CN205992784U - 一种用于直流负荷的直流不间断供电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于直流负荷的直流不间断供电系统，所述系统包括两路并联的直流供电电路；两路直流供电电路均包括依次连接的三相交流输入端、整流充电单元、蓄电池组和直流变换与隔离保护单元；两路直流变换与隔离保护单元输出并联后与直流负载连接；其中，直流变换与隔离保护单元包括全桥DC/DC变换器、单片机控制电路和输出隔离二极管；单片机控制电路与全桥DC/DC变换器的驱动端连接，全桥DC/DC变换器的输出端连接输出隔离二极管，全桥DC/DC变换器的输入端与蓄电池组连接，直流变换与隔离保护单元通过输出隔离二极管与直流负载连接。本实用新型系统结构紧凑、实用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种直流电源系统，尤其涉及一种用于直流负荷的直流不间断供电系统。
背景技术
为了提高工业现场生产过程中一些关键系统与设备的直流供电电源的可靠性，通常采用来自两个不同直流屏的直流电源同时给负载供电的方案，即在一路直流电源出现故障或直流失电的情况下通过切换开关转换到另外一路直流电源为负载供电，保证了关键负载的不间断供电，进而实现工业现场的安全与正常运行。
但是，目前工业现场采用在两路直流正负母线分别加装二极管然后并联输出给直流负荷供电的方案，虽然该方案能够实现直流负荷的直流不间断供电，但是存在许多缺陷：诸如由于二极管自身的特性，反向存在漏电流，无法实现真正意义的电气隔离，当二极管出现绝缘下降或接地时就会造成两路直流电源出现环网，即两路直流电源的正极或负极就会连接在一起，甚至是直流电源接地，无法实现两路直流电源的电气隔离；另外，由于二极管的绝缘下降或直流电源的母线绝缘下降甚至是单极接地，都会造成整个直流系统出现问题，给企业带来十分巨大的经济损失和安全隐患。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于直流负荷的直流不间断供电系统，该系统结构紧凑、实用性强，能够实现直流负载的直流不间断供电。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：
一种用于直流负荷的直流不间断供电系统，所述系统包括两路并联的直流供电电路；两路直流供电电路均包括依次连接的三相交流输入端、整流充电单元、蓄电池组和直流变换与隔离保护单元；两路直流变换与隔离保护单元输出并联后与直流负载连接；其中，所述直流变换与隔离保护单元包括全桥DC/DC变换器、单片机控制电路和输出隔离二极管；所述单片机控制电路与全桥DC/DC变换器的驱动端连接，所述全桥DC/DC变换器的输出端连接输出隔离二极管，所述全桥DC/DC变换器的输入端与蓄电池组连接，所述直流变换与隔离保护单元通过输出隔离二极管与直流负载连接。
进一步优选，所述直流变换与隔离保护单元还包括RS485通讯接口和人机交互界面，所述RS485通讯接口和人机交互界面分别与单片机控制电路连接；所述RS485通讯接口还与外部的监控系统相连。
进一步优选，每路所述直流供电电路的直流变换与隔离保护单元为一个或多个并联连接。
进一步优选，所述全桥DC/DC变换器内具有高频隔离变压器。
进一步优选，所述两路直流供电电路的三相交流输入端分别连接不同的交流母线。
进一步优选，所述整流充电单元为高频充电机。
与现有技术相比，本实用新型技术方案具有的有益效果是：
本实用新型用于直流负荷的直流不间断供电系统，通过在两组蓄电池与直流负荷之间加装直流变换与隔离保护单元，代替现有技术中使用的二极管；两组直流变换与隔离保护单元并联后同时给直流负荷供电，互为冗余，任何一组出现问题则故障设备自动退出运行，同时无缝切换到另一组给直流负荷供电，实现直流负荷的直流不间断供电；本实用新型系统结构紧凑、实用性强，具有良好的供电可靠性，在实现直流负载的直流不间断供电外还避免了出现现有直流不间断供电系统存在的安全隐患。
附图说明
图1为本实用新型用于直流负荷的直流不间断供电系统的系统原理图；
图2为图1中直流变换与隔离保护单元的结构原理图；
图3为图2中全桥DC/DC变换器的电路原理图；
图4为图2中单片机控制电路图；
图5为图2中输出隔离二极管连接原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。
如图1～5所示，本实用新型用于直流负荷的直流不间断供电系统，该系统包括两路并联的直流供电电路；两路直流供电电路均包括依次连接的三相交流输入端、整流充电单元、蓄电池组和直流变换与隔离保护单元；两路直流变换与隔离保护单元输出并联后与直流负载连接；其中，直流变换与隔离保护单元包括全桥DC/DC变换器、单片机控制电路和输出隔离二极管；单片机控制电路与全桥DC/DC变换器的驱动端连接，全桥DC/DC变换器的输出端连接输出隔离二极管，全桥DC/DC变换器的输入端与蓄电池组连接，直流变换与隔离保护单元通过输出隔离二极管与直流负载连接；直流变换与隔离保护单元还包括RS485通讯接口和人机交互界面，RS485通讯接口和人机交互界面分别与单片机控制电路连接；RS485通讯接口还与本系统外部的监控系统相连。
直流负荷不间断供电与隔离保护的实现：三相交流输入作为系统的能量来源，经过整流充电单元，将交流电变成可控的稳定输出的直流电，给蓄电池组充电；整流充电单元和蓄电池组作为直流负荷的能量来源，首先给直流变换与隔离保护单元供电，经过直流变换与隔离保护单元的全桥DC/DC变换器把输入的直流电经过全桥逆变为高频交流电，经过高频隔离变压器实现电压变换与电气隔离，高频变换后的高频交流电经过全桥整流、输出电感和电容滤波后输出稳定平滑的直流电经输出隔离二极管给直流负荷供电。
本供电系统为了提高直流负荷的供电可靠性，实现直流负荷的直流不间断供电，直流供电设备必须冗余配置。两路三相交流输入必须来自两段不同的交流母线，两路蓄电池组的交流整流充电单元分别来自不同的交流母线，实现蓄电池组的电气隔离，而且每路交流充电单元的装置也必须冗余配置，蓄电池组的输出经直流变换与隔离保护单元后给直流负荷供电，直流变换与隔离保护单元必须冗余配置。因此，本实用新型直流负荷的直流不间断供电系统采用了并联冗余的配置方案。
来自两路蓄电池组的两路直流电源分别通过一个或多个直流变换与隔离保护装置并联均流输出后给直流负荷供电，所有的并联直流变换与隔离保护装置均处于正常工作状态。
若来自蓄电池组1的直流电源出现故障或与蓄电池组1相连的直流变换与隔离保护单元出现故障，则直流变换与隔离保护单元1中单片机控制电路会检测到故障，单片机控制电路给出全桥DC/DC变换器中开关管的关闭信号，则直流变换与隔离保护单元1自动闭锁输出，退出运行，同时无缝切换到直流变换与隔离保护单元2给直流负荷供电；另外，通过人机交互界面和RS485通讯显示并上传直流变换与隔离保护单元1的故障报警信号，方便监控与维护人员的快速检修与更换，保证直流负荷的直流不间断供电。
系统正常工作时，直流变换与隔离保护单元通过高频隔离变压器可以实现蓄电池装置与直流负荷的电气隔离，实现直流负荷短路故障保护，接地故障的隔离，两路直流电源的环网故障的隔离，防止直流电源故障或直流负载故障的相互传播，避免事故扩大。另外，为了提高直流负荷的供电可靠性，每一路直流电源所接的直流变换与隔离保护单元可以采用N+1的冗余配置。
本实用新型系统中的RS485通讯接口和人机交互界面，人机交互界面能够直观显示各部件的实际运行状态，特别是直流变换与隔离保护单元是否正常；本实用新型系统可通过RS485通讯接口上传该系统的运行状态与故障信号，实现了对系统的自动监控。
相对于采用二极管并联实现直流不间断供电的方案，本实用新型系统可以防止两路直流电源出现正极或负极环网故障，保证两路直流电源无电气连接，实现对环网故障的主动隔离保护，保证了两路直流电源的无环网运行。
本实用新型由于直流变换与隔离保护单元中全桥DC/DC变换器具有高频隔离变压器，实现输入与输出的电气隔离，实现了直流电源与直流负荷的电气隔离，避免了输入端或输出端故障造成对另一端的影响；另外，直流负荷的接地故障也不能传递到蓄电池组，实现接地故障的主动隔离。
本实用新型直流负荷的直流不间断供电系统能有效保证工业现场直流负荷的直流不间断供电，可实现两路直流电源的无缝切换，同时实现蓄电池组与直流负荷的电气隔离，起到保护蓄电池组和直流负荷的目的，提高了直流系统的供电可靠性，结构简单，操作方便，实用性强。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，这些引伸出的变化或变动也处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种用于直流负荷的直流不间断供电系统，其特征在于：所述系统包括两路并联的直流供电电路；两路直流供电电路均包括依次连接的三相交流输入端、整流充电单元、蓄电池组和直流变换与隔离保护单元；两路直流变换与隔离保护单元输出并联后与直流负载连接；其中，所述直流变换与隔离保护单元包括全桥DC/DC变换器、单片机控制电路和输出隔离二极管；所述单片机控制电路与全桥DC/DC变换器的驱动端连接，所述全桥DC/DC变换器的输出端连接输出隔离二极管，所述全桥DC/DC变换器的输入端与蓄电池组连接，所述直流变换与隔离保护单元通过输出隔离二极管与直流负载连接。
2.根据权利要求1所述用于直流负荷的直流不间断供电系统，其特征在于：所述直流变换与隔离保护单元还包括RS485通讯接口和人机交互界面，所述RS485通讯接口和人机交互界面分别与单片机控制电路连接；所述RS485通讯接口还与外部的监控系统相连。
3.根据权利要求1所述用于直流负荷的直流不间断供电系统，其特征在于：每路所述直流供电电路的直流变换与隔离保护单元为一个或多个并联连接。
4.根据权利要求1所述用于直流负荷的直流不间断供电系统，其特征在于：所述全桥DC/DC变换器内含有高频隔离变压器。
5.根据权利要求1所述用于直流负荷的直流不间断供电系统，其特征在于：所述两路直流供电电路的三相交流输入端分别连接不同的交流母线。
6.根据权利要求1所述用于直流负荷的直流不间断供电系统，其特征在于：所述整流充电单元为高频充电机。
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