CN205792285U - 一种强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置，属于电源变换装置，包括：泄放电路包括强干扰宽输入范围的交流电源、第一退耦电感、石墨间隙、第二退耦电感和多层压敏器件，隔离端过电压保护电路包括气体放电管、共模电感和双向瞬态抑制管，稳压/限压电路包括电压控制电路和滞后分级控制器，DC‑DC电源变换电路包括第一级DC‑DC模块、第二级DC‑DC模块和输出保护开关，还包括输出保护电路。该装置能在强干扰条件下实现20:1宽范围输入的电源变换，利用多模式多分级干扰抑制技术，确保电源在即使直击雷电干扰条件下不会损坏，从而提高电源系统整体的抗干扰和宽范围输入变化承受能力。

Description

一种强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置

技术领域

本实用新型属于电源变换装置，具体涉及一种强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置。

背景技术

随着国民经济的高速发展，各种在野外环境使用的电气设备越来越多，比如各种外场的环境监测、设备监测设备、输电线路监测设备等。在这些外场特殊环境下，经常没有供电网络为其提供电源，需要通过一些特殊的方法从用电设备环境周边收获其它形式的能量，如从日照、风力、电磁波、高压供电线路感应取电、超高压输电线路防雷地线取电等。

这类供电方式有两个主要问题，一是由于野外使用，非常容易受到雷击、强电磁异常、电网负荷波动、太阳风暴等强干扰影响而损坏电源装置；二是这些获取的电源受条件限制，输出电压极为不稳定，输出电压动态变化范围可以达到几十倍以上，可能从几伏到上百伏都有可能。为了使用这些从野外环境中获取的能源，电源变换装置必须能够在野外环境下承受强干扰的影响，并能够对极端不稳定的、宽动态范围的电压进行调理。

目前绝大多数的外场供电设备只采用基本的一级或两级抗干扰部件抑制电源的干扰，这对一般的空间干扰形式可以起到防护作用，但对于完全暴露在野外，甚至直接会遭受到雷击的某些电源装置来说，不能起到保护作用。现有的绝大多数电源变换装置对输入电压范围的限制都比较窄，一般电源的输入电压范围多为额定电压的±20％，一些宽范围的电源也只能达到2:1或4:1的输入范围，能见到报道的某些特殊用途电源在10:1的输入范围下工作已算是具有很宽的输入适应能力了，但这些电源在某些特殊应用中仍不能满足动态范围的需求，很容易出现电源损坏的情况。

实用新型内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置。

本实用新型是通过下述技术方案解决上述技术问题的：

本实用新型提供了一种强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置，包括泄放电路及与所述泄放电路依次电连接的饱和式隔离变压器、隔离端过电压保护电路、桥式整流器、稳压/限压电路、DC-DC电源变换电路和输出保护电路；

所述泄放电路包括交流电源及与所述交流电源依次并联的石墨间隙和多层压敏器件，所述交流电源和所述石墨间隙之间串联有第一退耦电感，所述石墨间隙和所述多层压敏器件之间串联有第二退耦电感，所述多层压敏器件与所述饱和式隔离变压器的输入端口连接；

所述隔离端过电压保护电路包括依次并联的气体放电管、共模电感和双向瞬态抑制管，所述气体放电管与所述饱和式隔离变压器的输出端口连接，所述双向瞬态抑制管的第一端与所述桥式整流器的第一输入端连接，所述双向瞬态抑制管的第二端与所述桥式整流器的第二输入端连接；

所述稳压/限压电路包括可设定限压控制电路和滞后分级控制器，所述DC-DC电源变换电路包括第一级DC-DC模块、第二级DC-DC模块和输出保护开关；

所述桥式整流器的第一输出端通过第一开关和第二开关与所述第一级DC-DC模块的输入端连接，所述桥式整流器的第一输出端还通过所述第一开关和第三开关与所述第二级DC-DC模块的输入端连接，所述可设定限压控制电路的控制端控制所述第一开关的断开或闭合，所述可设定限压控制电路的输出端与所述滞后分级控制器的输入端连接，所述第一级DC-DC模块的输出端通过第四开关与所述输出保护电路的输入端连接，所述第二级DC-DC模块的输出端通过第五开关与所述输出保护电路的输入端连接，所述滞后分级控制器的第一控制端控制所述第二开关和所述第四开关的断开或闭合，所述滞后分级控制器的第二控制端控制所述第三开关和所述第五开关的断开或闭合，所述第一级DC-DC模块的输出端通过第四开关与所述输出保护开关的输入端连接，所述第二级DC-DC模块的输出端通过第五开关与所述输出保护开关的输入端连接，所述输出保护开关的控制端与所述输出保护电路的输出端连接，所述输出保护电路通过所述输出保护开关的输出端将直流电源输出；

所述桥式整流器的第二输出端、所述可设定限压控制电路的接地端、所述滞后分级控制器的接地端、所述第一级DC-DC模块的接地端和所述第二级DC-DC模块的接地端均接至隔离接地端。

优选地，所述饱和式隔离变压器的第一输出端和所述气体放电管第一端之间串联有第一自恢复保险，所述饱和式隔离变压器的第二输出端和所述气体放电管的第二端之间串联有第二自恢复保险。

优选地，所述桥式整流器的第一输出端和所述第二开关之间还串联有第三电感，所述稳压/限压电路还包括储能电容器，所述储能电容器的第一端连接在所述第三电感和第二开关之间，所述储能电容器的第二端接至隔离接地端。

优选地，所述DC-DC电源变换电路还包括第一隔离二极管和第二隔离二极管，所述第一隔离二极管连接在所述第四开关和所述输出保护电路之间，且所述第一隔离二极管的负极与所述输出保护电路的输入端及所述输出保护开关的输入端连接，所述第二隔离二极管连接在所述第五开关和所述输出保护电路之间，且所述第二隔离二极管的负极与所述输出保护电路的输入端及所述输出保护开关的输入端连接。

本实用新型提供的强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置具有以下有益效果：

1、减少野外交流电源受强干扰损害的可能；

2、可将野外大动态范围的电源转换为稳定的输出供监测设备使用；

3、将强干扰防护与大动态范围稳压进行一体化设计，简化了外场设备的体积；

4、该装置能在强干扰条件下实现20:1宽范围输入的电源变换，利用多模式多分级干扰抑制技术，确保电源在即使直击雷电干扰条件下不会损坏；

5、采用多级串并电源转换技术，确保在输入电压达到20:1的大动态范围时，电源能够正常输出稳定的电压，从而提高电源系统整体的抗干扰和宽范围输入变化承受能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置电路模块连接图；

图2为本实用新型实施例提供的强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置100/200/300和400的电路结构图；

图3为本实用新型实施例提供的强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置400/500/600和700的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

实施例1

本实用新型提供了一种强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置，如图1至图3所示，包括泄放电路100及与泄放电路100依次电连接的饱和式隔离变压器200、隔离端过电压保护电路300、桥式整流器400、稳压/限压电路500、DC-DC电源变换电路600和输出保护电路700。

泄放电路100包括强干扰宽输入范围的交流电源101及与交流电源101依次并联的石墨间隙102和多层压敏器件103，交流电源101和石墨间隙102之间串联有第一退耦电感104，石墨间隙102和多层压敏器件103之间串联有第二退耦电感105，多层压敏器件103与饱和式隔离变压器200的输入端口连接。

本实施例中，强干扰是指雷击、强电磁异常、电网负荷波动、太阳风暴等对电源装置的干扰损坏，超宽外围是指电压达到20:1的大动态输入范围。

隔离端过电压保护电路300包括依次并联的气体放电管301、共模电感302和双向瞬态抑制管303，气体放电管301与饱和式隔离变压器200的输出端口连接，双向瞬态抑制管303的第一端与桥式整流器400的第一输入端连接，双向瞬态抑制管303的第二端与桥式整流器400的第二输入端连接。稳压/限压电路500包括可设定限压控制电路501和滞后分级控制器502，DC-DC电源变换电路600包括第一级DC-DC模块601、第二级DC-DC模块602和输出保护开关609。

桥式整流器400的第一输出端通过第一开关503和第二开关603与第一级DC-DC模块601的输入端连接，桥式整流器400的第一输出端还通过第一开关503和第三开关604与第二级DC-DC模块602的输入端连接，可设定限压控制电路501的控制端控制第一开关503的断开或闭合，可设定限压控制电路501的输出端与滞后分级控制器502的输入端连接，第一级DC-DC模块601的输出端通过第四开关605与输出保护电路700的输入端连接，第二级DC-DC模块602的输出端通过第五开关606与输出保护电路700的输入端连接，滞后分级控制器502的第一控制端控制第二开关603和第四开关605的断开或闭合，滞后分级控制器502的第二控制端控制第三开关604和第五开关606的断开或闭合。第一级DC-DC模块601的输出端通过第四开关605与输出保护开关609的输入端连接，第二级DC-DC模块602的输出端通过第五开关606与输出保护开关609的输入端连接，输出保护开关609的控制端与所述输出保护电路700的输出端连接，输出保护电路700通过输出保护开关609的输出端将直流电源输出，当输出保护电路700检测到过载时会通过输出保护开关609限制输出功率。

桥式整流器400的第二输出端、可设定限压控制电路501的接地端、滞后分级控制器502的接地端、第一级DC-DC模块601的接地端和第二级DC-DC模块602的接地端均接至隔离接地端。

为了提高整个装置的安全系数，饱和式隔离变压器200的第一输出端和气体放电管301第一端之间串联有第一自恢复保险304，饱和式隔离变压器200的第二输出端和气体放电管301的第二端之间串联有第二自恢复保险305。

进一步地，桥式整流器400的第一输出端和第二开关603之间还串联有第三电感504，稳压/限压电路500还包括储能电容器505，储能电容器505的第一端连接在第三电感504和第二开关603之间，储能电容器505的第二端接至隔离接地端。

进一步地，DC-DC电源变换电路600还包括第一隔离二极管607和第二隔离二极管608，第一隔离二极管607连接在第四开关605和输出保护电路700之间，且第一隔离二极管607的负极与输出保护电路700的输入端及输出保护开关609的输入端连接，第二隔离二极管608连接在第五开关606和输出保护电路700之间，且第二隔离二极管608的负极与输出保护电路700的输入端及输出保护开关609的输入端连接。

强干扰宽输入范围的交流电源101在进入本装置后先经过第一退耦电感104的隔离保护，使交流电源101自身的保护系统启动，泄放一定的干扰能量。通过第二退耦电感105的强干扰经大容量多层石墨间隙102进行第一级对大地泄放保护，经第二退耦电感105后由多层压敏器件103进行第二级对大地泄放保护。经前两级保护后的电源经饱和式隔离变压器200进行第三级限压隔离保护后与大地隔离，浮空的饱和式隔离变压器200输出端经第一自恢复保险304和第二自恢复保险305进行限流保护。接着由气体放电管301、共模电感302和双向瞬态抑制管303构成的隔离端过电压保护电路300，对可能的强干扰再次进行第四和第五级过压抑制后，经桥式整流器400整流为直流电。

整流后高达20:1动态范围的直流电源，经过第一级由第一开关503和可设定限压控制电路501构成的稳压、限压电路进行初步限稳压，使直流电压控制在大约8:1的动态范围内。根据输出电压的要求，滞后分级控制器502将输入的8:1动态范围电压分为多级，并同步控制第二开关603和第四开关605对并联的多个第一级DC-DC模块601和第二级DC-DC模块602进行自动切换，以选择合适参数的DC-DC电源变换电路600工作产生所需的输出电压，多个并联的DC-DC电源变换电路600输出经第一隔离二极管607的隔离后送入输出级的输出保护电路700进行输出。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置，其特征在于，包括泄放电路(100)及与所述泄放电路(100)依次电连接的饱和式隔离变压器(200)、隔离端过电压保护电路(300)、桥式整流器(400)、稳压/限压电路(500)、DC-DC电源变换电路(600)和输出保护电路(700)；

所述泄放电路(100)包括交流电源(101)及与所述交流电源(101)依次并联的石墨间隙(102)和多层压敏器件(103)，所述交流电源(101)和所述石墨间隙(102)之间串联有第一退耦电感(104)，所述石墨间隙(102)和所述多层压敏器件(103)之间串联有第二退耦电感(105)，所述多层压敏器件(103)与所述饱和式隔离变压器(200)的输入端口连接；

所述隔离端过电压保护电路(300)包括依次并联的气体放电管(301)、共模电感(302)和双向瞬态抑制管(303)，所述气体放电管(301)与所述饱和式隔离变压器(200)的输出端口连接，所述双向瞬态抑制管(303)的第一端与所述桥式整流器(400)的第一输入端连接，所述双向瞬态抑制管(303)的第二端与所述桥式整流器(400)的第二输入端连接；

所述稳压/限压电路(500)包括可设定限压控制电路(501)和滞后分级控制器(502)，所述DC-DC电源变换电路(600)包括第一级DC-DC模块(601)、第二级DC-DC模块(602)和输出保护开关(609)；

所述桥式整流器(400)的第一输出端通过第一开关(503)和第二开关(603)与所述第一级DC-DC模块(601)的输入端连接，所述桥式整流器(400)的第一输出端还通过所述第一开关(503)和第三开关(604)与所述第二级DC-DC模块(602)的输入端连接，所述可设定限压控制电路(501)的控制端控制所述第一开关(503)的断开或闭合，所述可设定限压控制电路(501)的输出端与所述滞后分级控制器(502)的输入端连接，所述第一级DC-DC模块(601)的输出端通过第四开关(605)与所述输出保护电路(700)的输入端连接，所述第二级DC-DC模块(602)的输出端通过第五开关(606)与所述输出保护电路(700)的输入端连接，所述滞后分级控制器(502)的第一控制端控制所述第二开关(603)和所述第四开关(605)的断开或闭合，所述滞后分级控制器(502)的第二控制端控制所述第三开关(604)和所述第五开关(606)的断开或闭合，所述第一级DC-DC模块(601)的输出端通过第四开关(605)与所述输出保护开关(609)的输入端连接，所述第二级DC-DC模块(602)的输出端通过第五开关(606)与所述输出保护开关(609)的输入端连接，所述输出保护开关(609)的控制端与所述输出保护电路(700)的输出端连接，所述输出保护电路(700)通过所述输出保护开关(609)的输出端将直流电源输出；

所述桥式整流器(400)的第二输出端、所述可设定限压控制电路(501)的接地端、所述滞后分级控制器(502)的接地端、所述第一级DC-DC模块(601)的接地端和所述第二级DC-DC模块(602)的接地端均接至隔离接地端。

2.根据权利要求1所述的强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置，其特征在于，所述饱和式隔离变压器(200)的第一输出端和所述气体放电管(301)第一端之间串联有第一自恢复保险(304)，所述饱和式隔离变压器(200)的第二输出端和所述气体放电管(301)的第二端之间串联有第二自恢复保险(305)。

3.根据权利要求1所述的强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置，其特征在于，所述桥式整流器(400)的第一输出端和所述第二开关(603)之间还串联有第三电感(504)，所述稳压/限压电路(500)还包括储能电容器(505)，所述储能电容器(505)的第一端连接在所述第三电感(504)和第二开关(603)之间，所述储能电容器(505)的第二端接至隔离接地端。

4.根据权利要求1所述的强干扰条件下的超宽范围输入电源变换装置，其特征在于，所述DC-DC电源变换电路(600)还包括第一隔离二极管(607)和第二隔离二极管(608)，所述第一隔离二极管(607)连接在所述第四开关(605)和所述输出保护电路(700)之间，且所述第一隔离二极管(607)的负极与所述输出保护电路(700)的输入端及所述输出保护开关(609)的输入端连接，所述第二隔离二极管(608)连接在所述第五开关(606)和所述输出保护电路(700)之间，且所述第二隔离二极管(608)的负极与所述输出保护电路(700)的输入端及所述输出保护开关(609)的输入端连接。