CN106936209A - 一种双电源开关快速切换控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电源开关快速切换控制器，包括电压互感模块、电流互感模块、限压保护模块、运算放大模块、低通滤波模块、控制模块、继电器输出模块、开入量采集模块、显示模块、按键模块、电源模块、电源端隔离模块、稳压模块和接地端隔离模块；本发明经过多处的抗干扰处理，使得控制器能够进行毫秒级操作，另一方面，本发明采取了继电器输出模块，使得该控制器能够在不同型号的电源切换开关中通用化。

Description

一种双电源开关快速切换控制器

技术领域

本发明涉及双电源切换控制器技术应用领域，特别是一种双电源开关快速切换控制器。

背景技术

双电源控制器主要应用在负载对供电连续性要求较高的场合，当其中一路电源出现故障时，迅速切换到另一路电源供电，保证负载供电连续性。双电源切换控制器通过采集一路（A侧）和二路（B侧）电源电压、频率、相位、相序等参数，自动实现ATS的切换，实现负载连续供电，不同的负载对双电源切换开关的切换速度要求不同，传统的双电源控制器的切换时间通常在2-3秒以上，对于一些对切换时间要求更高的场合不能满足需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：传统的双电源控制器的切换时间通常在2-3秒以上，对于一些对切换时间要求更高的场合不能满足需求。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：一种双电源开关快速切换控制器，包括电压互感模块、电流互感模块、限压保护模块、运算放大模块、低通滤波模块、控制模块、继电器输出模块、开入量采集模块、显示模块、按键模块、电源模块、电源端隔离模块、稳压模块和接地端隔离模块；所述电压互感模块用于采集双电源切换开关的输入端电压，所述电压互感模块输出端设置限压保护模块后与低通滤波模块的输入端连接，所述低通滤波模块的输出端与运算放大模块输入端连接；所述电流互感模块用于采集双电源切换开关的输出端电流，所述电流互感模块输出端设置限压保护模块后与低通滤波模块的输入端连接，所述低通滤波模块的输出端与运算放大模块输入端连接；所述运算放大模块输出端与控制模块连接，所述开入量采集模块与控制模块连接，所述显示模块与控制模块连接，所述按键模块与控制模块连接，所述继电器输出模块与控制模块连接；所述电源模块包括整流模块、一级降压模块和二级降压模块，所述整流模块的输入端取电于双电源切换开关的输入端电压，所述整流模块的输出端与一级降压模块的输入端连接，所述一级降压模块的输出端一方面经电源端隔离模块后给继电器输出模块供电，另一方面与二级降压模块的输入端连接，所述二级降压模块的输出端经稳压模块给控制模块、显示模块和运算放大模块供电；所述控制模块、显示模块和运算放大模块的接地端均经接地端隔离模块后再接地。

进一步地，所述电压互感模块包括A侧电源电压互感模块和B侧电源电压互感模块， 所述A侧电源电压互感模块和B侧电源电压互感模块均由三个限流电阻、三个电压互感器和三个采样电阻组成，每个电压互感器的输出端与一个采样电阻并联，其输入端与一个限流电阻串联。

进一步地，所述电流互感模块包括三个电流互感器和三个采样电阻，每个电流互感器的输出端与一个采样电阻并联。

进一步地，所述限压保护模块采样一个双向TVS管。

进一步地，所述低通滤波模块采用滤波电容或者RC滤波电路。

进一步地，所述整流模块包括A侧电源整流模块和B侧电源整流模块，所述A侧电源整流模块和B侧电源整流模块均由一个热敏电阻、一个压敏电阻、一个AD-DC转换器和一个肖特基二极管组成，所述热敏电阻串联在AD-DC转换器的输入端，所述压敏电阻并联在AD-DC转换器的输入端，所述肖特基二极管串联在AD-DC转换器的输出端，所述A侧电源整流模块的输出端和B侧电源整流模块的输出端并联在一起后与一级降压模块连接，所述一级降压模块包括降压型开关稳压器U5、电解电容E3、电容C17 、二极管D13、电感L7、电解电容E4和电容C16，所述电解电容E3、电容C17组成降压型开关稳压器U5的前级滤波电路，所述二极管D13、电感L7、电解电容E4和电容C16组成降压型开关稳压器U5后级稳压滤波电路，所述电源端隔离模块包括电容C72、电容C48和型号为B0505LS-1W的DC-DC电源模块，所述电容C72和C48分别为型号为B0505LS-1W的DC-DC电源模块的前后级滤波电容，所述二级降压模块包括型号为LM1117的降压型开关稳压器U14、电解电容E8和电容C23，所述电解电容E8和电容C23组成降压型开关稳压器U14的前级滤波电路，所述稳压模块包括电容C42和电解电容E21，所述电容C42和电解电容E21组成降压型开关稳压器U14的后级滤波电路以实现稳压。

进一步地，所述接地端隔离模块采用零欧姆电阻或者磁珠。

进一步地，所述继电器输出模块包括达林顿晶体管阵列单元和三个以上的继电器，所述一级降压模块的输出端与继电器中的电磁线圈的正极连接，所述继电器中的电磁线圈的负极与达林顿晶体管阵列单元的输出端连接，所述达林顿晶体管阵列单元的输入端与控制模块连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：第一，在负载端上，毫秒切换时，负载端电流电压变化很大，继电器中的电磁线圈的直流电源受到干扰，形成电流冲击，从而对电源模块构成威胁，为了克服此干扰对电源模块的破坏，在一级降压模块和继电器输出模块中间接入电源端隔离模块，避免继电器产生的电流冲击；第二，在互感采集端上，电压互感模块和电流互感模块通过设置限压保护模块，从而采集的信号为限压后的电压电流信号，且通过低通滤波模块对该信号进一步滤波处理，从而减少了运算放大模块的冲击干扰；第三，在电源模块上，由于电源模块取电于双电源切换开关的输入端，而在切换的瞬间，会产生很大的电压电流冲击，电源模块供电会出现波动，为了避免控制模块和运算放大模块中的芯片不受到电源模块供电波动的影响，因此在二级降压模块的输出端经稳压模块给控制模块、显示模块和运算放大模块供电；第四，在控制模块、显示模块和运算放大模块的接地端设置接地端隔离模块，使得相互之间跨地连接，进一步减少干扰，本发明经过多处的抗干扰处理，使得控制器能够进行毫秒级操作，另一方面，本发明采取了继电器输出模块，使得该控制器能够在不同型号的电源切换开关中通用化。

附图说明

图1所示为本发明结构框图；

图2所示为本发明的电压互感模块、电流互感模块和运算放大模块的具体应用电路；

图3所示为本发明的电源模块的具体应用电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1 如图1所示，一种双电源开关快速切换控制器，包括电压互感模块、电流互感模块、限压保护模块、运算放大模块、低通滤波模块、控制模块、继电器输出模块、开入量采集模块、显示模块、按键模块、电源模块、电源端隔离模块、稳压模块和接地端隔离模块；所述电压互感模块用于采集双电源切换开关的输入端电压，所述电压互感模块输出端设置限压保护模块后与低通滤波模块的输入端连接，所述低通滤波模块的输出端与运算放大模块输入端连接；所述电流互感模块用于采集双电源切换开关的输出端电流，所述电流互感模块输出端设置限压保护模块后与低通滤波模块的输入端连接，所述低通滤波模块的输出端与运算放大模块输入端连接；所述运算放大模块输出端与控制模块连接，所述开入量采集模块与控制模块连接，所述显示模块与控制模块连接，所述按键模块与控制模块连接，所述继电器输出模块与控制模块连接；所述电源模块包括整流模块、一级降压模块和二级降压模块，所述整流模块的输入端取电于双电源切换开关的输入端电压，所述整流模块的输出端与一级降压模块的输入端连接，所述一级降压模块的输出端一方面经电源端隔离模块后给继电器输出模块供电，另一方面与二级降压模块的输入端连接，所述二级降压模块的输出端经稳压模块给控制模块、显示模块和运算放大模块供电；所述控制模块、显示模块和运算放大模块的接地端均经接地端隔离模块后再接地。

具体地，所述电压互感模块包括A侧电源电压互感模块和B侧电源电压互感模块，所述A侧电源电压互感模块和B侧电源电压互感模块均由三个限流电阻、三个电压互感器和三个采样电阻组成,每个电压互感器的输出端与一个采样电阻并联，其输入端与一个限流电阻串联，所述电流互感模块包括三个电流互感器和三个采样电阻，每个电流互感器的输出端与一个采样电阻并联。所述限压保护模块采样一个双向TVS管。 所述低通滤波模块采用滤波电容或者RC滤波电路。

参考图2，图2所示为电压互感模块、电流互感模块和运算放大模块的具备应用电路，电阻 R69、R88、R102、R72、R90、R103为限流电阻，R75、R94、R106、R77、R95、R110为采样电阻，PT1- PT6为电压互感器， 双向TVS管D33 、D34 、D36、D37、D38、D40、D41、D42、 D44是限压保护模块，电容C199、C83、C82、C86、C77、C62、C66、C64、C211、C212、C56是低通滤波模块，一路A相采样电压经过R137、R138、放大器U33放大，再经过C60滤波后进入处理器AD采样；一路B相采样电压经过R165、R166、放大器U33放大，再经过C77滤波后进入处理器AD采样；一路C相采样电压经过R130、R131、放大器U31放大，再经过C84滤波后进入处理器AD采样；二路A相采样电压经过R199、R200、放大器U33放大，再经过C200滤波后进入处理器AD采样；二路B相采样电压经过R126、R127、放大器U33放大，再经过C81滤波后进入处理器AD采样；二路C相采样电压经过R133、R134、放大器U33放大，再经过C85滤波后进入处理器AD采样。电阻R79、R97、R112为采样电阻，CT10-CT12是电流互感器电流互感器采集电流信号经过采样电阻后，转换为电压信号。A相采样电压经过R143、R144、U33放大，再经过C63滤波后进入处理器AD采样；B相采样电压经过R139、R141、放大器U33放大，再经过C61滤波后进入处理器AD采样；C相采样电压经过R147、R145、放大器U2放大，再经过C55滤波后进入处理器AD采样。

参考图3，图3所示了电源模块、电源端隔离模块和稳压模块的具体应用电路，所述整流模块包括A侧电源整流模块和B侧电源整流模块，所述A侧电源整流模块和B侧电源整流模块均由一个热敏电阻、一个压敏电阻、一个AD-DC转换器和一个肖特基二极管组成，所述热敏电阻串联在AD-DC转换器的输入端，所述压敏电阻并联在AD-DC转换器的输入端，所述肖特基二极管串联在AD-DC转换器的输出端，所述A侧电源整流模块的输出端和B侧电源整流模块的输出端并联在一起后与一级降压模块连接，所述一级降压模块包括降压型开关稳压器U5、电解电容E3、电容C17 、二极管D13、电感L7、电解电容E4和电容C16，所述电解电容E3、电容C17组成降压型开关稳压器U5的前级滤波电路，所述二极管D13、电感L7、电解电容E4和电容C16组成降压型开关稳压器U5后级稳压滤波电路，所述电源端隔离模块包括电容C72、电容C48和型号为B0505LS-1W的DC-DC电源模块，所述电容C72和C48分别为型号为B0505LS-1W的DC-DC电源模块的前后级滤波电容，所述二级降压模块包括型号为LM1117的降压型开关稳压器U14、电解电容E8和电容C23，所述电解电容E8和电容C23组成降压型开关稳压器U14的前级滤波电路，所述稳压模块包括电容C42和电解电容E21，所述电容C42和电解电容E21组成降压型开关稳压器U14的后级滤波电路以实现稳压。

具体地，所述接地端隔离模块采用零欧姆电阻或者磁珠。

具体地，所述继电器输出模块包括达林顿晶体管阵列单元和三个以上的继电器，所述一级降压模块的输出端与继电器中的电磁线圈的正极连接，所述继电器中的电磁线圈的负极与达林顿晶体管阵列单元的输出端连接，所述达林顿晶体管阵列单元的输入端与控制模块连接。

在上述方案的基础上，该控制器还包括RS485通讯模块， 所述RS485通讯模块连接至控制模块，同时连接至主控站，使用Modbus通信协议，满足主控站网络化需求。

上述电压互感器采用型号为ZMPT112，电流互感器为ZMPT103，运算放大器为MCP6004，TVS管为P6KE6.8CA。控制模块采用型号为STM32F103ZET6的微控制器，RS485通讯模块、开入量采集模块、显示模块和按键模块是常用的现有模块，不再累述。

工作原理： A侧电源电压互感模块和B侧电源电压互感模块采集到的一路和二路电压信号，经滤波电容低通滤波后，进入运算放大模块放大，再经过信号滤波电容后，输出至控制模块，控制模块内部的AD采样后，变为数字信号，经过傅里叶变换等计算，可以得到电压、频率等参数，利用这些参数信息可以判断A侧、B侧是否出现故障或者异常，再结合用户设置自动控制负载供电情况；开入量采集模块连接至控制模块，把采集到的开入量信息发送给控制模块；继电器输出模块连接至控制模块，接收控制模块发送的分合闸信号，控制ATS的分合闸操作；显示模块和按键模块显示当前信息和接收用户输入，实现方便的用户交互操作，毫秒切换时，在负载端上，负载端电流电压变化很大，继电器中的电磁线圈的直流电源受到干扰，形成电流冲击，从而对电源模块构成威胁，为了克服此干扰对电源模块的破坏，在一级降压模块和继电器输出模块中间接入电源端隔离模块，避免继电器产生的电流冲击；第二，在电压电流采集端上，电压互感模块和电流互感模块通过设置限压保护模块，从而采集的信号为限压后的电压电流信号，且通过低通滤波模块对该信号进一步滤波处理，从而减少了运算放大模块的冲击干扰；第三，在电源模块上，由于电源模块取电于双电源切换开关的输入端，而在切换的瞬间，会产生很大的电压电流冲击，电源模块供电会出现波动，为了避免控制模块和运算放大模块中的芯片不受到电源模块供电波动的影响，因此在二级降压模块的输出端经稳压模块给控制模块、显示模块和运算放大模块供电；第四，在控制模块、显示模块和运算放大模块的接地端设置接地端隔离模块，使得相互之间跨地连接，进一步减少干扰，本发明经过多处的抗干扰处理，使得控制器能够进行毫秒级操作。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种双电源开关快速切换控制器，其特征在于，包括电压互感模块、电流互感模块、限压保护模块、运算放大模块、低通滤波模块、控制模块、继电器输出模块、开入量采集模块、显示模块、按键模块、电源模块、电源端隔离模块、稳压模块和接地端隔离模块；所述电压互感模块用于采集双电源切换开关的输入端电压，所述电压互感模块输出端设置限压保护模块后与低通滤波模块的输入端连接，所述低通滤波模块的输出端与运算放大模块输入端连接；所述电流互感模块用于采集双电源切换开关的输出端电流，所述电流互感模块输出端设置限压保护模块后与低通滤波模块的输入端连接，所述低通滤波模块的输出端与运算放大模块输入端连接；所述运算放大模块输出端与控制模块连接，所述开入量采集模块与控制模块连接，所述显示模块与控制模块连接，所述按键模块与控制模块连接，所述继电器输出模块与控制模块连接；所述电源模块包括整流模块、一级降压模块和二级降压模块，所述整流模块的输入端取电于双电源切换开关的输入端电压，所述整流模块的输出端与一级降压模块的输入端连接，所述一级降压模块的输出端一方面经电源端隔离模块后给继电器输出模块供电，另一方面与二级降压模块的输入端连接，所述二级降压模块的输出端经稳压模块给控制模块、显示模块和运算放大模块供电；所述控制模块、显示模块和运算放大模块的接地端均经接地端隔离模块后再接地。

2.如权利要求1一种双电源开关快速切换控制器，其特征在于，所述电压互感模块包括A侧电源电压互感模块和B侧电源电压互感模块， 所述A侧电源电压互感模块和B侧电源电压互感模块均由三个限流电阻、三个电压互感器和三个采样电阻组成，每个电压互感器的输出端与一个采样电阻并联，每个电压互感器的输入端与一个限流电阻串联。

3.如权利要求1一种双电源开关快速切换控制器，其特征在于，所述电流互感模块包括三个电流互感器和三个采样电阻，每个电流互感器的输出端与一个采样电阻并联。

4.如权利要求1一种双电源开关快速切换控制器，其特征在于，所述限压保护模块采用一个双向TVS管。

5.如权利要求1一种双电源开关快速切换控制器，其特征在于，所述低通滤波模块采用滤波电容或者RC滤波电路。

6.如权利要求1一种双电源开关快速切换控制器，其特征在于，所述运算放大模块采用型号为MCP6004的运算放大器。

7.如权利要求1一种双电源开关快速切换控制器，其特征在于，所述整流模块包括A侧电源整流模块和B侧电源整流模块，所述A侧电源整流模块和B侧电源整流模块均由一个热敏电阻、一个压敏电阻、一个AD-DC转换器和一个肖特基二极管组成，所述热敏电阻串联在AD-DC转换器的输入端，所述压敏电阻并联在AD-DC转换器的输入端，所述肖特基二极管串联在AD-DC转换器的输出端，所述A侧电源整流模块的输出端和B侧电源整流模块的输出端并联在一起后与一级降压模块连接，所述一级降压模块包括降压型开关稳压器U5、电解电容E3、电容C17 、二极管D13、电感L7、电解电容E4和电容C16，所述电解电容E3、电容C17组成降压型开关稳压器U5的前级滤波电路，所述二极管D13、电感L7、电解电容E4和电容C16组成降压型开关稳压器U5后级稳压滤波电路，所述电源端隔离模块包括电容C72、电容C48和型号为B0505LS-1W的DC-DC电源模块，所述电容C72和C48分别为型号为B0505LS-1W的DC-DC电源模块的前后级滤波电容，所述二级降压模块包括型号为LM1117的降压型开关稳压器U14、电解电容E8和电容C23，所述电解电容E8和电容C23组成降压型开关稳压器U14的前级滤波电路，所述稳压模块包括电容C42和电解电容E21，所述电容C42和电解电容E21组成降压型开关稳压器U14的后级滤波电路以实现稳压。

8.如权利要求1一种双电源开关快速切换控制器，其特征在于，所述接地端隔离模块采用零欧姆电阻或者磁珠。

9.如权利要求1一种双电源开关快速切换控制器，其特征在于，所述继电器输出模块包括达林顿晶体管阵列单元和三个以上的继电器，所述一级降压模块的输出端与继电器中的电磁线圈的正极连接，所述继电器中的电磁线圈的负极与达林顿晶体管阵列单元的输出端连接，所述达林顿晶体管阵列单元的输入端与控制模块连接。