CN104701970A - 电源自动转换开关的控制器 - Google Patents

Abstract

电源自动转换开关的控制器包括分别独立安装在开关本体上的多个模块，其中电源模块的保护电路分别从常用、备用电源进线取单相交流电压，整流及指示电路将经变压电路分别变压后的电压转换为供各模块用的直流电压；控制模块的常用、备用电压采样电路分别从两个电源进线采集电压信号，位置检测电路从开关本体采集开关位置信号，单片机将这些信号及从交互接口和通讯电路输入的数据进行判断处理，控制继电器驱动电路执行开关本体的电源自动转换，同时将处理结果通过交互接口和通讯电路输出；显示模块的按键电路的信号通过按键及显示用的驱动电路处理后经可插拔式连接线输入到交互接口，并将通过连接线传输的交互接口输出的信号处理后供显示屏显示。

Description

电源自动转换开关的控制器

技术领域

本发明属于低压电器领域，涉及一种电源自动转换开关电器，特别是一种电源自动转换开关的控制器。

背景技术

通常一些如医院、政府机关、冶炼、化工等重要场合的电源进线端均采用双路或三路电源，以满足不间断供电的要求，而随着现代经济社会的快速发展，要求采用双路或三路电源不间断供电的场合越来越多，电源自动转换开关是双路或三路电源供电系统中必不可少的电器，常见的双电源转换开关当常用电源发生故障或停电时自动将电源切换至备用电源，以保证正常供电，其中控制器是双电源转换开关电器中的主要部件，它用于监测、保护电路的运行和控制电路的切换。但现有的双电源控制器均设计在一个外壳内，造成控制器的体积大，安装方式只能采用一体式封装，安装方式单一，不仅需在双电源转换开关中占用很大的集中空间，而且如果控制器损坏，维护十分不方便，还有，控制器中的部分元器件的寿命较短，但是因为控制器与双电源转换开关配套使用，即使是控制器出现局部故障，也只能更换整个控制器，导致维护成本高，且生产成本居高不下。此外，由于受不可拆分组合的整体结构限制，控制器上的用于人机对话的显示、操作的面板的位置设置无法满足方便人机对话的要求，还使得产品使用不便。

然而，现有的整体结构的控制器的这些电路一般不具有可拆分性，例如由于电流互感器的特殊结构和其公知的特殊的安装要求，电流互感器本身就是不可拆卸的，如因拆卸采用电流互感器的电压、电流采集电路而使电流互感器的二次输出的电路开路，则可能会带来新的安全问题。即使是某些电路具有可拆分性，但某个或者某些电路的拆分及组合也很可能会出现新的预想不到的问题。因此，不是简单地将现有控制器的不可拆分组合的整体结构拆分成几个子结构就能有效地一揽子解决上述技术问题。

发明内容

为了综合解决上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种模块化、小体积、经济性更佳的电源自动转换开关的控制器，该控制器通过可方便拆装的多个独立模块形成，不仅解决了安装方式单一的问题，大大方便了维修及维护，大幅度降低了生产及维护成本，而且解决了控制器体积偏大的问题，有利于转换开关产品的小型化设计。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种电源自动转换开关的控制器，其特点是包括分别独立安装在开关本体5上的电源模块1、控制模块2和显示模块3，其中：所述的电源模块1包括保护电路101、变压电路102和整流及指示电路103，所述的保护电路101分别从常用电源进线JX1和备用电源进线JX2取单相交流电压，所述的整流及指示电路103将经所述的变压电路102分别变压后的电压转换为向所述的控制器的各模块供电用的直流电压。所述的控制模块2包括单片机、DC/DC转换电路、常用电压采样电路、备用电压采样电路、位置检测电路、继电器驱动电路、交互接口和通讯电路，所述的常用电压采样电路、备用电压采样电路分别从常用电源进线JX1、备用电源进线JX2采集电压信号，所述的位置检测电路从开关本体5采集开关位置信号，所述的单片机将所述采集到的电压信号、开关位置信号以及从所述的交互接口和通讯电路输入的数据进行判断处理，并根据处理结果控制所述的继电器驱动电路执行开关本体5的电源自动转换操作，同时将处理结果通过所述的交互接口和通讯电路输出。所述的显示模块3包括按键及显示用的驱动电路、按键电路、显示屏和以可插拔的方式连接在该驱动电路与所述的控制模块2的交互接口之间的连接线4，所述的按键电路键入的信号通过该驱动电路处理后经所述的连接线4输入到所述的控制模块2的交互接口，所述的驱动电路将通过连接线4传输的交互接口输出的信号处理后输出给所述的显示屏显示。

本发明的电源自动转换开关的控制器，所述的控制模块2的常用电压采样电路包括常用A相采样电路21A、常用B相采样电路21B、常用C相采样电路21C和常用N极控制电路21N；所述的常用A相采样电路21A、常用B相采样电路21B、常用C相采样电路21C采用相同结构的采样电路，每个采样电路包括组合电阻R1、电容C101、运放U101和电阻R110，同一个采样电路的组合电阻R1的一端、电容C101的一端、电阻R110的一端与运放U101的同相端U3并联连接，每个运放U101的反相端U2与其输出端U1短路连接，每个运放U101的电源端的正极接电源模块1的直流电源正极VCC，每个运放U101的电源端的负极接电源模块1的直流电源地极，每个组合电阻R1的另一端对应连接常用电源进线JX1的三相火线中的一个相线，各电容C101的另一端并联连接于电源模块1的直流电源地极，各电阻R110的另一端并联连接于节点GND1，各运放U101的输出端U1分别向单片机输出电压信号；所述的常用N极控制电路21N包括组合电阻R10、电阻R116、电阻R117、电阻R118、电容C104、电容C105、电容C106、光耦U102和运放U101D，组合电阻R10的一端接光耦U102的控制输出端的一个极，组合电阻R10的另一端接常用电源进线JX1的中性线N1，光耦U102的控制输入端的正极接电阻R116的一端，电阻R116的另一端接单片机的信号输出端OUT-N1，光耦U102的控制输入端的负极接直流电源地极，光耦U102的控制输出端的另一个极、电容C106的一端、运放U101D的输出端U4、运放U101D的反相端U6并联连接于节点GND1，电阻R117的一端接电源模块1的直流电源正极VCC，电阻R117的另一端、电阻R118的一端、电容C104的正极、电容C105的一端并联连接于运放U101D的同相端，电阻R118的另一端、电容C104的负极、电容C105的另一端、电容C106的另一端并联连接于电源模块1的直流电源地极。

本发明的电源自动转换开关的控制器，所述的控制模块2的备用电压采样电路包括备用A相采样电路22A、备用B相采样电路22B、备用C相采样电路22C和备用N极控制电路22N。所述的备用A相采样电路22A、备用B相采样电路22B、备用C相采样电路22C采用相同结构的采样电路，每个采样电路包括组合电阻R2、电容C201、运放U201和电阻R210，同一个采样电路的组合电阻R2的一端、电容C201的一端、电阻R210的一端与运放U201的同相端U3并联连接，每个运放U201的反相端U2与其输出端U1短路连接，每个运放U201的电源端的正极接电源模块1的直流电源正极VCC，每个运放U201的电源端的负极接电源模块1的直流电源地极，每个组合电阻R2的另一端对应连接备用电源进线JX2的三相火线中的一个相线，各电容C201的另一端并联连接于电源模块1的直流电源地极，各电阻R210的另一端并联连接于节点GND2，各运放U201的输出端U1分别向单片机输出电压信号；所述的备用N极控制电路22N包括组合电阻R20、电阻R216、电阻R217、电阻R218、电容C204、电容C205、电容C206、光耦U202和运放U201D，组合电阻R20的一端接光耦U202的控制输出端的一个极，组合电阻R20的另一端接备用电源进线JX2的中性线N2，光耦U202的控制输入端的正极接电阻R216的一端，电阻R216的另一端接单片机的信号输出端OUT-N2，光耦U 2 02的控制输入端的负极接直流电源地极，光耦U202控制输出端的另一个极、电容C206的一端、运放U201D的输出端U4、运放U201D的反相端U6并联连接于节点GND2，电阻R217的一端接电源模块1的直流电源正极VCC，电阻R217的另一端、电阻R218的一端、电容C204的正极、电容C205的一端并联连接于运放U201D的同相端，电阻R218的另一端、电容C204的负极、电容C205的另一端、电容C206的另一端并联连接于电源模块1的直流电源地极。

本发明的电源自动转换开关的控制器，所述的控制模块2的常用电压采样电路包括光耦U102，所述的单片机的输出信号OUT-N1控制光耦U102导通/断开，以控制常用电源N极的接通/分断；所述的控制模块2的备用电压采样电路包括光耦U202，所述的单片机的输出信号OUT-N2控制光耦U202导通/断开，以控制常用电源N极的接通/分断。单片机在光耦U102导通并光耦U202断开后，再通过常用电压采样电路对常用电源进线JX1进行采样；或者，单片机在光耦U102断开并光耦U202导通后，再通过备用电压采样电路对备用电源进线JX2进行采样。

本发明的电源自动转换开关的控制器，其显示模块3的按键及显示用的驱动电路包括驱动芯片U301、电阻R301、电阻R302、电阻R303、电容C303、电容C304和电容C305，电阻R301的一端、电容C303的一端并联连接于驱动芯片U301的DIO脚，电阻R302的一端、电容C304的一端并联连接于驱动芯片U301的CLK脚，电阻R303的一端、电容C305的一端并联连接于驱动芯片U301的STB脚，电阻R301的另一端、电阻R302的另一端、电阻R303的另一端与驱动芯片U301的VDD脚并联连接，以适配电压EVCC，电容C303的另一端、电容C304的另一端、电容C305的另一端、驱动芯片U301的GND脚并联连接于电源模块1的直流电源地极。所述的按键电路包括自动/手动按钮SW301、设置按钮SW303、查询按钮SW305、常用按钮SW302、备用按钮SW304和双分按钮SW306，自动/手动按钮SW301的一端、常用按钮SW302的一端并联连接于驱动芯片U301的SEG1脚，设置按钮SW303的一端、备用按钮SW304的一端并联连接于驱动芯片U301的SEG2脚，查询按钮SW305的一端、双分按钮SW306的一端并联连接于驱动芯片U301的SEG3脚，自动/手动按钮SW301的另一端、设置按钮SW303的另一端、查询按钮SW305的另一端并联连接于驱动芯片U301的KEY1脚，常用按钮SW302的另一端、备用按钮SW304的另一端、双分按钮SW306的另一端并联连接于驱动芯片U301的KEY2脚。

本发明的电源自动转换开关的控制器，其电源模块1的保护电路101包括接常用电源进线JX1的共模扼流圈L401、接备用电源进线JX2的共模扼流圈L402，所述的共模扼流圈L401的输入端的中性极N1、相线极A1分别接常用电源进线JX1的中性线N1、三相火线中的一个相相A1，共模扼流圈L401的输出端的中性极N10为保护电路101的第一中性输出极N1′，保险管F401串联连接在共模扼流圈L401的输出端的火线极A10与该保护电路101的第一火线输出极A1′之间，滤波电容C403并联连接在火线极A10与中性极N10之间，压敏电阻RV401并联连接在第一火线输出极A1′与第一中性输出极N1′之间；所述的共模扼流圈L402的输入端的中性极N2、相线极A2分别接备用电源进线JX2的中性线N2、三相火线中的一个相线A2，共模扼流圈L402的输出端的中性极N20为保护电路101的第二中性输出极N2′，保险管F402串联连接在共模扼流圈L402的输出端的火线极A20与该保护电路101的第二火线输出极A2′之间，滤波电容C404并联连接在火线极A20与中性极N20之间，压敏电阻RV402并联连接在第二火线输出极A2′与第二中性输出极N2′之间。所述的电源模块1的变压电路102包括变压器T401和变压器T402，变压器T401的两个输入端分别与保护电路101的第一火线输出极A1′、第一中性输出极N1′连接，变压器T402的两个输入端分别与保护电路101的第二火线输出极A2′、第二中性输出极N2′连接。所述的电源模块1的整流及指示电路103包括整流桥DB401、整流桥DB402、分别并联连接在电源模块1的直流电源正极VCC与直流电源地极之间的电容C401、电容C402、串联连接的电阻R401和发光二极管H401，整流桥DB401的两个交流输入端Z11、Z13分别与变压电路102的变压器T401的两个输入端连接，整流桥DB402的两个交流输入端Z21、Z23分别与变压电路102的变压器T402的两个输入端连接，整流桥DB401的直流输出正极Z12与整流桥DB402的直流输出正极Z22并联连接，形成电源模块1的直流电源正极VCC，整流桥DB401的直流输出负极Z14与整流桥DB402的直流输出负极Z24并联连接，形成电源模块1的直流电源地极，所述的电阻R401和发光二极管H401串联连接形成的两端分别与直流电源正极VCC、直流电源地极连接。

本发明的电源自动转换开关的控制器，所述的电源模块1还包括电源输入接口J401和两条电源线401，其中一条以可插拔的方式连接在常用电源进线JX1与电源输入接口J401之间，另一条以可插拔的方式连接在备用电源进线JX2与电源输入接口J401之间，所述的保护电路101分别从电源输入接口J401取电。

本发明的电源自动转换开关的控制器，所述的电源模块1还包括电源输出接口J403和电源连接线403，电源输出接口J403与整流及指示电路103连接，电源连接线403以可插拔的方式连接在电源输出接口J403与其它用电模块之间，可使电源模块1的对外的所有电器连接可方便地实现插接。

本发明的电源自动转换开关的控制器，所述的控制模块2还包括与常用电压采样电路连接的常用采集接口J201、常用采集线201、与备用电压采样电路连接的备用采集接口J202和备用采集线202，常用采集线201以可插拔的方式连接在常用电源进线JX1与常用采集接口J201之间，备用采集线202以可插拔的方式连接在备用电源进线JX2与备用采集接口J202之间。

本发明的电源自动转换开关的控制器，所述的控制模块2还包括与继电器驱动电路连接的执行接口J203、执行连接线203、与位置检测电路连接的检测接口J204和检测连接线204，执行连接线203以可插拔的方式连接在开关本体5的执行单元501与执行接口J203之间，检测连接线204以可插拔的方式连接在开关本体5的检测单元502之间。

本发明将控制器进行模块化设计，即：采用独立安装在开关本体上的电源模块、控制模块以及显示模块，使依据本发明提供的电源自动转换开关的控制器具有如下显著的技术效果：一是减小了控制器体积，且使控制器能更好的与自动转换开关配合；二是将显示模块独立出来，既可以一体安装，也可以分体安装，解决了控制器安装方式单一的问题；三是如果模块化设计的控制器中任意一个模块出现问题，可以马上更换模块即可，解决了控制器维护不方便的问题；四是以采样电阻降压采样电路取代了原有的电流互感器采样方式，更经济可靠，解决了控制器不可拆分及成本高的问题。

附图说明

图1是本发明的电源自动转换开关的控制器的立体结构示意图。

图2是本发明的控制器中的显示模块3的显示屏的信息显示的结构布局图。

图3是本发明的电源自动转换开关的控制器的结构框图。

图4是图3所示的控制器中的电源模块1的电路结构示意图。

图5是图3所示的控制器中的控制模块2的常用电压采样电路的结构示意图。

图6是图3所示的控制器中的控制模块2的备用电压采样电路的结构示意图。

图7是图3所示的控制器中的显示模块3的按键及显示用的驱动电路的结构示意图。

图8是图3所示的控制器中的显示模块3的按键及电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图8给出的实施例，进一步说明本发明的电源自动转换开关的控制器的具体实施方式。从附图所示实施例的描述中可更清楚地看出本发明的优点和特征。

参见图1，本发明的电源自动转换开关的控制器包括独立安装在开关本体5上的电源模块1、独立安装在开关本体5上的控制模块2和独立安装在开关本体5上的显示模块3，控制模块2与显示模块3之间通过连接线4上传数据信号，控制器与开关本体5配合使用，实现电源电压的保护及转换。电源模块1将常用电源及备用电源进线端交流电转换为控制器的直流工作电源，控制模块2以单片机为核心，通过对常用电源及备用电源电压信号进行采样、处理及判断，通过继电器电路控制开关本体5进行自动转换(见图5、6)。显示模块3通过连接线4将电源电压值、位置指示、状态指示等信息显示在显示屏302(见图2、7、8)。为确保双电源转换开关的可靠运行，需要有计划地更换控制器中的易损器件，但由于目前只能通过更换整个控制器实现，从而导致产品体积大且生产成本居高不下。与现有技术相比，显然，本发明将电源自动转换开关的控制器进行上述的模块化设计，即拆分成三个独立模块的优点在于：电源模块1和控制模块2可根据小型化设计要求分别独立设置在开关本体5的两侧，而显示模块3可根据方便人机对话的要求独立设置在开关本体5的上面；如果控制器出现故障，只需拆卸或更换个别模块，无需拆卸或更换整个控制器，因此维修方便，维护成本低。

在图3中，独立安装在开关本体5上的显示模块3包括按键及显示用的驱动电路、按键电路、显示屏和连接线4，连接线4以可插拔的方式连接在驱动电路与控制模块2的交互接口之间，按键电路键入的信号通过驱动电路处理后经连接线4输入到交互接口，交互接口输出的信号通过连接线4输入到驱动电路，并经驱动电路处理后输出给显示屏显示，显示屏采用定制LED或LCD模块，按键电路可执行常用、备用、双分、手动/自动、设置、查询等功能(见图2)。所述的驱动电路采用通用的驱动芯片U 301，可以采用LED或LCD专用驱动芯片，驱动电路的具体结构可有多种方案，一种优选的方案如图3、图7和图8所示：所述的显示模块3的按键及显示用的驱动电路包括驱动芯片U301、电阻R301、电阻R302、电阻R303、电容C303、电容C304、电容C305，电阻R301的一端、电容C303的一端并联连接于驱动芯片U301的DIO脚，电阻R302的一端、电容C304的一端并联连接于驱动芯片U301的CLK脚，电阻R303的一端、电容C305的一端并联连接于驱动芯片U301的STB脚，电阻R301的另一端、电阻R302的另一端、电阻R303的另一端与驱动芯片U301的VDD脚并联连接，以适配电压EVCC，电容C303的另一端、电容C304的另一端、电容C305的另一端、驱动芯片U301的GND脚并联连接于电源模块1的直流电源地极。图8中，所述的按键电路包括自动/手动按钮SW301、设置按钮SW303、查询按钮SW305、常用按钮SW302、备用按钮SW304和双分按钮SW306，自动/手动按钮SW301的一端、常用按钮SW302的一端并联连接于驱动芯片U301的SEG1脚，设置按钮SW303的一端、备用按钮SW304的一端并联连接于驱动芯片U301的SEG2脚，查询按钮SW305的一端、双分按钮SW306的一端并联连接于驱动芯片U301的SEG3脚，自动/手动按钮SW301的另一端、设置按钮SW303的另一端、查询按钮SW305的另一端并联连接于驱动芯片U301的KEY1脚，常用按钮SW302的另一端、备用按钮SW304的另一端、双分按钮SW306的另一端并联连接于驱动芯片U301的KEY2脚。如图2所示，所述的显示屏302的显示内容可包括常用电源的三相电压值、备用电源的三相电压值、时间设定值、电源状态指示、断路器位置指示、操作方式指示、故障指示、通讯指示。

在图3中，本发明的独立安装在开关本体5上的控制模块2包括单片机、DC/DC转换电路、常用电压采样电路、备用电压采样电路、位置检测电路、继电器驱动电路、交互接口和通讯电路，控制模块2的具体电路参见图5、6，控制模块2的常用电压采样电路、备用电压采样电路分别从常用电源进线JX1、备用电源进线JX2对常用电源及备用电源电压信号进行采样，位置检测电路从开关本体5采集开关位置信号，单片机将电压信号、开关位置信号、交互接口和通讯电路输入的数据进行处理判断，并根据处理结果控制继电器驱动电路执行开关本体5的转换操作，同时将处理结果通过交互接口和通讯电路输出。即：单片机通过继电器驱动电路控制自动转换开关本体5进行转换，同时采集自动转换开关本体的开关位置，将电源电压值、位置指示、状态指示等信息通过交互接口及连接线4传输给显示模块3进行显示。如果用户有要求，也可通过通讯电路进行通讯，将数据上传给计算机。单片机的结构和功能可采用公知的器件，DC/DC转换电路将电源模块1的直流电源正极VCC的电压转换成单片机的适配电压，它可采用已知的任何一种方式实现。位置检测电路用于检测开关本体5的两个执行开关(如断路器，图中未示出)所处的闭合/分断位置，它可采用已知的任何一种方式实现，如微动开关(图中未示出)，通过微动开关输入给单片机的开关信号(即开关位置信号)，使单片机识别开关本体5的两个执行开关的闭合/分断位置。继电器驱动电路用于控制开关本体5的两个执行开关闭合/分断的执行元件(图中未示出)的起动/停止，所述的执行元件如电动机，单片机根据处理结果控制继电器驱动电路执行开关本体5的转换操作，就是通过继电器驱动电路控制如电动机的执行元件起动/停止，再由执行元件驱动两个执行开关的操作机构(图中未示出)执行闭合/分断操作，由此实现关本体5的三种工作状态：常用电源供电状态，即串联在常用电源进线JX1中断路器合闸，并且串联在备用电源进线JX2分闸；备用电源供电状态，即串联在常用电源进线JX1中断路器分闸，并且串联在备用电源进线JX2合闸；双分状态，即串联在常用电源进线JX1中断路器分闸，并且串联在备用电源进线JX2分闸。常用电压采样电路、备用电压采样电路的具体结构可有多种结构方案，将在下面分别详细说明。

为了使控制模块2能方便拆卸和安装，本发明的常用电压采样电路的具体结构优选采用如图5所示的方案，即：所述的常用电压采样电路包括常用A相采样电路21A、常用B相采样电路21B、常用C相采样电路21C、常用N极控制电路21N；所述的常用A相采样电路21A、常用B相采样电路21B、常用C相采样电路21C采用相同结构的采样电路，每个采样电路包括组合电阻R1、电容C101、运放U101、电阻R110，同一个采样电路的组合电阻R1的一端、电容C101的一端、电阻R110的一端与运放U101同相端U3并联连接，每个运放U101的反相端U2与其输出端U1短路连接，每个运放U101的电源端的正极接电源模块1的直流电源正极VCC，每个运放U101的电源端的负极接电源模块1的直流电源地极，每个组合电阻R1的另一端对应连接常用电源进线JX1的三相火线中的一个相线，各电容C101的另一端并联连接于电源模块1的直流电源地极，各电阻R110的另一端并联连接于节点GND1，各运放U101的输出端U1分别向单片机输出电压信号。所述的常用N极控制电路21N包括组合电阻R10、电阻R116、电阻R117、电阻R118、电容C104、电容C105、电容C106、光耦U102、运放U101D，组合电阻R10的一端接光耦U102控制输出端的一个极，组合电阻R10的另一端接常用电源进线JX1的中性线N1，光耦U102的控制输入端的正极接电阻R116的一端，电阻R116的另一端接单片机的信号输出端OUT-N1，光耦U102的控制输入端的负极接直流电源地极，光耦U102控制输出端的另一个极、电容C106的一端、运放U101D的输出端U4、运放U101D的反相端U6并联连接于节点GND1，电阻R117的一端接电源模块1的直流电源正极VCC，电阻R117的另一端、电阻R118的一端、电容C104的正极、电容C105的一端并联连接于运放U101D的同相端，电阻R118的另一端、电容C104的负极、电容C105的另一端、电容C106的另一端并联连接于电源模块1的直流电源地极。每个组合电阻R1的另一端对应连接常用电源进线JX1的三相火线中的一个相线，也就是指：常用A相采样电路21A的组合电阻R1的另一端接常用电源进线JX1的三相火线中的一个相线A1，常用B相采样电路21B的组合电阻R1的另一端接常用电源进线JX1的三相火线中的一个相线B1，常用C相采样电路21C的组合电阻R1的另一端接常用电源进线JX1的三相火线中的一个相线C1。各运放U101的输出端U1分别向单片机输出电压信号，也就是：常用A相采样电路21A的运放U201的输出端U1接单片机的信号采集端的AD-UA1脚，常用B相采样电路21B的运放U101的输出端U1接单片机的信号采集端的AD-UB1脚，备用C相采样电路22C的运放U101的输出端U1接单片机的信号采集端的AD-UC1脚。

同样是为了使控制模块2能方便拆卸和安装，本发明的备用电压采样电路的具体结构优选采用如图6所示的方案，即：所述的备用电压采样电路包括备用A相采样电路22A、备用B相采样电路22B、备用C相采样电路22C、备用N极控制电路22N；所述的备用A相采样电路22A、备用B相采样电路22B、备用C相采样电路22C采用相同结构的采样电路，每个采样电路包括组合电阻R2、电容C201、运放U201、电阻R210，同一个采样电路的组合电阻R2的一端、电容C201的一端、电阻R210的一端与运放U201同相端U3并联连接，每个运放U201的反相端U2与其输出端U1短路连接，每个运放U201的电源端的正极接电源模块1的直流电源正极VCC，每个运放U201的电源端的负极接电源模块1的直流电源地极，每个组合电阻R2的另一端对应连接备用电源进线JX2的三相火线中的一个相线，各电容C201的另一端并联连接于电源模块1的直流电源地极，各电阻R210的另一端并联连接于节点GND2，各运放U201的输出端U1分别向单片机输出电压信号；所述的备用N极控制电路22N包括组合电阻R20、电阻R216、电阻R217、电阻R218、电容C204、电容C205、电容C206、光耦U202、运放U201D，组合电阻R20的一端接光耦U202控制输出端的一个极，组合电阻R20的另一端接备用电源进线JX2的中性线N2，光耦U202的控制输入端的正极接电阻R216的一端，电阻R216的另一端接单片机的信号输出端OUT-N2，光耦U 2 02的控制输入端的负极接直流电源地极，光耦U202控制输出端的另一个极、电容C206的一端、运放U201D的输出端U4、运放U201D的反相端U6并联连接于节点GND2，电阻R217的一端接电源模块1的直流电源正极VCC，电阻R217的另一端、电阻R218的一端、电容C204的正极、电容C205的一端并联连接于运放U201D的同相端，电阻R218的另一端、电容C204的负极、电容C205的另一端、电容C206的另一端并联连接于电源模块1的直流电源地极。每个组合电阻R2的另一端对应连接备用电源进线JX2的三相火线中的一个相线，也就是：备用A相采样电路22A的组合电阻R2的另一端接备用电源进线JX2的三相火线中的一个相线A2，备用B相采样电路22B的组合电阻R2的另一端接备用电源进线JX2的三相火线中的一个相线B2，备用C相采样电路22C的组合电阻R2的另一端接备用电源进线JX2的三相火线中的一个相线C2。各运放U201的输出端U1分别向单片机输出电压信号，也就是：备用A相采样电路22A的运放U201的输出端U1接单片机的信号采集端的AD-UA2脚，备用B相采样电路22B的运放U201的输出端U1接单片机的信号采集端的AD-UB2脚，备用C相采样电路22C的运放U201的输出端U1接单片机的信号采集端的AD-UC2脚。

图5所示的常用N极控制电路21N和图6所示的备用N极控制电路22N的具体结构，仅是一种优选的实施方式，目的是防止可能出现的常用电源与备用电源之间通过N极短路，当然并不排除其它实施方式，但不管采用何种具体结构，本发明的优选结构是采用光耦控制原理(如图5、图6中所示的光耦U102、光耦U202)，即：所述的常用电压采样电路包括光耦U102，所述的单片机的信号输出端OUT-N1控制光耦U102导通/断开，以控制常用电源N极的接通/分断；所述的备用电压采样电路包括光耦U202，所述的单片机的信号输出端OUT-N2控制光耦U202导通/断开，以控制常用电源N极的接通/分断；所述的单片机在光耦U102导通并光耦U202断开后，再通过常用电压采样电路对常用电源进线JX1进行采样；或者，所述的单片机在光耦U102断开并光耦U202导通后，再通过备用电压采样电路对备用电源进线JX2进行采样。

图5所示的三个组合电阻R1的每一个均以电阻R101、电阻R102、电阻R103串联组合的方式构成，但本发明的组合电阻R1并不限于这种组合方式，它可以是其它方式的，具有可实现电阻降压、运放高阻隔离功能的，并能将运放U101的同相端U3的电压偏置为适配电压的电阻值的电阻组合。同理，图5所示的组合电阻R10以电阻R113、电阻R114、电阻R115串联组合的方式构成，但本发明的组合电阻R10并不限于这种组合方式，它可以是其它方式的，具有可实现电阻降压、运放高阻隔离功能的，并能将光耦U102的控制输出端的电压偏置为适配电压的电阻值的电阻组合。同理，图6所示的三个组合电阻R2的每一个均以电阻R201、电阻R202、电阻R203串联组合的方式构成，但本发明的组合电阻R2并不限于这种组合方式，它可以是其它方式的，具有可实现电阻降压、运放高阻隔离功能的，并能将运放U101的同相端U3的电压偏置为适配电压的电阻值的电阻组合。同理，图6所示的组合电阻R20以电阻R213、电阻R214、电阻R215串联组合的方式构成，但本发明的组合电阻R20并不限于这种组合方式，它可以是其它方式的，具有可实现电阻降压、运放高阻隔离功能的，并能将光耦U202的控制输出端的电压偏置为适配电压的电阻值的电阻组合。如前所述，本发明的电压采样电路是一种电阻降压、运放高阻隔离的采样电路，且单片机输出控制信号OUT-N1来控制光耦U102导通与断开，从而控制常用电源N极是否导通，单片机再确定是否对常用电源或备用电源进线采样，避免常用电源与备用电源通过N极短路。同时，N极隔离光耦U 2 02的副边还提供由电阻R 2 17、R 2 18、电容C 2 04～C 2 06、运放U 2 01D组成的直流参考电压，当光耦U 2 02导通时，直流参考电压通过光耦U 2 02将A、B、C三相电压信号抬高为直流信号，以利于单片机采样及进行A/D转换(见图6)。

为了使控制模块2可方便地更换，一种可选用的方案如图3、图5和图6所示：所述的控制模块2还包括与常用电压采样电路连接的常用采集接口J201、常用采集线201、与备用电压采样电路连接的备用采集接口J202和备用采集线202，常用采集线201以可插拔的方式连接在常用电源进线JX1与常用采集接口J201之间，备用采集线202以可插拔的方式连接在备用电源进线JX2与备用采集接口J202之间。所述的控制模块2还包括与继电器驱动电路连接的执行接口J203、执行连接线203、与位置检测电路连接的检测接口J204和检测连接线204，执行连接线203以可插拔的方式连接在开关本体5的执行单元501与执行接口J203之间，检测连接线204以可插拔的方式连接在开关本体5的检测单元502之间。显然，通过常用采集接口J201、常用采集线201、备用采集接口J202、备用采集线202、执行接口J203、执行连接线203、检测接口J204和检测连接线204的形式，可使控制模块2能与本模块以外的所有模块或电器实现方便地插接，当然，实现可方便地插接，不仅需要可插接的插口结构的支持，而还需控制模块2的电路结构的支持，也就是说，本发明的控制模块2所采用的各电路，都能确保插拔不会带来安全问题。

参见图1、3、4，独立安装在开关本体5上的电源模块1用于向控制器的各模块提供直流电源，当然不排除向开关本体5上的其它电器元件提供直流电源，它包括保护电路101、变压电路102和整流及指示电路103。电源模块1的具体电路原理参见图4，保护电路101分别从自动转换开关的常用电源进线JX1和备用电源进线JX2取两个单相交流电压，经过共模扼流圈L401、L402，滤波电容C403、C404，保险管F401、F402，压敏电阻RV401、RV402组成的保护电路进行EMC保护、过压保护、浪涌保护，再经过变压器102、102分别降压处理、由整流及指示电路103的整流桥DB 1 01、DB 1 02整流后、再经过滤波电容C401、C402滤波输出向电源转换控制器的各模块供电用的直流电压，同时输出端具有由电阻R401及发光二极管H401组成的指示电路(见图4)。应当能理解，电源模块1提供的直流电源包括直流电源正极VCC和直流电源地极，根据各电路中的电子元器件的电压要求，可采用已知的手段从直流电源正极VCC上分压，如分出显示模块3的驱动芯片U301的适配电压EVCC(见图6)；在必要时，电源模块1也可以通过如图3所示的冗佘的交流电源插口J402提供交流电压。

电源模块1具有多种实现方式，一种优选的方式如图3和图4所示的保护电路101、变压电路102和整流及指示电路103的具体电路结构：所述的保护电路101包括共模扼流圈L401、共模扼流圈L402、滤波电容C403、滤波电容C404、保险管F401、保险管F402，压敏电阻RV401、压敏电阻RV402。共模扼流圈L401的输入端的中性极N1、相线极A1分别接常用电源进线JX1的中性线N1、三相火线中的一个相线A1，共模扼流圈L401的输出端的中性极N10为保护电路101的第一中性输出极N1′，保险管F401串联连接在共模扼流圈L401的输出端的火线极A10与该保护电路101的第一火线输出极A1′之间，滤波电容C403并联连接在火线极A10与中性极N10之间，压敏电阻RV401并联连接在第一火线输出极A1′与第一中性输出极N1′之间。同理，共模扼流圈L402的输入端的中性极N2、相线极A2分别接备用电源进线JX2的中性线N2、三相火线中的一个相线A2，共模扼流圈L402的输出端的中性极N20为保护电路101的第二中性输出极N2′，保险管F402串联连接在共模扼流圈L402的输出端的火线极A20与该保护电路101的第二火线输出极A2′之间，滤波电容C404并联连接在火线极A20与中性极N20之间，压敏电阻RV402并联连接在第二火线输出极A2′与第二中性输出极N2′之间。所述的变压电路102包括变压器T401和变压器T402，变压器T401的两个输入端分别与保护电路101的第一火线输出极A1′、第一中性输出极N1′连接，变压器T402的两个输入端分别与保护电路101的第二火线输出极A2′、第二中性输出极N2′连接。所述的整流及指示电路103包括整流桥DB401、整流桥DB402、电容C401、电容C402、电阻R401、发光二极管H401，整流桥DB401的两个交流输入端Z11、Z13分别与变压电路102的变压器T401的两个输入端连接，整流桥DB402的两个交流输入端Z21、Z23分别与变压电路102的变压器T402的两个输入端连接，整流桥DB401的直流输出正极Z12与整流桥DB402的直流输出正极Z22并联连接，形成电源模块1的直流电源正极VCC，整流桥DB401的直流输出负极Z14与整流桥DB402的直流输出负极Z24并联连接，形成电源模块1的直流电源地极，电容C401和电容C402分别并联连接在电源模块1的直流电源正极VCC与直流电源地极之间，电阻R401和发光二极管H401串联连接所形成的两端分别与直流电源正极VCC、直流电源地极连接。

为了使电源模块1可方便地更换，一种可选用的方案如3和图4所示，所述的电源模块1还包括电源输入接口J401和两条电源线401，其中一条以可插拔的方式连接在常用电源进线JX1与电源输入接口J401之间，而另一条以可插拔的方式连接在备用电源进线JX2与电源输入接口J401之间，保护电路101分别从电源输入接口J401取电。所述的电源模块1还包括电源输出接口J403和电源连接线403，电源输出接口J403与整流及指示电路103连接，电源连接线403以可插拔的方式连接在电源输出接口J403与其它用电模块(如控制模块2的DC/DC转换电路、显示模块3的驱动电路)之间，以为各用电模块提供适配的直流电源如控制模块2所需的直流电源正极VCC、显示模块3所需的直流电源正极EVCC。在有必要时，所述的电源模块1还可设置交流电源插口J402，交流电源插口J402从保护电路101的第一火线输出极A1′和第二火线输出极A2′引出交流电压。显然，通过电源输入接口J401和电源线401、电源输出接口J403和电源连接线403、交流电源插口J402的形式，可使电源模块1的对外的所有电器连接可方便地实现插接。

本发明采用包括保护电路、变压电路和整流及指示电路的独立安装在开关本体上的电源模块，采用包括单片机、DC/DC转换电路、常用电压采样电路、备用电压采样电路、位置检测电路、继电器驱动电路、交互接口和通讯电路的独立安装在开关本体上的控制模块，以及采用包括驱动电路、按键电路、显示屏和连接线的独立安装在开关本体上的显示模块，使依据本发明提供的电源自动转换开关的控制器具有如下显著的技术效果：一是减小了控制器体积，且使控制器能更好的与自动转换开关配合；二是显示模块既可以一体安装，也可以分体安装；三是如果模块化设计的控制器中任意一个模块出现问题，可以马上更换模块即可，控制器维护方便；四是以采样电阻降压采样电路取代了原有的电流互感器采样方式，解决了控制器不可拆分及成本高的问题。应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源自动转换开关的控制器，其特征在于：所述的控制器包括分别独立安装在开关本体(5)上的电源模块(1)、控制模块(2)和显示模块(3)，其中：

所述的电源模块(1)包括保护电路(101)、变压电路(102)和整流及指示电路(103)，所述的保护电路(101)分别从常用电源进线JX1和备用电源进线JX2取单相交流电压，所述的整流及指示电路(103)将经所述的变压电路(102)分别变压后的电压转换为向所述的控制器的各模块供电用的直流电压；

所述的控制模块(2)包括单片机、DC/DC转换电路、常用电压采样电路、备用电压采样电路、位置检测电路、继电器驱动电路、交互接口和通讯电路，所述的常用电压采样电路、备用电压采样电路分别从常用电源进线JX1、备用电源进线JX2采集电压信号，所述的位置检测电路从开关本体(5)采集开关位置信号，所述的单片机将所述采集到的电压信号、开关位置信号以及从所述的交互接口和通讯电路输入的数据进行判断处理，并根据处理结果控制所述的继电器驱动电路执行开关本体(5)的电源自动转换操作，同时将处理结果通过所述的交互接口和通讯电路输出；

所述的显示模块(3)包括按键及显示用的驱动电路、按键电路、显示屏和以可插拔的方式连接在该驱动电路与所述的控制模块(2)的交互接口之间的连接线(4)，所述的按键电路键入的信号通过该驱动电路处理后经所述的连接线(4)输入到所述的控制模块(2)的交互接口，所述的驱动电路将通过连接线(4)传输的交互接口输出的信号处理后输出给所述的显示屏显示。

2.根据权利要求1所述的电源自动转换开关的控制器，其特征在于：

所述的控制模块(2)的常用电压采样电路包括常用A相采样电路21A、常用B相采样电路21B、常用C相采样电路21C和常用N极控制电路21N；

所述的常用A相采样电路21A、常用B相采样电路21B、常用C相采样电路21C采用相同结构的采样电路，每个采样电路包括组合电阻R1、电容C101、运放U101和电阻R110，同一个采样电路的组合电阻R1的一端、电容C101的一端、电阻R110的一端与运放U101的同相端U3并联连接，每个运放U101的反相端U2与其输出端U1短路连接，每个运放U101的电源端的正极接电源模块(1)的直流电源正极VCC，每个运放U101的电源端的负极接电源模块(1)的直流电源地极，每个组合电阻R1的另一端对应连接常用电源进线JX1的三相火线中的一个相线，各电容C101的另一端并联连接于电源模块(1)的直流电源地极，各电阻R110的另一端并联连接于节点GND1，各运放U101的输出端U1分别向单片机输出电压信号；

所述的常用N极控制电路21N包括组合电阻R10、电阻R116、电阻R117、电阻R118、电容C104、电容C105、电容C106、光耦U102和运放U101D，组合电阻R10的一端接光耦U102的控制输出端的一个极，组合电阻R10的另一端接常用电源进线JX1的中性线N1，光耦U102的控制输入端的正极接电阻R116的一端，电阻R116的另一端接单片机的信号输出端OUT-N1，光耦U102的控制输入端的负极接直流电源地极，光耦U102的控制输出端的另一个极、电容C106的一端、运放U101D的输出端U4、运放U101D的反相端U6并联连接于节点GND1，电阻R117的一端接电源模块(1)的直流电源正极VCC，电阻R117的另一端、电阻R118的一端、电容C104的正极、电容C105的一端并联连接于运放U101D的同相端，电阻R118的另一端、电容C104的负极、电容C105的另一端、电容C106的另一端并联连接于电源模块(1)的直流电源地极。

3.根据权利要求1所述的电源自动转换开关的控制器，其特征在于：

所述的控制模块(2)的备用电压采样电路包括备用A相采样电路22A、备用B相采样电路22B、备用C相采样电路22C和备用N极控制电路22N；

所述的备用A相采样电路22A、备用B相采样电路22B、备用C相采样电路22C采用相同结构的采样电路，每个采样电路包括组合电阻R2、电容C201、运放U201和电阻R210，同一个采样电路的组合电阻R2的一端、电容C201的一端、电阻R210的一端与运放U201的同相端U3并联连接，每个运放U201的反相端U2与其输出端U1短路连接，每个运放U201的电源端的正极接电源模块(1)的直流电源正极VCC，每个运放U201的电源端的负极接电源模块(1)的直流电源地极，每个组合电阻R2的另一端对应连接备用电源进线JX2的三相火线中的一个相线，各电容C201的另一端并联连接于电源模块(1)的直流电源地极，各电阻R210的另一端并联连接于节点GND2，各运放U201的输出端U1分别向单片机输出电压信号；

所述的备用N极控制电路22N包括组合电阻R20、电阻R216、电阻R217、电阻R218、电容C204、电容C205、电容C206、光耦U202和运放U201D，组合电阻R20的一端接光耦U202的控制输出端的一个极，组合电阻R20的另一端接备用电源进线JX2的中性线N2，光耦U202的控制输入端的正极接电阻R216的一端，电阻R216的另一端接单片机的信号输出端OUT-N2，光耦U202的控制输入端的负极接直流电源地极，光耦U202控制输出端的另一个极、电容C206的一端、运放U201D的输出端U4、运放U201D的反相端U6并联连接于节点GND2，电阻R217的一端接电源模块(1)的直流电源正极VCC，电阻R217的另一端、电阻R218的一端、电容C204的正极、电容C205的一端并联连接于运放U201D的同相端，电阻R218的另一端、电容C204的负极、电容C205的另一端、电容C206的另一端并联连接于电源模块(1)的直流电源地极。

4.根据权利要求1所述的电源自动转换开关的控制器，其特征在于：

所述的控制模块(2)的常用电压采样电路包括光耦U102，所述的单片机的输出信号OUT-N1控制光耦U102导通/断开，以控制常用电源N极的接通/分断；

所述的控制模块(2)的备用电压采样电路包括光耦U202，所述的单片机的输出信号OUT-N2控制光耦U202导通/断开，以控制常用电源N极的接通/分断；

所述的单片机在光耦U102导通并光耦U202断开后，再通过常用电压采样电路对常用电源进线JX1进行采样；或者，所述的单片机在光耦U102断开并光耦U202导通后，再通过备用电压采样电路对备用电源进线JX2进行采样。

5.根据权利要求1所述的电源自动转换开关的控制器，其特征在于：

所述的显示模块(3)的按键及显示用的驱动电路包括驱动芯片U301、电阻R301、电阻R302、电阻R303、电容C303、电容C304和电容C305，电阻R301的一端、电容C303的一端并联连接于驱动芯片U301的D10脚，电阻R302的一端、电容C304的一端并联连接于驱动芯片U301的CLK脚，电阻R303的一端、电容C305的一端并联连接于驱动芯片U301的STB脚，电阻R301的另一端、电阻R302的另一端、电阻R303的另一端与驱动芯片U301的VDD脚并联连接，以适配电压EVCC，电容C303的另一端、电容C304的另一端、电容C305的另一端、驱动芯片U301的GND脚并联连接于电源模块(1)的直流电源地极；

所述的按键电路包括自动/手动按钮SW301、设置按钮SW303、查询按钮SW305、常用按钮SW302、备用按钮SW304和双分按钮SW306，自动/手动按钮SW301的一端、常用按钮SW302的一端并联连接于驱动芯片U301的SEG1脚，设置按钮SW303的一端、备用按钮SW304的一端并联连接于驱动芯片U301的SEG2脚，查询按钮SW305的一端、双分按钮SW306的一端并联连接于驱动芯片U301的SEG3脚，自动/手动按钮SW301的另一端、设置按钮SW303的另一端、查询按钮SW305的另一端并联连接于驱动芯片U301的KEY1脚，常用按钮SW302的另一端、备用按钮SW304的另一端、双分按钮SW306的另一端并联连接于驱动芯片U301的KEY2脚。

6.根据权利要求1所述的电源自动转换开关的控制器，其特征在于：

所述的电源模块(1)的保护电路(101)包括接常用电源进线JX1的共模扼流圈L401、接备用电源进线JX2的共模扼流圈L402，所述的共模扼流圈L401的输入端的中性极N1、相线极A1分别接常用电源进线JX1的中性线N1、三相火线中的一个相相A1，共模扼流圈L401的输出端的中性极N10为保护电路(101)的第一中性输出极N1′，保险管F401串联连接在共模扼流圈L401的输出端的火线极A10与该保护电路(101)的第一火线输出极A1′之间，滤波电容C403并联连接在火线极A10与中性极N10之间，压敏电阻RV401并联连接在第一火线输出极A1′与第一中性输出极N1′之间；所述的共模扼流圈L402的输入端的中性极N2、相线极A2分别接备用电源进线JX2的中性线N2、三相火线中的一个相线A2，共模扼流圈L402的输出端的中性极N20为保护电路(101)的第二中性输出极N2′，保险管F402串联连接在共模扼流圈L402的输出端的火线极A20与该保护电路(101)的第二火线输出极A2′之间，滤波电容C404并联连接在火线极A20与中性极N20之间，压敏电阻RV402并联连接在第二火线输出极A2′与第二中性输出极N2′之间。

7.根据权利要求6所述的电源自动转换开关的控制器，其特征在于：

所述的电源模块(1)的变压电路(102)包括变压器T401和变压器T402，变压器T401的两个输入端分别与保护电路(101)的第一火线输出极A1′、第一中性输出极N1′连接，变压器T402的两个输入端分别与保护电路(101)的第二火线输出极A2′、第二中性输出极N2′连接；

所述的电源模块(1)的整流及指示电路(103)包括整流桥DB401、整流桥DB402、分别并联连接在电源模块(1)的直流电源正极VCC与直流电源地极之间的电容C401、电容C402、串联连接的电阻R401和发光二极管H401，整流桥DB401的两个交流输入端(Z11、Z13)分别与变压电路(102)的变压器T401的两个输入端连接，整流桥DB402的两个交流输入端(Z21、Z23)分别与变压电路(102)的变压器T402的两个输入端连接，整流桥DB401的直流输出正极Z12与整流桥DB402的直流输出正极Z22并联连接，形成电源模块(1)的直流电源正极VCC，整流桥DB401的直流输出负极Z14与整流桥DB402的直流输出负极Z24并联连接，形成电源模块(1)的直流电源地极，所述的电阻R401和发光二极管H401串联连接形成的两端分别与直流电源正极VCC、直流电源地极连接。

8.根据权利要求1所述的电源自动转换开关的控制器，其特征在于：所述的电源模块(1)还包括电源输入接口J401和两条电源线(401)，其中一条以可插拔的方式连接在常用电源进线JX1与电源输入接口J401之间，另一条以可插拔的方式连接在备用电源进线JX2与电源输入接口J401之间，所述的保护电路(101)分别从电源输入接口J401取电；所述的电源模块(1)还包括电源输出接口J403和电源连接线(403)，电源输出接口J403与整流及指示电路(103)连接，电源连接线(403)以可插拔的方式连接在电源输出接口J403与控制模块(2)之间。

9.根据权利要求1所述的电源自动转换开关的控制器，其特征在于：所述的控制模块(2)还包括与常用电压采样电路连接的常用采集接口J201、常用采集线(201)、与备用电压采样电路连接的备用采集接口J202和备用采集线(202)，常用采集线(201)以可插拔的方式连接在常用电源进线JX1与常用采集接口J201之间，备用采集线(202)以可插拔的方式连接在备用电源进线JX2与备用采集接口J202之间。

10.根据权利要求1所述的电源自动转换开关的控制器，其特征在于：所述的控制模块(2)还包括与继电器驱动电路连接的执行接口J203、执行连接线(203)、与位置检测电路连接的检测接口J204和检测连接线(204)，执行连接线(203)以可插拔的方式连接在开关本体(5)的执行单元(501)与执行接口J203之间，检测连接线(204)以可插拔的方式连接在开关本体(5)的检测单元(502)之间。