CN103401307A - 延时通、断的双电源切换控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种延时通、断的双电源切换控制电路，该电路包括有两个电压比较电路：其中一个电压比较电路以三极管T₁、电压比较器IC₁和三极管T₂相互连接搭建，以计算机I/O输出作为输入控制信号；另一个以三极管T₃、电压比较器IC₂和三极管T₄同上述的连接方式相互连接搭建，以三极管T₁的集电极输出作为输入控制信号。本发明的效果是该电路通过一个输入控制信号的电位变化，可以控制双电源上两个开关装置的切断与闭合操作，且利用开关管基极-集电极间的“非门”关系，使得开关的切断与闭合具有锁止功能。控制信号防干扰，有效避免了基极端低电位波动对相应三极管工作状态的影响。使可调输出功率增强，使用范围宽，可以控制一般的工业低压继电器。

Description

延时通、断的双电源切换控制电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术和可再生能源应用技术领域，是针对不稳定的可再生能源离网发电向连续运转设备供电的特殊场合而设计的一种延时通、断的双电源切换控制电路。

背景技术

目前，市场上的双电源自动切换开关品牌较多，原理基本相似，信号检测、控制单元和开关装置制作为一体。工作原理是设定主、从电源，开关控制系统自动检测运行电源电压参数，根据电源电压自动（或手动）进行切换。适用于双电源电压稳定的场合，如双电网电源、电网与自备柴油发电机双电源供电等。

本电路设计源于离网风力发电-网电互补的抽油机供电技术开发研究中的双电源切换控制问题。风电-网电互补的抽油机供电系统的特点是：一个离网风力发电机组与周边的数台抽油机组成一个分布式发电系统，并为连续运行、要求供电稳定的抽油机供电，根据风力发电的功率确定风电拖动的抽油机数量，不能由风电拖动的抽油机切换到网电拖动运行。由于风能是不断变化的，所以风力发电拖动的抽油机数量也要随之变化。即使在一段时间内拖动的抽油机数量不变，风电输出功率和抽油机所需求的功率也不一定相等，风电功率大于抽油机直接消耗功率时，富裕的电能将由蓄电池组储存，不足时则由另一蓄电池组通过并网逆变器补充。当所补充的功率超过一台抽油机功率、且风速有降低趋势（根据控制计算机内部存储的历史气象资料统计数据判断）时，就要将风电拖动的抽油机切换到网电拖动运行；反之，当向蓄电池组充电的富余功率大于一台抽油机功率、且风速有连续增加趋势时，又要将抽油机再并入到风电拖动运行。所以，这种电源切换要根据风速、风速变化趋势以及蓄电池组存余电量等因素综合判断，而且要尽量使用风电拖动抽油机运行，以充分利用风能资源，减少电网电能的消耗。

综上可以看出：第一，对于可再生能源离网发电，如风力、太阳能离网发电所组成的分布式供电系统，既没有电网供电的稳定性好，也存在因系统容量小而受负载波动影响的供电稳定性问题，所以开关装置的控制不能因电源电压的一定波动而切换供电电源。第二，虽然电网供电稳定，只要分布式可再生能源供电系统能够保证负载设备运行，就需要进行电源切换，以充分利用可再生能源。第三，电源的切换控制不仅取决于可再生能源的即时供给功率，还取决于蓄电组存余的电量。所以，市场上的双电源自动切换开关不适合含有分布式电源的双电源系统。

发明内容

针对分布式可再生能源发电与网电互补双电源供电的特点和目前双电源切换开关现有技术上的不足，本发明的目的是提供一种延时通、断的双电源切换控制电路，作为双电源切换装置的控制单元，它适用于控制固态继电器、交流接触器等多数低压电源开关装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种延时通、断的双电源切换控制电路，该电路包括有两个类同的单元：其中单元Ⅰ由三极管T₁、电压比较器IC₁和三极管T₂相互连接搭建，将三极管T₁接成开关电路，来自计算机的输入控制信号V_IN经二极管T₅、电阻R₁加到三极管T₁的基极，并以三极管T₁集电极端输出连接到电压比较器IC₁的正输入端V⁺比较输入电压，电压比较器IC₁的输出连接到三极管T₂的基极，并以三极管T₂射极输出形式为电源开关装置提供控制信号；单元Ⅱ由三极管T₃、电压比较器IC₂和三极管T₄同上述的连接方式相互连接搭建，所不同的是三极管T₃的输入控制信号为单元Ⅰ中三极管T₁的集电极输出信号。

本发明的延时通、断的双电源切换控制电路的效果是：

1、通过一个输入控制信号的电位变化，可以控制双电源上两个开关装置的切断与闭合，且利用开关管基极-集电极间的“非门”关系，使得双电源开关的切断与闭合具有锁止功能。

2、实现了双电源切换的先断后合，即先行切断在线运行电源，延时⊿t时间后接通另一个电源，有效防止了由于电源切换器件过渡过程等因素引起的误动作，如两电源瞬间同时接通设备的短路。在阻容组件不变的情况下，适当调整相应电阻即可实现所需的延时时差。

3、控制电源开关装置能力强。利用了电压比较器输出端的特点，与输出三极管构成了推挽式放大，输出功率增强，可以控制一般的工业低压继电器。

4、利用了相应二极管正向导通压降的特点，有效避免了基极端低电位波动对相应三极管工作状态的影响。如三极管T₁饱和导通时的集射极压降V_CE=0.3～0.7V，在选择二极管正向压降V_F=1V时即可避免T₃的误导通。

5、双电源切换控制信号可以是计算机控制输出的模拟信号，也可以是其它类似的模拟信号，使用范围宽。

附图说明

图1为本发明的延时通、断的双电源切换控制电路结构示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明的延时通、断的双电源切换控制电路结构加以说明。

本发明的延时通、断的双电源切换控制电路是有一个输入端和二个输出控制端，通过输入端输入的高、低电平控制二个输出端处于导通或截止；输出端导通则控制电源开关闭合，接通电源；输出端截止则控制电源开关断开，切断电源。

本发明的延时通、断的双电源切换控制电路结构是：该电路包括有两个电压比较电路：其中一个电压比较电路以三极管T₁、电压比较器IC₁和三极管T₂相互连接搭建，将三极管T₁接成开关电路，来自计算机的输入控制信号V_IN经二极管T₅、电阻R₁加到三极管T₁的基极，并以三极管T₁集电极端输出连接到电压比较器IC₁的正输入端V⁺作为比较输入电压，电压比较器IC₁的输出连接到三极管T₂的基极，并以三极管T₂射极输出形式为电源开关装置提供控制信号；另一个以三极管T₃、IC₂和三极管T₄同上述的连接方式相互连接搭建，以三极管T₁的集电极输出作为输入控制信号，所述三极管T₃的输入信号是由三极管T₁的集电极输出；延时通、断的双电源切换控制电路，该电路包括有两个电压比较电路：其中一个电压比较电路以三极管T₁、电压比较器IC₁和三极管T₂相互连接搭建，将三极管T₁接成开关电路，来自计算机的输入控制信号V_IN经二极管T₅、电阻R₁加到三极管T₁的基极，并以三极管T₁集电极端输出连接到电压比较器IC₁的正输入端V⁺作为比较输入电压，电压比较器IC₁的输出连接到三极管T₂的基极，并以三极管T₂射极输出形式为电源开关装置提供控制信号；另一个以三极管T₃、IC₂和三极管T₄同上述的连接方式相互连接搭建，以三极管T₁的集电极输出作为输入控制信号，所述三极管T₃的输入信号是由三极管T₁的集电极输出。

所述延时通、断的双电源切换控制电路的工作过程是：在V_IN高电平状态时，三极管T₁导通，集电极低电平，电压比较器IC₁的正输入端V⁺低电平，三极管T₂截止，Ⅰ负载out1无输出控制信号；同时，三极管T₃截止，集电极高电位，电压比较器IC₂的正输入端V⁺高电平，三极管T₄导通，Ⅱ负载out2输出控制信号，在V_IN由高电平跳转为低电平时，三极管T₁截止，集电极输出高电平，三极管T₃导通，电压比较器IC₂的电容C₃通过电阻R₁₀放电，当电容C₃放电到电压比较器IC₂的正输入端V⁺＜负输入端V^-时，电压比较器IC₂输出低电平，三极管T₄截止，Ⅱ负载out2输出开路，控制电源开关断开，同时，电压比较器IC₁的电容C₁通过电阻R₂和电阻R₄充电，当电容C₁充电到电压比较器IC₁的正输入端V⁺＞负输入端V-时，电压比较器IC₁输出高电平，三极管T₂饱和导通，Ⅰ负载out1有信号输出，控制电源开关闭合。

所述三极管T₁、三极管T₃构成的开关电路具有调整输入信号、保证电容充电延时的准确性，而且三极管T₁、三极管T₃的输入、输出为“非门”关系，使得一个输入控制信号变换成两个互为高、低反相的电平输入端，既电路的二个输出端的导通和截止状态具有锁止功能。

所述两个输出端的截止和导通状态的转换，具有导通状态先行转换到截止状态，经一定延时后截止状态端跳转到导通状态，延迟时间可调，且大于1个工频周波的时间。

输出三极管T₂和三极管T₄分别与电压比较器IC₁电压比较器IC₂内输出的集电极开路三极管搭建成推挽放大电路，且采用射极开路输出。提高了输出的控制能力，能够控制一般工业用低压电源继电器。

如图1所示，本发明的延时通、断的双电源切换控制电路结构是，该电路由两个单元构成，每个单元包括有基本类同的三部分：第一部分包括有三极管T₁、三极管T₃及相关的二极管和电阻，对输入控制信号进行调理。三极管T₁与电阻R₁、电阻R₂及三极管T₃与电阻R₇、电阻R₈连接成开关电路，集电极反相输出送入比较器IC₁的”+”输入端，同时经T₃的再反相送入比较器IC₂的”+”输入端；利用三极管T₅、三极管T₆的正向压降提高三极管T₁、三极管T₃输入的阈值，防止低电平信号波动对三极管T₁、三极管T₃输入的误动作。

第二部分包括有电压比较器IC₁、电压比较器IC₂及相关的阻容器件，完成电压信号的比较和高电平的延时输出。通过电位器电阻R₃、电阻R₉分压给电压比较器IC₁、电压比较器IC₂的“-”输入端V^-加入基准电压，当电压比较器IC₁、电压比较器IC₂“+”输入端电压V⁺＞V^-时，输出为高电平，否则输出低电平为0电位。其中，输入控制信号V_IN由高电位变为低电位时，三极管T₁截止，三极管T₃导通，电容C₃通过R₁₀快速放电，电容C₃电位下降到V⁺＜V^-，IC₂输出端由高电平转变为低点平；同时电容C₁通过电阻R₂、电阻R₄充电，电容C₁电位上升到V⁺＞V^-时，IC₁输出端由低电平转变为高电平，既控制电路先切断在线运行电源后再接通另一电源。

第三部分包括有三极管T₂、三极管T₄及相关电阻，增强输出信号控制能力。本电路中电压比较器IC₁、电压比较器IC₂，其输出为集电极开路，所以输出三极管T₂、三极管T₄连接方式与IC内部的输出管构成了推挽放大电路，同时对三极管T₂、三极管T₄采用射极开路输出，增强了电路输出能力。

本发明的延时通、断的双电源切换控制电路的工作原理是：IC作为电压比较器，其V_IN ^-端经电阻R₃、电阻R₉分压提供电压比较基准。当电路通电、控制端V_IN低电位时，三极管T₁截止，集电极高电位，电容C₁通过电阻R₂、电阻R₄充电，当电容C₁充电到IC₁的V_IN ⁺端电压大于V_IN ^-时，充电结束时V_C1=V_CC，IC₁输出高电平，V=V_CC，三极管T₂导通，out1输出控制对应的继电器闭合，双电源中的电源Ⅰ为负载供电。同时，三极管T₁集电极的高电位使得T₃导通，集电极低电平，V=0.3～0.7V，IC₂输入端V_IN ⁺的电压小于V_IN ^-，输出低电平，V_O≈0，T₄截止，控制双电源中电源Ⅱ的继电器断开。

电源切换时，控制端V_IN由低电位变为高电位，三极管T₁饱和导通，C₁通过R₄快速放电，当IC₁的V_IN ⁺端电位低于V_IN ^-时，IC₁输出低电位，三极管T₂截止，out1开路，控制双电源中的电源Ⅰ继电器断开。三极管T₁饱和导通的同时，使得三极管T₃基极低电位并截止，电容C₃通过R₈、R₁₀充电,当电容C₃充电到IC₂的V_IN ⁺端电压大于V_IN ^-时，充电结束时V_C1=V_CC，IC₂输出高电平，V_O=V_CC，T₄饱和导通，out2输出控制信号，控制双电源中的电源Ⅱ继电器闭合。

所述的两个开关电路，由三极管T₁组成的开关电路将输入控制信号V_IN反向一次作为电压比较器IC₁的输入比较信号；由T₂组成的开关电路将V_IN信号再次反向后形成与V_IN同向信号作为电压比较器IC₂的输入比较信号，据此将一个输入控制信号转换成互为反向的控制两个开关装置的信号，既两个输出端具有锁止功能。

所述两个电压比较电路中，电阻R₂和电阻R₉阻值相同，电阻R₄和电阻R₁₀阻值相同，电容C₁和电容C₃电容相同；R₂＞R₄，R₉＞R₁₀。三极管T₁、三极管T₃导通时，IC的V_IN ⁺端低电位，等于三极管饱和导通的集射极压降三极管T₁、三极管T₃从导通到截止，电容C₁、电容C₃充电，充电电位差近似等于电路电源电压；反之，三极管T₁、三极管T₃截止时，IC的V_IN ⁺端高电位，等于电路供电电压V_CC，三极管T₁、三极管T₃从截止到导通，电容C₁、电容C₃放电，放电电位差也近似等于电路电源电压。既该电路的两个输出控制端的接通和切断延迟时间相同。

因此，本发明的延时通、断的双电源切换控制电路具有如下基本功能：

1、具有根据分布式电源供电状态进行电源切换控制，并分别控制两个电源开关的闭合与切断功能，既单端输入控制和双端控制输出。

2、在控制电源切换的过程中，无论哪个电源在线运行，都应具有控制先行切断、然后在闭合另一电源的功能，以防止双电源的瞬间短路。

3、具有足够的输出控制能力，既具有可控制一般工业低压开关装置的能力。

Claims (4)

1.一种延时通、断的双电源切换控制电路，其特征是：该电路包括有两个电压比较电路：其中一个电压比较电路以三极管（T₁）、电压比较器（IC₁）和三极管（T₂）相互连接搭建，将三极管（T₁）接成开关电路，来自计算机的输入控制信号（V_IN）经二极管（T₅）、电阻（R₁）加到三极管（T₁）的基极，并以三极管（T₁）集电极端输出连接到电压比较器（IC₁）的正输入端（V⁺）作为比较输入电压，电压比较器（IC₁）的输出连接到三极管（T₂）的基极，并以三极管（T₂）射极输出形式为电源开关装置提供控制信号；另一个以三极管（T₃）、（IC₂）和三极管（T₄）同上述的连接方式相互连接搭建，以三极管（T₁）的集电极输出作为输入控制信号，所述三极管（T₃）的输入信号是由三极管（T₁）的集电极输出；

上述电路的工作过程是：在（V_IN）高电平状态时，三极管（T₁）导通，集电极低电平，电压比较器（IC₁）的正输入端（V⁺）低电平，三极管（T₂）截止，Ⅰ负载（out1）无输出控制信号；同时，三极管（T₃）截止，集电极高电位，电压比较器（IC₂）的正输入端（V⁺）高电平，三极管（T₄）导通，Ⅱ负载（out2）输出控制信号，在（V_IN）由高电平跳转为低电平时，三极管（T₁）截止，集电极输出高电平，三极管（T₃）导通，电压比较器（IC₂）的电容（C₃）通过电阻（R₁₀）放电，当电容（C₃）放电到电压比较器（IC₂）的正输入端（V⁺）＜负输入端（V^-）时，电压比较器（IC₂）输出低电平，三极管（T₄）截止，Ⅱ负载（out2）输出开路，控制电源开关断开，同时，电压比较器（IC₁）的电容（C₁）通过电阻（R₂）和电阻（R₄）充电，当电容（C₁）充电到电压比较器（IC₁）的正输入端（V⁺）＞负输入端（V^-）时，电压比较器（IC₁）输出高电平，三极管（T₂）饱和导通，Ⅰ负载（out1）有信号输出，控制电源开关闭合。

2.根据权利要求1所述的延时通、断的双电源切换控制电路，其特征是：所述三极管（T₁）、三极管（T₃）构成的开关电路具有调整输入信号、保证电容充电延时的准确性，而且三极管（T₁）、三极管（T₃）的输入、输出为“非门”关系，使得一个输入控制信号变换成两个互为高、低反相的电平输入端，既电路的二个输出端的导通和截止状态具有锁止功能。

3.根据权利要求2所述的延时通、断的双电源切换控制电路，其特征是：所述两个输出端的截止和导通状态的转换，具有导通状态先行转换到截止状态，经一定延时后截止状态端跳转到导通状态，延迟时间可调，且大于1个工频周波的时间。

4.根据权利要求1所述的延时通、断的双电源切换控制电路，其特征是：输出三极管（T₂）和三极管（T₄）分别与电压比较器（IC₁）电压比较器（IC₂）内输出的集电极开路三极管搭建成推挽放大电路。

Images