CN109167430B - 一种分布式直流电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式直流电源,该分布式直流电源包括主板和控制板,所述的控制板安装在主板上,主板上还设置有第一接线端子、第二接线端子和第三接线端子,所述的控制板包括AC/DC充电管理模块、DC/DC升压模块和CPU智能控制模块,所述的第一接线端子与交流电源电连接,第二接线端子与蓄电池电连接,第三接线端子与负载电连接;所述的AC/DC充电管理模块用于将交流电源输入的交流电变换输出28V直流电;所述的28V直流电一路给蓄电池充电,另一路被DC/DC升压模块升压输出220V直流电给负载供电;AC/DC充电管理模块还用于控制蓄电池的充电过程。
Description
技术领域
本发明涉及直流电源技术领域,具体涉及一种分布式直流电源。
背景技术
分布式直流电源装置主要应用于各种型号的开关设备内,为主开关(断路器、负荷开关等)和二次保护装置提供可靠的直流操作电源,能够满足微机保护装置、指示灯、模拟指示器的供电需要;由电池供电时,根据电池容量及负载参数可长达8~24小时,可满足VS1、VD4、ZN21等大多数10KV***弹操机构断路器、电动负荷开关储能供电需要。
分布式直流电源装置的主要特点包括:
1、分散安装,节省占地面积、降低造价,根据嵌入式的设计思想,JRXQF系列嵌入式直流电源装置直接安装在智能开关柜的仪表箱内(或户外装置的电动操作箱内),可节省直流屏的占地面积。因电源在开关柜内,可减少电缆的使用量,节约一次设备投资及电缆施工工作量;在总台数不多时,其总价低于直流屏***,可降低工程总造价;同时在运行时可减少线损,减少备件,节约运行成本。
2、嵌入式供电方式,可靠性极大提高。采用嵌入式的供电方式,当某一回路发生故障时,其它回路的电源装置不受影响,避免出现一点故障全站无操作电源,与集中供电的直流屏相比,其总体可靠性得以极大提高。
3、多种输入输出方式,适用范围广。JRXQF系列能根据客户的需求提供直流220V,110V,48V,24V输出,交流输入范围为85~265V,灵活适用于PT及市电供电。在交流停电时,由电池供电(两只12V电池)。
4、智能化管理维护,智能化高频电源技术,自监测、自诊断,可当地显示、报警,也可联网通信,实现无人值守的自动化远程管理。内置蓄电池自动充电管理模块,自动对电池进行智能化均浮充管理,大大延迟蓄电池的寿命,使运行更加可靠和安全。
但是现有技术中的分布式直流电源装置(220V的***)包括以下几部分:
1.电池组---18节12V的蓄电池。
2.若干只电源模块。
3.监控---管理电源模块和电池组。
这套直流***复杂,成本很高,不适应用于如:VS1、VD4、ZN21等大多数10KV***弹操机构断路器等。
另外,传统的分布式直流电源装置有4-5块PCB板,连接线很多,杂乱无序,造成很多隐患和不确定性,成本高并且不能实现并机均流等,成本高,故障率高。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种分布式直流电源,采用二块PCB板,没有连接线,科学布局,能够实现并机均流(在很多的场合下,不允许有断电的情况。为了确保不断电,就要有设备备份)。
为实现上述目的,本发明所述的分布式直流电源包括主板和控制板,所述的控制板安装在主板上,主板上还设置有第一接线端子、第二接线端子和第三接线端子,所述的控制板包括AC/DC充电管理模块、DC/DC升压模块和CPU智能控制模块,所述的第一接线端子与交流电源电连接,第二接线端子与蓄电池电连接,第三接线端子与负载电连接;所述的AC/DC充电管理模块用于将交流电源输入的交流电变换输出28V直流电;所述的28V直流电一路给蓄电池充电,另一路被DC/DC升压模块升压输出220V直流电给负载供电;AC/DC充电管理模块还用于控制蓄电池的充电过程。
所述的AC/DC充电管理模块包括EMC滤波器、整流高频变换模块、输出整流模块和管理模块,EMC滤波器的输入端通过第一接线端子与交流电源电连接,EMC滤波器的输出端与整流高频变换模块的输入端连接,整流高频变换模块的输出端与输出整流模块连接,输出整流模块的第一输出端通过第二接线端子与蓄电池电连接;输出整流模块的第二输出端分别与DC/DC升压模块和CPU智能控制模块电连接;输出整流模块上还连接有管理模块,管理模块用于实现对电池充电参数的控制;交流电源输出的交流电经EMC滤波器、整流高频变换模块和输出整流模块变换输出28V直流电。
所述的DC/DC升压模块包括推挽直流变换器、整流滤波模块和反馈控制模块,所述的推挽直流变换器的输入端与输出整流模块的第二输出端连接,推挽直流变换器的输出端与整流滤波模块连接,整流滤波模块的输出端与反馈控制模块的输入端连接,反馈控制模块的输出端与推挽直流变换器连接;AC/DC充电管理模块输出的28V直流电的其中一路经过推挽直流变换器和整流滤波模块输出220V直流电给负载供电。
当交流电停电时,由蓄电池提供电能给DC/DC升压模块的推挽直流变换器输出220V直流电给负载供电。
当蓄电池放电到低于规定电压值时,所述的CPU智能控制模块输出信号断开蓄电池,防止蓄电池过放电,保护电池,延长电池使用寿命。
所述的CPU智能控制模块包括CPU、输入按键、温度检测模块和显示模块,所述的温度检测模块将采集到的环境温度参数发送给CPU;所述的显示模块通过数码管显示数据信息,显示的数据信息包括电池电压、输出电压和/或环境温度;所述的输入按键通过按键操作可改变显示模块的显示状态。
所述的CPU智能控制模块还包括风扇控制模块,CPU根据温度参数,通过风扇控制模块控制风扇的工作状态。
所述的CPU智能控制模块还包括通信模块,所述的通信模块跟后台链接实现数据相互传送,实现四遥功能。
所述的CPU智能控制模块还包括告警单元,所述的告警单元由内置蜂鸣器、干接点和若干个LED发光管组成;所述的CPU根据采集到的数据和信息来控制蜂鸣器、干接点和LED发光管,采集到的数据和信息包括电池电压、输出电压和电流、环境温度、电池温度,设备的工作状态、电池情况和后台的数据。
所述的分布式直流电源还包括电流检测部分和控制部分,电流检测部分用于检测DC/DC升压模块(DC/DC直流变换器)的输出电流,并发送给控制部分;控制部分是由CPU根据电流检测部分检测到的数据,来控制DC/DC升压模块输出电压和电流;DC/DC升压模块由蓄电池或AC/DC充电管理模块(AC/DC变换器)提供的电能,经升压到直流220V。
本发明所述的分布式直流电源与现有技术相比,有益效果是:采用二块PCB板(图1的主板和控制板),没有连接线,科学布局,能够实现并机均流。该电源和传统的直流***(是220V的***)相比较,电池只要两节12V的蓄电池,电源模块和监控的功能合在一起,并且可以实现多台并机,故障率极低,生产成本低,电池待机时间长,可并机使用,可以使输出功率倍增,确保***不断电。
附图说明
图1是本发明的分布式直流电源的整体结构示意图;
图2是本发明的分布式直流电源的内部逻辑框图;
图3是本发明的分布式直流电源的并机均流示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
如图1至图3所示,本发明所述的分布式直流电源包括主板1和控制板2,所述的控制板安装在主板上,主板上还设置有第一接线端子3、第二接线端子4和第三接线端子5,所述的控制板包括AC/DC充电管理模块、DC/DC升压模块和CPU智能控制模块,所述的第一接线端子与交流电源电连接,第二接线端子与蓄电池电连接,第三接线端子与负载电连接;所述的AC/DC充电管理模块用于将交流电源输入的交流电变换输出28V直流电;所述的28V直流电一路给蓄电池充电,另一路被DC/DC升压模块升压输出220V直流电给负载供电;AC/DC充电管理模块还用于控制蓄电池的充电过程。
所述的AC/DC充电管理模块包括EMC滤波器、整流高频变换模块、输出整流模块和管理模块,EMC滤波器的输入端通过第一接线端子与交流电源电连接,EMC滤波器的输出端与整流高频变换模块的输入端连接,整流高频变换模块的输出端与输出整流模块连接,输出整流模块的第一输出端通过第二接线端子与蓄电池电连接;输出整流模块的第二输出端分别与DC/DC升压模块和CPU智能控制模块电连接;输出整流模块上还连接有管理模块,管理模块用于实现对电池充电参数的控制;交流电源输出的交流电经EMC滤波器、整流高频变换模块和输出整流模块变换输出28V直流电。
所述的DC/DC升压模块包括推挽直流变换器、整流滤波模块和反馈控制模块,所述的推挽直流变换器的输入端与输出整流模块的第二输出端连接,推挽直流变换器的输出端与整流滤波模块连接,整流滤波模块的输出端与反馈控制模块的输入端连接,反馈控制模块的输出端与推挽直流变换器连接;AC/DC充电管理模块输出的28V直流电的其中一路经过推挽直流变换器和整流滤波模块输出220V直流电给负载供电。
当交流电停电时,由蓄电池提供电能给DC/DC升压模块的推挽直流变换器输出220V直流电给负载供电。
当蓄电池放电到低于规定电压值时,所述的CPU智能控制模块输出信号断开蓄电池,防止蓄电池过放电,保护电池,延长电池使用寿命。
所述的CPU智能控制模块包括CPU、输入按键、温度检测模块和显示模块,所述的温度检测模块将采集到的环境温度参数发送给CPU;所述的显示模块通过数码管显示数据信息,显示的数据信息包括电池电压、输出电压和/或环境温度;所述的输入按键通过按键操作可改变显示模块的显示状态。
所述的CPU智能控制模块还包括风扇控制模块,CPU根据温度参数,通过风扇控制模块控制风扇的工作状态。
所述的CPU智能控制模块还包括通信模块,所述的通信模块跟后台链接实现数据相互传送,实现四遥功能。
所述的CPU智能控制模块还包括告警单元,所述的告警单元由内置蜂鸣器、干接点和若干个LED发光管组成;所述的CPU根据采集到的数据和信息来控制蜂鸣器、干接点和LED发光管,采集到的数据和信息包括电池电压、输出电压和电流、环境温度、电池温度,设备的工作状态、电池情况和后台的数据。
所述的CPU智能控制模块还包括电压变换模块、单片机控制模块、电压采样模块,当电压采样模块检测电池电压低于18V时,通过单片机控制模块断开(通过设备内部的继电器)电池供电,保护电池。
采集的数据和信息包括:电池电压,电池充电电流,电池放电电流,输出电压,输出电流,环境温度,电池温度。
所述的干接点是给使用用户外接用的,如:喇叭,灯光,电铃等,主要起到告警作用。
干接点动作和蜂鸣器报警:
1、无交流电;2、电池电压低于22V;3、无输出或输出异常;4、设备内的温度高于70度;5、输出有短路。以上其中有一项出现,干接点动作和蜂鸣器报警。
当所述的分布式直流电源在交流输入突然掉电或输入功率不足的情况下,几秒以后,装置将会发出告警,提醒用户发生交流失电的情况,可通过按键将告警信号进行复归或者当交流输入恢复时自动复归;
若电池电压低于一定的电压值时,装置会发出告警信号,提醒用户电池电压过低,可通过按键将告警信号进行复归或者当交流输入正常后对电池充电大于告警点后自动消除;电池电压过低到一定时间后切断整个装置(包括直流输出),以避免电池过放电,但蜂鸣器、告警灯仍会继续告警,干接点提供告警信号,在外电恢复后电源装置自动投入运行。
当负载有短路或负载过大或者装置本身出现故障也会发出告警,此信号不可复归,提示用户将装置关闭进行负载电路检查,如负载电路无短路或负载功率太大的情况,则可能是装置本身出现故障。
本发明所述的分布式直流电源的工作原理如下:
1、交流电经EMC滤波器,整流,AC/DC交直流变换输出28V直流电。28V直流电一路给蓄电池充电(受CPU电池管理控制),另一路到DC/DC升压模块的推挽直流变换器输出220V直流电给负载供电。
2、当交流电停电时,由蓄电池提供电能给DC/DC升压模块的推挽直流变换器输出220V直流电给负载供电。
3、CPU及控制:管理模块主要对电池的管理,是由软件根据蓄电池的特性和温度、电池容量、放电过程等参数,实现对电池充电参数的控制,实现对电池浮充,均充,恒压,恒流充电过程。
图3是本发明的分布式直流电源的均流图,如图3所示,所述的分布式直流电源还包括电流检测部分和控制部分,电流检测部分用于检测DC/DC升压模块(DC/DC直流变换器)的输出电流,并发送给控制部分;控制部分是由CPU根据电流检测部分检测到的数据,来控制DC/DC升压模块输出电压和电流;DC/DC升压模块由蓄电池或AC/DC充电管理模块(AC/DC变换器)提供的电能,经升压到直流220V。
本发明所述的分布式直流电源的并机均流工作原理是:1号机(1号直流电源)和2号机(2号直流电源)输出并联在一起给负载供电。
1、通过均流线,把各自的输出电流数据相互比较。
2、CPU得到1号机和2号机各自输出的电流数据相互比较的值,来控制DC/DC升压模块使1号机和2号机输出电流相同,实现并机均流的目的。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (3)
1.一种分布式直流电源,其特征在于,所述的分布式直流电源包括主板和控制板,所述的控制板安装在主板上,主板上还设置有第一接线端子、第二接线端子和第三接线端子,所述的控制板包括AC/DC充电管理模块、DC/DC升压模块和CPU智能控制模块,所述的第一接线端子与交流电源电连接,第二接线端子与蓄电池电连接,第三接线端子与负载电连接;所述的AC/DC充电管理模块用于将交流电源输入的交流电变换输出28V直流电;所述的28V直流电一路给蓄电池充电,另一路被DC/DC升压模块升压输出220V直流电给负载供电;AC/DC充电管理模块还用于控制蓄电池的充电过程;
所述的CPU智能控制模块包括CPU、输入按键、温度检测模块和显示模块,所述的温度检测模块将采集到的环境温度参数发送给CPU;所述的显示模块通过数码管显示数据信息,显示的数据信息包括电池电压、输出电压和/或环境温度;所述的输入按键通过按键操作可改变显示模块的显示状态;
所述的CPU智能控制模块还包括风扇控制模块,CPU根据环境温度参数,通过风扇控制模块控制风扇的工作状态;
所述的CPU智能控制模块还包括通信模块,所述的通信模块跟后台链接实现数据相互传送,实现四遥功能;
所述的CPU智能控制模块还包括告警单元,所述的告警单元由内置蜂鸣器、干接点和若干个LED发光管组成;所述的CPU根据采集到的数据和信息来控制蜂鸣器、干接点和LED发光管,采集到的数据和信息包括电池电压、输出电压和电流、环境温度、电池温度、设备的工作状态和后台的数据;
当交流电停电时,由蓄电池提供电能给DC/DC升压模块的推挽直流变换器输出220V直流电给负载供电;
当蓄电池放电到低于规定电压值时,所述的CPU智能控制模块输出信号断开蓄电池,防止蓄电池过放电;
所述的分布式直流电源还包括电流检测部分和控制部分,电流检测部分用于检测DC/DC升压模块的输出电流,并发送给控制部分;控制部分是由CPU根据电流检测部分检测到的数据,来控制DC/DC升压模块输出电压和电流;DC/DC升压模块由蓄电池或AC/DC充电管理模块提供的电能,经升压到直流220V。
2.如权利要求1所述的分布式直流电源,其特征在于,所述的AC/DC充电管理模块包括EMC滤波器、整流高频变换模块、输出整流模块和管理模块,EMC滤波器的输入端通过第一接线端子与交流电源电连接,EMC滤波器的输出端与整流高频变换模块的输入端连接,整流高频变换模块的输出端与输出整流模块连接,输出整流模块的第一输出端通过第二接线端子与蓄电池电连接;输出整流模块的第二输出端分别与DC/DC升压模块和CPU智能控制模块电连接;输出整流模块上还连接有管理模块,管理模块用于实现对电池充电参数的控制;交流电源输出的交流电经EMC滤波器、整流高频变换模块和输出整流模块变换输出28V直流电。
3.如权利要求2所述的分布式直流电源,其特征在于,所述的DC/DC升压模块包括推挽直流变换器、整流滤波模块和反馈控制模块,所述的推挽直流变换器的输入端与输出整流模块的第二输出端连接,推挽直流变换器的输出端与整流滤波模块连接,整流滤波模块的输出端与反馈控制模块的输入端连接,反馈控制模块的输出端与推挽直流变换器连接;AC/DC充电管理模块输出的28V直流电的其中一路经过推挽直流变换器和整流滤波模块输出220V直流电给负载供电。
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