CN106772123B - 电源类型识别方法、电路及自动转换开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源类型识别方法，属于低压电气技术领域。本发明利用电压A/D采样电路对待识别电源输出电压进行采样，并将预设周期内的电压A/D采样值的方差与预设的交直流区分阈值进行比较，如大于所述交直流区分阈值，则待识别电源为交流电源，否则，待识别电源为直流电源。本发明还公开了一种电源类型识别电路及一种自动转换开关。本发明可快速准确地自主识别电源是直流电源还是交流电源，且结构简单、实现成本低廉，具有良好的应用前景。

Description

电源类型识别方法、电路及自动转换开关
技术领域
本发明涉及一种可自动识别交直流电源的电源类型识别方法、电路，属于低压电气技术领域。
背景技术
当前，自动转换开关已被广泛用作低压线路中作重要负荷不允许断电的必选设备，以完成双路或多路电源系统的电源自动转换，保证重要用户供电的可靠性。然而现有自动转换开关产品中，适用于交流场合的需要选用交流型产品，适用于直流场合的需要选用直流型产品，一种电源类型的产品只能应用于相应的电源环境中，其电路和软件设计也随之确定，造成产品种类繁多，用户选型复杂等困扰。
如果能够设计一种适用范围涵盖交、直流电源的自动转换开关，则可简化产品种类，便于用户选型。要实现这一目的，首先需要解决交直流电源的电源类型自动识别问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种结构简单、实现成本低廉的电源类型识别方法以及电源类型识别电路。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种电源类型识别方法，利用电压A/D采样电路对待识别电源输出电压进行采样，并将预设周期内的电压A/D采样值的方差与预设的交直流区分阈值进行比较，如大于所述交直流区分阈值，则待识别电源为交流电源，否则，待识别电源为直流电源。
优选地，所述电压A/D采样电路为隔离电压A/D采样电路。
优选地，所述隔离电压A/D采样电路为光耦隔离电压A/D采样电路。
优选地，所述预设周期为一个或一个以上工频周期。
进一步地，在对待识别电源进行交直流识别之前，先将预设周期内的电压A/D采样值的有效值与预设的有效值阈值进行比较，如大于有效值阈值，则判断待识别电源为非零电压电源，继续对其进行交直流识别；否则，判断待识别电源为零电压电源，不再对其进行交直流识别。
根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：
一种电源类型识别电路，该电路包括：
电压A/D采样电路，用于对待识别电源输出电压进行采样；
交直流识别模块，用于对待识别电源进行交直流识别，具体方法如下：将预设周期内的电压A/D采样电路输出的电压A/D采样值的方差与预设的交直流区分阈值进行比较，如大于所述交直流区分阈值，则待识别电源为交流电源，否则，待识别电源为直流电源。
优选地，所述电压A/D采样电路为隔离电压A/D采样电路。
优选地，所述预设周期为一个或一个以上工频周期。
进一步地，该电路还包括：
非零电压识别模块，用于在交直流识别模块对待识别电源进行交直流识别之前，先将预设周期内的电压A/D采样值的有效值与预设的有效值阈值进行比较，如大于有效值阈值，则判断待识别电源为非零电压电源，并通知交直流识别模块对待识别电源进行交直流识别；否则，判断待识别电源为零电压电源，且不通知交直流识别模块。
本发明电源类型识别电路可广泛应用于需要自动识别交、直流电源的应用场合，例如：
一种自动转换开关，包括至少两路电源输入端以及与所述电源输入端一一对应的一组以上任一技术方案所述电源类型识别电路，这一组电源类型识别电路分别用于对其所对应电源输入端的输入电源类型进行识别。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明可快速准确地自主识别电源是直流电源还是交流电源，且结构简单、实现成本低廉；本发明可广泛应用于需要自动识别交、直流电源的应用场合，考虑到大多数控制器均带有电压采样电路，因此这种情况下，仅需要对现有带有电压采样电路的控制器进行软件更新即可实现电源识别。
附图说明
图1为一种电压采样电路的电路图；
图2为另一种电压采样电路的电路图；
图3为图1所示电路图对应的交直流电源电压采样的输出波形；
图4为图2所示电路图对应的交直流电源电压采样的输出波形；
图5为本发明电源类型识别方法的优选实施例。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
针对交直流电源的自动识别问题，本发明提出了一种电源类型识别方法，利用电压A/D采样电路对待识别电源输出电压进行采样，并将预设周期内的电压A/D采样值的方差与预设的交直流区分阈值进行比较，如大于所述交直流区分阈值，则待识别电源为交流电源，否则，待识别电源为直流电源。
其中，电压A/D采样电路可采用现有的各种电路结构，考虑到安全性和抗干扰性，本发明优选采用隔离电压A/D采样电路，尤其是光耦隔离电压A/D采样电路。
电压A/D采样电路由两部分构成，一部分是电压采样电路，负责对输入电压进行采样，输出模拟信号；另一部分是A/D转换电路，用于将电压采样电路输出的模拟信号转换为数字信号，用于后续的逻辑运算。图1即显示了本发明优选的一种电压采样电路，其由整流电路(例如桥堆)，电阻R1、R2，运放U1A、U1B，线性光耦TL1组成，待识别电源的输入电压经桥堆整流，电阻R1与R2分压，运放U1跟随，线性光耦TL1隔离、运放U2跟随后得到输出信号Uo，送入A/D转换电路(或者微处理器自带的A/D采样口)进行电压波形采样。
经发明人大量研究发现，电压采样电路输出信号Uo波形图随输入电源类型的不同而有较大区别：当输入电源为交流时，输出信号Uo如图3中上面的波形图所示；当输入电源为直流时，输出信号Uo如图3中下面的波形图所示。因此可以考虑利用这种区别来进行交直流电源的自动识别。
图2显示了本发明的另一种电压采样电路，其由抬升电路(输出抬升电压Vref，Vref是一个与Ui和Uo均隔离的电源)，电阻R1、R2，运放U1A、U1B，线性光耦TL1组成，待识别电源的输入电压经电阻R1与R2分压，Vref电压抬升，运放U1跟随，线性光耦TL1隔离、运放U2跟随后得到输出信号Uo，送入A/D转换电路(或者微处理器自带的A/D采样口)进行电压波形采样。
电压采样电路输出信号Uo波形图随输入电源类型的不同而有较大区别：当输入电源为交流时，输出信号Uo如图4中上面的波形图所示；当输入电源为直流时，输出信号Uo如图4中下面的波形图所示。因此可以考虑利用这种区别来进行交直流电源的自动识别。
在数学统计中有一个名词“方差”，方差即各个数据分别与其平均数之差的平方和的平均数。在许多实际问题中，方差反映的是偏离程度，是衡量源数据和期望值相差的度量值。
若将输出信号Uo的平均值作为期望值，那么交流电源Uo波形与期望值的偏差显然比直流电源Uo波形与期望值的偏差大，就是说交流电源Uo波形的方差值比直流电源Uo波形的方差值大，由此可判别输入电源类型是交流还是直流。
对于输出信号Uo的方差，当采样受到干扰时，限幅、滤波等措施可以在一定程度上滤除干扰，最终方差值会在允许的范围内波动，这样即可通过设置合适的比较阈值来判别交流或直流电源，小于比较阈值的可判定输入为直流电源，大于比较阈值的可判定输入为交流电源。
采用上述方案可以快速判断出电源类型，准确性也较好；然而，在少数情况下，输入的电源电压可能趋近于零，此时利用上述方案会得出输入电源为直流电源的错误结果。为了避免这种错漏，本发明提出了一种进一步改进方案，即在进行交直流识别之前，先进行非零电压识别，具体而言，先将预设周期内的电压A/D采样值的有效值与预设的有效值阈值进行比较，如大于有效值阈值，则判断待识别电源为非零电压电源，继续对其进行交直流识别；否则，判断待识别电源为零电压电源，不再对其进行交直流识别。
为了便于公众理解，下面以一个自动转换开关为例，来对本发明技术方案进行详细说明。
为简单起见，本实施例中的自动转换开关为双电源自动转换开关，其具有主电源输入端和备用电源输入端，作为控制核心的微处理器，以及电源电路、数据存储电路、人机界面、电磁铁驱动电路等其它功能电路。在主、备电源输入端分别连接一个图1所示电压采样电路，两个电压采样电路的采样信号分别通过微处理器自带的A/D采样口送入微处理器，微处理器根据电压A/D采样值来进行电源类型识别并进行相应的动作，电源类型识别的具体流程如图5所示，包括以下步骤：
步骤1、微处理器对电压采样电路输入的信号进行A/D采样，本实施例中的A/D采样间隔T＝0.2ms，以一个工频周期作为一个计算周期，这样一个工频周期20ms中的采样点数为100个；
步骤2、将100个点的采样值代入电压有效值计算公式⑴，计算出一个计算周期内的电压A/D采样值的有效值Vrms：
式中，N为一个计算周期中的A/D采样点数，xi为第i个A/D采样点的采样值；
步骤3、将得到的有效值Vrms与设定的有效值阈值(本实施例中的有效值阈值为1000)作比较，若Vrms≥1000，认为输入电源非零电压；反之，若Vrms<1000，则认为输入电源为零电压，结束判定；如判定结果为零电压，则不需继续区分交流或直流电源，双电源自动转换开关切换另一路电源供电；如若判定结果为非零电压，则转步骤4；
步骤4、微处理器继续将100个点的采样值代入公式⑵，计算出一个计算周期中的电压A/D采样值的平均值
其中，N为一个计算周期中的A/D采样点数，xi为第i个A/D采样点的采样值；
步骤5、将100个点的采样值代入方差计算公式⑶，计算出一个计算周期中的电压A/D采样值的方差S2：
其中，N为一个计算周期中的A/D采样点数，xi为第i个A/D采样点的采样值，为这N个采样值的平均值；
步骤6、将计算得到的方差S2与设定的交直流区分阈值(本实施例中交直流区分阈值为200)作比较。若S2≥200，认为输入电源是交流电源；反之，若S2<200，则认为输入电源是直流电源。
需要说明的是，方差的计算过程无需放在采样中断中，只需要定时在其他中断或主循环中计算方差值即可，降低了采样中断的负荷。
以上仅以双电源自动转换开关为例进行说明，实际上，本发明的电源类型识别方案也可应用在多路电源自动转换开关或者其它需要进行交直流电源自动识别的应用场合。在多数应用环境下，仅需对原有电器进行软件升级即可实现本发明技术方案，实现成本较低，具有良好的应用前景。

Claims (10)

1.一种电源类型识别方法，其特征在于，利用电压A/D采样电路对待识别电源输出电压进行采样，并将预设周期内的电压A/D采样值的方差与预设的交直流区分阈值进行比较，如大于所述交直流区分阈值，则待识别电源为交流电源，否则，待识别电源为直流电源。
2.如权利要求1所述电源类型识别方法，其特征在于，所述电压A/D采样电路为隔离电压A/D采样电路。
3.如权利要求2所述电源类型识别方法，其特征在于，所述隔离电压A/D采样电路为光耦隔离电压A/D采样电路。
4.如权利要求1所述电源类型识别方法，其特征在于，所述预设周期为一个或一个以上工频周期。
5.如权利要求1～4任一项所述电源类型识别方法，其特征在于，在对待识别电源进行交直流识别之前，先将预设周期内的电压A/D采样值的有效值与预设的有效值阈值进行比较，如大于有效值阈值，则判断待识别电源为非零电压电源，继续对其进行交直流识别；否则，判断待识别电源为零电压电源，不再对其进行交直流识别。
6.一种电源类型识别电路，其特征在于，该电路包括：
电压A/D采样电路，用于对待识别电源输出电压进行采样；
交直流识别模块，用于对待识别电源进行交直流识别，具体方法如下：将预设周期内的电压A/D采样电路输出的电压A/D采样值的方差与预设的交直流区分阈值进行比较，如大于所述交直流区分阈值，则待识别电源为交流电源，否则，待识别电源为直流电源。
7.如权利要求6所述电路，其特征在于，所述电压A/D采样电路为隔离电压A/D采样电路。
8.如权利要求6所述电路，其特征在于，所述预设周期为一个或一个以上工频周期。
9.如权利要求6～8任一项所述电路，其特征在于，该电路还包括：
非零电压识别模块，用于在交直流识别模块对待识别电源进行交直流识别之前，先将预设周期内的电压A/D采样值的有效值与预设的有效值阈值进行比较，如大于有效值阈值，则判断待识别电源为非零电压电源，并通知交直流识别模块对待识别电源进行交直流识别；否则，判断待识别电源为零电压电源，且不通知交直流识别模块。
10.一种自动转换开关，包括至少两路电源输入端以及与所述电源输入端一一对应的一组如权利要求6～9任一项所述电源类型识别电路，这一组电源类型识别电路分别用于对其所对应电源输入端的输入电源类型进行识别。
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