CN109510467A - 一种直流-直流变换器及电能变换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流‑直流变换器及电能变换装置，该变换器包括：输入EMC滤波器、PWM控制电路、功率变压器和两路输出整流滤波电路，直流电压信号输入端与输入EMC滤波器连接，所述输入EMC滤波器顺次与PWM控制电路、功率变压器和输出整流滤波电路连接；两路输出整流滤波电路的输出端作为整个变换器的输出端；在输入EMC滤波器与功率变压器之间设有输入保护电路，在功率变压器和输出整流滤波电路之间设有输出保护电路。本发明电路结构简单，成本低廉，转换效率高。
Description
技术领域
本发明涉及电源领域，具体涉及一种用于配网自动化终端DTU/FTU的直流-直流变换器及电能变换装置。
背景技术
直流电源变换器是将一种直流电源变换成另一种具有不同输出特性的直流电源，直流电源变换器为直流-直流变换器。配电自动化终端DTU/FTU电源模块是特为配电自动化终端(DTU/FTU)设计的电池充放电管理的模块电源，可对铅酸电池进行充电；可广泛用于电力配网自动化***，电力行业开闭所、智能开关控制器、环网柜、配电所、智能箱式变电站和其它行业需要不间断供电的场合。电源模块输出一般为24VDC或48VDC，而DTU/FTU除了控制回路需要稳定的24VDC或者48VDC外，还需要给核心控制单元提供5VDC的电源，需要配置DC-DC电源变换器。
现有的配电自动化终端(DTU/FTU)的直流电源变换器的电路结构复杂，成本高，转换效率低。如何设计一种电路结构简单，成本低廉，转换效率高的变换器，仍是待解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种用于配网自动化终端DTU/FTU的直流-直流变换器及电能变换装置，电路结构简单，成本低廉，转换效率高。
本公开所采用的技术方案是：
一种直流-直流变换器，该变换器包括：输入EMC滤波器、PWM控制电路、功率变压器和两路输出整流滤波电路，直流电压信号输入端与输入EMC滤波器连接，所述输入EMC滤波器顺次与PWM控制电路、功率变压器和输出整流滤波电路连接；两路输出整流滤波电路的输出端作为整个变换器的输出端；在输入EMC滤波器与功率变压器之间设有输入保护电路，在功率变压器和输出整流滤波电路之间设有输出保护电路。
进一步的，所述PWM控制电路包括PWM控制器和功率MOS管，所述PWM控制器的输入端通过电阻与输入EMC滤波器的输出端连接；所述PWM控制器的输出端通过功率MOS管与功率变压器的第一初级线圈连接；所述功率变压器的第二初级线圈该通过第二整流二极管和第一电阻与PWM控制器的电压反馈端连接。
进一步的，所述功率MOS管的栅极通过电阻与PWM控制器的输出端连接，所述功率MOS管的源极通过电阻分别与PWM控制器的电流取样端、参考端连接；所述功率MOS管的漏极通过反馈电路与PWM控制器的参考端连接；
进一步的，所述反馈电路包括串联的第九电容和第八电阻，在第八电阻两端并联有第四整流二极管。
进一步的，所述功率变压器的第一初级线圈的一端通过功率MOS管与PWM控制器的输出端连接，所述功率变压器的第一初级线圈还通过输入保护电路与输入EMC滤波器的输出端连接；
所述功率变压器的第二初级线圈的一端通过第二整流二级管和第一电阻与PWM控制器的电压反馈端连接，所述功率变压器的第二初级线圈的另一端接地；
所述功率变压器的第一次级线圈的一端通过输出保护电路与一路输出整流滤波电路的输入端连接，所述功率变压器的第一次级线圈的另一端接地；
所述功率变压器的第二次级线圈的一端通过输出保护电路与另一路输出整流滤波电路的输入端连接，所述功率变压器的第二次级线圈的另一端接地。
进一步的，所述输入保护电路包括并联的电阻和电容，所述并联的电阻和电容的一端分别与输入EMC滤波器的输出端、所述功率变压器的第一初级线圈的另一端连接，所述并联的电阻和电容的另一端通过反接的第一整流二极管与功率变压器的第一初级线圈的一端连接。
进一步的，所述输出保护电路包括整流二极管、电阻和电容，所述电阻和电容串联后并联到所述整流二极管的两端，所述整流二极管的阳极与所述功率变压器的次级线圈的一端连接，所述整流二极管的阴极与输出整流滤波电路连接，所述整流二极管的阴极端还通过两个并联的电容接地。
进一步的，所述输出整流滤波电路由串联的电感和电解电容组成。
一种电能变换装置，该装置包括如上所述的直流-直流变换器和能量存储装置；
所述直流-直流变换器，用于将直流电能转换成直流电能；
所述能量存储装置，用于存储所述直流-直流变换器提供的直流电能。
本公开的有益效果是：
(1)本公开采用由PWM控制电路和变压器组成的反激式变换器，电路结构简单，成本低廉，转换效率高；
(2)本公开在输入EMC滤波器与功率变压器之间设有输入保护电路，在功率变压器和输出整流滤波电路之间设有输出保护电路，提高了变换器的安全性。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本公开的不当限定。
图1是直流-直流变换器的整体结构框图；
图2是直流-直流变换器的电路图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种或多种实施例提供一种直流-直流变换器，如图1所示，该直流-直流变换器包括输入EMC滤波器、PWM控制电路、功率变压器和两路输出整流滤波电路，DC输入端与输入EMC滤波器连接，所述输入EMC滤波器顺次与PWM控制电路、功率变压器和输出整流滤波电路连接；所述输出整流滤波电路的输出端作为整个变换器的输出端，实现将12～60Vdc转换为独立的5Vdc和24Vdc两路直流输出，输出功率20W。
如图2所示，所述输入EMC滤波器的输入端与DC输入端连接，用于增强输入信号的抗干扰性，所述输入EMC滤波器的输出端分别与PWM控制电路、功率变压器连接。DC输入端输入的电压输入范围为12V-60VDC。
所述PWM控制电路包括UC3843型PWM控制器U2和功率MOS管Q1，所述PWM控制器U2的输入端VCC7通过第四电阻R4与输入EMC滤波器U1的输出端连接，用于接收经输入EMC滤波器滤波后的输入信号，并对分析信号进行分析和处理；所述PWM控制器U2的输出端6通过第六电阻与功率MOS管Q1的栅极连接，所述功率MOS管Q1的漏极与功率变压器T1的第一初级线圈N1的一端连接，通过功率MOS管Q1将处理完的电压信号输送至功率变压器；所述功率MOS管Q1的源极分别通过第七电阻R7与PWM控制器U2的电流取样端3连接；所述功率MOS管Q1的源极还通过电阻R11分别与PWM控制器U2的参考端8和引脚4连接；所述功率MOS管Q1的漏极还通过反馈电路分别与PWM控制器U2的参考端8和引脚4连接，所述反馈电路包括串联的电容C6和电阻R8；所述电阻R8两端并联有整流二极管D4。
在本实施例中，PWM控制器的工作频率100KHZ，占空比为：0.45，采用了反激式的控制电路，通过PWM控制电路与反馈电路相结合，来实现对输入电压信号的处理。
所述功率变压器T1的第一初级线圈N1的一端通过功率MOS管Q1与PWM控制器U2的输出端6连接，将PWM控制电路输出的直流高压信号转换成所需要的工作电压；所述功率变压器T1的第一初级线圈N1与输入EMC滤波器U1的输出端之间还设有输入保护电路U3，所述输入保护电路U3包括电阻R5、电容C1和整流二极管D1，整流二极管D1的阳极与功率变压器T1的第一初级线圈N1的一端连接，整流二极管D1的阴极通过并联的电阻R5和电容C1分别与输入EMC滤波器的输出端、所述功率变压器T1的第一初级线圈N1的另一端连接；所述功率变压器T1的第二初级线圈N2的一端通过整流二级管D2和电阻R1与PWM控制器U2的电压反馈端2连接，所述功率变压器T1的第二初级线圈N2的另一端接地。
所述功率变压器T1的第一次级线圈N3的一端通过输出保护电路U4与一路输出整流滤波电路的输入端连接，所述功率变压器T1的第一次级线圈N3的另一端接地；
所述功率变压器T1的第二次级线圈N4的一端通过输出保护电路U4与另一路输出整流滤波电路的输入端连接，所述功率变压器T1的第二次级线圈N4的另一端接地。
其中，所述输出保护电路U4包括第三整流二极管D3、电阻R9和电容C12，所述电阻R9和电容C12串联后并联到所述第三整流二极管D3的两端，所述第三整流二极管D3的阳极与所述功率变压器T1的第一次级线圈N3的一端连接，所述第三整流二极管D3的阴极与一路输出整流滤波电路连接，所述第三整流二极管D3的阴极端还通过两个并联的电容C11、C13接地。
所述输出保护电路U6与输出保护电路U4的结构相似，其包括第四整流二极管D4、电阻R12和电容C15，所述电阻R12和电容C15串联后并联到所述第三整流二极管D4的两端，所述第四整流二极管D4的阳极与所述功率变压器T1的第二次级线圈N4的一端连接，所述第四整流二极管D4的阴极与另一路输出整流滤波电路连接，所述第四整流二极管D4的阴极端还通过两个并联的电容C15、C17接地。
在本实施例中，该功率变压器T1的效率为90％；功率变压器T1的初级和次级的匝数比为：3.45；变压器磁心选EE20，材质选用MX0-2000，导磁率〉＝2000H/m。
一路输出整流滤波电路由串联的电感L2和电解电容C14组成，用于消除输出电压电流信号杂波；所述电感L2的一端与第三整流二极管D3的阴极端连接，另一端作为变换器的输出端；电解电容的C14的一端与电感L2的另一端连接，另一端接地。
另一路输出整流滤波电路由串联的电感L3和电解电容C19组成，用于消除输出电压电流信号杂波；所述电感L3的一端与第四整流二极管D3的阴极端连接，另一端作为变换器的输出端；电解电容的C19的一端与电感L3的另一端连接，另一端接地。
在本实施例中，两路输出整流滤波电路输出的输出电压/负载电流为：OUT1＝5V/4A；OUT2＝24V/1A。
本公开采用由PWM控制电路和变压器组成的反激式变换器，电路结构简单，成本低廉，转换效率高；本公开在输入EMC滤波器与功率变压器之间设有输入保护电路，在功率变压器和输出整流滤波电路之间设有输出保护电路，提高了变换器的安全性。
本实施例还提供一种电能变换装置，该装置包括如上所述的直流-直流变换器和能量存储装置；所述直流-直流变换器，用于将直流电能转换成直流电能；所述能量存储装置，用于存储所述直流-直流变换器提供的直流电能。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种直流-直流变换器，其特征是，包括：输入EMC滤波器、PWM控制电路、功率变压器和两路输出整流滤波电路，直流电压信号输入端与输入EMC滤波器连接，所述输入EMC滤波器顺次与PWM控制电路、功率变压器和输出整流滤波电路连接；两路输出整流滤波电路的输出端作为整个变换器的输出端；在输入EMC滤波器与功率变压器之间设有输入保护电路，在功率变压器和输出整流滤波电路之间设有输出保护电路。
2.根据权利要求1所述的直流-直流变换器，其特征是，所述PWM控制电路包括PWM控制器和功率MOS管，所述PWM控制器的输入端通过电阻与输入EMC滤波器的输出端连接；所述PWM控制器的输出端通过功率MOS管与功率变压器的第一初级线圈连接；所述功率变压器的第二初级线圈该通过第二整流二极管和第一电阻与PWM控制器的电压反馈端连接。
3.根据权利要求2所述的直流-直流变换器，其特征是，所述功率MOS管的栅极通过电阻与PWM控制器的输出端连接，所述功率MOS管的源极通过电阻分别与PWM控制器的电流取样端、参考端连接；所述功率MOS管的漏极通过反馈电路与PWM控制器的参考端连接。
4.根据权利要求3所述的直流-直流变换器，其特征是，所述反馈电路包括串联的第九电容和第八电阻，在第八电阻两端并联有第四整流二极管。
5.根据权利要求1所述的直流-直流变换器，其特征是，所述功率变压器的第一初级线圈的一端通过功率MOS管与PWM控制器的输出端连接，所述功率变压器的第一初级线圈还通过输入保护电路与输入EMC滤波器的输出端连接；
所述功率变压器的第二初级线圈的一端通过第二整流二级管和第一电阻与PWM控制器的电压反馈端连接，所述功率变压器的第二初级线圈的另一端接地；
所述功率变压器的第一次级线圈的一端通过输出保护电路与一路输出整流滤波电路的输入端连接，所述功率变压器的第一次级线圈的另一端接地；
所述功率变压器的第二次级线圈的一端通过输出保护电路与另一路输出整流滤波电路的输入端连接，所述功率变压器的第二次级线圈的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的直流-直流变换器，其特征是，所述输入保护电路包括并联的电阻和电容，所述并联的电阻和电容的一端分别与输入EMC滤波器的输出端、所述功率变压器的第一初级线圈的另一端连接，所述并联的电阻和电容的另一端通过反接的第一整流二极管与功率变压器的第一初级线圈的一端连接。
7.根据权利要求1所述的直流-直流变换器，其特征是，所述输出保护电路包括整流二极管、电阻和电容，所述电阻和电容串联后并联到所述整流二极管的两端，所述整流二极管的阳极与所述功率变压器的次级线圈的一端连接，所述整流二极管的阴极与输出整流滤波电路连接，所述整流二极管的阴极端还通过两个并联的电容接地。
8.根据权利要求1所述的直流-直流变换器，其特征是，所述输出整流滤波电路由串联的电感和电解电容组成。
9.一种电能变换装置，其特征是，包括权利要求1-8中任一项所述的直流-直流变换器和能量存储装置；
所述直流-直流变换器，用于将直流电能转换成直流电能；
所述能量存储装置，用于存储所述直流-直流变换器提供的直流电能。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 266510 No. 717 West Huaihe Road, Huangdao District, Shandong, Qingdao Applicant after: Qingdao Yihe Electric Group Co., Ltd Address before: 266510 No. 717 West Huaihe Road, Huangdao District, Shandong, Qingdao Applicant before: Yihe Electric Group Co., Ltd. |