直流开关电源系统的制作方法

1.本实用新型属于直流开关电源技术领域，涉及一种电源系统，尤其涉及一种直流开关电源系统。


背景技术：

2.电力电子技术的日益发展和创新，开关电源制造技术在不断进步，它体积小、可靠性高、性价比高的优势日益突显，为拓展应用提供了广阔的发展空间，目前，直流开关电源也在dcs、plc等工业自动化控制系统的直流供电中被广泛应用。可靠的供电是自控系统可靠运行的前提，冗余供电配置进一步提高供电系统的可靠性在工程应用中已经成为共识，设计时经常采用冗余配置的直流开关电源来满足控制系统可靠性的要求，冗余配置的原则是在电源系统部分失效或故障时仍能为负载提供可靠的电源供给，冗余的直流电源供电系统，其输入侧交流电源需要来自不同的电源母线。本文下面介绍了四种常用的直流开关电源冗余配置方式及其特点和优缺点，供大家交流和探讨。
3.冗余方案一：
4.冗余方案一采用了两只直流开关电源与两只冗余模块匹配实现直流供电冗余。在直流开关电源a、b的输出端将两路输出分别直接接到冗余模块a、b的两路输入；方案如图1所示。
5.本冗余方案在其中一只直流开关电源失效或一只冗余模块失效时能够保证直流供电回路的有效工作。如果一只直流开关电源和同侧(a或b)一只冗余模块同时失效的情况下，也能保证直流供电回路的有效工作,如果一只直流开关源(a或b)与异侧(b或a)一只冗余模块同时失效的情况下，直流供电系统整体失效。该方案同侧回路允许存在两个故障点，非同侧回路只允许存在一个故障点。
6.本冗余方案中冗余模块(主流配置一般每个回路允许通过最大电流为20a，下同)输入端并联，允许通过40a电流，适用于40a及以下的直流配电系统。
7.冗余方案二：
8.冗余方案二采用了两只直流开关电源与两只冗余模块匹配实现直流供电冗余。将直流开关电源a、b的两路输出之一直接接到同侧冗余模块a、b的一路输入端，开关电源a、b输出之二刚交叉接到异侧冗余模块b、a的另一路输入端。这种直流供电冗余方案在列举的方案之中最完备；方案如图2所示。
9.本冗余方案在其中任意一只直流开关电源失效和任意一
10.只冗余模块同时失效故障的情况下，均能够保证直流供电回路的有效工作。本冗余方案由于冗余模块产品的特性，适合于20a及以下的直流电源做冗余配置。如上例所述，由于主流冗余模块产品的两路最大输出电流总和为40a，每路最大输入电流为20a，故对于40a需求的直流电源系统，此方案不适用。
11.冗余方案三：
12.冗余方案三采用了两只直流开关电源与一只冗余模块匹配实现直流供电冗余。将
直流开关电源a、b的两路输出各自并联后再分别连接到冗余模块的两路输入端，这种方案是使用冗余模块的基本配置方案，也是工业控制中通常使用的直流供电冗余方案；方案如图3所示。
13.本冗余方案在其中一只直流开关电源及冗余模块与之同侧回路失效的情况下，能够保证直流供电回路的有效工作。如果冗余模块出现部分失效(单侧)，则冗余机制将失效。当冗余模块完全失效，则直流供电回路整体失效。如上所述，本冗余直流供电方案适合于20a及以下的直流电源供电。
14.冗余方案四：
15.冗余方案四采用了两只直流开关电源直接并接的方式，这种冗余配置要求使用的两只开关电源型号规格都要相同，且要求两只直流开关电源均具有可直接并联的功能，在并接前需将两只稳压电源的输出电压值调整成一致；方案如图4所示。
16.本方案能实现直流电源的简单冗余配置，提高直流供电的可靠性。这种冗余配置，在其中一只直流开关电源失效但输出回路未出现短路的情形下，能够保证直流供电回路的有效工作。由于是直接并联使用，因此适合于各种大小电流的直流开关电源。因为未使用冗余模块或解耦二极管，所以两只直流开关电源的输出会产生相互影响。常见的问题是：若是两只稳压电源的输出电压不同且达到一定差值时，输出电压较低的一只会被输出电压高的另一只直流开关电源当成负载，电源之间相互造成消耗，轻则产生啸叫或温度异常，严重时可能导致开关电源的损毁。若无均流控制措施，当两只直流开关电源的输出电压不同时，会导致其中输出电压高的一只带绝大部分负载，而输出电压低的另一只则轻载或空载。两只开关电源输出直接并联，当其中一只送电后，两只开关电源的输出指示灯会同时点亮，如果检查不仔细的话，未送电或损坏的一只开关电源很容易被忽视，给系统供电埋下隐患。故此，本方案中的两只直流开关电源需要进行定期检查和维护，定期校准其输出电压，通常情形下需要中断供电来进行，而这种操作往往不被进行连续生产监控的控制系统所接受。
17.虽然这种冗余配置方案存在以上缺陷，但在注重经济性的前提下，该方案仍是使用较为广泛的。
18.有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的直流开关电源系统，以便克服现有直流开关电源系统存在的上述至少部分缺陷。


技术实现要素：

19.本实用新型提供一种直流开关电源系统，可消除因输出直接并联而产生的两个直流电源间互为负载而产生的电源内部耗损或短路等相互影响及干扰，确保系统稳定工作，提高系统提供的稳定性及可靠性。
20.为解决上述技术问题，根据本实用新型的一个方面，采用如下技术方案：
21.一种直流开关电源系统，所述直流开关电源系统包括：第一直流开关电源、第二直流开关电源、第三直流开关电源、第四直流开关电源、第一交流滤波器、第二交流滤波器、第三交流滤波器、第四交流滤波器、第一直流电源冗余模块及第二直流电源冗余模块；
22.所述第一直流开关电源连接第一交流滤波器，第二直流开关电源连接第二交流滤波器，第三直流开关电源连接第三交流滤波器，第四直流开关电源连接第四交流滤波器；
23.各交流滤波器用来滤除交流供电电源的高频谐波，降低对直流开关电源的冲击及
两者之间的相互干扰及影响；
24.所述第一直流电源冗余模块分别连接第一直流开关电源、第二直流开关电源，所述第二直流电源冗余模块分别连接第三直流开关电源、第四直流开关电源。
25.作为本实用新型的一种实施方式，所述第一直流电源冗余模块包括第一二极管、第二二极管；所述第一二极管的正极连接第一直流开关电源的正极，所述第二二极管的正极连接第二直流开关电源的正极；
26.所述第一二极管的负极、第二二极管的负极分别连接所述第一直流电源冗余模块的正极接口，所述第一直流电源冗余模块的正极接口连接正极电源电压；所述第一直流电源冗余模块的负极接口接地。
27.作为本实用新型的一种实施方式，所述第二直流电源冗余模块包括第三二极管、第四二极管；所述第三二极管的正极连接第三直流开关电源的正极，所述第四二极管的正极连接第四直流开关电源的正极；
28.所述第三二极管的负极、第四二极管的负极分别连接所述第二直流电源冗余模块的正极接口，所述第二直流电源冗余模块的正极接口连接正极电源电压；所述第二直流电源冗余模块的负极接口接地。
29.作为本实用新型的一种实施方式，所述第一直流开关电源、第二直流开关电源为一对冗余配置，为机柜间安全栅、继电器、温变设备等提供直流电源；所述第三直流开关电源、第四直流开关电源为一对冗余配置，为现场仪表提供直流电源。
30.本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的直流开关电源系统，可消除因输出直接并联而产生的两个直流电源间互为负载而产生的电源内部耗损或短路等相互影响及干扰，确保系统稳定工作，提高系统提供的稳定性及可靠性。
附图说明
31.图1为现有直流开关电源系统的组成示意图(冗余方案一)。
32.图2为现有直流开关电源系统的组成示意图(冗余方案二)。
33.图3为现有直流开关电源系统的组成示意图(冗余方案三)。
34.图4为现有直流开关电源系统的组成示意图(冗余方案四)。
35.图5为直流开关电源系统的组成示意图。
36.图6为本实用新型一实施例中直流开关电源系统的组成示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。
38.为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。
39.该部分的描述只针对几个典型的实施例，本实用新型并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本实用新型描述和保护的范围内。
40.说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。
41.本实用新型揭示了一种直流开关电源系统，图6为本实用新型一实施例中直流开关电源系统的组成示意图；请参阅图6，所述直流开关电源系统包括：第一直流开关电源1、第二直流开关电源2、第三直流开关电源3、第四直流开关电源4、第一交流滤波器5、第二交流滤波器6、第三交流滤波器7、第四交流滤波器8、第一直流电源冗余模块9及第二直流电源冗余模块10。
42.所述第一直流开关电源1连接第一交流滤波器5，第二直流开关电源2连接第二交流滤波器6，第三直流开关电源3连接第三交流滤波器7，第四直流开关电源4连接第四交流滤波器8。各交流滤波器用来滤除交流供电电源的高频谐波，降低对直流开关电源的冲击及两者之间的相互干扰及影响。
43.所述第一直流电源冗余模块9分别连接第一直流开关电源1、第二直流开关电源2，所述第二直流电源冗余模块10分别连接第三直流开关电源3、第四直流开关电源4。
44.如图6所示，在本实用新型的一实施例中，所述第一直流电源冗余模块9包括第一二极管d11、第二二极管d12；所述第一二极管d11的正极连接第一直流开关电源1的正极，所述第二二极管d12的正极连接第二直流开关电源2的正极。所述第一二极管d11的负极、第二二极管d12的负极分别连接所述第一直流电源冗余模块9的正极接口，所述第一直流电源冗余模块9的正极接口连接正极电源电压；所述第一直流电源冗余模块9的负极接口接地。
45.所述第二直流电源冗余模块10包括第三二极管d21、第四二极管d22；所述第三二极d21管的正极连接第三直流开关电源3的正极，所述第四二极管d22的正极连接第四直流开关电源4的正极。所述第三二极管d21的负极、第四二极管d22的负极分别连接所述第二直流电源冗余模块10的正极接口，所述第二直流电源冗余模块10的正极接口连接正极电源电压；所述第二直流电源冗余模块10的负极接口接地。
46.dcs系统直流电源配电系统的一种设计如图5所示，由dps1/dps1r，dps2/dps2r共四只20a24v直流开关电源组成。其中dps1和dps1r为一对冗余配置，为机柜间安全栅、继电器、温变等提供直流电源，dps2和dps2r为一对冗余配置，为现场仪表提供直流电源。由于系统仅设计了一路ups电源，所以四只直流开关电源均挂接在同一电源母线上。冗余配置的两只直流开关电源的输出端直接并联，跟上述第四种冗余配结构相同。由于两只直接并联工作的直流开关电源在工作中存在着相互影响，经过两年的长时间运行，在两对冗余的开关电源同时损坏时，容易造成装置停车一段时间。
47.为了增强直流电源供电系统的可靠性，根据经济适用的原则，利用停车检修的机会，在本实用新型的一种使用场景中，本实用新型对上述实施例中直流供电系统进行了相应改造。对整个交流供电系统进行双ups改造耗时长，改造成本也较高；相较而言，ups供电母线比市电可靠性更强，因此输入侧交流母线依照图5的设计未作改动，在四只直流电源的交流进线侧增加四只10a的交流滤波器(即图6中的acf1、acf1r、acf2、acf2r)用来滤除交流供电电源的高频谐波，降低对直流开关电源的冲击及两者之间的相互干扰、影响。
48.拆除紧急处理时临时换上的两只临时开关电源，统一更换成四只西门子(6ep1336-3ba10/20a)开关电源，即dps1、dps1r、dps2、dps2r，其中dps1与dps1r、dps2与dps2r两两互为冗余。在两对冗余的直流电源输出侧增加了两只20a*2(40a)西门子直流电源冗余模块(6ep1961-3ba21),即dprm1和dprm2，电源冗余模块的工作原理等效于在两路输入的24vdc直流电源中并联两只大功率二极管，如图6中dprm1、dprm2电路原理简图所示，当
模块输入侧两路直流电压高于输出侧电压约0.6v(一般硅管电压降约为0.6v,锗管电压降约为0.2v)时,回路二极管保持正向导通,正常给负载供电,当其中任意一路输入电压因某种原因降低,低于负载侧电压时,该供电回路二极管截止,由冗余的另一路电源保持对负载供电。由于二极管的反向截止保护功能,输入电压低的一路亦不会成为较高一路的负载,避免两路电源出现相互耗损或内部短路现象的发生。
49.在调试阶段，一般会对两路相互冗余的直流开关电源的输出电压逐一进行调整，尽量保持两路输入电压一致，减轻两路冗余电源的偏流现象。四只直流电源分别输出一组继电器无源干触点(触点类型为no)接到dcs控制系统，由dcs对直流电源的工作状态进行在线监控，当直流电源发生故障时，dcs系统发出报警，提醒维护人员及时维修或更换；冗余配置如图6。
50.本实施例与上述冗余方案三类似，两对冗余直流电源负荷电流均在8a左右。相较于配置的硬件设备来说都算是轻载。交流输入电源取自ups电源，且增加了滤波器，电源品质有保障。直流开关电源输出侧增加单通道负载电流20a的冗余模块，消除了因输出直接并联而产生的两个直流电源间互为负载而产生的电源内部耗损或短路等相互影响、干扰。增加了电源模块工作状态的远程在线监控功能，为及时发现故障并进行维护创造了条件，增加了直流供电系统的可靠性。本冗余配置方案完善程度虽然尚未达到上述方案二的要求，但能基本上满足装置正常使用的需求。
51.综上所述，本实用新型提出的直流开关电源系统，可消除因输出直接并联而产生的两个直流电源间互为负载而产生的电源内部耗损或短路等相互影响及干扰，确保系统稳定工作，提高系统提供的稳定性及可靠性。
52.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
53.这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。