直流电源供电电路和直流设备的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种直流电源供电电路和一种直流设备。

背景技术：

发明人发现，轨道交通中基于通信的列车控制系统，车载控制器系统的计算机联锁机柜和地面区域控制器的机柜电源输入接口既有交流电源输入接口，也有直流电源输入接口，是比较特殊的直流设备。这些直流设备的直流电源供电电路中一般设有输入保护电路，输出保护电路以及滤波电路等，用于保护直流电源供电电路。然而，这些直流设备的直流电源供电电路没有用于防止交流电混入的电路，如果这些直流设备的直流电源输入接口接入交流电源，此时，交流电就会混入直流电源供电电路中，该直流电源供电电路会受到损坏，进而影响这些直流设备的安全。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种直流电源供电电路，能够有效防止交流电混入直流电源供电电路中，避免直流电源供电电路的元件受到损坏。

本发明的第二个目的在于提出一种直流设备。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种直流电源供电电路，包括：

直流输入接口，用于提供第一电压和第一电流；

交流隔离模块，所述交流隔离模块的输入端与所述直流输入接口连接；

DC/DC模块，所述DC/DC模块的输入端与所述交流隔离模块的输出端连接，用于将第一电压变换为第二电压；

其中，所述交流隔离模块包括采样单元、驱动单元和开关，所述采样单元的输入端与所述直流输入接口连接，所述采样单元的输出端与所述驱动单元的第一输入端连接，所述驱动单元的输出端与所述开关的控制端连接，所述开关的第一端与所述直流输入接口连接，所述开关的第二端与所述DC/DC模块的输入端连接，所述驱动单元通过所述开关控制所述直流电源供电电路的接通或切断。

根据本发明实施例的直流电源供电电路，交流隔离模块包括采样单元、驱动单元和开关，采样单元可隔离直流电并分离出交流电，用于为驱动单元供电，若该直流电源供电电路中混入交流电，则驱动单元吸起开关，切断该直流电源供电电路，进而防止交流电对电路中的元件造成损坏；若该直流电源供电电路中没有交流电，则驱动单元落下开关，进而接通直流电源供电电路。由此，本发明实施例的直流电源供电电路可通过交流隔离模块防止交流电混入直流电源供电电路，即若交流隔离模块检测到直流电源供电电路中混入交流电，则交流隔离模块可切断直流电源供电电路，避免交流电损坏直流电源供电电路中的元件。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种直流设备，其包括本发明第一方面实施例提出的直流电源供电电路。

根据本发明实施例的直流设备，通过交流隔离模块检测直流电源供电电路中是否有交流电，防止交流电混入直流电源供电电路中，进而提高设备的安全性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过对本发明的实践了解到。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的直流电源供电电路的方框示意图；

图2为根据本发明另一个实施例的直流电源供电电路的方框示意图；

图3为根据本发明一个实施例的直流电源供电电路的结构示意图；

图4为根据本发明另一个实施例的直流电源供电电路的方框示意图；

图5为根据本发明一个实施例的直流电源供电电路的方框示意图；

图6为根据本发明另一个实施例的直流电源供电电路的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图来描述本发明实施例的直流电源供电电路及其直流设备。

图1为根据本发明实施例的直流电源供电电路的方框示意图。

如图1所示，本发明实施例的直流电源供电电路，包括直流输入接口、交流隔离模块10、 DC/DC模块20。

其中，直流输入接口，用于提供第一电压和第一电流；交流隔离模块10，交流隔离模块10的输入端与直流输入接口连接；DC/DC模块20，DC/DC模块20的输入端与交流隔离模块10的输出端连接，用于将第一电压变换为第二电压。其中，交流隔离模块10包括采样单元100、驱动单元200和开关，采样单元100的输入端与直流输入接口连接，采样单元100的输出端与驱动单元200的第一输入端连接，驱动单元200的输出端与开关的控制端连接，开关的第一端与直流输入接口连接，开关的第二端与DC/DC模块20的输入端连接，驱动单元200通过开关控制直流电源供电电路的接通或切断

若交流隔离模块10检测到交流电时，则交流隔离模块10切断直流电源供电电路，避免交流电对直流电源供电电路造成损坏；若交流隔离模块10没有检测到交流电，则直流电源供电电路接通。其中，采样单元100用于为驱动单元200供电，可隔离直流电并分离出交流电，驱动单元200根据采样单元100中是否分离出交流电控制直流电源供电电路的通断。若采样单元100中有交流电，则驱动单元200吸起开关，进而切断直流电源供电电路；若采样单元100中没有交流电，驱动单元200落下开关，进而接通直流电源供电电路。然后，DC/DC模块20用于调节电路中直流电的电压，可将输入的第一电压调节后输出为第二电压。其中，交流电的电压可为220V，频率可为50Hz。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，交流隔离模块10还包括交流发生单元300。

其中，交流发生单元300的输出端与驱动单元200的第二输入端连接，交流发生单元300用于生成交流电并为驱动单元200供电。

交流发生单元300用于生成交流电，若采样单元100有交流电，则采样单元100和交流发生单元300使驱动单元200切断电源供电提供动力。例如，交流发生单元300生成50Hz的交流电，同时采样单元100检测到直流电源供电电路中混入50Hz交流电时，交流发生单元300和采样单元100使驱动单元200吸起开关，切断直流电源供电电路；当采样单元100中没有交流电，驱动单元200中只有一路交流信号，不产生吸力，开关落下，直流电源供电电路接通。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，交流发生单元300包括：后备直流电源、第一变压器L1、第一电阻R1、第一电容C1、由第一开关管V1和第二开关管V2构成的第一桥臂、由第三开关管V3和第四开关管V4构成的第二桥臂，其中，第一电容C1、第一桥臂和第二桥臂并联在后备直流电源的两端，第一变压器L1包括第一线圈和第二线圈，第一线圈的一端通过第一电阻R1连接到第一开关管V1和第二开关管V2之间，第一线圈的另一端连接到第三开关管V3和第四开关管V4之间，第二线圈与驱动单元200的第二输入端连接。

交流发生单元300通过第一开关管V1，第二开关管V2，第三开关管V3，第四开关管V4同步控制，把后备直流电源的直流电在第一变压器L1中逆变生成交流电。第一电容C1用于防止交流发生单元300的电路中由于电流的波动所引起的电压的波动，同时用于滤除电路中的交流电。第一电阻R1是匹配电阻，防止电路中电流过大，同时使电路的阻抗匹配。

第一开关管V1和第四开关管V4闭合，第二开关管V2和第三开关管V3断开，第一变压器L1的电压为第三电压；第一开关管V1和第四开关管V4断开，第二开关管V2和第三开关管V3闭合，第一变压器L1的电压为第四电压，其中，第三电压和第四电压大小相等，方向相反。当以频率fs交替切换开关第一开关管V1和第四开关管V4和第二开关管V2和第三开关管V3时，则在第一变压器L1上的交流电电压波形为正负交替的正弦波，方波形的交流电电压施加在第一变压器L1的第一线圈上，第一变压器L1的第二线圈中通过电磁感应产生交流电，该交流电电压的波形为正弦波形。这样，就将直流电变成了交流电，其周期Ts=1/fs，若fs是50Hz时，即可生成50Hz的工频交流电。该交流电通过第二线圈输出到驱动单元200。

其中，第一开关管V1和第三开关管V3是P沟道功率场效应晶体管，第二开关管V2和第四开关管V4是N沟道功率场效应晶体管，是大功率器件电压控制器件，输入阻抗高，消耗功率低。

在本发明的一个实施例中，驱动单元200包括浪涌保护器Z、交流二元继电器RGJ和第二电容C2，交流二元继电器RGJ包括采样线圈和本地线圈，浪涌保护器Z与采样线圈并联，浪涌保护器Z和采样线圈均与采样单元连接，第二电容C2与本地线圈并联，第二电容C2和本地线圈均与交流发生单元300的输出端连接。

浪涌保护器Z用于对电路中的尖峰电压或电流进行分流，从而避免尖峰电压或电流对电路中的元件造成损害。其中，浪涌保护器Z为瞬变电压拟制二极管。交流二元继电器RGJ通过拉绳K1控制开关的吸起或落下，进而控制直流电源供电电路的通断。第二电容C2用来提高逆变变压器的功率因数，使输入到交流二元继电器RGJ的本地线圈功率达到理想效果，达到阻抗匹配的目的。

切断直流电源供电电路的执行元件是交流二元继电器RGJ，交流二元继电器RGJ通过控制开关的吸起和落下，进而控制直流电源供电电路的通断。交流二元继电器RGJ包括采样线圈和本地线圈，若采样线圈和本地线圈同时有交流电，则交流二元继电器RGJ吸起开关，切断直流电源供电电路；若采样线圈没有交流电，则交流二元继电器RGJ落下开关，接通直流电源供电电路。其中，采样线圈的交流电来自采样单元100，在第二变压器L2的第四线圈中感应产生的交流电通过第三电阻R3和第四电容C3组成第二滤波器传输到采样线圈；本地线圈的交流电来自交流发生单元300，第一变压器L1的第一线圈通过电磁感应将交流发生单元300生成的交流电传递给第二线圈，第二线圈将交流电传输到本地线圈。

其中，交流二元继电器RGJ是交流感应式继电器的一种，交流二元继电器RGJ利用交变磁通穿过可转动的金属圆盘（或扇形翼片）上感应的涡流与交变磁通相互作用而产生的转矩来带动接点动作的一种继电器。二元是指有两个互相独立又相互作用的电磁系统。

在本发明的一个实施例中，还包括拉绳K1和报警单元ALM，开关为双掷开关K2，报警单元ALM与双掷开关的第三端连接，驱动单元200通过拉绳与双掷开关K2的控制端连接，若采样线圈和本地线圈均有交流电，则驱动单元200通过拉绳K1将双掷开关K2吸起并接通报警单元ALM；若采样线圈或本地线圈没有交流电，则驱动单元200通过拉绳K1将双掷开关K2落下并接通直流电源供电电路。

若采样线圈和本地线圈同时有交流电，交流二元继电器RGJ通过拉绳K1吸起双掷开关K2，切断直流电源供电电路，切断其后的直流电源的供电，并接通报警单元ALM，用于提示交流电源插入直流电源接口，可根据报警单元ALM的提示及时拔出相应的交流电源。若采样线圈中没有交流电，驱动单元200通过拉绳K1将双掷开关K2落下并接通直流电源供电电路。其中，报警单元ALM为声光报警器，通过声音和光发出报警信号，可进一步提高安全性。

在本发明的一个实施例中，采样单元100包括：第二电阻R2，第三电阻R3，第三电容C3，第四电容C4和第二变压器L2，第二变压器L2包括第三线圈和第四线圈，第三线圈的一端连接第二电阻R2的一端，第三线圈的另一端连接第三电容C3的一端，第四线圈的一端连接第三电阻R3的一端，第四线圈的另一端连接第四电容C4一端，第四电容C4的另一端和第三电阻R3的另一端均与驱动单元200的第一输入端连接。

采样单元100与直流电源输入接口连接，第二电阻R2的一端与直流电源输入接口的第一极连接，第三电容C2与直流电源输入接口的第二极连接。第二电阻R2和第三电容C2组成第一滤波器，第三电阻R3和第四电容C4组成第二滤波器，第一滤波器、第二滤波器和第二变压器L2可分离出直流电源供电电路中的交流电。如果直流电源供电电路中有交流电，就会有交变流电流过第二电阻R2、第三电容C3和第三线圈，由于第三电容C3隔离直流电的作用，直流电不能通过这三个元件。第二变压器L2的第三线圈中的交流电，在第二变压器L2的第四线圈中通过电磁感应产生交流电。第四线圈的交流电通过第三电阻R3和第四电容C4输出到驱动单元200。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，还包括：输入保护模块30和输出保护模块40。

其中，输入保护模块30的输入端与交流隔离模块10的输出端连接，输入保护模块30的输出端与 DC/DC模块20的输入端连接，输入保护模块30用于防止第一电压或第一电流过大或过小；输出保护模块40的输入端与 DC/DC模块20的输出端连接，输出保护模块40用于防止第二电压或第二电流过大或过小。

通过输入保护模块30检测输入的直流电的第一电压或第一电流，避免第一电压或第一电流超过或低于直流电源供电电路中元件的额定电压或额定电流；通过输出保护模块40检测输出的直流电的第一电压或第一电流，避免第二电压或第二电流超过或低于直流电源供电电路中负载的额定电压或额定电流。

在本发明的一个实施例中，如图5所示，还包括：浪涌保护模块50。

其中，浪涌保护模块50的输入端与交流隔离模块10的输出端连接，浪涌保护模块50的输出端与 DC/DC模块20的输入端连接，浪涌保护模块50用于限制电源启动时的浪涌电流冲击。

浪涌保护模块50为缓启动电路，用于限制直流电源供电电路启动时的浪涌电流冲击，保护直流电源供电电路中的元件不受开启大电流冲击而损坏。其中，浪涌保护模块50中还设置有大容量电容器，用于防止电压暂降，能够起到10毫秒输入电压暂降瞬间的输出电压稳定作用。

在本发明的一个实施例中，如图6所示，还包括：滤波模块60。

其中，滤波模块60的输入端与交流隔离模块10的输出端连接，滤波模块60的输出端与 DC/DC模块20的输入端连接，滤波模块60用于抑制直流电源供电电路中的电磁干扰。其中，滤波模块60采用电磁干扰滤波器（EMI Filter）。

根据本发明实施例的直流电源供电电路，交流隔离模块10包括采样单元100、驱动单元200和开关，采样单元100可隔离直流电并分离出交流电，用于为驱动单元200供电，若该直流电源供电电路中混入交流电，则驱动单元200吸起开关，切断该直流电源供电电路，进而防止交流电对电路中的元件造成损坏；若该直流电源供电电路中没有交流电，则驱动单元200落下开关，进而接通直流电源供电电路。由此，本发明实施例的直流电源供电电路可通过交流隔离模块10防止交流电混入直流电源供电电路，即若交流隔离模块10检测到直流电源供电电路中混入交流电，则交流隔离模块10可切断直流电源供电电路，避免交流电损坏直流电源供电电路中的元件。

对应上述实施例，本发明还提出了一种直流设备。

本发明实施例的直流设备包括本发明上述实施例提出的直流电源供电电路，其具体的实施方式可参照上述实施例，为避免冗余，在此不再赘述。

根据本发明实施例的直流设备，通过交流隔离模块10检测直流电源供电电路中是否有交流电，防止交流电混入直流电源供电电路中，进而提高设备的安全性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。