CN202333882U

CN202333882U - 一种具有冗余备份功能的直流电源

Info

Publication number: CN202333882U
Application number: CN2011204651198U
Authority: CN
Inventors: 郑旺发; 沈振聪; 黄詹江勇; 李育刚; 林艺成
Original assignee: Zhangzhou Kehua Technology Co Ltd
Current assignee: Zhangzhou Kehua Technology Co Ltd
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2021-11-21

Abstract

本实用新型公开了一种具有冗余备份功能的直流电源，包括市电输入、EMI滤波电路、整流桥堆、DC-DC变换器、输出滤波电路、充电电路、蓄电池模块、切换电路和反馈模块；反馈模块包括冗余稳压反馈环和稳压反馈环，蓄电池模块包括蓄电池；DC-DC变换器的电压输出端分别接至充电电路、冗余稳压反馈环和稳压反馈环的输入，充电电路的输出接至蓄电池的正极，冗余稳压反馈环和稳压反馈环的输出分别接至DC-DC变换器的电压反馈输入端；DC-DC变换器的电压输出端和蓄电池的正极分别接至切换电路的输入，切换电路的输出接至输出滤波电路。本实用新型采用上述电路结构后，其输出电压的精度高、***可靠、稳定，并对负载保持实时供电。

Description

一种具有冗余备份功能的直流电源

技术领域

本实用新型涉及一种直流电源，特别是涉及一种具有冗余备份功能的直流电源。

背景技术

直流开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种直流电源，电子设备都离不开可靠的电源。随着技术的不断发展，90年代以来的电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源。直流开关电源是近年来出现的一种新型功率变换装置，它将交流电源输入经整流滤波成直流，再通过DC-DC变换器的PWM模块(脉冲宽度调制模块)输出PWM信号控制其开关管将直流加到其高频变压器的初级绕组上，高频变压器的次级绕组感应并输出高频电压，经输出滤波电路整流滤波后供给负载；其中，DC-DC变换器的高频变压器的输出电压还通过一定的电路反馈给DC-DC变换器的，控制PWM的占空比，以达到稳定输出的目的。直流开关电源在各种电子设备中的到广泛的应用，特别是在一些特殊的应用领域，它要求电源有较好的稳压精度，完善的保护功能。

然而，传统直流开关电源存在一些不足之处：1、一旦其DC-DC变换器的输出电压过高，其输出过压保护电路就会检测到，并切断DC-DC变换器，使直流开关电源停止对负载供电，从而导致整个***中断，给用户造成损失；2、DC-DC变换器的输出电压过高也会导致其反馈电路的异常，从而影响负载供电；3、直流开关电源在市电异常(例如市电断电、市电过低或市电过高)而输出过压时，会切断供电，从而无法给负载供电。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种具有冗余备份功能的直流电源，其输出电压的精度高、采用冗余稳压反馈提高***稳定性，并能够在市电出现异常时采用蓄电池进行后备直接供电，从而对负载保持实时供电。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有冗余备份功能的直流电源，包括市电输入、EMI滤波电路、整流桥堆、DC-DC变换器和输出滤波电路；市电输入、EMI滤波电路、整流桥堆、DC-DC变换器和输出滤波电路依次串接；还包括充电电路、蓄电池模块、切换电路和反馈模块；反馈模块包括冗余稳压反馈环和稳压反馈环，蓄电池模块包括蓄电池；DC-DC变换器的电压输出端分别接至充电电路、冗余稳压反馈环和稳压反馈环的输入，充电电路的输出接至蓄电池的正极，冗余稳压反馈环和稳压反馈环的输出分别接至DC-DC变换器的电压反馈输入端；DC-DC变换器的电压输出端和蓄电池的正极分别接至切换电路的输入，切换电路的输出接至输出滤波电路。

所述反馈模块还包括一充电限流反馈环，所述蓄电池的负极接至该充电限流反馈环的输入，该充电限流反馈环的输出接至所述DC-DC变换器的电压反馈输入端；所述蓄电池模块还包括一限流采样电阻，该限流采样电阻的一端接至所述蓄电池的负极，该限流采样电阻的另一端接地。

所述冗余稳压反馈环包括第一放大电路、第一光电耦合器、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；所述DC-DC变换器的电压输出端接至第五电阻和第六电阻的一端，第五电阻的另一端接至第一光电耦合器的发光器件阳极，第六电阻的另一端接至第七电阻的一端，第七电阻的另一端接地；第一放大电路的输入分别接至第六电阻的另一端和第七电阻的一端，第一放大电路的输出接至第一光电耦合器的发光器件阴极；第一光电耦合器的接收器件集电极接至所述DC-DC变换器的电压反馈输入端，第一光电耦合器的接收器件发射极连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端接功能地端；所述稳压反馈环包括第二放大电路、第二光电耦合器、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、可调电阻和第二电容；所述DC-DC变换器的电压输出端分别连接第十电阻、第十一电阻的一端，第十电阻的另一端连接第二光电耦合器的发光器件阳极，第十一电阻的另一端依次串接第十二电阻和可调电阻到地端；第二放大电路的输入分别连接第十一电阻的另一端和第十二电阻的一端，第二放大电路的输出连接第二光电耦合器的发光器件阴极；第二光电耦合器的接收器件集电极分别连接所述DC-DC变换器的电压反馈输入端和第二电容的一端，第二光电耦合器的接收器件发射极连接第九电阻的一端，第九电阻的另一端连接功能地端；第二电容的另一端串接第八电阻至功能地端。

所述充电限流反馈环包括第三放大电路、第三光电耦合器、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻和第十六电阻；所述DC-DC变换器的电压输出端连接第十三电阻的一端，第十三电阻的另一端连接第三光电耦合器的发光器件阳极；第十四电阻的一端连接+5V电源，第十四电阻的另一端连接第十五电阻的一端，第十五电阻的另一端连接所述蓄电池的负极；第三放大电路的输入分别连接第十四电阻的另一端和第十五电阻的一端，第三放大电路的输出连接第三光电耦合器的发光器件阴极；第三光电耦合器的接收器件集电极连接所述DC-DC变换器的电压反馈输入端及所述第二电容的一端；第三光电耦合器的接收器件发射极连接第十六电阻的一端，第十六电阻的另一端接至功能地端。

所述第一放大电路的输入端的电压值小于所述第二放大电路的输入端的电压值。

本实用新型的一种具有冗余备份功能的直流电源，为了提高直流开关电源的输出电源的精度和可靠性，采用了两路反馈环路，其中一路为稳压反馈环，用于提高稳压精度，另一路为冗余稳压反馈环，用于提高***的可靠性，在DC-DC变换器的输出电压较高时进行稳压反馈。

本实用新型的一种具有冗余备份功能的直流电源，其蓄电池直接挂在负责上，通过充电电路进行充电，当市电出现异常时，利用切换电路进行切换，使蓄电池直接给负载供电，避免负载因市电出现异常而断电。同时，本实用新型还采用了充电限流反馈环和限流采样电阻对蓄电池进行保护，以在直流电源空载时，控制充电电路，从而延长蓄电池的使用寿命。

与传统的直流电源相比，本实用新型的有益效果是：

(1)由于采用了稳压反馈环和冗余稳压反馈环两路反馈环路，且该两路反馈环路均采用光电耦合器进行隔离反馈，稳压反馈环用于确保直流输出电源的稳压精度，冗余稳压反馈环用于在直流输出电压较高时及时反馈而稳定直流输出电压，使得本实用新型具有输出电压的精度高、***稳定的特点；

(2)由于将蓄电池直接挂在负载上，并利用充电电路对蓄电池进行充电，利用切换电路进行切换供电，使得本实用新型能够在市电出现异常时，利用蓄电池直接给负载供电，避免负载因突然断电而给用户造成损失；

(3)由于其采用充电限流反馈环和限流采样电阻对蓄电池的充电电流进行控制，因而能够避免充电电流过高或直流电源空载使充电电流过高而损坏蓄电池，从而有利于延长蓄电池的使用寿命。

此外，本实用新型一种具有冗余备份功能的直流电源，还具有电路结构简单、效率高等特点。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种具有冗余备份功能的直流电源不局限于实施例。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图；

图2是市电正常时本实用新型的电路原理框图；

图3是市电异常时本实用新型的电路原理框图；

图4是本实用新型的电路示意图。

具体实施方式

实施例，请参见图1所示，本实用新型的一种具有冗余备份功能的直流电源，包括市电输入1、EMI滤波电路2、整流桥堆3、DC-DC变换器4、反馈模块5、充电电路6、蓄电池模块7、切换电路8和输出滤波电路9。其中，市电输入1、EMI滤波电路2、整流桥堆3和DC-DC变换器4依次串接；反馈模块5包括冗余稳压反馈环51和稳压反馈环52(如图4所示)，蓄电池模块7包括蓄电池Bat。DC-DC变换器4的电压输出端Vdd分别接至充电电路6、冗余稳压反馈环51和稳压反馈环52的输入，充电电路6的输出接至蓄电池Bat的正极，冗余稳压反馈环51和稳压反馈环52的输出分别接至DC-DC变换器4的电压反馈输入端；DC-DC变换器4的电压输出端Vdd和蓄电池Bat的正极分别接至切换电路8的输入，切换电路8的输出接至输出滤波电路9。

作为一较佳实施例，所述反馈模块5还包括一个充电限流反馈环53(如图4所示)，所述蓄电池Bat的负极接至该充电限流反馈环53的输入，该充电限流反馈环53的输出接至所述DC-DC变换器4的电压反馈输入端。所述蓄电池模块7还包括一限流采样电阻R0，该限流采样电阻R0的一端接至所述蓄电池Bat的负极，该限流采样电阻R0的另一端接地GND。

本实用新型的一种具有冗余备份功能的直流电源，采用上述电路结构后，当市电正常时，供电电压的走向如图2中的虚线箭头10所示，即市电经EMI滤波电路2和整流桥堆3整流滤波成直流后输出给DC-DC变换器4，并经DC-DC变换器4进行高频变压后通过输出滤波电路9输出给负载，同时，DC-DC变换器4的输出电压部分通过充电电路6给蓄电池模块7的蓄电池Bat充电，此时，该充电电压的走向如图2中的虚线箭头11所示。当市电异常时，供电电压的走向如图3中的虚线箭头12所示，此时，DC-DC变换器4停止变换工作，直接由蓄电池Bat向负载供电。

本实用新型的一种具有冗余备份功能的直流电源，请参见图3所示，其DC-DC变换器4包括PWM模块41、场效应管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、高频变压器T1、两个第一二极管D1和第二十一电阻R21。其中，第一电容C1的一端为DC-DC变换器4的电压输入端，并与整流桥堆3的输出相连接，第一电容C1、第一电阻R1和高频变压器T1的初级绕组相并联连接；两个第一二极管D1相并联连接，且该两个第一二极管D1的正极分别连接高频变压器T1的次级绕组的一端，该两个第一二极管D1的负极连接第二十一电阻R21的一端，第二十一电阻R21的另一端连接高频变压器T1的次级绕组的另一端，两个第一二极管D1的负极和第二十一电阻R21的一端之间的连接处构成DC-DC变换器4的电压输出端Vdd，并分别连接反馈模块5、输出滤波电路9、切换电路8和充电电路6。PWM模块41的输入端构成DC-DC变换器4的电压反馈输入端，PWM模块41的输出端连接场效应管Q1的栅极，场效应管Q1的漏极连接第一电容C1的另一端，场效应管Q1的源极连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接功能地端VEE；第二电阻R2的两端分别与PWM模块41的输出端和场效应管Q1的源极相连接。

冗余稳压反馈环51包括第一放大电路511、第一光电耦合器IC1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7；所述DC-DC变换器的电压输出端Vdd接至第五电阻R5和第六电阻R6的一端，第五电阻R5的另一端接至第一光电耦合器IC1的发光器件阳极，第六电阻R6的另一端接至第七电阻R7的一端，第七电阻R7的另一端接地GND；第一放大电路511的输入分别接至第六电阻R6的另一端和第七电阻R7的一端，第一放大电路511的输出接至第一光电耦合器IC1的发光器件阴极；第一光电耦合器IC1的接收器件集电极接至所述DC-DC变换器4的电压反馈输入端(即PWM模块41的输入端)，第一光电耦合器IC1的接收器件发射极连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端接功能地端VEE。

稳压反馈环52包括第二放大电路521、第二光电耦合器IC2、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、可调电阻RP1和第二电容C2；所述DC-DC变换器的电压输出端Vdd分别连接第十电阻R10、第十一电阻R11的一端，第十电阻R10的另一端连接第二光电耦合器IC2的发光器件阳极，第十一电阻R11的另一端依次串接第十二电阻R12和可调电阻RP1到地端GND；第二放大电路521的输入分别连接第十一电阻R11的另一端和第十二电阻R12的一端，第二放大电路521的输出连接第二光电耦合器IC2的发光器件阴极；第二光电耦合器IC2的接收器件集电极连接所述DC-DC变换器4的电压反馈输入端(即PWM模块41的输入端)和第二电容C2的一端，第二光电耦合器IC2的接收器件发射极分别连接第九电阻R9的一端和所述第一光电耦合器IC1的接收器件发射极，第九电阻R9的另一端连接功能地端VEE；第二电容C2的另一端串接第八电阻R8至功能地端VEE。

充电限流反馈环53包括第三放大电路531、第三光电耦合器IC3、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15和第十六电阻R16；所述DC-DC变换器的电压输出端Vdd连接第十三电阻R13的一端，第十三电阻R13的另一端连接第三光电耦合器IC3的发光器件阳极；第十四电阻R14的一端连接+5V电源，第十四电阻R14的另一端连接第十五电阻R15的一端，第十五电阻R15的另一端连接所述蓄电池Bat的负极；第三放大电路531的输入分别连接第十四电阻R14的另一端和第十五电阻R15的一端，第三放大电路531的输出连接第三光电耦合器IC3的发光器件阴极；第三光电耦合器IC3的接收器件集电极连接所述DC-DC变换器4的电压反馈输入端(即PWM模块41的输入端)及所述第二电容C2的一端；第三光电耦合器IC3的接收器件发射极连接第十六电阻R16的一端，第十六电阻R16的另一端接至功能地端。

以上，所述第一放大电路511的输入端的电压值小于所述第二放大电路521的输入端的电压值，即R7/(R7+R8)＜(R12+RP1)/(R11+R12+RP1)，其中，该式中R7、R8、RP1、R11、R12分别表示第七电阻R7、第八电阻R8、可调电阻RP1、第十一电阻R11和第十二电阻R12的阻值，通过调节可调电阻RP1即可满足上述关系。

本实用新型的一种具有冗余备份功能的直流电源，其工作过程为：

当市电正常时，切换电路8进行切换动作，使市电依次经EMI滤波电路2和整流桥堆3整流滤波成直流电，再通过DC-DC变换器4变成所需要的直流电压，经过DC-DC变换器4后的直流电一路经过输出滤波电路9滤波后对负载进行供电，另一路通过充电电路6给蓄电池模块7的蓄电池Bat进行充电。DC-DC变换器4的电压输出Vdd的电压信号通过稳压反馈环52的第二光电耦合器IC2隔离反馈至DC-DC变换器4的PWM模块41的输入端，控制PWM模块41的PWM信号的输出，从而控制DC-DC变换器4的输出电压，使其输出电压保持稳定在一定的范围内；这里，稳压的精度取决于第十一电阻R11、第十二电阻R12和可调电阻RP1的电阻值。

充电过程中，当充电电路的充电电流增大时，限流采样电阻R0两端的电压值随之增大；当该直流电源空载或充电电路的充电电路超过预先设定的阈值时，蓄电池的负极处的电压信号通过充电限流反馈环53的第三光电耦合器IC3隔离反馈至DC-DC变换器4的PWM模块41的输入端，控制PWM模块41的PWM信号的输出，从而控制PWM模块41的PWM信号的输出，进而调节蓄电池Bat的充电电流值的大小。

当DC-DC变换器4的电压输出端Vdd的电压超出预先设定的阈值时，冗余稳压反馈环51开始工作，DC-DC变换器4的电压输出端Vdd的电压信号通过冗余稳压反馈环51的第一光电耦合器IC1隔离反馈至DC-DC变换器4的PWM模块41的输入端，控制PWM模块41的PWM信号的输出，从而控制DC-DC变换器4输出稳定的电压值。

当市电出现异常时，DC-DC变换器4停止变换工作，同时，切换电路8进行切换动作而接通蓄电池和输出滤波电路9，使蓄电池Bat的输出电压经输出滤波电路9滤波后对负载进行供电。

本实用新型的一种具有冗余备份功能的直流电源，采用上述电路结构后，通过两路反馈环(冗余稳压反馈环51和稳压反馈环52)进行电压反馈，既确保直流电源的稳压精度，又确保在直流电源的输出电压过高时可以及时反馈而稳定输出电压，因而大大提高了***的可靠性和稳定性。此外，本实用新型将蓄电池Bat直接挂在负载上后，可以在市电出现异常时，使负载保持工作状态，避免用户因负载断电而造成损失。

上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种具有冗余备份功能的直流电源，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种具有冗余备份功能的直流电源，包括市电输入、EMI滤波电路、整流桥堆、DC-DC变换器和输出滤波电路；市电输入、EMI滤波电路、整流桥堆、DC-DC变换器和输出滤波电路依次串接；其特征在于：还包括充电电路、蓄电池模块、切换电路和反馈模块；反馈模块包括冗余稳压反馈环和稳压反馈环，蓄电池模块包括蓄电池；DC-DC变换器的电压输出端分别接至充电电路、冗余稳压反馈环和稳压反馈环的输入，充电电路的输出接至蓄电池的正极，冗余稳压反馈环和稳压反馈环的输出分别接至DC-DC变换器的电压反馈输入端；DC-DC变换器的电压输出端和蓄电池的正极分别接至切换电路的输入，切换电路的输出接至输出滤波电路。

2.根据权利要求1所述的具有冗余备份功能的直流电源，其特征在于：所述反馈模块还包括一充电限流反馈环，所述蓄电池的负极接至该充电限流反馈环的输入，该充电限流反馈环的输出接至所述DC-DC变换器的电压反馈输入端；所述蓄电池模块还包括限流采样电阻，该限流采样电阻的一端接至所述蓄电池的负极，该限流采样电阻的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的具有冗余备份功能的直流电源，其特征在于：所述冗余稳压反馈环包括第一放大电路、第一光电耦合器、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；所述DC-DC变换器的电压输出端接至第五电阻和第六电阻的一端，第五电阻的另一端接至第一光电耦合器的发光器件阳极，第六电阻的另一端接至第七电阻的一端，第七电阻的另一端接地；第一放大电路的输入分别接至第六电阻的另一端和第七电阻的一端，第一放大电路的输出接至第一光电耦合器的发光器件阴极；第一光电耦合器的接收器件集电极接至所述DC-DC变换器的电压反馈输入端，第一光电耦合器的接收器件发射极连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端接功能地端；所述稳压反馈环包括第二放大电路、第二光电耦合器、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、可调电阻和第二电容；所述DC-DC变换器的电压输出端分别连接第十电阻、第十一电阻的一端，第十电阻的另一端连接第二光电耦合器的发光器件阳极，第十一电阻的另一端依次串接第十二电阻和可调电阻到地端；第二放大电路的输入分别连接第十一电阻的另一端和第十二电阻的一端，第二放大电路的输出连接第二光电耦合器的发光器件阴极；第二光电耦合器的接收器件集电极分别连接所述DC-DC变换器的电压反馈输入端和第二电容的一端，第二光电耦合器的接收器件发射极连接第九电阻的一端，第九电阻的另一端连接功能地端；第二电容的另一端串接第八电阻至功能地端。

4.根据权利要求2所述的具有冗余备份功能的直流电源，其特征在于：所述充电限流反馈环包括第三放大电路、第三光电耦合器、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻和第十六电阻；所述DC-DC变换器的电压输出端连接第十三电阻的一端，第十三电阻的另一端连接第三光电耦合器的发光器件阳极；第十四电阻的一端连接+5V电源，第十四电阻的另一端连接第十五电阻的一端，第十五电阻的另一端连接所述蓄电池的负极；第三放大电路的输入分别连接第十四电阻的另一端和第十五电阻的一端，第三放大电路的输出连接第三光电耦合器的发光器件阴极；第三光电耦合器的接收器件集电极连接所述DC-DC变换器的电压反馈输入端及所述第二电容的一端；第三光电耦合器的接收器件发射极连接第十六电阻的一端，第十六电阻的另一端接至功能地端。

5.根据权利要求3所述的一种具有冗余备份功能的直流电源，其特征在于：所述第一放大电路的输入端的电压值小于所述第二放大电路的输入端的电压值。