[发明专利]具有长保电时间的电源

说明书

技术领域

本发明一般地涉及一种具有长保电时间的电源。更具体地，涉及一种基于非同步、非隔离的回扫降压（fly-buck）电路结构的具有长保电时间的电源。

背景技术

在工业控制系统中，可编程控制器（PLC）通常通过控制继电器的接通/断开操作来完成工业控制动作。由于继电器自身存在最低工作电压的限制，因此为了保证继电器的正确操作，对向包含可编程控制器（PLC）和继电器等的工业控制系统供电的DCDC电源要求在电源关断时具备一定的保电能力，使电源的输出电压能维持一段时间。这里一般涉及2个保电维持时间的要求：

1.当输入电压中断10ms（或其他规定时间）时，输出24V电压不能跌落到继电器工作电压（一般17V）以下、输出5V不能有波动。

2.当输入电压关断时，输出5V需要维持一段时间（一般需要维持50到200ms）。

这就使得电源电路中需要有足够的储能元件来实现以上两项保电维持时间的要求。电容器是常见的储能元件，但如果在电源输入口放置满足上述储能需要的电容器，则所需电容器的电容值很大，电容器的体积也很大，这一方面会造成电源启动时冲击电流过大，对为电源提供能量的前级供电电源增加了容量要求，同时也增加了电源自身的体积和成本要求。

而且，由于受到继电器最低工作电压限制，如果使用同一端口电容器来实现上述两项保电维持时间要求，则为使两项要求都能满足，非隔离DCDC变换的电容量需要按二者需求的最大选，这会造成浪费。

例如：当输入电压中断10mS时，输出24V电压允许从20V开始跌落到17V，如果电源功率25W，选用的电容量满足0.5*C*（20²-17²）=25W*10ms，则电容量C=4500uF。

当输入关断时，从输出电压跌落到17V开始，到5V开始下降，这段时间要满足要求。如果这段时间要求为60ms，5V输出功率为2W（此时24V输出为0），24V转5V的DCDC变换的最低工作电压为7V，选用的电容量满足0.5*C*（17²-7²）=2W*60ms,则电容量C=1000uF。

为同时满足上述两项保电维持时间要求，电容器的容量必须按大的选，即选择电容量C=4500uF。

图1是工业控制系统中常用的具有长保电时间的电源的基本结构图。

在图1中，来自外部源的输入电压24V经由24V-24V降压型DCDC变换器1输出稳定的24V直流电压。来自外部源的输入电压24V经由24V-5V降压型DCDC变换器2输出稳定的5V直流电压。在输入端口处有多个并联在输入电压和地之间的电容器C1、...、Cn，形成满足长保电时间要求的电容量。图1的电源结构简单，但是启动冲击电流大，体积也大，耗费空间成本。

图2是工业控制系统中常用的具有长保电时间的电源的另一种基本结构图。

在图2中，采用的是两级电路法。其中来自外部源的输入电压24V经由24V-24V隔离或非隔离回扫型DCDC变换器1输出稳定的24V直流电压（前级电路）。DCDC变换器1的输出电压24V经由24V-5V降压型DCDC变换器2输出稳定的5V直流电压（后级电路）。在DCDC变换器1输入端口有接地的电容器C1，在DCDC变换器1的输出端口处有接地的电容器C2，电容器C1、C2具有满足长保电时间要求的电容量。第一项保电时间要求由电容1完成，第二项保电时间要求由电容2完成。图2的电源能有效利用电容量，减小输入口电容量；但是功率经过两级转换，效率低。

图3是工业控制系统中常用的具有长保电时间的电源的第三种基本结构图。

图3所示的电路是施耐德电器工业公司的专利（专利号201220549312.4）的典型应用，采用的是旁路升降压法。其中来自外部源的输入电压24V经由二极管D1后输入到24V-24V降压型DCDC变换器1以输出稳定的24V直流电压。来自外部源的输入电压24V经由二极管D1后输入到24V-5V降压型DCDC变换器2以输出稳定的5V直流电压。在D1的两端并联一旁路支路。该旁路支路包括串联连接的24V-36V升压型DCDC变换器3以及36V-24V降压型DCDC变换器4。在变换器3和变换器4的连接点上有接地的电容器C1，电容器C1具有满足长保电时间要求的电容量。