一种基于变压器的金属空气电池用反相降压变换器的制作方法

1.本实用新型涉及降压变换器领域，尤其涉及一种基于变压器的金属空气电池用反相降压变换器。


背景技术：

2.由于金属空气电池具有比能量高、安全等诸多优势，逐步引起人们关注，应用范围也日益广泛。
3.传统的金属空气电池单体输出电压范围广，如0.5～3.0vdc，而正常使用的金属空气电池需要多块金属空气电池单体串联对外供电，这就导致金属空气电池的输出电压达到一个上限很大的区间，因此，使用时，需要在金属空气电池的输出端与负载之间设置降压变换器，以达到将金属空气电池的输出电压变换为负载所需的电压。
4.如图1所示：以反相降压变换器（反相buck变换器）为例，传统的反相降压变换器由开关管sw、储能电感l、电容c和续流二极管d组成，开关管sw的输入端作为反相降压变换器的输入端，开关管sw的输出端与储能电感l的第一端和续流二极管d的负极连接，续流二极管d的正极与电容c的第一端连接，电容c的第二端和储能电感l的第二端接地，电容c的第一端即续流二极管d的正极端作为反相降压变换器的输出端为负载供电；开关管sw一般采用功率三极管或者mos管，当开关管sw导通时，储能电感l充电，开关管sw断开时，储能电感l“上负下正”，相当于电源，为电容c充电，电流经过续流二极管d回到电感；当开关管sw再次导通时，储能电感l再次充电，电容c中储存的电荷维持输出电压；开关管sw的通断通常是由pwm信号控制来达到高频通断的，达到平衡状态时，储能电感l是反相降压变换器降压的关键储能元件；使用反相降压变换器时，通常根据反相降压变换器两侧的输入电压和输出电压选择合适参数的开关管sw、储能电感l和电容c。
5.但是金属空气电池输出电压宽，其主要原因是金属空气电池的输出电压分为空载电压和工作电压，空载时（不为负载供电时），金属空气电池的输出电压过高，若想通过反相降压变换器将金属空气电池的空载电压变换为负载所需的电压，则需扩大反相降压变换器的开关管sw、储能电感l和电容c等元件的参数，若没有符合参数的，还需要进行串并联，进而导致反相降压变换器系统复杂、体积重量大、成本高。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种基于变压器的金属空气电池用反相降压变换器，以解决由于金属空气电池空载时输出电压过高导致的其后端使用的反相降压变换器系统复杂、体积重量大、成本高的问题。
7.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种基于变压器的金属空气电池用反相降压变换器，包括开关管、储能电感、电容和续流二极管，还包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、变压器、负载电阻、控制器和电流互感器；所述的第一继电器的常开触点的第一端作为反相降压变换器的
输入端，且与第二继电器的常开触点的第一端和变压器初级线圈的第一端连接，第二继电器的常开触点的第二端与第三继电器的常开触点的第一端和开关管的第一端连接，变压器初级线圈的第二端接地，第三继电器的常开触点的第二端依次通过负载电阻和变压器次级线圈与第四继电器的常开触点的第二端连接，第四继电器的常开触点的第一端接地；所述的电流互感器设置在反相降压变换器的输出端用于采集反相降压变换器的输出电流，电流互感器的输出端与控制器的输入端连接，控制器用于通过第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的线圈控制第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的常开触点是否闭合。
9.所述的开关管可采用由pwm信号控制通断的功率三极管或者mos管。
10.所述的控制器采用plc。
11.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
12.本实用新型所述的一种基于变压器的金属空气电池用反相降压变换器，可利用变压器，在没有负载参与时，对金属空气电池输出的空载电压进行压降，以达到能够使反相降压变换器正常工作的输入电压范围，启动反相降压变换器，使金属空气电池正常的为负载供电，进而因负载的参与，使金属空气电池输出的电压变换为工作电压，防止出现因反相降压变换器的输入电压过高而需要大幅度调整储能电感和电容参数的情况，有效的简化了反相降压变换器的结构，降低了反相降压变换器的成本；且反相降压变换器启动后，可通过控制器切断变压器，避免电能的浪费。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为反相降压变换器的结构示意图；
15.图2为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
16.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
17.如图2所示：本实用新型所述的一种基于变压器的金属空气电池用反相降压变换器，包括开关管sw、储能电感l、电容c和续流二极管d，还包括第一继电器km1、第二继电器km2、第三继电器km3、第四继电器km4、变压器tc、负载电阻r、控制器和电流互感器ct；所述的第一继电器km1的常开触点的第一端作为反相降压变换器的输入端，且与第二继电器km2的常开触点的第一端和变压器tc初级线圈的第一端连接，第二继电器km2的常开触点的第二端与第三继电器km3的常开触点的第一端和开关管sw的第一端连接，变压器tc初级线圈的第二端接地，第三继电器km3的常开触点的第二端依次通过负载电阻r和变压器tc次级线
圈与第四继电器km4的常开触点的第二端连接，第四继电器km4的常开触点的第一端接地；所述的电流互感器设置在反相降压变换器的输出端用于采集反相降压变换器的输出电流，电流互感器的输出端与控制器的输入端连接，控制器用于通过第一继电器km1、第二继电器km2、第三继电器km3和第四继电器km4的线圈控制第一继电器km1、第二继电器km2、第三继电器km3和第四继电器km4的常开触点是否闭合；其中，控制器的电能供给可由开关管sw的电源提供。
18.本实用新型所述的一种基于变压器的金属空气电池用反相降压变换器的工作原理为：
19.假定金属空气电源的输出电压范围为u0‑
u1，工作电压范围为u0‑
u2，u0＜ u2＜ u1，即空载电压范围为u2‑
u1；使用金属空气电池为负载供电时，由于反相降压变换器的参数限定，金属空气电池的输出电压位于空载电压范围时，即反相降压变换器的输入电压过高，反相降压变换器无法启动，设置在反相降压变换器的输出端的电流互感器采集不到输出电流，此时，控制器控制第一继电器km1和第三继电器km3的常开触点闭合，金属空气电池的输出电压经变压器tc降压后，由变压器tc次级线圈的电压作为输入电压启动反相降压变换器，此时设置在反相降压变换器的输出端的电流互感器采集到输出电流，且金属空气电池通过变压器tc和反相降压变换器为负载供电，金属空气电池的输出电压由空载电压变换为工作电压，控制器控制第一继电器km1和第三继电器km3的常开触点断开，第二继电器km2和第四继电器km4的常开触点闭合，使金属空气电池直接通过反相降压变换器为负载供电，避免电能的浪费；上述工作过程中，变压器tc和负载电阻r的参数可由技术人员通过计算标定，这里不再赘述。
20.优选的：所述的开关管sw可采用由pwm信号控制通断的功率三极管或者mos管，如开关管sw采用p沟道mos管，pwm信号为脉冲信号，在正常的p沟道mos管源极的输入电压范围内，pwm信号可控制p沟道mos管高频通断，这里不再赘述。
21.优选的：所述的控制器采用响应速度快、控制可靠的plc。
22.本实用新型所述的一种基于变压器的金属空气电池用反相降压变换器的有益效果为：
23.本实用新型所述的一种基于变压器的金属空气电池用反相降压变换器，可利用变压器tc，在没有负载参与时，对金属空气电池输出的空载电压进行压降，以达到能够使反相降压变换器正常工作的输入电压范围，启动反相降压变换器，使金属空气电池正常的为负载供电，进而因负载的参与，使金属空气电池输出的电压变换为工作电压，防止出现因反相降压变换器的输入电压过高而需要大幅度调整储能电感l和电容c参数的情况，有效的简化了反相降压变换器的结构，降低了反相降压变换器的成本；且反相降压变换器启动后，可通过控制器切断变压器tc，避免电能的浪费。
24.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。