CN119765612A - 一种安全供电回路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种安全供电回路及其控制方法；安全供电回路包括：继电器组件、整流模块、UPS模块和降压模块；继电器组件的第一输入端接收第一交流电，继电器组件的第二输入端接收第二交流电；整流模块与继电器组件连接；基于整流模块将继电器组件输出的交流电转化为直流电；基于继电器组件控制第一交流电或第二交流电输入整流模块；基于UPS模块实现直流电的稳压；UPS模块的输出端与一级用电设备连接；二级用电设备与UPS模块的输入端连接；降压模块的输入端接收高压直流电，降压模块的输出端与UPS模块的输入端连接，基于降压模块将高压直流电降低并输出至UPS模块。通过第一交流电、第二交流电和高压直流电的切换以维持重要负载的不间断供电。

Description

一种安全供电回路及其控制方法

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别涉及一种安全供电回路及其控制方法。

背景技术

随着储能系统的普及，对于储能控制器等关键设备的稳定性和可靠性提出了更高的要求；在面对极端故障时，确保这些设备能够持续工作变得尤为重要。

但传统供电系统通常依赖单一电源输入，在发生故障时无法保证所有设备的正常运行，特别是在紧急情况下，可能导致通讯中断、控制系统失效等问题。

发明内容

为解决上述问题，本申请公开了一种安全供电回路及其控制方法、通过第一交流电、第二交流电和高压直流电的切换以维持重要负载的不间断供电；同时提出了一种相应的控制方法，用以实现对不同情况下的电源管理。

本申请采用的第一个技术方案是：提供了一种安全供电回路，作用于用电设备，所述用电设备包括一级用电设备和二级用电设备，所述安全供电回路包括：

继电器组件，所述继电器组件的第一输入端接收第一交流电，所述继电器组件的第二输入端接收第二交流电；

整流模块，所述整流模块与所述继电器组件连接；基于所述整流模块将所述继电器组件输出的交流电转化为直流电；基于所述继电器组件控制所述第一交流电或所述第二交流电输入所述整流模块；

UPS模块，所述UPS模块与所述整流模块连接以接收所述直流电，基于所述UPS模块实现所述直流电的稳压；所述UPS模块的输出端与所述一级用电设备连接；所述二级用电设备与所述UPS模块的输入端连接；

降压模块，所述降压模块的输入端接收高压直流电，所述降压模块的输出端与所述UPS模块的输入端连接，基于所述降压模块将所述高压直流电降低并输出至所述UPS模块。

其中，所述继电器组件包括第一开关和第一线圈；所述第一线圈的一端接收第一交流电，所述第一线圈的另一端接地；所述第一开关的常开触点与第一交流电的输出端连接，所述第一开关的常闭触点与第二交流电的输出端连接；基于所述第一线圈是否通电控制所述第一开关的闭合触点，进而控制所述继电器组件输出所述第一交流电或所述第二交流电。

其中，所述UPS模块包括第二开关和电池；基于所述第二开关调节所述电池的充放电状态；若所述UPS模块的输入端有电流输入，则所述电池充电；若所述UPS模块的输入端无电流输入，则所述电池放电至所述一级用电设备。

其中，所述安全供电回路还包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的正极端与所述整流模块的输出端连接，所述第一二极管的负极端与所述UPS模块的输入端连接；所述第二二极管的正极端与所述降压模块的输出端连接，所述第二二极管的负极端与所述UPS模块的输入端连接。

其中，所述降压模块的输入端接有限流电阻，基于所述限流电阻降低流入所述降压模块的高压直流电。

其中，所述安全供电回路还包括第一保护开关、第二保护开关、第三保护开关和第四保护开关；所述第一保护开关一端与所述继电器组件连接，所述第一保护开关另一端与所述整流模块连接；所述第二保护开关一端接收高压直流电，所述第二保护开关另一端与所述限流电阻连接；所述第三保护开关一端与所述第一二极管的负极端和所述第二二极管的负极端连接，所述第三保护开关的另一端与所述UPS模块连接；所述第四保护开关一端与所述电池连接，所述第四保护开关另一端与所述一级用电设备连接。

本申请采用的第二个技术方案是，提供了一种控制方法，应用于如上任一项所述的安全供电回路，第一交流电输入安全供电回路的步骤如下：

第一交流电流向第一线圈，第一开关由常闭触点切换至常开触点；

第一交流电经过继电器模块输入整流模块，整流模块将交流电转化为直流电；

直流电输入UPS模块进而为一级用电设备供电，直流电直接输入二级用电设备。

其中，仅第二交流电输入安全供电回路的步骤如下：

第二交流电流向继电器模块，第一开关保持常闭触点；

第二交流电经过继电器模块输入整流模块，整流模块将交流电转化为直流电；

直流电输入UPS模块进而为一级用电设备供电，直流电直接输入二级用电设备。

其中，仅高压直流电输入安全供电回路的步骤如下：

高压直流电流向降压模块，降压模块降低高压直流电；

直流电输入UPS模块进而为一级用电设备供电，直流电直接输入二级用电设备。

其中，无输入电输入安全供电回路的步骤如下：

电池通过第二开关向一级用电设备供电，二级用电设备无电流输入。

本申请的有益效果：区别于现有技术，本申请公开了一种安全供电回路及其控制方法；安全供电回路包括：继电器组件、整流模块、UPS模块和降压模块；继电器组件的第一输入端接收第一交流电，继电器组件的第二输入端接收第二交流电；整流模块与继电器组件连接；基于整流模块将继电器组件输出的交流电转化为直流电；基于继电器组件控制第一交流电或第二交流电输入整流模块；基于UPS模块实现直流电的稳压；UPS模块的输出端与一级用电设备连接；二级用电设备与UPS模块的输入端连接；降压模块的输入端接收高压直流电，降压模块的输出端与UPS模块的输入端连接，基于降压模块将高压直流电降低并输出至UPS模块。通过第一交流电、第二交流电和高压直流电的切换以维持重要负载的不间断供电。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

其中：

图1为本申请提供的安全供电回路一实施例的框架示意图；

图2为本申请提供的安全供电回路一实施例的结构示意图；

图3为本申请提供的第一交流电输入安全供电回路一实施例的流程示意图；

图4为本申请提供的仅第二交流电输入安全供电回路一实施例的流程示意图；

图5为本申请提供的仅高压直流电输入安全供电回路一实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请提供了一种安全供电回路及其控制方法；安全供电回路作用于用电设备，用电设备包括一级用电设备和二级用电设备，如图1所示，图1为本申请提供的安全供电回路一实施例的框架示意图，安全供电回路10包括继电器组件11、整流模块12、UPS模块13和降压模块14；

继电器组件11的第一输入端接收第一交流电，继电器组件11的第二输入端接收第二交流电；例如交流电为市电(AC220V)，第二交流电为消防备电(AC220V)；继电器组件11内部包含一个电磁线圈，当有电流通过时会产生磁场，驱动机械开关动作；在本实施例中，第一交流电输入，继电器开关由常闭触点切换至常开触点；在其他实施例中，第一交流电输入，继电器开关由常开触点可切换至常闭触点，对此不做任何限定。

整流模块12与继电器组件11连接；基于整流模块12将继电器组件11输出的交流电转化为直流电；基于继电器组件11控制第一交流电或第二交流电输入整流模块12；整流模块12通常由桥式整流器组成，能够将交流电转换为直流电；例如全波整流或半波整流等；在本实施例中，整流模块12输出25V直流电。

当市电(第一交流电)正常输入时，继电器组件11中的线圈通电，使常开触点闭合，常闭触点断开，市电通过公共端进入整流模块12；进入整流模块12的交流电转换为直流电；若市电中断，继电器组件11自动切换到消防备电(第二交流电)。此时，常开触点断开，常闭触点闭合，消防备电成为新的输入源，继续通过整流模块12转换为直流电。

继电器组件11与整流模块12的配合使用，实现了双电源冗余设计，显著提高了系统的容错能力和可靠性。即使某一路电源出现故障，另一路电源也能及时接管，避免了因单一电源失效而导致的停机风险。

UPS模块13(不间断电源模块)与整流模块12连接以接收直流电，基于UPS模块13实现直流电的稳压；UPS模块13的输出端与一级用电设备15连接；二级用电设备16与UPS模块13的输入端连接；当有市电或消防备电时，整流模块12将交流电转换为直流电，并通过UPS模块13进行稳压处理后输出给一级用电设备15。此时，如果二级用电设备16也有直流电需求，可直接从UPS模块13的输入端获取电力；在本实施例中，UPS模块13将25V直流电转化为24V直流电输出。

通过稳压功能，UPS模块13能够消除输入电压的波动，为敏感的一级用电设备15提供纯净的电源环境，减少了因电压不稳引起的硬件损坏风险。

降压模块14的输入端接收高压直流电，降压模块14的输出端与UPS模块13的输入端连接，基于降压模块14将高压直流电降低并输出至UPS模块13；来自其他储能装置或直流电源系统的高压直流电(例如，48V、72V或更高电压)，这些电源可能是太阳能板、风力发电机、备用电池组等；降压模块14可选用开关式降压转换器或线性降压稳压器，对此不做任何限定；在本实施例中，降压模块14输出24V直流电。

通过引入高压直流电作为备用电源，降压模块14为系统提供了更多的电力选择，增强了供电系统的灵活性和适应性。无论是太阳能、风能还是其他形式的可再生能源，都可以通过降压模块14整合到现有的供电体系中，实现多能源互补；降压模块14的存在增加了供电冗余度，即使市电和消防备电都不可用，高压直流电仍然可以通过降压模块14为系统提供支持，确保关键设备的持续运行。这种多层保护机制显著提高了整个供电系统的可靠性和容错能力。

综上所述，本实施例的安全供电回路包括：继电器组件11、整流模块12、UPS模块13和降压模块14；继电器组件11的第一输入端接收第一交流电，继电器组件11的第二输入端接收第二交流电；整流模块12与继电器组件11连接；基于整流模块12将继电器组件11输出的交流电转化为直流电；基于继电器组件11控制第一交流电或第二交流电输入整流模块12；基于UPS模块13实现直流电的稳压；UPS模块13的输出端与一级用电设备15连接；二级用电设备16与UPS模块13的输入端连接；降压模块14的输入端接收高压直流电，降压模块14的输出端与UPS模块13的输入端连接，基于降压模块14将高压直流电降低并输出至UPS模块13。通过第一交流电、第二交流电和高压直流电的切换以维持重要负载的不间断供电。

在一实施例中，继电器组件11包括第一开关和第一线圈，如图2所示，图2为本申请提供的安全供电回路一实施例的结构示意图；

第一线圈的一端接收第一交流电，第一线圈的另一端接地；即第一开关的一端连接到第一交流电，另一端接地。当有电流通过线圈时，会产生磁场，驱动继电器的第一开关动作。

第一开关的常开触点与第一交流电的输出端连接，第一开关的常闭触点与第二交流电的输出端连接；第一开关的公共端与整流模块12连接，由常开或常闭触点控制是否与输入电源接通；基于第一线圈是否通电控制第一开关的闭合触点，进而控制继电器组件11输出第一交流电或第二交流电，下面详细描述继电器模块在不同输入状态的工作原理：

第一交流电输入即第一线圈通电，第一开关由常闭触点切换至常开触点，第一交流电经过常开触点和第一开关的公共端流向整流模块12，整流模块12接收第一交流电。

第二交流电输入即第一线圈不通电，第一开关保持常闭触点闭合，第二交流电经过常闭触点和第一开关的公共端流向整流模块12，整流模块12接收第二交流电。

优先选择效率更高的市电作为主要电源，只有在必要时才启用备用电源，有助于节约能源，降低运营成本。此外，高效的继电器切换机制还可以减少能量损失，提升整体系统的能效比。

在一实施例中，UPS模块13包括第二开关和电池；基于第二开关调节电池的充放电状态；当UPS模块13的输入端有电流输入时，电池处于充电状态，对电池进行安全充电；当UPS模块13的输入端无电流输入时，电池切换到放电状态，通过第二开关向一级用电设备15提供电力。

若UPS模块13的输入端有电流输入，则电池充电；若UPS模块13的输入端无电流输入，则电池放电至一级用电设备15。UPS模块13实时监测输入端是否有电流输入；若检测到输入端有电流输入(例如来自整流模块12或降压模块14的直流电)，则进入充电模式；若输入端无电流输入(例如市电和备用电源都失效)，UPS模块13立即进入放电模式，通过电池向一级用电设备15供电；当外部电源恢复(例如市电重新接通)，UPS模块13再次检测到输入端有电流输入，UPS模块13继续将输入的直流电稳压后输出给一级用电设备15，恢复到正常工作状态。

通过内置电池和智能充放电控制，UPS模块13能够在外部电源中断时迅速切换到电池供电模式，确保一级用电设备15的不间断运行，避免因突然断电导致的数据丢失、系统崩溃等问题。

在一实施例中，安全供电回路10还包括第一二极管D1和第二二极管D2；第一二极管D1的正极端与整流模块12的输出端连接，第一二极管D1的负极端与UPS模块13的输入端连接；第二二极管D2的正极端与降压模块14的输出端连接，第二二极管D2的负极端与UPS模块13的输入端连接。

当有市电或消防备电时，整流模块12将交流电转换为直流电，并通过第一二极管D1传输给UPS模块13。此时，如果降压模块14也提供直流电，但由于优先级较低，电流不会通过第二二极管D2流入UPS模块13，因为第一二极管D1已经提供了足够的电力。

如果市电和消防备电都中断，整流模块12无法提供直流电，第一二极管D1会阻止反向电流流动。此时，降压模块14提供的直流电可以通过第二二极管D2传输给UPS模块13，为用电设备供电。

当所有外部电源都失效时，UPS模块13内部的电池会接管供电任务。此时，二极管可以防止电池电流反向流入整流模块12或降压模块14，保护这些模块免受损坏。

需要明确的是，供电优先级为第一交流电＞第二交流电＞高压直流电＞电池供电。

在一实施例中，降压模块14的输入端接有限流电阻R1，基于限流电阻R1降低流入降压模块14的高压直流电；限流电阻R1用于限制流入降压模块14的电流，防止因电流过大导致降压模块14或其他电路元件损坏；限流电阻R1减少了因电流波动或瞬态高电流引起的故障风险，增强了整个供电系统的稳定性和可靠性。即使在极端条件下，如电源短路或过载，限流电阻R1也能有效保护电路，确保系统的持续运行。

在一实施例中，安全供电回路10还包括第一保护开关、第二保护开关、第三保护开关和第四保护开关。

第一保护开关一端与继电器组件11连接，第一保护开关另一端与整流模块12连接；第一保护开关用于保护整流模块12免受来自继电器组件11的异常电流或电压冲击。

第二保护开关一端接收高压直流电，第二保护开关另一端与限流电阻连接；第二保护开关用于保护限流电阻R1和降压模块14免受高压直流电源的异常情况(如过压、短路等)影响。

第三保护开关一端与第一二极管的负极端和第二二极管的负极端连接，第三保护开关的另一端与UPS模块13连接；第三保护开关用于保护UPS模块13免受来自整流模块12和降压模块14的异常电流或电压冲击。

第四保护开关一端与电池连接，第四保护开关另一端通过第二开关与一级用电设备15连接；第四保护开关用于保护电池和一级用电设备15免受异常情况(如过放电、短路等)的影响。

保护开关的存在显著增强了整个供电系统的容错能力。即使某一部分出现故障，保护开关可以迅速隔离故障区域，避免故障扩散，确保其他部分继续正常工作；通过及时切断异常电流路径，保护开关可以防止关键设备(如整流模块12、降压模块14、UPS模块13、电池等)因过载或过热而损坏，延长了设备的使用寿命。

本申请还提供了一种控制方法，应用于如上任一实施例所述的安全供电回路，如图3所示，图3为本申请提供的第一交流电输入安全供电回路一实施例的流程示意图，包括如下步骤：

S11：第一交流电流向第一线圈，第一开关由常闭触点切换至常开触点。

S12：第一交流电经过继电器模块输入整流模块12，整流模块12将交流电转化为直流电。

S13：直流电输入UPS模块13进而为一级用电设备15供电，直流电直接输入二级用电设备16。

如图4所示，图4为本申请提供的仅第二交流电输入安全供电回路一实施例的流程示意图，包括如下步骤：

S21：第二交流电流向继电器模块，第一开关保持常闭触点。

S22：第二交流电经过继电器模块输入整流模块12，整流模块12将交流电转化为直流电。

S23：直流电输入UPS模块13进而为一级用电设备15供电，直流电直接输入二级用电设备16。

如图5所示，图5为本申请提供的仅高压直流电输入安全供电回路一实施例的流程示意图，包括如下步骤：

S31：高压直流电流向降压模块14，降压模块14降低高压直流电。

S32：直流电输入UPS模块13进而为一级用电设备15供电，直流电直接输入二级用电设备16。

在一实施例中，无输入电输入安全供电回路10的步骤如下：

电池通过第二开关向一级用电设备15供电，二级用电设备16无电流输入。

在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的方法以及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本申请各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种安全供电回路，作用于用电设备，所述用电设备包括一级用电设备和二级用电设备，其特征在于，所述安全供电回路包括：

继电器组件，所述继电器组件的第一输入端接收第一交流电，所述继电器组件的第二输入端接收第二交流电；

整流模块，所述整流模块与所述继电器组件连接；基于所述整流模块将所述继电器组件输出的交流电转化为直流电；基于所述继电器组件控制所述第一交流电或所述第二交流电输入所述整流模块；

UPS模块，所述UPS模块与所述整流模块连接以接收所述直流电，基于所述UPS模块实现所述直流电的稳压；所述UPS模块的输出端与所述一级用电设备连接；所述二级用电设备与所述UPS模块的输入端连接；

降压模块，所述降压模块的输入端接收高压直流电，所述降压模块的输出端与所述UPS模块的输入端连接，基于所述降压模块将所述高压直流电降低并输出至所述UPS模块。

2.根据权利要求1所述的安全供电回路，其特征在于，所述继电器组件包括第一开关和第一线圈；所述第一线圈的一端接收第一交流电，所述第一线圈的另一端接地；所述第一开关的常开触点与第一交流电的输出端连接，所述第一开关的常闭触点与第二交流电的输出端连接；基于所述第一线圈是否通电控制所述第一开关的闭合触点，进而控制所述继电器组件输出所述第一交流电或所述第二交流电。

3.根据权利要求2所述的安全供电回路，其特征在于，所述UPS模块包括第二开关和电池；基于所述第二开关调节所述电池的充放电状态；若所述UPS模块的输入端有电流输入，则所述电池充电；若所述UPS模块的输入端无电流输入，则所述电池放电至所述一级用电设备。

4.根据权利要求3所述的安全供电回路，其特征在于，所述安全供电回路还包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的正极端与所述整流模块的输出端连接，所述第一二极管的负极端与所述UPS模块的输入端连接；所述第二二极管的正极端与所述降压模块的输出端连接，所述第二二极管的负极端与所述UPS模块的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的安全供电回路，其特征在于，所述降压模块的输入端接有限流电阻，基于所述限流电阻降低流入所述降压模块的高压直流电。

6.根据权利要求5所述的安全供电回路，其特征在于，所述安全供电回路还包括第一保护开关、第二保护开关、第三保护开关和第四保护开关；所述第一保护开关一端与所述继电器组件连接，所述第一保护开关另一端与所述整流模块连接；所述第二保护开关一端接收高压直流电，所述第二保护开关另一端与所述限流电阻连接；所述第三保护开关一端与所述第一二极管的负极端和所述第二二极管的负极端连接，所述第三保护开关的另一端与所述UPS模块连接；所述第四保护开关一端与所述电池连接，所述第四保护开关另一端与所述一级用电设备连接。

7.一种控制方法，应用于如权利要求1-6任一项所述的安全供电回路，其特征在于，第一交流电输入安全供电回路的步骤如下：

第一交流电流向第一线圈，第一开关由常闭触点切换至常开触点；

第一交流电经过继电器模块输入整流模块，整流模块将交流电转化为直流电；

直流电输入UPS模块进而为一级用电设备供电，直流电直接输入二级用电设备。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，仅第二交流电输入安全供电回路的步骤如下：

第二交流电流向继电器模块，第一开关保持常闭触点；

第二交流电经过继电器模块输入整流模块，整流模块将交流电转化为直流电；

直流电输入UPS模块进而为一级用电设备供电，直流电直接输入二级用电设备。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，仅高压直流电输入安全供电回路的步骤如下：

高压直流电流向降压模块，降压模块降低高压直流电；

直流电输入UPS模块进而为一级用电设备供电，直流电直接输入二级用电设备。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，无输入电输入安全供电回路的步骤如下：

电池通过第二开关向一级用电设备供电，二级用电设备无电流输入。