一种带有预充电装置的低压小功率ACDC电源制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种带有预充电装置的低压小功率ACDC电源，其中ACDC电源的辅助电源设有变压器，其预充电装置包括为变压器上的一次级绕组N4，以及串联于次级绕组N4同名端侧的单向导通元件，次级绕组N4的同名端经单向导通元件连接至ACDC电源的直流正母线，直流负母线与次级绕组N4另一端相连，其中单向导通元件的导通方向为同名端流向正母线。本发明专利技术能够减小预充电回路体积、降低预充电回路成本、提升预充电效率和提高系统可靠性。率和提高系统可靠性。率和提高系统可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种带有预充电装置的低压小功率ACDC电源


[0001]本专利技术涉及电源领域，尤其涉及一种带有预充电装置的低压小功率ACDC电源。

技术介绍

[0002]低压小功率ACDC双向隔离电源模块，基本由AC/DC电路、DC/DC电路、电压电流检测电路、开关管驱动电路、控制电路、散热风扇和辅助电源等组成，辅助电源给各驱动电路、检测电路、风扇和控制电路供电(直流)，如控制电路需要辅助电源提供12V电源，给风扇提供24V电源等。低压小功率ACDC双向隔离电源模块既能将AC220V的交流电变为直流电给电池充电(电池电压最高30V)，又能将电池电压逆变为交流AC220V，给交流设备供电。这种双向隔离电源(ACDC)的原理一般是将交流电PWM整流为直流电，得到直流母线，再将直流母线电压逆变为高频交流电，再通过变压器隔离，然后在变压器次边进行整流，得到直流电。在该ACDC电源中，为了让该直流母线电压平滑可靠，在直流母线上都设置有大的电容器进行滤波。
[0003]还有，在电池电压一般小于30V、功率小于2000W的电源类产品本身都存在AC
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DC,DC
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DC,DC
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AC电平转换，电平转换就避不开直流母线电压，因为直流母线上配置有大容量的电容，电容两端电压不会突变，但是电容两端电流会突变。如果对电容不配置预充电路，刚接通电源瞬间，电容两端相当于短路，会产生非常大的电流，这是电容的工作原理决定的。瞬间的峰值电流会超过器件的极限值，会导致电路工作异常(炸管)。
[0004]所以预充电装置在这里就起到了限制电源通电瞬间对电容器充电电流的作用，以保证电路元器件不会因为电容器充电电路过大导致烧坏。且在直流母线电容完成充电工作后，预充电装置需要被旁路(开路)，保证电源的工作性能的良好(如果不断开预充电回路的话，预充电装置会造成能量的损耗)。
[0005]在低压(AC220V)小功率电源(小于2000W)中，常用的预充电原理如图1所示，直流电源通过限流电阻给直流母线电容充电，在充电电压达到规定电压后，开关断开或旁路限流电阻。该方法有限流电阻与开关并联和串联两种。开关可以是继电器或晶体管。
[0006]下面为电路设计中常用的具体预充电装置结构，其中的利弊如下。
[0007]图2所示是固态开关串联型预充电装置，属于用功率开关管Q1来控制预充电装置的输出。其优点是直流母线充电完成后预充电装置断开；不存在接触放电(常用接触类开关在闭合或者开路瞬间均存在拉电弧的问题)。缺点是缺功率开关管及功率开关管驱动电路成本较高，还需要考虑功率开关瞬时过电流问题(散热)。
[0008]图3是继电器开关串联型预充电装置，即用继电器来控制预充电装置的输出，是电源设计中预充电装置使用较多的方案。优点是成本低；控制方法简单。缺点是继电器K1开断瞬间存在拉电弧可能(拉电弧或者长时间大电流工作会使继电器触点熔一起，失去开断功能)；体积较大，能量密度做不大。
[0009]图4是开关并联型预充电装置，通过在主输入继电器/接触器两端并联限流电阻，上电时继电器/接触器不工作，输入源通过限流电阻R1、R2给直流母线充电，充电电压达到
设计值时，继电器/接触器闭合(K1)，预充电装置被旁路，电路正常工作。该预充电装置方案也是电源设计中预充电装置使用较多的方案。优点是成本最低；体积最小；控制方法简单。缺点是预充电装置与主回路未完全断开，部分电路设计存在问题。
[0010]在高压大功率的电源设备中，直流母线需要设置专用变压器给直流母线电容进行充电。其原理是交流电经变压器变压后得到较低的电压，通过软启动器电路调压或电阻限流，再经整流电路整流得到直流电，然后给直流母线电容充电，在充电结束后，需要开关断开充电回路。也就是说，高压大功率电源预充电装置比较复杂，不但需要专用的大功率变压器、还需要大的整流电路、断开开关，因为电容电压不能突变，还需要预充电软启动电路或限流电阻，以防止充电电流过大，对电容以及充电回路造成损坏。
[0011]以上传统预充电方案都离不开电阻或软启动限流、开关、甚至专用整流电路。电阻起限流作用，软启动器虽然是调压设备，在这里主要也是限流，使电容电压慢慢抬升；开关起充电完成后的旁路或断开作用；整流电流将交流电整流为直流电，因为直流母线是直流的。
[0012]这两种预充电方式弊端很多：
[0013]1、预充电装置复杂，可靠性差
[0014]以上预充电方案都离不开电阻或软启动限流，其需要开关、专用整流电路等配合，还需要进行直流电压采样，以便实时控制开关断开或旁路预充回路。如此复杂的充电回路，只要有一个地方出现问题，整个电源系统将不能正常运行。
[0015]2、预充电回路体积很大，光限流电源或软启动器就占据较大空间。
[0016]这种预充电装置需要选择的预充电阻或软启动器的功率等级较大，即使延长预充时间，也需选取功率等级较大的电阻或软启动器。若选择电阻限流预充电，则电阻的体积和功率等级都较大。就以AC220V，2000W的ACDC电源为例，取限流电阻为100Ω，直流母线电容电压需从0V充到DC300V，依功率公式P
R
＝U2/R，P
R
为电阻的功耗，U为电阻R上的压降。从公式可以看出，母线电容充电之前电容两端电压为0V，突然加上预充电压后，由于电容两端电压不能突变，此时电压(DC300V，AC220V整流后的直流电压)加在限流电阻上，那此时预充电电阻R上的瞬时功率P
R
＝U2/R＝900W，充电电流300/100＝3A，也是限流电阻上电流。由此可以看出，此处预充电电阻功率等级为900W，按工程应用经验，电阻至少也要选取225W左右的电阻。
[0017]3、预充电回路是一个耗能电路或谐波发生回路。
[0018]若采用软启动器预充电，软启动器的原理就是一种斩波原理，将电网正弦波以斩波方式调压，势必对电网造成较大影响。
[0019]若采用电阻限流充电的方法，虽然不对电网产生影响，但却是一种耗能充电方式，给母线电容充电的能量比预充电回路(电阻、开关)消耗的能量要少，很多能量在电阻上被消耗。还有，充电效率低，随着被预充电电容电压的升高，充电电流越来越小，要花费很长时间才能完成预充电工作。还有，预充电过程中电路散发出的热量会导致设备内部温度升高，造成系统不稳定等。
[0020]4、预充电回路成本过高。
[0021]这种预充电路由于其复杂性，成本很高。

技术实现思路

[0022]本专利技术的目的在于：减小预充电回路体积、降低预充电回路成本、提升预充电效率和提高系统可靠性。
[0023]为此，提供一种带有预充电装置的低压小功率ACDC电源，包括AC/DC电路、用于驱动AC/DC电路中各开关管启闭的开关管驱动电路、与所述开关管驱动电路电连接的控制电路、为驱动电路与控制电路供电的辅助电源，以及为AC/DC电路上直流母线的电容实施预充电的预充电装置；所述辅助电源具有变压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有预充电装置的低压小功率ACDC电源，所述ACDC电源包括AC/DC电路、用于驱动AC/DC电路中各开关管启闭的开关管驱动电路、与所述开关管驱动电路电连接的控制电路、为驱动电路与控制电路供电的辅助电源，以及为AC/DC电路上直流母线的电容实施预充电的预充电装置；其特征在于：所述辅助电源具有变压器T100；所述预充电装置包括所述变压器T100上的一次级绕组N4，以及串联于次级绕组N4同名端侧的单向导通元件D101，所述次级绕组N4的同名端经所述单向导通元件D101连接至所述直流母线的正母线V_BUS+，直流母线的负母线V_BUS
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与次级绕组N4另一端相连，其中，单向导通元件D101的导通方向为自次级绕组N4同名端流向所述正母线V_BUS+。2.根据权利要求1所述的预充电装置，其特征在于：所述变压器T100的原边串联有开关管Q20实施电控，开关管Q20与所述控制电路相连；所述变压器T100还设有另一次级绕组N3，所述控制电路以所述次级绕组N3的输出电压作为电压控制基准，通过反馈控制对所述次级绕组N4的输出电压进行调节。3.根据权利要求2所述的预充电装置，其特征在于：所述辅助电源为反激式工作电源。4.根据权利要求3所述的预充电装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖晓斌，詹柏青，王正云，李小锋，罗万里，
申请(专利权)人：广东福德电子有限公司，
类型：发明
国别省市：