電源管理系統的制作方法

本實用新型涉及電源轉換裝置領域，尤其涉及一種電源管理系統。

背景技術：

隨著科技進步和環保意識提高，大規模地開發利用可再生能源，大力鼓勵可再生能源進入能源市場，已成為世界各國政府的共識。然而，綠色能源成為家庭能源消費主流依然存在許多問題，其中之一就是如何實現電源電壓轉換。圖1所示為現有技術的電源電壓轉換裝置的示意圖，現有技術中往往通過逆變器1將家用綠色能源設備(可再生能源)產生的低壓直流電(光伏發電等)或低壓交流電(風力發電等)轉換成高壓交流電，再通過總線向傳統家電設備或智能家居設備供電。其中當對智能家居設備供電時，由于智能家居設備本身大多是使用低壓直流電的，因此目前的方案還需要把逆變器1輸出的高壓交流電再次轉變成低壓直流電。

然而，使用上述電源轉換方法卻存在以下問題：一方面，由于光伏發電或太陽能發電等綠色能源受自然條件約束，往往無法形成穩定的電源，這會造成需要不間斷電力供應的家電設備無法有效發揮作用，并且加速家電設備老化或發生誤動作，影響設備使用壽命甚至燒毀配件。另一方面，還存在能源損失的問題。具體地，目前綠色能源產生的大多是12V～36V 不等的低壓電，由于傳統家電無法直接使用這類能源，當通過變壓器把低壓電升壓然后再使用勢必造成能源損失。此外，光伏發電產生的是直流電，而傳統家電大多是交流輸入的，把直流電逆變成交流電然后再向家電供電也造成能源損失。對于越來越多的智能家居產品而言其本身就是使用低壓直流電的，根據目前的方案把低壓直流電逆變成高壓交流電，然后又通過電源轉換裝置變成低壓直流電，這個過程中不但造成能源損失，也使產品成本上升。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種高效的電源管理系統。

本實用新型是通過以下技術方案實現的：

一種電源管理系統，用于對多個外部輸入電源進行轉換并同時對多個類型的負載供電，其特征在于，所述電源管理系統包括電源監測模塊、電源主控模塊、開關模塊、電源轉換模塊和輔助電源模塊；所述外部輸入電源選自高壓AC電源和低壓電源中的一種或多種，所述低壓電源為低壓AC電源和/或低壓DC電源，所述負載的類型包括高壓交流負載和低壓直流負載；其中，所述電源監測模塊用于判斷所述外部輸入電源的種類和供電狀況；所述開關模塊用于導通或關斷所述外部輸入電源向所述負載供電的供電路徑；所述電源主控模塊與所述電源監測模塊相連，當所述電源監測模塊判斷至少一個所述外部輸入電源供電狀況為正常時，所述電源主控模塊發出第一控制信號至所述開關模塊以導通供電狀況正常的所述外部輸入電源對每一所述負載供電的供電路徑；當所述電源監測模塊判斷供電狀況為正常的外部輸入電源不包括高壓AC電源時，所述電源主控模塊發出第二控制信號至所述輔助電源模塊使其向每一所述負載供電；所述電源轉換模塊包括AC/DC轉換單元，DC/DC轉換單元和DC/AC轉換單元，用于在每一所述外部輸入電源和每一所述負載之間形成所述供電路徑并將供電狀況正常的所述外部輸入電源轉換為相應的高壓交流電源和低壓直流電源以分別對所述高壓交流負載和低壓直流負載供電。

優選的，所述低壓電源為低壓AC電源，所述AC/DC轉換單元的輸入端通過所述開關模塊與所述高壓AC電源和低壓AC電源相連；所述DC/DC轉換單元的輸入端與所述AC/DC 轉換單元的輸出端和所述低壓直流負載相連、輸出端與所述低壓直流負載相連；所述DC/AC 轉換單元的輸入端與所述DC/DC轉換單元的輸出端相連、輸出端與所述高壓交流負載相連。

優選的，所述低壓電源為低壓DC電源，所述AC/DC轉換單元的輸入端通過所述開關模塊與所述高壓AC電源相連；所述DC/DC轉換單元的輸入端與所述AC/DC轉換單元的輸出端和所述低壓DC電源相連、輸出端和所述低壓直流負載相連；所述DC/AC轉換單元的輸入端與所述DC/DC轉換單元的輸出端相連、輸出端和所述高壓交流負載相連。

優選的，所述低壓電源為低壓AC電源和低壓DC電源，所述AC/DC轉換單元的輸入端通過所述開關模塊與所述高壓AC電源和低壓AC電源相連；所述DC/DC轉換單元的輸入端和所述AC/DC轉換單元的輸出端及所述低壓DC電源相連、輸出端和所述低壓直流負載相連；所述DC/AC轉換單元的輸入端與所述DC/DC轉換單元的輸出端相連、輸出端與所述高壓交流負載相連。

優選的，所述電源轉換模塊還包括電源治理單元，連接于所述AC/DC轉換單元和所述高壓AC電源之間，用于對高壓AC電源進行穩壓和濾波。

優選的，所述輔助電源模塊包括充放電管理單元和儲電單元；所述儲電單元與所述DC/DC 轉換單元相連；所述充放電管理單元與所述電源主控；模塊和所述儲電單元相連，用于響應所述第二控制信號所述儲電單元放電以對每一所述負載供電。

優選的，當所述電源監控模塊判斷所述高壓AC電源供電狀況為正常時，所述電源主控模塊發送第三控制信號至所述充放電管理單元，使其控制所述儲電單元接收所述DC/DC轉換單元充電。

本實用新型的有益效果在于，通過電源管理系統實現了通過不同輸入電源為不同類型的家電設備供電。對于外部輸入電源來自高壓市電、低壓交流電(風能)或低壓直流電(太陽能)的情況，均可通過電源轉換模塊將不同的外部輸入電源轉換為普通家電所需的高壓交流電或智能家電設備所需的低壓直流電。此外本實用新型的電源管理系統還配備了輔助電源模塊，至少在高壓市電斷電時保持對家電設備的正常供電，防止由于供電不穩定而造成的設備無法工作，以及設備使用壽命降低的問題。此外，本電源管理系統的結構緊湊、成本不高，十分適合發展中國家使用。

附圖說明

圖1是現有技術中電源電壓轉換裝置的示意圖；

圖2是本實用新型一實施例的電源管理系統的方塊圖；

圖3是本實用新型一實施例的控制電力供應的方法的流程示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本實用新型的內容作進一步說明。當然本實用新型并不局限于該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本實用新型的保護范圍內。

圖2為本實用新型的一種電源管理系統的方塊圖，電源管理系統2用于對多個外部輸入電源進行轉換并同時對多個類型的負載供電。其中，外部輸入電源1包括高壓AC電源11和低壓電源。高壓AC電源例如為市電，低壓電源可以是單獨的低壓AC電源(如家用風力發電設備產生的電源)，單獨的低壓DC電源(如家用光伏發電設備產生的電源)，或低壓AC 電源和低壓DC電源。本實施例中，以低壓電源包括低壓AC電源12和低壓DC電源13為例加以說明。負載的類型包括高壓交流負載31(如傳統的家電設備)和低壓直流負載32(如智能家居設備)。

如圖所示，電源管理系統2包括電源監測模塊21、電源主控模塊22、開關模塊23、電源轉換模塊24和輔助電源模塊25。

電源監測模塊21用于判斷外部輸入電源的種類和供電狀況，具體地，電源監測模塊21 通過檢測外部輸入電源是高壓電還是低壓電、是交流電還是直流電來判斷外部輸入電源的種類，通過檢測外部輸入電源電壓是否在電源工作范圍內，檢測是否斷電來判斷外部輸入電源的供電狀況。在本實用新型的一實施例中，電源監測模塊21可以通過純硬件的電路設計實現，例如采用比較器。開關模塊23設置于外部輸入電源1和負載2之間，用于導通或關斷外部輸入電源1向負載3供電的供電路徑。電源主控模塊22與電源監測模塊21相連，是電源管理系統的核心模塊，根據電源監測模塊21的判斷結果進行負載供電控制。電源主控模塊可以是例如單片機、微處理器等。具體來說，當電源監測模塊21判斷至少有一個外部輸入電源供電狀況為正常時，電源主控模塊22會發出第一控制信號至開關模塊23以導通供電狀況正常的外部輸入電源對每一個負載供電的供電路徑；當電源監測模塊21判斷供電狀況為正常的外部輸入電源不包括高壓AC電源時，電源主控模塊22會發出第二控制信號至輔助電源模塊25 使其向每一個負載供電。

電源轉換模塊24包括AC/DC轉換單元241，DC/DC轉換單元242和DC/AC轉換單元 243，這些轉換單元以不同連接方式連接外部輸入電源和負載，從而在每一個外部輸入電源和每一個負載之間形成供電路徑，此外這些轉換單元還將供電狀況正常的外部輸入電源轉換為相應的高壓交流電源和低壓直流電源以分別對高壓交流負載31和低壓直流負載32供電。具體來說，請參見圖2，本實施例中外部電源包括高壓AC電源11、低壓AC電源12和低壓 DC電源13。AC/DC轉換單元241的輸入端通過開關模塊23與高壓AC電源11和低壓AC 電源12相連；DC/DC轉換單元242的輸入端與AC/DC轉換單元241的輸出端和低壓DC電源相連、輸出端與低壓直流負載32相連；DC/AC轉換單元243的輸入端與DC/DC轉換單元 242的輸出端相連、輸出端與高壓交流負載31相連。其中優選地，在AC/DC轉換單元241 和高壓AC電源11之間還設置電源治理單元244，用于對高壓AC電源進行穩壓和濾波。在其它實施例中，當低壓電源僅為低壓DC電源時，AC/DC轉換單元241的輸入端僅與高壓 AC電源相連；當低壓電源僅為低壓AC電源時，DC/DC轉換單元242的輸入端僅與AC/DC 轉換單元241的輸出端相連。

電源轉換模塊的工作原理如下。

對于輸入為高壓AC電源11，開關模塊23中連接高壓AC電源與電源治理單元之間的開關打開，電源治理單元244對其進行穩壓濾波，AC/DC轉換單元241將治理后的高壓交流電轉換為低壓直流電，再通過DC/DC轉換單元242將低壓直流電轉換為低壓直流負載32所需的直流電、同時再通過DC/AC轉換單元243將低壓直流電升壓轉換為高壓交流負載所需的交流電。

對于輸入為低壓AC電源12，開關模塊23中連接低壓AC電源與AC/DC轉換單元241 的開關打開，AC/DC轉換單元241將低壓交流電轉換為低壓直流電，再通過DC/DC轉換單元242將低壓直流電轉換為低壓直流負載32所需低壓直流電，同時再通過DC/AC轉換單元 243將低壓直流電升壓轉換為高壓交流負載所需的高壓交流電。

對于輸入為低壓DC電源13，開關模塊23中連接低壓DC電源與DC/DC轉換單元242 的開關打開，DC/DC轉換單元242將低壓直流電轉換為低壓直流負載32所需的低壓直流電，同時再通過DC/AC轉換單元243將低壓直流電升壓轉換為高壓交流負載所需的高壓交流電。

輔助電源模塊25包括充放電管理單元251和儲電單元252。儲電單元252與DC/DC轉換單元242相連；充放電管理單元251與電源主控模塊22和儲電單元252相連，用于響應電源主控模塊22發出的信號控制儲電單元252的充放電狀態。具體來說，當電源主控模塊22發出第二控制信號，也即是不存在高壓AC電源或高壓AC電源的供電狀態異常時，充放電管理單元251控制儲電單元252放電，從而對每個負載供電。具體地，儲電單元252發出低壓直流電，通過DC/DC轉換單元242將低壓直流電轉換為低壓直流負載32所需的低壓直流電，同時再通過DC/AC轉換單元243將低壓直流電升壓轉換為高壓交流負載31所需的高壓交流電。在一優選實施例中，當電源監測模塊21判斷高壓AC電源11的供電狀況為正常時，電源主控模塊22還會發送第三控制信號至充放電管理單元251，充放電管理單元251據此控制儲電單元252接收DC/DC轉換單元242的充電。

接下來，將結合圖2至圖3對本實用新型的電力供應方法進行說明。

請參見圖3，其所示為本實用新型一實施例的電力供應方法的流程圖，該方法包括以下步驟：

S1：通過電源監測模塊判斷外部輸入電源的種類和供電狀態，當至少一個外部輸入電源供電狀況為正常時，執行步驟S2；否則執行步驟S5；

S2：通過電源監測模塊判斷供電狀況為正常的外部輸入電源是否包括高壓AC電源，若包括AC電源，執行步驟S3，否則執行步驟S4；

S3：通過電源主控模塊發出第一控制信號至開關模塊以導通供電狀況正常的外部輸入電源對每一負載供電的供電路徑；

S4：通過電源主控模塊發出第一控制信號至開關模塊以導通供電狀況正常的外部輸入電源對每一負載供電的供電路徑，同時通過電源主控模塊發出第二控制信號至輔助電源模塊使其向每一負載供電；

S5：通過電源主控模塊發出第二控制信號至輔助電源模塊使其向每一負載供電。

具體來說，電源監測模塊判斷外部輸入電源的種類和供電狀態。外部輸入電源可以選自高壓AC電源、低壓AC電源和低壓DC電源中的一種或多種，電源主控模塊根據判斷結果分別進行相應的負載供電控制。

電源監測模塊的判定結果包括以下多種：

1.全部外部輸入電源供電狀況均為異常，則電源主控模塊發出所述第二控制信號至所述輔助電源模塊使其向每一所述負載供電；

2.至少有一個外部輸入電源供電狀況正常，且該供電狀況正常的外部輸入電源包括高壓 AC電源，則電源主控模塊發出第一控制信號至開關模塊以導通供電狀況正常的外部輸入電源對每一負載供電的供電路徑。例如，高壓AC電源和低壓AC電源均為供電正常時，那么導通高壓AC電源和低壓AC電源對每一負載的供電路徑。

3.至少有一個外部輸入電源供電狀況正常，且該供電狀況正常的外部輸入電源不為高壓 AC電源。此時可能是高壓AC電源的供電狀況異常，也可能是不存在高壓AC電源，不論哪種情況，外部輸入電源都只有低壓電源(低壓AC電源和/或低壓DC電源)的供電狀況正常，那么電源主控模塊發出第一控制信號至開關模塊以導通供電狀況正常的低壓AC電源和/或低壓DC電源對每一負載供電的供電路徑，同時電源主控模塊發出第二控制信號至輔助電源模塊使其向每一負載供電。也即是，輔助電源模塊和低壓電源共同向負載供電，從而可以改善僅依靠低壓電源供電電源不穩的缺陷。

優選地，在第二種情況下，即至少高壓AC電源向負載供電的情況下，還可以在其供電的同時對儲電單元進行充電，通過電源主控模塊發送第三控制信號至充放電管理單元，使其控制儲電單元接收所述DC/DC轉換單元充電。

綜上所述，本實用新型通過智能電源轉換裝置，實現了通過不同輸入電源為家電設備供電。當輸入電源來自高壓市電、低壓交流電(風能)或低壓直流電(太陽能)時，通過電源管理系統將不同的外部輸入電源轉換為普通家電所需的高壓交流電或智能家電設備所需的低壓直流電。此外本實用新型的智能電源轉換裝置還配備了輔助電源模塊，保持對設備的正常供電，防止由于供電不穩定而造成的設備無法工作，以及設備使用壽命降低的問題。此外，本智能電源轉換裝置結構緊湊、成本不高，十分適合發展中國家使用。

雖然本實用新型已以較佳實施例揭示如上，然所述諸多實施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本實用新型，本領域的技術人員在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本實用新型所主張的保護范圍應以權利要求書所述為準。