專(zhuān)利名稱(chēng)：一種繼電保護(hù)裝置的分布式供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種全新的繼電保護(hù)裝置供電系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各種繼電保護(hù)裝置，也可拓展為電力系統(tǒng)領(lǐng)域其他設(shè)備類(lèi)型的供電方案。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置中，目前均采用集中供電的方式；即采用一個(gè)獨(dú)立的電源插件(或模塊)，將外部48￥0(、11(^0(、22(^0(甚至交流電等轉(zhuǎn)換為裝置內(nèi)部使用的5￥、 土 12 (15) V和24V，再通過(guò)背板總線(xiàn)或電源線(xiàn)將這些輸出電源引致各個(gè)功能插件(模塊) 上使用。在各個(gè)功能插件上，只有使用上述幾個(gè)電壓等級(jí)之外的電源時(shí)，比如3. 3V，才采用 DC/DC模塊轉(zhuǎn)換的模式?，F(xiàn)行的集中供電方式，存在以下技術(shù)問(wèn)題I.電源的輸出路數(shù)和電壓等級(jí)多，各路輸出電壓之間需要隔離，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，電源的總體可靠性下降。2.電源的輸出路數(shù)多，內(nèi)部的固有功率損耗居高不下，電源插件部位熱量集中，工作溫升高。3.電源的輸出電壓路數(shù)多、電壓等級(jí)多、設(shè)計(jì)復(fù)用性差、定制開(kāi)發(fā)頻率高，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。4.電源的各輸出電壓之間需要有時(shí)序配合，否則在電源上下電和外部故障時(shí)容易造成保護(hù)裝置誤出口。5.各功能插件之間電源部分直接相連，當(dāng)某個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，有可能導(dǎo)致所有插件工作異常，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致裝置工作異常，甚至誤動(dòng)作。比如雙CPU插件時(shí)，模擬回路的供電系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題，則雙插件的采樣部分都會(huì)受到影響，采樣異常。6.隨著裝置功能的增多，特別是智能站中要求的光纖通信接口數(shù)量非常大，對(duì)裝置5V數(shù)字部分電源功率的要求越來(lái)越高，峰值功率有的已經(jīng)超過(guò)50W。這樣超過(guò)IOA的電流要在背板電源總線(xiàn)上進(jìn)行傳輸，電源總線(xiàn)上的電壓降和接觸電阻影響不得不考慮，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率低下；7.由于電源輸出路數(shù)較多，部分回路的電源功率較大，電源部分所占背板總線(xiàn)針數(shù)較多，影響裝置整體設(shè)計(jì)，同時(shí)易受干擾。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決集中式供電方式存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種繼電保護(hù)裝置分布式供電系統(tǒng)，本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案一種繼電保護(hù)裝置分布式供電系統(tǒng)；其特征在于所述分布式供電系統(tǒng)安裝在繼電保護(hù)裝置內(nèi)部，該分布式供電系統(tǒng)包括初級(jí)電源模塊、電源總線(xiàn)，繼電保護(hù)裝置內(nèi)部各個(gè)功能插件中的電源轉(zhuǎn)換模塊；
所述初級(jí)電源模塊輸入端外接外部電源，其內(nèi)部設(shè)計(jì)了兩路相互隔離的電源輸出，所述兩路相互隔離的電源輸出均為24VDC;其中，第一路輸出引入到電源總線(xiàn)，用于繼電保護(hù)裝置內(nèi)部各功能插件的供電；第二路輸出引入到繼電保護(hù)裝置外部接口連接器，通過(guò)連接外部接口連接器將第二路輸出用于繼電保護(hù)裝置外部低壓開(kāi)入回路的供電；繼電保護(hù)裝置內(nèi)部各個(gè)功能插件中的電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接至所述電源總線(xiàn)，所述電源轉(zhuǎn)換模塊采用隔離型或非隔離型的電源芯片，將24VDC電源轉(zhuǎn)換為相應(yīng)功能插件所需的電壓等級(jí)，包括5V、±12V、3. 3V、2. 5V、1.8V等。本發(fā)明將輸出電壓減少為2路24VDC，取消了原來(lái)的5V和±12V ;相比原來(lái)的集中式供電方式，具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)I.內(nèi)部功能插件統(tǒng)一使用24V供電，解決了原5V、24V間的時(shí)序配合問(wèn)題；2.各功能插件均由獨(dú)立的電源芯片供電，可有效避免某一插件的異常故障擴(kuò)大到其他功能插件。3.在輸出相同功率的情況下，24VDC輸出的電流只有原5V輸出時(shí)供電電流的1/5 左右，不僅降低了電源插件的固有功耗、提高了初級(jí)電源的效率、降低初級(jí)電源模塊的設(shè)計(jì)溫升，而且有效的解決了背部總線(xiàn)壓降、接觸電阻等問(wèn)題，還為系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)省了連接器資源。所述初級(jí)電源模塊的輸入可以是直流電壓，如DC220V、DC110V或DC48V等，也可以是交流輸入。設(shè)計(jì)時(shí)，兩路電源輸出可以共用I套開(kāi)關(guān)變換和電壓輸出回路；也可由2套完全獨(dú)立的回路分別實(shí)現(xiàn)。在開(kāi)關(guān)電源模塊內(nèi)部，輸入電壓經(jīng)過(guò)EMI濾波、整流、開(kāi)關(guān)變換、變壓器隔離降壓、整流濾波等環(huán)節(jié)，借助控制回路的反饋控制而得到所需要輸出電壓。所述初級(jí)電源模塊的第一路輸出(24VDC)用作保護(hù)裝置內(nèi)部的供電電源，通過(guò)電源總線(xiàn)、板間橋接或電源線(xiàn)等方式輸送到各功能插件(模塊)單元。所述電源總線(xiàn)用于將初級(jí)電源模塊輸出的內(nèi)部24VDC引入到各個(gè)功能插件(模塊)，電源總線(xiàn)可以是背板電源總線(xiàn)、插件(模塊)板間橋接、電源線(xiàn)等連接器方式中的一種或多種，繼電保護(hù)裝置中使用最多的是背板電源總線(xiàn)的方式。繼電保護(hù)裝置中，初級(jí)電源模塊通過(guò)接口連接器將內(nèi)部使用的I路24VDC電源輸送到裝置的背板電源總線(xiàn)，各功能插件 (模塊)從電源總線(xiàn)上獲取24VDC，并將該電壓引入到功能插件(模塊)內(nèi)部。所述電源轉(zhuǎn)換模塊，可以是隔離型的DC/DC，也可以是非隔離型的電源器件，這類(lèi)電壓模塊均已很成熟，具有通行性好、電源轉(zhuǎn)換效率高、模塊小型化、采購(gòu)周期短等優(yōu)勢(shì)，借助合適的模塊，可以分別在各功能插件(模塊)內(nèi)部靈活的將24VDC轉(zhuǎn)換為所需電壓等級(jí)， 如5V、±12V、3. 3V、2. 5V、1.8V等。由于電源轉(zhuǎn)換是在各功能插件上分別實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)功耗的均衡分布，合理的解決了集中式供電中熱量集中的缺陷。采用這種分布式供電系統(tǒng)，可以有效解決集中式供電存在的問(wèn)題，降低了電源的設(shè)計(jì)難度、縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高了電源產(chǎn)品的可靠性和設(shè)計(jì)復(fù)用性。


圖I為本發(fā)明用于繼電保護(hù)裝置的分布式供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明初級(jí)電源模塊的原理框圖I ;圖3為本發(fā)明初級(jí)電源模塊的原理框圖2 ；
圖4為本發(fā)明各功能模塊的供電示意框圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明公開(kāi)了一種繼電保護(hù)裝置分布式供電系統(tǒng)，該供電系統(tǒng)包括初級(jí)電源模塊、電源總線(xiàn)、電源轉(zhuǎn)換模塊，系統(tǒng)構(gòu)成如圖I所示。所述初級(jí)電源模塊實(shí)現(xiàn)將外部的輸入電壓轉(zhuǎn)換為裝置內(nèi)部所需的供電電源；為了提高電源轉(zhuǎn)換效率，將初級(jí)電源模塊設(shè)計(jì)為開(kāi)關(guān)型，其輸入電壓可以是DC220V、DCl 10V、 DC48V等直流電壓，也可以是交流電壓。該模塊的輸入端外接外部電源，內(nèi)部設(shè)計(jì)了兩路相互隔離的電源輸出，兩路電源輸出均為24VDC;其中，第一路輸出引入到電源總線(xiàn)，通過(guò)電源總線(xiàn)輸出到各功能插件(模塊)，用于繼電保護(hù)裝置內(nèi)部各功能插件的供電；第二路輸出引入到繼電保護(hù)裝置外部接口連接器，通過(guò)外部接口連接器將第二路輸出用于繼電保護(hù)裝置外部低壓開(kāi)入回路的供電，如壓板開(kāi)入、對(duì)時(shí)開(kāi)入等。所述電源總線(xiàn)用于將初級(jí)電源模塊提供的第一路24VDC電源輸出到各個(gè)功能插件(模塊)，可以采用背板電源總線(xiàn)、插件(模件)板間橋接、電源連接器導(dǎo)線(xiàn)等多種實(shí)現(xiàn)方式，本發(fā)明以繼電保護(hù)裝置中最常用的背板電源總線(xiàn)方式進(jìn)行敘述，其他連接方式與此方式原理相同，僅實(shí)現(xiàn)方式有所區(qū)別。繼電保護(hù)裝置中，初級(jí)電源模塊、各功能插件均通過(guò)接口連接器安裝到裝置背板，接口連接器可以是歐式連接器、高速連接器或者其他類(lèi)型的連接器。所述電源總線(xiàn)將包括初級(jí)電源模塊在內(nèi)的各插件相互連接，初級(jí)電源模塊將內(nèi)部使用的I路24VDC電源輸送到裝置的背板電源總線(xiàn)后，各功能插件(模塊)從電源總線(xiàn)上獲取24VDC，并將該電壓引入到功能插件(模塊)內(nèi)部。繼電保護(hù)裝置內(nèi)部的各個(gè)功能插件通過(guò)各自接口連接器從電源總線(xiàn)獲取24VDC 電源后，在插件內(nèi)部通過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊將24VDC電源轉(zhuǎn)換為所需的電壓等級(jí)，如5V、±12V、 3. 3V、2. 5V、1.8V等；根據(jù)設(shè)計(jì)需求的不同，所用電源轉(zhuǎn)換模塊可以是隔離型的DC/DC，也可以是非隔離型的電源器件，如LDO等；上述這些電源轉(zhuǎn)換模塊均有十分成熟的產(chǎn)品選用。初級(jí)電源模塊是分布式供電系統(tǒng)的核心，裝置所需的各級(jí)電源均由其直接或間接提供。設(shè)計(jì)時(shí)可以采用兩種不同的電源結(jié)構(gòu)兩路電源輸出共用I套開(kāi)關(guān)變換和電壓輸出回路，如圖2 ;由2套完全獨(dú)立的回路分別實(shí)現(xiàn)，如圖3。圖3所述的電源結(jié)構(gòu)，其電源特性更好，但設(shè)計(jì)成本也更高，設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需求、成本因素確定采取哪種方案。以下僅對(duì)圖3的電源結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。圖3所述的該電源結(jié)構(gòu)中，2路24V分別由獨(dú)立的開(kāi)關(guān)變換、電壓輸出回路各自輸出，由于輸出回路獨(dú)立，兩路24V之間會(huì)具備良好的隔離特性，相互之間不會(huì)受到負(fù)載變化的影響，輸出電壓的穩(wěn)定度會(huì)很好。初級(jí)電源模塊主要由輸入電路、開(kāi)關(guān)變換電路、控制電路、輸出電路、保護(hù)回路等構(gòu)成。輸入電路可分為EMI濾波回路、整流回路，主要由濾波電感、抑制電容、保護(hù)器件、 整流器件等組成，用于實(shí)現(xiàn)電源的EMI濾波、電壓整流等功能。輸入回路對(duì)輸入的直流或交流電壓進(jìn)行濾波、整流處理，使其成為比較干凈、理想的直流電壓，抑制由外部引入的各類(lèi)電壓擾動(dòng)，保護(hù)后級(jí)的回路器件不受損傷。
變換電路包括開(kāi)關(guān)回路、隔離變壓回路，由開(kāi)關(guān)功率管、儲(chǔ)能電感、隔離變壓器等器件組成，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)斬波、隔離變壓、電源儲(chǔ)能等功能；在控制回路的反饋控制下，開(kāi)關(guān)功率管將直流電壓斬波成方波脈沖后，方波電壓通過(guò)儲(chǔ)能電感、隔離變壓器傳遞到輸出回路。控制回路主要由脈沖調(diào)制器、采樣器、比較器、基準(zhǔn)電壓源等構(gòu)成，是開(kāi)關(guān)電源的核心控制部分，實(shí)現(xiàn)方波電壓的脈寬調(diào)制、輸出電壓的輸出控制等功能；采樣器對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣監(jiān)視并將該采樣信號(hào)反饋給比較器，比較器將獲得的采樣信號(hào)與提供精確基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行比較后產(chǎn)生誤差信號(hào)，脈沖調(diào)制器根據(jù)該誤差信號(hào)對(duì)變換回路產(chǎn)生的方波脈沖進(jìn)行調(diào)制，并實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的控制。輸出電路分為整流回路、濾波回路，主要由整流二極管、濾波電容等器件組成，實(shí)現(xiàn)電源的整流、濾波等功能；整流二極管把輸出電壓整流成方波脈沖后，濾波電容將該方波電壓平滑成低紋波直流電壓。所述電源轉(zhuǎn)換模塊的工作原理圖在圖4中進(jìn)行了描述。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，可以選用隔離型的DC/DC電源模塊或其他非隔離型的電源器件。在各個(gè)功能插件單元內(nèi)部，根據(jù)所需的工作電壓要求，分別通過(guò)DC24V轉(zhuǎn)土 12V (15V)、DC24V轉(zhuǎn)5V兩種電壓隔離型DC/DC模塊，將24VDC轉(zhuǎn)換為±12V(15V)和5VDC ; ± 12V (15V)用作模擬電源使用，5V用作5V器件的工作電源。同時(shí)，通過(guò)LDO芯片，還可以將5V轉(zhuǎn)換為所需的3. 3V、2. 5V、1. 8V或其他電壓等級(jí)。由于各功能插件分別由不同的電源轉(zhuǎn)換模塊供電，相互間的供電系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的， 當(dāng)某個(gè)插件工作異常時(shí)，不會(huì)影響其他插件的正常工作。
權(quán)利要求
1.一種繼電保護(hù)裝置分布式供電系統(tǒng)；其特征在于所述分布式供電系統(tǒng)安裝在繼電保護(hù)裝置內(nèi)部，該分布式供電系統(tǒng)包括初級(jí)電源模塊、電源總線(xiàn)，以及繼電保護(hù)裝置內(nèi)部各個(gè)功能插件中的電源轉(zhuǎn)換模塊；所述初級(jí)電源模塊輸入端外接外部電源，其內(nèi)部設(shè)計(jì)了兩路相互隔離的電源輸出，所述兩路相互隔離的電源輸出均為24VDC ;其中，第一路輸出引入到電源總線(xiàn)，用于繼電保護(hù)裝置內(nèi)部各功能插件的供電；第二路輸出引入到繼電保護(hù)裝置外部接口連接器，通過(guò)連接外部接口連接器將第二路輸出用于繼電保護(hù)裝置外部低壓開(kāi)入回路的供電；繼電保護(hù)裝置內(nèi)部各個(gè)功能插件中的電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接至所述電源總線(xiàn)，所述電源轉(zhuǎn)換模塊采用隔離型或非隔離型的電源芯片，將24VDC電源轉(zhuǎn)換為相應(yīng)功能插件所需的電壓等級(jí)，所述電壓等級(jí)包括5V、±12V、3. 3V、2. 5V、1.8V等。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的繼電保護(hù)裝置分布式供電系統(tǒng)，其特征在于所述電源總線(xiàn)采用背板電源總線(xiàn)、插件板間橋接或電源連接器導(dǎo)線(xiàn)的方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的繼電保護(hù)裝置分布式供電系統(tǒng)，其特征在于所述初級(jí)電源模塊設(shè)計(jì)為開(kāi)關(guān)型電源，其輸入端外接的外部電源可以是直流電壓，也可以是交流電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的繼電保護(hù)裝置分布式供電系統(tǒng)，其特征在于所述兩路相互隔離的電源輸出共用I套開(kāi)關(guān)變換和電壓輸出回路，或者所述兩路相互隔離的電源輸出通過(guò)2套完全獨(dú)立的回路分別實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的繼電保護(hù)裝置分布式供電系統(tǒng)，其特征在于初級(jí)電源模塊的主體包括順次連接的輸入電路、變換電路、輸出電路和控制回路；其中所述輸入電路包括順次連接的濾波回路和整流回路，實(shí)現(xiàn)電源的EMI濾波、整流；變換電路包括順次連接的開(kāi)關(guān)回路、隔離變壓回路，實(shí)現(xiàn)直流電源的開(kāi)關(guān)斬波、隔離變壓；輸出電路包括順次連接的整流回路、濾波回路，實(shí)現(xiàn)電源輸出的整流、濾波功能，把輸出電壓整流、濾波成低紋波直流電壓；控制電路主要由脈沖調(diào)制器、采樣器、比較器、基準(zhǔn)電壓源等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)電壓的脈寬調(diào)制、輸出控制功能。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種繼電保護(hù)裝置的分布式供電系統(tǒng)。所述供電系統(tǒng)中，初級(jí)電源模塊設(shè)計(jì)了兩路相互隔離的24VDC電壓輸出，一路輸出用于內(nèi)部供電，一路輸出用于外部供電。用于內(nèi)部供電的一路電壓通過(guò)電源總線(xiàn)輸出到各功能插件(模塊)，而后由二級(jí)電源轉(zhuǎn)換模塊將內(nèi)部24VDC轉(zhuǎn)換為功能模塊所需的電壓等級(jí)。本發(fā)明有效的解決了集中式供電電源存在的一些問(wèn)題，不僅簡(jiǎn)化了初級(jí)電源模塊的設(shè)計(jì)難度、提高了電源的可靠性和設(shè)計(jì)復(fù)用性，而且節(jié)省了繼電保護(hù)裝置的背板資源，縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。
文檔編號(hào)H02H1/06GK102593784SQ20121005421
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者張濤, 徐剛, 暴立勇 申請(qǐng)人:北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司