一種配網終端電源裝置的製作方法

2023-05-27 21:41:21

專利名稱：一種配網終端電源裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電源控制領域，尤其涉及一種配網終端電源裝置。
背景技術：
眾所周知，配電網直接面向用戶，是保證供電質量、提高電網運行效率和創新用戶服務的關鍵環節。由於配網終端安裝於戶外、開閉所或比較偏僻的地方，供電環境複雜，供電方式差異大，因此配網終端的供電方式有電壓互感器供電、交流供電和直流供電等方式，要求配網終端電源具有較寬的輸入電源範圍和較強的電網適應性，現有的配網終端電源一般採用模擬的控制方式，但是，模擬電路設計複雜，設計目的明確且不易更改，調試難度大，另外，通常濾波電感、電容和變壓器在電源裝置的體積和重量中佔很大比例。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術模擬控制導致設計複雜和調試難度較大等缺陷，提供一種採用數字控制且減小體積的配網終端電源裝置。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是提供一種配網終端電源裝置，所述裝置包括依次連接的電源濾波電路、高頻全橋逆變電路、高頻變壓器、整流濾波電路、採樣電路以及分別與所述高頻全橋逆變電路和所述採樣電路連接的數位訊號處理器，其中
所述電源濾波電路，用於將所輸入的交流電壓轉換為直流電壓；
所述高頻全橋逆變電路，用於將所述直流電壓轉換為高頻交流電壓，並根據所述高頻交流電壓輸出對應的脈衝波形；
所述高頻變壓器，用於對所述高頻交流電壓進行隔離變換；
所述整流濾波電路，用於將隔離變換後的高頻交流電壓整流濾波後輸出直流第一採樣值，其中，所述第一採樣值包括第一直流電壓和第一電流；
所述採樣電路，用於採集所述第一採樣值；
所述數位訊號處理器，用於對所述第一採樣值進行誤差分析，並通過改變所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比控制所述第一採樣值的輸出。優選地，所述裝置還包括與所述採樣電路連接的備用電源，其中
所述備用電源，用於在所輸入的交流電壓斷電時輸出直流第二採樣值，其中，所述第二採樣值包括第二直流電壓和第二電流。優選地，所述備用電源為電池。優選地，所述裝置還包括與所述備用電源連接的電源控制電路，其中
所述電源控制電路，用於控制所述備用電源的投入或切除以及電池活化的啟動或斷開。優選地，所述裝置還包括與所述數字處理器連接的保護電路，其中
所述保護電路，用於在所述第一採樣值或所述第二採樣值超過預設採樣閥值時，通過所述數位訊號處理器斷開所述高頻全橋逆變電路輸出脈衝波形。
優選地，所述裝置還包括與所述數位訊號處理器連接的電源狀態指示電路，其中
所述電源狀態指示電路，用於指示所輸入的交流電壓、所輸出的第一直流電壓以及所述配網終端電源裝置的運行狀態。優選地，所述採樣電路還用於採集所述第二採樣值；
所述數位訊號處理器還用於對所述第二採樣值進行誤差分析，並通過改變所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比控制所述第二採樣值的輸出。優選地，對所述第一採樣值進行誤差分析具體為
Al.通過所述採樣電路分別採集第一直流電壓和第一電流，並將所述第一直流電壓和所述第一電流發送至數位訊號處理器；
B1.計算所述當前第一直流電壓和預設電壓閥值的差值的絕對值，記為當前第一誤差值 AUl;
Cl.判斷所述第一電流是否小於預設電流閥值，若是，則執行步驟D11，若否，則執行步驟 D12 ；
Dll.所述數位訊號處理器根據所述當前第一誤差值計算所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的第一當前佔空比D1，其中，Dl= (AUl/ AUOl) * D01，Λ UOl為上次的第一誤差值，DOl為上次的第一佔空比；
D12.所述數位訊號處理器控制所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比為O,並啟動所述保護電路 。優選地，所述步驟Dll之後還包括
El.根據用戶需求，假定所輸入的交流電壓不變，根據所輸出的第一直流電壓與當前第一佔空比成正比的關係，所述數位訊號處理器通過改變所述當前第一佔空比動態控制所述第一採樣值的輸出，並返回步驟BI。優選地，對所述第二採樣值進行誤差分析具體為
Α2.通過所述採樣電路分別採集第二直流電壓和第二電流，並將所述第二直流電壓和所述第二電流發送至數位訊號處理器；
Β2.計算所述第二直流電壓和預設電壓閥值的差值的絕對值，記為當前第二誤差值AU2;
C2.判斷所述第二電流是否小於預設電流閥值，若是，則執行步驟D21，若否，則執行步驟 D22 ；
D21.所述數位訊號處理器根據所述當前第二誤差值計算所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的第二當前佔空比D2，其中，D2= (AU2/ AU02)* D02，AU02為上次的第二誤差值，D02為上次的第二佔空比；
D22.所述數位訊號處理器控制所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比為O,並啟動所述保護電路。優選地，所述步驟D21之後還包括
Ε2.根據用戶需求，根據所輸出的第二直流電壓與當前第二佔空比成正比的關係，所述數位訊號處理器通過改變當前第二佔空比動態控制所述第二採樣值的輸出，返回步驟Β2。實施本發明的技術方案，具有以下有益效果通過數位訊號處理器改變高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比控制採樣值的輸出，提高了電源控制的安全性，並降低了配網終端電源裝置的體積，另外，接入備用電源，滿足多種安裝環境下電源的使用要求，同時延長了該裝置在掉電時的工作時間，所以採用本裝置為配網終端供電，可以適應較寬的輸入電源範圍，具有較強的電網適應性。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中
圖1是本發明配網終端電源裝置第一實施例的結構示意圖2是本發明電源濾波的電路圖3是本發明高頻全橋逆變電路的電路圖4是本發明整流濾波的電路圖5是本發明對第一採樣值進行誤差分析的流程圖6是本發明配網終端電源裝置第二實施例的結構示意圖7是本發明對第二採樣值進行誤差分析的流程圖8是本發明配網終端電源裝置第三實施例的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。實施例一
請參閱圖1，圖1是本發明配網終端電源裝置第一實施例的結構示意圖，如圖1所示，所述裝置包括依次連接的電源濾波電路101、高頻全橋逆變電路102、高頻變壓器103、整流濾波電路104、採樣電路105以及分別與所述高頻全橋逆變電路102和所述採樣電路105連接的數位訊號處理器106，需要說明的是，由於高頻變壓器103的磁通量跟鐵心的截面積和配網終端電源裝置的電源工作頻率成正比，所以利用數位訊號處理器106提高電源工作頻率可以減少高頻變壓器103所需的截面積，從而減小配網終端電源裝置的體積。下面具體介紹各個部分的作用
所述電源濾波電路101，用於將所輸入的交流電壓轉換為直流電壓，這裡所輸入的交流電壓為220V。應當說明的是，該電源濾波電路主要由電源輸入部分和濾波部分組成，電源濾波電路的電路如圖2所示，電源輸入部分由電感和電容等元器件組成，濾波部分主要由電感、電容以及二極體等元器件組成，本領域的技術人員應當了解，在此不再贅述。所述高頻全橋逆變電路102，用於將所述直流電壓轉換為高頻交流電壓，並根據所述高頻交流電壓輸出對應的脈衝波形。應當解釋的是，高頻全橋逆變電路102如圖3所示，其主要由四個絕緣柵電晶體組成，其中，該四個絕緣柵電晶體根據其所輸出的脈衝波形控制其開關，並且該脈衝波形的佔空比控制其開關時間，本領域的技術人員應當了解，在此不再贅述。所述高頻變壓器103，用於對所述高頻交流電壓進行隔離變換，一般情況下，在電路中接入變壓器，是為了對電壓進行隔離變換，其中，電壓變換通過高頻變壓器的原邊和副邊繞組匝數比來完成，高頻變壓器的絕緣隔離通過原邊和副邊繞組的絕緣結構來完成。所述整流濾波電路104，用於將隔離變換後的高頻交流電壓整流濾波後輸出穩定的第一採樣值，其中，所述第一採樣值包括第一直流電壓和第一電流。穩定指的是經過整流濾波電路104後輸出了直流的第一直流電壓和第一電流，同理，下述提到的備用電源提供的也是直流電，所以也是穩定的。整流濾波電路104的電路如圖4所示，整流濾波電路104主要由電感、電阻以及二極體組成，在此不再贅述。所述採樣電路105，用於採集所述第一採樣值，本領域的技術人員應當了解，採樣電路通常由一個模擬開關，一個保持電容和一個單位增益為I的同相電路構成，在此不再贅述。所述數位訊號處理器106，用於對所述第一採樣值進行誤差分析，並通過改變所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比控制所述第一採樣值的輸出，其中，初始佔空比的計算公式為D = Vo / (Vin * (nl/n2))，Vo為所輸出的第一直流電壓，Vin為所輸入的交流電壓，為220V，nl/n2為高頻變壓器103的匝數比。應當說明的是，該數位訊號處理器一般採用低功耗的DSP晶片實現。值得一提的是，假定用戶所需的直流電壓為5V，可實際輸出的電壓值為4. 9V，假定輸入的交流電壓220V不變，根據所輸出的第一直流電壓與第一佔空比成正比的關係，這樣的話，通過改變所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比控制電源的輸出，從而獲取用戶所需的直流電壓值，因此，為了保證該配網終端電源裝置輸出一個相對穩定的電壓，這是一個不斷循環的過程，需要動態控制電源輸出。請結合參閱圖5，圖5是本發明對第一採樣值進行誤差分析的流程圖，如圖5所示，對所述第一採樣值進行誤差分析 具體為
在步驟Al中，通過所述採樣電路分別採集當前第一直流電壓和當前第一電流，並將所述當前第一直流電壓和所述當前第一電流發送至數位訊號處理器。在步驟BI中，計算所述當前第一直流電壓和預設電壓閥值的差值的絕對值，記為當前第一誤差值AU1，應當說明的是，該預設電壓閥值為該配網終端電源裝置預先所設置的電壓輸出最大值，本領域的技術人員應當了解，在此不再贅述。在步驟Cl中，判斷所述當前第一電流是否小於預設電流閥值，若是，則執行步驟D11，若否，則執行步驟D12，應當說明的是，該預設電流閥值為該配網終端電源裝置預先所設置的電流輸出最大值，本領域的技術人員應當了解，在此不再贅述。在步驟Dll中，所述數位訊號處理器根據所述當前第一誤差值計算所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的當前第一佔空比D1，執行步驟E1，其中，Dl= (AUl/ AUOl)
*D01, AUl為當前第一誤差值，ΔυΟΙ為上次的第一誤差值，DOl為上次的第一佔空比。在步驟D12中，所述數位訊號處理器控制所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比為0，並啟動所述保護電路，應當說明的是，這種情況屬於過流保護，在此不再贅述。在步驟El中，根據用戶需求，假定所輸入的交流電壓不變，根據所輸出的第一直流電壓與當前第一佔空比成正比的關係，所述數位訊號處理器通過改變當前第一佔空比動態控制所述第一採樣值的輸出，返回步驟BI，需要說明的是，若根據步驟Dll中所計算的當前第一佔空比D1，可以獲取用戶所需的電壓輸出值，則步驟El可省略。
實施例二
請結合參閱圖6，圖6是本發明配網終端電源裝置第二實施例的結構示意圖，如圖6所示，所述裝置還包括與所述採樣電路105連接的備用電源107以及與所述備用電源107連接的電源控制電路108，應當說明的是，本實施例中的電源濾波電路101、高頻全橋逆變電路102、高頻變壓器103、整流濾波電路104、採樣電路105以及數位訊號處理器106與實施例一中的電源濾波電路101、高頻全橋逆變電路102、高頻變壓器103、整流濾波電路104、採樣電路105以及數位訊號處理器106作用相同，下面具體介紹備用電源107和電源控制電路108的作用
所述備用電源107，用於在所述裝置斷電時輸出穩定的第二採樣值，其中，所述第二採樣值包括第二直流電壓和第二電流，優選地，該備用電源為電池。應當解釋的是，該備用電源107是在斷電的情況下使該配網終端電壓裝置保持一個相對穩定的電壓輸出。所述電源控制電路108，用於控制所述備用電源的投入或切除以及電池活化的啟動或斷開。若採用備用電源107輸出穩定的電壓，所述採樣電路105用於採集所述第二採樣值；所述數位訊號處理器106用於對所述第二採樣值進行誤差分析，並通過改變所述高頻全橋逆變電路104所輸出的脈衝波形的佔空比控制所述第二採樣值的輸出。請結合參閱圖7，圖7是本發明對第二採樣值進行誤差分析的流程圖，如圖7所示，對所述第二採樣值進行誤差分析具體為
在步驟A2中，通過所述採樣電路分別採集當前第二直流電壓和當前第二電流，並將所述當前第二直流電壓和所述當前第二電流發送至數位訊號處理器。在步驟B2中，計算所述當前第二直流電壓和預設電壓閥值的差值記為當前第二誤差值AU2。在步驟C2中，判斷所述當前第二電流是否小於預設電流閥值，若是，則執行步驟D21，若否，則執行步驟D22。在步驟D21中，所述數位訊號處理器根據所述當前第二誤差值計算所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的當前第二佔空比D2，執行步驟E2，其中，D2= (AU2/ AU02)
*D02, AU2為當前第二誤差值，AU02為上次的第二誤差值，D02為上次的第二佔空比。在步驟D22中，所述數位訊號處理器控制所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比為0，並啟動所述保護電路，同理，這種情況也屬於過流保護。 在步驟E2中，根據用戶需求，根據所輸出的第二直流電壓與當前第二佔空比成正比的關係，所述數位訊號處理器通過改變當前第二佔空比動態控制所述第二採樣值的輸出，返回步驟B2，需要說明的是，若根據步驟D21中所計算的當前第二佔空比D2，可以獲取用戶所需的電壓輸出值，則步驟E2可省略。實施例三
請結合參閱圖8，圖8是本發明配網終端電源裝置第三實施例的結構示意圖，如圖8所示，所述裝置還包括分別與所述數字處理器106連接的保護電路109和電源狀態指示電路110，應當說明的是，本實施例中的電源濾波電路101、高頻全橋逆變電路102、高頻變壓器103、整流濾波電路104、採樣電路105、數位訊號處理器106、備用電源107和電源控制電路108與實施例二中的電源濾波電路101、高頻全橋逆變電路102、高頻變壓器103、整流濾波電路104、採樣電路105、數位訊號處理器106、備用電源107和電源控制電路108作用相同，在此不再贅述。下面具體介紹保護電路109和電源狀態指示電路110的作用
所述保護電路109，用於在所述第一採樣值或所述第二採樣值超過預設採樣閥值時，通過所述數位訊號處理器斷開所述高頻全橋逆變電路輸出脈衝波形，應當說明的是，具體而言，這裡的預設採樣閥值包括預設電壓閥值和預設電流閥值，若超過預設電壓閥值，則屬於過壓保護，若超過預設電流閥值，則屬於過流保護。所述電源狀態指示電路110，用於指示所輸入的交流電壓、所輸出的第一直流電壓以及所述配網終端電源裝置的運行狀態，該運行狀態包括欠壓狀態和過壓狀態，這樣，在後臺的工作人員可以根據電源狀態指示電路110查看並了解該配網終端電源裝置的各項情況，並對出現的突發狀態快速進行處理。相較於現有技術，通過數位訊號處理器改變高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比控制採樣值的輸出，提高了電源控制的安全性，並降低了配網終端電源裝置的體積，另外，接入備用電源，滿足多種安裝環境下電源的使用要求，同時延長了該裝置在掉電時的工作時間，所以採用本裝置為配網終端供電，可以適應較寬的輸入電源範圍，具有較強的電網適應性。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。
權利要求
1.一種配網終端電源裝置，其特徵在於，所述裝置包括依次連接的電源濾波電路、高頻全橋逆變電路、高頻變壓器、整流濾波電路、採樣電路以及分別與所述高頻全橋逆變電路和所述採樣電路連接的數位訊號處理器，其中 所述電源濾波電路，用於將所輸入的交流電壓轉換為直流電壓； 所述高頻全橋逆變電路，用於將所述直流電壓轉換為高頻交流電壓，並根據所述高頻交流電壓輸出對應的脈衝波形； 所述高頻變壓器，用於對所述高頻交流電壓進行隔離變換； 所述整流濾波電路，用於將隔離變換後的高頻交流電壓整流濾波後輸出直流的第一採樣值，其中，所述第一採樣值包括第一直流電壓和第一電流； 所述採樣電路，用於採集所述第一採樣值； 所述數位訊號處理器，用於對所述第一採樣值進行誤差分析，並通過改變所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比控制所述第一採樣值的輸出。
2.根據權利要求1所述的配網終端電源裝置，其特徵在於，所述裝置還包括與所述採樣電路連接的備用電源，其中 所述備用電源，用於在所輸入的交流電壓斷電時輸出直流的第二採樣值，其中，所述第二採樣值包括第二直流電壓和第二電流。
3.根據權利要求2所述的配網終端電源裝置，其特徵在於，所述備用電源為電池。
4.根據權利要求3所述的配網終端電源裝置，其特徵在於，所述裝置還包括與所述備用電源連接的電源控制電路，其中 所述電源控制電路，用於控制所述備用電源的投入或切除以及電池活化的啟動或斷開。
5.根據權利要求2所述的配網終端電源裝置，其特徵在於，所述裝置還包括與所述數字處理器連接的保護電路，其中 所述保護電路，用於在所述第一採樣值或所述第二採樣值超過預設採樣閥值時，通過所述數位訊號處理器斷開所述高頻全橋逆變電路輸出脈衝波形。
6.根據權利要求5所述的配網終端電源裝置，其特徵在於，所述裝置還包括與所述數位訊號處理器連接的電源狀態指示電路，其中 所述電源狀態指示電路，用於指示所輸入的交流電壓、所輸出的第一直流電壓以及所述配網終端電源裝置的運行狀態。
7.根據權利要求5所述的配網終端電源裝置，其特徵在於， 所述採樣電路還用於採集所述第二採樣值； 所述數位訊號處理器還用於對所述第二採樣值進行誤差分析，並通過改變所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比控制所述第二採樣值的輸出。
8.根據權利要求5所述的配網終端電源裝置，其特徵在於，對所述第一採樣值進行誤差分析具體為 Al.通過所述採樣電路分別採集第一直流電壓和第一電流，並將所述第一直流電壓和所述第一電流發送至數位訊號處理器； B1.計算所述當前第一直流電壓和預設電壓閥值的差值的絕對值，記為當前第一誤差值 AUl;Cl.判斷所述第一電流是否小於預設電流閥值，若是，則執行步驟D11，若否，則執行步驟 D12 ； Dll.所述數位訊號處理器根據所述當前第一誤差值計算所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的第一當前佔空比D1，其中，Dl= (AUl/ AUOl) * D01，Λ UOl為上次的第一誤差值，DOl為上次的第一佔空比； D12.所述數位訊號處理器控制所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比為O,並啟動所述保護電路。
9.根據權利要求8所述的配網終端電源裝置，其特徵在於，所述步驟Dll之後還包括 El.根據用戶需求，假定所輸入的交流電壓不變，根據所輸出的第一直流電壓與當前第一佔空比成正比的關係，所述數位訊號處理器通過改變所述當前第一佔空比動態控制所述第一採樣值的輸出，並返回步驟BI。
10.根據權利要求7所述的配網終端電源裝置，其特徵在於，對所述第二採樣值進行誤差分析具體為 Α2.通過所述採樣電路分別採集第二直流電壓和第二電流，並將所述第二直流電壓和所述第二電流發送至數位訊號處理器； Β2.計算所述第二直流電壓和預設電壓閥值的差值的絕對值，記為當前第二誤差值AU2; C2.判斷所述第二電流是否小於預設電流閥值，若是，則執行步驟D21，若否，則執行步驟 D22 ； D21.所述數位訊號處理器根據所述當前第二誤差值計算所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的第二當前佔空比D2，其中，D2= (AU2/ AU02)* D02，AU02為上次的第二誤差值，D02為上次的第二佔空比； D22.所述數位訊號處理器控制所述高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比為O,並啟動所述保護電路。
11.根據權利要求10所述的配網終端電源裝置，其特徵在於，所述步驟D21之後還包括 Ε2.根據用戶需求，根據所輸出的第二直流電壓與當前第二佔空比成正比的關係，所述數位訊號處理器通過改變當前第二佔空比動態控制所述第二採樣值的輸出，返回步驟Β2。
全文摘要
本發明公開一種配網終端電源裝置，該裝置包括依次連接的電源濾波電路、高頻全橋逆變電路、高頻變壓器、整流濾波電路、採樣電路以及分別與所述高頻全橋逆變電路和所述採樣電路連接的數位訊號處理器。通過數位訊號處理器改變高頻全橋逆變電路所輸出的脈衝波形的佔空比控制採樣值的輸出，提高了電源控制的安全性，並降低了配網終端電源裝置的體積，另外，接入備用電源，滿足多種安裝環境下電源的使用要求，同時延長了該裝置在掉電時的工作時間，所以採用本裝置為配網終端供電，可以適應較寬的輸入電源範圍，具有較強的電網適應性。
文檔編號H02M3/335GK103036437SQ201210529418
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者肖遠超, 劉海濤 申請人:航天科工深圳(集團)有限公司