積木式開關(guān)電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括開關(guān)電源電路和上位機(jī)，兩個以上開關(guān)電源電路并聯(lián)；每個開關(guān)電源電路包括依次連接的整流電路、功率因數(shù)校正電路、電壓變換電路、均流控制電路；上位機(jī)連接每個開關(guān)電源電路中的均流控制電路，交流電從整流電路輸入、直流電從電壓變換電路輸出。在上位機(jī)的控制下，本實用新型可采用積木式拼裝組合的方式，將多個開關(guān)電源電路并聯(lián)后均流，上位機(jī)分別控制每個開關(guān)電源電路，提高均流精度和系統(tǒng)合成效率，進(jìn)而提高積木式開關(guān)電源系統(tǒng)的工作的頻率和功率，增強(qiáng)積木式開關(guān)電源系統(tǒng)的可靠性，平均故障間隔時間大于兩萬小時，便于積木式開關(guān)電源系統(tǒng)的維護(hù)，降低積木式開關(guān)電源系統(tǒng)成本。
【專利說明】
積木式開關(guān)電源系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及電源技術(shù)領(lǐng)域，更為具體來說，本實用新型將電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電源轉(zhuǎn)換成設(shè)備要求質(zhì)量較高的直流電源，是積木式開關(guān)電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在新能源領(lǐng)域中，開關(guān)電源是其重要的組成部分之一，開關(guān)電源甚至可能成為決定新能源是否被市場接受的重要因素。隨著新能源技術(shù)的蓬勃發(fā)展，開關(guān)電源也在快速的發(fā)展和推廣。
[0003]但是，現(xiàn)有的大功率開關(guān)電源往往存在轉(zhuǎn)換效率低、可靠性差、故障率高、成本高等問題，特別地，對于應(yīng)用于汽車充電系統(tǒng)上的開關(guān)電源，問題更加嚴(yán)重，導(dǎo)致現(xiàn)有充電汽車充電難、成本高。普通充電使用電多為交流電，對于容量不大于5kW的交流充電機(jī)，輸入為額定電壓220V、50Hz的單向交流電，對于容量大于5kW的交流充電機(jī)，輸入為額定電壓為380V、50Hz的三相交流電。將交流插口直接插在電動汽車充電接口，充電時間一般為4至8小時。以一輛大型鋰電池動力的大巴為例，電池容量為700AH，最大充電電流為210A，最高充電電壓為700V，以現(xiàn)在的充電技術(shù)水平，至少需要4小時才能將其充滿。因此，充電時間長、充電困難是電動汽車推廣的一個瓶頸。
[0004]綜上所述，獲得一種大功率、高可靠性、便于維護(hù)、成本低的開關(guān)電源成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為克服現(xiàn)有開關(guān)電源存在的功率小、可靠性低、維護(hù)困難等缺陷，本實用新型公開了積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，通過上位機(jī)控制多個開關(guān)電源，提高均流精度和系統(tǒng)合成效率，進(jìn)而提高積木式開關(guān)電源系統(tǒng)工作頻率和功率，增強(qiáng)積木式開關(guān)電源系統(tǒng)的可靠性。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型公開了積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括開關(guān)電源電路和上位機(jī)，兩個以上開關(guān)電源電路并聯(lián);每個開關(guān)電源電路包括依次連接的整流電路、功率因數(shù)校正電路、電壓變換電路、均流控制電路;上位機(jī)連接每個開關(guān)電源電路中的均流控制電路，交流電從整流電路輸入、直流電從電壓變換電路輸出。
[0007]本實用新型通過上位機(jī)對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制，實時采樣所有開關(guān)電源電路輸出電壓、電流，然后根據(jù)輸出情況及時調(diào)整開關(guān)電源輸出情況，提高均流精度和系統(tǒng)合成效率，提尚電能利用率。
[0008]進(jìn)一步地，均流控制電路包括數(shù)字信號處理芯片、編碼電路，編碼電路與數(shù)字信號處理芯片連接，數(shù)字信號處理芯片連接電壓變換電路、獲取電壓變換電路輸出端的電流值和電壓值，數(shù)字信號處理芯片與電壓變換電路之間設(shè)有電流運放電路、電壓運放電路;數(shù)字信號處理芯片通過光耦隔離電路連接電壓變換電路和功率因數(shù)校正電路;數(shù)字信號處理芯片具有通訊接口，通訊接口與上位機(jī)連接。
[0009]進(jìn)一步地，電壓變換電路包括開關(guān)管、變壓器、整流二極管、濾波電容、DC-DC變換器，變壓器初級通過開關(guān)管連接功率因數(shù)校正電路，變壓器次級串聯(lián)整流二極管、與濾波電容連接，DC-DC變換器控制開關(guān)管，DC-DC變換器通過光耦隔離電路連接數(shù)字信號處理芯片。
[0010]進(jìn)一步地，功率因數(shù)校正電路包括開關(guān)管、儲能電感、整流二極管、濾波電容、PFC驅(qū)動芯片，濾波電容與整流電路輸出端之間連接有開關(guān)管、儲能電感，PFC驅(qū)動芯片控制開關(guān)管，濾波電容與電壓變換電路開關(guān)管連接。
[0011 ]進(jìn)一步地，整流電路包括整流橋，整流橋輸出端連接PFC驅(qū)動芯片。
[0012]進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括故障指示燈電路，故障指示燈電路包括與整流電路輸入端連接的故障指示燈，故障指示燈還與數(shù)字信號處理芯片連接。
[0013]進(jìn)一步地，故障指示燈與數(shù)字信號處理芯片之間連接有光耦開關(guān)。
[0014]進(jìn)一步地，電壓變換電路的兩個輸出端之間串聯(lián)兩個電阻，兩個電阻之間的節(jié)點分別連接數(shù)字信號處理芯片、電壓運放電路，電壓運放電路與光耦隔離電路連接;電壓變換電路的一個輸出端串聯(lián)一個電阻，該電阻與輸出端之間的節(jié)點分別連接兩個電流運放電路，一個電流運放電路連接數(shù)字信號處理芯片，另一個電流運放電路連接光耦隔離電路;還包括分別與數(shù)字信號處理芯片、光耦隔離電路連接的均流信號控制運放電路。
[0015]進(jìn)一步地，電壓變換電路包括至少一個開關(guān)管，開關(guān)管分別連接功率因數(shù)校正電路輸出端、變壓器初級及DC-DC變換器，變壓器次級串聯(lián)整流二極管、并聯(lián)濾波電容。
[0016]進(jìn)一步地，儲能電感與整流二極管串聯(lián)。
[0017]本實用新型的有益效果為:在上位機(jī)對整個積木式開關(guān)電源系統(tǒng)的控制下，本實用新型可采用積木式拼裝組合的方式，將多個開關(guān)電源電路并聯(lián)后均流，上位機(jī)分別控制每個開關(guān)電源電路，提尚均流精度和系統(tǒng)合成效率，進(jìn)而提尚積木式開關(guān)電源系統(tǒng)的工作的頻率和功率，增強(qiáng)積木式開關(guān)電源系統(tǒng)的可靠性，平均故障間隔時間大于兩萬小時，便于積木式開關(guān)電源系統(tǒng)的維護(hù)，降低積木式開關(guān)電源系統(tǒng)成本。
【附圖說明】
[0018]圖1為積木式開關(guān)電源系統(tǒng)組成示意圖。
[0019]圖2為開關(guān)電源電路組成示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)解釋說明。
[0021]本實用新型的創(chuàng)新點在于:在上位機(jī)的控制下，多個小功率開關(guān)電源并聯(lián)后輸出，小功率開關(guān)電源個數(shù)可為幾十個、幾百個甚至幾千個，根據(jù)需要可選擇小功率開關(guān)電源數(shù)量，用于對不同設(shè)備進(jìn)行供電，單個開關(guān)電源的故障不會影響整個電源系統(tǒng)，上位機(jī)可檢測出是哪個開關(guān)電源有問題。當(dāng)上位機(jī)接收到外部電壓、外部電流、功率等指令時，自動計算并下發(fā)指令分配各個小功率開關(guān)電源輸出的電壓、電流、功率，對各個小功率開關(guān)電源輸出電壓、電流等進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控內(nèi)容進(jìn)行實時調(diào)整輸出。本實用新型提高了開關(guān)電源頻率，可使開關(guān)頻率達(dá)到500至ΙΟΟΟΚΗζ，平均故障間隔時間大于兩萬小時，本實用新型可應(yīng)用于電動汽車充電站、太陽能逆變器、無線通訊站等。
[0022]具體來說，如圖1、2所示，本實用新型公開了積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括開關(guān)電源電路和上位機(jī)，兩個以上開關(guān)電源電路并聯(lián);開關(guān)電源電路包括依次連接的整流電路、功率因數(shù)校正電路、電壓變換電路、均流控制電路，均流控制電路還與功率因數(shù)校正電路連接，上位機(jī)與均流控制電路連接，交流電從整流電路輸入、直流電從電壓變換電路輸出。本實用新型的上位機(jī)可采用計算機(jī)、微處理器等可實現(xiàn)本實用新型目的的相關(guān)控制系統(tǒng)。
[0023]本實施例中，如圖2所示，整流電路包括整流橋BRGl，整流橋輸出端連接儲能電感L1、保護(hù)二極管DUPFC驅(qū)動芯片Ul。功率因數(shù)校正電路包括開關(guān)管Ql、儲能電感L1、整流二極管D2和濾波電容C2、PFC驅(qū)動芯片Ul，濾波電容C2與整流電路輸出端之間連接有開關(guān)管、儲能電感、整流二極管，開關(guān)管受PFC驅(qū)動芯片控制，濾波電容與電壓變換電路開關(guān)管連接。交流電壓經(jīng)過整流橋BRGl后變?yōu)橹绷麟妷海_關(guān)管Ql導(dǎo)通時，儲能電感LI儲存能量;開關(guān)管截止時，儲能電感LI能感應(yīng)出左正右負(fù)的電壓，將導(dǎo)通時儲存的能量經(jīng)過整流二極管Dl和D2整流、經(jīng)過濾波電容C2濾波后輸出穩(wěn)定直流電壓給電壓變換電路，電容CI具有高頻濾波的作用。本實用新型的DC-DC變換器是一種電壓轉(zhuǎn)換電路，用作直流轉(zhuǎn)直流，當(dāng)然，在本實用新型的技術(shù)啟示下，也可采用交流轉(zhuǎn)直流。
[0024]如圖2所示，電壓變換電路包括變壓器Tl、整流二極管D3和D4、濾波電容C4，變壓器Tl初級通過開關(guān)管、DC-DC變換器U2連接功率因數(shù)校正電路，變壓器Tl次級兩個端子分別串聯(lián)整流二極管D3和D4，濾波電容C4與整流二極管D3和D4連接，變壓器次級串聯(lián)整流二極管D3和D4、并聯(lián)濾波電容C4，DC-DC變換器U2通過光耦隔離電路連接數(shù)字信號處理芯片U3。電壓變換電路還包括至少兩個開關(guān)管，本實施例為兩個開關(guān)管Q2和Q3，開關(guān)管Q2和Q3分別連接功率因數(shù)校正電路、變壓器Tl及DC-DC變換器U2.當(dāng)開關(guān)管Q2或者Q3導(dǎo)通時，高頻變壓器TI次級感應(yīng)出的電壓經(jīng)過整流管D3、D4整流，并經(jīng)過濾波電容C4濾波，輸出可控穩(wěn)定直流電壓。
[0025]如圖2所示，均流控制電路包括數(shù)字信號處理芯片U3、編碼電路，編碼電路與數(shù)字信號處理芯片連接，數(shù)字信號處理芯片連接電壓變換電路、獲取電壓變換電路輸出端的電流值和電壓值，數(shù)字信號處理芯片與電壓變換電路之間設(shè)有電流運放電路OPlB和0P1D、電壓運放電路0P1A;數(shù)字信號處理芯片U3通過光耦隔離電路OPTl連接電壓變換電路;數(shù)字信號處理芯片U3具有通訊接口，通訊接口與上位機(jī)連接。電壓變換電路具有V+和V-兩個輸出端，兩個輸出端之間串聯(lián)電阻R2、R3，電阻R2、R3之間的節(jié)點為電壓采樣點，從該點引出的連接線分別與電壓運放電路0P1A、數(shù)字信號處理芯片U3連接，電壓運放電路OPlA與光耦隔離電路OPTI連接;V-輸出端串聯(lián)電阻RI，V-輸出端與電阻RI之間的節(jié)點引出的連接線分別與電流運放電路0P1B、0P1D連接，電流運放電路OPlD與數(shù)字信號處理芯片U3連接，電流運放電路OPIB與光耦隔離電路OPTI連接;還包括均流信號控制運放電路OPIC，均流信號控制運放電路OPlC分別與數(shù)字信號處理芯片U3、光耦隔離電路OPTl連接。數(shù)字信號處理芯片U3采樣電壓變換電路的輸出值，經(jīng)過預(yù)設(shè)算法計算后輸出控制信號，控制信號經(jīng)過均流信號控制運放電路0P1C、光耦隔離電路OPTl后發(fā)送至DC-DC變換器，DC-DC變換器控制開關(guān)管Q2或者Q3開關(guān)與否及開關(guān)頻率，進(jìn)而控制電壓變換電路的開關(guān)頻率和占空比，從而實現(xiàn)高精度的均流效果。本實用新型的編碼器用于對本開關(guān)電源的數(shù)字信號處理芯片U3進(jìn)行編碼，以方便上位機(jī)對數(shù)字信號處理芯片U3進(jìn)行搜索和握手連接，并在小功率開關(guān)電源發(fā)生問題時，上位機(jī)能夠精準(zhǔn)判斷先維修那個小功率開關(guān)電源更方便對于整機(jī)的維護(hù)。本實用新型的數(shù)字信號處理芯片U3可選用ARM板開發(fā)的控制芯片或其它單片機(jī)。
[0026]如圖2所示，該系統(tǒng)還包括故障指示燈電路，故障指示燈電路包括與電源輸入端連接的故障指示燈LAMPl，故障指示燈還與數(shù)字信號處理芯片Ul連接，故障指示燈LAMPl與數(shù)字信號處理芯片Ul之間連接有光耦開關(guān)0P2。當(dāng)單個小功率開關(guān)電源正常工作時，數(shù)字信號處理芯片U3輸出高電平至光耦開關(guān)0P2，光耦開關(guān)0P2將故障指示燈LAMPl短路，故障指示燈LAMPl不亮；當(dāng)單個小功率開關(guān)電源處于非正常工作狀態(tài)時，數(shù)字信號處理芯片U3無信號輸出至光耦開關(guān)0P2，則故障指示燈LAMPl得到輸入交流電供電，故障指示燈LAMPl點亮。
[0027]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型實質(zhì)內(nèi)容上所作的任何修改、等同替換和簡單改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括開關(guān)電源電路和上位機(jī)，兩個以上開關(guān)電源電路并聯(lián);每個開關(guān)電源電路包括依次連接的整流電路、功率因數(shù)校正電路、電壓變換電路、均流控制電路;上位機(jī)連接每個開關(guān)電源電路中的均流控制電路，交流電從整流電路輸入、直流電從電壓變換電路輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，其特征在于:均流控制電路包括數(shù)字信號處理芯片、編碼電路，編碼電路與數(shù)字信號處理芯片連接，數(shù)字信號處理芯片連接電壓變換電路、獲取電壓變換電路輸出端的電流值和電壓值，數(shù)字信號處理芯片與電壓變換電路之間設(shè)有電流運放電路、電壓運放電路;數(shù)字信號處理芯片通過光耦隔離電路連接電壓變換電路和功率因數(shù)校正電路;數(shù)字信號處理芯片具有通訊接口，通訊接口與上位機(jī)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，其特征在于:電壓變換電路包括開關(guān)管、變壓器、整流二極管、濾波電容、DC-DC變換器，變壓器初級通過開關(guān)管連接功率因數(shù)校正電路，變壓器次級串聯(lián)整流二極管、與濾波電容連接，DC-DC變換器控制開關(guān)管，DC-DC變換器通過光耦隔離電路連接數(shù)字信號處理芯片。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，其特征在于:功率因數(shù)校正電路包括開關(guān)管、儲能電感、整流二極管、濾波電容、PFC驅(qū)動芯片，濾波電容與整流電路輸出端之間連接有開關(guān)管、儲能電感，PFC驅(qū)動芯片控制開關(guān)管，濾波電容與電壓變換電路開關(guān)管連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，其特征在于:整流電路包括整流橋，整流橋輸出端連接PFC驅(qū)動芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)還包括故障指示燈電路，故障指示燈電路包括與整流電路輸入端連接的故障指示燈，故障指示燈還與數(shù)字信號處理芯片連接。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，其特征在于:故障指示燈與數(shù)字信號處理芯片之間連接有光耦開關(guān)。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，其特征在于:電壓變換電路的兩個輸出端之間串聯(lián)兩個電阻，兩個電阻之間的節(jié)點分別連接數(shù)字信號處理芯片、電壓運放電路，電壓運放電路與光耦隔離電路連接；電壓變換電路的一個輸出端串聯(lián)一個電阻，該電阻與輸出端之間的節(jié)點分別連接兩個電流運放電路，一個電流運放電路連接數(shù)字信號處理芯片，另一個電流運放電路連接光耦隔離電路;還包括分別與數(shù)字信號處理芯片、光耦隔離電路連接的均流信號控制運放電路。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，其特征在于:電壓變換電路包括至少一個開關(guān)管，開關(guān)管分別連接功率因數(shù)校正電路輸出端、變壓器初級及DC-DC變換器，變壓器次級串聯(lián)整流二極管、并聯(lián)濾波電容。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的積木式開關(guān)電源系統(tǒng)，其特征在于:儲能電感與整流二極管串聯(lián)。
【文檔編號】H02J1/10GK205453123SQ201620271589
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】朱子人, 黃金山
【申請人】上海圣速電子科技股份有限公司