CN110932572A - 一种直流电源电路及*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流电源电路及***，属于电力***技术领域，包括交流电源接口、AC/DC变换器、直流输出接口、第一供电接口、第二供电接口和充放电组合电路；所述充放电组合电路包括第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第一开关、第一单向隔离元件和第二单向隔离元件；通过充放电组合电路中的各元器件与AC/DC变换器等的连接关系，完成两个供电接口对外的充放电和两个供电接口之间的充电放电功能。解决现有技术中存在的直流电源***不能够精细控制、电池性能不能充分利用的问题。

Description

一种直流电源电路及***
技术领域
本发明涉及一种直流电源电路及***，属于电力***技术领域。
背景技术
直流电源***在发电厂、变电站、配电房等场所应用普遍，一般通过AC/DC变换给用电设备提供电能，因有些重要用电设备不允许断电，故在AC/DC变换的基础上通过蓄电池储能，带蓄电池储能的AC/DC变换构成直流电源***的核心部分，正常情况下AC/DC变换器一方面给用电设备提供电能，另一方面给蓄电池充电作为备用电能；交流电网故障时，由蓄电池储能给用电设备提供电能。
直流操作电源***一般由AC/DC变换、蓄电池组、监控***等组成，AC/DC将交流电变换为直流电，蓄电池组用来储存电能，监控***用来监控直流电源***的运行状态，必要时给予调节和控制。目前的AC/DC变换一般通过高频PWM控制方式完成，***体积相对较小，控制过程相对灵活。但是，现有的直流操作电源，通常是仅通过对AC/DC变换进行调节，实现对供电输出的控制调整，而其中的蓄电池组并没有实现有效的开发利用。
因而，现有直流电源***存在以下问题：
(1)现有直流电源***中一般没有被精细控制；
(2)电池的综合性能没有被充分优化，电池性能潜力没有被充分发挥。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流电源电路及***，以解决现有技术中存在的直流电源***不能够精细控制、电池性能不能充分利用的问题。
本发明采用如下技术方案：一种直流电源电路，包括交流电源接口、AC/DC变换器、直流输出接口、第一供电接口、第二供电接口和充放电组合电路；所述充放电组合电路包括第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第一开关、第一单向隔离元件和第二单向隔离元件；
所述AC/DC变换器的输入端连接交流电源接口，AC/DC变换器的输出端连接直流输出接口；
所述AC/DC变换器的输出端通过第一开关连接所述第一供电接口，用于向第一供电接口供电；
所述第一单向隔离元件连接在第一供电接口与AC/DC变换器的输出端之间，用于隔离AC/DC变换器向第一供电接口输出的电流；
所述第二单向隔离元件连接在第二供电接口与AC/DC变换器的输出端之间，用于隔离AC/DC变换器向第二供电接口输出的电流；
所述第一供电接口通过第一DC/DC变换器连接第二供电接口，第一DC/DC变换器用于控制第一供电接口向第二供电接口的充电过程；
所述第二供电接口通过第二DC/DC变换器连接第一供电接口，第二DC/DC变换器用于控制第二供电接口向第一供电接口的充电过程。
本发明通过在直流电源电路中AC/DC变换器与直流输出接口之间设置两个供电接口以及对应的充放电组合电路，并通过充放电组合电路中在供电接口之间设置对应的第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器，以及连接第一、二供电接口的开关、单向隔离元件等，从而在控制AC/DC变换器进行输出电压调整的同时，结合两个供电接口所连接的供电设备的电能转移过程，使得AC/DC变换器的允许波动与其他供电元件相互配合，实现对供能输出的精细控制。同时，***中的两个供电接口所连接的供电设备可并行运行以增加直流电源***的储能容量。
进一步的，所述直流电源电路包括控制器，所述控制器采样AC/DC输出端的电压、AC/DC输出端的电流、流过第一开关的电流、流过第一单向隔离元件的电流、流过第二单向隔离元件的电流、第一供电接口的电压和第二供电接口的电压；所述控制器控制连接所述AC/DC变换器、第一开关、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器。
进一步的，所述AC/DC变换器的输出端还连接有第三单向隔离元件。
进一步的，所述第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器为boost升压变换器。
进一步的，所述第一单向隔离元件、第二单向隔离元件和第三单向隔离元件为二极管；所述第一开关为MOS开关管。
本发明还提出了一种直流电源***，包括交流电源和直流电源电路；所述直流电源电路包括交流电源接口、AC/DC变换器、直流输出接口、第一供电接口、第二供电接口和充放电组合电路；所述充放电组合电路包括第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第一开关、第一单向隔离元件和第二单向隔离元件；
所述AC/DC变换器的输入端连接交流电源接口，AC/DC变换器的输出端连接直流输出接口；
所述AC/DC变换器的输出端通过第一开关连接所述第一供电接口，用于向第一供电接口供电；
所述第一单向隔离元件连接在第一供电接口与AC/DC变换器的输出端之间，用于隔离AC/DC变换器向第一供电接口输出的电流；
所述第二单向隔离元件连接在第二供电接口与AC/DC变换器的输出端之间，用于隔离AC/DC变换器向第二供电接口输出的电流；
所述第一供电接口通过第一DC/DC变换器连接第二供电接口，第一DC/DC变换器用于控制第一供电接口向第二供电接口的充电过程；
所述第二供电接口通过第二DC/DC变换器连接第一供电接口，第二DC/DC变换器用于控制第二供电接口向第一供电接口的充电过程。
本发明通过在直流电源***中AC/DC变换器与直流输出接口之间设置两个供电接口以及对应的充放电组合电路，并通过充放电组合电路中在供电接口之间设置对应的第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器，以及连接第一、二供电接口的开关、单向隔离元件等，从而在控制AC/DC变换器进行输出电压调整的同时，结合两个供电接口所连接的供电设备的电能转移过程，使得AC/DC变换器的允许波动与其他供电元件相互配合，实现对供能输出的精细控制。同时，***中的两个供电接口所连接的供电设备可并行运行以增加直流电源***的储能容量。
进一步的，所述直流电源电路包括控制器，所述控制器采样AC/DC输出端的电压、AC/DC输出端的电流、流过第一开关的电流、流过第一单向隔离元件的电流、流过第二单向隔离元件的电流、第一供电接口的电压和第二供电接口的电压；所述控制器控制连接所述AC/DC变换器、第一开关、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器。
进一步的，所述AC/DC变换器的输出端还连接有第三单向隔离元件。
进一步的，所述第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器为boost升压变换器。
进一步的，所述第一单向隔离元件、第二单向隔离元件和第三单向隔离元件为二极管；所述第一开关为MOS开关管。
附图说明
图1是本发明直流电源***实施例中的直流电源***结构图；
图2是本发明直流电源***实施例中的直流电源***原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
直流电源***实施例：
本实施例中直流电源***的组成框图如图1所示，包括交流电源和直流电源电路。直流电源电路包括：AC/DC变换器、充放电组合电路、与第一电池组(以下简称电池组1)对应的第一供电接口、与第二电池组(以下简称电池组2)对应的第二供电接口、控制器以及用于连接用电设备的直流输出接口。AC/DC变换器完成交流到直流的变换以及对电池组1的充电功能，充放电组合电路完成电池组对外的充放电和电池之间的充电放电功能，电池组1和电池组2用于交替轮流充放电和储能，控制器完成***和电池状态检测以及根据***和电池状态控制***的高质量输出和电池的综合性能优化。
如图2所示，本实施例给出了直流电源***中充放电组合电路的具体电路组成：第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第一开关、第一单向隔离元件和第二单向隔离元件；所述AC/DC变换器的输入端连接交流电源接口，AC/DC变换器的输出端连接直流输出接口；AC/DC变换器的输出端通过第一开关连接所述第一供电接口，用于向第一供电接口供电；所述第一单向隔离元件的一端连接第一供电接口，另一端连接在AC/DC变换器的输出端，用于隔离AC/DC变换器向第一供电接口输出的电流；所述第二单向隔离元件的一端连接第二供电接口，另一端连接在AC/DC变换器的输出端，用于隔离AC/DC变换器向第二供电接口输出的电流；所述第一供电接口通过第一DC/DC变换器连接第二供电接口，从而通过第一DC/DC变换器控制第一供电接口向第二供电接口的充电过程；所述第二供电接口通过第二DC/DC变换器连接第一供电接口，从而通过第二DC/DC变换器控制第二供电接口向第一供电接口的充电过程。
具体的，本实施例中，所述的DC/DC变换器通过boost升压变换器实现，如图2所示，作为其他实施方式，也可以采用其他形式的变换器实现，例如桥式DC/DC电路等。
Q1、Q3、L1、D3组成的第一DC/DC变换器构成电池组1向电池组2的电能转移通道，用于电池组1向电池组2放电。当Q3导通时启动电池组1向电池组2的电能转移，Q1导通时，电池组1的电能存于电感L1，Q1关断时，电感L1中的能量存于电池组2。
Q2、Q4、L2、D4组成的第二DC/DC变换器构成电池组2向电池组1的电能转移通道，用于电池组2向电池组1放电。当Q4导通时启动电池组2向电池组1的电能转移，Q2导通时，电池组2的电能存于电感L2，Q2关断时，电感L2中的能量存于电池组1。
同时，AC/DC的输出端还连接有单向隔离元件D0，实现单向输出。电池组1和电池组2分别通过单相隔离二极管D1、D2向直流输出接口输出电能，从而有效的隔离AC/DC的输出端与相应的供能接口，并且，通过开关Q0控制AC/DC变换器是否向电池组1充电。
本实施例中，D0、D1、D2、D3为单向隔离二极管，Q0、Q1、Q2、Q3、Q4为MOS开关管，L1、L2为高频电感，rfz为用电设备等效负载。作为其他实施方式，本实施例中的第一隔离元件、第二隔离原件、第三隔离元件等还可以采用其他形式的具有单向隔离功能的设置。
图2中给出了本实施例中的电压极性、电流和控制信号流向。控制器采样AC/DC输出端的电压、电流，流过第一开关的电流，流过第一单向隔离元件的电流，流过第二单向隔离元件的电流，第一供电接口的电压和第二供电接口的电压；控制器控制连接所述AC/DC变换器、第一开关、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器。
具体的，AC/DC变换器完成交流到直流的变换、给用电设备、给电池组1充电的功能，其直流输出电压uo0受外控电压信号ug的控制，经单向隔离二极管D0后作为直流电源***的输出电压uo。
MOS开关管Q0控制AC/DC变换器是否向电池组充电，当Q0导通时AC/DC变换器向电池组充电，当Q0关断时AC/DC变换器停止向电池组充电。
单向隔离二极管D1、D2完成电池组是否向直流电源***输出电能的自然切换，当直流电源***输出电压uo高于电池组1端电压uo1和电池组2端电压uo2时，电池组不向直流电源***输出电能；当直流电源***输出电压uo低于电池组1端电压uo1或电池组2端电压uo2时，电池组向直流电源***输出电能。
图2中，“～uin”为交流输入电压，“uo0”为AC/DC变换器的直流输出电压，“io0”为AC/DC变换器的输出电流，“uo”为直流电源***的直流输出电压，“uo1”为电池组1的端电压，“ic”为电池组1的充电电流，“io1”为电池组1向直流电源***的供电电流，“i12”为电池组1向电池组2的放电电流，“uo2”为电池组2的端电压，“io2”为电池组2向直流电源***的供电电流，“i21”为电池组2向电池组1的放电电流，“ifz”为提供给用电设备的负载电流，“s0”为MOS管Q0的控制信号，“s1”为MOS管Q1的控制信号，“s2”为MOS管Q2的控制信号，“s3”为MOS管Q3的控制信号，“s4”为MOS管Q4的控制信号，“ug”为控制器给AC/DC变换器的控制电压信号。
本实施例中还包括辅助电源，辅助电源以通用的单端反激电源电路产生多路直流输出电压，分别为AC/DC变换器和检测与控制器提供工作电源输入，图2中“Vcc2”为AC/DC变换器的工作电源输入，“Vcc1”为检测与控制器的工作电源输入。
控制器用数字控制电路检测直流电源***及电池的各输出状态量、估计电池状态和参数、确定AC/DC变换器和电池组的期望工作状态、产生控制信号控制AC/DC变换器和电池组的实际工作状态分别趋于各自的期望状态。
作为其他实施方式，本实施例中连接第一供电接口、第二供电接口的供电设备并不局限于电池组，也可以是其他设备，例如储能电容等其他类型的储能原件。而电池组可以是锂电池、铅酸电池等可充电电池。
直流电源电路实施例：
本实施例中提供了一种直流电源电路结构，包括交流电源接口、AC/DC变换器、直流输出接口、第一供电接口、第二供电接口和充放电组合电路；所述充放电组合电路包括第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第一开关、第一单向隔离元件和第二单向隔离元件；
所述AC/DC变换器的输入端连接交流电源接口，输出端连接直流输出接口；
所述AC/DC变换器的输出端通过第一开关连接所述第一供电接口，用于向第一供电接口供电；
所述第一单向隔离元件的一端连接第一供电接口，另一端连接在AC/DC变换器与直流输出接口之间，用于隔离第一供电接口和AC/DC变换器的输出端；
所述第二单向隔离元件的一端连接第二供电接口，另一端连接在AC/DC变换器与直流输出接口之间，用于隔离第二供电接口和AC/DC变换器的输出端；
所述第一供电接口通过第一DC/DC变换器连接第二供电接口；
所述第二供电接口通过第二DC/DC变换器连接第一供电接口。
本实施例中给出的直流电源电路即为上述直流电源***中的直流电源电路，具体的电源电路的连接关系以及组成原理已在上述直流电源***实施例中详细说明，此处不再赘述。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种直流电源电路，其特征在于，包括交流电源接口、AC/DC变换器、直流输出接口、第一供电接口、第二供电接口和充放电组合电路；所述充放电组合电路包括第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第一开关、第一单向隔离元件和第二单向隔离元件；
所述AC/DC变换器的输入端连接交流电源接口，AC/DC变换器的输出端连接直流输出接口；
所述AC/DC变换器的输出端通过第一开关连接所述第一供电接口，用于向第一供电接口供电；
所述第一单向隔离元件连接在第一供电接口与AC/DC变换器的输出端之间，用于隔离AC/DC变换器向第一供电接口输出的电流；
所述第二单向隔离元件连接在第二供电接口与AC/DC变换器的输出端之间，用于隔离AC/DC变换器向第二供电接口输出的电流；
所述第一供电接口通过第一DC/DC变换器连接第二供电接口，第一DC/DC变换器用于控制第一供电接口向第二供电接口的充电过程；
所述第二供电接口通过第二DC/DC变换器连接第一供电接口，第二DC/DC变换器用于控制第二供电接口向第一供电接口的充电过程。
2.根据权利要求1所述的直流电源电路，其特征在于，所述直流电源电路包括控制器，所述控制器采样AC/DC输出端的电压、AC/DC输出端的电流、流过第一开关的电流、流过第一单向隔离元件的电流、流过第二单向隔离元件的电流、第一供电接口的电压和第二供电接口的电压；所述控制器控制连接所述AC/DC变换器、第一开关、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器。
3.根据权利要求1所述的直流电源电路，其特征在于，所述AC/DC变换器的输出端还连接有第三单向隔离元件。
4.根据权利要求1所述的直流电源电路，其特征在于，所述第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器为boost升压变换器。
5.根据权利要求3所述的直流电源电路，其特征在于，所述第一单向隔离元件、第二单向隔离元件和第三单向隔离元件为二极管；所述第一开关为MOS开关管。
6.一种直流电源***，其特征在于，包括交流电源和直流电源电路；所述直流电源电路包括交流电源接口、AC/DC变换器、直流输出接口、第一供电接口、第二供电接口和充放电组合电路；所述充放电组合电路包括第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第一开关、第一单向隔离元件和第二单向隔离元件；
所述AC/DC变换器的输入端连接交流电源接口，AC/DC变换器的输出端连接直流输出接口；
所述AC/DC变换器的输出端通过第一开关连接所述第一供电接口，用于向第一供电接口供电；
所述第一单向隔离元件连接在第一供电接口与AC/DC变换器的输出端之间，用于隔离AC/DC变换器向第一供电接口输出的电流；
所述第二单向隔离元件连接在第二供电接口与AC/DC变换器的输出端之间，用于隔离AC/DC变换器向第二供电接口输出的电流；
所述第一供电接口通过第一DC/DC变换器连接第二供电接口，第一DC/DC变换器用于控制第一供电接口向第二供电接口的充电过程；
所述第二供电接口通过第二DC/DC变换器连接第一供电接口，第二DC/DC变换器用于控制第二供电接口向第一供电接口的充电过程。
7.根据权利要求6所述的直流电源***，其特征在于，所述直流电源电路包括控制器，所述控制器采样AC/DC输出端的电压、AC/DC输出端的电流、流过第一开关的电流、流过第一单向隔离元件的电流、流过第二单向隔离元件的电流、第一供电接口的电压和第二供电接口的电压；所述控制器控制连接所述AC/DC变换器、第一开关、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器。
8.根据权利要求6所述的直流电源***，其特征在于，所述AC/DC变换器的输出端还连接有第三单向隔离元件。
9.根据权利要求6所述的直流电源***，其特征在于，所述第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器为boost升压变换器。
10.根据权利要求8所述的直流电源***，其特征在于，所述第一单向隔离元件、第二单向隔离元件和第三单向隔离元件为二极管；所述第一开关为MOS开关管。
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