CN101702536A - 一种掉电控制转换电路 - Google Patents
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Abstract
一种掉电控制转换电路，包括MCU单片机控制电路、市电输入采样电路、旁路静态开关和逆变静态开关，MCU单片机控制电路输出旁路控制信号控制设置在市电输入与交流输出之间的旁路静态开关导通或截止，输出逆变控制信号控制设置在UPS逆变器与交流输出之间的逆变静态开关导通或截止，输入市电输入采样电路的采样信号，关键是：所述市电输入采样电路包含市电输入正弦波幅度采样电路和市电输入正弦波频率采样电路，相应地，所述采样信号包含幅度采样信号和频率采样信号。本发明通过同时测量输入电压波形幅度和频率的双重采样法实现输入超快速短掉电的检测，其特点是工艺简单，电路性能稳定，成本低。
Description
技术领域：
本发明涉及一种应用于消防应急灯具专用电源，转换旁路输出和逆变输出的掉电控制转换电路
背景技术：
一般的消防应急灯具专用电源，旁路输出和逆变输出的切换时间为10-250毫秒左右，不能满足市场上高压钠灯的要求，钠灯在电源旁路和逆变切换时间超过3.5毫秒就会熄灭，一旦熄灭后需要2分钟左右才能重新点亮。普通的消防应急灯具专用电源完全不能满足场馆和隧道照明的要求。
发明内容：
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提出一种掉电控制转换电路，在保证电源稳定性的前提下，缩短逆变静态开关和旁路静态开关转换的间断时间，满足了高压钠灯对间断时间的要求，达到电源在旁路和逆变转换时钠灯不会熄灭的目的。
为实现上述目的，本发明一种掉电控制转换电路，包括MCU单片机控制电路、市电输入采样电路、旁路静态开关和逆变静态开关，MCU单片机控制电路输出旁路控制信号，控制设置在市电输入与交流输出之间的旁路静态开关导通或截止；MCU单片机控制电路输出逆变控制信号，控制设置在UPS逆变器与交流输出之间的逆变静态开关导通或截止，市电输入采样电路的采样信号输入MCU单片机控制电路，其特征在于：所述市电输入采样电路包含市电输入正弦波幅度采样电路和市电输入正弦波频率采样电路，相应地，所述采样信号包含幅度采样信号和频率采样信号。
上述MCU单片机控制电路还输入UPS逆变器输出的逆变工作状态信号。
本发明的市电输入采样电路除对市电输入电压的正弦波波形幅度进行采样外，还要采样正弦波的频率变化，也就是检测正弦波的相位角。当正弦波的波形幅度或频率发生变化，MCU单片机控制电路就会发出相应静态开关控制信号控制其输出。本发明通过同时测量输入电压波形幅度和频率的双重采样法实现输入超快速短掉电的检测，避免了行业里用庞大的蓄流柜来补充转换失电能量的复杂工艺和高成本，其特点是工艺简单，电路性能稳定，成本低。
附图说明：
图1是本发明实施例的电路方框图；
图2是本发明实施例市电输入采样电路原理图；
图3是本发明实施例旁路静态开关和逆变静态开关电路原理图；
图4是本发明实施例MCU单片机控制电路原理图；
具体实施方式：
以下结合附图详述本发明的结构细节：
如图1所示，为本发明实施例的电路方框图，包括MCU单片机控制电路、市电输入采样电路、旁路静态开关和逆变静态开关，MCU单片机控制电路输出旁路控制信号控制设置在市电输入与交流输出之间的旁路静态开关导通或截止，输出逆变控制信号控制设置在UPS逆变器与交流输出之间的逆变静态开关导通或截止，输入市电输入采样电路的采样信号，输入UPS逆变器输出的逆变工作状态信号。
上述市电输入采样电路包含市电输入正弦波幅度采样电路和市电输入正弦波频率采样电路，相应地，上述采样信号包含幅度采样信号和频率采样信号。
市电输入正弦波幅度采样电路包含交流降压电路和整流滤波电路，市电输入经交流降压电路降压，再经整流滤波电路输出幅度采样信号。如图2所示，交流降压电路包含保险丝F1和变压器T1，整流滤波电路包含二极管D1、D3，电阻R1、R2和电容C1，市电输入CN1经保险丝F1连接到变压器T1降压，再经二极管D1、D3全波整流，电阻R1、R2分压，电容C1滤波输出幅度采样信号U-BYP。
市电输入正弦波频率采样电路包含交流降压电路、过零比较电路和电平转换电路，市电输入经交流降压电路降压，再经过零比较电路产生过零点跳变的方波信号，然后经电平转换电路输出频率采样信号。如图2所示，交流降压电路包含保险丝F1和变压器T1，过零比较电路包含电阻R3、R12、R5、R15、R4和比较器U2，电平转换电路包含电阻R13、R9和NPN三级管Q3，市电输入CN1经保险丝F1连接到变压器T1降压，经电阻R 3和R12分压后，通过电阻R5送到比较器U2的同相端，比较器U2的反相端通过电阻R15接地，比较器U2的同相端和输出端之间连接电阻R4，电阻R4为正反馈电阻，防止在过零点失调电压产生多次跳变，比较器U2的输出端输出过零点跳变的方波信号。NPN三级管Q3的基极连接电阻R13，集电极经电阻R9连接MCU单片机供电电源+5V，发射极接地，比较器U2输出的过零点跳变方波信号经电阻R13限流输入NPN三级管Q3的基极，集电极输出频率采样信号F-BYP，可见，通过三级管Q3电平转换，将比较器U2输出的过零点跳变方波信号转换成适合单片机5V电平的方波信号。
旁路静态开关和逆变静态开关是旁路输出和逆变输出的转换控制开关，只控制火线，零线不作控制。市电输入零线、交流输出零线和UPS逆变器输出零线连接在一起。
如图3所示，旁路静态开关包含设置在市电输入火线端子CN2与交流输出火线端子CN3之间的两个反向并联可控硅Q1、Q2和控制可控硅Q1、Q2导通或截止的光耦U1、U3，光耦设有二个，该二个光耦U1、U3的输入端互相串联，输出端互相串联，且输出端各并联一个电阻R10、R14。MCU单片机控制电路输出的旁路控制信号BYPASS-CTRL控制光耦U1、U3的发光二极管导通或截止，光耦U1、U3的输出端串联在反向并联可控硅Q1、Q2的栅极回路。当MCU单片机控制旁路静态开关开通输出时，旁路控制信号BYPASS-CTRL为高电平，通过电阻R17驱动三极管Q4导通，光耦U1、U3的发光二极管通过电阻R8限流导通；市电输入电压正半周时，电流通过市电输入火线端子CN2，经电阻R7、R6，光耦U1、U3触发可控硅Q1的栅极而导通；负半周时，电流由零线经过交流输出负载，再到交流输出火线端子CN3输入，通过电阻R16，光耦U3、U1，电阻R6触发可控硅Q2的栅极而导通。
如图3所示，逆变静态开关包含设置在UPS逆变器输出火线端子CN4与交流输出火线端子CN3之间的两个反向并联可控硅Q5、Q6和控制可控硅Q5、Q6导通或截止的光耦U4、U6，光耦设有二个，该二个光耦U4、U6的输入端互相串联，输出端互相串联，且输出端各并联一个电阻R21、R23。MCU单片机控制电路输出的逆变控制信号INV-CTRL控制光耦U4、U6的发光二极管导通或截止，光耦U4、U6的输出端串联在反向并联可控硅Q5、Q6的栅极回路。当MCU单片机控制逆变静态开关开通输出时，逆变控制信号INV-CTRL为高电平，通过电阻R25驱动三极管Q7导通，光耦U4、U6的发光二极管通过电阻R20限流导通；UPS逆变器输出电压正半周时，电流通过电阻R24，光耦U6、U4，电阻R18触发可控硅Q5的栅极而导通；负半周时，电流由零线经过交流输出负载，再到交流输出火线端子CN3输入，通过电阻R19、R18，光耦U4、U6触发可控硅Q6的栅极而导通。
如图4所示，本发明实施例的MCU单片机控制电路，采用FREESCAL公司的MCU芯片，MC9S08AW16，此单片机有8位8通道的A/D，有34个I/O，2个定时器，LQFP-G44的SMD封装，外围电路简单。
1.8通道的A/D实现对输入电压的模数转换；
2.利用内部定时器和捕捉功能，实时对输入电压和频率的测量。
3.其它的I/O口线实现静态开关快速切换控制。
MCU单片机U5实现对整机控制。
37、38脚和外部的晶振Y1、C6、C7组成内部的时钟电路。
3脚为复位脚，低电平复位，工作电压通过电阻R27对电容C5充电，完成复位。
5脚输入市电输入的频率采样信号F-BYP。
23脚输入市电输入的幅度采样信号U-BYP。
10脚输入UPS逆变器输出的逆变工作状态信号INV-OK。当UPS逆变器正常工作时，UPS逆变器的主板芯片发送一个高电平逆变工作状态信号INV-OK，MCU单片机U5检测到此信号高时，在市电异常时会发出逆变静态开关打开控制信号；当UPS逆变器逆变工作异常时，则发出低电平逆变工作状态信号INV-OK，MCU单片机U5检测到此信号低时，在市电异常时不会发出逆变静态开关打开控制信号，不进行逆变切换操作。
40脚输出旁路控制信号BYPASS-CTRL，当市电输入正常时，输出高电平旁路控制信号BYPASS-CTRL，开启旁路静态开关输出，同时关闭逆变静态开关。
41脚输出逆变控制信号INV-CTRL，当单片机检测市电输入掉电或异常时，输出高电平逆变控制信号INV-CTRL，开启逆变静态开关输出，同时关闭旁路静态开关。
33脚为旁路工作指示灯，当市电旁路运行时，输出高电平点亮发光二极管DS1。
本发明的工作过程如下：
当市电输入正常时，市电输入采样电路将正常的采样信号送到MCU单片机U5的23脚和5脚，MCU单片机U5的40脚发出高电平旁路控制信号BYPASS-CTRL，控制旁路静态开关导通，41脚发出低电平逆变控制信号INV-CTR，关闭逆变静态开关，电源处于旁路输出状态。交流输出负载经旁路静态开关供电，此时UPS逆变器空载工作，处于待机状态。MCU单片机控制电路通过对市电输入的实时采样，并高速运算，对市电输入的波形幅度和频率进行分析。
当市电输入出现掉电或异常时，MCU单片机U5通过运算发出高电平逆变控制信号INV-CTRL，控制逆变静态开关导通，发出低电平旁路控制信号BYPASS-CTRL，控制旁路静态开关截止，从而，切换到逆变静态开关输出，由UPS逆变器给交流输出负载供电。
当市电恢复正常后，在MCU单片机控制电路的控制下，自动切换到旁路静态开关输出。
Claims (10)
1.一种掉电控制转换电路，包括MCU单片机控制电路、市电输入采样电路、旁路静态开关和逆变静态开关，MCU单片机控制电路输出旁路控制信号，控制设置在市电输入与交流输出之间的旁路静态开关导通或截止；MCU单片机控制电路输出逆变控制信号，控制设置在UPS逆变器与交流输出之间的逆变静态开关导通或截止，市电输入采样电路的采样信号输入MCU单片机控制电路，其特征在于：所述市电输入采样电路包含市电输入正弦波幅度采样电路和市电输入正弦波频率采样电路，相应地，所述采样信号包含幅度采样信号和频率采样信号。
2.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于：所述MCU单片机控制电路还输入UPS逆变器输出的逆变工作状态信号。
3.根据权利要求1或2所述的转换电路，其特征在于：所述市电输入正弦波幅度采样电路包含交流降压电路和整流滤波电路，市电输入经交流降压电路降压，再经整流滤波电路输出幅度采样信号。
4.根据权利要求3所述的转换电路，其特征在于：所述交流降压电路包含保险丝F1和变压器T1，整流滤波电路包含二极管D1、D3，电阻R1、R2和电容C1，市电输入经保险丝F1连接到变压器T1降压，再经二极管D1、D3全波整流，电阻R1、R2分压，电容C1滤波输出幅度采样信号。
5.根据权利要求1或2所述的转换电路，其特征在于：所述市电输入正弦波频率采样电路包含交流降压电路、过零比较电路和电平转换电路，市电输入经交流降压电路降压，再经过零比较电路产生过零点跳变的方波信号，然后经电平转换电路输出频率采样信号。
6.根据权利要求5所述的转换电路，其特征在于：所述交流降压电路包含保险丝F1和变压器T1，过零比较电路包含电阻R3、R12、R5、R15、R4和比较器U2，电平转换电路包含电阻R13、R9和NPN三级管Q3，市电输入经保险丝F1连接到变压器T1降压，经电阻R3、R12分压后，通过电阻R5送到比较器U2的同相端，比较器U2的反相端通过电阻R15接地，比较器U2的同相端和输出端之间连接电阻R4，NPN三级管Q3的基极连接电阻R13，集电极经电阻R9连接MCU单片机供电电源，发射极接地，比较器U2输出的过零点跳变方波信号经电阻R13限流输入NPN三级管Q3的基极，集电极输出频率采样信号。
7.根据权利要求1或2所述的转换电路，其特征在于：所述旁路静态开关包含设置在市电输入火线与交流输出火线之间的反向并联可控硅和控制可控硅导通或截止的光耦，MCU单片机控制电路输出的旁路控制信号控制光耦的发光二极管导通或截止，光耦的输出端串联在反向并联可控硅的栅极回路。
8.根据权利要求7所述的转换电路，其特征在于：所述光耦设有二个，该二个光耦的输入端互相串联，输出端互相串联，所述二个光耦的输出端各并联一个电阻。
9.根据权利要求1或2所述的转换电路，其特征在于：所述逆变静态开关包含设置在UPS逆变器输出火线与交流输出火线之间的反向并联可控硅和控制可控硅导通或截止的光耦，MCU单片机控制电路输出的逆变控制信号控制光耦的发光二极管导通或截止，光耦的输出端串联在反向并联可控硅的栅极回路。
10.根据权利要求9所述的转换电路，其特征在于：所述光耦设有二个，该二个光耦的输入端互相串联，输出端互相串联，所述二个光耦的输出端各并联一个电阻。
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Address after: 528051 Zhangcha, Foshan, Guangdong, No. 115 Zhangcha Road No. four two to seven floors. Patentee after: Spaceflight Burke (Guangdong) science and Technology Co., Ltd. Address before: 528051 Zhangcha, Foshan, Guangdong, No. 115 Zhangcha Road No. four two to seven floors. Patentee before: Foshan Burke New Energy Technology Co.,Ltd. |