CN103532226A - 基于超级电容器储能的电力操作电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超级电容器储能的电力操作电源，包括隔离降压型整流模块、BUCK型DC-DC斩波调压模块、BUCK型DC-DC恒流充电模块、二极管和储能介质，所述隔离降压型整流模块的直流输出端分别与BUCK型DC-DC斩波调压模块和BUCK型DC-DC恒流充电模块的输入端并联，所述BUCK型DC-DC恒流充电模块的输出端与储能介质并联，所述储能介质的高压输出端与二极管串联后再与BUCK型DC-DC斩波调压模块的高压输入端并联。本发明采用自动选通输出二极管可以自动选择交流供电还是储能介质供电，无需输入220/110V交流电状态或者输出直流24V状态的检测环节，实时性和可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及操作电源供电系统技术领域，具体为一种基于超级电容器储能的电力操作电源。
背景技术
目前，传统的高压永磁真空开关柜和环网柜中操作控制箱的供电基准电源，当外接PT输入交流电有效时，均通过一路单向AC-DC模块将输入的220/110V交流电整流为24V直流电，作为控制器和执行机构的输入基准电压。同时，操作控制箱中都备有12V/24V免维护电池作为储能介质，并能通过另一路单向AC-DC模块给储能电池恒流充电。当检测到220/110V交流电失效时，储能电池立即通过单向DC-DC模块输出24V直流电，从而解决了开关柜和环网柜在线路停电状态下的操作电源供电问题，上述方案称之为方案一。还有一种供电方案，这里称之为方案二，相比方案一，最大的不同点在于储能电池通过双向DC-DC模块与输出直流24V端口相连。当输入220/110V交流电有效时，通过一路单向AC-DC模块输出24V直流电，同时通过双向DC-DC模块给储能电池恒流充电；当检测到220/110V交流电失效时，储能电池立即通过双向DC-DC模块输出24V直流电。该方案同样可以解决开关柜和环网柜在线路停电状态下的操作电源供电问题。
虽然上述两种供电方案设计均能实现操作电源的不间断供电能力，但仍然存在以下技术问题：1、方案一中，采用单向AC-DC模块给储能电池恒流充电时，其输入交流电压和储能电池充电终止电压之间的压差较大，通常在15-20倍左右，造成充电电路结构设计相对复杂，可靠性降低；2、方案二中，采用双向DC-DC模块后，储能电池充电终止电压和输出直流24V之间的压差较小，且比方案一少用一个AC-DC恒流充电模块，但双向DC-DC模块存在恒流充电和斩波调压两种工作模式的切换，使得控制电路设计相对复杂，稳定性和可靠性下降。另外，当输入220/110V交流电有效时，通过单向AC-DC模块输出24V直流电的同时，还通过双向DC-DC模块给储能电池恒流充电，这样会造成单向AC-DC模块的设计功率较大，降低工作效率。3、两种方案都需要通过检测输入220/110V交流电的状态或者输出直流24V的状态来判断输入交流供电是否失效，以决定是否启动储能电池供电，因而实时性较差。而且一旦检测失效会造成供电中断，也使得可靠性降低。4、两种方案采用免维护电池作为储能介质，其使用寿命低且需要经常更换，使得实际的维护费用和工作量大增。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足之处，而提供一种结构简单、安全性高且使用寿命长的基于超级电容器储能的电力操作电源。
本发明的目的是通过如下措施来达到的：基于超级电容器储能的电力操作电源，包括隔离降压型整流模块、BUCK型DC-DC斩波调压模块、BUCK型DC-DC恒流充电模块、二极管和储能介质，所述隔离降压型整流模块的直流输出端分别与BUCK型DC-DC斩波调压模块和BUCK型DC-DC恒流充电模块的输入端并联，所述BUCK型DC-DC恒流充电模块的输出端与储能介质并联，所述储能介质的高压输出端与二极管串联后再与BUCK型DC-DC斩波调压模块的高压输入端并联。
进一步、所述二极管为自动选通输出二极管。
更进一步、所述储能介质为超级电容器。
本发明具有以下有益效果：其一，本发明采用隔离降压型整流模块，可灵活选取整流输出中间环节直流电压，且能有效防止雷电等过电压的侵入；其二，BUCK型DC-DC斩波调压模块和BUCK型DC-DC恒流充电模块电路结构简单且类型完全一致，便于电路设计和控制且成本低；其三，自动选通输出二极管可以自动选择交流供电还是储能介质供电，无需输入220/110V交流电状态或者输出直流24V状态的检测环节，实时性和可靠性高；其四，采用超级电容器作为储能介质，因其使用寿命长，可以实现真正意义上的免维护。
附图说明
图1为背景技术中现有的方案一的结构示意图。
图2为背景技术中现有的方案二的结构示意图。
图3为本发明结构示意图。
图中1.隔离降压型整流模块，2.BUCK型DC-DC斩波调压模块，3.BUCK型DC-DC恒流充电模块，4.二极管，5.储能介质。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
参阅附图3可知：本发明基于超级电容器储能的电力操作电源，包括隔离降压型整流模块1、BUCK型DC-DC斩波调压模块2、BUCK型DC-DC恒流充电模块3、二极管4和储能介质5，所述隔离降压型整流模块1的直流输出端分别与BUCK型DC-DC斩波调压模块2和BUCK型DC-DC恒流充电模块3的输入端并联，所述BUCK型DC-DC恒流充电模块3的输出端与储能介质5并联，所述储能介质5的高压输出端与二极管4串联后再与BUCK型DC-DC斩波调压模块2的高压输入端并联。所述二极管4为自动选通输出二极管，所述储能介质5为超级电容器。
正常供电时，220/110V交流电通过隔离降压型整流模块1整流输出中间环节直流电压在50V-60V之间，再通过BUCK型DC-DC斩波调压模块2输出24V直流电；同时通过BUCK型DC-DC恒流充电模块3给超级电容器5充电，充电终止电压为直流48V，略低于中间环节直流电压。当220/110V交流电失效时，一旦中间环节直流电压低于超级电容器5充电终止电压，超级电容器5由自动选通输出二极管4选通输出，并通过BUCK型DC-DC斩波调压模块2输出24V直流电。当220/110V交流电恢复时，一旦中间环节直流电压高于超级电容器5放电剩余电压，超级电容器5由自动选通输出二极管4选通截止，并通过BUCK型DC-DC斩波调压模块2输出24V直流电，同时BUCK型DC-DC恒流充电模块3给超级电容器5充电。所述的发明方案可以解决开关柜和环网柜在线路停电状态下操作电源的不间断供电问题。
相比较已有的技术方案，本电力操作电源通过隔离降压型整流模块1，将整流输出中间环节直流电压设计在合理区间，较好匹配了与储能介质5充电终止电压以及输出24V之间的电压差，提高了可靠性；采用BUCK型DC-DC斩波调压模块2和BUCK型DC-DC恒流充电模块3，电路结构简单且类型完全一致，降低了电路设计和控制难度；自动选通输出二极管4可以自动选择交流供电还是储能介质5供电，无需输入220/110V交流电状态或者输出直流24V状态的检测环节，提高了实时性和可靠性；采用超级电容器作为储能介质5，因其使用寿命长，可以实现真正意义上的免维护。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
其它未说明的部分均为现有技术。
Claims (3)
1.一种基于超级电容器储能的电力操作电源，其特征在于：包括隔离降压型整流模块（1）、BUCK型DC-DC斩波调压模块（2）、BUCK型DC-DC恒流充电模块（3）、二极管（4）和储能介质（5），所述隔离降压型整流模块（1）的直流输出端分别与BUCK型DC-DC斩波调压模块（2）和BUCK型DC-DC恒流充电模块（3）的输入端并联，所述BUCK型DC-DC恒流充电模块（3）的输出端与储能介质（5）并联，所述储能介质（5）的高压输出端与二极管（4）串联后再与BUCK型DC-DC斩波调压模块（2）的高压输入端并联。
2.根据权利要求1所述的基于超级电容器储能的电力操作电源，其特征在于所述二极管（4）为自动选通输出二极管。
3.根据权利要求1或2所述的基于超级电容器储能的电力操作电源，其特征在于所述储能介质（5）为超级电容器。
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