专利名称：多级直流变换电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交直流一体化电源装置，特别是一种多级直流变换电源装置。
背景技术：
现有智能变电站的站用电源一般采用交直流一体化电源，交直流一体化电源的储 能装置都是采用免维护铅酸蓄电池，其不足之处在于一、为保证使用的可靠性需要经常对 蓄电池进行电压、内阻监测；二、蓄电池只有1000次左右的循环充、放电寿命，难以满足当 今智能变电站中智能开关、智能终端等电源的需求；三、蓄电池组放电时需要设置欠压保 护，否则蓄电池会因为过放而损坏，因此蓄电池有部分电能不能释放，不能有效利用，而且 长时间使用后，蓄电池会有记忆效应，容量会下降，寿命会缩短。四、蓄电池的铅制极板在充 电放电过程中容易损耗变薄，电能和化学能的转装换效率降低。五、蓄电池需要经常维护， 进行深度放电，以保证蓄电池的寿命。六、酸性液体挥发影响环境，废弃的蓄电池对环境也 能带来很大危害。发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种输入电压范围宽，输出稳定，工 作可靠，原理简单，效率高，免维护的多级直流变换电源装置。
本发明的目的是这样实现的一种多级直流变换电源装置。其特征在于它由超级 电容器、电路切换单元、多级电压变换单元、电压监控单元组成，超级电容器的总输出通过 电路切换单元与多级电压变换单元连接，多级电压变换单元与负载连接，电压监控单元与 超级电容器的输出端及电路切换单元连接，用以检测超级电容器的输出电压和控制电路切 换单元动作。
所述的电路切换单元由并联的直流接触器构成，其中一个直流接触器直接与负载 连接，其他接触器分别与多级电压变换单元中的DC/DC模块连接。
所述的多级电压变换单元由并联的DC/DC模块构成，每个DC/DC模块均串接在电 路切换单元的直流接触器与负载之间，且DC/DC模块的正输出用隔离二极管与输出母线正 相接。
所述的电压监控单元由辅助电源和CPU控制器构成，辅助电源给CPU控制器的主 电源和检测芯片电源供电，CPU控制器根据检测到得电压分段控制电路切换单元中各直流 接触器的动作。
本发明采用多级直流变换装置，可以实现电压的稳定和无间隔输出，提高了稳定 性和可靠性。输入电压可以在50-270V范围内任意输入，避免输入电压范围宽而提高电源 的设计难度，降低电源的稳定性。由于超级电容器具有50万次以上的循环充放电寿命，通 过多级直流变换电源装置可以配置极低的容量的超级电容器就可以满足智能变电站、特别 是移动智能变电站站用电源后备延时、智能开关动作、后台监控等电源需求。其结构简单， 使用寿命长。
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明
如图所示，超级电容器I可以设若干组，本实施例给出的是一组，共计100个串联。 其总输出分别与电路切换单元2中的四个直流接触器的输入端子连接。电路切换单元中的 直流接触器KMl的输出端子直接与负载连接，直流接触器KM2的输出端子与多级电压变换 单元3中的模块DC/DC1的输入端连接；直流接触器KM3的输出端子与多级电压变换单元 中的模块DC/DC2的输入端连接；直流接触器KM4的输出端子与多级电压变换单元中的模 块DC/DC3的输入端连接。多级电压变换单元将50-270V的电压变换到220V工作电压给 直流负荷供电，其中的DC/DC模块的正输出用隔离二极管D1、D2、D3与输出母线正相接，预 防模块出故障时输出电压母线反灌到机器内部。电压监控单元4包含辅助电源和CPU控制 器两部分电路。辅助电源是将超级电容组两端电压转换为5V/±12V，提供给CPU的主电源 和检测芯片电源，输入电压范围45-300V，输出5V/±12V。电压监控单元CPU控制器采用8 位CPU，采样速度为2微秒/次，CPU的电压基准参数为2. 500V, CPU内部程序采用循环比 较，将检测的超级电容器上的直流电压分为四段调压方式，通过大电流的驱动电路，根据超 级电容器的电压调节每个DC/DC的直流输入接触器。电压监控单元的继电器输出端与电路 切换单元中的直流接触器线圈连接，用以控制直流接触器的通断，电压监控单元还与DC/DC 模块的输出端连接，以检测输出电压的实际值是否正常并向上位机传输信息。
本发明的工作过程是，当超级电容器输出电压小于46V时，电压监控单元根据检 测到的电压值控制电路切换单元中的直流接触器KMl、KM2、KM3、KM4全部断开，超级电容 器不向负载输出电压电流；当超级电容器输出电压大于46V且小于75V时，电压监控单元 控制KM4接通，KM1、KM2、KM3断开，超级电容器向负载输出电压电流，同时KM3准备启动接 通。KM3的接通条件是超级电容器输出电压大于76V且小于125V。多级电压变换单元中的 DC/DC3和DC/DC2输出并联，不会产生输出倒灌，DC/DC3和DC/DC2在超级电容器输出电压 大于76V且小于85V时均有输出，以弥补在临界电压转换时的零输出，确保负载的使用；当 超级电容器输出电压大于76V且小于125V时，电压监控单元控制KM3接通，KM4准备断开。 超级电容器输出电压大于86V且小于115V时，KM3正常工作，DC/DC3无输出，DC/DC2正常 输出，KM1、KM2、KM4断开；当超级电容器输出电压大于116V且小于185V时，电压监控单元 控制KM2接通，KM3在超级电容器输出电压大于126V时断开；当超级电容器输出电压大于 186V时，电压监控单元控制KM2断开，KMl接通，此时，由超级电容器直接输出电压电流给负 载使用。
在整个切换过程当中，电路切换单元的接触器切换保证了超级电容器电压在临界 点的电源输出稳定，互为备份，保证DC/DC变换电源的持续供电。
权利要求
1.一种多级直流变换电源装置，其特征在于它由超级电容器、电路切换单元、多级电压变换单元、电压监控单元组成，超级电容器的总输出通过电路切换单元与多级电压变换单元连接，多级电压变换单元与负载连接，电压监控单元与超级电容器的输出端及电路切换单元连接，用以检测超级电容器的输出电压和控制电路切换单元动作。
2.根据权利要求1所述的多级直流变换电源装置，其特征在于所述的电路切换单元由并联的直流接触器构成，其中一个直流接触器直接与负载连接，其他接触器分别与多级电压变换单元中的DC/DC模块连接。
3.根据权利要求1所述的多级直流变换电源装置，其特征在于所述的多级电压变换单元由并联的DC/DC模块构成，每个DC/DC模块均串接在电路切换单元的直流接触器与负载之间，且DC/DC模块的正输出用隔离二极管与输出母线正相接。
4.根据权利要求1所述的多级直流变换电源装置，其特征在于所述的电压监控单元由辅助电源和CPU控制器构成，辅助电源给CPU控制器的主电源和检测芯片电源供电，CPU控制器根据检测到得电压分段控制电路切换单元中各直流接触器的动作。
全文摘要
本发明涉及一种多级直流变换电源装置，其特征在于它由超级电容器、电路切换单元、多级电压变换单元、电压监控单元组成，超级电容器的总输出通过电路切换单元与多级电压变换单元连接，多级电压变换单元与负载连接，电压监控单元与超级电容器的输出端及电路切换单元连接，用以检测超级电容器的输出电压和控制电路切换单元动作。本发明采用多级直流变换装置，输入电压可以在50-270V范围内任意输入，可以实现电压的稳定和无间隔输出，提高了稳定性和可靠性。可以满足智能变电站、特别是移动智能变电站站用电源后备延时、智能开关动作、后台监控等电源需求。其结构简单，使用寿命长。
文档编号H02J1/10GK103023135SQ201110289130
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月24日 优先权日2011年9月24日
发明者马西田, 王严军, 林春清, 金永辉, 王田利, 许立功, 石洪晶 申请人:辽宁省电力有限公司大连供电公司, 国家电网公司