三相交流开关电源装置和系统的制作方法

本实用新型涉及电力技术领域，尤其是涉及一种三相交流开关电源装置和系统。

背景技术：

电网系统中，较为常见的故障包含单相接地故障和两相接地故障等，在发生这些故障时，三相交流电的电压将大幅度降低，严重的可降到正常电压的40％左右，而三相交流输入的电力操作电源用高频开关电源的输入取自电网的三相交流电，过低的三相交流电将使得传统的三相交流输入的电力操作电源用高频开关电源模块无法正常工作。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种三相交流开关电源装置和系统，以提高三相交流开关电源的宽范围输入特性。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种三相交流开关电源装置，其中，该装置包括：变压器原边电路、三绕组变压器、第一输出整流电路、第二输出整流电路、切换电路、输出滤波电路和控制电路；变压器原边电路分别与三绕组变压器和控制电路连接，第一输出整流电路分别与三绕组变压器和输出滤波电路连接，第二输出整流电路分别与三绕组变压器和切换电路连接，切换电路还分别与控制电路和输出滤波电路连接；变压器原边电路用于对三相交流输入电压进行采样，将采样结果传输到控制电路；还用于将三相交流输入电压输入到三绕组变压器中；三绕组变压器用于对三相交流输入电压进行变压处理，将处理后的三相交流输入电压通过第一输出整流电路或第二输出整流电路传输到输出滤波电路；控制电路用于接收三相交流输入电压的采样结果，比较采样结果和预先设置的切换电压 Vset，根据比较结果控制切换电路的工作状态；切换电路用于切换第一输出整流电路和第二输出整流电路与输出滤波电路的连通状态；输出滤波电路用于对经过第一输出整流电路或第二输出整流电路处理后的电压进行输出。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，变压器原边电路包括依次连接的三相交流输入电路、三相交流输入整流电路、功率因数校正电路、软启动电路、输入滤波电路、DC/DC 变换电路，还包括三相交流输入电压采样电路；三相交流输入电压采样电路分别与三相交流输入电路和控制电路连接；三相交流输入电路用于为装置提供三相交流输入电压；三相交流输入整流电路用于将三相交流输入电压整流成脉动直流电压并传输到功率因数校正电路；功率因数校正电路用于调整装置的输入功率因数；软启动电路用于限制装置在开机过程中的冲击电流；输入滤波电路用于将脉动直流电压滤波成稳定的直流电压，并传输到DC/DC变换电路；DC/DC变换电路用于与三绕组变压器连接组成谐振回路；三相交流输入电压采样电路用于对三相交流输入电压进行采样，并将采样结果传输到控制电路。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，三绕组变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；DC/DC变换电路与原边绕组连接；第一输出整流电路和第二输出整流电路分别与第一副边绕组和第二副边绕组连接；第一副边绕组与原边绕组的绕组数量比值为n1，第二副边绕组与原边绕组的绕组数量比值为n2，其中，n2大于n1。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，切换电路包含可控开关，可控开关的一端连接第一输出整流电路的输出端，可控开关的另一端连接第二输出整流电路的输出端；控制电路还用于切换可控开关的打开与闭合，以控制第一输出整流电路和第二输出整流电路与输出滤波电路的连通状态。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该装置的三相交流输入电压Vin 的范围为Vmin≤Vin≤Vmax；Vmin为三相交流输入电压的最小值，Vmax 为三相交流输入电压的最大值；当三相交流输入电压Vin满足Vset＜Vin≤ Vmax时，控制电路控制切换电路的可控开关断开，第二输出整流电路的输出端与输出滤波电路断开；当三相交流输入电压Vin满足Vmin≤Vin≤Vset 时，控制电路控制切换电路的可控开关连通，第二输出整流电路的输出端与输出滤波电路连接；切换电压Vset为控制电路预设的控制切换电路的动作电压。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，切换电压Vset在三相交流输入电压Vin满足Vset＜Vin≤Vmax时，通过原边绕组和第一副边绕组达到装置的增益需求；在三相交流输入电压Vin满足Vmin≤Vin≤Vset时，通过原边绕组和第二副边绕组达到装置的增益需求。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，第一输出整流电路和第二输出整流电路包括不可控整流电路。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，可控开关包括继电器或开关管。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，变压器原边电路的DC/DC变换电路包括移相全桥电路或LLC电路。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种三相交流开关电源系统，其中，该系统包括第一方面所述的三相交流开关电源装置，还包括与三相交流开关电源装置连接的服务器。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型实施例提供了一种三相交流开关电源装置和系统，包括：变压器原边电路、三绕组变压器、第一输出整流电路、第二输出整流电路、切换电路、输出滤波电路和控制电路；变压器原边电路对三相交流输入电压采样，将采样结果传输到控制电路；并将输入电压输入到三绕组变压器中；由三绕组变压器进行变压处理，将处理后的输入电压通过第一或第二输出整流电路传输到输出滤波电路；控制电路用于接收采样结果，比较采样结果和预先设置的切换电压Vset，来控制切换电路的工作状态；由切换电路切换第一和第二输出整流电路与输出滤波电路的连通状态；输出滤波电路对经过第一或第二输出整流电路处理后的电压进行输出。本实用新型提高了三相交流开关电源的宽范围输入特性。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本实用新型的上述技术即可得知。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种三相交流开关电源装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种三相交流开关电源装置的电路图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种三相交流开关电源装置中，变压器原边电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种三相交流开关电源系统的结构示意图。

图标：10-变压器原边电路；20-三绕组变压器；30-第一输出整流电路； 40-第二输出整流电路；50-切换电路；60-输出滤波电路；70-控制电路；101- 三相交流输入电路；102-三相交流输入整流电路；103-功率因数校正电路；104-软启动电路；105-输入滤波电路；106-DC/DC变换电路；107-三相交流输入电压采样电路；80-三相交流开关电源装置；90-服务器。

具体实施方式

目前市场上最常用的三相交流输入的电力操作电源用高频开关电源输入电压范围约为额定电压的0.8～1.25倍，这远无法满足电网系统发生接地故障时的工作要求，基于此，本实用新型实施例提供的一种三相交流开关电源装置和系统，可以应用于因三相交流输入电压过低而导致电力操作电源用高频开关电源无法正常工作的电力环境中。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种三相交流开关电源装置进行详细介绍。

参见图1所示的一种三相交流开关电源装置的结构示意图，该装置包括变压器原边电路10、三绕组变压器20、第一输出整流电路30、第二输出整流电路40、切换电路50、输出滤波电路60和控制电路70；

变压器原边电路10分别与三绕组变压器20和控制电路70连接，第一输出整流电路30分别与三绕组变压器20和输出滤波电路60连接，第二输出整流电路40分别与三绕组变压器20和切换电路50连接，切换电路50 还分别与控制电路70和输出滤波电路60连接；

变压器原边电路10用于对三相交流输入电压进行采样，将采样结果传输到控制电路70；还用于将三相交流输入电压输入到三绕组变压器20中；

三绕组变压器20用于对三相交流输入电压进行变压处理，将处理后的三相交流输入电压通过第一输出整流电路30或第二输出整流电路40传输到输出滤波电路60；

控制电路70用于接收三相交流输入电压的采样结果，比较采样结果和预先设置的切换电压Vset，根据比较结果控制切换电路50的工作状态；

切换电路50用于切换第一输出整流电路30和第二输出整流电路40与输出滤波电路60的连通状态；

输出滤波电路60用于对经过第一输出整流电路30或第二输出整流电路40处理后的电压进行输出；

上述控制电路70依据三相交流输入电压采样结果判断是否投切切换电路，以改变三绕组变压器的工作模式来保证在三相交流输入电压的预设范围内，三相交流开关电源装置可正常工作。

本实用新型实施例提供了一种三相交流开关电源装置，该装置包括：变压器原边电路、三绕组变压器、第一输出整流电路、第二输出整流电路、切换电路、输出滤波电路和控制电路；变压器原边电路对三相交流输入电压采样，将采样结果传输到控制电路；并将输入电压输入到三绕组变压器中；由三绕组变压器进行变压处理，将处理后的输入电压通过第一或第二输出整流电路传输到输出滤波电路；控制电路用于接收采样结果，比较采样结果和预先设置的切换电压Vset，来控制切换电路的工作状态；由切换电路切换第一和第二输出整流电路与输出滤波电路的连通状态；输出滤波电路对经过第一或第二输出整流电路处理后的电压进行输出。本实用新型实施例提高了三相交流开关电源的宽范围输入特性。

本实用新型实施例还提供了另一种三相交流开关电源装置，参见图2 所示的另一种三相交流开关电源装置的电路图和图3所示的另一种三相交流开关电源装置中，变压器原边电路的结构示意图；该三相交流开关电源装置在图1所示的基础上实现。

首先，如图3所示，上述变压器原边电路10包括依次连接的三相交流输入电路101、三相交流输入整流电路102、功率因数校正电路103、软启动电路104、输入滤波电路105、DC/DC变换电路106，还包括三相交流输入电压采样电路107；三相交流输入电压采样电路107分别与三相交流输入电路101和控制电路70连接；

上述三相交流输入电路101用于为装置提供三相交流输入电压；上述三相交流输入整流电路102还包括三相整流桥B1，用于将三相交流输入电压整流成脉动直流电压并传输到功率因数校正电路103；

上述功率因数校正电路103采用无源PFC整流电路，包含无源PFC电感L1，用于调整装置的输入功率因数；上述软启动电路104包括软启动电阻R1和继电器K1，其中软启动电阻R1和继电器K1并联连接，用于限制装置在开机过程中的冲击电流；

上述输入滤波电路105包括电容C1，用于将三相交流整流电路102的三相整流桥B1送出的脉动直流电压滤波成更加稳定的直流电压，以供给 DC/DC变换电路106；上述DC/DC变换电路106包括移相全桥电路或LLC 电路，以全桥LLC变换电路为例，主要包含开关管Q1，Q2，Q3，Q4组成的桥式电路，谐振电感L2和谐振电容C2，其中，谐振电感L2和谐振电容 C2与三绕组变压器20连接组成谐振回路；

上述三相交流输入电压采样电路107用于对三相交流输入电压进行采样，并将采样结果传输到控制电路70。

如图2所示，上述三绕组变压器20包括原边绕组P1、第一副边绕组 S1和第二副边绕组S2；其中，DC/DC变换电路106的谐振电感L2和谐振电容C2与原边绕组P1连接组成谐振回路；第一输出整流电路30和第二输出整流电路40分别与第一副边绕组S1和第二副边绕组S2连接；第一副边绕组S1与原边绕组P1的绕组数量比值为n1，第二副边绕组S2与原边绕组P1的绕组数量比值为n2，其中，n2大于n1，使得第二输出整流电路40 输出的直流电压高于第一输出整流电路30输出的直流电压。

上述第一输出整流电路30和第二输出整流电路40包括不可控整流电路，第一输出整流电路30采用二极管D1，D2，D3，D4组成的全桥整流电路，第二输出整流电路40采用二极管D5，D6，D7，D8组成的全桥整流电路；输出滤波电路60包含电容C3，用于将第一输出整流电路30和第二输出整流电路40的输出滤波成稳定的直流电。

上述切换电路50包含可控开关，可控开关的一端连接第一输出整流电路30的输出端，可控开关的另一端连接第二输出整流电路40的输出端。

如图2所示，可控开关包括继电器K2或开关管，以继电器K2为例进行说明，继电器K2为常开型，其中，第一输出整流电路30的输出正负端与输出滤波电路60的电容C3的正负端直接对应连接；第二输出整流电路 40的输出正端与切换电路50的继电器K2的一端连接，切换电路50的继电器K2的另外一端分别与第一输出整流电路30的输出正端和输出滤波电路60的电容C3的正端连接；第二输出整流电路40的输出负端分别与第一输出整流电路30的输出负端和输出滤波电路60的电容C3的负端连接。

上述控制电路70还用于切换可控开关的打开与闭合，以控制第一输出整流电路30和第二输出整流电路40与输出滤波电路60的连通状态。

上述装置的三相交流输入电压Vin的范围为Vmin≤Vin≤Vmax；Vmin 为三相交流输入电压的最小值，Vmax为三相交流输入电压的最大值。

当三相交流输入电压Vin满足Vset＜Vin≤Vmax时，控制电路70控制切换电路50的可控开关断开，第二输出整流电路40的输出端与输出滤波电路60断开。

当三相交流输入电压Vin满足Vmin≤Vin≤Vset时，控制电路70控制切换电路50的可控开关连通，第二输出整流电路40的输出端与输出滤波电路60连接。

切换电压Vset为控制电路70预设的控制切换电路50的动作电压。

上述切换电压Vset在三相交流输入电压Vin满足Vset＜Vin≤Vmax时，通过原边绕组P1和第一副边绕组S1达到装置的增益需求。

在三相交流输入电压Vin满足Vmin≤Vin≤Vset时，通过原边绕组P1 和第二副边绕组S2达到装置的增益需求。

本实用新型实施例对上述实用新型实施例各部分做详细的说明，通过变压器原边电路的三相交流输入电路为该三相交流开关电源装置提供三相交流输入电压，并将三相交流输入电压通过变压器原边电路传输到三绕组变压器，通过变压器原边电路的三相交流输入电压采样电路对三相交流输入电压进行采样，并将采样结果传输到控制电路中，由控制电路对采样结果与预先设置的符合装置增益需求的切换电压Vest做对比，根据对比结果控制切换电路的可控开关的打开与闭合，通过可控开关的打开与闭合，控制三绕组变压器是通过第一输出整流电路与输出滤波电路连通还是通过第二输出整流电路与输出滤波电路连通，通过可控开关控制三绕组变压器的工作模式，保证三相交流输入电压在预设的范围内，三相交流开关电源装置可以正常工作，提高了三相交流开关电源的宽范围输入特性。

对应于上述实施例，本实用新型实施例以三相交流开关电源装置要求的三相交流输入电压范围为152V～437V(V：Volt，伏特)为例，对上述实施例中，三相交流开关电源装置的运行过程进行详细说明。

步骤(1)，设置三绕组变压器的第一副边绕组S1和原边绕组P1的比值n1为0.4，第二副边绕组S2和原边绕组P1的比值n2为0.8。

步骤(2)，控制器70设置切换电压值为304V，当三相交流输入电压 Vin满足304V＜Vin≤437V时，通过三绕组变压器20的原边绕组P1和第一副边绕组S1可满足三相交流开关电源装置的增益需求；当三相交流输入电压Vin满足152V≤Vin≤304V时，通过三绕组变压器20的原边绕组P1 和第二副边绕组S2可满足三相交流开关电源装置的增益需求。

步骤(3)，三相交流输入电压采样电路107实时检测三相交流输入电压值，并实时传送给控制器70。

步骤(4)，当控制器70检测到三相交流输入电压处于304V＜Vin≤437V 时，控制电路70控制切换电路50的继电器K2断开，三相交流开关电源装置的功率由三绕组变压器20的原边绕组P1和第一副边绕组S1实现传递，经过第一输出整流电路30之后送至输出滤波电路60再为外部负载供电，三绕组变压器20的第二副边绕组S2和第二输出整流电路40均空载运行；

当控制器70检测到三相交流输入电压处于152V≤Vin≤304V时，控制电路70控制切换电路50的继电器K2闭合，由于第二输出整流电路40的输出电压高于第一输出整流电路30的输出电压，因此第一输出整流电路30 的二极管整流桥处于反向截止状态，三相交流开关电源装置的功率由三绕组变压器20的原边绕组P1和第二副边绕组S2实现传递，经过第二输出整流电路40之后送至输出滤波电路60再为外部负载供电，三绕组变压器20 的第一副边绕组S1和第一输出整流电路30均空载运行。

上述整个控制过程中，三相交流开关电源装置在三相交流输入电压为 152V～437V范围内，均能保证输出正常，可靠的实现了开关电源的宽范围输入特性。

本实用新型实施例通过列举具体的数据来对上述实用新型实施例做详细说明，体现了本实用新型的可实施性，通过该装置可以提高三相交流开关电源的宽范围输入特性，在电网发生单相接地或者两相接地故障导致三相交流输入电压大幅度降低时，利用该装置可以使得三相交流开关电源处于正常工作的状态下。

对应于上述装置实施例，本实用新型实施例还提供了一种三相交流开关电源系统，如图4所示的系统的结构示意图，该系统包括三相交流开关电源装置80，还包括与三相交流开关电源装置连接的服务器90。

上述服务器可以是本地服务器(如计算机等)，也可以为云端服务器；该服务器还可以为具有数据统计功能的终端设备，如手机、平板电脑等，可以对多个三相交流开关电源装置的工作状态进行监控，便于用户对三相交流开关电源装置进行控制，也便于后期维护管理。

本实用新型实施例提供的三相交流开关电源系统，与上述实施例提供的三相交流开关电源装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使其相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。