一种供电装置及其系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及供电装置技术领域，具体涉及一种供电装置及其系统。


背景技术：

[0002]
在具有多种能源设备供应的供电装置中，通常使用两种以上的充电器，即每一能源设备对应配备一充电器进行使用，使用时存在某个充电器闲置，能源分配不合理的问题，且多种能源设备配备两种以上的充电器为蓄电装置或者用电设备供电，其安装复杂、不方便。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种供电装置及其系统，解决现有具有多个能源供应的供电装置能源分配不合理，且安装复杂、不方便的问题。
[0004]
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种供电装置，包括多个端口、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第一电压转换单元和第二电压转换单元，其中，
[0005]
所述端口，用于输入或输出电压信号；
[0006]
所述第一电压转换单元和第二电压转换单元，均用于进行电压信号的转换；
[0007]
所述第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元依次串联连接，所述第一电压转换单元和第二电压转换单元串联连接后与第二开关单元并联连接；
[0008]
所述第一开关单元和第三开关单元的另一端分别对应与一端口连接，所述第一电压转换单元和第二电压转换单元的连接节点与另一端口连接。
[0009]
本实用新型的更进一步优选方案是：所述第一开关单元/第二开关单元/第三开关单元包括半导体开关器件、继电器中的至少一种。
[0010]
本实用新型的更进一步优选方案是：所述第一开关单元/第三开关单元包括与第二开关单元串联连接的第一mos管，所述第一mos管的一端与一端口连接。
[0011]
本实用新型的更进一步优选方案是：所述第二开关单元包括第二mos管和第三mos管，所述第二mos管和第三mos管串联后一端连接至第一开关单元，另一端连接至第三开关单元。
[0012]
本实用新型的更进一步优选方案是：所述第一电压转换单元/第二电压转换单元包括全桥变换电路、buck电路、boost电路和flyback电路中的一种。
[0013]
本实用新型的更进一步优选方案是：所述第一电压转换单元/第二电压转换单元为全桥变换电路，所述全桥变换电路包括第四mos管、第五mos管、第六mos管、第七mos管、第一电感、第一电容和第二电容，所述第四mos管与第五mos管串联后与第一电容并联，且设于第一开关单元与地端之间，所述第六mos管与第七mos管串联后与第二电容并联，且设于一端口与地端之间，所述第一电感的一端连接至第四mos管与第五mos管的连接节点，另一端
连接至第六mos管与第七mos管的连接节点。
[0014]
本实用新型的更进一步优选方案是：所述第一电压转换单元/第二电压转换单元为降压电路，所述降压电路包括第八mos管、第二电感、第三电容和第四电容，所述第八mos管与第二电感串联后设于第一开关单元与一端口之间，所述第三电容的一端连接至第八mos管与第一开关单元的连接节点，另一端接地，所述第四电容的一端连接至第二电感与端口的连接节点，另一端接地。
[0015]
本实用新型的更进一步优选方案是：所述降压电路还包括二极管，所述二极管的负极连接至第八mos管与第二电感的连接节点，正极接地。
[0016]
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种供电系统，包括控制单元和上述任一所述的供电装置，所述控制单元分别与供电装置的第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第一电压转换单元和第二电压转换单元连接，控制第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元的导通或断开，并控制第一电压转换单元和第二电压转换单元对从一端口输入的电压信号进行转换后从另一端口输出。
[0017]
本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，通过将第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元依次串联连接，第一电压转换单元和第二电压转换单元串联连接后与第二开关单元并联连接，形成具有多个端口的拓扑结构，多个能源设备能对应一端口输入电压信号，传输至另一端口输出，为外部蓄电装置或用电设备供电，无需对应不同的能源设备布置多个充电器，安装方便，降低成本，且能通过第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的导通或断开合理分配能源。
附图说明
[0018]
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
[0019]
图1是本实用新型的供电装置的结构框图；
[0020]
图2是本实用新型的供电装置(第二开关单元处于断开状态)的等效示意图；
[0021]
图3是本实用新型的供电装置(第一开关单元处于断开状态)的等效示意图；
[0022]
图4是本实用新型的供电装置(第三开关单元处于断开状态)的等效示意图；
[0023]
图5是本实用新型的供电装置(第一电压转换单元和第二电压转换单元均处于停止工作状态)的等效示意图；
[0024]
图6是本实用新型的供电装置(各单元均处于正常工作状态)的等效示意图
[0025]
图7是本实用新型的供电装置实施例一的电路示意图；
[0026]
图8是本实用新型的供电装置实施例二的电路示意图。
具体实施方式
[0027]
现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。
[0028]
如图1所示，本实用新型提供一种供电装置的优选实施例。
[0029]
参考图1，所述供电装置包括多个端口100、第一开关单元200、第二开关单元300、第三开关单元400、第一电压转换单元500和第二电压转换单元600。其中，所述端口100用于输入或输出电压信号；所述第一电压转换单元500和第二电压转换单元600均用于进行电压信号的转换；所述第一开关单元200、第二开关单元300和第三开关单元400依次串联连接，
所述第一电压转换单元500和第二电压转换单元600串联连接后与第二开关单元300并联连接；所述第一开关单元200和第三开关单元400的另一端分别对应与一端口100连接，所述第一电压转换单元500和第二电压转换单元600的连接节点与另一端口100连接。第一开关单元200、第二开关单元300、第三开关单元400、第一电压转换单元500和第二电压转换单元600通过上述方式连接形成拓扑结构，多个能源设备能对应一端口100输入电压信号，传输至另一端口100输出，为外部蓄电装置或用电设备供电，无需对应不同的能源设备布置多个充电器，安装方便，降低成本，且能通过第一开关单元200、第二开关单元300和第三开关单元400的导通或断开合理分配能源。
[0030]
其中，端口100能作为输入或输出使用，作为输入使用时，连接外部提供电压信号的能源设备，如通信基站电源系统中的太阳能设备、柴油机、风能发电设备等，能源设备提供的电压信号，从端口100输入至该供电装置；作为输出使用时，端口100可以连接至蓄电装置或用电设备，如房车中车载电池、车载发电机、蓄电池等，电压信号从该端口100输出至蓄电装置或用电设备。第一电压转换单元500和第二电压转换单元600的作用是转变所输入的电压信号的电压电流特性，如可以是将高电压信号转换为低电压信号，或由交流电压信号转换为直流电压信号等。
[0031]
如图2至图4所示，具体使用时，可将与第一开关单元200连接的端口100定义为第一端口101，与第三开关单元400连接的端口100定义为第二端口102，与第一电压转换单元500和第二电压转换单元600的连接节点连接的端口100定义为第三端口103。参考图2，第一开关单元200和第三开关单元400均导通，第二开关单元300断开的情况下，能使用两能源设备分别通过第一端口101和第二端口102输入电压信号，由第一电压转换单元500和第二电压转换单元600进行电压信号的转换后，经第三端口103输出为外部蓄电装置或用电设备供电，或者，电压信号从第三端口103输入，由第一电压转换单元500和第二电压转换单元600进行电压信号的转换后，经第一端口101和第二端口102输出；参考图3，在第一开关单元200断开，第二开关单元300和第三开关单元400均导通时，能使用一能源设备经第二端口102输入电压信号，由第一电压转换单元500和第二电压转换单元600进行电压信号的转换后，经第三端口103输出为外部蓄电装置或用电设备供电，也可从第三端口103输入电压信号，从第二端口102输出为外部蓄电装置或用电设备供电；参考图4，在第三开关单元400断开，第一开关单元200和第二开关单元300均导通时，能使用一能源设备经第一端口101输入电压信号，由第一电压转换单元500和第二电压转换单元600进行电压信号的转换后，经第三端口103输出为外部蓄电装置或用电设备供电，也可从第三端口103输入电压信号，由第一电压转换单元500和第二电压转换单元600进行电压信号的转换后，从第一端口101输出为外部蓄电装置或用电设备供电；参考图5，在第一开关单元200、第二开关单元300和第三开关单元400均导通的情况下，控制第一电压转换单元500和第二电压转换单元600处于停止工作的状态，能使用一能源设备经第一端口101输入电压信号，经第二端口102输出为外部蓄电装置或用电设备供电，也可以从第二端口102输入电压信号，经第一端口101输出为外部蓄电装置或用电设备供电；参考图6，在第一开关单元200、第二开关单元300和第三开关单元400均导通，且第一电压转换单元500和第二电压转换单元600均正常工作的情况下，能使用两能源设备分别从第一端口101和第二端口102输入电压信号，由第一电压转换单元500和第二电压转换单元600进行电压信号的转换后，经第三端口103输出，或者，电压信号从第
三端口103输入，由第一电压转换单元500和第二电压转换单元600进行电压信号的转换后，从第一端口101和第二端口102输出。操作人员可根据能源设备的使用情况通过第一开关单元200、第二开关单元300和第三开关单元400的导通或断开，进行能源的合理分配，充分利用能源设备。
[0032]
进一步地，所述第一开关单元200包括半导体开关器件、继电器中的至少一种，所述第二开关单元300包括半导体开关器件、继电器中的至少一种，所述第三开关单元400包括半导体开关器件、继电器中的至少一种。半导体开关器件可采用三极管、mos管等。当第一开关单元200、第二开关单元300和第三开关单元400为半导体开关器件或继电器时，通过控制半导体开关器件或继电器的导通或断开来控制端口100对应输入的电压信号的传输路径，实现能源的合理分配。当第一开关单元200、第二开关单元300和第三开关单元400包括半导体开关器件和继电器时，半导体开关器件或继电器能相互作为备用器件，在另一者失效时能切换使用。第一开关单元200、第二开关单元300和第三开关单元400均可以由两个或两个以上的半导体开关器件或继电器串联或并联组成。
[0033]
在一实施例中，参考图8，所述第一开关单元200/第三开关单元400包括与第二开关单元300串联连接的第一mos管，其中，在第一开关单元200中，第一mos管为mos管q1，在第三开关单元400中，第一mos管为mos管q2。所述第二开关单元300包括第二mos管q3和第三mos管q4，所述第二mos管q3和第三mos管q4串联后一端连接至第一开关单元200，另一端连接至第三开关单元400。
[0034]
具体地，mos管q1的源极与端口100连接，漏极与第二mos管q3的漏极连接；第二mos管q3的源极与第三mos管q4的源极连接；第三mos管q4的漏极与mos管q2的漏极连接，mos管q2的源极与另一端口100连接；mos管q1、mos管q2、第二mos管q3和第三mos管q4的栅极均与外部控制单元连接，外部控制单元控制mos管q1、mos管q2、第二mos管q3和第三mos管q4处于导通或截止状态，从而选择不同端口100作为输入，传输至另一端口100输出，合理选择不同端口100对应的能源设备作为能源的输入，为蓄电装置或用电设备供电，合理分配并充分利用能源。
[0035]
本实施例中，所述第一电压转换单元500包括全桥变换电路、buck电路、boost电路和flyback电路中的一种，所述第二电压转换单元600包括全桥变换电路、buck电路、boost电路和flyback电路中的一种。其中，buck电路为降压直流变换电路，boost电路为升压直流变换电路，flyback电路是单端反激式dc-dc变换电路。电压信号在buck电路、boost电路和flyback电路中，只能单向传输，在全桥变换电路中，电压信号能进行双向传输，即能从其输入端传输至输出端，也能从其输出端传输至输入端。
[0036]
一实施例中，参考图7，所述第一电压转换单元500为全桥变换电路，所述全桥变换电路包括第四mos管q5、第五mos管q6、第六mos管q7、第七mos管q8、第一电感l1、第一电容c1和第二电容c2，所述第四mos管q5与第五mos管q6串联后与第一电容c1并联，且设于第一开关单元200与地端之间，所述第六mos管q7与第七mos管q8串联后与第二电容c2并联，且设于一端口100与地端之间，所述第一电感l1的一端连接至第四mos管q5与第五mos管q6的连接节点，另一端连接至第六mos管q7与第七mos管q8的连接节点。
[0037]
具体地，在第一电压转换单元500中，第四mos管q5的漏极连接至第一开关单元200与第二开关单元300的连接节点，源极与第五mos管q6的漏极连接，第五mos管q6的源极接
地；第六mos管q7的漏极与一端口100连接，源极与第七mos管q8的漏极连接，第七mos管q8的源极接地；第四mos管q5、第五mos管q6、第六mos管q7和第七mos管q8的栅极均连接至外部控制单元，由外部控制单元控制这几个mos管的工作状态。该全桥变换电路的的工作原理为：由外部控制单元输出pwm信号至第四mos管q5和第七mos管q8，并控制关断第五mos管q6和第六mos管q7，使得能量从第一电容c1传输至第二电容c2，并由与第二电容c2连接的端口100输出；或者，由外部控制单元输出pwm信号至第五mos管q6和第六mos管q7，并控制关断第四mos管q5和第七mos管q8，使得能量从第二电容c2传输至第一电容c1，并由与第一电容c1连接的端口100输出。其中，外部控制单元通过控制pwm信号的占空比来控制调整最终由第一电容c1或第二电容c2输出能量对应的电压的大小。
[0038]
第二电压转换单元600为全桥变换电路的结构组成与上述第一电压转换单元500中全桥变换电路的结构组成及工作原理相同，在此不做赘述。
[0039]
另外，在该实施例中，第一开关单元200、第二开关单元300和第三开关单元400采用继电器(k1，k2，k3)，通过控制继电器(k1，k2，k3)的导通或关断，可选择不同的端口100作为能源的输入。
[0040]
另一实施例中，参考图8，所述第一电压转换单元500为降压电路，所述降压电路包括第八mos管q9、第二电感l2、第三电容c3和第四电容c4，所述第八mos管q9与第二电感l2串联后设于第一开关单元200与一端口100之间，所述第三电容c3的一端连接至第八mos管q9与第一开关单元200的连接节点，另一端接地，所述第四电容c4的一端连接至第二电感l2与端口100的连接节点，另一端接地。
[0041]
进一步地，所述降压电路还包括二极管d1，所述二极管d1的负极连接至第八mos管q9与第二电感l2的连接节点，正极接地。
[0042]
具体地，第八mos管q9的漏极连接至第一开关单元200与第二开关单元300的连接节点，源极与第二电感l2的一端连接，栅极与外部控制单元连接；二极管d1的负极连接至第八mos管q9的源极与第二电感l2的连接节点，正极接地；第三电容c3和第四电容c4的负极均接地，第三电容c3的正极连接至第一开关单元200与第二开关单元300的连接节点，第四电容c4的正极连接至第二电感l2的另一端。该降压电路的工作原理为：外部控制单元输出pwm信号至第八mos管q9，第八mos管q9导通时，给第二电感l2充电，电流上升，第八mos管q9截止时，第二电感l2的能量通过二极管d1续流，电流下降，在这过程中，能量由第三电容c3传输至第四电容c4，并由与第四电容c4连接的端口100输出。二极管d1起续流作用，防止电压电流突变对第八mos管q9造成损坏。操作人员可通过控制pwm信号的占空比，调节最终端口100输出的电压大小。
[0043]
该实施例中的第二电压转换单元600为降压电路的结构组成与第一电压转换单元500中降压电路的结构组成相同，且工作原理相同，在此不作赘述。
[0044]
本实用新型还提供一种供电系统的优选实施例。
[0045]
所述供电系统包括控制单元和如上述所述的供电装置，所述控制单元分别与供电装置的第一开关单元200、第二开关单元300、第三开关单元400、第一电压转换单元500和第二电压转换单元600连接，控制第一开关单元200、第二开关单元300、第三开关单元400的导通或断开，并控制第一电压转换单元500和第二电压转换单元600对从一端口100输入的电压信号进行转换后从另一端口100输出。基于上述所述的供电装置，第一开关单元200、第二
开关单元300、第三开关单元400、第一电压转换单元500和第二电压转换单元600通过上述方式连接形成拓扑结构，多个能源设备能对应一端口100输入电压信号，传输至另一端口100输出，为外部蓄电装置或用电设备供电，无需对应不同的能源设备布置多个充电器，安装方便，降低成本，且能通过第一开关单元200、第二开关单元300和第三开关单元400的导通或断开合理分配能源。
[0046]
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。