CN204068405U - 一种带漏电保护的直流供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于供电技术领域，公开了一种带漏电保护的直流供电系统，包括整流模块、蓄电池组和直流漏电保护电路；在直流漏电保护电路中，脱扣操作机构的脱扣器与零序电流互感器的二次绕组连接，脱扣开关与零序电流互感器的一次绕组串联并一起串联在装置的正、负输入端与正、负输出端之间；第一可控开关和第一电阻串联在正母线和地线之间，第二可控开关和第二电阻串联在负母线和地线之间。本实用新型通过在直流供电系统中加入专为直流供电系统设计的直流漏电保护电路，提高了整个系统的安全性与可靠性。

Description

一种带漏电保护的直流供电系统

技术领域

本实用新型涉及电源与不间断电源供电技术领域，特别是指一种直流供电配电系统，具体地说，是一种带有漏电保护的直流供电系统。

背景技术

从表面上看，家庭用电设备的电源都是交流电，但从其内部电路来看，大部分电路的电源输入端都有整流滤波电路，它的作用是将220V的交流电变换为310V左右的直流电，然后进一步转换成设备需要的各种直流或交流电压。

目前，家用电源均为交流电，即便是太阳能电池等自己发电的场合，也要由直流电转换为交流电来使用。但是，现在的数字家电如电视机、个人电脑、电话、打印机、手机、游戏机以及便携式音乐播放器等基本上内部都是使用直流电来工作，因此需要通过转换电路把交流转换为直流，这样来自太阳能电池的电力，要进行直流到交流、再由交流到直流的两次转换，会产生较大的转换损失，即便是高达95％的转换效率，也有约1成的电源损耗（最后转换效率是90.25％）。特别是目前炙手可热的LED照明，是需要以直流电源驱动的（以交流供电的LED其实是由多个LED芯片组成，单个LED还是直流驱动），如果家庭引入直流供电，LED就不需要逆变器将AC转换到DC了，从成本来说也能减少不少。再者，目前光伏技术发电输出的是直流电源，须经由逆变器转换成交流电源，再以交流形式向家庭内部供电的。家电等大多数电器实际上需要经由AC适配器，将交流转换为直流后使用，因此，太阳能电力需经直流到交流、交流到直流的2次转换。

基于上述现实情况，目前已有直流供电系统投入使用，主要为不间断直流电源。现有不间断的直流供电系统，主要由整流模块和蓄电池组构成，整流模块用于将交流电整流成直流电，输出的电压为204V至292V连续可调。整流模块同时还给蓄电池充电或放电。蓄电池组包括蓄电池管理单元和至少一组蓄电池。蓄电池组作为直流供电系统的备用电力，直接与直流母线的蓄电池组连接端相连接，用于在整流模块无法工作时向用电设备持续供电力。

现有直流供电系统的不足之处在于，没有对供电系统的漏电提供保护功能。

发明内容

本实用新型的目的就是提供了一种家用直流供电系统。该系统为家庭用电设备提供直流电，系统中通过设计一种针对于直流供电系统的漏电保护装置，实现对直流供电系统的漏电保护。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种带漏电保护的直流供电系统，包括用于将交流电整流成直流电的整流模块、提供备用直流电的蓄电池组和直流漏电保护电路。

整流模块的输入端用于接交流电源，整流模块的正、负输出端分别接直流漏电保护电路的正、负输入端；蓄电池组的正、负端分别接整流模块的正、负输出端。

直流漏电保护电路正、负输出端用于接负载的正、负端，直流漏电保护电路的地线用于与负载壳体连接。

本实用新型中，所述整流模块，用于将交流电整流成直流电，输出的电压为204V至292V连续可调。整流模块还可以给蓄电池充电或放电；整流模块具有均流功能，在监控系统的配合下具有休眠功能。

整流模块包括至少一个整流单元，每个整流单元包括主电路、控制电路和辅助电源电路三部分。

主电路，包括防雷单元、EMC/EMI电路、交流滤波电路、功率变换电路、整流电路、直流－直流变换电路、直流滤波输出电路。三相交流电输入经防雷单元与EMC/EMI电路后，进行交流滤波；然后再经功率变换电路后整流输出；输出到直流－直流变换电路，最后滤波输出所需直流电。

控制电路，包括输入过欠压保护单元、限流保护电路、输出过压保护电路、短路保护电路、稳压环路、取样电路、PFC单元、PMW控制单元。其中PMW控制单元收集输入过欠压保护单元、限流保护电路、输出过压保护电路、短路保护电路、稳压环路的信号，汇总到功率变换电路中。稳压环路是从取样电路中采集信息。取样电路、短路保护电路、输出过压保护电路、限流保护电路全部从主电路中的直流滤波输出电路中采集信息。主电路中交流滤波电路的相应信息分别输送到输入过欠压保护单元和PFC单元中，同时输入过欠压保护单元里的信息也输送到PFC单元里。

辅助电源电路为控制电路提供必要的电源。

所述蓄电池组包括蓄电池管理单元和至少一组蓄电池。蓄电池组作为直流供电系统的备用电力，直接与直流母线的蓄电池组连接端相连接，用于在整流模块无法工作时向用电设备持续供电力。

所述直流漏电保护电路,用于保证直流供电系统的安全，系统某处电路发生漏电时，正负线中流过的电流就会不平衡，互感器将会感应出一个电压，从而触发脱扣器动作，断开开关，保证用电安全。

所述直流漏电保护电路包括漏电断路器、第一可控开关和至少一个第一电阻、第二可控开关和至少一个第二电阻、以及用于控制第一可控开关和第二可控开关通断的开关控制电路，所述交流漏电断路器的进线N端和L端分别接电源端正母线和负母线，出线N端和L端分别接负载端正极和负极；第一可控开关和第一电阻串联在正母线和地线之间，第二可控开关和第二电阻串联在负母线和地线之间。

作为另一种选择，直流漏电保护电路还可以包括零序电流互感器、由零序电流互感器二次绕组触发的脱扣操作机构、第一可控开关和至少一个第一电阻、第二可控开关和至少一个第二电阻、以及用于控制第一可控开关和第二可控开关通断的开关控制电路；零序电流互感器包括两组一次绕组和一组二次绕组，脱扣操作机构由脱扣器及由脱扣器驱动的脱扣开关组成，脱扣器与零序电流互感器二次绕组连接，脱扣开关与零序电流互感器的一次绕组串联并一起串联在装置的正、负输入端与正、负输出端之间；第一可控开关和第一电阻串联在正母线和地线之间，第二可控开关和第二电阻串联在负母线和地线之间。

所述开关控制电路包括两个控制信号输出端，分别接第一可控开关的控制端和第二可控开关的控制端。

所述可控开关可以是任何能够通过电路控制导通和断开的开关装置或元件，可以选用继电器、三极管、光电耦合器等，其中优选光电耦合器。

为了避免发生正负母线之间直接通过第一电阻和第二电阻连通的情况，对其的通断控制优选采用交错通断的方法，即当正母线和地之间的开关闭合时，负母线和地之间的开关断开，当正母线和地之间的开关断开时，负母线和地之间的开关闭合。控制开关通断的频率适宜在40Hz~60Hz的频率范围内，尤其优选为交流供电系统中交流电的频率——50Hz。

所述开关控制电路提供两个固定频率的开关信号，分别输出到第一可控开关和第二可控开关的控制端。

所述开关控制电路可以由555定时器配合外围辅助电路实现，具体为：开关控制电路包括555定时器，555定时器的3脚输出一个频率固定的方波信号，分两条线路分别连接到两个所述可控开关的控制端，其中一条线路中串连一反向器。

所述开关控制电路也可以由微控制器配合外围辅助电路实现，具体为：所述开关控制电路包括微控制器，所述微控制器产生两个频率固定的高低电平相反的方波信号，经过控制器的两个输出接口分别输出到两个可控开关的控制端。

本实用新型通过在直流供电系统中加入专为直流供电系统设计的直流漏电保护电路，提高了整个系统的安全性与可靠性。

附图说明

图1为本实用新型直流供电系统的原理图。

图2为本实用新型直流供电系统中整流模块结构框图。

图3为本实用新型直流供电系统中漏电保护装置原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

参照图1，本实用新型提供一种家用直流供电系统，包括整流模块、蓄电池组和漏电保护装置，整流模块的输入端接220V交流电，整流模块的输出端分别接蓄电池组的输入端和漏电保护装置的输入端，漏电保护装置的输出端接各种负载设备。

整流模块输出标称电压为240V，实际电压为270V，工作电压范围为204V至292V，连续可调。

从图1中可以看出，蓄电池组包括至少一组蓄电池。蓄电池组作为家用直流供电系统的备用电力，直接与直流母线的蓄电池组连接端相连接，用于在整流模块无法工作时向用电设备持续供电力。

参照图2，整流模块，用于将交流电整流成直流电，输出的电压为204V至292V连续可调。整流模块还可以给蓄电池充电或放电；整流模块具有均流功能，在监控系统的配合下具有休眠功能。

整流模块包括至少一个整流单元，每个整流单元包括主电路、控制电路和辅助电源电路三部分。

主电路，包括防雷单元、EMC/EMI电路、交流滤波电路、功率变换电路、整流电路、直流－直流变换电路、直流滤波输出电路。其电路连接为防雷单元的输入端接220V交流市电，输出端接EMC/EMI电路的输入端，EMC/EMI电路的输出端接交流滤波电路的输入端，交流滤波电路的输出端接功率变换电路的输入1端，功率变换电路的输出端接整流电路的输入端，整流电路的输出端接直流-直流变换电路的输入端，直流-直流变换电路的输出端接直流滤波输出电路的输入端。其功能为三相交流电输入经防雷单元与EMC/EMI电路后，进行交流滤波；然后再经功率变换电路后整流输出；输出到直流－直流变换电路，最后滤波输出所需直流电。

控制电路，包括输入过欠压保护单元、限流保护电路、输出过压保护电路、短路保护电路、稳压环路、取样电路、PFC单元、PMW控制单元。其电路连接为交流滤波电路的输出1端接输入过欠压保护单元的输入端，输入过欠压保护单元输出1端接PFC单元的输入端，输出2端接PMW控制单元的输入1端，PFC单元的输入端接交流滤波电路的输出2端，PMW控制单元的输出端接功率变换电路的输入2端，PMW控制单元的输入2端接输出过压保护电路的输出端，PMW控制单元的输入3端接限流保护电路的输出端，PMW控制单元的输入4端接短路保护电路的输出端，PMW控制单元的输入5端接稳压环路的输出端，稳压环路的输入端接取样电路的输出端，取样电路的输入端接直流滤波输出电路的输出1端，短路保护电路的输入端接直流滤波输出电路的输出2端，限流保护电路的输入端接直流滤波输出电路的输出3端，输出过压保护电路的输入端接直流滤波输出电路的输出4端，其中PMW控制单元收集输入过欠压保护单元、限流保护电路、输出过压保护电路、短路保护电路、稳压环路的信号，汇总到功率变换电路中。稳压环路是从取样电路中采集信息。取样电路、短路保护电路、输出过压保护电路、限流保护电路全部从主电路中的直流滤波输出电路中采集信息。主电路中交流滤波电路的相应信息分别输送到输入过欠压保护单元和PFC单元中，同时输入过欠压保护单元里的信息也输送到PFC单元里。

辅助电源电路是为控制电路提供必要的电源，其电路连接为辅助电源电路输入端接直流滤波输出电路的输出5端。

参照图3，直流漏电保护电路，该直流漏电保护电路包括两个输入端、两个输出端和地，两个输入端包括为正输入端和负输入端，两个输出端包括正输出端和负输出端，其正输入端和地之间串联一个电阻R1和一个可被控制的开关S1，负输入端和地之间也串联一个电阻R2和一个可被控制的开关S2，两个输入端串联一个作为脱扣开关的双刀开关后穿过互感器与两个输出端连接，互感器的二级绕组通过脱扣器与双刀开关连接，该装置通过控制电路来控制开关S1和开关S2的闭合和断开，来实现正负输入端和地之间连接和断开。为了避免发生正负输入端之间直接通过两个电阻相连的情况，本实用新型在对开关控制的过程中采用交叉通断的方法，即当正输入端和地之间的开关S1闭合时，负输入端和地之间的开关S2断开，当正输入端和地之间的开关S1断开时，负输入端和地之间的开关S2闭合。

电阻Rx+和Rx-表示当系统中发生漏电现象时，正负输出端对地的等效电阻。当负载正端发生接地，即电阻Rx+存在时，漏电流通过正输出端、电阻Rx+、电阻R2流入负输入端；当负载负端发生接地，即电阻Rx-存在时，漏电流通过正输入端、电阻R1、电阻Rx-流入负输入端。由于正负输入端和地之间的电阻是以固定频率在变换着连接和断开的状态，所以不管负载端哪一极发生接地，通过漏电断路器的漏电电流始终是一个固定频率的交流电流，直流漏电保护电路就可以识别出直流供电系统是否发生漏电，实现漏电保护的功能。

Claims (10)

1.带漏电保护的直流供电系统，其特征在于，包括用于将交流电整流成直流电的整流模块、提供备用直流电的蓄电池组和直流漏电保护电路；

整流模块的输入端用于接交流电源，正、负输出端分别接直流漏电保护电路的正、负输入端及蓄电池组的正、负端；直流漏电保护电路正、负输出端用于接负载的正、负端，直流漏电保护电路的地线用于与负载壳体连接；

直流漏电保护电路包括零序电流互感器、由零序电流互感器二次绕组触发的脱扣操作机构、第一可控开关和至少一个第一电阻、第二可控开关和至少一个第二电阻、以及用于控制第一可控开关和第二可控开关通断的开关控制电路；脱扣操作机构的脱扣器与零序电流互感器的二次绕组连接，脱扣开关与零序电流互感器的一次绕组串联并一起串联在装置的正、负输入端与正、负输出端之间；第一可控开关和第一电阻串联在正母线和地线之间，第二可控开关和第二电阻串联在负母线和地线之间。

2.根据权利要求1所述的带漏电保护的直流供电系统，其特征在于，所述整流模块包括至少一个整流单元，每个整流单元包括主电路、控制电路和辅助电源电路三部分；主电路，包括防雷单元、EMC/EMI电路、交流滤波电路、功率变换电路、整流电路、直流－直流变换电路、直流滤波输出电路；三相交流电输入经防雷单元与EMC/EMI电路后，进行交流滤波；然后再经功率变换电路后整流输出；输出到直流－直流变换电路，最后滤波输出所需直流电；控制电路，包括输入过欠压保护单元、限流保护电路、输出过压保护电路、短路保护电路、稳压环路、取样电路、PFC单元、PMW控制单元；PMW控制单元收集输入过欠压保护单元、限流保护电路、输出过压保护电路、短路保护电路、稳压环路的信号，汇总到功率变换电路中；稳压环路是从取样电路中采集信息；取样电路、短路保护电路、输出过压保护电路、限流保护电路全部从主电路中的直流滤波输出电路中采集信息；主电路中交流滤波电路的相应信息分别输送到输入过欠压保护单元和PFC单元中，同时输入过欠压保护单元里的信息也输送到PFC单元里；辅助电源电路是为控制电路提供必要的电源。

3.根据权利要求1所述的带漏电保护的直流供电系统，其特征在于，所述可控开关为继电器、三极管、光电耦合器中任一种。

4.根据权利要求1所述的带漏电保护的直流供电系统，其特征在于，所述开关控制电路包括两个控制信号输出端，分别接第一可控开关的控制端和第二可控开关的控制端。

5.根据权利要求1所述的带漏电保护的直流供电系统，其特征在于，两个所述可控开关交错通断。

6.根据权利要求1所述的带漏电保护的直流供电系统，其特征在于，两个所述可控开关按50Hz的固定频率交错通断。

7.根据权利要求1所述的带漏电保护的直流供电系统，其特征在于，所述开关控制电路包括555定时器，555定时器的3脚输出一个频率固定的方波信号，分两条线路分别连接到两个所述可控开关的控制端，其中一条线路中串连一反向器。

8.根据权利要求1所述的带漏电保护的直流供电系统，其特征在于，所述开关控制电路包括微控制器，所述微控制器产生两个频率固定的高低电平相反的方波信号，经过控制器的两个输出接口分别输出到两个可控开关的控制端。

9.带漏电保护的直流供电系统，其特征在于，包括用于将交流电整流成直流电的整流模块、提供备用直流电的蓄电池组和直流漏电保护电路；

整流模块的输入端用于接交流电源，正、负输出端分别接直流漏电保护电路的正、负输入端及蓄电池组的正、负端；直流漏电保护电路的正、负输出端用于接负载的正、负端，直流漏电保护电路的地线用于与负载壳体连接；

直流漏电保护电路包括漏电断路器、第一可控开关和至少一个第一电阻、第二可控开关和至少一个第二电阻、以及用于控制第一可控开关和第二可控开关通断的开关控制电路，所述交流漏电断路器的进线N端和L端分别接电源端正母线和负母线，出线N端和L端分别接负载端正极和负极；第一可控开关和第一电阻串联在正母线和地线之间，第二可控开关和第二电阻串联在负母线和地线之间。

10.根据权利要求9所述的带漏电保护的直流供电系统，其特征在于，所述开关控制电路包括两个控制信号输出端，分别接第一可控开关的控制端和第二可控开关的控制端。