一種多路隔離雙向直流電傳輸電路的製作方法

2023-07-18 03:06:31

專利名稱：一種多路隔離雙向直流電傳輸電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多路隔離雙向直流電傳輸電路，它是一種對多路不共地埠中任意幾路間實現雙向直流電傳輸的電路，屬於直流電能變換技術領域。
背景技術：
在ー些直流電能應用場合，由多路不共地的直流電源單元組合起來，共同提供電能輸出。為提高整體輸出性能，需檢測各直流電源單元的電壓，井根據檢測結果，在選定的單元間傳輸電能。由於各直流電源單元不共地，現有的技術採用開關切換、線性光隔離或前端數位化等電路實現電壓檢測，採用電容網絡、電感網絡或隔離式直流開關電源等電路實現電能傳輸，整體電路複雜、成本高，可靠性差。
發明內容
3. I 目的本發明的目的是提供一種多路隔離雙向直流電傳輸電路，它是ー種單ー電路，能夠同時完成電壓檢測和電能傳輸，並且該電路結構較簡單，以解決現有技術中電路複雜、成本高、可靠性差的問題。3. 2技術方案本發明ー種多路隔離雙向直流電傳輸電路，如圖1，其特徵在於它由第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6、第七換能單元7、磁耦合裝置10、控制電路8及脈衝源9組成；脈衝源9與第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6和第七換能單元7連接並施加同步脈衝，控制電路8與第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6和第七換能單元7連接並施加選通信號，第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6和第七換能單元7通過磁耦合裝置10互相連接，被施加選通信號的単元之間實現電能的互相傳遞。如圖1，所述的第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6和第七換能單元7，由負極端ロ 11、正極端ロ 12、濾波電容13、第十七換能線圈17、開關器件15及脈衝分配電路14組成。第一外部電源I、第二外部電源2和第三外部電源3，相應連接於負極端ロ 11及正極端ロ 12並引入相應的第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6 ;濾波電容13兩端分別與負極端ロ 11及正極端ロ 12連接，對輸入電源進行濾波；第十七換能線圈17正端與正級端ロ 12連接，負端與開關器件15正端連接，開關器件15負端與負極端ロ 11連接，形成可控制通斷的主迴路16 ;第十七換能線圈17與磁耦合裝置10形成磁連接；脈衝分配電路14輸入端與脈衝源9輸出端連接,控制端與控制電路8輸出端連接,輸出端與開關器件15控制端連接。該負極端ロ 11是低接觸電阻電連接器；該正極端ロ 12是低接觸電阻電連接器；
該濾波電容13是高頻低阻電解電容；該第十七換能線圈17是高頻低漏感繞組；該開關器件15是低導通電阻MOS管；該脈衝分配電路14是功率型與邏輯電路。所述的磁耦合裝置10是高頻磁性材料構成的高耦合度低漏感磁耦合迴路；所述的控制電路8是單片機及周邊電路；所述的脈衝源9是高頻PWM發生電路。所述的第一外部電源I、第二外部電源2和第三外部電源3，是本發明的檢測控制 對象，為直流電源。其中，所述的磁耦合裝置10採用集中方案，由集中磁芯30構成；第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6、第七換能單元7內部的第十七換能線圈17、第十八換能線圈18、第十九換能線圈19、第二十換能線圈20，共同繞在集中磁芯30上。見圖3。其中，所述的磁耦合裝置10，採用分布方案，由第三十一分布磁芯31、第三十二分布磁芯32、第三十三分布磁芯33、第三十四分布磁芯34，繞在其上的第三十五耦合線圈35、第三十六耦合線圈36、第三十七耦合線圈37、第三十八耦合線圈38及耦合總線27組成；第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6、第七換能單元7內部的第十七換能線圈17、第十八換能線圈18、第十九換能線圈19、第二十換能線圈20，分別繞在第三十一分布磁芯31、第三十二分布磁芯32、第三十三分布磁芯33、第三十四分布磁芯34上。見圖4。當控制電路8對某些換能單元，例如第四換能單元4、第六換能單元6施加選通信號，脈衝分配電路14將脈衝源9輸出脈衝傳輸至開關器件15，實現主迴路16高頻通斷；相應的第一外部電源1，可通過第四換能單元4、磁耦合裝置10、第六換能單元6，與外部電源3實現電能雙向傳輸。如圖2，在僅要求單向傳遞電能情況下，所述的第七換能單元7，可採用簡化電路，由第二十換能線圈20、開關ニ極管21及濾波電容構成；當控制電路8對第四換能單元4、第五換能單兀5、第六換能單兀6施加選通信號,相應第一外部電源I、第二外部電源2、第三外部電源3的電能均會傳輸到第七換能單元7並輸出；例如，第一外部電源I電壓較高，第三外部電源3電壓較低，第四換能單元4、第六換能單兀6被施加選通信號,換能線圈17被施加勵磁電壓,會在集中磁芯30上產生磁場，並在第十八換能線圈18、第十九換能線圈19、第二十換能線圈20上產生感應電壓；由於第六換能單元6也被施加選通信號，第十九換能線圈19上產生感應電壓將被輸出，實現電能從第一外部電源I向第三外部電源3的傳輸。如圖3。例如，第一外部電源I電壓較高，第三外部電源3電壓較低，第四換能單元4、第六換能單兀6被施加選通信號,第十七換能線圈17被施加勵磁電壓,會在第三^ 分布磁芯31上產生磁場，並在第三十五耦合線圈35上產生感應電壓，該感應電壓通過耦合總線27傳輸至第三十六耦合線圈36、第三十七耦合線圈37、第三十八耦合線圈38，在對應的第三十二分布磁芯32、第三十三分布磁芯33、第三十四分布磁芯34上產生磁場，並在對應的第十八換能線圈18、第十九換能線圈19、第二十換能線圈20上產生感應電壓；由於第六換能単元6也被施加選通信號，第十九換能線圈19上產生感應電壓將被輸出，實現電能從外部電源I向第三外部電源3的傳輸。如圖4。3. 3優點及功效本發明可對多路不共地埠中任意幾路，雙向傳輸直流電，由於傳輸中電壓和電能損耗均較低，可同時用於對各不共地端ロ傳輸電能及電壓檢測。本發明實現了單ー電路同時完成兩種功能在多路不共地端ロ間互相傳輸電能，及高精度檢測多路不共地端ロ的電壓。並且該電路結構較簡單，解決現有技術電路複雜、成本高、可靠性差的問題。


圖I為本發明的原理圖；圖2為換能單元採用簡化電路的原理圖；圖3為磁耦合裝置採用集中方案的原理圖；圖4為磁耦合裝置採用分布方案的原理圖；圖5為本發明一種應用的電路原理I中符號說明如下1、2、3分別表不第一外部電源I、第二外部電源2、第三外部電源3 ;4、5、6、7分別表示第四換能單元、第五換能單元、第六換能單元、第七換能單元；8控制電路；9脈衝源；10磁耦合裝置；11負極端ロ； 12正極端ロ； 13濾波電容；14脈衝分配電路；15開關器件；16主迴路；17、18、19、20分別表示第十七換能線圈17、第十八換能線圈18、第十九換能線圈19、第二十換能線圈20 ；圖2中符號說明如下21開關ニ極管；22濾波電容；圖3中符號說明如下30集中磁芯；圖4中符號說明如下31、32、33、34分別表示第三i^一分布磁芯31、第三十二分布磁芯32、第三十三分布磁芯33、第三十四分布磁芯34 ；35、36、37、38分別表示第三十五耦合線圈35、第三十六耦合線圈36、第三十七耦合線圈37、第三十八耦合線圈38 ；39耦合總線；圖5中符號說明如下40、41、42、43分別表示第四十外部電源40、第四i^一外部電源41、第四十ニ外部電源42、第四十三外部電源43 ；44、45、46、47、48分別表示第四十四換能單元44、第四十五換能單元45、第四十六換能單元46、第四十七換能單元47、第四十八換能單元48 ；49集中磁芯；51負極端ロ ；52正極端ロ ；53濾波電容；54與門；55開關管；56驅動變壓器；57第五十七換能線圈57 ；58隔直電容；60邏輯電路；
61,62分壓電阻；63去耦電容；64單片機；65通訊端ロ。
具體實施例方式見圖1，本發明ー種多路隔離雙向直流電傳輸電路，它由第四換能單元4、第五換能単元5、第六換能單元6、第七換能單元7、磁耦合裝置10、控制電路8及脈衝源9組成；脈衝源9與第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6和第七換能單元7連接並施加同步脈衝，控制電路8與第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6和第七換能單元7連接並施加選通信號，第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6和第七換能單元7通過磁耦合裝置10互相連接，被施加選通信號的単元之間實現電能的互相傳遞。如圖1，圖2，所述的第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6和第七換能単元7，由負極端ロ 11、正極端ロ 12、濾波電容13、第十七換能線圈17、開關器件15及脈衝分配電路14組成；第一外部電源I、第二外部電源2、第三外部電源3，相應連接於負極端ロ
11及正極端ロ 12並引入相應的第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6 ;濾波電容13兩端分別與負極端ロ 11及正極端ロ 12連接，對輸入電源進行濾波；第十七換能線圈17正端與正級端ロ 12連接，負端與開關器件15正端連接，開關器件15負端與負極端ロ 11連接，形成可控制通斷的主迴路16 ;換能線圈17與磁耦合裝置10形成磁連接；脈衝分配電路14輸入端與脈衝源9輸出端連接，控制端與控制電路8輸出端連接，輸出端與開關器件15控制端連接。該負極端ロ 11是低接觸電阻電連接器；該正極端ロ 12是低接觸電阻電連接器；該濾波電容13是高頻低阻電解電容；該第十七換能線圈17是高頻低漏感繞組；該開關器件15是低導通電阻MOS管；該脈衝分配電路14是功率型與邏輯電路。所述的磁耦合裝置10是高頻磁性材料構成的高耦合度低漏感磁耦合迴路；所述的控制電路8是單片機及周邊電路；所述的脈衝源9是高頻PWM發生電路。所述的第一外部電源I、第二外部電源2、第三外部電源3，第四十外部電源40、第四十一外部電源41、第四十ニ外部電源42、第四十三外部電源43，是本發明的檢測控制對象，為直流電源。見圖3，其中，所述的磁耦合裝置10採用集中方案，由集中磁芯30構成；第四換能単元4、第五換能單元5、第六換能單元6、第七換能單元7內部的第十七換能線圈17、第十八換能線圈18、第十九換能線圈19、第二十換能線圈20，共同繞在集中磁芯30上。見圖4，其中，所述的磁耦合裝置10，採用分布方案，由第三十一分布磁芯31、第三十二分布磁芯32、第三十三分布磁芯33、第三十四分布磁芯34，繞在其上的第三十五耦合線圈35、第三十六耦合線圈36、第三十七耦合線圈37、第三十八耦合線圈38及耦合總線27組成；第四換能單元4、第五換能單元5、第六換能單元6、第七換能單元7內部的第十七換能線圈17、第十八換能線圈18、第十九換能線圈19、第二十換能線圈20，分別繞在第Hi^—分布磁芯31、第三十二分布磁芯32、第三十三分布磁芯33、第三十四分布磁芯34上。
如圖5，為採用本發明構建的四路電源管理器，由第四十四換能單元44、第四十五換能單元45、第四十六換能單元46、第四十七換能單元47、第四十八換能單元48，集中磁芯49及邏輯電路60組成。第四十四換能單元44、第四十五換能單元45、第四十六換能單元46、第四十七換能單元47、第四十八換能單元48，由負極端ロ 51、正極端ロ 52、濾波電容53、與門54、開關管55、驅動變壓器56、第五十七換能線圈57及隔直電容58組成。濾波電容53兩端分別與負極端ロ 51及正極端ロ 52連接,第五十七換能線圈57正端與正級端ロ 52連接,負端與開關管55漏極連接，開關管55源極與負極端ロ 51連接，形成可控制通斷的主迴路；第五十七換能線圈57與集中磁芯49形成磁連接；與門54輸入端分別連接邏輯電路輸出脈衝及選通信號，其輸出端通過隔直電容58與驅動變壓器56原邊連接；驅動變壓器56副邊與開關管55柵級連接。當選通信號為高電平時，脈衝信號由與門54放大輸出，經隔直電容58及驅動 變壓器56驅動開關管55高頻開關。邏輯電路60，由分壓電阻61、62，去耦電容63，單片機64及通訊端ロ 65組成。通訊端ロ 65與單片機64連接，對單片機64供電並與外部通訊；去耦電容63連接於單片機64電源兩端；分壓電阻61、62將第四十八換能單元48輸出電壓分壓後連接到單片機64的模擬輸入引腳；單片機64數字輸出端分別輸出脈衝及選通信號。工作過程中，單片機64首先輪流對第四十四換能單元44、第四十五換能單元45、第四十六換能單元46、第四十七換能單元47發出選通信號，同時保持對第四十八換能單元48發出選通信號；第四十外部電源40、第四十一外部電源41、第四十ニ外部電源42和第四十三外部電源43的電能輪流通過對應的換能單元，經集中磁芯49傳輸至第四十八換能単元48，由分壓電阻61、62分壓後，傳輸至單片機64檢測。單片機64根據檢測到的第四十外部電源40、第四十一外部電源41、第四十ニ外部電源42、第四十三外部電源43電壓，按程序對相應的換能單元施加選通信號。例如外部電源40電壓較高而外部電源43電壓較低，單片機64對第四十四換能單元44、第四十七換能単元47施加選通信號，第四十外部電源40電能得以通過第四十四換能單元44，經集中磁芯49傳輸至第四十七換能單元47，並傳輸至第四十三外部電源43。
權利要求
1.一種多路隔離雙向直流電傳輸電路，其特徵在幹它由第四換能單元(4)、第五換能単元(5)、第六換能單元￠)、第七換能單元(7)、磁耦合裝置(10)、控制電路(8)及脈衝源(9)組成；脈衝源(9)與第四換能單元(4)、第五換能單元(5)、第六換能單元(6)和第七換能単元(7)連接並施加同步脈衝，控制電路(8)與第四換能單元(4)、第五換能單元(5)、第六換能單元(6)和第七換能單元(7)連接並施加選通信號，第四換能單元(4)、第五換能單元(5)、第六換能單元(6)和第七換能單元(7)，通過磁耦合裝置(10)互相連接，被施加選通信號的単元之間實現電能的互相傳遞； 所述的第四換能單元(4)、第五換能單元(5)、第六換能單元(6)和第七換能單元(7)，由負極端ロ(11)、正極端ロ(12)、濾波電容(13)、第十七換能線圈(17)、開關器件(15)及脈衝分配電路(14)組成；第一外部電源(I)、第二外部電源(2)和第三外部電源(3)，相應連接於負極端ロ(11)及正極端ロ(12)並引入相應的第四換能單元4、第五換能單元5和第六換能單元6 ;濾波電容(13)兩端分別與負極端ロ(11)及正極端ロ(12)連接，對輸入電 源進行濾波；第十七換能線圈(17)正端與正級端ロ(12)連接，負端與開關器件(15)正端連接，開關器件(15)負端與負極端ロ(11)連接，形成可控制通斷的主迴路(16);第十七換能線圈(17)與磁耦合裝置(10)形成磁連接；脈衝分配電路(14)輸入端與脈衝源(9)輸出端連接，控制端與控制電路(8)輸出端連接，輸出端與開關器件(15)控制端連接； 該負極端ロ(11)是低接觸電阻電連接器； 該正極端ロ(12)是低接觸電阻電連接器； 該濾波電容(13)是高頻低阻電解電容； 該第十七換能線圈(17)是高頻低漏感繞組； 該開關器件(15)是低導通電阻MOS管； 該脈衝分配電路(14)是功率型與邏輯電路； 所述的磁耦合裝置(10)是高頻磁性材料構成的高耦合度低漏感磁耦合迴路； 所述的控制電路(8)是單片機及周邊電路； 所述的脈衝源(9)是高頻PWM發生電路； 所述的第一外部電源I、第二外部電源2和第三外部電源3，是檢測控制對象，為直流電源。
2.根據權利要求I所述的ー種多路隔離雙向直流電傳輸電路，其特徵在於所述的磁耦合裝置(10)採用集中方案，由集中磁芯(30)構成；第四換能單元(4)、第五換能單元(5)、第六換能單元(6)和第七換能單元(7)內部的第十七換能線圈(17)、第十八換能線圈(18)、第十九換能線圈(19)和第二十換能線圈(20)，共同繞在集中磁芯(30)上。
3.根據權利要求I所述的ー種多路隔離雙向直流電傳輸電路，其特徵在於所述的磁耦合裝置(10)，採用分布方案，由第三十一分布磁芯(31)、第三十二分布磁芯(32)、第三十三分布磁芯(33)、第三十四分布磁芯(34)，繞在其上的第三十五耦合線圈(35)、第三十六耦合線圈(36)、第三十七耦合線圈(37)、第三十八耦合線圈(38)及耦合總線(27)組成；第四換能單元(4)、第五換能單元(5)、第六換能單元￠)、第七換能單元(7)內部的第十七換能線圈(17)、第十八換能線圈(18)、第十九換能線圈(19)、第二十換能線圈(20)，分別繞在第三i^一分布磁芯(31)、第三十二分布磁芯(32)、第三十三分布磁芯(33)、第三十四分布磁芯(34)上。
全文摘要
一種多路隔離雙向直流電傳輸電路，由第四換能單元(4)、第五換能單元(5)、第六換能單元(6)、第七換能單元(7)、磁耦合裝置(10)、控制電路(8)及脈衝源(9)組成；脈衝源(9)與第四換能單元(4)、第五換能單元(5)、第六換能單元(6)和第七換能單元(7)連接並施加同步脈衝，控制電路(8)與第四換能單元(4)、第五換能單元(5)、第六換能單元(6)和第七換能單元(7)連接並施加選通信號，第四換能單元(4)、第五換能單元(5)、第六換能單元(6)和第七換能單元(7)，通過磁耦合裝置(10)互相連接，被施加選通信號的單元之間實現電能的互相傳遞。它結構簡單，解決了電路複雜、成本高、可靠性差的問題。
文檔編號H02M3/28GK102684497SQ20121012299
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月24日 優先權日2012年4月24日
發明者錢廣宇 申請人:錢廣宇