CN101388566B - 双电源自动切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双电源自动切换装置。其包括：中央控制单元、第一电源检测电路、第二电源检测电路、第一光耦可控硅开关电路和第二光耦可控硅开关电路；第一光耦可控硅开关电路和第二光耦可控硅开关电路的电源输出端接负载接线端。中央控制单元分别根据第一电源检测电路和第二电源检测电路检测第一电源接线端(用于接常用电源)和第二电源接线端(用于接备用电源)的供电状态，当第一电源接线端突然不能供电时，中央控制单元以毫秒级切换速度控制第二光耦可控硅开关电路导通，使第二电源接线端向负载接线端供电。其中，采用可控硅作为开关件，实现了无触点式开关，确保了双电源之间的切换速度能达毫秒级。

Description

双电源自动切换装置

技术领域

本发明涉及一种双电源自动切换装置。

背景技术

中国专利200310117184.1公开了一种带自动投切和热备用功能的双路电源智能无触点开关，它是一种由微处理器控制的、用IGBT实现的双电源自动切换装置。该装置结构复杂，成本高，不利于推广使用。

中国专利文献CN2741256公开了一种单负载-双电源切换控制器，具有对三相供电电源的缺相检测及保护切换功能，在正常电源发生故障时能自动切换到备用电源继续对负载供电；在电源恢复正常后能自动进行反切换。

中国专利文献CN101162850公开了一种双电源自动转换开关的控制装置，包括控制装置电源电路及参考电压电路、电压采集电路、电压整定和比较电路、延时整定和定时电路、继电器驱动电路、电源显示电路。整个控制装置通过优化的模拟电路实现了双电源自动转换的逻辑控制功能。

上述现有技术的双电源切换装置采用触点式开关，其常用电源与备用电源间的切换速度达不到毫秒级，不能满足重要场合的供电需要。

中国专利文献CN1976165公开了一种双电源自动转换开关控制装置，该电路包括控制电路，实现了双电源自动转换开关的逻辑控制。该双电源自动切换装置采用逻辑门电路，容易受电源脉冲的干扰而作出误动作，可靠性较低。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种切换速度达毫秒级、无触点且可靠性较好的固态双电源自动切换装置。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供短路电流镇定值为450A，分断时间小于1ms的固体双电源自动切换装置里，短路互感器采用空心线圈，不易饱和，从而保证了大电流的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种双电源自动切换装置，包括：中央控制单元、第一电源接线端、第二电源接线端和负载接线端；其特点是：还包括：与第一电源接线端相连的第一电源检测电路、与第二电源接线端相连的第二电源检测电路、第一光耦可控硅开关电路和第二光耦可控硅开关电路；第一电源检测电路的输出端接中央控制单元的第一电源检测信号输入端；第二电源检测电路的输出端接中央控制单元的第二电源检测信号输入端；中央控制单元的第一电源输出控制端接第一光耦可控硅开关电路的控制输入端，中央控制单元的第二电源输出控制端接第二光耦可控硅开关电路的控制输入端；第一电源接线端接第一光耦可控硅开关电路的电源输入端，第二电源接线端接第二光耦可控硅开关电路的电源输入端；第一光耦可控硅开关电路和第二光耦可控硅开关电路的电源输出端接负载接线端。

当中央控制单元分别根据第一电源检测电路和第二电源检测电路测得第一电源接线端和第二电源接线端都有电源输入时，以及在测得第一电源接线端有电源输入，而第二电源接线端无电源输入时，中央控制单元控制第一光耦可控硅开关电路导通，控制第二光耦可控硅开关电路断开，第一电源接线端向负载接线端供电。

当测得第一电源接线端无电源输入，而第二电源接线端有电源输入时，中央控制单元控制第一光耦可控硅开关电路断开，同时控制第二光耦可控硅开关电路导通，第二电源接线端向负载接线端供电。

本发明具有积极的效果：(1)本发明中，中央控制单元分别根据第一电源检测电路和第二电源检测电路检测第一电源接线端(用于连接常用电源)和第二电源接线端(用于连接备用电源)的供电状态，当第一电源接线端突然不能供电时，中央控制单元以毫秒级切换速度控制第二光耦可控硅开关电路导通，使第二电源接线端向负载接线端供电。其中，第一光耦可控硅开关电路和第二光耦可控硅开关电路采用可控硅作为开关件，实现了以无触点方式进行开关动作，确保了电源切换的可靠性，且可控硅作为开关件，具有较长的使用寿命。短路互感器采用空心互感器，保证短路分断能力达10KA以上。

附图说明

图1为本发明的双电源自动切换装置的电路框图；

图2为本发明的双电源自动切换装置的电原理图。

具体实施方式

(实施例1)

见图1-2，本实施例的双电源自动切换装置用于双交流电源的自动切换，其包括：中央控制单元9即单片机IC5、第一电源接线端L_A、第二电源接线端L_B、与第一电源接线端L_A相对应的第一零线接线端N_A、第二零线接线端N_B、用于连接负载火线接线端的负载接线端L和用于连接负载零线接线端的零线端N、与第一电源接线端L_A相连的第一电源检测电路1、与第二电源接线端L_B相连的第二电源检测电路2、第一光耦可控硅开关电路3、第二光耦可控硅开关电路4和直流电源模块电路。

第一电源检测电路1的输出端接中央控制单元9的第一电源检测信号输入端(即单片机IC5的第2脚)；第二电源检测电路2的输出端接中央控制单元9的第二电源检测信号输入端(即单片机IC5的第3脚)；中央控制单元9的第一电源输出控制端(即单片机IC5的第7脚)接第一光耦可控硅开关电路3的控制输入端，中央控制单元9的第二电源输出控制端(即单片机IC5的第6脚)接第二光耦可控硅开关电路4的控制输入端；第一电源接线端LA接第一光耦可控硅开关电路3的电源输入端，第二电源接线端LB接第二光耦可控硅开关电路4的电源输入端；第一光耦可控硅开关电路3和第二光耦可控硅开关电路4的电源输出端接负载接线端L。

当中央控制单元9分别根据第一电源检测电路1和第二电源检测电路2测得第一电源接线端LA和第二电源接线端LB都有电源输入时(此时单片机IC5的第2和3脚呈高电平，即高于1.7V)，以及在测得第一电源接线端LA有电源输入，而第二电源接线端LB无电源输入时(此时单片机IC5的第3脚呈低电平，即低于1.7V)，中央控制单元9控制第一光耦可控硅开关电路3导通，控制第二光耦可控硅开关电路4断开，第一电源接线端LA向负载接线端L供电。

当测得第一电源接线端LA无电源输入，而第二电源接线端LB有电源输入时，中央控制单元9控制第一光耦可控硅开关电路3断开，同时控制第二光耦可控硅开关电路4导通，第二电源接线端LB向负载接线端L供电。

所述中央控制单元9的过流短路检测端连接有过流短路检测电路8；过流短路检测电路8包括过流互感器H1和短路互感器H2，其设于负载接线端L所在负载回路的线路上，具体实施时，其设于零线上；当通过过流互感器H1或短路互感器H2测得所述负载回路存在过流或短路时，中央控制单元9控制第一光耦可控硅开关电路3和第二光耦可控硅开关电路4断开。

直流电源模块电路包括：有D1、D3、D4、C1、C4和R8构成的半波整流电路；该半波整流电路的正极输出端与一变压器T1的初级线圈的一端相连，初级线圈的另一端与一型号为TNY-253P的电源模块IC4的电源输入端(第5脚)相连；变压器T1的次级线圈两端依次连接有第五半波整流电路和三端稳压器BG1。第五半波整流电路由二极管D5、电容C6和C7、电阻R9构成。电源模块IC4的第5脚与第6-8脚及第2-3脚之间串接有电容C10，电源模块IC4的第1脚与第6-8脚及第2-3脚之间串接有电容C9，电源模块IC4的第2-3脚串接电容C11后接三端稳压器BG1的零电位端。

所述中央控制单元9的开关控制输入端(即单片机IC5的第5脚)连接有用于控制中央控制单元9的按钮开关电路7。按钮开关电路7包括：一端与单片机IC5的第5脚相连的按钮S，按钮S的另一端接三端稳压器BG1的零电位端。控制单元9的开关控制输入端(即单片机IC5的第5脚)，同时连接着消防接口10。

所述第一光耦可控硅开关电路3包括：由三极管BG2和电阻R14构成的第一光耦驱动电路、与第一光耦驱动电路相连的第三光耦IC3和第一双向可控硅BG6；第三光耦IC3的输出端(第4脚)与第一双向可控硅BG6的门极即第一光耦可控硅开关电路3的控制输入端相连，第一双向可控硅BG6的阴极即第一光耦可控硅开关电路3的电源输入端接第一电源接线端LA；第一双向可控硅BG6的阳极即第一光耦可控硅开关电路3的电源输出端接负载接线端L。

第一光耦驱动电路中，三极管BG2的集电极接第三光耦IC3的第2脚，三极管BG2的基极串接电阻R14后接单片机IC5的第7脚(即中央控制单元9的第一电源输出控制端)。第三光耦IC3的第1脚串接电阻R6和发光二极管DZ2后接三端稳压器BG1的输出端。三端稳压器BG1的输出端与零电位端之间设有用于滤除高频噪声的电容C5和C8。第三光耦IC3的第6脚串接降压电阻R10后接第一电源接线端L_A。

所述第二光耦可控硅开关电路4与第一光耦可控硅开关电路3的结构相同，包括：第二光耦驱动电路、与第二光耦驱动电路相连的第四光耦IC7和第二双向可控硅BG7；第四光耦IC7的输出端接第二双向可控硅BG7的门极即第二光耦可控硅开关电路4的控制输入端，第二双向可控硅BG7的阴极即第二光耦可控硅开关电路4的电源输入端接第二电源接线端LB；第二双向可控硅BG7的阳极即第二光耦可控硅开关电路4的电源输出端接负载接线端L。

所述过流短路检测电路8还包括：运放IG6、由二极管D12、电容C13、电阻R23和R25构成的半波整流滤波电路和由二极管D13、D14、D15、D16、电容C14、电阻R19构成的全波整流滤波电路；运放IG6包括：第一反向输入端(第2脚)、第二反向输入端(第6脚)、第一反向输出端(第1脚)和第二反向输出端(第7脚)；过流互感器H1和短路互感器H2分别经半波整流滤波电路和全波整流滤波电路后，分别接运放IG6的第一反向输入端和第二反向输入端，运放IG6的第一反向输出端和第二反向输出端接中央控制单元9的过流短路检测端(即单片机IC5的第4脚)。单片机IC5的第1脚为直流电源端，其接三端稳压器BG1的输出端。单片机IC5的第8脚为零电位端。

当所在负载回路存在过流时，过流互感器H1产生成电压信号，该电压信号经D12、R13、C13半波整流滤波电路送入运放IC6的第一反向输入端，运放IC6的第一反向输出端输出低电平，从而使中央控制单元9的过流检测端呈低电平，中央控制单元9控制第一光耦可控硅开关电路3和第二光耦可控硅开关电路4断开。

所述第一电源检测电路1包括：第一光耦IC1，第一电源接线端LA与第一光耦IC1的输入端(第1脚)相连，第一光耦IC1的输出端(第3脚)接中央控制单元9的第一电源检测信号输入端。第一光耦IC1的输出端还设有由电阻R3和电容C2构成的RC延时电路，其中，R3＝10KΩ，电容C2＝1uf，因此其时间常数RC＝10ms。即在10ms以内，电容C2的输出电压将从2.1V降至1.7V以下，从而使单片机IC5的第2脚呈低电平，而此时单片机IC5的第3脚呈高电平，单片机IC5控制第一光耦可控硅开关电路3断开，同时控制第二光耦可控硅开关电路4导通，第二电源接线端LB向负载接线端L供电。本发明的RC延时电路保证了双电源切换的时间小于10ms。

所述第二电源检测电路2包括：第二光耦IC2和与第二电源接线端LB相连的第三半波整流驱动电路；第三半波整流驱动电路与第二光耦IC2的输入端(第1脚)相连，第二光耦IC2的输出端(第3脚)接中央控制单元9的第二电源检测信号输入端。

当所在负载回路存在短路时，短路互感器H2产生感应电压，该电压信号经D13、D14、D15、D16快速二极管向C14充电，其电压送入运放IC6的第二反向输入端，运放IC6的第二反向输入端输出低电平，从而使中央控制单元9的短路检测呈低电平，中央控制单元9控制第一光耦开关电路3和第二光耦可控硅开关电路4断开。互感器H2是空心线圈，不会磁饱和，因此，只要大于450A的短路电流，如10KA也能起短路保护，用断路器的概念，其短路分断能力应大于10KA。

Claims (6)

1.一种双电源自动切换装置，包括：中央控制单元(9)、第一电源接线端(L_A)、第二电源接线端(L_B)和负载接线端(L)；其特征在于：

还包括：与第一电源接线端(L_A)相连的第一电源检测电路(1)、与第二电源接线端(L_B)相连的第二电源检测电路(2)、第一光耦可控硅开关电路(3)和第二光耦可控硅开关电路(4)；

第一电源检测电路(1)的输出端接中央控制单元(9)的第一电源检测信号输入端；第二电源检测电路(2)的输出端接中央控制单元(9)的第二电源检测信号输入端；中央控制单元(9)的第一电源输出控制端接第一光耦可控硅开关电路(3)的控制输入端，中央控制单元(9)的第二电源输出控制端接第二光耦可控硅开关电路(4)的控制输入端；第一电源接线端(LA)接第一光耦可控硅开关电路(3)的电源输入端，第二电源接线端(LB)接第二光耦可控硅开关电路(4)的电源输入端；第一光耦可控硅开关电路(3)和第二光耦可控硅开关电路(4)的电源输出端接负载接线端(L)；

当中央控制单元(9)分别根据第一电源检测电路(1)和第二电源检测电路(2)测得第一电源接线端(LA)和第二电源接线端(LB)都有电源输入时，以及在测得第一电源接线端(LA)有电源输入，而第二电源接线端(LB)无电源输入时，中央控制单元(9)控制第一光耦可控硅开关电路(3)导通，控制第二光耦可控硅开关电路(4)断开，第一电源接线端(LA)向负载接线端(L)供电；

当测得第一电源接线端(LA)无电源输入，而第二电源接线端(LB)有电源输入时，中央控制单元(9)控制第一光耦可控硅开关电路(3)断开，同时控制第二光耦可控硅开关电路(4)导通，第二电源接线端(LB)向负载接线端(L)供电；

所述中央控制单元(9)的过流短路检测端连接有过流短路检测电路(8)；过流短路检测电路(8)包括设于负载接线端(L)所在负载回路的线路上的过流互感器(H1)和短路互感器(H2)；当通过过流互感器(H1)或短路互感器(H2)测得所述负载回路存在过流或短路时，中央控制单元(9)控制第一光耦可控硅开关电路(3)和第二光耦可控硅开关电路(4)断开；

所述过流短路检测电路(8)还包括：运放(IG6)、半波整流滤波电路和全波整流滤波电路；运放(IG6)包括：第一反向输入端、第二反向输入端、第一反向输出端和第二反向输出端；

过流互感器(H1)和短路互感器(H2)分别经半波整流滤波电路和全波整流滤波电路后，分别接运放(IC6)的第一反向输入端和第二反向输入端，运放(IC6)的第一反向输出端和第二反向输出端接中央控制单元(9)的过流短路检测端；

当所在负载回路存在过流或短路时，过流互感器(H1)或短路互感器(H2)感生成相应的电压信号，该电压信号经半波整流滤波电路或全波整流滤波电路送入运放(IC6)的第一反向输入端或第二反向输入端，运放(IG6)的第一反向输出端或第二反向输出端输出低电平，从而使中央控制单元(9)的过流短路检测端呈低电平，中央控制单元(9)控制第一光耦可控硅开关电路(3)和第二光耦可控硅开关电路(4)断开。

2.根据权利要求1所述的双电源自动切换装置，其特征在于：所述中央控制单元(9)的开关控制输入端连接有用于控制中央控制单元(9)停机或开机的按钮开关电路(7)。

3.根据权利要求1所述的双电源自动切换装置，其特征在于：所述第一光耦可控硅开关电路(3)包括：第一光耦驱动电路、与第一光耦驱动电路相连的第三光耦(IC3)和第一双向可控硅(BG6)；

第三光耦(IC3)的输出端与第一双向可控硅(BG6)的门极即第一光耦可控硅开关电路(3)的控制输入端相连，第一双向可控硅(BG6)的阴极即第一光耦可控硅开关电路(3)的电源输入端接第一电源接线端(L_A)；第一双向可控硅(BG6)的阳极即第一光耦可控硅开关电路(3)的电源输出端接负载接线端(L)；

所述第二光耦可控硅开关电路(4)包括：第二光耦驱动电路、与第二光耦驱动电路相连的第四光耦(IC7)和第二双向可控硅(BG7)；

第四光耦(IC7)的输出端接第二双向可控硅(BG7)的门极即第二光耦可控硅开关电路(4)的控制输入端，第二双向可控硅(BG7)的阴极即第二光耦可控硅开关电路(4)的电源输入端接第二电源接线端(L_B)；第二双向可控硅(BG7)的阳极即第二光耦可控硅开关电路(4)的电源输出端接负载接线端(L)。

4.根据权利要求1或3所述的双电源自动切换装置，其特征在于：所述第一电源检测电路(1)包括：第一光耦(IC1)，第一电源接线端(L_A)与第一光耦(IC1)的输入端相连，第一光耦(IC1)的输出端接中央控制单元(9)的第一电源检测信号输入端；

所述第二电源检测电路(2)包括：第二光耦(IC2)和与第二电源接线端(L_B)相连的第三半波整流驱动电路；第三半波整流驱动电路与第二光耦(IC2)的输入端相连，第二光耦(IC2)的输出端接中央控制单元(9)的第二电源检测信号输入端。

5.根据权利要求4所述的双电源自动切换装置，其特征在于：第一光耦(IC1)的输出端还设有RC延时电路，该RC延时电路的时间常数RC≤10ms。

6.根据权利要求5所述的双电源自动切换装置，其特征在于：短路互感器(H2)采用空心线圈。

Images