CN218482790U - 一种交直流转换模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交直流转换模块，包括有源滤波模块、整流电路、稳压电路、充电储能电路和接口端子电路，所述有源滤波模块的输入端连接电网，有源滤波模块的输出端连接所述整流电路的输入端，整流电路的输出端连接所述稳压电路的输入端，稳压电路的输出端连接所述充电储能电路的输入端，本实用新型采用电容储能方式进行交直流转换和充电，正常时作为开入信号直流电源使用；切分合动作时电容向分合闸线圈放电，避免采用变压器进行变压的方式造成磁饱和导致动作失败；整机体积小、重量轻，散热、抗干扰能力强，便于各种场景的安装；具备输入防反接功能以及输出防过压功能。

Description

一种交直流转换模块

技术领域

本实用新型涉及电力技术领域，具体涉及一种交直流转换模块。

背景技术

在电力系统中，断路器可以保证电力系统中电路通断状态的正常，又能在系统运行出现故障时使得故障电流断开，防止事故扩大，保证电网的安全稳定运行，其作为电力系统中重要的电力设备之一，已被广泛地应用于工业、农业、交通运输、国防、文教卫生、金融、商业、旅游服务和人民生活等领域。

传统的AC220V转DC220V有两种方式，一种是采用变压器的方式先降低电压，之后通过整流滤波的方式转换成直流，该种方式虽然转换效率较高，但变压器比较笨重，输出电压受输入电压影响大，精度较低，输出较大功率时容易磁通饱和；另一种是采用DC/DC变换的方式，先将交流整成直流，再进行DC/DC变换，这种方式一般采用反击式控制，容易受干扰，另外空载时自身消耗功率较大，功率较小时容易造成反馈失调，电压突升，不适用于现场平时功耗只有几瓦的环境。

由于断路器的分合闸线圈为感性负载，切分合动作时间短，分合闸电流大，如采用变压器进行变压的方式容易造成磁饱和，输出电压异常而导致切分合动作失败。

发明内容

本实用新型主要是为了解决断路器切分合动作时如采用变压器进行变压的方式容易造成磁饱和导致动作失败的问题，提供了一种交直流转换模块，包括有源滤波模块、整流电路、稳压电路、充电储能电路和接口端子电路，所述有源滤波模块的输入端连接电网，有源滤波模块的输出端连接所述整流电路的输入端，整流电路的输出端连接所述稳压电路的输入端，稳压电路的输出端连接所述充电储能电路的输入端，本实用新型采用电容储能方式进行交直流转换和充电，正常时作为开入信号直流电源使用；切分合动作时电容向分合闸线圈放电，避免采用变压器进行变压的方式造成磁饱和导致动作失败。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种交直流转换模块，包括有源滤波模块、整流电路、稳压电路、充电储能电路和接口端子电路，所述有源滤波模块的输入端连接电网，有源滤波模块的输出端连接所述整流电路的输入端，整流电路的输出端连接所述稳压电路的输入端，稳压电路的输出端连接所述充电储能电路的输入端，充电储能电路的输出端与断路器的分合闸线圈连接。本实用新型采用电容储能方式进行交直流转换和充电，整流电路整流输出后电压接近280V，通过稳压电路给4个电容充电，当电容电压达到稳压值220V截止充电，正常时作为开入信号直流电源使用，功耗大概3-5W左右；切分合动作时电容向断路器的分合闸线圈放电，可达到5-10A的电流输出并维持200MS以上，完全满足现场的直流输出需求。本实用新型提供的交直流转换模块是一款专门为无直流现场的情况下，接触器为直流线圈时分合闸控制使用，输入164～264VAC，输出220VDC，正常功率为3-5W，瞬间输出1000-2000W，时间100-200MS。本实用新型整机体积小、重量轻，散热、抗干扰能力强，便于各种场景的安装；工作温度在-40℃-70℃之间，满足室内外使用要求，适应各种低压断路器工作环境；具备输入防反接功能以及输出防过压功能。

作为优选，所述有源滤波模块包括熔断器F1和滤波器L1，所述滤波器L1的PIN1连接熔断器F1后连接交流火线ACL，滤波器L1的PIN2连接交流零线ACN，滤波器L1的PIN4接地。有源滤波模块实现电磁兼容抗干扰功能。由于现场为户外双进线采集切换，干扰较大，直接输入容易造成强电场或强磁场损坏芯片，输入端采用滤波器L1进行抑制。

作为优选，所述整流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、热敏电阻VR1、稳压二极管ZD1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电解电容EC1，所述二极管D3的负极和所述二极管D1的正极均与所述滤波器L1的PIN5连接，所述二极管D4的负极和所述二极管D2的正极均与所述滤波器L1的PIN3连接，所述热敏电阻VR1的一端与二极管D3的正极和二极管D4的正极连接，热敏电阻VR1的另一端与二极管D1的负极和二极管D2的负极连接，所述稳压二极管ZD1的负极与热敏电阻VR1的另一端连接，稳压二极管ZD1的正极与所述电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与热敏电阻VR1的一端连接，所述电解电容EC1的正极与稳压二极管ZD1的负极连接，电解电容EC1的负极与电阻R3的另一端连接，所述电阻R1的一端与电解电容EC1的正极连接，电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电解电容EC1的负极连接。整流电路将220V交流整成直流，峰值电压约为280V。

作为优选，所述稳压电路包括电阻R4、电阻R5、稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3、稳压二极管ZD4、稳压二极管ZD5、NPN型三极管Q1和NPN型三极管Q2，所述电阻R4的一端连接电阻R1的一端，电阻R4的另一端连接所述电阻R5 的一端，所述稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3、稳压二极管ZD4和稳压二极管ZD5依次一正一负串联连接，稳压二极管ZD2的负极与电阻R5的另一端和所述NPN型三极管Q1的基极b 连接，稳压二极管ZD5的正极与电阻R2的另一端连接，NPN型三极管Q1的发射极e与所述NPN型三极管Q2的基极b连接，NPN型三极管Q1的集电极c和 NPN型三极管Q2的集电极c均与电阻R5的一端连接。稳压电路通过三极管稳压，输出电压220VDC，误差5%，满足现场使用需求。针对现场正常时功耗仅为3W，切分合动作时短时需要1000W的特点，设计采用电容储能方式进行交直流转换和充电设计，通过三极管稳压电路给电容充电。

作为优选，所述充电储能电路包括二极管D5、二极管D6、电阻 R6、电解电容EC2、电解电容EC3、电解电容EC4和电解电容EC5、所述二极管D5 的正极与NPN型三极管Q2的发射极e连接，二极管D5 的负极连接所述二极管D6 的负极，二极管D6的正极连接所述电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接稳压二极管D5的正极，所述电解电容EC2的正极、电解电容EC3的正极、电解电容EC4的正极和电解电容EC5的正极均与二极管D5的负极连接，电解电容EC2的负极、电解电容EC3的负极、电解电容EC4的负极和电解电容EC5的负极均与电阻R6的另一端连接。充电储能电路通过电容储能，合闸动作时释放电容能量完成开关动作。

作为优选，所述接口端子电路包括输入输出接口JK1、电容C1、电容C2、电容C3、稳压二极管ZD6、电阻R7 和发光二极管LED1，所述输入输出接口JK1的PIN1连接交流火线ACL，输入输出接口JK1的PIN2连接交流零线ACN，输入输出接口JK1的PIN3接地；所述电容C1的一端连接所述电容C2的一端，电容C2的另一端连接所述电容C3的一端，电容C3的另一端连接电容C1的另一端，电容C2的另一端接地；所述稳压二极管ZD6的正极连接所述电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接所述发光二极管LED1的正极。

因此，本实用新型的优点是：

（1）采用电容储能方式进行交直流转换和充电，正常时作为开入信号直流电源使用；切分合动作（合闸动作）时电容向断路器的分合闸线圈放电；

（2）专门为无直流现场的情况下，断路器为直流线圈时分合闸控制使用，避免采用变压器进行变压的方式造成磁饱和导致动作失败；

（3）整机体积小、重量轻，散热、抗干扰能力强，便于各种场景的安装；

（4）工作温度在-40℃-70℃之间，满足室内外使用要求，适应各种低压断路器工作环境；

（5）具备输入防反接功能以及输出防过压功能。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种交直流转换模块的电路图。

图2是本实用新型实施例中有源滤波模块的电路图。

图3是本实用新型实施例中整流电路的电路图。

图4是本实用新型实施例中稳压电路的电路图。

图5是本实用新型实施例中充电储能电路的电路图。

图6是本实用新型实施例中接口端子电路的电路图。

1、有源滤波模块 2、整流电路 3、稳压电路 4、充电储能电路 5、接口端子电路。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

一种交直流转换模块，如图1所示，包括有源滤波模块1、整流电路2、稳压电路3、充电储能电路4和接口端子电路5，有源滤波模块1的输入端连接电网，有源滤波模块1的输出端连接整流电路2的输入端，整流电路2的输出端连接稳压电路3的输入端，稳压电路3的输出端连接充电储能电路4的输入端，充电储能电路4的输出端与断路器的分合闸线圈连接。有源滤波模块1实现电磁兼容抗干扰功能；整流电路2将220V交流整成直流，峰值电压约为280V；稳压电路3通过三极管稳压，输出电压220VDC，误差5%；充电储能电路4通过电容储能，合闸动作时释放电容能量完成开关动作。本实用新型采用电容储能方式进行交直流转换和充电，整流电路2整流输出后电压接近280V，通过稳压电路3给4个820UF电容充电，当电容电压达到稳压值220V截止充电，正常时作为开入信号直流电源使用，功耗大概3-5W左右；切分合动作时电容向断路器的分合闸线圈放电，可达到5-10A的电流输出并维持200MS以上。本实用新型提供的交直流转换模块是一款专门为无直流现场的情况下，接触器为直流线圈时分合闸控制使用，输入164～264VAC，输出220VDC，正常功率为3-5W，瞬间输出1000-2000W，时间100-200MS，工作温度在-40℃-70℃之间。

如图2所示，有源滤波模块1包括熔断器F1和滤波器L1，滤波器L1的PIN1连接熔断器F1后连接交流火线ACL，滤波器L1的PIN2连接交流零线ACN，滤波器L1的PIN4接地。由于现场为户外双进线采集切换，干扰较大，直接输入容易造成强电场或强磁场损坏芯片，输入端采用滤波器L1进行抑制。DNF21是一款常用单相无源滤波器，具有良好的EMI和EMS性能指标。

如图3所示，整流电路2包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、热敏电阻VR1、稳压二极管ZD1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电解电容EC1，二极管D3的负极和二极管D1的正极均与滤波器L1的PIN5连接，二极管D4的负极和二极管D2的正极均与滤波器L1的PIN3连接，热敏电阻VR1的一端与二极管D3的正极和二极管D4的正极连接，热敏电阻VR1的另一端与二极管D1的负极和二极管D2的负极连接，稳压二极管ZD1的负极与热敏电阻VR1的另一端连接，稳压二极管ZD1的正极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与热敏电阻VR1的一端连接，电解电容EC1的正极与稳压二极管ZD1的负极连接，电解电容EC1的负极与电阻R3的另一端连接，电阻R1的一端与电解电容EC1的正极连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电解电容EC1的负极连接。1N5408是一款1000V3A的二极管，设计冗余度3倍以上，经过电容滤波后可得到的电压约为280V的直流电压。

如图4所示，稳压电路3包括电阻R4、电阻R5、稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3、稳压二极管ZD4、稳压二极管ZD5、NPN型三极管Q1和NPN型三极管Q2，电阻R4的一端连接电阻R1的一端，电阻R4的另一端连接电阻R5 的一端，稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3、稳压二极管ZD4和稳压二极管ZD5依次一正一负串联连接，稳压二极管ZD2的负极与电阻R5的另一端和NPN型三极管Q1的基极b 连接，稳压二极管ZD5的正极与电阻R2的另一端连接，NPN型三极管Q1的发射极e与NPN型三极管Q2的基极b连接，NPN型三极管Q1的集电极c和 NPN型三极管Q2的集电极c均与电阻R5的一端连接。针对现场正常时功耗仅为3W，切分合动作时短时需要1000W的特点，设计采用电容储能方式进行交直流转换和充电设计，通过三极管稳压电路给电容充电。P6KE56A单个稳压值55V左右，4个串联稳压值为220V，限制住三极管输出的最高电压，采用20W300欧的电阻给电容限流充电，减少上电时的过流冲击，保证启动电流在1A之内。2SC2625是一款400V10A的NPN三极管，通过限制基级电压和电流的方式控制输出电压和电流，正常时输出直流，同时给电容进行充电。

如图5所示，充电储能电路4包括二极管D5、二极管D6、电阻 R6、电解电容EC2、电解电容EC3、电解电容EC4和电解电容EC5、二极管D5 的正极与NPN型三极管Q2的发射极e连接，二极管D5 的负极连接二极管D6 的负极，二极管D6的正极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接稳压二极管D5的正极，电解电容EC2的正极、电解电容EC3的正极、电解电容EC4的正极和电解电容EC5的正极均与二极管D5的负极连接，电解电容EC2的负极、电解电容EC3的负极、电解电容EC4的负极和电解电容EC5的负极均与电阻R6的另一端连接。根据计算，2000UF电容在220V5A时的放电持续时间为200MS，模块设计的4个820UF（或3个1000 UF）电容容量在1.5倍之上，经测试满足要求。

如图6所示，接口端子电路5包括输入输出接口JK1、电容C1、电容C2、电容C3、稳压二极管ZD6、电阻R7 和发光二极管LED1，输入输出接口JK1的PIN1连接交流火线ACL，输入输出接口JK1的PIN2连接交流零线ACN，输入输出接口JK1的PIN3接地；电容C1的一端连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接电容C1的另一端，电容C2的另一端接地；稳压二极管ZD6的正极连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接发光二极管LED1的正极。输入输出采用5脚接线端子，交流输入直流输出。输出电路（接口端子电路5）设计了电容抗雷击浪涌，另外设计了发光二极管电路，可以通过调节稳压管的型号设定有电指示。

以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种交直流转换模块，其特征在于，包括有源滤波模块、整流电路、稳压电路、充电储能电路和接口端子电路，所述有源滤波模块的输入端连接电网，有源滤波模块的输出端连接所述整流电路的输入端，整流电路的输出端连接所述稳压电路的输入端，稳压电路的输出端连接所述充电储能电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种交直流转换模块，其特征在于，所述有源滤波模块包括熔断器F1和滤波器L1，所述滤波器L1的PIN1连接熔断器F1后连接交流火线ACL，滤波器L1的PIN2连接交流零线ACN，滤波器L1的PIN4接地。

3.根据权利要求2所述的一种交直流转换模块，其特征在于，所述整流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、热敏电阻VR1、稳压二极管ZD1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电解电容EC1，所述二极管D3的负极和所述二极管D1的正极均与所述滤波器L1的PIN5连接，所述二极管D4的负极和所述二极管D2的正极均与所述滤波器L1的PIN3连接，所述热敏电阻VR1的一端与二极管D3的正极和二极管D4的正极连接，热敏电阻VR1的另一端与二极管D1的负极和二极管D2的负极连接，所述稳压二极管ZD1的负极与热敏电阻VR1的另一端连接，稳压二极管ZD1的正极与所述电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与热敏电阻VR1的一端连接，所述电解电容EC1的正极与稳压二极管ZD1的负极连接，电解电容EC1的负极与电阻R3的另一端连接，所述电阻R1的一端与电解电容EC1的正极连接，电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电解电容EC1的负极连接。

4.根据权利要求3所述的一种交直流转换模块，其特征在于，所述稳压电路包括电阻R4、电阻R5、稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3、稳压二极管ZD4、稳压二极管ZD5、NPN型三极管Q1和NPN型三极管Q2，所述电阻R4的一端连接电阻R1的一端，电阻R4的另一端连接所述电阻R5 的一端，所述稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3、稳压二极管ZD4和稳压二极管ZD5依次一正一负串联连接，稳压二极管ZD2的负极与电阻R5的另一端和所述NPN型三极管Q1的基极b连接，稳压二极管ZD5的正极与电阻R2的另一端连接，NPN型三极管Q1的发射极e与所述NPN型三极管Q2的基极b连接，NPN型三极管Q1的集电极c和 NPN型三极管Q2的集电极c均与电阻R5的一端连接。

5.根据权利要求4所述的一种交直流转换模块，其特征在于，所述充电储能电路包括二极管D5、二极管D6、电阻 R6、电解电容EC2、电解电容EC3、电解电容EC4和电解电容EC5、所述二极管D5 的正极与NPN型三极管Q2的发射极e连接，二极管D5 的负极连接所述二极管D6的负极，二极管D6的正极连接所述电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接稳压二极管D5的正极，所述电解电容EC2的正极、电解电容EC3的正极、电解电容EC4的正极和电解电容EC5的正极均与二极管D5的负极连接，电解电容EC2的负极、电解电容EC3的负极、电解电容EC4的负极和电解电容EC5的负极均与电阻R6的另一端连接。

6.根据权利要求1所述的一种交直流转换模块，其特征在于，所述接口端子电路包括输入输出接口JK1、电容C1、电容C2、电容C3、稳压二极管ZD6、电阻R7 和发光二极管LED1，所述输入输出接口JK1的PIN1连接交流火线ACL，输入输出接口JK1的PIN2连接交流零线ACN，输入输出接口JK1的PIN3接地；所述电容C1的一端连接所述电容C2的一端，电容C2的另一端连接所述电容C3的一端，电容C3的另一端连接电容C1的另一端，电容C2的另一端接地；所述稳压二极管ZD6的正极连接所述电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接所述发光二极管LED1的正极。

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