一種強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置，屬于電源變換裝置，包括：泄放電路包括強干擾寬輸入范圍的交流電源、第一退耦電感、石墨間隙、第二退耦電感和多層壓敏器件，隔離端過電壓保護電路包括氣體放電管、共模電感和雙向瞬態(tài)抑制管，穩(wěn)壓/限壓電路包括電壓控制電路和滯后分級控制器，DC?DC電源變換電路包括第一級DC?DC模塊、第二級DC?DC模塊和輸出保護開關(guān)，還包括輸出保護電路。該裝置能在強干擾條件下實現(xiàn)20:1寬范圍輸入的電源變換，利用多模式多分級干擾抑制技術(shù)，確保電源在即使直擊雷電干擾條件下不會損壞，從而提高電源系統(tǒng)整體的抗干擾和寬范圍輸入變化承受能力。
【專利說明】
一種強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電源變換裝置，具體涉及一種強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，各種在野外環(huán)境使用的電氣設(shè)備越來越多，比如各種外場的環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備監(jiān)測設(shè)備、輸電線路監(jiān)測設(shè)備等。在這些外場特殊環(huán)境下，經(jīng)常沒有供電網(wǎng)絡(luò)為其提供電源，需要通過一些特殊的方法從用電設(shè)備環(huán)境周邊收獲其它形式的能量，如從日照、風力、電磁波、高壓供電線路感應(yīng)取電、超高壓輸電線路防雷地線取電等。
[0003]這類供電方式有兩個主要問題，一是由于野外使用，非常容易受到雷擊、強電磁異常、電網(wǎng)負荷波動、太陽風暴等強干擾影響而損壞電源裝置;二是這些獲取的電源受條件限制，輸出電壓極為不穩(wěn)定，輸出電壓動態(tài)變化范圍可以達到幾十倍以上，可能從幾伏到上百伏都有可能。為了使用這些從野外環(huán)境中獲取的能源，電源變換裝置必須能夠在野外環(huán)境下承受強干擾的影響，并能夠?qū)O端不穩(wěn)定的、寬動態(tài)范圍的電壓進行調(diào)理。
[0004]目前絕大多數(shù)的外場供電設(shè)備只采用基本的一級或兩級抗干擾部件抑制電源的干擾，這對一般的空間干擾形式可以起到防護作用，但對于完全暴露在野外，甚至直接會遭受到雷擊的某些電源裝置來說，不能起到保護作用?，F(xiàn)有的絕大多數(shù)電源變換裝置對輸入電壓范圍的限制都比較窄，一般電源的輸入電壓范圍多為額定電壓的±20%，一些寬范圍的電源也只能達到2:1或4:1的輸入范圍，能見到報道的某些特殊用途電源在10:1的輸入范圍下工作已算是具有很寬的輸入適應(yīng)能力了，但這些電源在某些特殊應(yīng)用中仍不能滿足動態(tài)范圍的需求，很容易出現(xiàn)電源損壞的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置。
[0006]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的:
[0007]本發(fā)明提供了一種強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置，包括泄放電路及與所述泄放電路依次電連接的飽和式隔離變壓器、隔離端過電壓保護電路、橋式整流器、穩(wěn)壓/限壓電路、DC-DC電源變換電路和輸出保護電路；
[0008]所述泄放電路包括交流電源及與所述交流電源依次并聯(lián)的石墨間隙和多層壓敏器件，所述交流電源和所述石墨間隙之間串聯(lián)有第一退耦電感，所述石墨間隙和所述多層壓敏器件之間串聯(lián)有第二退耦電感，所述多層壓敏器件與所述飽和式隔離變壓器的輸入端口連接；
[0009]所述隔離端過電壓保護電路包括依次并聯(lián)的氣體放電管、共模電感和雙向瞬態(tài)抑制管，所述氣體放電管與所述飽和式隔離變壓器的輸出端口連接，所述雙向瞬態(tài)抑制管的第一端與所述橋式整流器的第一輸入端連接，所述雙向瞬態(tài)抑制管的第二端與所述橋式整流器的第二輸入端連接；
[0010]所述穩(wěn)壓/限壓電路包括可設(shè)定限壓控制電路和滯后分級控制器，所述DC-DC電源變換電路包括第一級DC-DC模塊、第二級DC-DC模塊和輸出保護開關(guān)；
[0011]所述橋式整流器的第一輸出端通過第一開關(guān)和第二開關(guān)與所述第一級DC-DC模塊的輸入端連接，所述橋式整流器的第一輸出端還通過所述第一開關(guān)和第三開關(guān)與所述第二級DC-DC模塊的輸入端連接，所述可設(shè)定限壓控制電路的控制端控制所述第一開關(guān)的斷開或閉合，所述可設(shè)定限壓控制電路的輸出端與所述滯后分級控制器的輸入端連接，所述第一級DC-DC模塊的輸出端通過第四開關(guān)與所述輸出保護電路的輸入端連接，所述第二級DC-DC模塊的輸出端通過第五開關(guān)與所述輸出保護電路的輸入端連接，所述滯后分級控制器的第一控制端控制所述第二開關(guān)和所述第四開關(guān)的斷開或閉合，所述滯后分級控制器的第二控制端控制所述第三開關(guān)和所述第五開關(guān)的斷開或閉合，所述第一級DC-DC模塊的輸出端通過第四開關(guān)與所述輸出保護開關(guān)的輸入端連接，所述第二級DC-DC模塊的輸出端通過第五開關(guān)與所述輸出保護開關(guān)的輸入端連接，所述輸出保護開關(guān)的控制端與所述輸出保護電路的輸出端連接，所述輸出保護電路通過所述輸出保護開關(guān)的輸出端將直流電源輸出；
[0012]所述橋式整流器的第二輸出端、所述可設(shè)定限壓控制電路的接地端、所述滯后分級控制器的接地端、所述第一級DC-DC模塊的接地端和所述第二級DC-DC模塊的接地端均接至隔離接地端。
[0013]優(yōu)選地，所述飽和式隔離變壓器的第一輸出端和所述氣體放電管第一端之間串聯(lián)有第一自恢復保險，所述飽和式隔離變壓器的第二輸出端和所述氣體放電管的第二端之間串聯(lián)有第一.自恢復保險。
[0014]優(yōu)選地，所述橋式整流器的第一輸出端和所述第二開關(guān)之間還串聯(lián)有第三電感，所述穩(wěn)壓/限壓電路還包括儲能電容器，所述儲能電容器的第一端連接在所述第三電感和第二開關(guān)之間，所述儲能電容器的第二端接至隔離接地端。
[0015]優(yōu)選地，所述DC-DC電源變換電路還包括第一隔離二極管和第二隔離二極管，所述第一隔離二極管連接在所述第四開關(guān)和所述輸出保護電路之間，且所述第一隔離二極管的負極與所述輸出保護電路的輸入端及所述輸出保護開關(guān)的輸入端連接，所述第二隔離二極管連接在所述第五開關(guān)和所述輸出保護電路之間，且所述第二隔離二極管的負極與所述輸出保護電路的輸入端及所述輸出保護開關(guān)的輸入端連接。
[0016]本發(fā)明提供的強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置具有以下有益效果:
[0017]1、減少野外交流電源受強干擾損害的可能；
[0018]2、可將野外大動態(tài)范圍的電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出供監(jiān)測設(shè)備使用；
[0019]3、將強干擾防護與大動態(tài)范圍穩(wěn)壓進行一體化設(shè)計，簡化了外場設(shè)備的體積；
[0020]4、該裝置能在強干擾條件下實現(xiàn)20:1寬范圍輸入的電源變換，利用多模式多分級干擾抑制技術(shù)，確保電源在即使直擊雷電干擾條件下不會損壞；
[0021 ] 5、采用多級串并電源轉(zhuǎn)換技術(shù)，確保在輸入電壓達到20:1的大動態(tài)范圍時，電源能夠正常輸出穩(wěn)定的電壓，從而提高電源系統(tǒng)整體的抗干擾和寬范圍輸入變化承受能力。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本發(fā)明實施例提供的強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置電路模塊連接圖；
[0024]圖2為本發(fā)明實施例提供的強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置100/200/300和400的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖3為本發(fā)明實施例提供的強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置400/500/600和700的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0027]實施例1
[0028]本發(fā)明提供了一種強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置，如圖1至圖3所示，包括泄放電路100及與泄放電路100依次電連接的飽和式隔離變壓器200、隔離端過電壓保護電路300、橋式整流器400、穩(wěn)壓/限壓電路500、DC-DC電源變換電路600和輸出保護電路700。
[0029]泄放電路100包括強干擾寬輸入范圍的交流電源101及與交流電源101依次并聯(lián)的石墨間隙102和多層壓敏器件103，交流電源101和石墨間隙102之間串聯(lián)有第一退耦電感104，石墨間隙102和多層壓敏器件103之間串聯(lián)有第二退耦電感105，多層壓敏器件103與飽和式隔離變壓器200的輸入端口連接。
[0030]本實施例中，強干擾是指雷擊、強電磁異常、電網(wǎng)負荷波動、太陽風暴等對電源裝置的干擾損壞，超寬外圍是指電壓達到20:1的大動態(tài)輸入范圍。
[0031]隔離端過電壓保護電路300包括依次并聯(lián)的氣體放電管301、共模電感302和雙向瞬態(tài)抑制管303，氣體放電管301與飽和式隔離變壓器200的輸出端口連接，雙向瞬態(tài)抑制管303的第一端與橋式整流器400的第一輸入端連接，雙向瞬態(tài)抑制管303的第二端與橋式整流器400的第二輸入端連接。穩(wěn)壓/限壓電路500包括可設(shè)定限壓控制電路501和滯后分級控制器502，DC-DC電源變換電路600包括第一級DC-DC模塊601、第二級DC-DC模塊602和輸出保護開關(guān)609。
[0032]橋式整流器400的第一輸出端通過第一開關(guān)503和第二開關(guān)603與第一級DC-DC模塊601的輸入端連接，橋式整流器400的第一輸出端還通過第一開關(guān)503和第三開關(guān)604與第二級DC-DC模塊602的輸入端連接，可設(shè)定限壓控制電路501的控制端控制第一開關(guān)503的斷開或閉合，可設(shè)定限壓控制電路501的輸出端與滯后分級控制器502的輸入端連接，第一級DC-DC模塊601的輸出端通過第四開關(guān)605與輸出保護電路700的輸入端連接，第二級DC-DC模塊602的輸出端通過第五開關(guān)606與輸出保護電路700的輸入端連接，滯后分級控制器502的第一控制端控制第二開關(guān)603和第四開關(guān)605的斷開或閉合，滯后分級控制器502的第二控制端控制第三開關(guān)604和第五開關(guān)606的斷開或閉合。第一級DC-DC模塊601的輸出端通過第四開關(guān)605與輸出保護開關(guān)609的輸入端連接，第二級DC-DC模塊602的輸出端通過第五開關(guān)606與輸出保護開關(guān)609的輸入端連接，輸出保護開關(guān)609的控制端與所述輸出保護電路700的輸出端連接，輸出保護電路700通過輸出保護開關(guān)609的輸出端將直流電源輸出，當輸出保護電路700檢測到過載時會通過輸出保護開關(guān)609限制輸出功率。
[0033]橋式整流器400的第二輸出端、可設(shè)定限壓控制電路501的接地端、滯后分級控制器502的接地端、第一級DC-DC模塊601的接地端和第二級DC-DC模塊602的接地端均接至隔1?接地立而。
[0034]為了提高整個裝置的安全系數(shù)，飽和式隔離變壓器200的第一輸出端和氣體放電管301第一端之間串聯(lián)有第一自恢復保險304，飽和式隔離變壓器200的第二輸出端和氣體放電管301的第二端之間串聯(lián)有第二自恢復保險305。
[0035]進一步地，橋式整流器400的第一輸出端和第二開關(guān)603之間還串聯(lián)有第三電感504，穩(wěn)壓/限壓電路500還包括儲能電容器505，儲能電容器505的第一端連接在第三電感504和第二開關(guān)603之間，儲能電容器505的第二端接至隔離接地端。
[0036]進一步地，DC-DC電源變換電路600還包括第一隔離二極管607和第二隔離二極管608，第一隔離二極管607連接在第四開關(guān)605和輸出保護電路700之間，且第一隔離二極管607的負極與輸出保護電路700的輸入端及輸出保護開關(guān)609的輸入端連接，第二隔離二極管608連接在第五開關(guān)606和輸出保護電路700之間，且第二隔尚二極管608的負極與輸出保護電路700的輸入端及輸出保護開關(guān)609的輸入端連接。
[0037]強干擾寬輸入范圍的交流電源101在進入本裝置后先經(jīng)過第一退耦電感104的隔離保護，使交流電源101自身的保護系統(tǒng)啟動，泄放一定的干擾能量。通過第二退耦電感105的強干擾經(jīng)大容量多層石墨間隙102進行第一級對大地泄放保護，經(jīng)第二退耦電感105后由多層壓敏器件103進行第二級對大地泄放保護。經(jīng)前兩級保護后的電源經(jīng)飽和式隔離變壓器200進行第三級限壓隔離保護后與大地隔離，浮空的飽和式隔離變壓器200輸出端經(jīng)第一自恢復保險304和第二自恢復保險305進行限流保護。接著由氣體放電管301、共模電感302和雙向瞬態(tài)抑制管303構(gòu)成的隔離端過電壓保護電路300，對可能的強干擾再次進行第四和第五級過壓抑制后，經(jīng)橋式整流器400整流為直流電。
[0038]整流后高達20:1動態(tài)范圍的直流電源，經(jīng)過第一級由第一開關(guān)503和可設(shè)定限壓控制電路501構(gòu)成的穩(wěn)壓、限壓電路進行初步限穩(wěn)壓，使直流電壓控制在大約8:1的動態(tài)范圍內(nèi)。根據(jù)輸出電壓的要求，滯后分級控制器502將輸入的8:1動態(tài)范圍電壓分為多級，并同步控制第二開關(guān)603和第四開關(guān)605對并聯(lián)的多個第一級DC-DC模塊601和第二級DC-DC模塊602進行自動切換，以選擇合適參數(shù)的DC-DC電源變換電路600工作產(chǎn)生所需的輸出電壓，多個并聯(lián)的DC-DC電源變換電路600輸出經(jīng)第一隔離二極管607的隔離后送入輸出級的輸出保護電路700進行輸出。
[0039]盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0040]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置，其特征在于，包括泄放電路(100)及與所述泄放電路(100)依次電連接的飽和式隔離變壓器(200)、隔離端過電壓保護電路(300)、橋式整流器(400)、穩(wěn)壓/限壓電路(500)、DC-DC電源變換電路(600)和輸出保護電路(700); 所述泄放電路(100)包括交流電源(101)及與所述交流電源(101)依次并聯(lián)的石墨間隙(102)和多層壓敏器件(103)，所述交流電源(101)和所述石墨間隙(102)之間串聯(lián)有第一退耦電感(104)，所述石墨間隙(102)和所述多層壓敏器件(103)之間串聯(lián)有第二退耦電感(105)，所述多層壓敏器件(103)與所述飽和式隔離變壓器(200)的輸入端口連接； 所述隔離端過電壓保護電路(300)包括依次并聯(lián)的氣體放電管(301)、共模電感(302)和雙向瞬態(tài)抑制管(303)，所述氣體放電管(301)與所述飽和式隔離變壓器(200)的輸出端口連接，所述雙向瞬態(tài)抑制管(303)的第一端與所述橋式整流器(400)的第一輸入端連接，所述雙向瞬態(tài)抑制管(303)的第二端與所述橋式整流器(400)的第二輸入端連接； 所述穩(wěn)壓/限壓電路(500)包括可設(shè)定限壓控制電路(501)和滯后分級控制器(502)，所述DC-DC電源變換電路(600)包括第一級DC-DC模塊(601)、第二級DC-DC模塊(602)和輸出保護開關(guān)(609)； 所述橋式整流器(400)的第一輸出端通過第一開關(guān)(503)和第二開關(guān)(603)與所述第一級DC-DC模塊(601)的輸入端連接，所述橋式整流器(400)的第一輸出端還通過所述第一開關(guān)(503)和第三開關(guān)(604)與所述第二級DC-DC模塊(602)的輸入端連接，所述可設(shè)定限壓控制電路(501)的控制端控制所述第一開關(guān)(503)的斷開或閉合，所述可設(shè)定限壓控制電路(501)的輸出端與所述滯后分級控制器(502)的輸入端連接，所述第一級DC-DC模塊(601)的輸出端通過第四開關(guān)(605)與所述輸出保護電路(700)的輸入端連接，所述第二級DC-DC模塊(602)的輸出端通過第五開關(guān)(606)與所述輸出保護電路(700)的輸入端連接，所述滯后分級控制器(502)的第一控制端控制所述第二開關(guān)(603)和所述第四開關(guān)(605)的斷開或閉合，所述滯后分級控制器(502)的第二控制端控制所述第三開關(guān)(604)和所述第五開關(guān)(606)的斷開或閉合，所述第一級DC-DC模塊(601)的輸出端通過第四開關(guān)(605)與所述輸出保護開關(guān)(609)的輸入端連接，所述第二級DC-DC模塊(602)的輸出端通過第五開關(guān)(606)與所述輸出保護開關(guān)(609)的輸入端連接，所述輸出保護開關(guān)(609)的控制端與所述輸出保護電路(700)的輸出端連接，所述輸出保護電路(700)通過所述輸出保護開關(guān)(609)的輸出端將直流電源輸出； 所述橋式整流器(400)的第二輸出端、所述可設(shè)定限壓控制電路(501)的接地端、所述滯后分級控制器(502)的接地端、所述第一級DC-DC模塊(601)的接地端和所述第二級DC-DC模塊(602)的接地端均接至隔離接地端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置，其特征在于，所述飽和式隔離變壓器(200)的第一輸出端和所述氣體放電管(301)第一端之間串聯(lián)有第一自恢復保險(304)，所述飽和式隔離變壓器(200)的第二輸出端和所述氣體放電管(301)的第二端之間串聯(lián)有第二自恢復保險(305)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置，其特征在于，所述橋式整流器(400)的第一輸出端和所述第二開關(guān)(603)之間還串聯(lián)有第三電感(504)，所述穩(wěn)壓/限壓電路(500)還包括儲能電容器(505)，所述儲能電容器(505)的第一端連接在所述第三電感(504)和第二開關(guān)(603)之間，所述儲能電容器(505)的第二端接至隔離接地端。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強干擾條件下的超寬范圍輸入電源變換裝置，其特征在于，所述DC-DC電源變換電路(600)還包括第一隔離二極管(607)和第二隔離二極管(608)，所述第一隔離二極管(607)連接在所述第四開關(guān)(605)和所述輸出保護電路(700)之間，且所述第一隔離二極管(607)的負極與所述輸出保護電路(700)的輸入端及所述輸出保護開關(guān)(609)的輸入端連接，所述第二隔離二極管(608)連接在所述第五開關(guān)(606)和所述輸出保護電路(700)之間，且所述第二隔離二極管(608)的負極與所述輸出保護電路(700)的輸入端及所述輸出保護開關(guān)(609)的輸入端連接。
【文檔編號】H02M1/32GK106059347SQ201610388921
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】羅建, 羅皓宇, 黃林飛
【申請人】羅建