专利名称：一种直流双路供电电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及直流供电电源领域，尤其涉及一种直流双路输入的供电电源。
背景技术：
在发电厂和变电所中，为了给控制、信号、保护、自动装置、事故照明以及交流不停电等电源装置供电，一般要求有可靠的直流电源。通常使用蓄电池作为直流地农业，且要求上述电源具有较好的稳定性和可靠性，并且其电源容量与质量能在最严重的情况下保证用电设备可靠工作，继保部分是电厂非常关键的环节，需要可靠的供电。在传统运用中，通过使用双路输入电源来提高其可靠性，但由于其保护开关通过控制线圈依照电磁原理控制接触器等机械开关进行切合，存在切换时间长，使用寿命短，噪声大等缺点；更甚者由于直流双路供电电源电源不隔离直流系统两点接地可能造成保护开关的误动或者据动，严重影响设备安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种直流双路供电电源，包括第一直流电源， 第二直流电源，括信号检测与触发脉冲控制器，DC-DC隔离高频开关电源模块，保护电路模块；所述信号检测与触发脉冲控制器包括信号检测器和触发脉冲控制器；第一直流电源的正极和负极分别连接DC-DC隔离高频开关电源模块的输入正极和输入负极，第二直流电源的正极和负极分别连接保护电路模块的输入正极和输入负极；电路保护模块的输出正极与DC-DC隔离高频开关电源模块的输出正极并联连接到外部负载的正极，电路保护模块的输出负极与DC-DC隔离高频开关电源模块的输出负极并联连接到外部负载的负极；所述的信号检测器分别与第一电源的正极、第二电源的正极、外部负载的正极相连接，所述的触发脉冲控制器与DC-DC隔离高频开关电源模块相连接。其中，所述的DC-DC隔离高频开关电源模块为带隔离变压器的DC-DC隔离变换器高频开关电源模块。其中，所述的DC-DC隔离变换器高频开关电源模块为正激DC-DC隔离变换器高频开关电源模块，或反激DC-DC隔离变换器高频开关电源模块，或推挽DC-DC隔离变换器高频开关电源模块，或半桥DC-DC隔离变换器高频开关电源模块，或全桥DC-DC隔离变换器高频开关电源模块。其中，所述的保护电路模块由单向导电器件组成。其中，所述的的保护电路模块由一个二极管或者组成；所述二极管的正极接第一直流电源的正极，二极管的负极接外部负载的正极。其中，所述的的保护电路模块由第一二极管和第二二极管组成；第一二极管的正极接第一直流电源的正极，第一二极管的负极接外部负载的正极，第二二极管的正极接外部负载的负极，第二二极管的负极接第一直流电源的负极。
其中，所述的信号检测与触发脉冲控制器还包括微控制器；控制器分别与信号检测器和触发脉冲控制器连接；信号检测器分别与第一电源的正极、第二电源的正极、外部负载的正极相连接；触发脉冲控制器与DC-DC隔离高频开关电源模块相连接。其中，所述的微控制器包括分立元件，或者集成IC，或者数字微控制器，或者可编程逻辑单元。其中，所述的微控制器包括电压误差放大器、第一比较器、第二比较器、振荡器、与门；所述的误差放大器连接第一比较器，所述的第一比较器连接振荡器和与门，所述的第二比较器连接与门；所述的与门连接触发脉冲控制器，误差放大器和第二比较器分别连接信号检测器。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明通过利用DC-DC隔离高频开关电源模块和保护模块将两个直流电源与外部负载连接，以DC-DC隔离高频开关电源模块为切换开关。发生电源欠压故障时，电源的切换通过DC-DC隔离高频开关电源模块的电子开关完成，无机械动作，提高了使用寿命，切换时间短。同时，由于DC-DC隔离高频开关电源模块带有隔离变压器，实现直流双路电源的电气隔离，消除了传统直流双路输入电源的两点接地引起的故障。
图1是本发明实施例一的工作原理图；图2是本发明的一种直流双路供电电源由一个二极管组成的保护模块的工作原理图；图3是本发明的一种直流双路供电电源由两个二极管组成的保护模块的工作原理图；图4是本发明实施例二的工作原理图；图5是本发明实施例三的工作原理图；图6是本发明优选的一种直流双路供电电源的信号检测与触发脉冲控制器之中的微控制器的工作原理图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。参照图1，示出了本发明实施例一工作原理图。本直流双路供电电源包括第一直流电源Usi，第二直流电源仏2，信号检测与触发脉冲控制器C1, DC-DC (直流转直流)隔离高频开关电源模块M1和保护电路模块M2。第一直流电源&的正极连接DC-DC隔离高频开关电源模块M1的输入正极a，第一直流电源Usi的正极的负极连接DC-DC隔离高频开关电源模块M1的输入负极k ;DC-DC隔离高频开关电源模块M1的输出正极b连接外部负载&的正极，DC-DC隔离高频开关电源模块 M1的输出正极c连接外部负载&的负极；由此构成第一回路。第二直流电源^的正极连接保护电路模块M2的输入正极d，第二直流电源Us2的负极连接保护电路模块M2的输入负极g ；保护电路模块M2的输出正极h连接外部负载&的正极，保护电路模块M2的输出负极i连接外部负载&的负极；由此构成第二回路。第一回路与第二回路在外部负载&两端形成并联，如图中并联连接点为X，y两点，由此两路输入电源以不同的电路变换形式将输出电压^并联输出到供电负载上。信号检测与触发脉冲控制器C1的信号检测器Q分别与第一直流电源Usi的正极、 第二直流电源仏2的正极、外部负载&的正极相连接，信号检测与触发脉冲控制器C1的触发脉冲控制器P与DC-DC隔离高频开关电源模块M1相连接。当第二直流电源Us2发生欠压，那么信号检测与触发脉冲控制器C1检测到第二直流电源Us2发生欠压，然后发出触发脉冲控制DC-DC隔离高频开关电源模块M1打开电子开关，第一直流电源Usi通过DC-DC隔离高频开关电源模块M1按预设电压输出到外部负载 Rl ；当信号检测与触发脉冲控制器C1检测到第二直流电源Us2恢复正常，则封闭触发脉冲到 DC-DC隔离高频开关电源模块虬从而关闭电子开关，由第二直流电源^2经过保护模块礼给外部负载&供电。其中，DC-DC隔离高频开关电源模块M1泛指带隔离变压器的DC-DC隔离变换器高频开关电源模块，其中DC-DC隔离变换器高频开关电源模块可以是正激、反激、推挽、半桥、 全桥等DC-DC隔离变换器高频开关电源模块，也可以是其他衍生类DC-DC隔离变换器高频开关电源模块。优选的，保护电路模块M2由单向导电器件组成，例如二极管、晶闸管等可控器件。 实际中一般选择二极管，由二极管构成的保护模块性能优越。图2和图3示出了保护电路模块M2由二极管组成时的电路原理图。参照图2，保护电路模块M2由一个二极管D1组成，二极管D1的正极接第二直流电源Us2的正极，二极管D1的负极依照图1线路连接外部负载&的正极。参照图3，保护电路模块M2由两个二极管组成，二极管D1的正极接第二直流电源仏2的正极，二极管D1的负极接外部负载&的正极，二极管A的正极接外部负载&的负极，二极管A的负极接第二直流电源Us2的负极。保护电路模块M2也可由晶间管等可控器件组成，其具体连接方式类似二极管连接方式。保护模块M2具有防止主电输入电源反接以及发生欠压故障时输出电压队对主电电源^反向充电的作用。参照图4，示出了本发明实施例二工作原理图。第一直流电源&的正极连接DC-DC隔离高频开关电源模块M1的输入正极a，第一直流电源Usi的正极的负极连接DC-DC隔离高频开关电源模块M1的输入负极k ;DC-DC隔离高频开关电源模块M1的输出正极b连接外部负载&的正极，DC-DC隔离高频开关电源模块 M1的输出正极c连接外部负载&的负极。由此构成第一回路。第二直流电源仏2的正极连接二极管的输入正极d，二极管D1的负极接外部负载& 的正极；第二直流电源Us2的负极接二极管&的负极，二极管A的正极接外部负载&的负极。由此构成第二回路。第一回路与第二回路在外部负载&两端形成并联，如图中并联连接点为X，y两点，由此两路输入电源以不同的电路变换形式将输出电压^并联输出到供电负载上。信号检测与触发脉冲控制器C1的信号检测器Q包括信号检测器Cn、信号检测器 C14、信号检测器C15，分别与第一直流电源Usi的正极、第二直流电源Us2的正极、外部负载&的正极相连接，其中信号检测器C15与外部负载&的正极的连接点位于连接点χ的右端(按图的上下左右顺序)；信号检测与触发脉冲控制器C1的触发脉冲控制器P包括触发脉冲控制器C12、触发脉冲控制器C13，分别与DC-DC隔离高频开关电源模块M1的脉冲输入端子e、f 相连接。信号检测器C11采样第一直流电源Usi的输入电压；信号检测器C15采样第一直流电源Us2输入电压；信号检测器C14采样直流双路供电电源电源输出到外部负载&的输出电压U。；触发脉冲控制器C12和触发脉冲控制器C13连接到开关电源模块M1的脉冲输入端子e、 f，通过控制触发脉冲控制开关电源模块M1的输出电压，触发脉冲控制器Cw输入的反馈电压U0与控制器内的预设给定电压Ur构成输出电压控制环。第二直流电源^2作为主要供电电源，简称主电电源。第一直流电源Usi作为备份供电电源，简称备电电源。当信号检测器Q检测到两路输入电源US1、&均正常时，触发脉冲控制器C12、C13封锁脉冲输出，开关电源模块M1停止输出，主电电源Us2经过保护模块M2给负载供电。当主电电源Us2发生欠压故障时，触发脉冲控制器P通过输出端子C12、C13输出触发脉冲，DC-DC隔离高频开关电源模块M1通过脉冲控制端子e、f接收触发脉冲打开DC-DC 隔离高频开关电源模块M1的电子开关，备电电源Usi经过开关电源模块M1输出预设电压大小，供负载供电，此时主电电源电压Us2小于输出电压U0而截止输出。当控制器检测到主电电源Us2恢复正常时，触发脉冲控制器P封锁输出端子C12、 C13，DC-DC隔离高频开关电源模块M1通过脉冲输入端子e、f接收触发脉冲关闭DC-DC隔离高频开关电源模块M1的电子开关，备电电源Usi停止输出，主电电源^输出供电。发生电源欠压故障时，电源切换通过电子开关完成，无机械动作，因此无噪声、无机械损耗，很大程度的提高了使用寿命。带有隔离变压器的DC-DC隔离高频开关电源模块 M1使备电电源^与输出电压U。在电气上实现了隔离，因此消除了传统的直流双路输入电源的两点接地引起的故障，电源切换时，电子开关的动作可以在毫秒级的时间内完成电源的无缝切合，完全克服了传统的机械式开关切合带来的切换时间常的缺点。在实际中，信号检测与触发脉冲控制器C1的脉冲控制端子的输出路数不限单路或者双路，可以是三路四路或者其他路数。其具体路数由DC-DC隔离变换器高频开关电源模块的拓扑结构而定。例如正激与反激DC-DC隔离变换器高频开关电源模块需要的信号检测与触发脉冲控制器C1给出的触发脉冲输端子路数为1路，推挽与半桥DC-DC隔离变换器高频开关电源模块高频开关电源模块需要2路，全桥DC-DC隔离变换器高频开关电源模块需要4路。优选的，信号检测与触发脉冲控制器C1包括信号检测器、微控制器、触发脉冲控制器。其中电压传感器分别与第一直流电源的正极、第二直流电源仏的正极、外部负载的正极相连接，触发脉冲控制器与DC-DC隔离高频开关电源模块M1相连接；信号检测器检测输入电源US1、Us2以及输出电压U0的电压，触发脉冲控制器控制触发脉冲的输出。实际中，信号检测器一般为电压传感器，上述的检测输入电源US1、Us2以及输出电压U0这三种信号检测器可以是一接在电压两端的电压耦合器；也可以是一接在电压两端的耦合电容。参照图5，示出了本发明实的施例三的工作原理图。
本发明实施例所提供的直流双路输入的供电电源是由带隔离变压器的全桥DC-DC 隔离变压器高频开关电源模块M1,由两个二极管构成的保护模块M2,以及信号检测与触发脉冲控制器C1这三者组成。第一直流电源Usi的正负极分别连接到全桥DC-DC隔离变压器高频开关电源模块 M1的输入正极a、输入负极k，全桥DC-DC隔离变压器高频开关电源模块M1的输出正极b、输出负极c分别连接到外部负载&的正极和负极，第一直流电源Usi作为备电电源。第二直流电源Us2的正负极分别连接至保护电路模块M2的输入正极d、输入负极g，保护电路模块 M2的输出正极h、输出负极i分别连接至外部负载&的正负极，第二直流电源Us2作为主电电源为外部负载&供电。其中，保护电路模块M2由两个二极管组成。带隔离变压器的全桥DC-DC隔离变压器高频开关电源模块是由滤波单元Mn、全桥逆变M12、高频隔离变压器M13、整流单元M14以及滤波单元M15组成。信号检测与触发脉冲控制器C1是由电压传感器Cn、C13、C14，触发脉冲控制器C12以及微控制器C15组成；触发脉冲控制器C12由四路脉冲输出连接全桥DC-DC隔离变压器高频开关电源模块M1两路输入电源均正常时，由主电电源供电工作，当主电电源发生欠压故障，备电电源切换输出。电压传感器Cn、C13、C14分别对电压USi、US2, U0采样变换为微控制器C15的AD采样模块所能接受的电压等级，微控制器C15通过对这三路电压采样转换，构成对输出电压的闭环控制，由其内部集成的PWM生成器产生触发脉冲经由驱动模块C12来触发全桥逆变单元工作。输入的直流电压Usi经过滤波单元M11滤波处理后再经全桥逆变M12逆变为高频的交流方波电压、得到的交流方波电压经过高频隔离变压器M13变压隔离后由整流单元M14以及滤波单元M15整流滤波为平滑的直流电压输出。信号检测与触发脉冲控制器C1通过采样、计算三路电压信号，对两路输入电源 Usi、Us2是否发生欠压故障做出判断，从而通过控制高频开关电源模块M1的工作情况，来实现输入的双路直流电源自动切换的目的。当第二直流电源Us2发生欠压时，电压传感器C11检测到欠压，微控制器C15发出触发脉冲，触发脉冲控制器驱动放大输出到全桥DC-DC隔离变压器高频开关电源模块M1，启动全桥DC-DC隔离变压器高频开关电源模块M1的电子开关，第一直流电源Usi通过全桥DC-DC 隔离变压器高频开关电源模块M1对外部负载供电。实际中，控制器可由电压误差放大器、比较器、触发器、锁存器、振荡器等分立元件搭接，或者由集成IC构成，也可以由单片机等数字微控制器或者可编程逻辑单元构成。参照图6，示出了由分立元件构成的微控制器C15的工作原理图。微控制器C15是由电压误差放大器11、比较器12、比较器13、振荡器3、以及与门5 组成；连接带隔离变压器的变换器。这里以DC-DC反激变换器隔离高频开关电源模块为例， 在前述图中指DC-DC隔离高频开关电源模块虬。其连接关系是电压误差放大器11的输入分别是输出电压U0经过电压传感器C13处理而得的信号Uf2，而电压误差放大器11的另一路输入为预设的额定电压Urt ；经过误差放大器11的处理后得到预设电压Urt与反馈电压^的误差值，此信号作为比较器12的一路输入信号，比较器12的另一路输入信号是振荡器14输出的振荡信号， 两者比较输出，得到一个脉宽可变，周期一定的方波信号；输出的方波信号作为后级的与门15的一路输入信号，与门15的另一路输入信号是由比较器13的输出信号构成；比较器13的两路输入信号分别是备电电源电压经过电压传感器C14处理的信号 U1和预设的备电电源欠压信号值Url。若备电电源小于欠压预设值Url，则比较器13输出高电平，从而与门5的一路输入信号为高电平，从而比较器12输出脉冲信号，经过脉冲驱动模块C12的驱动放大，控制M1变换器的开关管通断工作，变换器M1输出预设电压Urt;若备电电源高于预设的欠压值t，则比较器13输出低电平信号，与门5的一路输入信号为低电平，与门5输出低电平，从而变换器的开关一直截止，变换器停止工作。当由集成IC构成或者由单片机等数字微控制器构成，或者可编程逻辑单元构成时，其构成原理与上述原理相同。例如当微控制器为TMS320LFM07A型DSP (Digital Signal Processing，数字信号处理)微控制器时，其控制的DC-DC隔离变换器高频开关电源模块为全桥隔离变换器高频开关电源模块，TMS320LFM07A型DSP微控制器主要是由模数转换器、PWM脉冲产生单元、累加器、运算器等组成，模数转换器采集电压传感器的电压信号，将输出电压的模拟量转换为成一定比例的数字量，然后与预设的输出电压的对应比例的数字量经过累加器、运算器的运算比较，这里的比较操作由程序实现。当输出电压的数字量大于预设的输出电压的数字量时，PWM脉冲产生单元产生的脉冲导通占空比减小，再经过脉冲驱动模块C12驱动放大，从而对全桥变换器的开关管开断，使输出电压减小；当输出电压的数字量小于预设的输出电压数字量，PWM脉冲产生单元产生的触发信号的导通占空比变大经过脉冲驱动模块C12驱动放大，使开关管的导通占空比变大，使变换器输出电压升高，通过电压传感器Cn、C13、C14采集双路输入电源的电压，进而判断电源失电情况，从而如前述，微控制器C15通过模数转换器和PWM脉冲产生单元以及脉冲驱动单元C12的工作，做出相应的动作。本发明所提供直流双路供电电源，以增设隔离变压器的DC-DC隔离高频开关电源模块为切换开关，实现了电气隔离与快速切换的目的；DC-DC隔离高频开关电源模块的可靠性高，相对于传统的接触器这类开关，DC-DC变换器内部的高频的电力电子开关的动作速度和接触器这样的传统的开关的动作速度相比具有无法比拟的优势，C-DC隔离高频开关电源模块的电子开关与传统的接触器类开关相比具有很好的使用寿命，DC-DC隔离高频开关电源模块的隔离变压器实现了两路输入电源的电气隔离，从而实现了实现了电气隔离与快速切换的目的；具有可靠性好、无噪声、切换快速、使用寿命长等优点。同时DC-DC隔离高频变换器具有多种保护功能，如短路、过压、欠压、过流、过热等保护功能。短路保护通过电流传感器采样输出电流或者内部开关管的电流与预先设定的电流值经过运算放大器的比较放大，若大于预先的电流值，则表示过流，运算放大器输出高电平关断开关管，变换器停止工作。过载、过压、过温等保护与过流类似，都是经过相应的传感器(电流传感器、电压传感器、温度传感器)与预设的值相比较然后控制变换器的开关管的开断，进而控制变换器的工作或停止，以达到保护功能。
以上对本发明所提供的双路直流供电电源进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种直流双路供电电源，包括第一直流电源，第二直流电源，其特征在于还包括信号检测与触发脉冲控制器，DC-DC隔离高频开关电源模块，保护电路模块；所述信号检测与触发脉冲控制器包括信号检测器和触发脉冲控制器；第一直流电源的正极和负极分别连接DC-DC隔离高频开关电源模块的输入正极和输入负极，第二直流电源的正极和负极分别连接保护电路模块的输入正极和输入负极；电路保护模块的输出正极与DC-DC隔离高频开关电源模块的输出正极并联连接到外部负载的正极，电路保护模块的输出负极与DC-DC隔离高频开关电源模块的输出负极并联连接到外部负载的负极；所述的信号检测器分别与第一电源的正极、第二电源的正极、外部负载的正极相连接， 所述的触发脉冲控制器与DC-DC隔离高频开关电源模块相连接。
2.如权利要求1所述的直流双路供电电源，其特征在于所述的DC-DC隔离高频开关电源模块为带隔离变压器的DC-DC隔离变换器高频开关电源模块。
3.如权利要求2所述的直流双路供电电源，其特征在于所述的DC-DC隔离变换器高频开关电源模块为正激DC-DC隔离变换器高频开关电源模块，或反激DC-DC隔离变换器高频开关电源模块，或推挽DC-DC隔离变换器高频开关电源模块，或半桥DC-DC隔离变换器高频开关电源模块，或全桥DC-DC隔离变换器高频开关电源模块。
4.如权利要求1所述的直流双路供电电源，其特征在于所述的保护电路模块由单向导电器件组成。
5.如权利要求4所述的直流双路供电电源，其特征在于所述的的保护电路模块由一个二极管或者组成；所述二极管的正极接第一直流电源的正极，二极管的负极接外部负载的正极。
6.如权利要求4所述的直流双路供电电源，其特征在于所述的的保护电路模块由第一二极管和第二二极管组成；第一二极管的正极接第一直流电源的正极，第一二极管的负极接外部负载的正极，第二二极管的正极接外部负载的负极，第二二极管的负极接第一直流电源的负极。
7.如权利要求1所述的直流双路供电电源，其特征在于所述的信号检测与触发脉冲控制器还包括微控制器；控制器分别与信号检测器和触发脉冲控制器连接；信号检测器分别与第一电源的正极、第二电源的正极、外部负载的正极相连接；触发脉冲控制器与DC-DC隔离高频开关电源模块相连接。
8.如权利要求7所述的直流双路供电电源，其特征在于所述的微控制器包括分立元件，或者集成IC，或者数字微控制器，或者可编程逻辑单兀。
9.如权利要求7所述的直流双路供电电源，其特征在于所述的微控制器包括电压误差放大器、第一比较器、第二比较器、振荡器、与门；所述的误差放大器连接第一比较器，所述的第一比较器连接振荡器和与门，所述的第二比较器连接与门；所述的与门连接触发脉冲控制器，误差放大器和第二比较器分别连接信号检测器。
全文摘要
本发明涉及直流供电电源领域，并提供了一种直流双路供电电源包括第一直流电源，第二直流电源，包括信号检测与触发脉冲控制器，DC-DC隔离高频开关电源模块，保护电路模块；所述信号检测与触发脉冲控制器包括信号检测器和触发脉冲控制器；第一直流电源连接DC-DC隔离高频开关电源模块，第二直流电源的连接保护电路模块；电路保护模块的输出正负极分别与DC-DC隔离高频开关电源模块的输出正负极并联，连接到外部负载的正负极；所述的信号检测器分别与第一电源的正极、第二电源的正极、外部负载的正极相连接，所述的触发脉冲控制器与DC-DC隔离高频开关电源模块相连接。本发明提高了直流双路供电电源的使用寿命，切换时间短，实现了直流双路电源的电气隔离。
文档编号H02J9/06GK102222904SQ20111014496
公开日2011年10月19日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者曹武中, 杨扬, 段宣祥, 游小杰, 董宁, 贺明智, 郑琼林, 顾善民 申请人:北京交通大学