CN101931266B - 应急电源切换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应急电源切换电路，包括整流单元、直流采样单元以及判断单元，其中所述整流单元的输入端连接到市电，所述直流采样单元的输入端连接到所述整流单元输出端的回路中并用于采集该回路中的电信号，所述判断单元连接到所述直流采样单元的输出端以根据该直流采样单元的输出判断市电是否断开，该判断单元在确认市电断开时输出切换到应急电源的指令。本发明通过将市电信号转换为直流电并根据对直流电的检测判断市电是否断开，缩短了市电信号的采集时间。

Description

应急电源切换电路
技术领域
本发明涉及应急电源切换电路，更具体地说，涉及一种处理市电信号并在市电信号断开时切换到应急电源的控制电路。
背景技术
为了保证重要设备供电不间断，各个领域都使用了大量的应急电源(例如应急照明电源、不间断电源UPS等)。这些应急电源为在停电时提供有限电力发挥了巨大作用。使用上述应急电源的设备中，通常具有市电及应急电源两套供电系统，这两套供电系统通过一个切换装置连接到设备内部电路。该切换装置在市电断电时将供电电源切换到应急电源，以通过应急电源继续为设备供电，从而避免因市电中断而使设备停止工作。
现有的电源切换装置中，大多使用光耦隔离的方法直接采集市电信号，并根据上述采集的市电信号判断市电是否断开或者断电，以决定是否需将电源切换到应急电源。
由于市电是一个交流信号，所以光耦的输出信号是一个高低电平交换的周期信号。若单纯使用模拟电路处理光耦的输出信号，则必须使用电容对光耦的输出信号进行滤波。而电容的引入又会导致光耦输出信号的时间特性变得很差，从而使整个应急系统的响应时间变长(100ms以上)，影响切换的即时性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述电源切换装置中响应时间存在延迟的缺陷，提供一种响应时间较短的应急电源切换电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种应急电源切换电路，包括整流单元、直流采样单元以及判断单元，其中所述整流单元的输入端连接到市电，所述直流采样单元的输入端连接到所述整流单元输出端的回路中并用于采集该回路中的电信号，所述判断单元连接到所述直流采样单元的输出端以根据该直流采样单元的输出判断市电是否断开，该判断单元在确认市电断开时输出切换到应急电源的指令。
在本发明所述的应急电源切换电路中，所述直流采样单元包括限流分压电阻、采样电阻以及光耦合器，其中所述限流分压电阻和采样电阻串联在整流单元输出端之间，所述光耦合器的输入端与采样电阻并联连接、输出端的第一端接地、第二端经由一个上拉电阻接高电平。
在本发明所述的应急电源切换电路中，所述判断单元的输入端连接到所述光耦合器的第二端，该判断单元以固定的时间间隔判断其输入端的电平信号。
在本发明所述的应急电源切换电路中，所述判断单元在预定时间段内判断其输入端为高电平的次数超过指定阈值时输出切换到应急电源的指令。
在本发明所述的应急电源切换电路中，所述光耦合器导通时输出信号的频率为100Hz，所述固定的时间间隔为1毫秒，所述预定时间段为10毫秒，所述指定阈值为3次。
在本发明所述的应急电源切换电路中，所述限流分压电阻包括两组，该两组限流分压电阻分别连接到整流单元的两个输出端，所述采样电阻连接所述两组限流分压电阻之间。
在本发明所述的应急电源切换电路中，每一组限流分压电阻由四个电阻连接而成，其中并联后的第一电阻和第二电阻与并联后的第三电阻和第四电阻串联。
本发明的应急电源切换电路，通过将市电信号转换为直流电并根据对直流电的检测判断市电是否断开，缩短了市电信号的采集时间。相对于使用模拟电路处理光耦合器输出信号并使用电容滤波的方式，本发明可大大缩短市电信号的采集时间。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明应急电源切换电路实施例的示意图；
图2是图1的实施例的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，是本发明应急电源切换电路实施例的结构框图。本实施例中，应急电源切换电路包括整流单元11、直流采样单元12以及判断单元13，其中整流单元11的输入端连接到市电，直流采样单元12的输入端连接到整流单元11输出端的回路中，判断单元13的输入端连接到直流采样单元12的输出端并在确认市电断开时输出切换到应急电源的指令。
整流单元11用于将市电转换为直流电，例如该整流单元11可采用全桥整流电路。直流采样单元12采集整流单元11输出的直流电。判断单元13用于根据直流采样单元12采集的直流电信号判断市电是否断开并在确认市电断开时输出切换到应急电源的指令。
如图2所示，是图1中应急电源切换电路具体实现的电路图。在该实施例中，整流电路11为四个二极管组成的全桥整流电路，该全桥整流电路的输入端连接到市电。
直流采样单元12包括限流分压电阻R、R’、采样电阻R38以及光耦合器U6，其中限流分压电阻和采样电阻串联在全桥整流电路的两个输出端之间，光耦合器U6的输入端与采样电阻R38并联连接、输出端的第一端(引脚3)接地、第二端(引脚4)经由一个上拉电阻R1接高电平VCC。
判断单元13采用一个芯片CPU1(本实施例中采用STM32F103，相应地，上拉电阻R1所连接的高电平采用STM32F103的工作电压3.3V)，其输入端连接到光耦合器U6的第二端，该判断单元13以固定的时间间隔判断其输入端的电平信号。该判断单元13在预定时间段内判断其输入端为高电平的次数超过指定阈值时输出切换到应急电源的指令。
此外，也可以将光耦合器U6的第一端(引脚3)连接到芯片CPU1的采样脚并将其第二端(引脚4)通过上拉电阻接到高电平VCC。
如图2所示，限流分压电阻包括两组，该两组限流分压电阻R、R’分别连接到全桥整流电路的两个输出端，而采样电阻R38则连接在该两组限流分压电阻之间。
特别地，每一组限流分压电阻由四个电阻连接而成，例如限流分压电阻R包括相并联连接的电阻R34与R36以及并联连接的电阻R35与R37，且两并联电阻组成的电路相串接；同理，限流分压电阻R’包括相并联连接的电阻R39与R41以及并联连接的电阻R40与R42，且两并联电阻组成的电路相串接。
上述电路中，市电信号经过全桥整流电路的整流处理后，交流市电变成了直流电，然后限流分压电阻R、R’将上述直流电调整到适合光耦合器U6采集的输入要求。通过上述处理，可大大减少光耦合器U6输出信号的低电平时间。在不增加电容对输出信号滤波的基础上，强化光耦合器U6的平滑输出能力。
通过将光耦合器U6的输出端的第一端(引脚3)接地、第二端(引脚4)通过一个上拉电阻R1连接到恒定的高电平VCC(高电平VCC的电压值应与芯片可接受的输入高电平相配)，从而解决了光耦合器U6存在的低电平时间。在有市电时，光耦合器U6导通，其第二端(引脚4)输出为高低变化的周期信号，频率为100Hz，幅值为3.3V；在市电断开时，光耦合器U6输出端的第二端一直输出高电平，高电平占空比为20％。
为了最快的辨别出光耦合器输出端的第二端输出的电压是正常的高电平还是因为市电断开而造成光耦合器U6关断造成的高电平，判断单元13(即芯片CPU1)进行如下的数据处理和判断：从t时刻开始，每隔1ms采样一次，总共采样10次，如果其中有3次或者3次以上的采样得到的结果是高电平，则判断t时刻的4脚输入为高电平，代表着市电处于断开状态，判断单元13输出控制信号让应急电源工作；如果10次中只有2次或者2次以下的高电平信号，则判断市电正常，不输出控制信号，应急电源不工作。
通过上述电路，可以使市电信号的采集时间远远小于现有技术中使用电容滤波后采样的方法所需要的采集时间。例如在相同外部条件的对照试验中，使用电容滤波后采样所需的总反应时间约为214毫秒；而采用本发明的电路后采样所需的总反应时间约为73毫秒。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种应急电源切换电路，其特征在于，包括整流单元、直流采样单元以及判断单元，其中所述整流单元的输入端连接到市电，所述直流采样单元的输入端连接到所述整流单元输出端的回路中并用于采集该回路中的电信号，所述判断单元连接到所述直流采样单元的输出端以根据该直流采样单元的输出判断市电是否断开，该判断单元在确认市电断开时输出切换到应急电源的指令；
其中，所述直流采样单元包括限流分压电阻、采样电阻R38以及光耦合器U6，其中所述限流分压电阻和采样电阻R38串联在整流单元输出端之间，所述光耦合器U6的输入端与采样电阻R38并联连接、输出端的第一端接地、第二端经由一个上拉电阻R1接高电平；
所述判断单元的输入端连接到所述光耦合器U6的第二端，该判断单元以固定的时间间隔判断其输入端的电平信号。
2.根据权利要求1所述的应急电源切换电路，其特征在于，所述判断单元在预定时间段内判断其输入端为高电平的次数超过指定阈值时输出切换到应急电源的指令。
3.根据权利要求2所述的应急电源切换电路，其特征在于，所述光耦合器U6导通时输出信号的频率为100Hz，所述固定的时间间隔为1毫秒，所述预定时间段为10毫秒，所述指定阈值为3次。
4.根据权利要求1所述的应急电源切换电路，其特征在于，所述限流分压电阻包括两组，该两组限流分压电阻R、R’分别连接到整流单元的两个输出端，所述采样电阻R38连接所述两组限流分压电阻R、R’之间。
5.根据权利要求4所述的应急电源切换电路，其特征在于，每一组限流分压电阻由四个电阻连接而成，其中并联后的第一电阻和第二电阻与并联后的第三电阻和第四电阻串联。
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