一种解决电压暂降问题的工业不间断快速充放电直流电源论文和设计-张光良

全文摘要

本实用新型提供一种解决电压暂降问题的工业不间断快速充放电直流电源，涉及电气设备领域。包括AC‑DC降压、超级电容充放电、二极管选择和DC‑DC升压4个电路；所述AC‑DC降压电路包括WIMA电容、压敏电阻、保险丝、AC‑DC电源模块、π型滤波电路、滤波电容和稳压二极管；所述超级电容充放电电路包括充电二极管、限流电阻组、超级电容组、均压电阻组、充电电压检测电路和继电器开关及其驱动电路；所述二极管选择电路包括两个二极管；所述DC‑DC升压电路包括PWM波驱动电路、推挽式功率变换电路、变压器、整流滤波电路和采样电路。当市电发生晃电或异常中断情况时，本装置可以不间断的提供直流电，防止因晃电现象而造成的经济损失与安全事故，硬件集成度高、可靠性高。

主设计要求

1.一种解决电压暂降问题的工业不间断快速充放电直流电源，其特征在于，包括AC-DC降压电路、超级电容充放电电路、二极管选择电路和DC-DC升压电路；所述AC-DC降压电路包括：WIMA电容、压敏电阻、保险丝、AC-DC电源模块、π型滤波电路、滤波电容和稳压二极管；所述WIMA电容与压敏电阻并接在零线与火线之间，零线与火线并接WIMA电容与压敏电阻后接AD-DC电源模块的输入端，所述AD-DC电源模块的输出端接π型滤波电路，所述π型滤波电路与滤波电容和稳压二极管并接，所述稳压二极管的输出端分别接超级电容充放电电路和二极管选择电路的输入端，所述保险丝接在压敏电阻与AD-DC电源模块之间的火线上；所述超级电容充放电电路包括充电二极管、限流电阻组、超级电容组、均压电阻组、充电电压检测电路和继电器开关及其驱动电路；所述充电二极管的输入端接AC-DC降压电路的输出端，充电二极管的输出端接限流电阻的输入端，所述限流电阻的输出端接超级电容组与均压电阻组的输入端，所述均压电阻组与超级电容组并联，所述继电器开关及其驱动电路接在超级电容组的输出端与二极管选择电路输入端之间；所述二极管选择电路包括两个二极管，具有两个输入端VCC15V、VCC13V和一个输出端BAT；所述DC-DC升压电路包括PWM波驱动电路、推挽式功率变换电路、变压器、整流滤波电路和采样电路；所述PWM波驱动电路的输出端分别接推挽式功率变换电路的控制端，所述推挽式功率变换电路的输入端接二极管选择电路的输出端，所述推挽式功率变换电路的输出端接变压器的初级，所述变压器的次级接整流滤波电路。

设计方案

1.一种解决电压暂降问题的工业不间断快速充放电直流电源，其特征在于，包括AC-DC降压电路、超级电容充放电电路、二极管选择电路和DC-DC升压电路；

所述AC-DC降压电路包括：WIMA电容、压敏电阻、保险丝、AC-DC电源模块、π型滤波电路、滤波电容和稳压二极管；所述WIMA电容与压敏电阻并接在零线与火线之间，零线与火线并接WIMA电容与压敏电阻后接AD-DC电源模块的输入端，所述AD-DC电源模块的输出端接π型滤波电路，所述π型滤波电路与滤波电容和稳压二极管并接，所述稳压二极管的输出端分别接超级电容充放电电路和二极管选择电路的输入端，所述保险丝接在压敏电阻与AD-DC电源模块之间的火线上；

所述超级电容充放电电路包括充电二极管、限流电阻组、超级电容组、均压电阻组、充电电压检测电路和继电器开关及其驱动电路；所述充电二极管的输入端接AC-DC降压电路的输出端，充电二极管的输出端接限流电阻的输入端，所述限流电阻的输出端接超级电容组与均压电阻组的输入端，所述均压电阻组与超级电容组并联，所述继电器开关及其驱动电路接在超级电容组的输出端与二极管选择电路输入端之间；

所述二极管选择电路包括两个二极管，具有两个输入端VCC 15V、VCC 13V和一个输出端BAT；

所述DC-DC升压电路包括PWM波驱动电路、推挽式功率变换电路、变压器、整流滤波电路和采样电路；所述PWM波驱动电路的输出端分别接推挽式功率变换电路的控制端，所述推挽式功率变换电路的输入端接二极管选择电路的输出端，所述推挽式功率变换电路的输出端接变压器的初级，所述变压器的次级接整流滤波电路。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电气设备技术领域，具体涉及一种解决电压暂降问题的工业不间断快速充放电直流电源。

背景技术

工厂中的电力系统在运行过程中，经常会由于雷击、对地短路、故障重合闸、备电自投、电网异常、大型设备启动等原因，造成电网电压瞬时跌落又恢复正常的现象，这种电压瞬间较大幅度波动或者断电恢复的现象称为电压暂降现象，又称为晃电。

晃电现象对连续生产中要求大量设备在工艺流程上不允许电动机跳闸停机的企业是灾难性的，轻则是经济损失，降低生产效率，重则还会发生火灾、爆炸乃至人身安全。现有技术中有很多不间断直流电源，但体积都很大，且充放电慢、寿命短。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种解决电压暂降问题的工业不间断快速充放电直流电源，能够在发生晃电或断电时，迅速切换到由超级电容供电，对工业现场不停机设备具有保护功能，且具有体积小、充放电快速、寿命长、输出电压可调的特点。

本实用新型提供一种解决电压暂降问题的工业不间断快速充放电直流电源，包括AC-DC降压电路、超级电容充放电电路、二极管选择电路和DC-DC升压电路；

所述二极管选择电路包括两个二极管，具有两个输入端VCC 15V、VCC 13V和一个输出端BAT；

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出一种解决电压暂降问题的工业不间断直流电源，硬件集成度高、可靠性高。当市电发生晃电或异常中断情况时，本装置可以不间断的提供直流电，防止因晃电现象而造成的经济损失与安全事故。

附图说明

图1为本实用新型实施例中解决电压暂降问题的工业不间断快速充放电直流电源的结构框图；

图2为本实用新型实施例中AC-DC降压电路的原理图；

图3为本实用新型实施例中超级电容组充放电电路的原理图；

图4为本实用新型实施例中超级电容组充电电压采样电路的原理图；

图5为本实用新型实施例中继电器及其驱动电路的原理图；

图6为本实用新型实施例中二极管选择电路的原理图；

图7为本实用新型实施例中PWM波输出电路的原理图；

图8为本实用新型实施例中推挽式功率变换电路的原理图；

图9为本实用新型实施例中流整流滤波电路的原理图；

图10为本实用新型实施例中直流电压与电流采样的原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优势更加清晰，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种解决电压暂降问题的工业不间断快速充放电直流电源，如图1所示，包括AC-DC降压电路、超级电容充放电电路、二极管选择电路和DC-DC升压电路；

所述AC-DC降压电路，如图2所示，包括：WIMA电容C4、压敏电阻R11、保险丝F1、AC-DC电源模块U2、由C8、L1、C5组成的π型滤波电路、滤波电容C6和稳压二极管D6；所述WIMA电容C4与压敏电阻R11并接在零线N与火线L之间，零线N与火线L并接WIMA电容C4与压敏电阻R11后接AD-DC电源模块U2的输入端，所述AD-DC电源模块U2的输出端接π型滤波电路，所述π型滤波电路与滤波电容C6和稳压二极管D6并接，所述稳压二极管D6的输出端分别接超级电容充放电电路和二极管选择电路的输入端，所述保险丝F1接在压敏电阻R11与AD-DC电源模块U2之间的火线L上，当后级电路短路时，保险丝F1断开，从而保护后级电路的作用。

本实施例中，220V经过WIMA电容C4、压敏电阻R11、保险丝F1后，经过AD-DC电源模块U2将220交流转换成15V直流后经过π型滤波器对输出的15V直流进行滤波，再经过滤波电容C6滤除高频杂波后经过稳压二极管D6，保证能够稳定输出15V直流，最后一路经过充电二极管D4为超级电容充电，另一路经过二极管选择电路VCC 15V端为后续电路供电。

所述超级电容充放电电路，如图3所示，包括充电二极管D4、限流电阻组、超级电容组、均压电阻组、充电电压检测电路和继电器开关K1及其驱动电路；所述充电二极管D4的输入端接AC-DC降压电路的输出端，充电二极管D4的输出端接限流电阻的输入端，所述限流电阻的输出端接超级电容组与均压电阻组的输入端，所述均压电阻组与超级电容组并联，所述继电器开关K1及其驱动电路接在超级电容组的输出端与二极管选择电路输入端之间。

本实施例中，限流电阻组由电阻R3、R4、R5、R7、R8并联组成，超级电容组由超级电容C2、C3、C7、C9、C10、C11串联组成，均压电阻组由电阻R6、R10、R12、R14、R16、R18串联组成，超级电容组与均压电阻组并联，且每一个超级电容均与均压电阻组里对应的电阻并联，即超级电容C2与电阻R6并联、超级电容C3与电阻R10并联、超级电容C7与电阻R12并联、超级电容C9与电阻R14并联、超级电容C10与电阻R16并联、超级电容C11与电阻R18并联。充电电压检测电路，如图4所示，由电阻R9、R13、R15、R17、电容C12、运算放大器U3A组成，电阻R9与电阻R13串联接在电源与地之间作为运算放大器U3A的基准电压接运算放大器U3A的同相输入端“+”，而运算放大器U3A的反相输入端经过电阻R17接超级电容C11的正极对超级电容组的电压进行采样，电容C12为滤波电容，接在电源与地之间，电阻R15为上拉电阻，接在电源与运算放大器1脚之间。继电器开关K1的驱动电路，如图5所示，由继电器K1、电阻R1和R2、电容C1、二极管D3、三极管Q1、光耦U1组成，光耦U1的2脚接运算放大器的1脚，光耦U1的1脚经电阻R2接电源，光耦U1的3脚接三极管Q1的1脚，光耦U1的4脚接三极管Q1的3脚和继电器K1线圈的一端，三极管Q1的2脚接地，继电器K1线圈的另一端经电阻R1接电源，电容C1与电阻R1并联，二极管D3与继电器K1线圈并联。

本实施例中，限流电阻组对经过充电二极管D4的电流进行限制，防止AD-DC电源模块U2断电时造成超级电容的电回流，导致过流烧坏超级电容，然后经过均压电阻组把电压平均分配给超级电容组内的各个超级电容，防止因经过超级电容的电压不平均而烧坏超级电容，再通过继电器K1的触点控制何时超级电容为后续电路供电，继电器K1由继电器驱动电路控制，而继电器驱动电路根据充电电压检测电路所给的信号来控制继电器何时动作，在通过充电电压检测电路采样端电阻R17经过超级电容C11的正极，当充电电压检测电路检测到充电满时，充电电压检测电路中的运算放大器U3A的1脚输出低电平使继电器驱动电路中的光耦U1导通，光耦U1使三极管Q1导通，三极管Q1使继电器K1动作，电容C1在三极管Q1导通后开始充电，充电时电容C1相当于短路，可以使继电器K1快速动作，而在保持继电器吸合时电流经过电阻R1使继电器K1保持吸合状态，采用电容C1与电阻电阻R1并联的方式可以使继电器在动作时快速，而在保持继电器K1动作状态时是小电流工作，起到省电的作用，继电器K1常开点闭合，使超级电容的输出通过继电器K1的触点经过二极管选择电路的输入端VCC 13V为后续电路供电。

所述二极管选择电路，如图6所示，包括两个二极管D1和D5，具有两个输入端VCC15V、VCC 13V和一个输出端BAT，两个输入端VCC 15V与VCC 13V哪路电压高哪路就会导通为后续电路供电，另一路二极管会截止不导通。

所述DC-DC升压电路包括PWM波驱动电路、推挽式功率变换电路、变压器T1、整流滤波电路和采样电路；所述PWM波驱动电路的输出端分别接推挽式功率变换电路的控制端，所述推挽式功率变换电路的输入端接二极管选择电路的输出端，所述推挽式功率变换电路的输出端接变压器的初级，所述变压器的次级接整流滤波电路。

本实施例中，PWM波输出电路如图7所示，将输出的PWM波经过推挽式功率变换电路的两个控制端PWM1和PWM2驱动两个MOS管交替工作，从而达到快速开关的效果，推挽式功率变换电路如图8所示，其输入端BAT接二极管选择电路输出端BAT，输出端接变压器T1的初级，使由PWM波输出电路输出的PWM波控制二极管选择电路输出的15V直流经过变压器T1变换成400V直流，整流滤波电路如图9所示，由二极管D7、D8、D10、D11、D9、电阻R26、R30、电容C26、C24组成，整流滤波电路的输入端接变压器T1的次级，用于将变压器T1次级输出的交流变成直流，整流滤波电路中的D9、R26、C26起到吸收电压尖峰的作用，整流滤波电路中的滤波电容C24将不规整的400V直流变得更平滑，整流滤波电路中的电阻R30是假负载，除了有负载作用同时还兼有泄放电阻的作用，在断电时能够把残留的电放掉，采样电路如图10所示，电阻R27、滑动变阻RT1是电压采样，通过调节滑动变阻RT1可以设定输出电压，电阻R27、滑动变阻RT1将400V直流进行分压，将分压得到的值反馈给PWM波输出电路采样端400VFB，当检测到过压时PWM波输出电路调整PWM波宽度使输出电压降低，当检测到欠压时PWM波驱动电路调整PWM波宽度使输出电压升高，电阻R19、R21、电容C19、光耦U4是电流采样，当过流时电阻R21两端电压会升高，使光耦U4导通，光耦导通会反馈给PWM波输出电路采样端DC-OCP一个高电平，PWM波输出电路停止输出PWM波，使400V不再输出，保护后续电路。

当未发生晃电时，AC-DC降压电路输出的15V直流电压通过π型滤波电路、滤波电容C6、稳压二极管D6、二极管选择电路为推挽式功率变换电路、变压器T1、PWM波输出电路供电，使变压器T1输出400V直流。当发生晃电时，AC-DC降压电路无输出15V直流，此时超级电容组通过继电器K1、二极管选择电路为推挽式功率变换电路、变压器、PWM波驱动电路等供电，使变压器持续输出400V为负载供电。

最后应说明的是：以上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；因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权利要求所限定的范围。

设计图

一种解决电压暂降问题的工业不间断快速充放电直流电源论文和设计

一种解决电压暂降问题的工业不间断快速充放电直流电源论文和设计-张光良

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