一種配電終端用戶型中功率AC/DC隔離轉換裝置的製作方法

2023-05-03 17:04:11 1

本實用新型涉及電力電子AC/DC電源技術領域，具體涉及一種配電終端用戶型中功率AC/DC隔離轉換裝置。

背景技術：

在新能源應用設計技術特別是一些戶外中大型用電設備配套設計方案中，都設有獨立的直流電源系統，即直流電源電池組和與之配套的充電、浮充電裝置等。這些系統需要維持對後級電源能量的補充的同時，又不能對位於配電終端的普通用戶輸入電源有太多的能量吸收或者叫負荷衝擊，顯然整個電源裝置中的安全性和可靠性指標要求不能太低。目前一些類似裝置大都採用可控整流技術，雖也有一些使用開關電源模塊的N+1熱備份設計，但由於終端用戶裝配的容量問題，顯然並不適合小衝擊負荷要求的環境使用。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服背景技術中的不足，提供一種配電終端用戶型中功率AC/DC隔離轉換裝置，其適於小衝擊負荷要求的環境使用。

為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案：一種配電終端用戶型中功率AC/DC隔離轉換裝置，包括：功率變換組件，所述功率變換組件的輸入端與輸入迴路相連，所述功率變換組件的輸出端通過隔離變壓器與直流輸出處理單元相連；

MCU晶片，所述MCU晶片的輸入端通過取樣檢測單元與所述直流輸出處理單元相連，所述MCU晶片的輸出端與所述功率變換組件相連；

輔助電源，所述輔助電源與所述MCU晶片相連；

溫度保護單元電路、過流保護單元電路和過壓欠壓保護單元電路，所述溫度保護單元電路、過流保護單元電路和過壓欠壓保護單元電路分別與所述MCU晶片相連。

於本實用新型的一個或多個實施例當中，所述功率變換組件包括第一電容、第二電容、第三電容、第一場效應管和第二場效應管，其中所述第一電容一端與輸入迴路中的火線相連，另一端與所述第二電容一端相連，所述第二電容另一端與輸入迴路中的零線相連，所述第一場效應管的漏極與輸入迴路中的火線相連，柵極與MCU晶片的輸出端相連，源極與所述第二場效應管的漏極相連，所述第二場效應管的柵極與MCU晶片的輸出端相連，源極與輸入迴路中的零線相連；

所述隔離變壓器具有初級線圈和次級線圈，所述初級線圈具有首端抽頭和尾端抽頭，所述首端抽頭連接在所述第一場效應管的源極與所述第二場效應管的漏極之間，所述尾端抽頭與所述第三電容一端相連，所述第三電容另一端連接在所述第一電容與第二電容之間。

於本實用新型的一個或多個實施例當中，還包括有第一均壓電阻和第二均壓電阻；

其中，所述第一均壓電阻和第二均壓電阻串聯後與所述第一電容和第二電容並聯，所述第三電容另一端連接在所述第一均壓電阻與第二均壓電阻之間。

於本實用新型的一個或多個實施例當中，還包括有第三電阻和第四電阻；

其中，所述第三電阻一端與所述第一場效應管的柵極相連，另一端與所述第一場效應管的漏極相連；所述第四電阻一端與所述第二場效應管的柵極相連，另一端與所述第二場效應管的漏極相連。

本實用新型同背景技術相比所產生的有益效果：

本技術方案下的轉換裝置是一種主要基於普通配網終端用戶供電容量有限的前提下對大容量電池組提供直流電源的充電裝置，是一種高性價比緩解衝擊負荷與小容量市電線路的矛盾需求的技術管控方案。本轉換裝置沒有採用常規的PWM驅動方式實現AC/DC轉換，而是採用MCU晶片輸出PWM，協同成熟的半橋變換電路實現一種具有過壓欠壓、過流監控關閉與溫度監控多種功能的轉換裝置，這種轉換裝置軟體控制流程基於PID控制。本轉換裝置結構簡單成本合理控制簡單而有效，特別是對應於後級直流負載有大功率電池組的且需要AC/DC轉換的需求場合使用。

應當理解的是，以上的一般描述和後文的細節描述僅是示例性和解釋性的，並不能限制本公開。

附圖說明

圖1為實施例中轉換裝置的結構方框圖；

圖2為實施例中轉換裝置的主電路拓撲圖；

圖3為實施例中功率變換組件的電路原理圖；

圖4為實施例中PID軟體控制原理圖。

具體實施方式

下面詳細描述本實用新型的實施例，所述的實施例示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，對於方位詞，如有術語「中心」，「橫向」 、「縱向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」等指示方位和位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於敘述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定方位構造和操作，不能理解為限制本實用新型的具體保護範圍。

此外，如有術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或隱含指明技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」特徵可以明示或者隱含包括一個或者多個該特徵，在本實用新型描述中，「至少」的含義是一個或一個以上，除非另有明確具體的限定。

在本實用新型中，除另有明確規定和限定，如有術語「組裝」、「相連」、「連接」術語應作廣義去理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；也可以是機械連接；可以是直接相連，也可以是通過中間媒介相連，可以是兩個元件內部相連通。對於本領域普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述的術語在本實用新型中的具體含義。

在實用新型中，除非另有規定和限定，第一特徵在第二特徵之「上」或之「下」可以包括第一和第二特徵直接接觸，也可以包括第一特徵和第二特徵不是直接接觸而是通過它們之間的另外特徵接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」和「上面」包括第一特徵在第二特徵正上方和斜上方，或僅僅是表示第一特徵水平高度高於第二特徵的高度。第一特徵在第二特徵 「之下」和「下面」包括第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度低於第二特徵。

下面結合說明書的附圖，通過對本實用新型的具體實施方式作進一步的描述，使本實用新型的技術方案及其有益效果更加清楚、明確。下面通過參考附圖描述實施例是示例性的，旨在解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

請參看圖1、圖2、圖3和圖4所示的，本實施例提供一種配電終端用戶型中功率AC/DC隔離轉換裝置，包括：功率變換組件，所述功率變換組件的輸入端與輸入迴路相連，所述功率變換組件的輸出端通過隔離變壓器與直流輸出處理單元相連；

MCU晶片，所述MCU晶片的輸入端通過取樣檢測單元與所述直流輸出處理單元相連，所述MCU晶片的輸出端與所述功率變換組件相連，優選地，所述MCU晶片採用單片機；

輔助電源，所述輔助電源與所述MCU晶片相連，優選地，所述輔助電源的電壓為3.3V；

溫度保護單元電路、過流保護單元電路和過壓欠壓保護單元電路，所述溫度保護單元電路、過流保護單元電路和過壓欠壓保護單元電路分別與所述MCU晶片相連。

優選地，所述功率變換組件包括第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第一場效應管V1和第二場效應管V2，其中所述第一電容C1一端與輸入迴路中的火線L相連，另一端與所述第二電容C2一端相連，所述第二電容C2另一端與輸入迴路中的零線N相連，所述第一場效應管V1的漏極與輸入迴路中的火線L相連，柵極與MCU晶片的輸出端相連，源極與所述第二場效應管V2的漏極相連，所述第二場效應管V2的柵極與MCU晶片的輸出端相連，源極與輸入迴路中的零線N相連；

所述隔離變壓器T具有初級線圈和次級線圈，所述初級線圈具有首端抽頭和尾端抽頭，所述首端抽頭連接在所述第一場效應管V1的源極與所述第二場效應管V2的漏極之間，所述尾端抽頭與所述第三電容C3一端相連，所述第三電容C3另一端連接在所述第一電容C1與第二電容C2之間。

優選地，還包括有第一均壓電阻R1和第二均壓電阻R2；

其中，所述第一均壓電阻R1和第二均壓電阻R2串聯後與所述第一電容C1和第二電容C2並聯，所述第三電容C3另一端連接在所述第一均壓電阻R1與第二均壓電阻R2之間。

優選地，還包括有第三電阻R3和第四電阻R4；

其中，所述第三電阻R3一端與所述第一場效應管V1的柵極相連，另一端與所述第一場效應管V1的漏極相連；所述第四電阻R4一端與所述第二場效應管V2的柵極相連，另一端與所述第二場效應管V2的漏極相連。

本裝置雖然也採用常規的半橋變換器電路基本結構實現AC/DC的轉換。但在實際轉換過程中，與常規控制不同的是，PWM的輸出採用MCU晶片實現的，使得轉換裝置的AC-DC-DC的轉換過程不單單滿足直流電源的能量轉換，還實現輸出直流電源的同時具備對掛接在本裝置輸出端的電池組具有電池充電管理能力。方案採用雙路基於MCU內置程序控制的PWM輸出，滿足具備直接對電池組充電的能力。同時，對輸出電流進行保護性限制控制，也對被充電電池組進行有效溫度監控以控制本裝置系統的輸出電流電壓，滿足負荷電流的監控管理。

本技術方案主要是一種交直流輸入、恆壓恆流直流輸出的一種調節與穩定於一體的AC/DC隔離式變換器電路結構，本方案技術下的開關電源電路結構由採用經濟合理的半橋變換電路拓撲結構電路，並採用PWM控制的DC/DC結構。不同的是，本技術方案下的PWM並使用MCU晶片作為PWM的控制與輸出，使得裝置輸出的直流電源不僅僅是一簡單的穩壓電源，同時具備自主控制的電池組充電電源，使得這種裝置既是一種大功率AC/DC轉換器，也是一種能在普通配網終端用戶中使用的一種限制負荷電流的電池組充電裝置。

本技術方案下的轉換裝置是一種主要基於普通配網終端用戶供電容量有限的前提下對大容量電池組提供直流電源的充電裝置，是一種高性價比緩解衝擊負荷與小容量市電線路的矛盾需求的技術管控方案。本轉換裝置沒有採用常規的PWM驅動方式實現AC/DC轉換，而是採用MCU晶片輸出PWM，協同成熟的半橋變換電路實現一種具有過壓欠壓、過流監控關閉與溫度監控多種功能的轉換裝置，這種轉換裝置軟體控制流程基於PID控制。本轉換裝置結構簡單成本合理控制簡單而有效，特別是對應於後級直流負載有大功率電池組的且需要AC/DC轉換的需求場合使用。

本實用新型涉及一種用於配電終端用戶的有限負荷下的AC/DC隔離轉換控制裝置，本技術方案下的控制裝置是一種基於MCU軟體PID控制原理下的PWM高頻AC/DC轉換器，該轉換器採用半橋主拓撲電路結構，採用通過MCU綜合控制的PWM驅動開關實現輸出控制，滿足裝置工作在有限負荷要求用戶下的直流電源系統要求。轉換裝置結構方框圖如圖1所示，功率變換組件在MCU晶片的控制作用下輸出兩路PWM用於功率變換組件工作，通過隔離變壓器後變成直流系統需要的工作電源。特別的，這種輸出直流可以直接並接在帶有大容量電池組的母線系統中，滿足電池組充電管理的需求。裝置系統設置了電池充電和穩定供電的過壓欠壓保護、過流保護、溫度保護單元，還可以通過過流保護單元實現有效的輸出功率關閉控制。為滿足適合電池組的充放電需求，裝置設置了電流電壓取樣檢測單元，為軟體實現PID控制提供基本電流電壓樣本和閉環控制迴路。轉換裝置中的功率變換組件單元主要採用如圖2所示的電路拓撲結構，並在此基礎上採用圖3所示電路。特別的，電路中對應於電容C1、C2採用了均壓電阻R1、R2，確保輸入直流電壓能均分到第一場效應管V1、第二場效應管V2上，充分消除電容C1、C2存在的不同參數差異；設置電阻R3、R4協助場效應管V1、V2的可靠關斷控制；電容C4、電阻R5與電容C5、電阻R6分別組成緩衝電路，用來吸收隔離變壓器繞組帶來的尖峰電壓。場效應管V1、V2所需要的PWM驅動信號來自MCU晶片，MCU晶片內置程序按照圖4所示PID控制原理來工作。軟體設置時，按照PID雙閉環控制設計電流和電壓控制流程，從而使電流電壓的控制更為準確，讓基於半橋拓撲結構的AC/DC高頻開關充電電源裝置能符合電池組的恆流恆壓三段式充電。更為特別地，由於採用MCU內置軟體控制方式獲得PWM輸出，使得裝置更容易實現基於有限負荷下的輸出關閉控制與監測，為使用本裝置的配網終端用戶的有限負荷得到良好管控與保護。

在說明書的描述中，參考術語「合一個實施例」、「優選地」、「示例」、「具體示例」或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點，包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中，在本說明書中對於上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或者示例中以合適方式結合。

通過上述的結構和原理的描述，所屬技術領域的技術人員應當理解，本實用新型不局限於上述的具體實施方式，在本實用新型基礎上採用本領域公知技術的改進和替代均落在本實用新型的保護範圍，應由各權利要求限定之。