[发明专利]一种直流母线电压可调节的铁路信号电源模块的供电方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种应用于铁路领域，为铁路信号设备提供能量供应的电源设备，具体的说是电源供电的方法。

背景技术

按照铁标规定，直流输出开关电源模块的输人电源断电至直流输出电压下降到稳压精度下限值(0.97乘以额定输出电压)的时间不少于0.1秒。即要求电源模块具备一定的持续供电能力，当电源模块所在的电源系统的两路市电输入发生切换时，模块输出电压跌落不超过额定输出电压的3％。

这样的技术指标要求电源模块在输入断电期间具备足够的能量储备，但是这会导致电源模块的成本显著上升。

现有技术对比技术方案一：

如图1所示，电源系统输入的两路市电电压Vin1和Vin2经过两路切换开关K选择一路输入作为UPS的交流输入电压Vin给UPS供电；UPS具备蓄电池组作为备用能源；UPS的交流输出电压作为开关电源模块的交流输入电压Vin’给开关电源模块供电；开关电源模块的直流输出电压Vout给负载供电。

正常情况下，电源系统以市电电压Vin1给整个系统供电；当Vin1发生异常时，需要两路切换开关动作K，切换到市电电压Vin2给整个系统供电。

当两路切换开关K切换动作期间，可能会发生Vin瞬间断电，UPS转为蓄电池供电，UPS的输出电压VIn’不受影响，UPS的持续供电能力保证开关电源模块持续正常工作，开关电源模块的输出电压Vout不受影响，从而达到持续供电能力的技术指标，负载持续正常工作。

当两路切换开关K切换完成后，市电电压Vin2给整个系统供电，UPS重新转为市电供电。

该技术的缺点

尽管本技术方案完全能够达到上述持续供电能力的要求，但是有如下缺点：

(1)、由于UPS本身也是一种复杂的电子产品，当其串联到供电回路中时，从可靠性预计模型的观点上看，是一种串联结构，会导致整个供电回路的可靠性指标MTBF显著下降；

(2)、由于UPS的价格(含蓄电池组价格)较电源模块本身更高，最导致整个解决方案的成本显著上升，同时现场安装调试及后期维护的工作量也显著增加。

现有技术对比技术方案二：

如图2所示，电源系统输入的两路市电电压Vin1和Vin2经过两路切换开关K选择一路输入作为开关电源模块的交流输入电压Vin给开关电源模块供电；开关电源模块的直流输出电压Vout给负载供电，同时给蓄电池组供电。

正常情况下，电源系统以市电电压Vin1给整个系统供电；当Vin1发生异常时，需要两路切换开关动作K，切换到市电电压Vin2给整个系统供电。

当两路切换开关K切换动作期间，可能会发生Vin瞬间断电，开关电源模块由于不具备持续供电能力，输出电压可能会出现跌落甚至停止输出，但是由于开关电源模块后面跨接的蓄电池组具备持续供电能力，开关电源模块输出电压Vout(即蓄电池组端电压)不受影响，从而达到持续供电能力的技术指标，负载持续正常工作。

当两路切换开关K切换完成后，市电电压Vin2给整个系统供电，开关电源模块输出电压恢复正常。

该技术的缺点

尽管本技术方案完全能够达到上述持续供电能力的要求，但是有如下缺点：

(1)、由于蓄电池是一种使用寿命较短的器件，尤其是对蓄电池的管理和维护不到位时，蓄电池极化、容量下降甚至损坏等问题比较严重，需要定期更换，导致整个供电方案的可靠性指标MTBF显著下降；

(2)、由于蓄电池的价格较电源模块本身更高，最导致整个解决方案的成本显著上升，同时现场安装调试及后期维护的工作量也显著增加。

现有技术对比技术方案三：

如图3所示，通常直流输出开关电源模块采取两级功率变换结构。第一级功率变换，即AC/DC单元，将交流电压Vin转换为较高的且电压恒定的直流电压Vbus，把能量存储在由电解电容组成的直流母线上；第二级功率，即DC/DC单元，变换将较高的直流电压转换为输出直流电压Vout，为负载提供能量。显然，电解电容起到了能量储备的作用，电解电容的容量越大，则储备的能量越多，当容量足够大时，其能量储备量可以达到持续供电能力的技术指标。

电源系统输入的两路市电电压Vin1和Vin2经过两路切换开关K选择一路输入作为开关电源模块的交流输入电压Vin给开关电源模块供电；开关电源模块的直流输出电压Vout给负载供电。

正常情况下，电源系统以市电电压Vin1给整个系统供电；当Vin1发生异常时，需要两路切换开关动作K，切换到市电电压Vin2给整个系统供电。