CN205544574U - 双向应急电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种双向应急电源系统，属于电气设备技术领域，包括DSP控制电路、信号采样驱动电路和主功率电路，DSP控制电路连接信号采样驱动电路，信号采样驱动电路连接主功率电路的受控端，主功率电路的一端连接市电，另一端连接电池，主功率电路的交流输出端用于为电器设备供电，主功率电路包括直流升降压电路、储能电容和交直流变换电路，直流升降压电路的输入端连接电池，交直流变换电路的输出端分别连接市电和电器设备，主功率电路省去了传统应急电源的机械性切换装置，改由DSP控制电路判断主功率电路状态进行快速工作状态切换，主功率电路实现正向逆变和反向充电的工作状态，保证电器设备正常运行。

Description

双向应急电源系统

技术领域

本实用新型涉及一种双向应急电源系统，属于电气设备技术领域。

背景技术

对于某些特定系统，异常情况下连续供电尤为重要，应急电源应运而生，目前应急电源系统主要包括整流充电器、蓄电池组、逆变器、互投装置和系统控制器等部分，由于需要独立的充电器和切换装置，实际使用中会有以下缺点：1)独立的充电器增加了应急电源系统的成本，并且不利于小型化设计；2)充电器不含功率因数校正环节，造成电网污染；3)异常情况断电后电源系统切换时间长。随着DSP技术的广泛应用，DSP控制电路和信号采样驱动电路在现有技术中得以应用，应急电源系统通过上述电路可以实现复杂控制，以解决现有技术中应急电源系统出现的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双向应急电源系统，主功率电路省去了传统应急电源的机械性切换装置，改由DSP控制电路判断电路状态进行快速工作状态切换，实现正向逆变和反向充电，保证电器设备正常运行。

本实用新型所述的双向应急电源系统，包括DSP控制电路、信号采样驱动电路和主功率电路，DSP控制电路连接信号采样驱动电路，信号采样驱动电路连接主功率电路的受控端，主功率电路的一端连接市电，另一端连接电池，主功率电路的交流输出端用于为电器设备供电，主功率电路包括直流升降压电路、储能电容和交直流变换电路，直流升降压电路、储能电容和交直流变换电路均连接所述信号采样驱动电路，直流升降压电路的输出端通过储能电容连接交直流变换电路，直流升降压电路的输入端连接电池，交直流变换电路的输出端分别连接市电和电器设备。

主功率电路省去了传统应急电源的机械性切换装置，改由DSP控制电路控制实现工作状态切换，信号采样驱动电路用于采集市电的工作状态并驱动主功率电路完成相应的动作，主功率电路用于在市电掉电时完成正向逆变通过电池为电器设备送电使其正常运行，当市电正常供电时完成反向充电，利用市电为电池充电。

当市电掉电，DSP控制电路通过信号采集驱动电路检测到市电掉电，主功率电路开始工作，此时完成正向逆变过程，直流升降压电路采用推挽拓扑，交直流变换电路将直流变换成交流为电器设备供电，由于储能电容在充电时就有能量且无机械性切换装置，故切换时间缩短；当市电上电，造成对交直流变换电路的冲击电流和储能电容的电压异常，DSP控制电路通过信号采样驱动电路检测到异常，关闭主功率电路的驱动，改变系统为充电器工作方式，实现工作状态转化，作为充电器工作时，交直流变换电路将交流变换成直流，同时完成功率因数校正，直流升降压电路采用全桥拓扑。

所述的直流升降压电路包括变压器，所述变压器的原边具有两个串联的绕组，变压器的前后两侧分别为初级整流侧和次级整流侧，初级整流侧包括第一电感，第一电感的两端分别连接变压器两绕组的公共端和电池的正极，两绕组的另一端分别通过第一MOS管和第二MOS管与电池的负极驱动连接，第一电感的外部并联有第一开关，电池的外部并联有第一电容。

所述的次级整流侧包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管形成的整流桥，上述整流桥的输入端连接变压器的副边绕组，整流桥的输出端连接第二电感，第二电感的外部并联有第二开关，信号采样驱动电路连接第一开关和第二开关。

当进行正向逆变时，第一电容储能，第一开关此过程闭合，第一MOS管和第二MOS管及变压器构成推挽升压电路初级整流侧，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管做次级整流侧，第二开关断开，第二电感发挥其Buck电感作用；当进行反向充电时，第二开关闭合，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管做全桥拓扑，第一MOS管和第二MOS管做同步整流，第一开关断开，第一电感发挥其Buck电感作用。

所述的交直流变换电路包括第五晶体管，第五晶体管的输入端连接直流升降压电路的输出端，第五晶体管的输出端与第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管和第十晶体管形成的全桥逆变电路连接，全桥逆变电路的输出端与第三电感、第四电感和第二电容形成的LC滤波电路相连接，全桥逆变电路并联有第六晶体管，第二电容的外部分别连接市电和电器设备。

当信号采样驱动电路侦测到第二电容两端的电压消失，即开始正向逆变过程，进行正向逆变时，保持第五晶体管长通，第六晶体管保持常闭，第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管和第十晶体管形成全桥逆变电路，第三电感、第四电感和第二电容形成的LC滤波电路进行滤波输出；当信号采样驱动电路侦测到储能电容的电压异常升高此时关闭第一MOS管和第二MOS管和第六晶体管的高频开关，侦测到第二电容处仍然有电压，即开始反向充电过程，当进行反向充电时，第二电容滤波，第三电感和第四电感做功率因数校正，第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管和第十晶体管做整流桥，第五晶体管和第六晶体管做功率因数校正的PWM部分，其中第五晶体管常闭，第六晶体管做高频开关。

所述的第二电容的外部串联有电流互感器，电流互感器侦测电流做功率因数校正的输入信号，当侦测到电流互感器处有异常电流时也可以进行工作过程的转换。

所述的电池的外部串联有保险丝，保险丝做保护作用。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

提供一种双向应急电源系统，主功率电路省去了传统应急电源的机械性切换装置，改由DSP控制电路判断主功率电路的状态并进行快速工作状态切换，主功率电路在市电掉电时进行正向逆变过程通过电池为电器设备供电，当市电正常时进行反向充电过程，通过市电为电池充电，且切换时间较短，保证电器设备正常运行。

附图说明

图1为本实用新型整体的电路连接框图；

图2为本实用新型中主功率电路的电路图；

图中：1、DSP控制电路；2、信号采样驱动电路；3、电池；4、主功率电路；5、市电；6、电器设备；41、直流升降压电路；42、储能电容；43、交直流变换电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明：

实施例

如图1所示，本实用新型所述的双向应急电源系统，包括DSP控制电路1、信号采样驱动电路2和主功率电路4，DSP控制电路1连接信号采样驱动电路2，信号采样驱动电路2连接主功率电路4的受控端，主功率电路4的一端连接市电5，另一端连接电池3，主功率电路4的交流输出端用于为电器设备6供电，主功率电路4包括直流升降压电路41、储能电容42和交直流变换电路43，直流升降压电路41、储能电容42和交直流变换电路43均连接所述信号采样驱动电路2，直流升降压电路41的输出端通过储能电容42连接交直流变换电路43，直流升降压电路41的输入端连接电池3，交直流变换电路43的输出端分别连接市电5和电器设备6。

为了进一步说明上述实施例，如图2所示，所述的直流升降压电路41包括变压器TX，变压器TX的原边具有两个串联的绕组，变压器TX的前后两侧分别为初级整流侧和次级整流侧，初级整流侧包括第一电感L1，第一电感L1的两端分别连接变压器TX两绕组的公共端和电池3的正极，两绕组的另一端分别通过第一MOS管M1和第二MOS管M2与电池3的负极驱动连接，第一电感L1的外部并联有第一开关K1，电池3的外部并联有第一电容C1。

为了进一步说明上述实施例，次级整流侧包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第四晶体管Q4形成的整流桥，上述整流桥的输入端连接变压器TX的副边绕组，整流桥的输出端连接第二电感L2，第二电感L2的外部并联有第二开关K2，信号采样驱动电路2连接第一开关K1和第二开关K2。

为了进一步说明上述实施例，交直流变换电路43包括第五晶体管Q5，第五晶体管Q5的输入端连接直流升降压电路41的输出端，第五晶体管Q5的输出端与第七晶体管Q7、第八晶体管Q8、第九晶体管Q9和第十晶体管Q10形成的全桥逆变电路连接，全桥逆变电路的输出端与第三电感L3、第四电感L4和第二电容Cac形成的LC滤波电路相连接，全桥逆变电路并联有第六晶体管Q6，第二电容Cac的外部分别连接市电5和电器设备6。

为了进一步说明上述实施例，第二电容Cac的外部串联有电流互感器CT。

为了进一步说明上述实施例，电池3的外部串联有保险丝F1。

本实施例的工作原理为：如图1-2所示，当市电掉电，DSP控制电路1通过信号采样驱动电路2检测到市电掉电，即侦测到L-N处电压消失，交直流变换电路43开始工作，此时系统进行正向逆变过程即电流从BAT端流向L-N端，第一电容C1储能，第一开关K1此过程闭合，第一MOS管M1和第二MOS管M2及变压器TX构成推挽升压电路初级整流侧，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第四晶体管Q4为次级整流侧，第二开关K2断开，第二电感L2在第二开关K2开通时储能，在第二开关K2关断时给电器设备6续流，保持第五晶体管Q5长通，第六晶体管Q6保持常闭，第七晶体管Q7、第八晶体管Q8、第九晶体管Q9和第十晶体管Q10形成全桥逆变电路，第三电感L3、第四电感L4和第二电容Cac形成的LC滤波电路进行滤波输出为电器设备6供电；当DSP控制电路1通过信号采样驱动电路2检测到电流互感器CT处有异常电流、储能电容42电压异常升高此时关闭第一MOS管M1和第二MOS管M2和第六电感Q6的高频开关，侦测到第二电容Cac仍然有电压，即开始反向充电过程，即电流从L-N到BAT端流动，第二电容Cac滤波，第三电感L3和第四电感L4做功率因数校正，第七晶体管Q7、第八晶体管Q8、第九晶体管Q9和第十晶体管Q10做整流桥，第五晶体管Q5和第六晶体管Q6做功率因数校正的PWM部分，其中第五晶体管Q5常闭，第六晶体管Q6做高频开关，交直流变换电路43将交流变换成直流，第二开关K2闭合，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第四晶体管Q4做全桥拓扑，第一MOS管M1和第二MOS管M2做同步整流，第一开关K1断开，第一电感L1在第一开关K1开通时储能，在第一开关K1关断时给电器设备6续流，实现电池3的充电，由于储能电容42在充电时就有能量且无机械性切换装置，故切换时间较短。

采用以上结合附图描述的本实用新型的实施例的双向应急电源系统，主功率电路4省去了传统应急电源的机械性切换装置，改由DSP控制电路1判断主功率电路4的状态并进行快速工作状态切换，实现正向逆变和反向充电，保证电器设备6正常运行。但本实用新型不局限于所描述的实施方式，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种双向应急电源系统，其特征在于：包括DSP控制电路(1)、信号采样驱动电路(2)和主功率电路(4)，DSP控制电路(1)连接信号采样驱动电路(2)，信号采样驱动电路(2)连接主功率电路(4)的受控端，主功率电路(4)的一端连接市电(5)，另一端连接电池(3)，主功率电路(4)的交流输出端用于为电器设备(6)供电，主功率电路(4)包括直流升降压电路(41)、储能电容(42)和交直流变换电路(43)，直流升降压电路(41)、储能电容(42)和交直流变换电路(43)均连接信号采样驱动电路(2)，直流升降压电路(41)的输出端通过储能电容(42)连接交直流变换电路(43)，直流升降压电路(41)的输入端连接电池(3)，交直流变换电路(43)的输出端分别连接市电(5)和电器设备(6)。

2.根据权利要求1所述的双向应急电源系统，其特征在于：所述的直流升降压电路(41)包括变压器，所述变压器的原边具有两个串联的绕组，变压器的前后两侧分别为初级整流侧和次级整流侧，初级整流侧包括第一电感，第一电感的两端分别连接变压器两绕组的公共端和电池(3)的正极，两绕组的另一端分别通过第一MOS管和第二MOS管与电池(3)的负极驱动连接，第一电感的外部并联有第一开关，电池(3)的外部并联有第一电容。

3.根据权利要求2所述的双向应急电源系统，其特征在于：所述的次级整流侧包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管形成的整流桥，上述整流桥的输入端连接变压器的副边绕组，整流桥的输出端连接第二电感，第二电感的外部并联有第二开关，信号采样驱动电路(2)连接第一开关和第二开关。

4.根据权利要求1所述的双向应急电源系统，其特征在于：所述的交直流变换电路(43)包括第五晶体管，第五晶体管的输入端连接直流升降压电路(41)的输出端，第五晶体管的输出端与第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管和第十晶体管形成的全桥逆变电路连接，全桥逆变电路的输出端与第三电感、第四电感和第二电容形成的LC滤波电路相连接，全桥逆变电路并联有第六晶体管，第二电容的外部分别连接市电(5)和电器设备(6)。

5.根据权利要求4所述的双向应急电源系统，其特征在于：所述的第二电容的外部串联有电流互感器。

6.根据权利要求1所述的双向应急电源系统，其特征在于：所述的电池(3)的外部串联有保险丝。