CN209402158U - 接口装置以及电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种接口装置以及电源系统，一种接口装置，用于电源系统中，电源系统包括直流电源和母线，接口装置包括输入端、输出端以及半桥拓扑电路，输入端与直流电源连接，输出端与母线连接，半桥拓扑电路用于控制接口装置的输入输出功率；其中，半桥拓扑电路包括第一开关管以及第二开关管，第一开关管与输入端并联，第二开关管连接在输入端与第一开关管之间。上述接口装置连接在直流电源与母线之间，接口装置接收直流电源的的电能后，经过半桥拓扑电路的处理后输出给母线，实现对直流电源与母线之间的功率调节，提高了电源系统的安全性，并且在多个直流电源连接在母线上时，可以实现各个直流电源之间得瑟相互连接和功率互济。

Description

接口装置以及电源系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统的技术领域，特别是涉及一种接口装置以及电源系统。

背景技术

传统的直流电源系统中，一般存在着多个低压直流电源连接在直流母线上。由于单个的电源功率有限，使用时需要对本地用电负载的总功率进行限制，而且多个独立的电源会降低用电的灵活性，无法实现各个直流电源与直流母线之间的功率调节。而直接将电源系统中的各直流电源进行连接，会存在一定的安全隐患。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种接口装置以及电源系统，可以安全灵活的实现直流电源的互联，并对直流电源与母线之间的功率进行调节。

一种接口装置，用于电源系统中，所述电源系统包括直流电源和母线，所述接口装置包括输入端、输出端以及半桥拓扑电路，所述输入端与所述直流电源连接，所述输出端与所述母线连接，所述半桥拓扑电路用于控制所述接口装置的输入输出功率；

其中，所述半桥拓扑电路包括第一开关管以及第二开关管，所述第一开关管与所述输入端并联，所述第二开关管连接在所述输入端与所述第一开关管之间。

上述接口装置连接在直流电源与母线之间，接口装置接收直流电源的的电能后，经过半桥拓扑电路的处理后输出给母线，实现对直流电源与母线之间的功率调节，提高了电源系统的安全性，并且在多个直流电源连接在母线上时，可以实现各个直流电源之间的相互连接和功率互济。

在其中一个实施例中，所述半桥拓扑电路还包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管与所述第一开关管并联，所述第二二极管与所述第二开关管并联。

在其中一个实施例中，所述第一开关管和所述第二开关管为场效应管，所述第一开关管的源极与所述输入端连接，所述第一开关管的漏极与所述输出端连接；所述第二开关管的源极与所述第一开关管的漏极连接，所述第二开关管的漏极与所述输入端连接。

在其中一个实施例中，所述接口装置包括控制单元，所述控制单元包括处理器、存储器、电源管理芯片、数字量输入输出接口以及模拟量输入输出接口中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述接口装置还包括保护单元；所述控制单元在所述电源系统出现过流或短路的情况下，控制所述保护单元将所述第一开关管和/ 或所述第二开关管断开。

在其中一个实施例中，所述接口装置还包括通信单元和/或显示单元；所述控制单元控制所述通信单元与外部通信，所述控制单元控制所述显示单元显示所述接口装置的数据信息。

一种电源系统，包括母线、直流电源以及上述的接口装置；

其中，所述直流电源通过所述接口装置连接在所述母线上，所述半桥拓扑电路用于控制所述接口装置的输入输出功率。

上述电源系统，通过接口装置连接在直流电源与母线之间，接口装置接收直流电源的的电能后，经过半桥拓扑电路的处理后输出给母线，实现对直流电源与母线之间的功率调节，提高了电源系统的安全性，并且在多个直流电源连接在母线上时，可以实现各个直流电源之间的相互连接和功率互济。

在其中一个实施例中，所述直流电源的数量为多个，所述接口装置的数量为多个；

其中，每个所述直流电源通过一个所述接口装置并联至所述母线。

在其中一个实施例中，所述母线包括线路电感，所述接口装置利用所述线路电感进行滤波。

在其中一个实施例中，所述电源系统还包括用电负荷，所述用电负荷通过负荷线路连接在所述直流电源上。

附图说明

图1为一个实施例中接口装置的模块示意图；

图2为另一个实施例中接口装置的模块示意图；

图3为一个实施例中接口装置的结构示意图；

图4为一个实施例中电源系统的结构示意图；

图5为另一个实施例中电源系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为一个实施例中接口装置的模块示意图，如图1所示，在一个实施例中，一种接口装置100，用于电源系统中，电源系统包括直流电源和母线，接口装置100包括输入端140、输出端160以及半桥拓扑电路，输入端140与直流电源连接，输出端160与母线连接，半桥拓扑电路用于控制接口装置100的输入输出功率；其中，半桥拓扑电路包括第一开关管122以及第二开关管124，第一开关管122与输入端140并联，第二开关管连124接在输入端与第一开关管之间。

具体地，在接口装置100中，输入端140用于从直流电源接收电能，输出端160用于向母线进行供电，输入端140与输出端160之间通过半桥拓扑电路连接，接口装置100的半桥拓扑电路主要由两个功率开关器件组成，即第一开关管122以及第二开关管124，第一开关管122与第二开关管124以图腾柱的形式连接，以中间点作为输出连接至输出端160。直流电源经由接口装置100的半桥拓扑电路连接至母线，从而实现直流电源与母线之间的功率输入/输出。

第一开关管122为半桥拓扑电路中的上部开关管，第二开关管124为半桥拓扑电路中的下部开关管，根据输入端140以及输出端160的功率流向需求，通过控制上下管的开关状态，可以调节流过接口装置100的电压来主动实现主动功率调节。同时当线路中发生过流或短路故障时，半桥拓扑电路中的开关管可以进行关断，产生保护动作，以提高电源系统的安全性。

进一步地，在接口装置100中，半桥拓扑电路的第一开关管122以及第二开关管124的种类可以根据实际使用情况确定，具体可以选取开关二极管、开关三极管以及场效应管等开关性能好、导通与截止的状态转变速度快，损耗小的器件，以提高电源系统的效率和稳定性。

上述接口装置100连接在直流电源与母线之间，接口装置接收直流电源的的电能后，经过半桥拓扑电路的处理后输出给母线，实现对直流电源与母线之间的功率调节，提高了电源系统的安全性，并且在多个直流电源连接在母线上时，可以实现各个直流电源之间的相互连接和功率互济。

图2为另一个实施例中接口装置的模块示意图，如图2所示，在一个实施例中，接口装置100中输入端140、输出端160、第一开关管122以及第二开关管124可以分别与上述实施例中的相应结构相同。接口装置100的半桥拓扑电路还包括第一二极管D1和第二二极管D2；第一二极管D1与第一开关管122 并联，第二二极管D2与第二开关管144并联。

具体地，在接口装置100的半桥拓扑电路中还可以包括第一二极管D1和第二二极管D2，第一二极管D1和第二二极管D2分别并连在第一开关管122和第二开关管124两端，通过第一二极管D1和第二二极管D2对接口装置100进行整流。可以理解的是，半桥拓扑电路的具体结构可以根据接口装置的实际情况进行设置，并不限定于本实施例中的结构，还可以设置其他电感、电容等器件，用于实现滤波或稳压等功能，进一步提供电源系统的供电品质。

图3为一个实施例中接口装置的结构示意图，如图3所示，在一个实施例中，接口装置200包括输入端240、输出端260、第一开关管222以及第二开关管224，其中第一开关管222和第二开关管224为场效应管，第一开关管222的源极(Source，简称S)与输入端240连接，第一开关管222的漏极(Drain，简称 D)与输出端260连接；第二开关管224的源极与第一开关管222的漏极连接，第二开关管224的漏极与输入端240连接。

具体的，在接口装置200中，第一开关管222与第二开关管224可以均为场效应管(Field Effect Transistor，简称FET)，场效应管是常见的开关管器件，被广泛应用于开关电路中，具有噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、安全工作区域宽等优点。第一开关管222与第二开关管224具体可以选取金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，简称MOS)场效应管。第一开关管 222与第二开关管224以图腾柱形式连接，第一开关管222的源极与第二开关管 224的漏极分别连接在输入端240的直流电源的两端，第一开关管的漏极与第二开关管224的源极相连接，以中间点作为输出至输出端260的母线。根据直流电源的输入电压和母线的输出电压，控制第一开关管222和第二开关管224的开关状态，从而实现对接口装置输入输出功率的调节。可以理解的是，在半桥拓扑电路中也可以选取其他符合功能需求的功率开关器件作为第一开关管222 和第二开关管224，并不限定于本实施例中的场效应管。

在一个实施例中，接口装置包括控制单元，控制单元包括处理器、存储器、电源管理芯片、数字量输入输出接口以及模拟量输入输出接口中的至少一种。

具体地，在接口装置中，除了半桥拓扑电路作为连接直流电源与母线的主电路，还可以包括控制单元以及其他的功能单元，控制单元用于实现对接口装置中各部分工作的控制和处理。控制单元可以采集半桥拓扑电路以及其他单元的运行参数信息，做出运算和判断，并给出相应指令，作用于相应单元，从而实现对接口装置的控制。控制单元具体可以包括处理器、存储器、电源管理芯片、数字量输入输出接口以及模拟量输入输出接口以等器件，其中，处理器用于进行数据运算，存储器用于存储信息数据，电源管理芯片用于对各单元进行供电，数字量输入输出接口和模拟量输入输出接口分别用于收发数字信号以及模拟信号，从而实现控制单元与接口装置中其他单元的通信连接。

在一个实施例中，上述接口装置还包括保护单元；控制单元在电源系统出现过流或短路的情况下，控制保护单元将第一开关管和/或第二开关管断开。

具体地，接口装置中还可以包括独立的保护单元，保护单元与控制单元通信连接，控制单元实时检测半桥拓扑电路上的参数信息，当监测到电路中发生过流或短路的情况时，控制单元可以向保护单元发送控制命令，控制保护单元断开半桥拓扑电路中的第一开关管和/或第二开关管，从而实现电源系统中的主动保护，提高电源系统的安全性。

在一个实施例中，接口装置还包括通信单元和/或显示单元；控制单元控制通信单元与外部通信，控制单元控制显示单元显示接口装置的数据信息。接口装置中还可以设置有通信单元以及显示单元，通信单元及显示单元均与控制单元通信连接。通信单元可以通过有线或无线的方式与外部进行通信，实现接口装置与外部的信息交互。显示单元具体可以包括显示屏或投影仪等显示显示装置，可以将接口装置的运行状态等参数信息显示给用户。

图4为一个实施例中电源系统的结构示意图，如图4所示，在一个实施例中，一种电源系统10包括直流电源300、母线500以及上述的接口装置100；其中，直流电源300通过接口装置100连接在母线500上，半桥拓扑电路用于控制接口装置100的输入输出功率。

具体地，电源系统10包括直流电源300、母线500以及上述实施例中的接口装置100，接口装置100的输入端140与直流电源300相连接，接口装置100 的输出端160与母线500相连接，直流电源300经由接口装置100连接至母线，从而实现直流电源与母线之间的功率输入/输出。半桥拓扑电路中包括第一开关管122以及第二开关管124，第一开关管122与第二开关管124以图腾柱的形式连接，以中间点作为输出连接至输出端160。根据输入端140以及输出端160的功率流向需求，通过控制第一开关管122和第二开关管124的开关状态，可以控制接口装置100的输入输出功率，从而实现对直流电源300与母线500之间的功率调节。

进一步地，在电源系统10中，接口装置100中半桥拓扑电路的第一开关管 122以及第二开关管124可以选取开关二极管、开关三极管以及场效应管等功率开关器件。母线500一般可以为直流母排，直流电源300可以为电池或直流发电机等直流供电设备，直流电源300的电压及功率等性能参数可以根据实际需求确定。电源系统中也可以同时包括多个直流电源300以及接口装置100，多个直流电源300均通过接口装置100连接至母线500上，以实现多个直流电源300 的互相连通。

图5为另一个实施例中电源系统的结构示意图，如图5所示，在一个实施例中，电源系统20的直流电源300的数量为多个，接口装置100的数量为多个；其中，每个直流电源300通过一个接口装置100并联至母线500。

具体地，在电源系统20中包括多个直流电源300，直流电源300的具体数量可以根据电源系统20的实际需求确定，每个直流电源300都与一个接口装置 100相连接，多个直流电源300通过接口装置100并联在同个母线500上。由于每个直流电源300的性能参数和工作状态不同，因此多个直流电源300的电压和功率可能存在差异，每个接口装置100根据其连接的直流电源300的电压以及母线500的电压，对输入输出功率进行调节，从而保证电源系统20中电压的稳定，多个直流电源300还通过接口装置100互相连接，从而实现直流电源300之间的功率互济。

在一个实施例中，上述电源系统20还包括用电负荷400，用电负荷400通过负荷线路连接在直流电源300上。在电源系统20中，用电负荷400一般为每个直流电源300的本地负载，用电负荷400具体可以为基站等用电设备，直流电源300与用电负荷400为串联连接，直流电源300对与其连接的用电负荷400 进行供电，同时用电负荷400还与接口装置100串联连接，从而对用电负荷400 的电压和功率进行调节。

在一个实施例中，上述母线500包括线路电感，接口装置100利用线路电感进行滤波。在电源系统20中，母线500具体可以包括正负两条直流母排，母线500的母排上存在有线路电感，由于接口装置100中的半桥拓扑电路是以高频开关形式工作的，因此无需在电源系统20中单独设置滤波电感，接口装置100 可以利用母线500的线路电感实现滤波功能，减小电源系统20中的电压纹波，提高电源系统20的效率和稳定性。

在一个实施例中，上述直流电源300为48V直流电源。直流电源300可以为恒定电流的供电装置，例如可以采用48V的低压直流电源，具体可以通过干电池、蓄电池或直流发电机等直流供电装置实现。48V的低压直流电源目前在通讯供电系统中等使用较为普遍，使用48V直流电源可以较好的适应实际应用。可以理解的是，直流电源3000的具体种类和性能参数可以根据实际需求确定，并不限定于本实施例中的48V直流电源。

上述电源系统，通过接口装置连接在直流电源与母线之间，接口装置接收直流电源的的电能后，经过半桥拓扑电路的处理后输出给母线，实现对直流电源与母线之间的功率调节，提高了电源系统的安全性，并且在多个直流电源连接在母线上时，可以实现各个直流电源之间的相互连接和功率互济。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种接口装置，用于电源系统中，所述电源系统包括直流电源和母线，其特征在于，所述接口装置包括输入端、输出端以及半桥拓扑电路，所述输入端与所述直流电源连接，所述输出端与所述母线连接，所述半桥拓扑电路用于控制所述接口装置的输入输出功率；

其中，所述半桥拓扑电路包括第一开关管以及第二开关管，所述第一开关管与所述输入端并联，所述第二开关管连接在所述输入端与所述第一开关管之间。

2.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于，所述半桥拓扑电路还包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管与所述第一开关管并联，所述第二二极管与所述第二开关管并联。

3.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管为场效应管，所述第一开关管的源极与所述输入端连接，所述第一开关管的漏极与所述输出端连接；所述第二开关管的源极与所述第一开关管的漏极连接，所述第二开关管的漏极与所述输入端连接。

4.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于，所述接口装置包括控制单元，所述控制单元包括处理器、存储器、电源管理芯片、数字量输入输出接口以及模拟量输入输出接口中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的接口装置，其特征在于，所述接口装置还包括保护单元；所述控制单元在所述电源系统出现过流或短路的情况下，控制所述保护单元将所述第一开关管和/或所述第二开关管断开。

6.根据权利要求4所述的接口装置，其特征在于，所述接口装置还包括通信单元和/或显示单元；所述控制单元控制所述通信单元与外部通信，所述控制单元控制所述显示单元显示所述接口装置的数据信息。

7.一种电源系统，其特征在于，包括母线、直流电源以及上述权利要求1至6中任意一项所述的接口装置；

其中，所述直流电源通过所述接口装置连接在所述母线上，所述半桥拓扑电路用于控制所述接口装置的输入输出功率。

8.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，所述直流电源的数量为多个，所述接口装置的数量为多个；

其中，每个所述直流电源通过一个所述接口装置并联至所述母线。

9.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，所述母线包括线路电感，所述接口装置利用所述线路电感进行滤波。

10.根据权利要求7中所述的电源系统，其特征在于，还包括用电负荷，所述用电负荷通过负荷线路连接在所述直流电源上。