电容C25构成的全桥整流谐振电路；并按图5所示各定义端口接线。降压模块的输入端HV+、HV-分别接图4所示电路的同名端，并将直流电输送到功率变换电路，经过功率变换后分别输送到半桥整流谐振电路和全桥整流谐振电路，并输出相应的直流电VC和VS。上述降压驱动电路接收DSP控制单元28的输出信号，并控制开关管Q2、Q3的占空比。
参见图6，本实用新型升压模块的电路图，其电路包括：由高频变压器T1、晶体管Q6、Q9、二极管D3、D6构成的升压驱动电路；由开关管VT1、VT2、VT3、VT4、高频变压器Q10、Q12构成的功率推挽电路；由二极管VD20、VD21、VD26、VD27、电感L5、电容C26构成的全桥整流谐振电路。其中，高频变压器Q10的原边线圈与开关管VT1、VT2连接，高频变压器Q12的原边线圈与开关管VT3、VT4连接；高频变压器Q10、Q12储存的能量通过线圈耦合传送到副边，再通过整流、滤波后输出直流电压VS。升压模块的输出端VS+还串联有零切换电路27的电子开关Q11， DSP控制单元28控制控电子开关Q11导通或关断。
参见图7，本实用新型充电电路的电路图，主要包括一BUCK电路、由集成块U12构成的电流采样电路、由电阻R109和R110构成的电压采样电路、由集成块U22构成的开关管驱动电路，并按图7所示各定义端口接线。采集到的电压、电流信号送入DSP控制单元28进行分析处理，得到相应的控制信号，并输送到集成块U22，集成块U22控制开关管QC1的占空比，实现对电池组进行恒流、恒压和浮充三阶段充电。上述充电电路的输入端VC+连接图5所示电路的同名端。
参见图8 ，本实用新型DSP控制单元的接口分布电路图，DSP控制单元28采用TMS320F28023芯片，负责反馈信号的采集，并经过运算处理，产生相应的控制信号，从而对整个电源电路实行全数字控制，其各端口连接以上各电路的同名端。同时可通过RS232接口、RS485接口或CAN总线与计算机进行远程通信。
本实用新型所涉及的一种DSP控制的可调式大功率分布式直流电源，电路结构设计优良，在生产不同功率需求的产品时，不用改变电源电路主板，只需对降压模块和升压模块内的变压器绕组稍加更改，并变换电池组的蓄电池数量，即可实现不同输出功率的调整，大大降低了生产成本。电池组通常配置1～8节蓄电池，其输出功率在100W～1500W范围内方便可调，市场应用范围更广。
本实用新型所涉及的一种DSP控制的可调式大功率分布式直流电源，占用空间小，重量轻，既可壁挂式安装于墙体上，也可直接安装在开关柜内，同时具有输出功率大、效率高、成本低的优点，使其具有广阔的市场空间。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种DSP控制的可调式大功率分布式直流电源，其特征在于：包括正常供电电路、后备供电电路和DSP控制单元，所述正常供电电路包括整流模块和降压模块，其中，整流模块将交流电压变换成直流高压，并输送到降压模块的输入端，降压模块的输出端连接负载；所述后备供电电路包括依次串接的充电电路、电池组、升压模块，其中，充电电路的输入端连接所述降压模块的输出端，升压模块的输出端连接负载；所述DSP控制单元分别控制降压模块、充电电路和升压模块工作。
2.如权利要求1所述的一种DSP控制的可调式大功率分布式直流电源，其特征在于：所述整流模块和所述降压模块之间还串接一PFC电路，所述DSP控制单元控制所述PFC电路工作。
3.如权利要求1或2所述的一种DSP控制的可调式大功率分布式直流电源，其特征在于：所述升压模块和负载之间还串接一零切换电路，所述DSP控制单元控制所述零切换电路工作。
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