CN217063575U - 一种不间断多路输出直流电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了直流电源技术领域的一种不间断多路输出直流电源，EMI整流滤波电路的输入端连接市电的输出端，EMI整流滤波电路的输出端连接多路输出正‑反激变换器电路的输入端；多路输出正‑反激变换器电路的正激输出端连接锂电池组；MCU控制器的输入端分别通过第一采样回路与EMI整流滤波电路的输出端连接；通过第二采样回路与锂电池组连接；通过第三采样回路与多路输出正‑反激变换器电路的反激输出端连接；MCU控制器的输出端与连接多路输出正‑反激变换器电路的正激输出电路、锂电池组充放电切换电路连接。本实用新型具有电源体积小，可保证多路电压输出不间断等特点，同时提高了电源的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于直流电源技术领域，具体涉及一种不间断多路输出直流电源。
背景技术
在电子信息飞速发展的今天，计算机、便携式电子设备等得到迅速的发展。为保证供电的稳定性和可靠性，主流的供电方案中电子设备大多采用独立的直流电源供电。但是在这些设备中，往往单个设备内部就集中了多个需要供电的负载，并且这些负载需求的供电电压也不尽相同，因此就需要单独给每个负载配置一个供电电源。通过将多个独立的直流电源模块组合在一起，每个独立的电源分别给对应的负载提供需求的电压，这样就能够使得设备中多个负载对不同的供电电压的需求得到解决。但是这种方案也存有一定的弊端，比如，多个独立电源集成后造成电源体积过大，不易携带；不具备可以有效应对掉电等突发情况的功能。
针对这一问题，有方案通过使用前端锂电池和后端反激变压器结合的方式实现多路输出，当输入电压低于设定阈值下限时，通过电路切换***改为锂电池供电。这类方案很好地解决了一定范围内***掉电，断电所导致的问题，但在某些应用场合下的适用性较低，例如锂电池放电到一定阶段时缺乏必要的锂电池电压检测环节，锂电池能量的过放使得锂电池使用周期大大缩短，也限制了产品的推广。
实用新型内容
为解决现有技术中的不足，本实用新型提供一种不间断多路输出直流电源，具有电源体积小、多路电压的输出不间断，提高了电源的可靠性。
为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种多路输出直流电源，包括：MCU控制器、EMI整流滤波电路和多路输出正-反激变换器电路；所述EMI整流滤波电路的输入端连接市电的输出端，所述EMI整流滤波电路的输出端连接多路输出正-反激变换器电路的输入端；所述多路输出正-反激变换器电路的正激输出端连接锂电池组；所述MCU控制器的其中之一输入端通过第一采样回路与所述EMI整流滤波电路的输出端连接；所述MCU控制器的其中之另一输入端通过第二采样回路与锂电池组连接；所述MCU控制器的其中之另一输入端通过第三采样回路与多路输出正-反激变换器电路的反激输出端连接；所述MCU控制器的输出端与连接多路输出正-反激变换器电路的正激输出电路、锂电池组充放电切换电路连接。
进一步地，所述EMI整流滤波电路包括：第一X电容CX1，所述第一X电容CX1的两端分别连接市电的输出端；第二X电容CX2，所述第二X电容CX2与所述第一X电容CX1分别并联在共模电感CMC1的两端；所述第二X电容CX2的两端分别连接整流桥的输入端，所述整流桥的其中之一输出端与电感Lin的一端连接，所述电感Lin的另一端与电解电容CBus的一端连接，所述电解电容CBus的另一端与所述整流桥的其中之另一输出端连接。
进一步地，所述多路输出正-反激变换器电路包括：变压器原边绕组Np的一端与开关管S1的漏极连接，开关管S1的源极、变压器原边绕组Np的另一端分别与所述EMI整流滤波电路的输出端连接；二极管D1的正极与变压器反激绕组Ns1的一端连接，二极管D1的负极与二极管D2的负极、电感L1的一端连接；二极管D2的正极与开关管S2的源极、电解电容C1的一端连接并接地；电解电容C1的另一端与电感L1的另一端连接；电解电容C1与电感L1的公共端与锂电池组的正极连接，电解电容C1与开关管S2的公共端与锂电池组的负极连接；二极管D3的正极与变压器反激绕组Ns2的一端连接，二极管D3的负极与电解电容C2的一端、开关管S3的漏极连接；开关管S3的源极与开关管S4的漏极、电感L2的一端连接；电解电容C4、电阻R1并联后串联在电感L2的另一端与开关管S4的源极之间；开关管S4的源极与电解电容C2的另一端、变压器反激绕组Ns2的另一端连接；第一降压控制回路采用MP2908A芯片，第一降压控制回路的输入端与电感L2、电解电容C4、电阻R1的公共端连接，第一降压控制回路的输出端与开关管S3的栅极连接；开关管S5的漏极与开关管S3的漏极连接，开关管S5的源极与开关管S6的漏极、电感L3的一端连接；电解电容C5、电阻R2并联后串联在电感L2的另一端与开关管S6的源极之间；开关管S6的源极与开关管S5的漏极连接；第二降压控制回路采用MP2908A芯片，第二降压控制回路的输入端与电感L3、电解电容C5、电阻R2的公共端连接，第二降压控制回路的输出端与开关管S5的栅极连接；反激控制回路采用LD5535E芯片，反激控制回路的输入端与开关管S5的漏极连接，反激控制回路的输出端与开关管S1的栅极连接。
进一步地，所述MCU控制器的其中之另一输入端通过第二采样回路与锂电池组的正极连接；所述MCU控制器的输出端与开关管S2的栅极连接。
进一步地，所述MCU控制器的其中之另一输入端通过第三采样回路与二极管D3的负极连接。
进一步地，所述锂电池组充放电切换电路包括：继电器Relay1与电阻R12串联后一端接多路输出正-反激变换器电路的正激输出端的端电压Vi，另一端接锂电池组的输出电压Vbat；继电器Relay1的线圈与二极管D4并联后一端通过电阻R8连接电压Vcc，另一端与PNP三极管的发射极连接；PNP三极管的基极通过电阻R10与MCU控制器的输出端；PNP三极管的集电极接地。
进一步地，所述MCU控制器的型号为AT89S51。
进一步地，所述第一采样回路、第二采样回路和第三采样回路结构相同，包括：分压电阻R7与分压电阻R9串联，分压电阻R7接采样点电压，分压电阻R9接地，分压电阻R7与分压电阻R9的公共端接运放的输入端之一，运放的输入端之另一接参考电压Vcc，运放的输出端接MCU控制器的输入端。
进一步地，电阻R3和电阻R4串联后与电容C6并联；电阻R4与电容C6的公共端与TL431可调精密并联稳压器的A端相连并接地；电阻R3与电容C6的公共端与TL431可调精密并联稳压器的K端相连并与电阻R5的一端相连；电阻R5的另一端接锂电池组；TL431可调精密并联稳压器的R端接电阻R3和电阻R4的公共端；电阻R3与电容C6的公共端输出参考电压Vcc。
与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：
（1）本实用新型采用正-反激变换器实现了多路输出，电源体积小，电源内部包含锂电池组，可保证多路电压输出的不间断；此外，锂电池组的电压检测环节可以有效避免锂电池组电压过充过放问题，大幅度的提高了电源的可靠性；
（2）本实用新型各直流输出支路相互独立、互不影响，输出电压、电流精度高，无交叉调整率问题；
（3）本实用新型在电源掉电、断电情况下，可通过硬件电路切换供电方式，保证电源的不间断输出。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种不间断多路输出直流电源的结构框图；
图2是本实用新型实施例中EMI整流滤波电路的结构框图；
图3是本实用新型实施例中多路输出正-反激变换器电路的结构框图；
图4是本实用新型实施例中锂电池组充电电路图；
图5是本实用新型实施例中锂电池组充放电切换电路图；
图6是本实用新型实施例中锂电池组放电电路图；
图7是本实用新型实施例中参考电压Vcc辅助电源电路；
图8是本实用新型实施例中第三采样回路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，一种多路输出直流电源，包括MCU控制器、EMI整流滤波电路和多路输出正-反激变换器电路；EMI整流滤波电路的输入端连接市电的输出端，EMI整流滤波电路的输出端连接多路输出正-反激变换器电路的输入端；多路输出正-反激变换器电路的正激输出端连接锂电池组；MCU控制器的其中之一输入端通过第一采样回路与EMI整流滤波电路的输出端连接；MCU控制器的其中之另一输入端通过第二采样回路与锂电池组连接；MCU控制器的其中之另一输入端通过第三采样回路与多路输出正-反激变换器电路的反激输出端连接；MCU控制器的输出端与多路输出正-反激变换器电路的正激输出电路、锂电池组充放电切换电路连接。
如图2所示，EMI整流滤波电路包括第一X电容CX1，第一X电容CX1的两端分别连接市电的输出端；第二X电容CX2与第一X电容CX1分别并联在共模电感CMC1的两端；第二X电容CX2的两端分别连接整流桥的输入端，整流桥的其中之一输出端与电感Lin的一端连接，电感Lin的另一端与电解电容CBus的一端连接，电解电容CBus的另一端与整流桥的其中之另一输出端连接。
X电容CX1和CX2以及共模电感CMC1组成的EMI滤波器对产生杂讯电压以共模干扰为主的输入电源进行滤波。阻止市电电网的电磁干扰经电源线进入后级驱动电路，同时，用来阻挡驱动电路工作中产生的电磁干扰经电源线干扰电网。F1是保险丝，会在电流异常升高到一定程度的时候，自身熔断以切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用；NTC是负温度系数热敏电阻，可以抑制电源启动时的浪涌电流。
如图3所示，变压器原边绕组Np的一端与开关管S1的漏极连接，开关管S1的源极、变压器原边绕组Np的另一端分别与EMI整流滤波电路的输出端连接。
二极管D1的正极与变压器反激绕组Ns1的一端连接，二极管D1的负极与与二极管D2的负极、电感L1的一端连接；二极管D2的正极与开关管S2的源极、电解电容C1的一端连接并接地；电解电容C1的另一端与电感L1的另一端连接；电解电容C1与电感L1的公共端与锂电池组的正极连接，电解电容C1与开关管S2的公共端与锂电池组的负极连接。
二极管D3的正极与变压器反激绕组Ns2的一端连接，二极管D3的负极与电解电容C2的一端、开关管S3的漏极连接；开关管S3的源极与开关管S4的漏极、电感L2的一端连接；电解电容C4、电阻R1并联后串联在电感L2的另一端与开关管S4的源极之间；开关管S4的源极与电解电容C2的另一端、变压器反激绕组Ns2的另一端连接。
第一降压控制回路采用MP2908A芯片，第一降压控制回路的输入端与电感L2、电解电容C4、电阻R1的公共端连接，第一降压控制回路的输出端与开关管S3的栅极连接。
开关管S5的漏极与开关管S3的漏极连接，开关管S5的源极与开关管S6的漏极、电感L3的一端连接；电解电容C5、电阻R2并联后串联在电感L2的另一端与开关管S6的源极之间；开关管S6的源极与开关管S5的漏极连接。
第二降压控制回路采用MP2908A芯片，第二降压控制回路的输入端与电感L3、电解电容C5、电阻R2的公共端连接，第二降压控制回路的输出端与开关管S5的栅极连接。
反激控制回路的输入端与开关管S5的漏极连接，反激控制回路的输出端与开关管S1的栅极连接。
反激控制回路采用LD5535E芯片对变压器反激绕组Ns2的输出电压Vo2进行稳压控制。第一降压控制回路将变压器反激绕组Ns2的输出电压Vo2降成供电电压Vo3；第二降压控制回路将变压器反激绕组Ns2的输出电压Vo2降成供电电压Vo4。由此，电路可以实现Vo2、Vo3、Vo4共3个不同等级的供电电压输出。绕组NS1是正激结构，和反激绕组NS2耦合在同一个磁芯上，反激绕组NS2的输出电压Vo2稳定后，正激绕组NS1的输出电压Vo1也趋于稳定，并可以提供给锂电池组做充电电压。
如图4所示，MCU控制器的其中之另一输入端通过第二采样回路与锂电池组的正极连接；所述MCU控制器的输出端与开关管S2的栅极连接。
第二采样回路对锂电池组的电压Vbat进行检测。当锂电池组的电压Vbat低于设定阈值时，开关管S2闭合，锂电池组进行充电；当锂电池组的电压Vbat高于设定阈值时，开关管S2断开，避免锂电池组出现过度充电的情况。
如图5所示，继电器Relay1与电阻R12串联后一端接多路输出正-反激变换器电路的正激输出端的端电压Vi，另一端接锂电池组的输出电压Vbat；继电器Relay1的线圈与二极管D4并联后一端通过电阻R8连接电压Vcc，另一端与PNP三极管的发射极连接；PNP三极管的基极通过电阻R10与MCU控制器的输出端；PNP三极管的集电极接地。
继电器线圈Relay1的吸合和断开决定正激绕组的端电压Vi和锂电池组Vbat之间是否构成通路。PNP三极管的基极接收来自MCU控制器发出的信号Vctrl，当Vctrl为低时，PNP三极管导通，继而Vcc和GNDS之间因存在压差而导通，继电器的开关因电磁效应而吸合，正激绕组和锂电池组之间构成通路，***可进入锂电池组放电环节。
如图6所示，当第一采样回路检测到母线电容电压Vbus低于设定阈值时，MCU控制器驱动充放电切换电路进行切换，***转换为由锂电池组放电电路供电。此时正激绕组的功能相当于原边绕组，MCU控制器通过第三采样回路检测反激绕组的输出电压Vo2并驱动控制开关管S2的导通和关断使得反激绕组的输出电压Vo2最终趋于稳定。当MCU控制器通过第二采样回路检测到锂电池组的端电压Vbat低于***设定阈值时，开关管S2关断，避免锂电池组出现过度放电的情况。
本实施例中，MCU控制器的型号为AT89S51。
如图7所示，电阻R3和电阻R4串联后与电容C6并联；电阻R4与电容C6的公共端与TL431可调精密并联稳压器的A端相连并接地；电阻R3与电容C6的公共端与TL431可调精密并联稳压器的K端相连并与电阻R5的一端相连；电阻R5的另一端接锂电池组；TL431可调精密并联稳压器的R端接电阻R3和电阻R4的公共端；电阻R3与电容C6的公共端输出参考电压Vcc。
使用锂电池组的电压Vbat作为Vcc辅助电源电路的输入电压，在标号为Z1的器件TL431的R端会产生2.5V的基准电压，R3、R4阻值相等，所以电路在电容C6处产生稳定的参考电压Vcc。
如图8所示，分压电阻R7与分压电阻R9串联，分压电阻R7接变压器反激绕组Ns2的输出电压Vo2（采样点电压），分压电阻R9接地，分压电阻R7与分压电阻R9的公共端接运放的输入端之一，运放的输入端之另一接参考电压Vcc，运放的输出端接MCU控制器的输入端。
变压器反激绕组Ns2的输出电压Vo2经串联分压电阻R7、R9分压后送进运放中与参考电压Vcc进行比较，并将运放生成的相应的高低电平信号送进MCU控制器中。
本实施例中，第一采样回路、第二采样回路和第三采样回路的电路结构及原理均相同。
根据如上介绍的硬件架构，正常供电情况下，电源接入市电后，如图2所示的EMI整流滤波电路会滤除噪声和电磁干扰并进行交直转换，进而在Bus电容处获得相对纯净和稳定的直流电，同时Bus电容处的直流电压也将作为DC/DC变换器的输入电压。如图3所示，主控芯片LD5535E通过反激控制回路对变压器反激绕组Ns2的输出电压Vo2进行采样并送进LD5535E芯片，经过LD5535E芯片内部的逻辑比较后，产生相应的占空比去控制原边MOS管S1的导通和关断，经过若干个周期的调节，逐渐将Vo2稳定在期望输出电压值附近。同时，第一降压控制回路和第二降压控制回路均采用主控芯片MP2908A，经过不同的参数配置和若干个周期的调节也可以实现输出电压Vo3、Vo4的稳定。
当***突然断电或掉电时，Bus电容处低于***设定阈值的实时电压通过第一采样电路被送进MCU控制器中，MCU控制器会向如图5所示的充放电切换控制电路发送一个低电平的控制信号以使得PNP型三极管导通。继电器Relay1的开关因三极管导通而吸合，从而Vi和Vbat形成闭合回路，此时锂电池组开始放电，***进入锂电池组供电的状态。MCU控制器对变压器反激绕组Ns2的输出电压Vo2进行采样并输出驱动脉冲控制开关管S2导通和关断，经过若干个周期的调节，变压器反激绕组的输出电压Vo2最终稳定在期望的输出电压水平，Vo3、Vo4也相继稳定。当MCU控制器通过第二采样电路检测到锂电池组低于***设定阈值时，会断开开关管S1，避免锂电池组出现过度放电的情况。
当***恢复正常的市电供电时，MCU控制器会在检测到Bus电容电压达到设定阈值后，向锂电池组充放电切换控制电路发送高电平的控制信号，断开Vi和Vbat的直接连接通路。同时，锂电池组可进入如图4所示的由正激绕组供电的充电状态，第二采样电路实时检测锂电池组的电压，一旦超过***设定值，断开开关管S2，避免锂电池组出现过度充电的情况。
本实用新型采用正-反激变换器实现了多路输出，电源体积小，电源内部包含锂电池组，可保证多路电压输出的不间断；此外，锂电池组的电压检测环节可以有效避免锂电池组电压过充过放问题，大幅度的提高了电源的可靠性；各直流输出支路相互独立、互不影响，输出电压、电流精度高，无交叉调整率问题；在电源掉电、断电情况下，可通过硬件电路切换供电方式，保证电源的不间断输出。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种多路输出直流电源，其特征在于，包括：MCU控制器、EMI整流滤波电路和多路输出正-反激变换器电路；
所述EMI整流滤波电路的输入端连接市电的输出端，所述EMI整流滤波电路的输出端连接多路输出正-反激变换器电路的输入端；所述多路输出正-反激变换器电路的正激输出端连接锂电池组；
所述MCU控制器的其中之一输入端通过第一采样回路与所述EMI整流滤波电路的输出端连接；
所述MCU控制器的其中之另一输入端通过第二采样回路与锂电池组连接；
所述MCU控制器的其中之另一输入端通过第三采样回路与多路输出正-反激变换器电路的反激输出端连接；
所述MCU控制器的输出端与连接多路输出正-反激变换器电路的正激输出电路、锂电池组充放电切换电路连接。
2.根据权利要求1所述的多路输出直流电源，其特征在于，所述EMI整流滤波电路包括：
第一X电容CX1，所述第一X电容CX1的两端分别连接市电的输出端；
第二X电容CX2，所述第二X电容CX2与所述第一X电容CX1分别并联在共模电感CMC1的两端；
所述第二X电容CX2的两端分别连接整流桥的输入端，所述整流桥的其中之一输出端与电感Lin的一端连接，所述电感Lin的另一端与电解电容CBus的一端连接，所述电解电容CBus的另一端与所述整流桥的其中之另一输出端连接。
3.根据权利要求2所述的多路输出直流电源，其特征在于，所述多路输出正-反激变换器电路包括：
变压器原边绕组Np的一端与开关管S1的漏极连接，开关管S1的源极、变压器原边绕组Np的另一端分别与所述EMI整流滤波电路的输出端连接；
二极管D1的正极与变压器反激绕组Ns1的一端连接，二极管D1的负极与二极管D2的负极、电感L1的一端连接；二极管D2的正极与开关管S2的源极、电解电容C1的一端连接并接地；电解电容C1的另一端与电感L1的另一端连接；电解电容C1与电感L1的公共端与锂电池组的正极连接，电解电容C1与开关管S2的公共端与锂电池组的负极连接；
二极管D3的正极与变压器反激绕组Ns2的一端连接，二极管D3的负极与电解电容C2的一端、开关管S3的漏极连接；开关管S3的源极与开关管S4的漏极、电感L2的一端连接；电解电容C4、电阻R1并联后串联在电感L2的另一端与开关管S4的源极之间；开关管S4的源极与电解电容C2的另一端、变压器反激绕组Ns2的另一端连接；
第一降压控制回路采用MP2908A芯片，第一降压控制回路的输入端与电感L2、电解电容C4、电阻R1的公共端连接，第一降压控制回路的输出端与开关管S3的栅极连接；
开关管S5的漏极与开关管S3的漏极连接，开关管S5的源极与开关管S6的漏极、电感L3的一端连接；电解电容C5、电阻R2并联后串联在电感L2的另一端与开关管S6的源极之间；开关管S6的源极与开关管S5的漏极连接；
第二降压控制回路采用MP2908A芯片，第二降压控制回路的输入端与电感L3、电解电容C5、电阻R2的公共端连接，第二降压控制回路的输出端与开关管S5的栅极连接；
反激控制回路采用LD5535E芯片，反激控制回路的输入端与开关管S5的漏极连接，反激控制回路的输出端与开关管S1的栅极连接。
4.根据权利要求3所述的多路输出直流电源，其特征在于，所述MCU控制器的其中之另一输入端通过第二采样回路与锂电池组的正极连接；所述MCU控制器的输出端与开关管S2的栅极连接。
5.根据权利要求4所述的多路输出直流电源，其特征在于，所述MCU控制器的其中之另一输入端通过第三采样回路与二极管D3的负极连接。
6.根据权利要求5所述的多路输出直流电源，其特征在于，所述锂电池组充放电切换电路包括：
继电器Relay1与电阻R12串联后一端接多路输出正-反激变换器电路的正激输出端的端电压Vi，另一端接锂电池组的输出电压Vbat；
继电器Relay1的线圈与二极管D4并联后一端通过电阻R8连接电压Vcc，另一端与PNP三极管的发射极连接；PNP三极管的基极通过电阻R10与MCU控制器的输出端；PNP三极管的集电极接地。
7.根据权利要求6所述的多路输出直流电源，其特征在于，所述MCU控制器的型号为AT89S51。
8.根据权利要求7所述的多路输出直流电源，其特征在于，所述第一采样回路、第二采样回路和第三采样回路结构相同，包括：
分压电阻R7与分压电阻R9串联，分压电阻R7接采样点电压，分压电阻R9接地，分压电阻R7与分压电阻R9的公共端接运放的输入端之一，运放的输入端之另一接参考电压Vcc，运放的输出端接MCU控制器的输入端。
9.根据权利要求8所述的多路输出直流电源，其特征在于，电阻R3和电阻R4串联后与电容C6并联；电阻R4与电容C6的公共端与TL431可调精密并联稳压器的A端相连并接地；电阻R3与电容C6的公共端与TL431可调精密并联稳压器的K端相连并与电阻R5的一端相连；电阻R5的另一端接锂电池组；TL431可调精密并联稳压器的R端接电阻R3和电阻R4的公共端；电阻R3与电容C6的公共端输出参考电压Vcc。
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| CN202220565276.4U CN217063575U (zh) | 2022-03-15 | 2022-03-15 | 一种不间断多路输出直流电源 |
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