一种模块式交流电源转换装置的制作方法

1.本发明属于船舶电源装置技术领域，具体涉及一种模块式交流电源转换装置。


背景技术：

2.舰船电源是一切电子设备的心脏。为设备提供着能量保障与安全保障。在此前提下，对电源技术的研究就成为了电子技术中的一个重要课题。电源技术的发展历史已久，一个多世纪以来,电源已经发展出很多种类。主流的技术主要有线性电源和开关电源。相比较而言,开关电源由于效率高，体积小的优点而受到人们的青睐，开关电源的研究也因此深受人们的关注。开关电源本身的设计是一个系统而精巧的过程,它包含了功率器件设计、电路结构设计，反馈控制技术、热设计等很多内容。同时也存在很多问题,包括效率、功率、电压传输比(vcr)、动态性能、系统的稳定性、体积、可靠性、成本等。人们针对这些问题，不断提出的新的方案来优化这些问题,促使了开关电源技术的日益完善。
3.目前舰船关键重要的设备通过蓄电池进行供电。蓄电池体积大，容量有限，保障时间不足；受限于蓄电池的能力，导致在很多设备直接接入交流电源时需要在设备内部安装直流稳压电源，增大了电子设备的体积和复杂度。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：提供一种模块式交流电源转换装置，用于在舰船舱室工作环境下对欧插或航插接口连接的设备提供直流供电。
5.本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种模块式交流电源转换装置，包括多个核心电源板和均流电路；每个核心电源板用于独立地在输入侧将输入的交流电源转换为直流电源并输出；均流电路用于同时实现多个核心电源板的冗余输出；核心电源板包括依次连接的输入电磁干扰滤波器emi、输入整流滤波电路、高频变压器、功率变换电路、pwm控制器电路、输出整流滤波电路、输出稳压控制电路、mosfet和辅助电路；pwm控制模块、输出稳压控制电路和mosfet用于在高频震荡电路的作用下，通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率形成高频脉冲电流，在高频变压器的作用下维持稳定的输出低压直流电压。
6.按上述方案，核心电源板的输入的交流电源的电压范围为176vac～264vac，频率范围为50hz
±
5％；输出的直流电源的电压范围为24vdc
±
5％，最大输出功率为150w。
7.按上述方案，输入电磁干扰滤波器emi包括串联的em电路、pfc电路和防浪涌电路；功率变换电路包括输入侧的ac-dc变换电路和输出侧的dc-dc变换电路；辅助电路包括输入过欠压保护电路、输入报警电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路和输出短路保护电路；输入过欠压保护电路和输出过欠压保护电路用于过压保护；输出过欠压保护电路用于过流保护；输出短路保护电路用于过热保护。
8.按上述方案，还包括输出直流电源接口，采用欧插和航插，用于扩展接入设备；航插采用防水型连接器xc158系列，用于保证在插头与插座正常连接后在水下持续1米2小时
不浸水；航插的装配面采用配套的防水橡胶垫，用于保证正确安装时达到良好的防水效果。
9.按上述方案，还包括用于固定核心电源板的壳体；壳体包括模块外壳和分别安装在模块外壳的正面和背面的外壳盖板；核心电源板固定在模块外壳中，模块外壳的侧面分别开有用于安装按钮、指示灯和插头、插座的孔；模块外壳与外壳盖板之间依次铺设有模块导电屏蔽带和模块密封圈，分别用于对核心电源板进行电磁屏蔽和不低于ip67级的防水，将内部部件与外界环境隔离。
10.进一步的，模块密封圈设置在模块外壳与外壳盖板的装配面的防水槽中，用于在装配面紧固时根据模块密封圈的凸缘与装配面之间的压力实现密封防水功能；模块密封圈采用双峰设计，采用硅橡胶作为材料；模块导电屏蔽带也具备防水性能。
11.进一步的，还包括指示灯，采用ip67防护等级的指示灯，用于表征模块式交流电源转换装置的信号状态及电源状态；指示灯与模块外壳的接触面设有“o”型圈，用于防水密封；模块外壳的开孔直径与指示灯的螺纹直径匹配。
12.按上述方案，宽*高*深的外形尺寸不大于60mm*256mm*198mm，重量不大于4.2千克，适用于安装在空间受限、环境恶劣的舱室条件下。
13.本发明的有益效果为：
14.1.本发明的一种模块式交流电源转换装置，通过对开关电源的体积、可靠性和防护性三个方面进行优化，实现了对输入电压范围176vac～264vac，频率范围50hz
±
5％的交流电源进行转换，输出电压范围24vdc
±
5％，提供1路交流220v输入、1路航插直流24v输出和6路欧插直流24v输出；实现了在舰船舱室工作环境下对欧插或航插接口连接的设备提供直流供电的功能。
15.2.本发明设计了一款高频高可靠性的开关电源，采用2个冗余的核心电源板，分别独立的实现舰电ac 220v至工作用dc 24v电源的转换；并能实现自主均流，且当其中一个外接设备内部故障(如短路)时不会影响其它外接设备正常工作。提供冗余保护、过压保护、短路保护功能，提升了电路的可靠性，为舰船电子设备提供了可靠的直流电源输入。
16.3.本发明通过变压器的磁芯大小与其工作频率的平方成反比、频率越高铁心越小的原理，通过提高电路设计频率将开关频率从常规的100khz～300khz提高至450khz，使得无源器件的体积减小从而减小了变压器尺寸和电源的总体积，并减轻了电源重量，实现了开关电源的小型化；在舱室集成优化要求高的条件下，有效减少了安装和维护空间。
17.4.本发明采用无机箱设计，体积小，安装灵活，通过分级密封的防护性设计，使得整体防护性水平达到ip67的水平，不需要外部机箱保护，适合在军用舰船舱室等集成度要求高的工作环境下安装使用。
附图说明
18.图1是本发明实施例的核心电源板的原理框图。
19.图2是本发明实施例的连接关系图。
20.图3是本发明实施例的装配图。
21.图中：1.指示灯；2.总线板；3.核心电源板；4.模块外壳；5.外壳盖板；6.模块导电屏蔽带；7.模块密封圈；8.螺丝螺钉；9.航插插座；10.航插插头；11.尾部附件；12.插座密封盖。
具体实施方式
22.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。
23.参见图2，本发明的实施例包括2个冗余的核心电源板，核心电源板分别独立的实现舰电ac 220v至工作用dc 24v电源的转换，并通过内置的均流电路同时实现双电源板的冗余输出。
24.本发明属于隔离型开关电源，用于将ac 220v舰电转换成dc 24v直流工作用电，并为外接设备提供冗余dc 24v供电，最大输出功率150w，具备过流、过压、过热等保护。
25.通过本发明实现对输入电压范围176vac～264vac，频率范围50hz
±
5％的交流电源进行转换，输出电压范围24vdc
±
5％，保证其它设备直流电源供电。
26.附图1中核心电源板3由脉冲宽度调制(pwm)控制ic和mosfet构成，可通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压；其主要电路包括：输入电磁干扰滤波器(emi)、整流滤波电路、功率变换电路、pwm控制器电路、输出整流滤波电路；辅助电路包括：输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。
27.核心电源板3在输入侧直接将交流电整流变成直流电；在高频震荡电路的作用下，用开关管控制电流的通断，形成高频脉冲电流；在电感(高频变压器)的作用下，输出稳定的低压直流电。由于变压器的磁芯大小与其工作频率的平方成反比，频率越高铁心越小，这样就大大减小了变压器尺寸，并减轻了电源重量和体积；
28.附图3中的装配结构设计包括3级，包括整体设计、指示灯1防水和航插防水。零部件清单如下表所示：
29.序号名称数量型号1指示灯1l08-01abas-mr70012总线板1ps360v-a13核心电源板2ps360v-a24模块外壳1——5外壳盖板2——6模块导电屏蔽带2屏蔽效能:70-120db17模块密封圈2双峰型ip67橡胶密封条8螺丝螺钉一批 9航插插座2xc158/18f4z1p1310航插插头2xc158/18t4k1p1311尾部附件2xc158/18fj3p13d112插座密封盖2xc158/18fj1p13n
30.本发明输出的直流电源接口支持欧插和航插2种形式，方便扩展接入设备。
31.航插在选型上考虑其防水性，其次在装配面上考虑其防水性。设计中选用防水型连接器xc158系列，该系列产品插头和插座正常连接后能在水下1米2小时而不浸水；装配面选用航插标配的防水橡胶垫，设计合理的结构与该防水橡胶垫配合，保证安装时达到良好的防水效果。
32.整体设计指模块与其盖板存在装配面防水问题，在装配面增加密封防水条，设计密封防水条放置在防水槽中，利用密封防水条的凸缘与壳体装配面之间产生压力而达到密
封效果，当装配面紧固时就将密封防水条按照一定的压缩率进行压缩，保证装配面的防水。密封防水条采用双峰设计，防水能力比常规的单峰提高了1倍，同时采用优质硅橡胶作为密封防水条的材料，提高在恶劣环境中的使用寿命。另外，屏蔽导电橡胶条自身也具备良好的防水性能，对防水也有较大帮助。
33.本发明整体采用ip67高防护的密封设计，将内部部件与外界环境隔离，最大外形尺寸为60*256*198(宽*高*深)(mm)，最大重量不大于4.2千克(kg)，适用于在空间受限、环境恶劣的舱室(如机舱)条件下安装。
34.模块的指示灯1是整体防水的重点，设计时不仅要考虑指示灯1自身的防护能力，更重要的是还要考虑指示灯1与壳体接触面的防水设计。因此首先在材料选型上，考虑了防水性能，选用ip67防护等级(有相关检定证书)的指示灯1，保证其自身的防护能力，其次壳体开孔直径要与指示灯1的螺纹直径匹配，并在装配面增加“o”型圈，保证指示灯1部位的整体防水。
35.本发明满足gjb151a-1997、gjb152a-1997中规定的限值要求。
36.本发明提供的模块式交流电源转换装置，可实现对输入电压范围176vac～264vac，频率范围50hz
±
5％的交流电源进行转换，输出电压范围24vdc
±
5％；提供过压保护、短路保护功能；整体防护等级为ip67，适用于除露天外，所有舱内工作环境。
37.本装置提供1路交流220v输入，实现1路航插直流24v输出、6路欧插直流24v输出。
38.以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。