CN104167811B - 交流电源掉电切换方法及切换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流电源掉电切换方法及切换电路，该交流电源掉电切换方法包括将电路电压整流成半波电压；获取所述半波电压的当前电压；计算所述当前电压的当前相位角；根据所述当前相位角，计算所述当前电压的峰值电压；计算所述当前电压的峰值电压与标准峰值电压的差异；当所述差异大于预先设定门限值时，切换供电电路。该交流电源掉电切换电路包括整流模块、采样模块、相位角计算模块、峰值电压计算模块、差异计算模块和判断模块。本交流电源掉电切换方法及切换电路通过将当前采集点的峰值电压与标准峰值电压的差异与预先设定阀值进行对比判断，从而实现掉电快速切换电源。

Description

交流电源掉电切换方法及切换电路

技术领域

本发明涉及掉电切换方法，具体涉及一种交流电源掉电切换方法及切换电路。

背景技术

在不间断交流电源供电运用场合，除一个主交流电源之外，常需要一个副交流电源作为备份电源，以防止一个交流电源出现掉电、电压不足时波动而影响系统的正常工作。通常，主交流电源和副交流电源两路交流输入互为备份，当其中一路掉电或者电压不足时，通过电源切换电路快速切换至另一路正常的交流输入电源。

目前采用的电源切换电路的切换方法是，交流输入电源电压经过隔离检测整形后变为100HZ半正弦波，一个半波周期内，分别在t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7……tN采样。那么在第一个周期内，其采样电压平均值为（Asinθ1+ Asinθ2+ Asinθ3 +Asinθ4+ Asinθ5+ Asinθ6+ Asinθ7+……+ AsinθN）/N。

半波周期内有N个采样点，那么采集到N+1个点时，用N+1点值取代第1个点的值，求最新N个点的平均值，以此类推，采集到任意点时都求取最近采集到的N个点的平均值，在输入电压源没有发生变化时，任意N个点的平均值为常数，N越大，即半波周期内，采样点越密该常数越近似等于半波A*sinθ (0<=θ<=Pi)的平均值2A/Pi。

将求得的平均值与设定的电压基准值比较，当采样平均值小于电压基准值时，代表电压发生跌落，那么数字控制单元切换电源。此方法的一个明显不足是，误差需要一个积累的过程，误差累积时间不定，电压掉电后，不能及时判断电压掉电，需要累积到参考值才能判断电压跌落。特别是电压在过零附近掉电，且掉电为幅值跌落型时，该方法需要较长时间的累计才能计算出电压源已经掉电，此时，两个交流电压源切换时间长，严重影响后级电路的正常工作。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的交流电源掉电切换方法及切换电路通过将当前采集点的峰值电压与标准峰值电压的差异与预先设定阀值进行对比判断，从而实现掉电快速切换电源。

本发明一个实施例提供了一种交流电源掉电切换方法，包括：将电路电压整流成半波电压；获取半波电压的当前电压；计算当前电压的当前相位角；根据当前相位角，计算当前电压的峰值电压；计算当前电压的峰值电压与标准峰值电压的差异；当差异大于预先设定门限值时，切换供电电路。

本发明另一个实施例提供了一种交流电源掉电切换方法，包括：获取半波电压的当前电压进一步包括：整流模块，用于将电路电压整流成半波电压；采样模块，用于获取半波电压的当前电压；相位角计算模块，用于计算电压的当前相位角；峰值电压计算模块，用于根据当前相位角，计算当前电压的峰值电压；差异计算模块，用于计算当前电压的峰值电压与标准峰值电压的差异；判断模块，用于当差异大于预先设定门限值时，切换供电电路。

本发明的有益效果为：该交流电源掉电切换方法及切换电路通过不停地采集半波电压的当前电压，将获取的每个采集点的峰值电压与标准峰值电压进行对比获取两者的差异，当差异大于预先设定值就将供电电源进行切换，每个采集点判断一次是否掉电，从而确保了掉电后，快速切换电源。

附图说明

图1为本发明交流电源掉电切换方法一个实施例的流程图；

图2为本发明交流电源掉电切换方法另一个实施例的流程图；

图3为本发明交流电源掉电切换电路一个实施例的示意性框图；

图4为本发明交流电源掉电切换电路另一个实施例的示意性框图；

图5为交流电源掉电切换电路的采样电路一个实施例的原理框图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

参考图1，图1示出了本发明交流电源掉电切换方法一个实施例100的流程图。该方法包括步骤101到步骤106：

在步骤101中，将电路电压整流成半波电压；在这里具体做法是将交流50HZ的电压源转换为100HZ的半波采样信号。

在步骤102中，获取半波电压的当前电压。

在步骤103中，计算当前电压的当前相位角。

在本发明的一个实施例中，在步骤101 和步骤102之间还可以增加获取半波电压的过零点的步骤。

若是在获取了过零点的步骤之后对当前电压的采集，那么在步骤103中，可以计算当前电压相对过零点的当前相位角。

在本发明的一个实施例中，在步骤103中进一步可以细化为：根据过零点，获取半波电压周期内设定的采样点个数；关于采样点个数，用户可以自行设定，由于一个半波周期内采样点N越多，则相邻采样点之间的时间间隔越短，越有利于掉电检测的快速性。一般可以在一个半波周期内设置12-200个采样点。

计算相邻采样点之间的时间间隔；由于每个半波电压的周期是固定的，时间间隔为半波电压的周期除以采样点的个数获得。

在步骤104中，根据当前相位角，计算当前电压的峰值电压。

在本发明的一个实施例中，当确定采样点的个数之后，可以根据半波相角幅度确定相邻采样点之间的相角差，根据其是当前第几次采样，当前采样的次数与相邻采样点之间的相角差的乘积作为当前相位角。

在步骤105中，计算当前电压的峰值电压与标准峰值电压的差异。

在步骤106中，当差异大于预先设定门限值时，切换供电电路。

由于我国市电电网正常半波电压的峰值电压为310V，允许波动范围为+-10%，将正常半波电压的峰值电压乘以10%作为上述预先设定门限值。

参考图2，图2示出了本发明交流电源掉电切换方法另一个实施例200的流程图；该方法包括步骤201到步骤210：

在步骤201中，将电路电压整流成半波电压；在这里具体做法是将交流50HZ的电压源转换为100HZ的半波采样信号。

在步骤202中，采集当前电压，判断当前电压是否为过零点；若不是过零点继续采集当前电压进行判断，直到采集到过零点，进入步骤202中；若当前电压为过零点，进入步骤202中；

在步骤203中，获取半波周期内采样点个数N，根据采样点个数N计算出相邻采样之间的时间间隔△t。

在步骤204中，采样前，对即将采样次数n进行判断。具体做法是，根据当前具体时间/时间间隔△t对采样次数n进行判断，当n≤N时，进入步骤204 ；当n＞N时，则返回步骤202。

在步骤205中，对当前的时间T进行判断，若当前的时间T＝n△t，则进入步骤206，否则继续对当前时间进行确认。

在步骤206中，当当前的时间T＝n△t，采集第n个采样点的电压。

在步骤207中，采集第n个采样点的相位角，再根据相位角计算出第n个采样点的峰值电压。

在本发明的一个实施例中，一个半波周期对应的相角弧度为0~Pi，则第n个采样点相对过零点的相角θ为(Pi×n)/N。一个半波周期内采样点N越多，则相邻采样点之间的时间间隔越短，越有利于掉电检测的快速性。考虑到实际应用，N一般可以取12—200之间。

一个半波周期内任意点电压可以表示为 u=Asinθ(0<=θ<=Pi)，A为峰值电压。故第n个采样点对应的电压为Asin((Pi×n)/N)，假设我们采样到的第n个采样点的真实电压为u，那么我们可以得出Asin((Pi×n)/N)= u，由此可以推算出A= u/( sin sin((Pi×n)/N))，即我们采样任意一点电压，根据该点电压相对过零点的相位角，可以推算出该点电压对应的正弦波电压的峰值电压。

在步骤208中，获取第n个采样点的峰值电压与标准峰值电压的差异。

在步骤209中，判断差异是否大于预先设定值，若差异大于预先设定值，进入步骤210；否则返回步骤204。

由于我国市电电网正常半波电压的峰值电压为310V，允许波动范围为+-10%，正常电压峰值电压在280V—340之间，我们根据采样点推算出的电压峰值电压超出该范围，即可判定电压掉电。其中，将正常半波电压的峰值电压乘以10%作为上述预先设定门限值。

在步骤210中，当差异大于预先设定值时，切换为另外一路电源供电。接着返回步骤202。

当差异大于预先设定值时，说明该交流输入电压源掉电，需要切换到另外一供电支路，实际应用中，考虑到实际采样误差，可以根据采样精度适当扩大参考值范围，比如260—350V、小于260V就可以认为电压跌落。

下面以一个实例对背景技术提到的切换方法（下面简称方法一）和本方案的切换方法（下面简称方法二）进行对比说明：

试验例的条件：在市电电网供电情况下，假设一个半波周期内，采样12点。

采用方法一，假设该路电压源在电压过零后第2点时电压掉为100V，其上周期该点电压值为310 sin(Pi/6)=155V，我们需要用新采样值100V代替上周期该点值155，然后累加最近12个点采样值，求平均值。新采样值100V与旧采样值155V差值，再除以12求平均，误差只有4.5V，即平均值只减小4.5V，由于各个点都有电压的正常范围波动，很难判断电压跌落，需要再继续采样累积误差。

采用方法二，检测到电压过零点后，第2点对应的相角为θ=(Pi×n)/N=Pi×2/12=Pi/6，假设第2点采样到的值为100V，那么我们可以算出该点对应的峰值电压为100/sinθ=100/sin(Pi/6)=200V，与标准峰值电压310的差异明显大于准峰值电压310的10%，我们可以立即判断出电压超出我国市电正常波动范围，故切换到另外一路。

方法二相比于方法一，方法二可以通过一个点迅速计算出电压对应的峰值点，通过峰值很明显可以判断电路是否掉电。

参考图3，图3示出了本发明交流电源掉电切换电路一个实施例的示意性框图。

如图3所示，该交流电源掉电切换电路包括整流模块，用于将电路电压整流成半波电压；采样模块，用于获取半波电压的当前电压；相位角计算模块，用于计算电压的相位角；峰值电压计算模块，用于根据相位角，计算当前电压的峰值电压；差异计算模块，用于计算当前电压的峰值电压与标准峰值电压的差异；判断模块，用于当差异大于预先设定门限值时，切换供电电路。

参考图4，图4示出了本发明交流电源掉电切换电路一个实施例的示意性框图。如图4所示，在本发明的一个实施例中，该交流电源掉电切换电路在整流模块和采样模块之间还设置有一个过零检测模块，其用于获取半波电压的过零点。

参考图5，图5示出了交流电源掉电切换电路的采样电路一个实施例的原理框图。如图5所示，采样模块可以包括采样点获取模块，用于根据过零点，获取半波电压周期内设定的采样点个数；时间计算模块，用于计算相邻采样点之间的时间间隔； 电压采集模块，用于根据时间间隔，获取当前采样点的电压。

至此描述了根据本发明实施例的交流电源掉电切换电路，与上述方法类似，根据该切换电路，同样可以更准确的实现交流电源掉电的快速切换。

Claims (4)

1.一种交流电源掉电切换方法，其特征在于，该方法包括步骤201到步骤210：

步骤201，将电路电压整流成半波电压；具体做法是将交流50HZ的电压源转换为100HZ的半波采样信号；

步骤202，采集当前电压，判断当前电压是否为过零点；若不是过零点继续采集当前电压进行判断，直到采集到过零点；若当前电压为过零点，进入步骤203中；

步骤203，获取半波周期内采样点个数N，根据采样点个数N计算出相邻采样之间的时间间隔△t；

步骤204，采样前，对即将采样次数n进行判断；具体做法是，根据当前具体时间/时间间隔△t对采样次数n进行判断，当n≤N时，进入步骤204；当n＞N时，则返回步骤202；

步骤205，对当前的时间T进行判断，若当前的时间T＝n△t，则进入步骤206，否则继续对当前时间进行确认；

步骤206，当当前的时间T＝n△t，采集第n个采样点的电压；

步骤207，采集第n个采样点的相位角，再根据相位角计算出第n个采样点的峰值电压；

所述峰值电压为：A＝u/sinθ；其中，u为当前电压，θ为当前相位角，θ＝(Pi×n)/N，N为半波周期内设置的采用点个数，n为当前半波周期内采用点的序号；

步骤208，获取第n个采样点的峰值电压与标准峰值电压的差异；

步骤209，判断差异是否大于预先设定值，若差异大于预先设定值，进入步骤210；否则返回步骤204；

步骤210，当差异大于预先设定值时，切换为另外一路电源供电，接着返回步骤202。

2.一种用于权利要求1交流电源掉电切换方法的交流电源掉电切换电路，其特征在于，包括：

整流模块，用于将电路电压整流成半波电压；

采样模块，用于获取所述半波电压的当前电压；

相位角计算模块，用于计算所述电压的当前相位角；

峰值电压计算模块，用于根据所述当前相位角，计算所述当前电压的峰值电压；

差异计算模块，用于计算所述当前电压的峰值电压与标准峰值电压的差异；以及

判断模块，用于当所述差异大于预先设定门限值时，切换供电电路。

3.根据权利要求2所述的交流电源掉电切换电路，其特征在于，还包括过零检测模块，用于获取所述半波电压的过零点。

4.根据权利要求3所述的交流电源掉电切换电路，其特征在于，所述采样模块进一步包括：

采样点获取模块，用于根据所述过零点，获取所述半波电压周期内设定的采样点个数；

时间计算模块，用于计算相邻采样点之间的时间间隔；

电压采集模块，用于根据所述时间间隔，获取当前采样点的电压。