CN205092789U - 一种均流带载开机装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种均流带载开机装置，包括：滤波整流电路、均流变换电路、使能端控制电路；滤波整流电路接入外部交流电，连接均流变换电路、使能端控制电路，均流变换电路连接使能端控制电路；其中，滤波整流电路包括：双刀单掷开关、滤波整流模块、第一电阻、第二电阻、第一储能电容、第二储能电容；均流变换电路包括：第一保险丝、第二保险丝、第一电源模块、第二电源模块、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第一交流耦合电容、第二交流耦合电容、负载；使能端控制电路包括：第一二极管、第二二极管、NPN三极管，第三电阻、第四电阻；该装置可以避免带载开机时的“打嗝”现象，实现均流电源模块带载正常开机。

Description

一种均流带载开机装置

技术领域

本实用新型涉及电力领域，尤指一种均流带载开机装置。

背景技术

目前在大功率的电源系统中，一般用单台电源实现大功率，会造成电应力大，给功率器件的选择、开关频率和功率密度的进一步提高带来困难，并且一旦单台电源发生故障，则导致整个系统崩溃。采用多个电源模块并联运行，并联系统中每个模块处理较小功率，解决了上述单台电源碰到的难题，提高了系统的可靠性。由于各个电源模块的外特性不一样，分担的负载电流也不均衡，承受电流多的模块可靠性大为降低。因此，并联运行的电源模块必须解决负载电流均匀分配的问题。

在重力仪器的不间断供电系统中，需要将交流电220V变换为直流28V功率800W。为了减小体积，提高可靠性，可以采用美国VICOR公司生产的功率1000W的滤波整流模块FARM2T11和2个功率400W的电源模块V300A28T400B来实现这个功能。在电源模块中，有一个双向端口PR，并联PR母线上的脉冲信号可使每个电源模块的高频开关同步工作，从而实现负载均流。这些模块具有协调和指挥的功能，即民主均流：由其中一个电源模块PR端向均流母线发送同步脉冲，母线上的其它电源模块接收这个脉冲信号作为该电源模块的高频开关脉冲，进行同步工作，实现均匀分配负载电流。

VICOR提供了两种负载均流的母线接法：第一种是交流耦合单线接口，即所有电源模块V300A28T400B的PR端通过一个1nF/500V的电容连接到一个均流母线上；第二种是变压器耦合接口，即将所有电源模块V300A28T400B的PR端通过变压器进行电隔离耦合连接到均流母线上。可参考图6A及图6B所示的电路，为现有技术的一具体均流带载开机装置的电路结构示意图，其中，滤波整流模块N1是通过EN端控制均流电源模块N2、N3的启动和关断时序，均流电源模块N2、N3的PR端通过交流耦合电容连接至一个均流母线上。

选用VICOR提供的两个400W电源模块V300A28T400B和滤波整流模块FARM2T11组成完整的800W电源系统时，不管采用上述哪一种均流方式，都存在下列的问题：用VICOR推荐的滤波整流模块FARM2T11输出的使能端EN控制均流电源模块的启动和关断时序，在电源模块的均流端PR不做任何连接时(不均流)，单个电源模块可以带不大于400W的负载开机；当两个电源模块的均流端PR做交流耦合单线或者变压器耦合的任何一种连接时(均流)，这种连接下带载开机，不管负载小于400W，还是在400W-800W之间，都会出现“开机-输出电压-关机-再开机”这种周而复始的“打嗝”现象，不能正常开机。

实用新型内容

针对上述均流电源模块带载开机时出现“打嗝”现象，无法正常开机的问题，本实用新型提出了一种改进的均流带载开机装置，克服了上述问题。

本实用新型提出的均流带载开机装置包括：滤波整流电路1、均流变换电路2、使能端控制电路3；滤波整流电路1接入外部交流电，连接均流变换电路2、使能端控制电路3，均流变换电路2连接使能端控制电路3；其中，滤波整流电路1包括双刀单掷开关、滤波整流模块、第一电阻、第二电阻、第一储能电容、第二储能电容；该双刀单掷开关分别接入外部交流电的火线L端、零线N端，另一端分别连接滤波整流模块的L管脚及N管脚，第一电阻的一端及第一储能电容的正极连接滤波整流模块的+OUT管脚，第二电阻的一端及第二储能电容的负极连接滤波整流模块的-OUT管脚，第一电阻的另一端、第二电阻的另一端、第一储能电容的负极及第二储能电容的正极连接滤波整流模块的ST管脚，+OUT管脚连接第一保险丝及第二保险丝的一端，BOK管脚连接第三电阻的一端，PE管脚接机壳；均流变换电路2包括第一保险丝、第二保险丝、第一电源模块、第二电源模块、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第一交流耦合电容、第二交流耦合电容、负载；第一电源模块的+IN管脚连接第一保险丝的另一端，+OUT管脚连接第一肖特基二极管的正极，+S管脚及第一肖特基二极管的负极连接负载的一端，-OUT管脚、-S管脚连接负载的另一端，PC管脚连接第一二极管的正极，PR管脚连接第一交流耦合电容的一端，-IN管脚接地，PE管脚接机壳，第一交流耦合电容的另一端连接均流母线；第二电源模块的+IN管脚连接第二保险丝的另一端，+OUT管脚连接第二肖特基二极管的正极，+S管脚及第二肖特基二极管的负极连接负载的一端，-OUT管脚、-S管脚连接负载的另一端，PC管脚连接第二二极管的正极，PR管脚连接第二交流耦合电容的一端，-IN管脚接地，PE管脚接机壳，第二交流耦合电容的另一端连接均流母线；使能端控制电路3包括第一二极管、第二二极管、NPN三极管，第三电阻、第四电阻；第一二极管、第二二极管的负极连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接NPN三极管的集电极，第三电阻的另一端连接NPN三极管的基极，NPN三极管的发射极接地；当双刀单掷开关合下时，第一、第二储能电容上的电压小于235V，外部交流电通过滤波整流模块内部的PTC热敏电阻限制充电电流，经过整流后给第一、第二储能电容充电，滤波整流模块的BOK管脚输出电压为高电位16V，使NPN三极管导通，通过第四电阻，第一、第二二极管分别将第一、第二电源模块的PC管脚拉为低电位，禁止第一、第二电源模块输出电压，负载上没有电压；随着给第一、第二储能电容充电，当电压大于235V时，滤波整流模块将内部的PTC热敏电阻旁路，快速地给第一、第二储能电容充电，在PTC热敏电阻旁路后300mS时刻，滤波整流模块的BOK管脚输出低电位0V，使NPN三极管截止，第一、第二电源模块的PC端不受控制，由第一、第二电源模块内部的辅助电源上拉到5.75V，延时4mS后第一、第二电源模块被使能，分别输出电压28V经过第一、第二肖特基二极管给负载供电，第一、第二电源模块中的一个电源模块通过PR管脚输出高频开关同步脉冲信号，通过第一或第二交流耦合电容至均流母线上，另一个电源模块的PR管脚通过第二或第一交流耦合电容接收该高频开关同步脉冲信号，使第一、第二电源模块均匀分配负载电流并被使能带载，相当于滤波整流模块的输出端带载，第一、第二储能电容的电压由空载到带载降低，由于BOK管脚使能第一、第二电源模块，第一、第二储能电容上的电压不会低于205V，实现均流带载开机。

进一步的，滤波整流模块的型号为FARM2T11。

进一步的，第一电源模块及第二电源模块的型号为V300A28T400B。

进一步的，第一肖特基二极管、第二肖特基二极管的型号为DSS2*121-0045。

进一步的，第一二极管、第二二极管的型号为IN4007。

进一步的，NPN三极管的型号为2SC3904。

本实用新型的均流带载开机装置使用滤波整流模块提供的输出端BOK的时序，来控制后续的均流电源模块的使能端，使滤波整流模块输出端并接的储能电容上的电压在限流热敏电阻旁路后上升到更高值以后，再使能电源模块输出电压，这样，即使均流的两个电源模块带满载800W开机，储能电容上的电压也不会降到使两个电源模块关机的205V，不会降到热敏电阻起作用的190V，这样，就避免了带载开机时的“打嗝”现象，实现均流电源模块带载正常开机。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1为本实用新型一实施例的均流带载开机装置结构示意图。

图2为本实用新型一实施例的滤波整流电路结构示意图。

图3为本实用新型一实施例的均流变换电路、使能端控制电路结构示意图。

图4为本实用新型一实施例的滤波整流模块FARM2T11结构示意图。

图5为本实用新型一实施例的滤波整流模块的开机和关机时序关系示意图。

图6A及图6B为现有技术的一具体均流带载开机装置的电路结构示意图。

具体实施方式

以下配合图示及本实用新型的较佳实施例，进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段。

图1为本实用新型一实施例的均流带载开机装置结构示意图。如图1所示，该装置包括：滤波整流电路1、均流变换电路2、使能端控制电路3；滤波整流电路1接入外部交流电，连接均流变换电路2、使能端控制电路3，均流变换电路2连接使能端控制电路3。

图2为本实用新型一实施例的滤波整流电路结构示意图，图3为本实用新型一实施例的均流变换电路、使能端控制电路结构示意图。

结合图2及图3所示，滤波整流电路1包括双刀单掷开关S1、滤波整流模块N1、电阻R1、电阻R2、储能电容C1、储能电容C4；

该双刀单掷开关S1分别接入外部交流电的火线L端、零线N端，另一端分别连接滤波整流模块N1的L管脚及N管脚，电阻R1的一端及储能电容C1的正极连接滤波整流模块N1的+OUT管脚，电阻R2的一端及储能电容C4的负极连接滤波整流模块N1的-OUT管脚，电阻R1的另一端、电阻R2的另一端、储能电容C1的负极及储能电容C4的正极连接滤波整流模块N1的ST管脚，+OUT管脚连接保险丝F1及F2的一端，BOK管脚连接电阻R3的一端，PE管脚接机壳；

均流变换电路2包括：保险丝F1、保险丝F2、电源模块N2、电源模块N3、肖特基二极管D1A、肖特基二极管D1B、交流耦合电容C2、交流耦合电容C3、负载RL；

电源模块N2的+IN管脚连接保险丝F1的另一端，+OUT管脚连接肖特基二极管D1A的正极，+S管脚及肖特基二极管D1A的负极连接负载RL的一端，-OUT管脚、-S管脚连接负载RL的另一端，PC管脚连接二极管D2的正极，PR管脚连接交流耦合电容C2的一端，-IN管脚接地，PE管脚接机壳，交流耦合电容C2的另一端连接均流母线；

电源模块N3的+IN管脚连接保险丝F2的另一端，+OUT管脚连接肖特基二极管D1B的正极，+S管脚及肖特基二极管D1B的负极连接负载RL的一端，-OUT管脚、-S管脚连接负载RL的另一端，PC管脚连接二极管D3的正极，PR管脚连接交流耦合电容C3的一端，-IN管脚接地，PE管脚接机壳，交流耦合电容C3的另一端连接均流母线；

使能端控制电路3包括二极管D2、二极管D3、NPN三极管Q1，电阻R3、电阻R4；

二极管D2、二极管D3的负极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接NPN三极管Q1的集电极，电阻R3的另一端连接NPN三极管Q1的基极，三极管Q1发射极接地。

在一具体实施例中，滤波整流模块N1的型号为FARM2T11。电源模块N2及N3的型号为V300A28T400B。肖特基二极管D1A及D1B的型号为DSS2*121-0045。二极管D2及D3的型号为IN4007。NPN三极管的型号为2SC3904。

当S1合下时，C1、C4上的电压小于235V，外部交流电通过滤波整流模块N1内部的PTC热敏电阻限制充电电流，经过整流后(滤波整流模块N1内设置有整流电路)给储能电容C1、C4充电，滤波整流模块N1的BOK管脚输出电压为高电位16V，使Q1导通，通过R4、D2、D3分别将电源模块N2、N3的PC管脚拉为低电位，禁止电源模块N2、N3输出电压，负载RL上没有电压；

随着给储能电容C1、C4充电，当C1、C4上的电压大于235V时，滤波整流模块将PTC热敏电阻旁路(设置于滤波整流模块内部)，快速地给储能电容C1、C4充电，在PTC热敏电阻旁路后300mS时刻，滤波整流模块N1的BOK管脚输出低电位0V，使Q1截止，电源模块N2、N3的PC端不受控制，由N2、N3内部的辅助电源上拉到5.75V，延时4mS后N2、N3被使能，分别输出电压28V并分别经过D1A、D1B给负载RL供电，N2、N3的PR管脚为双向端口，其中一个电源模块通过PR管脚输出高频开关同步脉冲信号，通过C2或C3至均流母线上，另一个电源模块的PR管脚通过C3或C2接收该高频开关同步脉冲信号，使N2、N3同步工作，均匀分配负载电流并被使能带载，相当于滤波整流模块N1的输出端带载，C1、C4的电压由空载到带载降低，由于BOK管脚使能N2、N3，C1、C4上的电压不会低于205V(如果低于此电压，则禁止第一、第二电源模块输出)，实现均流带载开机。

在本实施例中，N2、N3两个电源模块在运行时会自动选主，如果一个发出了同步脉冲信号，另一个会自动接收该脉冲信号，以实现同步工作，达到均匀分配负载电流的目的。

在本实施例中，滤波整流模块FARM2T11及电源模块V300A28T400B都是现有技术中成熟的模块。

为了对上述装置进行更为清楚的解释，下面结合一个具体的实施例来进行说明滤波整流模块FARM2T11及均流带载开机装置的工作原理，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本实用新型，并不构成对本实用新型不当的限定。

图4为本实用新型一实施例的滤波整流模块FARM2T11结构示意图。如图4所示，该模块由EMI滤波模块、微控制器、整流电路、PTC热敏电阻组成，可以提供EMI滤波，自变换量程的整流和开机时浪涌电流的限制。其中，微控制器可以连续检测输出电压UA，并据此输出EN和BOK信号，以便于控制均流电源模块按照一定的时序开关机；还可以控制开关S2、S3，控制PTC热敏电阻的旁路和整流电路的倍压。

图5为本实用新型一实施例的滤波整流模块的开机和关机时序关系示意图。结合图5来看，在滤波整流电路1中，当S1合下时(开机)，交流电通过滤波整流模块N1内部的PTC(正温系数)热敏电阻经过整流给储能电容C1和C4充电，PTC热敏电阻限制充电电流，当C1和C4上的电压UA对时间的斜率接近0时，电压UA充电到最大值；当UA大于200V，倍压整流不起作用，全桥整流起作用；当UA小于235V，热敏电阻不旁路，当UA大于235V，旁路电流限制的热敏电阻。

在旁路掉热敏电阻后150mS时刻，滤波整流模块N1的EN端输出高电位。在背景技术中的图6A、图6B所示的电路，利用的就是使能端EN控制均流电源模块的启动和关断时序。

在旁路掉热敏电阻后300mS时刻，滤波整流模块N1的BOK端输出低电位0V，在之前输出高电位16V，本实用新型的滤波整流模块N1是通过BOK端口控制电源模块的启动和关断时序。

在S1断开时(关机)，C1和C4上的电压通过电阻R1和R2放电。当UA小于205V时，滤波整流模块N1的BOK端输出高电位16V。当UA小于190V时，滤波整流模块N1的EN端输出低电位0V，PTC热敏电阻不旁路。

在均流变换电路2中，当N2和N3的使能端PC电压高于2.3V时，使能N2和N3，将滤波整流后的电压UA转换为直流28V输出，供给负载RL。

保险丝F1和F2提供电源模块N2和N3的输入短路容错，二极管D1A和D1B提供电源模块N2和N3的输出短路容错。

C2和C3是均流母线上的交流耦合电容，连接在电源模块N2、N3的PR端和均流母线UC上。N2和N3的PR端为双向端口，两个模块会自动选主，其中一个电源模块的PR端输出高频开关同步脉冲信号到均流母线上，另一个电源模块的PR端接收此脉冲作为该电源模块的高频开关同步脉冲信号(均流母线上UC为同步脉冲)，N2和N3使用这个脉冲作为增强功率和容错的均流信号，同步两个400W的电源模块均匀分配负载电流(满载800W)，既提高了功率，又不增加功率器件的电应力，提高了整个系统的可靠性。

在使能端控制电路3中，当带载开机时(S1合下)，交流电通过滤波整流模块N1内部的PTC(正温系数)热敏电阻经过整流给储能电容C1和C4充电。

当储能电容C1和C4上的电压UA小于235V，滤波整流模块N1的BOK端输出电压UBOK为高电位16V，通过限流电阻R3连接到Q1的基极，使Q1导通，Q1的发射极接地，通过R4，D2和D3将N2和N3的PC端拉为低电位(小于2.3V)，禁止电源模块N2和N3输出电压，这时负载RL上没有电压。

当储能电容C1和C4上的电压UA大于235V，滤波整流模块N1内部的控制电路旁路掉给储能电容充电的PTC(正温系数)电流限制热敏电阻，这会使给储能电容C1和C4充电的滤波整流模块N1回路中的等效电阻大大减小，可以更快速地给储能电容C1和C4充电，电压UA上升。

在热敏电阻旁路后300mS时刻，滤波整流模块N1的BOK端输出低电位0V，Q1截止，电源模块N2和N3的PC端不受外电路控制，由电源模块N2和N3的内部辅助电源上拉到5.75V，延时4mS后电源模块N2和N3被使能，输出电压28V经过D1A和D1B给负载电阻RL供电。

由于N2和N3的PR端为双向端口，两个模块会自动选主，其中一个电源模块的PR端输出同步脉冲到均流母线上，另一个电源模块的PR端接收此脉冲作为该电源模块的高频开关脉冲进行同步工作，使N2和N3均匀分配负载电流。此时，N2和N3被使能带载，相当于滤波整流模块N1的输出端带载，储能电容C1和C4的电压UA会因空载到带载降低，但由于BOK使能N2和N3时的电压UA比EN使能时的电压UA高很多，即使均流的两个电源模块带满载800W开机，储能电容上的电压UA也不会降到使N2和N3关机的205V，更不会降到热敏电阻起作用的190V，这样，就避免了带载开机时的“打嗝”现象，均流电源模块带载可以正常开机。

本实用新型主要保护的是一种均流带载开机装置，所改进主要在于通过多种硬件之间的连接关系达到均流电源模块带载正常开机的目的。该装置时使用滤波整流模块提供的输出端BOK的时序，来控制后续的均流电源模块的使能端，使滤波整流模块输出端并接的储能电容上的电压在限流热敏电阻旁路后上升到更高值以后，再使能电源模块输出电压，这样，即使均流的两个电源模块带满载800W开机，储能电容上的电压也不会降到使两个电源模块关机的205V，不会降到热敏电阻起作用的190V，这样，就避免了带载开机时的“打嗝”现象，实现均流电源模块带载正常开机。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种均流带载开机装置，其特征在于，该装置包括：滤波整流电路(1)、均流变换电路(2)、使能端控制电路(3)；滤波整流电路(1)接入外部交流电，连接均流变换电路(2)、使能端控制电路(3)，均流变换电路(2)连接使能端控制电路(3)；其中，

滤波整流电路(1)包括双刀单掷开关、滤波整流模块、第一电阻、第二电阻、第一储能电容、第二储能电容；

该双刀单掷开关分别接入外部交流电的火线L端、零线N端，另一端分别连接滤波整流模块的L管脚及N管脚，第一电阻的一端及第一储能电容的正极连接滤波整流模块的+OUT管脚，第二电阻的一端及第二储能电容的负极连接滤波整流模块的-OUT管脚，第一电阻的另一端、第二电阻的另一端、第一储能电容的负极及第二储能电容的正极连接滤波整流模块的ST管脚，+OUT管脚连接第一保险丝及第二保险丝的一端，BOK管脚连接第三电阻的一端，PE管脚接机壳；

均流变换电路(2)包括第一保险丝、第二保险丝、第一电源模块、第二电源模块、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第一交流耦合电容、第二交流耦合电容、负载；

第一电源模块的+IN管脚连接第一保险丝的另一端，+OUT管脚连接第一肖特基二极管的正极，+S管脚及第一肖特基二极管的负极连接负载的一端，-OUT管脚、-S管脚连接负载的另一端，PC管脚连接第一二极管的正极，PR管脚连接第一交流耦合电容的一端，-IN管脚接地，PE管脚接机壳，第一交流耦合电容的另一端连接均流母线；

第二电源模块的+IN管脚连接第二保险丝的另一端，+OUT管脚连接第二肖特基二极管的正极，+S管脚及第二肖特基二极管的负极连接负载的一端，-OUT管脚、-S管脚连接负载的另一端，PC管脚连接第二二极管的正极，PR管脚连接第二交流耦合电容的一端，-IN管脚接地，PE管脚接机壳，第二交流耦合电容的另一端连接均流母线；

使能端控制电路(3)包括第一二极管、第二二极管、NPN三极管，第三电阻、第四电阻；

第一二极管、第二二极管的负极连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接NPN三极管的集电极，第三电阻的另一端连接NPN三极管的基极，NPN三极管的发射极接地；

当双刀单掷开关合下时，第一、第二储能电容上的电压小于235V，外部交流电通过滤波整流模块内部的PTC热敏电阻限制充电电流，经过整流后给第一、第二储能电容充电，滤波整流模块的BOK管脚输出电压为高电位16V，使NPN三极管导通，通过第四电阻，第一、第二二极管分别将第一、第二电源模块的PC管脚拉为低电位，禁止第一、第二电源模块输出电压，负载上没有电压；

随着给第一、第二储能电容充电，当电压大于235V时，滤波整流模块将内部的PTC热敏电阻旁路，快速地给第一、第二储能电容充电，在PTC热敏电阻旁路后300mS时刻，滤波整流模块的BOK管脚输出低电位0V，使NPN三极管截止，第一、第二电源模块的PC端不受控制，由第一、第二电源模块内部的辅助电源上拉到5.75V，延时4mS后第一、第二电源模块被使能，分别输出电压28V经过第一、第二肖特基二极管给负载供电，第一、第二电源模块中的一个电源模块通过PR管脚输出高频开关同步脉冲信号，通过第一或第二交流耦合电容至均流母线上，另一个电源模块的PR管脚通过第二或第一交流耦合电容接收该高频开关同步脉冲信号，使第一、第二电源模块均匀分配负载电流并被使能带载，相当于滤波整流模块的输出端带载，第一、第二储能电容的电压由空载到带载降低，由于BOK管脚使能第一、第二电源模块，第一、第二储能电容上的电压不会低于205V，实现均流带载开机。

2.根据权利要求1所述的均流带载开机装置，其特征在于，滤波整流模块的型号为FARM2T11。

3.根据权利要求1所述的均流带载开机装置，其特征在于，第一电源模块及第二电源模块的型号为V300A28T400B。

4.根据权利要求1所述的均流带载开机装置，其特征在于，第一肖特基二极管、第二肖特基二极管的型号为DSS2*121-0045。

5.根据权利要求1所述的均流带载开机装置，其特征在于，第一二极管、第二二极管的型号为IN4007。

6.根据权利要求1所述的均流带载开机装置，其特征在于，NPN三极管的型号为2SC3904。