CN207304402U - 一种大功率高效交流电源转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大功率高效交流电源转换装置，属电源管理设备技术领域。它由壳体、功率转换电路板等构成，壳体由EMC电磁屏蔽盒构成，壳体内安装的功率转换电路板由PFE电路、EMI滤波电路、防雷电路、电流监测电路、远程光电控制电路、可调输出控制电路、显示控制电路组成；PFE电路由PFC电路、高压DC转换电路、过压/过流/过热/保护电路组成。转换效率高，电磁兼容性EMC满足国家军用标准，体积小，隔离防护性强，提高设备及人身安全防护等级，多路输出能耗低，功率大，使用简便，可靠性高。解决现有技术转换效率低，输出功率小，纹波大，体积大，电磁兼容性差，使用可靠性差，及用电设备和人身安全防护等级低的问题。

Description

一种大功率高效交流电源转换装置

技术领域

本实用新型涉及一种大功率高效交流电源转换装置，属电源管理设备技术领域。

背景技术

目前国内外大功率交流电源普遍采用的工频整流方式存在着设备体积庞大，输出纹波大，能耗大，输出效率低，电磁兼容性能差，难以保护人身安全的诸多缺陷。随着当今数字技术的不断进步和全球不断提高的节能需求，以及为达到国家对通信电子设备的电磁兼容性EMC制定的规范标准，十分有必要研发一种转换效率高，电磁兼容性EMC完全满足国家军用标准，隔离防护性强，确保用电设备和人身安全，具备抗干扰、输出过压、过流和过温保护能力，多路输出能耗低，输出功率大，整机体积小的大功率高效交流电源转换装置。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种转换效率高，电磁兼容性EMC完全满足国家军用标准，体积小，效率高，隔离防护性强，极大提高用电设备及人身安全防护等级，具备抗干扰、输出过压、过流和过温保护能力，多路输出能耗低，输出功率大，使用简便，可靠性高的大功率高效交流电源转换装置。解决现有技术转换效率低，输出功率小，纹波大，体积大，电磁兼容性差，使用可靠性差，及用电设备和人身安全防护等级低的问题。

本实用新型是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

该大功率高效交流电源转换装置由壳体、功率转换电路板、远程光电控制接口、液晶显示屏、输出可调控制器、电源输入接口、电源输出接口构成，壳体顶面安装有远程光电控制接口、液晶显示屏、输出可调控制器，壳体背面安装有电源输入接口和电源输出接口，其特征在于：壳体由EMC电磁屏蔽盒构成，壳体内安装有功率转换电路板，功率转换电路板由PFE电路、EMI滤波电路、防雷电路、电流监测电路、远程光电控制电路、可调输出控制电路、显示控制电路组成；PFE电路由PFC电路、高压DC转换电路、过压/过流/过热/保护电路组成；

防雷电路与电流监测电路的输入端连接，电流监测电路的输出端通过EMI滤波电路与PFE电路连接；PFE电路的转换信号端与远程光电控制电路连接，PFE电路的输出端连接可调输出控制电路，PFE电路的显示信号端与显示控制电路连接。

所述的电流监测电路由浪涌抑制电路和漏电保护电路组成。

所述的防雷电路由陶瓷放电管、可变电阻组成。

所述的PFC电路由整流管、监测反馈电路、参考比较电路、控制电路组成；型号为GT-DY01。

所述的高压DC转换电路由输入电路、参考比较电路、监测反馈电路、控制电路组成。

所述的过压/过流/过热/保护电路由参考比较电路、监测反馈电路组成。

所述的壳体具备90dB隔离屏蔽及吸收功率转换电路板辐射电磁波功能。

所述的PFE电路可实现90%交流转换效率、±20%输出调节。

本实用新型与现有技术相比的有益效果在于：

该大功率高效交流电源转换装置采用PFE电路，可提升转换效率20%，使空间利用率和输出功率提升一倍，功率密度可超传统交流电源转换方式的4倍。采用EMI滤波电路，满足国家军用电子设备电磁兼容标准，有效提升了人身安全防护等级。可根据用户需求调整功率输出幅度，可通过远程光电控制接口进行远程光电控制转换。设计灵活，转换效率高，体积小，隔离防护性强，极大提高用电设备及人身安全防护等级，具备抗干扰、输出过压、过流和过温保护能力，多路输出能耗低，输出功率大，使用简便，可靠性高。解决了现有技术转换效率低，输出功率小，纹波大，体积大，电磁兼容性差，使用可靠性差，及用电设备和人身安全防护等级低的问题。

附图说明

图1为一种大功率高效交流电源转换装置的整体结构示意图；

图2为功率转换电路板的工作原理方框示意图；

图3为EMI滤波电路的电路结构示意图；

图4为PFE电路的电路结构示意图；

图5为防雷电路的电路结构示意图。

图中：1、壳体，2、功率转换电路板，3、远程光电控制接口，4、液晶显示屏，5、输出可调控制器，6、电源输入接口，7、电源输出接口；

2-1、PFE电路，2-2、EMI滤波电路，2-3、防雷电路，2-4、电流监测电路，2-5、远程光电控制电路，2-6、可调输出控制电路，2-7、显示控制电路。

具体实施方式

下面结合附图对该大功率高效交流电源转换装置的实施方式作进一步详细说明：

该大功率高效交流电源转换装置由壳体1、功率转换电路板2、远程光电控制接口3、液晶显示屏4、输出可调控制器5、电源输入接口6、电源输出接口7构成，壳体1顶面安装有远程光电控制接口3、液晶显示屏4、输出可调控制器5，壳体1背面安装有电源输入接口6和电源输出接口7；壳体1由EMC电磁屏蔽盒构成，壳体1内安装有功率转换电路板2，功率转换电路板2由PFE电路2-1、EMI滤波电路2-2、防雷电路2-3、电流监测电路2-4、远程光电控制电路2-5、可调输出控制电路2-6、显示控制电路2-7组成；PFE电路2-1由PFC电路、高压DC转换电路、过压/过流/过热/保护电路组成；

防雷电路2-3与电流监测电路2-4的输入端连接，电流监测电路2-4的输出端通过EMI滤波电路2-2与PFE电路2-1连接；PFE电路2-1的转换信号端与远程光电控制电路2-5连接，PFE电路2-1的输出端连接可调输出控制电路2-6，PFE电路2-1的显示信号端与显示控制电路2-7连接。

所述的电流监测电路2-4由浪涌抑制电路和漏电保护电路组成。

所述的防雷电路2-3由陶瓷放电管、可变电阻组成。

所述的PFC电路2-1由整流管、监测反馈电路、参考比较电路、控制电路组成；型号为GT-DY01。

所述的高压DC转换电路由输入电路、参考比较电路、监测反馈电路、控制电路组成。

所述的过压/过流/过热/保护电路由参考比较电路、监测反馈电路组成。

所述的壳体1具备90dB隔离屏蔽及吸收功率转换电路板辐射电磁波功能。

所述的PFE电路2-1可实现90%交流转换效率、±20%输出调节（参见图1～5）。

PFC电路为电源供给装置。

该大功率高效交流电源转换装置的功率转换电路板2内置于由EMC电磁屏蔽盒构成的壳体1中，壳体1的体积不大于150mm×60mm×20mm。PFE电路2-1为本实用新型的核心，具备交流整流、功率因数校正、输入输出隔离、电压转换及稳压功能，同时可提供安全稳定的直流电源。EMI滤波电路2-2可抑制25Hz～30MHz范围内的所有噪声，为后级驱动提供纯净的交流正弦波，配合PFE电路2-1实现电源转换和电磁兼容。防雷电路2-3采用三组由可变电阻与陶瓷放电管组成的复合电路，抗雷击强度高，避免损坏后级电路。

该大功率高效交流电源转换装置的壳体1由吸波屏蔽材料加工成EMC电磁屏蔽盒，为整个装置的电磁屏蔽核心，功率转换电路板2安装在EMC滤波屏蔽盒内部，满足国家军用电子设备电磁兼容标准。

功率转换电路板2：具备抵抗一定强度雷击功能，并可实现输入交流电压判定和交流整流，通过高压DC转换电路的双层buck-boost拓扑完成功率因数校正，利用当今最先进的零电流开关ZCS和零电压开关ZVS技术降低校正电路的自身损耗，进一步提高了转换效率。（参见图4），输入交流电压一部分先进行采样并将数据存入集成电路N2 LM224中，当异常电压进入功率转换电路板2与集成电路N2 LM224所存数据进行比较时，继电器N1不吸附，外部输入被切断，实现电源输入电压自动监测与保护。

输入交流电经过防雷电路2-3和电流监测电路2-4后，通过EMI滤波电路2-2处理后进入PFC电路2-1，使AC220V通过PFC电路2-1进行整流和功率校正，输出较为纯净的直流高压电流。由于PFC电路2-1中采用了双层拓扑，因此可极大提高输出直流的纯净度和极大降低输出纹波幅度。PFC电路2-1可以转换PF达0.99，效率可达98%。

PFC电路2-1为了实现高效并未与输入交流实现隔离，且因其电压接近400V，因此输出正负极之间必须达到一定的的安全距离。PFC电路2-1输出的直流高压通过后级DC-DC电路BUCK电路隔离降压处理，可以实现较高的转换效率。此外，为了提高整个装置的可靠性，在功率转换电路板2中加入过压/过流/过热保护电路。（参见图2），该过压/过流/过热保护电路对高压DC-DC转换电路进行输出取样，将取样的结果与比较电路进行比较，通过误差放大器对其进行放大处理，然后将放大处理结果输出给PFC电路的控制端，这样，通过PFC电路与高压DC-DC转换电路实现闭环工作，完成高效PFE电路2-1功能。

（参见图2），功率转换电路板2为用户提供了三路辅助功能，给用户使用带来极大的便利。首先，用户可以通过远程光电控制接口3实现对该大功率高效交流电源转换装置的远程遥控。其次，用户可以通过液晶显示屏4实时监控整个转换装置的工作状态。最后，用户还可以根据自身需要通过输出可调控制器5调节24V，12V，5V，3.3V的各输出电压。

远程光电控制接口3：为用户提供远程控制接口。

液晶显示器4：为监控该大功率高效交流电源转换装置工作状态的窗口。

输出可调控制器5：为用户提供各路直流输出幅度的调整控制。

电源输入接口6：为交流单相220V输入接口，使用普通的三芯电器公牛插头与电网相连。

电源输出接口7：为直流稳压输出接口，提供直流24V，12V，5V，3.3V。电流监测电路2-4由输入浪涌抑制电路与漏电监测电路组成。其中浪涌抑制电路将温度传感器NTC串接入输入线路中，可有效抑制电路在接通瞬间回路对电容充电而产生的浪涌电流。漏电保护电路通过监测零火线之间的电流差是否达到5mA来判断输入电源线是否对地有漏电流，一旦对地漏电达到设定值，该电源转换装置即自动切断输入交流电。

过压/过流/过热保护电路，一是监测输入交流电压是否在合理范围之内，并将监测的结果反馈到液晶显示器4上。二是监测输出电流是否大于额定输出的120%，如果输出电流超过120%，则判定输出负载异常，该电源转换装置即刻关断输出，并以2s间隔扫描电源输出接口，一旦监测到电源输出接口正常则恢复电流输出。三是监测由EMC滤波屏蔽盒构成的整个壳体1的温度，一旦监测到整个壳体1的温度超过50℃，即刻切断电流输出。

可调输出控制电路2-6与输出可调控制器5连接，用户可根据需要调整输出可调控制器5，可调整各电压输出范围为额定值的±20%。

远程光电控制接口3为预留接口，用户可通过远程遥控的方式控制该大功率高效交流电源转换装置。

以上所述只是本实用新型的较佳实施例而已，上述举例说明不对本实用新型的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本实用新型的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本实用新型技术方案的范围内，而不背离本实用新型的实质和范围。

Claims (8)

1.一种大功率高效交流电源转换装置，它由壳体（1）、功率转换电路板（2）、远程光电控制接口（3）、液晶显示屏（4）、输出可调控制器（5）、电源输入接口（6）、电源输出接口（7）构成，壳体（1）顶面安装有远程光电控制接口（3）、液晶显示屏（4）、输出可调控制器（5），壳体（1）背面安装有电源输入接口（6）和电源输出接口（7），其特征在于：壳体（1）由EMC电磁屏蔽盒构成，壳体（1）内安装有功率转换电路板（2），功率转换电路板（2）由PFE电路（2-1）、EMI滤波电路（2-2）、防雷电路（2-3）、电流监测电路（2-4）、远程光电控制电路（2-5）、可调输出控制电路（2-6）、显示控制电路（2-7）组成；PFE电路（2-1）由PFC电路、高压DC转换电路、过压/过流/过热/保护电路组成；

防雷电路（2-3）与电流监测电路（2-4）的输入端连接，电流监测电路（2-4）的输出端通过EMI滤波电路（2-2）与PFE电路（2-1）连接；PFE电路（2-1）的转换信号端与远程光电控制电路（2-5）连接，PFE电路（2-1）的输出端连接可调输出控制电路（2-6），PFE电路（2-1）的显示信号端与显示控制电路（2-7）连接。

2.根据权利要求1所述的一种大功率高效交流电源转换装置，其特征在于：所述的电流监测电路（2-4）由浪涌抑制电路和漏电保护电路组成。

3.根据权利要求1所述的一种大功率高效交流电源转换装置，其特征在于：所述的防雷电路（2-3）由陶瓷放电管、可变电阻组成。

4.根据权利要求1所述的一种大功率高效交流电源转换装置，其特征在于：所述的PFC电路由整流管、监测反馈电路、参考比较电路、控制电路组成；型号为GT-DY01。

5.根据权利要求1所述的一种大功率高效交流电源转换装置，其特征在于：所述的高压DC转换电路由输入电路、参考比较电路、监测反馈电路、控制电路组成。

6.根据权利要求1所述的一种大功率高效交流电源转换装置，其特征在于：所述的过压/过流/过热/保护电路由参考比较电路、监测反馈电路组成。

7.根据权利要求1所述的一种大功率高效交流电源转换装置，其特征在于：所述的壳体（1）具备90dB隔离屏蔽及吸收功率转换电路板辐射电磁波功能。

8.根据权利要求1所述的一种大功率高效交流电源转换装置，其特征在于：所述的PFE电路（2-1）可实现90%交流转换效率、±20%输出调节。