CN106558914A - 开关控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种开关控制装置及方法。该开关控制装置包括一开关装置及一控制装置，所述开关装置包括两个输入端、一输出端、若干继电器及若干硅控整流器，所述控制装置包括一处理器，所述处理器侦测其中一个输入端的输入电压的周期并判断其是否异常，并根据该输入电压的零交越或波峰信号来控制与当前工作的输入端相连的开关单元闭合的时机。从而，可以减小或降低第一继电器闭合瞬间产生过高的瞬间电压，避免与第二继电器并联的硅控整流器自行导通而使部分电流没有等第二继电器的导通而输出至输出端。

Description

开关控制装置及方法

技术领域

本发明涉以及一种电源控开关制装置及方法，尤其涉及一种双电源的自动切换装置及方法。

背景技术

双输入电源或单一输入电源通常通过开关模组而将电源电压提供给输出端，而开关模组通通常有两级开关，第一级开关为单一继电器，第二级开关由继电器与硅控整流器并联形成。然而，现有技术中，当第一级继电器导通瞬间，过高的瞬间电压变化会使第二级的硅控整流器自行导通，而使部分电流没有等第二级继电器的导通而输出至输出端，如此，会导致备用电源的不正常供电，也不利于电子设备正常接收工作所需的电压。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种提高开关可靠度，避免第一继电器导通时，过高的瞬间电压变化会使与第二继电器并联的的硅控整流器自行导通，从而使开关能正常将电源电压供给电子设备的开关控制装置及方法。

一种开关控制装置，包括：

一开关装置，包括至少一输入端、与至少一输入端对应相连的至少一开关单元、及一输出端，所述至少一开关单元包括至少第一继电器、第二继电器及与第二继电器并联的至少一硅控整流器；

一控制装置，包括：

一侦测单元，与至少一输入端均相连，用以接收所述至少一个输入端输出的输入电压，并用以侦测该输入电压的零交越信号；

一处理器，与侦测单元、至少一开关单元相连，用以接收所述输入电压及所述零交越信号，且用以侦测当前工作的输入端输出的输入电压的周期，并判断该输入电压是否异常，当处理器侦测该输入电压异常，则根据该输入电压的周期及与当前工作的输入端相连对应相连的开关单元的继电器的上电时间来计算一延时时间，并根据该延时时间及侦测到的当前工作的输入端输出的输入电压的零交越信号来判断控制与当前工作的输入端相连对应相连的开关单元的继电器闭合的时机。

一种开关控制装置，包括：

一开关装置，包括至少一输入端、与至少一输入端对应相连的至少一开关单元、及一输出端，所述至少一开关单元包括至少第一继电器、第二继电器及与第二继电器并联的至少一硅控整流器；

一控制装置，包括：

一侦测单元，与至少一输入端均相连，用以接收所述至少一个输入端输出的输入电压，并用以侦测该输入电压的波峰信号；

一处理器，与侦测单元、至少一开关单元相连，用以接收所述输入电压及所述波峰信号，且用以侦测当前工作的输入端输出的输入电压的周期，并判断该输入电压是否异常，当处理器侦测该输入电压异常，则根据该输入电压的周期及与当前工作的输入端相连对应相连的开关单元的继电器的上电时间来计算一延时时间，并根据该延时时间及侦测到的当前工作的输入端输出的输入电压的波峰信号来判断控制与当前工作的输入端相连对应相连的开关单元的继电器闭合的时机。

一种开关控制方法，该方法步骤包括如下：

通过一电压感测单元接收由第一或第二输入端输出的第一或第二输入电压；

通过一信号感测单元侦测该第一或第二输入电压的零交越或波峰信号；

处理器通过电压感测单元提供的第一或第二输入电压来侦测该输入电压的周期，并判断所述第一或第二输入电压是否异常，若，第一输入电压为异常，则处理器根据所侦测到的输入电压的周期及与第一输入端相连的继电器的上电时间来计算一延时时间，并根据该延时时间及侦测到的第一输入端的输入电压的零交越或波峰来判断闭合第一开关单元的继电器的时机。

相较于现有技术，本发明所述的开关控制装置及方法，能够使处理器通过侦测单元侦测当前工作的输入端的输入电压的周期及是否异常，若侦测到当前工作的输入端提供的输入电压异常时，根据侦测到的输入电压的周期及继电器的上电时间来计算出一延时时间，并根据该延时时间及输入电压的零交越或波峰来控制与当前工作的输入端相连的开关单元闭合。从而，降低或减小第一继电器闭合瞬间产生过高的瞬间电压，以避免与第二继电器并联的的硅控整流器自行导通的问题，进而保证外部电子设备能通过开关控制装置正常接收工作所需的电压。

附图说明

图1是本发明开关控制装置与第一电源、第二电源及一电子设备相连的示意图。

图2是本发明开关控制装置第一较佳实施例的方框图。

图3是本发明开关控制装置第一较佳实施例的结构示意图。

图4是本发明开关控制装置第一较佳实施例的根据输入电压的零交越信号来判断延时时间的第一波形示意图。

图5是本发明开关控制装置第一较佳实施例的根据输入电压的零交越信号来判断延时时间的第二波形示意图。

图6是本发明开关控制装置第一较佳实施例的根据输入电压的零交越信号来判断延时时间的第三波形示意图。

图7是本发明开关控制装置第二较佳实施例的示意图。

图8是本发明开关控制装置第二较佳实施例的根据输入电压的波峰信号来判断延时时间的第一波形示意图。

图9是本发明开关控制装置第二佳实施例的根据输入电压的波峰信号来判断延时时间的第二波形示意图。

图10是本发明开关控制装置第二佳实施例的根据输入电压的波峰信号来判断延时时间的第三波形示意图。

图11是本发明开关控制方法的流程图。

主要元件符号说明

开关控制装置 100

第一电源 300

第二电源 400

电子设备 200

开关装置 10

控制装置 20

第一输入端 11

第二输入端 12

第一开关单元 13

第二开关单元 14

输出端 15

侦测单元 23

处理器 25

电压感测单元 230

零交越信号感测单元 231

第一电压感测器 2301

第二电压侦测器 2302

第一零交越信号侦测器 2310

第二零交越信号感测器 2311

第一波峰信号感测器 2330

第二波峰信号感测器 2331

继电器 R1-R8

硅控整流器 S1-S4

控制芯片 250

继电器驱动器 251

硅控整流器驱动器 252

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

参考图1所示，开关控制装置100与一第一电源300、一第二电源400及一电子设备200相连，用于在第一电源300及第二电源400之间切换以将第一电源的电压或第二电源的电压提供给电子设备200，以维持电子设备200的正常供电。

请参见图2，为本发明第一较佳实施例的示意图。在本实施例中，所述的开关控制装置100包括一开关装置10及一控制装置20，所述开关装置10为自动转换开关(Automatic Transfer Switch, 简称：ATS)，该开关装置10包括一第一输入端11、一第二输入端12、一第一开关单元13、一第二开关单元14及一输出端15，所述第一输入端11及第二输入端12分别与第一电源300及第二电源400相连，所述输出端13用以通过第一输入端11及第一开关单元13接收第一电源300输出的第一输入电压，或用以通过第二输入端12及第二开关单元14接收第二电源400输出的第二输入电压。所述控制装置20包括一侦测单元23及一处理器25，所述侦测单元23包括一电压感测单元230及一零交越信号感测单元231，所述电压感测单元230包括一第一电压感测器2301及一第二电压感测器2302，所述零交越信号感测单元231包括一第一零交越信号感测器2310及一第二零交越信号感测器2311，所述第一电压感测器2301及第一零交越信号感测器2310均与所述第一输入端11及处理器25相连，所述第二电压感测器2302及第二零交越信号感测器2311均与第二输入端12及处理器25相连，处理器25还与所述第一开关单元13及第二开关单元14相连。

如图3所示，为本发明第一较佳实施例的结构示意图。所述第一输入端11及第二输入端12均连接市电。所述第一开关单元13包括第一级继电器及第二级继电器，所述第一级继电器包括继电器R1及R2，所述第二级继电器包括继电器R3及R4、及并联于继电器R3及R4上的两个硅控整流器S1及S2。所述第二开关单元14也包括第一级继电器及第二级继电器，所述第二开关单元14的第一级继电器包括继电器R5及R6，所述第二级继电器包括继电器R7及R8、及并联于继电器R7及R8上的两个硅控整流器S3及S4。

所述继电器R1及继电器R2串接于所述第一输入端11的火线L1及输出端15之间，所述继电器R3及继电器R4串接于所述第一输入端11的零线N1及输出端15之间。每一硅控整流器均由两个单独的闸流体并联组成。所述硅控整流器S1的第一端与继电器R1及R2之间的节点相连，所述硅控整流器S1的第二端与输出端15相连。所述硅控整流器S2的第一端与继电器R3及R4之间的节点相连，所述硅控整流器S2的第二端与输出端15相连。所述继电器R5及继电器R6串接于所述第二输入端12的火线L2及输出端15之间，所述继电器R7及继电器R8串接于所述第二输入端12的零线N2及输出端15之间。所述硅控整流器S3的第一端与继电器R5及R6之间的节点相连，所述硅控整流器S3的第二端与输出端15相连。所述硅控整流器S4的第一端与继电器R7及R8之间的节点相连，所述硅控整流器S4的第二端与输出端15相连。

所述处理器25包括控制芯片250、一继电器驱动器251及一硅控整流器驱动器252，所述继电器R1-R8均通过继电器驱动器251连接至所述处理器25，所述硅控整流器S1-S4的控制端通过硅控整流器驱动器252连接至所述处理器25。所述继电器驱动器251及硅控整流器驱动器252起到调节继电器R1-R8及硅控整流器S1-S4由市电连入控制芯片250的电压，以达到电压匹配的作用。

本实施例中，硅控整流器S1及S2可以起到加快第一输入端到输出端的信号传递时间，硅控整流器S3及S4可以起到加快第二输入端到输出端的信号传递时间，每一硅控整流器有利于降低与其并联的相应继电器的压降。

工作时，当输出端15当前接收到的电压来自所述第一输入端11及第一电源300，所述第一电压感测器2301侦测第一输入端11接收的第一输入电压，并将接收到的电压提供给处理器25，所述第一零交越信号感测器2310侦测第一输入电压的零交越信号，并将侦测到的零交越信号提供给所述处理器25。所述处理器25通过第一电压感测器2301侦测第一输入电压的周期T，并判断该第一输入电压是否异常，若当前第一输入电压为异常，所述处理器25根据第一输入电压的周期T及第一开关单元13的第一级继电器R1及R3的上电时间T_Operate来计算一延时时间T_Delay，并根据该延时时间T_Delay及侦测到的第一输入电压的零交越信号来判断输出闭合继电器R1及R3信号的时机，以避免继电器R1及R3闭合瞬间，产生较大的瞬间电压。在本实施例中，继电器的上电时间T_Operate为继电器线圈从开始得电到使得继电器接触点闭合的充电时间。

参照图4至图6，为第一输入电压为正弦波时，处理器25以第一零交越信号感测器2310侦测第一输入电压的零交越信号（ZCD）的三种状态波形为基准，计算出送出闭合继电器R1及R3信号的时机，其中，T_Delay满足如下关系式：T_Delay=T-T_Operate。

即处理器25在侦测到第一输入电压的零交越信号（ZCD）并经延时时间T_Delay之后，立即输出闭合继电器R1及R3信号。当与第一输入端11相连的继电器R1及R3闭合后，继电器R2及R4会相继闭合，从而避免了继电器R1及R3闭合瞬间产生较大的瞬间电压，以导致硅控整流器S1及S2自行导通。

如图7所示，为本发明第二较佳实施例的示意图，与第一较佳实施例不同的是，所述侦测单元23包括电压感测单元230及一波峰信号感测单元233，所示波峰信号感测单元233包括第一波峰信号感测器2330及一第二波峰信号感测器2331，所述第一波峰信号感测器2330及一第二波峰信号感测器2331分别与接收第一输入电压及第二输入电压，并侦测第一输入电压及第二输入电压的波峰信号，并将侦测到的波峰信号提供给处理器25。

第二较佳实施例与第一较佳实施例的工作原理类似，当输出端15当前接收到的电压来自所述第一输入端11及第一电源300，所述第一电压感测器2301侦测第一输入端11接收的第一输入电压，并将接收到的电压提供给处理器25，所述第一波峰信号感测器2330侦测第一输入电压的波峰信号，并将侦测到的波峰信号提供给所述处理器25。所述处理器25通过第一电压感测器2301侦测第一输入电压的周期T，并判断该第一输入电压是否异常，若当前第一输入电压为异常，所述处理器25根据第一输入电压的周期T及第一开关单元13的继电器的上电时间T_Operate来计算一延时时间T_Delay，并根据该延时时间T_Delay及侦测到的第一输入电压的波峰信号来判断输出闭合继电器R1及R3信号的时机。

参照图8至图10，为第一输入电压为正弦波时，处理器25以第一波峰信号感测器2310侦测第一输入电压的波峰信号（PKD）的三种状态波形为基准，计算出送出闭合继电器R1及R3信号的时机，其中，T_Delay满足如下关系式：T_Delay=3T/4- T_Operate。

即处理器25在侦测到第一输入电压的波峰信号（PKD）并经延时时间T_Delay之后，立即输出闭合继电器R1及R3信号。当与第一输入端11相连的继电器R1及R3闭合后，继电器R2及R4会相继闭合，从而避免了继电器R1及R3闭合瞬间产生较大的瞬间电压，以导致硅控整流器S1及S2自行导通。

参考图11所示，是本发明电源自动切换方法较佳实施例的流程图。在本实施例中，该方法能够通过应用于如上所述的开关控制装置，该步骤包括如下：

步骤S801，通过电压感测单元230接收由第一输入端输出的第一输入电压。

步骤S802，通过信号感测单元231/233侦测该第一输入电压的零交越或波峰信号。

步骤S803，处理器25接收电压感测单元230提供的第一输入电压，并侦测该第一输入电压的周期T。

步骤S804，处理器25判断所述第一输入电压是否异常，若存在异常，则进行步骤步骤S805，若不存在异常则返回步骤S801。

步骤S805，处理器根据所侦测到的第一输入电压的周期T及与第一输入端相连的继电器R1-R4的上电时间T_Operate来计算一延时时间T_Delay。

步骤S806，处理器根据该延时时间T_Delay及侦测到的第一输入端的输入电压的零交越信号或波峰信号来判断输出闭合第一开关单元的继电器R1及R3的信号的时机。

当第二输入端12通过第二开关单元14将第二电源400提供给输出端15，且第二电压感测器2302及第二零交越信号感测器2311工作时，其原理与第一输入端11通过第一开关单元13将第一电源300提供给输出端15，且第一电压感测器2301及第一零交越信号感测器2310工作的原理相同，在此不再赘述。

综上，本发明的处理器25通过侦测输入电压的零交越或波峰信号来控制与当前工作的输入端相连的开关单元的继电器闭合的时机。从而，降低或减小第一继电器闭合瞬间产生过高的瞬间电压，以避免与第二继电器并联的硅控整流器自行导通的问题，进而保证外部电子设备能通过开关控制装置正常接收工作所需的电压。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种开关控制装置，包括：

一开关装置，包括至少一输入端、与至少一输入端对应相连的至少一开关单元、及一输出端，所述至少一开关单元包括至少第一继电器、第二继电器及与第二继电器并联的至少一硅控整流器；

一控制装置，包括：

一侦测单元，与至少一输入端均相连，用以接收所述至少一个输入端输出的输入电压，并用以侦测该输入电压的零交越信号；

一处理器，与侦测单元、至少一开关单元相连，用以接收所述输入电压及所述零交越信号，且用以侦测当前工作的输入端输出的输入电压的周期，并判断该输入电压是否异常，当处理器侦测该输入电压异常，则根据该输入电压的周期及与当前工作的输入端相连对应相连的开关单元的继电器的上电时间来计算一延时时间，并根据该延时时间及侦测到的当前工作的输入端输出的输入电压的零交越信号来判断控制与当前工作的输入端相连对应相连的开关单元的继电器闭合的时机。

2.如权利要求1所述的开关控制装置，其特征在于，所述开关装置包括第一及第二输入端、与第一及第二输入端对应相连的第一及第二开关单元，所述输出端用以通过第一输入端及第一开关单元接收一第一输入电压，或用以通过第二输入端及第二开关单元接收一第二输入电压；所述侦测单元与第一及第二输入端均相连，用以接收第一或第二输入电压，并用以侦测第一或第二输入电压的零交越信号；所述处理器用以侦测所述第一或第二输入电压的周期，并判断该第一或第二输入电压是否异常，当处理器侦测来自第一输入端的第一输入电压异常，则根据该第一输入电压的周期及第一开关单元的继电器的上电时间来计算一延时时间，并根据该延时时间及侦测到的第一输入电压的零交越信号来判断控制第一开关单元的继电器闭合的时机。

3.如权利要求2所述的开关控制装置，其特征在于，所述侦测单元包括一电压感测单元及一零交越信号感测单元，所述电压感测单元及零交越信号感测单元均与第一输入端、第二输入端及处理器相连，所述电压感测单元用以接收第一或第二输入电压，并将接收到的第一或第二输入电压传递至处理器。

4.如权利要求3所述的开关控制装置，其特征在于，所述零交越信号感测单元包括第一信号侦测器及第二信号侦测器，所述第一信号侦测器及第二信号侦测器分别与第一输入端及第二输入端相连，所述处理器用以通过所述第一信号侦测器或第二信号侦测器侦测第一输入端或第二输入端的输入电压的零交越。

5.如权利要求4所述的开关控制装置，其特征在于，所述电压感测单元包括第一电压感测器及第二电压感测器，所述第一电压感测器及第二电压感测器分别与第一输入端及第二输入端相连，所述处理器用以通过所述第一电压感测器及第二电压感测器侦测第一输入端或第二输入端的输入电压的周期并判断是否存在异常。

6.如权利要求5所述的开关控制装置，其特征在于，所述每一开关单元还包括第三第四继电器及第一及第二硅控整流器，所述第一继电器及第二继电器串接于所述第一或第二输入端的火线及输出端之间，所述第三继电器及第四继电器串接于所述第一或第二输入端的零线及输出端之间，所述第一硅控整流器的第一端与第一及第二继电器之间的节点相连，所述第一硅控整流器的第二端与输出端相连，所述第一至第四硅控整流器的控制端连接至所述处理器，所述每一继电器连接至所述处理器。

7.一种开关控制装置，包括：

一开关装置，包括至少一输入端、与至少一输入端对应相连的至少一开关单元、及一输出端，所述至少一开关单元包括至少第一继电器、第二继电器及与第二继电器并联的至少一硅控整流器；

一控制装置，包括：

一侦测单元，与至少一输入端均相连，用以接收所述至少一个输入端输出的输入电压，并用以侦测该输入电压的波峰信号；

一处理器，与侦测单元、至少一开关单元相连，用以接收所述输入电压及所述波峰信号，且用以侦测当前工作的输入端输出的输入电压的周期，并判断该输入电压是否异常，当处理器侦测该输入电压异常，则根据该输入电压的周期及与当前工作的输入端相连对应相连的开关单元的继电器的上电时间来计算一延时时间，并根据该延时时间及侦测到的当前工作的输入端输出的输入电压的波峰信号来判断控制与当前工作的输入端相连对应相连的开关单元的继电器闭合的时机。

8.如权利要求7所述的开关控制装置，其特征在于，所述开关装置包括第一及第二输入端、与第一及第二输入端对应相连的第一及第二开关单元，所述输出端用以通过第一输入端及第一开关单元接收一第一输入电压，或用以通过第二输入端及第二开关单元接收一第二输入电压；所述侦测单元与第一及第二输入端均相连，用以接收第一或第二输入电压，并用以侦测第一或第二输入电压的波峰信号；所述处理器用以侦测所述第一或第二输入电压的周期，并判断该第一或第二输入电压是否异常，当处理器侦测来自第一输入端的第一输入电压异常，则根据该第一输入电压的周期及第一开关单元的继电器的上电时间来计算一延时时间，并根据该延时时间及侦测到的第一输入电压的波峰信号来判断控制第一开关单元的继电器闭合的时机。

9.如权利要求8所述的开关控制装置，其特征在于，所述每一开关单元还包括第三第四继电器及第一及第二硅控整流器，所述第一继电器及第二继电器串接于所述第一或第二输入端的火线及输出端之间，所述第三继电器及第四继电器串接于所述第一或第二输入端的零线及输出端之间，所述第一硅控整流器的第一端与第一及第二继电器之间的节点相连，所述第一硅控整流器的第二端与输出端相连，所述第一至第四硅控整流器的控制端连接至所述处理器，所述每一继电器连接至所述处理器。

10.一种开关控制方法，其特征在于，该方法步骤包括如下：

通过一电压感测单元接收由第一或第二输入端输出的第一或第二输入电压；

通过一信号感测单元侦测该第一或第二输入电压的零交越或波峰信号；

处理器通过电压感测单元提供的第一或第二输入电压来侦测该输入电压的周期，并判断所述第一或第二输入电压是否异常，若，第一输入电压为异常，则处理器根据所侦测到的输入电压的周期及与第一输入端相连的继电器的上电时间来计算一延时时间，并根据该延时时间及侦测到的第一输入端的输入电压的零交越或波峰来判断闭合第一开关单元的继电器的时机。