CN109995135A - 解决电压暂降问题的工业不间断无缝切换逆变电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出解决电压暂降问题的工业不间断无缝切换逆变电源装置，包括：电源电路、隔离采样电路、超级电容组电路、RS485串行通信接口电路、CAN总线串行通信接口电路、精密全波整流和运算放大电路、数据存储电路、电磁继电器驱动电路、有源低压快速交流开关电路、H桥逆变输出电路、PWM升压电路、变压器升压电路，所述电源电路包括：AC‑DC降压电路、直流稳压电路；本发明本装置切换速度快，利用MOSFET的快速开关能力，使得电源的切换时间可达到1MS以内；本装置通用性好，使用寿命长，体积小，安装方便，使用灵活。可有针对性的对重点设备进行保护。

Description

解决电压暂降问题的工业不间断无缝切换逆变电源装置

技术领域

本发明涉及电气设备技术领域，具体涉及一种解决电压暂降问题的工业不间断无缝切换逆变电源装置。

背景技术

工厂中的电力系统在运行过程中，经常会由于雷击、对地短路、故障重合闸、备电自投、电网异常、大型设备启动等原因，造成电网电压瞬时跌落又恢复正常的现象，这种电压瞬间较大幅度波动或者断电恢复的现象称为电压暂降现象，又称为晃电。

晃电现象对连续生产中要求大量设备在工艺流程上不允许电动机跳闸停机的企业是灾难性的，轻则是经济损失，降低生产效率，重则还会发生火灾、爆炸乃至人身安全。现有技术中有很多不间断电源装置，但体积都很大，且充放电慢、寿命短、切换速度慢、通用性差。本发明具有体积小、快速充放电、切换速度快、使用寿命长、安装方便、成本较低等优点。主要用于在发生晃电时，保持普通型和节能型交流接触器触点不断开。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种解决电压暂降问题的工业不间断无缝切换逆变电源装置，能够在发生晃电或短时停电时，迅速切换到由超级电容供电，对工业现场不停机设备具有保护功能，且具有切换速度快、体积小、充放电快速、寿命长、输出电压可调的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种解决电压暂降问题的工业不间断无缝切换逆变电源装置，包括：电源电路、隔离采样电路、超级电容组电路、RS485串行通信接口电路、CAN总线串行通信接口电路、精密全波整流和运算放大电路、数据存储电路、电磁继电器驱动电路、有源低压快速交流开关电路、H桥逆变输出电路、PWM升压电路、变压器升压电路，所述电源电路包括：AC-DC降压电路、直流稳压电路；

市电与AC-DC降压电路相连接，AC-DC降压电路分别与直流稳压电路相连接和超级电容组电路相连接，直流稳压电路输出分别与RS485串行通信接口电路、CAN总线串行通信接口电路、精密全波整流和运算放大电路、电磁继电器驱动电路、有源低压快速交流开关电路、H桥逆变输出电路以及PWM升压电路相连接，隔离采样电路与精密全波整流和运算放大电路相连接，RS485串行通信接口电路、CAN总线串行通信接口电路、电磁继电器驱动电路、精密全波整流和运算放大电路、数据存储电路分别与主控电路相连接；主控电路分别与有源低压快速交流开关电路、H桥逆变输出电路、超级电容组电路相连接，超级电容电路与H桥逆变输出电路相连接，H桥逆变输出电路与负载相连接，负载与有源低压快速交流开关电路相连接，有源低压快速交流开关电路与市电相连接；PWM升压电路与变压器升压电路相连接，变压器升压电路与超级电容组电路相连接；市电与隔离采样电路相连接；

所述AC-DC降压电路，将交流电转换为直流电，同时降低市电电压，并将降低后的电压传递给直流稳压电路，具体包括：AC-DC电源模块、π型滤波电路、第一滤波电容、第一选通二极管、第二选通二极管、第一限流电阻组和稳压二极管；

所述第一限流电阻组，包括N个电阻并联；

AC-DC电源模块输入端与市电相连接，AC-DC电源模块输出端与π型滤波电路相连接，π型滤波电路由第二滤波电容、第一滤波电感和第三滤波电容组成，第一滤波电容分别与第一选通二极管、第二选通二极管相连接，第一选通二极管负极与第一限流电阻组一端串联，第一限流电阻组另一端与超级电容组相连；第二选通二极管负极与超级电容组的输出相连接；第一滤波电容与稳压二极管并联，稳压二极管正极接π型滤波电路的输出端；

所述直流稳压电路，其作用为整体装置提供稳定的电压，包括：三端稳压块、第九输入电容、第十输入电容、第九输出电容、第十输出电容、第十一输出电容；

第九输入电容、第十输入电容并联，并与三端稳压块相连接，三端稳压块输出端与接地端之间并联有第九输出电容、第十输出电容、第十一输出电容；

所述隔离采样电路，将市电的电压信号隔离降压为低压的电压信号，并将该电压信号输出给精密全波整流电路，包括：电压互感器、第十七限流电阻、采样电阻；

市电经过第十七限流电阻，输入到电压互感器的一次绕组，电压互感器的二次绕组与采样电阻并联，并将输出连接至精密全波整流电路。

所述超级电容组电路，控制储能部件的超级电容组充放电，当超级电容组电量不足时，市电通过AC-DC电路给超级电容组充电，未发生晃电时，市电整个装置供电，当发生晃电时，超级电容组给整个装置供电；具体包括；第三选通二极管、第四选通二极管、超级电容组、均压电阻组、充电电压检测电路和继电器开关及其驱动电路；

所述超级电容组，包括M个超级电容；

所述均压电阻组，包括M个均压电阻；

每个电容均与均压电阻组中对应电阻并联，超级电容组一端与第三选通二极管正极相连接，另一端与电源地相连接，第三选通二极管负极与继电器开关相连接，第三选通二极管与第四选通二极管同向并联，继电器开关与PWM升压电路相连接，继电器开关线圈与继电器开关驱动电路相连接；

所述充电电压检测电路，包括：同向比较器电路、光电耦合器；

同向比较器电路采样与电源地相连接的一个电容电压，并与光电耦合器相连接，光电耦合器输出与主控电路的主控芯片相连接；

所述RS485串行通信接口电路，为装置提供RS485串行通信接口，包括：第一光耦，第二光耦、第三光耦，第十八限流电阻、第十九限流电阻，第二十限流电阻、第一上拉电阻、第二上拉电阻、第三上拉电阻、RS485接口芯、第九隔离电源模块、第一LC滤波电路、第八输出电容和第九负载电阻。

第一光耦的输出端与主控电路的主控芯片相连接，第一光耦的输入端与RS485接口芯片相连接，第二光耦的输入端与主控电路的主控芯片相连接，第二光耦的输出端与RS485相连接，第三光耦的输入端与主控电路的主控芯片相连接，第三光耦的输出端与RS485相连接，第十八限流电阻与第一光耦第2引脚相连接，第一光耦第7、8引脚与隔离电源的正极相连接，第十九限流电阻与第二光耦第2引脚相连接，第二光耦第7、8引脚与隔离电源正极相连接，第二十限流电阻与第三光耦第2引脚相连接，第三光耦第7、8引脚与隔离电源正极相连接，第一上拉电阻并联在第一光耦第6引脚与第7引脚之间，第二上拉电阻并联在第二光耦第6引脚与第7引脚之间，第三上拉电阻并联在第三光耦第6引脚与第7引脚之间，RS485接口芯片与接口芯片接插件的插座RS1相连接；直流电源电压经过第一LC滤波电路输入到第九隔离电源模块，第九隔离电源模块与第八输出电容和第九负载电阻相连接；

所述CAN总线串行通信接口电路，为装置提供CAN总线串行通信接口，包括：第四光耦、第五光耦，CAN总线接口芯片，第二十一限流电阻、第二十二限流电阻、第四上拉电阻、第五上拉电阻，第十隔离电源模块，第二LC滤波电路，第二输出电容和第十负载电阻。

第四光耦的输入端与主控电路的主控芯片相连接，第四光耦的输出端与CAN总线接口芯片相连接、第五光耦输出端与主控电路的主控芯片相连接，第五光耦输入端与CAN总线接口芯片相连接，第二十一限流电阻一端与VDD相连，第二十一限流电阻另一端与第四光耦相连，第二十二限流电阻一端与隔离电源正极相连，第二十二限流电阻另一端与第五光耦相连，第四上拉电阻一端与隔离电源的正极相连，第四上拉电阻另一端与第四光耦相连；第五上拉电阻一端与隔离电源的正极相连，第五上拉电阻另一端与第五光耦相连；CAN总线接口芯片与接口芯片接插件的插座相连接；直流电源电压经过第二LC滤波电路输入到第十隔离电源模块，第十隔离电源模块与第二输出电容和第十负载电阻相连接；

所述精密全波整流电路和运算放大器电路，将隔离采样电路输出的电压信号传递给精密全波整流电路，将交流电压信号的负半波反转到正半波，形成脉动的直流信号，经运算放大器电路后发送给主控电路中的主控芯片进行AD转换，用以计算当前采样点的电压值；运算放大器电路输出给主控电路中的主控芯片一个方波信号，用于检测电压过零点和正负半波。电压过零点用于定位半波的采样点，同时能够知道当前采样的是正半波还是负半波。

所述数据存储电路，用来存储本装置的工作参数和历史数据，工作参数和历史数据包括保护电压值、保持时间、晃电次数；所述数据存储电路包括：数据存储器、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻。

数据存储器VDD端与信号地之间并接有第一电容和第二电容，数据存储器SDA端与第一电阻一端相连接，第一电阻另一端与VDD相连接，数据存储器SCL端与第二电阻一端相连接，第二电阻另一端与VDD相连接；SCL、SDA与主控电路的主控芯片相连接；

所述电磁继电器驱动电路，利用光耦将控制信号和为工业现场提供的继电器部分进行电隔离，包括：光电耦合器、三极管、指示灯电路和电磁继电器。是一种常用的驱动电路，利用光耦将控制信号和继电器部分进行电隔离，使继电器线圈的反向电动势不会进入低压控制部分，从而提高了系统的稳定性。

所述有源低压快速交流开关电路，包括：第一电源隔离电路、第一MOSFET驱动电路、第一MOSFET选通电路。所述第一电源隔离电路与第一MOSFET驱动电路连接，所述第一MOSFET驱动电路与第一MOSFET选通电路连接；

所述第一电源隔离电路包括：第一隔离电源模块-第四隔离电源模块、第一输入电容-第四输入电容、第一输出电容-第四输出电容以及第一负载电阻-第四负载电阻；

第一隔离电源模块的第一引脚与地GND连接，第一隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第一输入电容并联在第一隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第一隔离电源模块的第五引脚与第一光电耦合器的第八引脚连接，第一隔离电源模块的第四引脚与第一隔离地连接，第一输出电容与第一负载电阻均并联在第一隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

第二隔离电源模块的第一引脚与地GND连接，第二隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第二输入电容并联在第二隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第二隔离电源模块的第五引脚与第二光电耦合器的第八引脚连接，第二隔离电源模块的第四引脚与第二隔离地连接，第二输出电容与第二负载电阻均并联在第二隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

第三隔离电源模块的第一引脚与地连接，第三隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第三输入电容并联在第三隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第三隔离电源模块的第五引脚与第三光电耦合器的第八引脚连接，第三隔离电源模块的第四引脚与第三隔离地连接，第三输出电容与第三负载电阻均并联在第三隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

第四隔离电源模块的第一引脚与地连接，第四隔离电源模块的第二引脚与市电连接，第四输入电容并联在第四隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第四隔离电源模块的第五引脚与第四光电耦合器的第八引脚连接，第四隔离电源模块的第四引脚与第四隔离地连接，第四输出电容与第四负载电阻均并联在第四隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

所述第一MOSFET驱动电路包括：第一光电耦合器-第四光电耦合器、第一限流电阻-第八限流电阻、第一旁路电容-第四旁路电容、第一放电二极管-第四放电二极管；

第一光电耦合器的第二引脚与第一限流电阻的一端连接，第一限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片相连接，第一光电耦合器的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第一光电耦合器的第五引脚与第一隔离地连接，第一光电耦合器的第八引脚还与第一旁路电容的一端连接，第一旁路电容的另一端与第一隔离地连接，第一光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第二限流电阻的一端、第一放电二极管的阴极连接，第二限流电阻的另一端分别与第一放电二极管的阳极、第一平衡电阻的一端、第一MOS管的栅极连接；

第二光电耦合器的第二引脚与第三限流电阻的一端连接，第三限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片连接，第二光电耦合器的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第二光电耦合器的第五引脚与第二隔离地连接，第二光电耦合器的第八引脚还与第二旁路电容的一端连接，第二旁路电容的另一端与第二隔离地连接，第二光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第四限流电阻的一端、第二放电二极管的阴极连接，第四限流电阻的另一端分别与第二放电二极管的阳极、第二平衡电阻的一端、第二MOS管的栅极连接；

第三光电耦合器的第二引脚与第五限流电阻的一端连接，第五限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片连接，第三光电耦合器的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第三光电耦合器的第五引脚与第三隔离地连接，第三光电耦合器的第八引脚还与第三旁路电容的一端连接，第三旁路电容的另一端与第三隔离地连接，第三光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第六限流电阻的一端、第三放电二极管的阴极连接，第六限流电阻的另一端分别与第三放电二极管的阳极、第三平衡电阻的一端、第三MOS管的栅极连接；

第四光电耦合器的第二引脚与第七限流电阻的一端连接，第七限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片连接，第四光电耦合器的第三引脚与单片机的地DGND连接，第四光电耦合器的第五引脚与第四隔离地连接，第四光电耦合器的第八引脚还与第四旁路电容的一端连接，第四旁路电容的另一端与第四隔离地连接，第四光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第八限流电阻的一端、第四放电二极管的阴极连接，第八限流电阻的另一端分别与第四放电二极管的阳极、第四平衡电阻的一端、第四MOS管的栅极连接；

第一MOSFET选通电路，包括第一MOS管-第四MOS管、第一平衡电阻-第四平衡电阻、第一二级管-第四二极管；

第一MOS管的漏极分别与市电、第二二极管的阴极连接，第二二极管的阳极与第二平衡电阻的另一端连接；第一MOS管的源极分别与第一二极管的阳极、第一平衡电阻的另一端连接，第一平衡电阻的另一端还与第一隔离地连接，第一二极管的阴极与第二MOS管的漏极连接，第二MOS管的源极与第二平衡电阻的另一端连接，第二平衡电阻的另一端还与第二隔离地连接；

第三MOS管的漏极分别与市电、第四二极管的阴极连接，第四二极管的阳极与第四平衡电阻的另一端连接；第一MOS管的源极分别与第三二极管的阳极、第三平衡电阻的另一端连接，第三平衡电阻的另一端还与第三隔离地连接，第三二极管的阴极与第四MOS管的漏极连接，第四MOS管的源极与第四平衡电阻的另一端连接，第四平衡电阻的另一端还与第四隔离地连接；

所述H桥逆变输出电路，包括：第二电源隔离电路、第二MOSFET驱动电路、第二MOSFET选通电路。所述第二电源隔离电路与第二MOSFET驱动电路连接，所述第二MOSFET驱动电路与第二MOSFET选通电路连接；

所述第二电源隔离电路包括：第五隔离电源模块-第八隔离电源模块、第五输入电容-第八输入电容、第五输出电容-第八输出电容以及第五负载电阻-第八负载电阻；

第五隔离电源模块的第一引脚与地GND连接，第五隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第五输入电容并联在第五隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第五隔离电源模块的第五引脚与第五光电耦合器的第八引脚连接，第五隔离电源模块的第四引脚与第五隔离地连接，第五输出电容与第五负载电阻均并联在第五隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

第六隔离电源模块的第一引脚与地GND连接，第六隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第六输入电容并联在第六隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第六隔离电源模块的第五引脚与第六光电耦合器的第八引脚连接，第六隔离电源模块的第四引脚与第六隔离地连接，第六输出电容与第六负载电阻均并联在第六隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

第七隔离电源模块的第一引脚与地GND连接，第七隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第七输入电容并联在第七隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第七隔离电源模块的第五引脚与第七光电耦合器的第八引脚连接，第七隔离电源模块的第四引脚与第七隔离地连接，第七输出电容与第七负载电阻均并联在第七隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

第八隔离电源模块的第一引脚与地GND连接，第八隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第八输入电容并联在第八隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第八隔离电源模块的第五引脚与第八光电耦合器的第八引脚连接，第八隔离电源模块的第四引脚与第八隔离地连接，第八输出电容与第八负载电阻均并联在第八隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

所述第二MOSFET驱动电路包括：第五光电耦合器-第八光电耦合器、第九限流电阻-第十六限流电阻、第五旁路电容-第八旁路电容、第五放电二极管-第八放电二极管；

第五光电耦合器的第二引脚与第九限流电阻的一端连接，第九限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片相连接，第五光电耦合器的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第五光电耦合器的第五引脚与第五隔离地GND12E连接，第五光电耦合器的第八引脚还与第五旁路电容的一端连接，第五旁路电容的另一端与第五隔离地GND12E连接，第五光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第十限流电阻的一端、第五放电二极管的阴极连接，第十限流电阻的另一端分别与第五放电二极管的阳极、第五平衡电阻的一端、第五MOS管的栅极连接；

第六光电耦合器的第二引脚与第十一限流电阻的一端连接，第十一限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片连接，第六电耦合器的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第六光电耦合器的第五引脚与第六隔离地连接，第六光电耦合器的第八引脚还与第六旁路电容的一端连接，第六旁路电容的另一端与第六隔离地连接，第六光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第十二限流电阻的一端、第六放电二极管的阴极连接，第十二限流电阻的另一端分别与第六放电二极管的阳极、第六平衡电阻的一端、第六MOS管的栅极连接；

第七光电耦合器的第二引脚与第十三限流电阻的一端连接，第十三限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片连接，第七光电耦合器的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第七光电耦合器的第五引脚与第七隔离地连接，第七光电耦合器的第八引脚还与第七旁路电容C80的一端连接，第七旁路电容的另一端与第七隔离地连接，第七光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第十四限流电阻的一端、第七放电二极管的阴极连接，第十四限流电阻的另一端分别与第七放电二极管的阳极、第七平衡电阻的一端、第七MOS管的栅极连接；

第八光电耦合器的第二引脚与第十五限流电阻的一端连接，第十五限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片连接，第八光电耦合器的第三引脚与单片机的地DGND连接，第八光电耦合器的第五引脚与第八隔离地连接，第八光电耦合器的第八引脚还与第八旁路电容的一端连接，第八旁路电容的另一端与第八隔离地连接，第八光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第十六限流电阻的一端、第八放电二极管的阴极连接，第十六限流电阻的另一端分别与第八放电二极管的阳极、第八平衡电阻的一端、第八MOS管的栅极连接；

第二MOSFET选通电路，包括第五MOS管-第八MOS管、第五平衡电阻-第八平衡电阻、第五二级管；

第五MOS管的漏极分别与第七MOS管的漏极、第五二极管的阴极相连接，第五二极管D31的阳极与变压器升压电路的输出端相连接，第五MOS管的源极分别与第五平衡电阻另一端、第五隔离地、第六MOS管的漏极相连接，且在第五MOS管的源极与第六MOS管的漏极之间引出OutputA节点；第七MOS管的源极分别与第七平衡电阻另一端、第七隔离地、第八MOS管的漏极相连接，且在第七MOS管的源极与第八MOS管的漏极之间引出OutputB节点；第六MOS管的源极分别与第六平衡电阻另一端、第六隔离地、第八MOS管的源极相连接，第八MOS管的源极分别与第八隔离地、第八平衡电阻另一端、变压器升压电路输出端的地相连接；

OutputA节点和OutputB节点与负载相连接；

所述PWM升压电路，使得升压变压器输入端的MOSFET交替导通和关断，给升压变压器提供电源，包括：PWM芯片、第二十三限流电阻、第二十四限流电阻、软启动电路；

所述变压器升压电路，将超级电容组的电源进行升压，包括：升压变压器、MOSFET、第四滤波电容、第五滤波电容、第六滤波电容、第七滤波电容、整流桥、第十一负载电阻、降压反馈电路。

所述主控电路，与有源低压快速交流开关电路和H桥逆变输出电路配合，实现电源的快速切换：当主控电路检测到有晃电情况发生时，主控电路中主控芯片发出信号给超级电容组电路、H桥逆变输出电路和有源低压快速交流开关电路，使得有源低压快速交流开关电路处于关断状态，超级电容组处于放电状态，并通过H桥逆变输出电路的导通，给负载供电；当主控电路检测没有晃电情况发生时，主控电路中主控芯片发出信号给超级电容组电路、H桥逆变输出电路和有源低压快速交流开关电路，使得H桥逆变输出电路不导通，并使得超级电容组处于充电状态，通过市电给超级电容组充电，且使得有源低压快速交流开关电路处于导通状态，并通过市电给负载供电；

有益技术效果：

本发明提出一种解决电压暂降问题的工业不间断逆变电源装置，硬件集成度高、可靠性高。当市电发生晃电或短时中断情况时，本装置可以不间断的提供逆变交流电源，防止因晃电和短时停电现象而造成的经济损失与安全事故。

本装置切换速度快，利用MOSFET的快速开关能力，使得电源的切换时间可达到1MS以内，这是其他同类型设备不具备的，我们知道MOSFET通常被用到控制直流电的场合，因为MOSFET只能单向关断，本装置成功的将MOSFET运用到了对交流电的控制中，实现了快速切换电源的效果；

本装置通用性好，同类产品大多是单一的只能保持普通型接触器，而本装置由于切换速度快，输出电压高，能够保持普通型接触器、节能型接触器、电磁继电器。

本装置采用超级电容作为储能元件，使用寿命和输出能力都比电池强很多，电池在长时间工作的状态下，经常会出现储能下降，漏液，失效等。而超级电容器是利用物理反应存储电能，充放电次数远比电池高很多，切充放电速度快，瞬时输出功率大。

本装置体积小，安装方便，使用灵活。可有针对性的对重点设备进行保护。

附图说明

图1为本发明实施例一种解决电压暂降问题的工业不间断无缝切换逆变电源装置电路原理框图；

图2为本发明实施例中AC-DC降压电路的原理图；

图3为本发明实施例中直流稳压电路的原理图；

图4为本发明实施例中隔离采样电路的原理图；

图5为本发明实施例中超级电容组电路的原理图；

图6为本发明实施例中RS485串行通信接口电路的原理图；

图7为本发明实施例中CAN总线串行通信接口电路的原理图；

图8为本发明实施例中精密全波整流电路和运算放大电路的原理图；

图9为本发明实施例中数据存储电路的原理图；

图10为本发明实施例中电磁继电器驱动电路的原理图；

图11为本发明实施例中有源低压快速交流开关电路的原理图；

图12为本发明实施例中H桥逆变输出电路的原理图；

图13为本发明实施例中PWM升压电路的原理图；

图14为本发明实施例中变压器升压电路的原理图；

图15为本发明实施例中主控电路的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优势更加清晰，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种解决电压暂降问题的工业不间断无缝切换逆变电源装置，如图1所示，提供一种解决电压暂降问题的工业不间断无缝切换逆变电源装置，包括：电源电路、隔离采样电路、超级电容组电路、RS485串行通信接口电路、CAN总线串行通信接口电路、精密全波整流和运算放大电路、数据存储电路、电磁继电器驱动电路、有源低压快速交流开关电路、H桥逆变输出电路、PWM升压电路、变压器升压电路，所述电源电路包括：AC-DC降压电路、直流稳压电路；

市电与AC-DC降压电路相连接，AC-DC降压电路分别与直流稳压电路相连接和超级电容组电路相连接，直流稳压电路输出分别与RS485串行通信接口电路、CAN总线串行通信接口电路、精密全波整流和运算放大电路、电磁继电器驱动电路、有源低压快速交流开关电路、H桥逆变输出电路以及PWM升压电路相连接，隔离采样电路与精密全波整流和运算放大电路相连接，RS485串行通信接口电路、CAN总线串行通信接口电路、电磁继电器驱动电路、精密全波整流和运算放大电路、数据存储电路分别与主控电路相连接；主控电路分别与有源低压快速交流开关电路、H桥逆变输出电路、超级电容组电路相连接，超级电容电路与H桥逆变输出电路相连接，H桥逆变输出电路与负载相连接，负载与有源低压快速交流开关电路相连接，有源低压快速交流开关电路与市电相连接；PWM升压电路与变压器升压电路相连接，变压器升压电路与超级电容组电路相连接；市电与隔离采样电路相连接；

所述AC-DC降压电路，将交流电转换为直流电，同时降低市电电压，并将降低后的电压传递给直流稳压电路，具体包括：AC-DC电源模块、π型滤波电路、第一滤波电容C51、第一选通二极管D10、第二选通二极管D11、第一限流电阻组和稳压二极管D14；

所述第一限流电阻组，包括N个电阻并联；本实施例中，如图2所示，N＝5，并联的电阻包括：R49、R50、R51、R52、R53；

π型滤波电路包括：第二滤波电容CD2、第三滤波电容CD3与滤波电感LG6；

AC-DC电源模块REG5输入端与市电相连接，AC-DC电源模块REG5输出端与π型滤波电路相连接，π型滤波电路中第二滤波电容CD2与第一滤波电容C51并联，第一滤波电容C51分别与第一选通二极管D10、第二选通二极管D11相连接，第一选通二极管D10负极与第一限流电阻组一端串联，第一限流电阻组另一端与超级电容组相连；第二选通二极管D11负极与超级电容组输出的正极相连接；第一滤波电容C51与稳压二极管D14并联，稳压二极管D14正极π型滤波电路的输出端；其中，图2中+13V是与超级电容组相连的，+13V是给超级电容组充电。BAT是超级电容组的正极输出。

本实施例中，220VAC输入给电源模块，经过CD3、LG6、CD2的π型滤波网络，再经过D10选通和限流电阻后给超级电容组充电，同时，市电稳定时，经过D11给整个系统供电。

+13V是AC-DC电源模块的输出经过D10二极管降压得到，+12V是直流稳压电路的输出得到的，VDD是直流稳压电路输出的12V经过隔离电源模块得到的；

所述直流稳压电路，其作用为整体装置提供稳定的电压，如图3所示，包括：三端稳压块REG6、第九输入电容C53、第十输入电容C54、第九输出电容C55、第十输出电容C56、第十一输出电容C57；

第九输入电容C53、第十输入电容C54并联，并与三端稳压块输入端与接地端GND并联连接，三端稳压块输出端与接地端之间并联有第九输出电容C55、第十输出电容C56、第十一输出电容C57；

输入电容与三端稳压块相连接，三端稳压块与输出电容相连接；

所述隔离采样电路，将市电的电压信号隔离降压为低压的电压信号，并将该电压信号输出给精密全波整流电路，如图4所示，包括：电压互感器T2、第十七限流电阻RA11、采样电阻RA12；

市电经过第十七限流电阻RA11，输入到电压互感器T2一次绕组，电压互感器T2二次绕组与采样电阻RA12并联，并将输出连接至给精密全波整流电路。

所述限流电阻串联在电压互感器的一侧输入上，起到限制电流大小的作用，所述采样电阻，并接在电压互感器的输出侧，将电流信号转换为电压信号。

所述隔离采样电路，如图4所示，市电经限流电阻RA11介入电压互感器T2的一次绕组，二次绕组并接采样电阻RA12，然后输出给精密全波整流电路。

所述超级电容组电路，控制储能部件的超级电容组充放电，当超级电容组电量不足时，市电通过AC-DC电路给超级电容组充电，未发生晃电时，市电给整个装置供电，当发生晃电时，超级电容组给整个装置供电；如图5所示，包括；第三选通二极管D12、第四选通二极管D13、超级电容组、均压电阻组、充电电压检测电路和继电器开关及其驱动电路；

所述超级电容组，包括M个超级电容；本实施例M＝6，分别为CS1、CS2、CS3、CS4、CS5、CS6；

所述均压电阻组，包括M个均压电阻；本实施例M＝6，分别为R56、R57、R61、R64、R66、R67；

每个电容均与均压电阻组中对应电阻并联，超级电容组一端与第三选通二极管D12正极相连接，另一端与电源地相连接，第三选通二极管D12与继电器开关相连接，第三选通二极管D12与第四选通二极管D13同向并联，继电器开关与PWM升压电路相连接，继电器开关线圈与继电器开关驱动电路相连接；

所述充电电压检测电路，包括：同向比较器电路U9A、光电耦合器PT8；

同向比较器电路采样与电源地相连接的一个电容电压，并与光电耦合器相连接，光电耦合器输出与主控电路的主控芯片相连接；

本实施例中，超级电容组由CS1、CS2、CS3、CS4、CS5、CS6串联组成，均压电阻R56、R57、R61、R64、R66、R67依次和超级电容并联，起到均压的作用。继电器开关电路可以控制超级电容组的投入和切除，比较器电路采样CS6的电压，经过同向比较器和光电耦合器的隔离，给主控芯片输出高低电平的数字信号，用以判断超级电容的充电状态，确保超级电容组稳定工作。

所述RS485串行通信接口电路，为装置提供RS485串行通信接口，如图6所示，包括：第一光耦PT1，第二光耦PT3、第三光耦PT5，第十八限流电阻R8、第十九限流电阻R12，第二十限流电阻R16、第一上拉电阻R7、第二上拉电阻R13、第三上拉电阻R17、RS485接口芯U4、RS1是接口芯片接插件的插座，第九隔离电源模块REG2，第一LC滤波电路，第八输出电容C11和第九负载电阻R5。

第一光耦PT1的输出端与主控电路的主控芯片相连接，第一光耦PT1的输入端与RS485接口芯片相连接，第二光耦PT3的输入端与主控电路的主控芯片相连接，第二光耦PT3的输出端与RS485相连接，第三光耦PT5的输入端与主控电路的主控芯片相连接，第三光耦PT5输出端与RS485相连接，第十八限流电阻R8与第一光耦PT1第2引脚相连接，第一光耦PT1第7、8引脚与隔离电源的正极相连接，第十九限流电阻R12与第二光耦PT3第2引脚相连接，第二光耦PT3第7、8引脚与隔离电源正极相连接，第二十限流电阻R16与第三光耦PT5第2引脚相连接，第三光耦PT5第7、8引脚与隔离电源正极相连接，第一上拉电阻R7并联在第一光耦PT1第6引脚与第7引脚之间，第二上拉电阻R13并联在第二光耦PT3第6引脚与第7引脚之间，第三上拉电阻R17并联在第三光耦PT5第6引脚与第7引脚之间，RS485接口芯片与接口芯片接插件的插座RS1相连接；直流电源电压(12V)经过第一LC滤波电路输入到第九隔离电源模块REG2，第九隔离电源模块REG2与第八输出电容和第九负载电阻相连接；

所述第一LC滤波电路，包括：滤波电容C10、滤波电感LG2；

本实施例中，隔离电源模块REG8将电源进行隔离，光耦PT1、PT3、PT5采用快速光耦，以实现串口的高速通信，通过PT3实现串口通信电路的输入输出转换，接口电路与整个装置实现了电隔离，提高了整个装置和串行口的抗干扰能力，在复杂工业电磁环境下能够稳定工作，在需要时，该串口负责与工业现场的控制系统进行数据交互。

所述CAN总线串行通信接口电路，为装置提供CAN总线串行通信接口，如图7所示，包括：第四光耦PT2、第五光耦PT4，CAN总线接口芯片，第二十一限流电阻R9、第二十二限流电阻R15、第四上拉电阻R10、第五上拉电阻R14，第十隔离电源模块REG3，第二LC滤波电路，第二输出电容C13和第十负载电阻R6。

第四光耦PT2的输入端与主控电路的主控芯片相连接，第四光耦PT2的输出端与CAN总线接口芯片相连接、第五光耦PT4输出端与主控电路的主控芯片相连接，第五光耦PT4输入端与CAN总线接口芯片相连接，第二十一限流电阻R9一端与VDD相连，第二十一限流电阻R9另一端与第四光耦PT4相连，第二十二限流电阻R15一端与隔离电源正极相连，第二十二限流电阻R15另一端与第五光耦PT4相连，第四上拉电阻R10一端与隔离电源的正极相连，第四上拉电阻R10另一端与第四光耦PT2相连；第五上拉电阻R14一端与隔离电源的正极相连，第五上拉电阻R14另一端与第五光耦PT4相连；CAN总线接口芯片与接口芯片接插件的插座CAN1相连接；直流电源电压(12V)经过第二LC滤波电路输入到第十隔离电源模块REG3，第十隔离电源模块REG3与第二输出电容C13和第十负载电阻R6相连接；

所述第二LC滤波电路，包括：滤波电容C12、滤波电感LG3；

本实施例中，输入输出信号通过PT2和PT4进行隔离，然后与CAN总线接口芯片U5相接，实现了系统与串行通信接口的隔离，提高抗干扰能力，该串口负责实现人接交互界面，与手持编程器进行数据通信。

所述精密全波整流电路和运算放大器电路，如图8所示，隔离采样信号通过P2端子输入给精密全波整流电路，将交流电信号的负半波反转到正半波，形成脉动的直流信号，经运算放大器U3B后发送给主控芯片进行AD转换，用以计算当前采样点的电压值。U1输出给主控芯片一个方波信号，用于检测电压过零点和正负半波。电压过零点用于定位半波的采样点，同时能够知道当前采样的是正半波还是负半波。

所述精密全波整流电路和运算放大电路，如图8所示，包括集成运放U1、U2、U3、比例电阻、二极管选通电路、反馈网络、接地电阻、电源隔离电路。

本实施例中，对隔离采用的交流信号进行精密全波整流，将负向的交流电信号反转为正向，经过U3B运放的同向放大，输入给主控芯片进行计算，用以判断当前市电是否发生晃电，运放U1A产生方波信号，用于判断当前市电是处于正半波还是负半波。U2A和U2B是同一个集成模块U2，这个集成模块包含了两个相同的运算放大器，分别标号为U2A和U2B；

所述数据存储电路，用来存储本装置的工作参数和历史数据，工作参数和历史数据包括保护电压值、保持时间、晃电次数；如图9所示，所述数据存储电路包括：数据存储器U6、第一电容C23、第二电容C32、第一电阻R20、第二电阻R21。

数据存储器VDD端与信号地之间并接有第一电容和第二电容，数据存储器SDA端与第一电阻一端相连接，第一电阻另一端与VDD相连接，数据存储器SCL端与第二电阻一端相连接，第二电阻另一端与VDD相连接；SCL、SDA与主控电路的主控芯片相连接；

本实施例中，主控芯片把需要存储的数据存储到铁电存储器U6中，以备需要时进行调用和数据查询。

所述电磁继电器驱动电路，如图10所示，主控芯片经过光耦PT4的隔离，对继电器进行控制，可输出干接点信号，用于实现工业现场和其他设备联合工作。共有3路干接点信号输出，用于实现不同的逻辑控制。

所述有源低压快速交流开关电路，有源低压快速交流开关电路，如图11所示，包括：第一电源隔离电路、第一MOSFET驱动电路、第一MOSFET选通电路。所述第一电源隔离电路与第一MOSFET驱动电路连接，所述第一MOSFET驱动电路与第一MOSFET选通电路连接；

电源隔离电路给有源低压快速交流开关电路提供必要的电源，采用电源隔离的方法进行了高低压隔离，实现了控制系统与驱动电路的电隔离，提高了系统的抗干扰能力。第一电源隔离电路包括：第一隔离电源模块-第四隔离电源模块、第一输入电容-第四输入电容C59、C61、C64、C67、第一输出电容-第四输出电容C60、C62、C65、C68以及第一负载电阻-第四负载电阻R68、R72、R76、R77；

第一隔离电源模块REG7的第一引脚与地GND连接，第一隔离电源模块REG7的第二引脚与外接12V电源连接，第一输入电容C59并联在第一隔离电源模块REG7的第一引脚与第二引脚之间，第一隔离电源模块REG7的第五引脚与第一光电耦合器PT9的第八引脚连接，第一隔离电源模块REG7的第四引脚与第一隔离地GND12A连接，第一输出电容C60与第一负载电阻R68均并联在第一隔离电源模块REG7的第四引脚与第五引脚之间；

第二隔离电源模块REG8的第一引脚与地GND连接，第二隔离电源模块REG8的第二引脚与外接12V电源连接，第二输入电容C61并联在第二隔离电源模块REG8的第一引脚与第二引脚之间，第二隔离电源模块REG8的第五引脚与第二光电耦合器PT10的第八引脚连接，第二隔离电源模块REG8的第四引脚与第二隔离地GND12B连接，第二输出电容C62与第二负载电阻R72均并联在第二隔离电源模块REG8的第四引脚与第五引脚之间；

第三隔离电源模块REG9的第一引脚与地连接，第三隔离电源模块REG9的第二引脚与外接12V电源连接，第三输入电容C64并联在第三隔离电源模块REG9的第一引脚与第二引脚之间，第三隔离电源模块REG9的第五引脚与第三光电耦合器PT11的第八引脚连接，第三隔离电源模块REG9的第四引脚与第三隔离地GND12C连接，第三输出电容C65与第三负载电阻R76均并联在第三隔离电源模块REG9的第四引脚与第五引脚之间；

第四隔离电源模块REG10的第一引脚与地连接，第四隔离电源模块REG10的第二引脚与市电连接，第四输入电容C67并联在第四隔离电源模块REG10的第一引脚与第二引脚之间，第四隔离电源模块REG10的第五引脚与第四光电耦合器PT12的第八引脚连接，第四隔离电源模块REG10的第四引脚与第四隔离地GND12D连接，第四输出电容C68与第四负载电阻R77均并联在第四隔离电源模块REG10的第四引脚与第五引脚之间；

本实施例中，输入电压为+12VDC，经输入电容滤波后给电源隔离模块供电，输出侧经输出电容滤波后给后级驱动电路供电，负载电阻使电源隔离模块稳定工作。将+12VDC电源隔离出4路相互独立的12V电源用以驱动4个MOSFET。

如图11中左上部分电路所示，MOSFET驱动电路是能否稳定、快速的控制MOSFET的关键，本电路能够实现对MOSFET的栅极进行快速充放电，同时也进行了高低压隔离，使系统安全可靠。第一MOSFET驱动电路包括第一光电耦合器-第四光电耦合器、第一限流电阻-第八限流电阻、第一旁路电容-第四旁路电容、第一放电二极管-第四放电二极管；

第一光电耦合器PT9的第二引脚与第一限流电阻R69的一端连接，第一限流电阻R69的另一端与主控电路中主控芯片相连接，第一光电耦合器PT9的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第一光电耦合器PT9的第五引脚与第一隔离地GND12A连接，第一光电耦合器PT9的第八引脚还与第一旁路电容C58的一端连接，第一旁路电容C58的另一端与第一隔离地GND12A连接，第一光电耦合器PT9的第六引脚与第七引脚分别与第二限流电阻R70的一端、第一放电二极管D16的阴极连接，第二限流电阻R70的另一端分别与第一放电二极管D16的阳极、第一平衡电阻R71的一端、第一MOS管Q11的栅极连接；

第二光电耦合器PT10的第二引脚与第三限流电阻R74的一端连接，第三限流电阻R74的另一端与主控电路中主控芯片连接，第二光电耦合器PT10的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第二光电耦合器PT10的第五引脚与第二隔离地GND12B连接，第二光电耦合器PT10的第八引脚还与第二旁路电容C63的一端连接，第二旁路电容C63的另一端与第二隔离地GND12B连接，第二光电耦合器PT10的第六引脚与第七引脚分别与第四限流电阻R75的一端、第二放电二极管D18的阴极连接，第四限流电阻R75的另一端分别与第二放电二极管D18的阳极、第二平衡电阻R73的一端、第二MOS管Q12的栅极连接；

第三光电耦合器PT11的第二引脚与第五限流电阻R78的一端连接，第五限流电阻R78的另一端与主控电路中主控芯片连接，第三光电耦合器PT11的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第三光电耦合器PT11的第五引脚与第三隔离地GND12C连接，第三光电耦合器PT11的第八引脚还与第三旁路电容C66的一端连接，第三旁路电容C66的另一端与第三隔离地GND12C连接，第三光电耦合器PT11的第六引脚与第七引脚分别与第六限流电阻R79的一端、第三放电二极管D20的阴极连接，第六限流电阻R79的另一端分别与第三放电二极管D20的阳极、第三平衡电阻R80的一端、第三MOS管Q13的栅极连接；

第四光电耦合器PT12的第二引脚与第七限流电阻R82的一端连接，第七限流电阻R82的另一端与主控电路中主控芯片连接，第四光电耦合器PT12的第三引脚与单片机的地DGND连接，第四光电耦合器PT12的第五引脚与第四隔离地GND12D连接，第四光电耦合器PT12的第八引脚还与第四旁路电容C69的一端连接，第四旁路电容C69的另一端与第四隔离地GND12D连接，第四光电耦合器PT12的第六引脚与第七引脚分别与第八限流电阻R81的一端、第四放电二极管D21的阴极连接，第八限流电阻R81的另一端分别与第四放电二极管D21的阳极、第四平衡电阻R83的一端、第四MOS管Q14的栅极连接；

在本实施例中，第一旁路电容-第四旁路电容C58、C63、C66、C69用来吸收高频电源干扰，如图11中左上部分所示，由于MOSFET内部有保护二极管，无法控制反相电流，MOSFET一直被用到对直流电的控制中。本电路采用串联反向二极管的方法，对交流电进行了正向和反向的选通，可靠的把MOSFET应用到交流电的控制中；

第一MOSFET选通电路，包括第一MOS管-第四MOS管Q11-Q14、第一平衡电阻-第四平衡电阻R71、R73、R80、R83、第一二级管-第四二极管D15、D17、D19、D22；

第一MOS管Q11的漏极分别与市电、第二二极管D17的阴极连接，第二二极管D17的阳极与第二平衡电阻R73的另一端连接；第一MOS管Q11的源极分别与第一二极管D15的阳极、第一平衡电阻R71的另一端连接，第一平衡电阻R71的另一端还与第一隔离地GND12A连接，第一二极管D15的阴极与第二MOS管Q12的漏极连接，第二MOS管Q12的源极与第二平衡电阻R73的另一端连接，第二平衡电阻R73的另一端还与第二隔离地GND12B连接；

第三MOS管Q13的漏极分别与市电、第四二极管D22的阴极连接，第四二极管D22的阳极与第四平衡电阻R83的另一端连接；第一MOS管Q11的源极分别与第三二极管D19的阳极、第三平衡电阻R17的另一端连接，第三平衡电阻R17的另一端还与第三隔离地GND12C连接，第三二极管D19的阴极与第四MOS管Q14的漏极连接，第四MOS管Q14的源极与第四平衡电阻R83的另一端连接，第四平衡电阻R83的另一端还与第四隔离地GND12D连接；

本实施例中，如图11所示，主控芯片通过光耦PT9、PT10、PT11、PT12分别控制MOSFETQ11、Q12、Q13、Q14的通断，实现控制交流电的快速通断，用于快速切断和导通市电。

图11中右下角的部分，是一个双刀双掷的电磁继电器和电磁继电器的驱动电路，这是一种常用的电路，在本发明里面的作用是作为旁路开关使用，它和有源低压快速交流开关是并联关系。当本装置正常工作时，继电器被驱动为断开状态，由交流快速开关控制市电的通断，当本装置电路出现故障时，继电器的常闭触点将会把本装置的输出端接入市电，由市电输出给负载。

所述H桥逆变输出电路，如图12所示，包括：第二电源隔离电路、第二MOSFET驱动电路、第二MOSFET选通电路。所述第二电源隔离电路与第二MOSFET驱动电路连接，所述第二MOSFET驱动电路与第二MOSFET选通电路连接；

所述第二电源隔离电路包括：第五隔离电源模块-第八隔离电源模块REG11-REG14、第五输入电容-第八输入电容C70、C74、C72、C76、第五输出电容-第八输出电容C71、C75、C73、C77以及第五负载电阻-第八负载电阻R106、R108、R107、R109；

第五隔离电源模块REG11的第一引脚与地GND连接，第五隔离电源模块REG11的第二引脚与外接12V电源连接，第五输入电容C70并联在第五隔离电源模块REG11的第一引脚与第二引脚之间，第五隔离电源模块REG11的第五引脚与第五光电耦合器PT17的第八引脚连接，第五隔离电源模块REG11的第四引脚与第五隔离地GND12E连接，第五输出电容C71与第五负载电阻R106均并联在第五隔离电源模块REG11的第四引脚与第五引脚之间；

第六隔离电源模块REG12的第一引脚与地GND连接，第六隔离电源模块REG12的第二引脚与外接12V电源连接，第六输入电容C75并联在第六隔离电源模块REG12的第一引脚与第二引脚之间，第六隔离电源模块REG12的第五引脚与第六光电耦合器PT18的第八引脚连接，第六隔离电源模块REG12的第四引脚与第六隔离地GND12F连接，第六输出电容C75与第六负载电阻R108均并联在第六隔离电源模块REG12的第四引脚与第五引脚之间；

第七隔离电源模块REG13的第一引脚与地GND连接，第七隔离电源模块REG13的第二引脚与外接12V电源连接，第七输入电容C72并联在第七隔离电源模块REG13的第一引脚与第二引脚之间，第七隔离电源模块REG13的第五引脚与第七光电耦合器PT19的第八引脚连接，第七隔离电源模块REG13的第四引脚与第七隔离地GND12G连接，第七输出电容C73与第七负载电阻R107均并联在第七隔离电源模块REG13的第四引脚与第五引脚之间；

第八隔离电源模块REG14的第一引脚与地GND连接，第八隔离电源模块REG14的第二引脚与市电连接，第八输入电容C76并联在第八隔离电源模块REG14的第一引脚与第二引脚之间，第八隔离电源模块REG14的第五引脚与第八光电耦合器PT20的第八引脚连接，第八隔离电源模块REG14的第四引脚与第八隔离地GND12H连接，第八输出电容C77与第八负载电阻R109均并联在第八隔离电源模块REG14的第四引脚与第五引脚之间；

所述第二MOSFET驱动电路包括：第五光电耦合器-第八光电耦合器、第九限流电阻-第十六限流电阻、第五旁路电容-第八旁路电容、第五放电二极管-第八放电二极管；

第五光电耦合器PT17的第二引脚与第九限流电阻R111的一端连接，第九限流电阻R111的另一端与主控电路中主控芯片相连接，第五光电耦合器PT17的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第五光电耦合器PT17的第五引脚与第五隔离地GND12E连接，第五光电耦合器PT17的第八引脚还与第五旁路电容C78的一端连接，第五旁路电容C78的另一端与第五隔离地GND12E连接，第五光电耦合器PT17的第六引脚与第七引脚分别与第十限流电阻R110的一端、第五放电二极管D27的阴极连接，第十限流电阻R110的另一端分别与第五放电二极管D27的阳极、第五平衡电阻R112的一端、第五MOS管Q22的栅极连接；

第六光电耦合器PT18的第二引脚与第十一限流电阻R115的一端连接，第十一限流电阻R115的另一端与主控电路中主控芯片连接，第六电耦合器PT18的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第六光电耦合器PT18的第五引脚与第六隔离地GND12F连接，第六光电耦合器PT18的第八引脚还与第六旁路电容C79的一端连接，第六旁路电容C79的另一端与第六隔离地GND12F连接，第六光电耦合器PT18的第六引脚与第七引脚分别与第十二限流电阻R114的一端、第六放电二极管D28的阴极连接，第十二限流电阻R114的另一端分别与第六放电二极管D28的阳极、第六平衡电阻R118的一端、第六MOS管Q24的栅极连接；

第七光电耦合器PT19的第二引脚与第十三限流电阻R117的一端连接，第十三限流电阻R117的另一端与主控电路中主控芯片连接，第七光电耦合器PT19的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第七光电耦合器PT19的第五引脚与第七隔离地GND12G连接，第七光电耦合器PT19的第八引脚还与第七旁路电容C80的一端连接，第七旁路电容C80的另一端与第七隔离地GND12G连接，第七光电耦合器PT19的第六引脚与第七引脚分别与第十四限流电阻R116的一端、第七放电二极管D29的阴极连接，第十四限流电阻R116的另一端分别与第七放电二极管D29的阳极、第七平衡电阻R113的一端、第七MOS管Q23的栅极连接；

第八光电耦合器PT20的第二引脚与第十五限流电阻R121的一端连接，第十五限流电阻R121的另一端与主控电路中主控芯片连接，第八光电耦合器PT20的第三引脚与单片机的地DGND连接，第八光电耦合器PT20的第五引脚与第八隔离地GND12H连接，第八光电耦合器PT20的第八引脚还与第八旁路电容C81的一端连接，第八旁路电容C81的另一端与第八隔离地GND12H连接，第八光电耦合器PT20的第六引脚与第七引脚分别与第十六限流电阻R120的一端、第八放电二极管D30的阴极连接，第十六限流电阻R120的另一端分别与第八放电二极管D30的阳极、第八平衡电阻R119的一端、第八MOS管Q25的栅极连接；

第二MOSFET选通电路，包括第五MOS管-第八MOS管，依次为：Q22、Q24、Q23、Q25，第五平衡电阻-第八平衡电阻，依次为：R112、R118、R113、R119，第五二级管D31；

第五MOS管Q22的漏极分别与第七MOS管Q23的漏极、第五二极管D31的阴极相连接，第五二极管D31的阳极与变压器升压电路的输出端VEM相连接，第五MOS管Q22的源极分别与第五平衡电阻R112另一端、第五隔离地GND12E、第六MOS管Q24的漏极相连接，且在第五MOS管Q22的源极与第六MOS管Q24的漏极之间引出OutputA节点；第七MOS管Q23的源极分别与第七平衡电阻R113另一端、第七隔离地GND12G、第八MOS管Q25的漏极相连接，且在第七MOS管Q23的源极与第八MOS管Q25的漏极之间引出OutputB节点；第六MOS管Q24的源极分别与第六平衡电阻R118另一端、第六隔离地GND12F、第八MOS管Q25的源极相连接，第八MOS管Q25的源极分别与第八隔离地GDN12H、第八平衡电阻R119另一端、变压器升压电路输出端的地-EM相连接；

OutputA节点和OutputB节点与负载相连接；

所述PWM升压电路，使得升压变压器输入端的MOSFET交替导通关断，给升压变压器提供电源，包括：PWM芯片U8、两路图腾柱电路、第二十三限流电阻R38、第二十四限流电阻R44、软启动电路C45。

本实施例中，如图13所示，PWM芯片U8通过引脚OutputB、OutputA分别连接第十五限流电阻和第十六限流电阻，并输出交替的PWM信号，使升压变压器输入端的MOSFET交替导通和关断，给升压变压器提供电源；

所述变压器升压电路，如图14所示，包括：升压变压器、MOSFET、第四滤波电容C43、第五滤波电容C44、第六滤波电容C41、第七滤波电容CD1、整流桥、第十一负载电阻R40、降压反馈电路。将超级电容组的电源进行升压，以备市电发生晃电时投入使用。

所述降压反馈电路，由R31、R34组成，并FBack输出给PWM升压电压；

MOSFET包括：第一MOSFET Q2，第二MOSFET Q4，第三MOSFET Q7，第四MOSFETQ9；

第一PWM输出分别与第一MOSFET与第二MOSFET第一引脚相连接，第一MOSFET第二引脚与第二MOSFET第二引脚相连接，并连接到升压变压器T2一次侧绕组一端，第一MOSFET第三引脚与第二MOSFET第三引脚相连接，并连接到信号地；第二PWM输出分别与第三MOSFET与第四MOSFET第一引脚相连接，第三MOSFET第二引脚与第四MOSFET第二引脚相连接，并连接到升压变压器T2一次侧绕组另一端，第三MOSFET第三引脚与第四MOSFET第三引脚相连接，并连接到信号地；

第四滤波电容C43、第五滤波电容C44并联，并联后一端与升压变压器第3、4引脚相连接，另一端连接地；

升压变压器二次侧第一输出端与整流桥相连接，整流桥与第六滤波电容C41相连接，第七滤波电容CD1与第三负载电阻R40并联，并与降压反馈电路相连接；图14是升压变压器的示意图，其中1、2引脚，3、4引脚，5、6引脚分别内部相连，这样做有两个作用：1增加导线截面积，从而增大可通过的电流，同时也起到散热的作用；2由于变压器相对来说比较重，多设计几个引脚焊接到电路板上有助于固定变压器，使之不易松动和脱焊。

1、2引脚是变压器初级线圈的一端；3、4引脚是变压器初级线圈的中间抽头；5、6引脚是变压器初级线圈的另一端；

两个竖杠右侧是变压器次级绕组，分为两个线圈，11、12引脚内部相连是第一绕组的一端，9、10引脚内部相连，是第一绕组的另一端。7、8引脚是第二绕组的两个端点，第二绕组是预留的输出电源，暂时没有使用。

主控电路实现有很多种方式，本实施例采用图15所示的实施方式，本装置在刚上电时，自动给超级电容组充电，首先检测超级电容组的电量是否已经达到工作要求，当超级电容组的电量达到工作要求后，主控电路发出信号给升压电路，升压电路产生备用的输出电源，为发生晃电后快速切换电源做准备，本装置进入正常工作状态，不断对市电进行检测。主控电路与有源低压快速交流开关电路和H桥逆变输出电路配合，实现电源的快速切换：当主控电路检测到有晃电情况发生时，主控电路中主控芯片发出信号给超级电容组电路、H桥逆变输出电路和有源低压快速交流开关电路，使得有源低压快速交流开关电路迅速关断，切除不稳定的市电，超级电容组处于放电状态，并通过H桥逆变输出电路的导通，给负载供电；当主控电路检测没有晃电情况发生时，主控电路中主控芯片发出信号给超级电容组电路、H桥逆变输出电路和有源低压快速交流开关电路，使得H桥逆变输出电路不导通，并使得超级电容组处于充电状态，通过市电给超级电容组充电，且使得有源低压快速交流开关电路迅速导通，并通过市电给负载供电。

Claims (3)

1.一种解决电压暂降问题的工业不间断无缝切换逆变电源装置，其特征在于，包括：电源电路、隔离采样电路、超级电容组电路、RS485串行通信接口电路、CAN总线串行通信接口电路、精密全波整流和运算放大电路、数据存储电路、电磁继电器驱动电路、有源低压快速交流开关电路、H桥逆变输出电路、PWM升压电路、变压器升压电路，所述电源电路包括：AC-DC降压电路、直流稳压电路；

市电与AC-DC降压电路相连接，AC-DC降压电路分别与直流稳压电路相连接和超级电容组电路相连接，直流稳压电路输出分别与RS485串行通信接口电路、CAN总线串行通信接口电路、精密全波整流和运算放大电路、电磁继电器驱动电路、有源低压快速交流开关电路、H桥逆变输出电路以及PWM升压电路相连接，隔离采样电路与精密全波整流和运算放大电路相连接，RS485串行通信接口电路、CAN总线串行通信接口电路、电磁继电器驱动电路、精密全波整流和运算放大电路、数据存储电路分别与主控电路相连接；主控电路分别与有源低压快速交流开关电路、H桥逆变输出电路、超级电容组电路相连接，超级电容电路与H桥逆变输出电路相连接，H桥逆变输出电路与负载相连接，负载与有源低压快速交流开关电路相连接，有源低压快速交流开关电路与市电相连接；PWM升压电路与变压器升压电路相连接，变压器升压电路与超级电容组电路相连接；市电与隔离采样电路相连接；

所述AC-DC降压电路，将交流电转换为直流电，同时降低市电电压，并将降低后的电压传递给直流稳压电路；

所述直流稳压电路，其作用为整体装置提供稳定的电压；

所述隔离采样电路，将市电的电压信号隔离降压为低压的电压信号，并将该电压信号输出给精密全波整流电路；

所述超级电容组电路，控制储能部件的超级电容组充放电，当超级电容组电量不足时，市电通过AC-DC电路给超级电容组充电，未发生晃电时，市电给整个装置供电，当发生晃电时，超级电容组给整个装置供电；

所述CAN总线串行通信接口电路，为装置提供CAN总线串行通信接口；

所述精密全波整流电路和运算放大器电路，将隔离采样电路输出的电压信号传递给精密全波整流电路，将交流电压信号的负半波反转到正半波，形成脉动的直流信号，经运算放大器电路后发送给主控电路中的主控芯片进行AD转换，用以计算当前采样点的电压值；

所述数据存储电路，用来存储本装置的工作参数和历史数据，工作参数和历史数据包括：保护电压值、保持时间、晃电次数；

所述电磁继电器驱动电路，利用光耦将控制信号和为工业现场提供的继电器部分进行电隔离；

所述PWM升压电路，使得升压变压器输入端的MOSFET交替导通和关断，给升压变压器提供电源；

所述变压器升压电路，将超级电容组的电源进行升压；

所述主控电路，与有源低压快速交流开关电路和H桥逆变输出电路配合，实现电源的快速切换：当主控电路检测到有晃电情况发生时，主控电路中主控芯片发出信号给超级电容组电路、H桥逆变输出电路和有源低压快速交流开关电路，使得有源低压快速交流开关电路处于关断状态，超级电容组处于放电状态，并通过H桥逆变输出电路的导通，给负载供电；当主控电路检测没有晃电情况发生时，主控电路中主控芯片发出信号给超级电容组电路、H桥逆变输出电路和有源低压快速交流开关电路，使得H桥逆变输出电路不导通，并使得超级电容组处于充电状态，通过市电给超级电容组充电，且使得有源低压快速交流开关电路处于导通状态，并通过市电给负载供电。

2.根据权利要求1所述解决电压暂降问题的工业不间断无缝切换逆变电源装置，其特征在于，所述有源低压快速交流开关电路，包括：第一电源隔离电路、第一MOSFET驱动电路、第一MOSFET选通电路；所述第一电源隔离电路与第一MOSFET驱动电路连接，所述第一MOSFET驱动电路与第一MOSFET选通电路连接；

所述第一电源隔离电路包括：第一隔离电源模块-第四隔离电源模块、第一输入电容-第四输入电容、第一输出电容-第四输出电容以及第一负载电阻-第四负载电阻；

第一隔离电源模块的第一引脚与地GND连接，第一隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第一输入电容并联在第一隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第一隔离电源模块的第五引脚与第一光电耦合器的第八引脚连接，第一隔离电源模块的第四引脚与第一隔离地连接，第一输出电容与第一负载电阻均并联在第一隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

第二隔离电源模块的第一引脚与地GND连接，第二隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第二输入电容并联在第二隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第二隔离电源模块的第五引脚与第二光电耦合器的第八引脚连接，第二隔离电源模块的第四引脚与第二隔离地连接，第二输出电容与第二负载电阻均并联在第二隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

第三隔离电源模块的第一引脚与地连接，第三隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第三输入电容并联在第三隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第三隔离电源模块的第五引脚与第三光电耦合器的第八引脚连接，第三隔离电源模块的第四引脚与第三隔离地连接，第三输出电容与第三负载电阻均并联在第三隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

第四隔离电源模块的第一引脚与地连接，第四隔离电源模块的第二引脚与市电连接，第四输入电容并联在第四隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第四隔离电源模块的第五引脚与第四光电耦合器的第八引脚连接，第四隔离电源模块的第四引脚与第四隔离地连接，第四输出电容与第四负载电阻均并联在第四隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

所述第一MOSFET驱动电路包括：第一光电耦合器-第四光电耦合器、第一限流电阻-第八限流电阻、第一旁路电容-第四旁路电容、第一放电二极管-第四放电二极管；

第一光电耦合器的第二引脚与第一限流电阻的一端连接，第一限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片相连接，第一光电耦合器的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第一光电耦合器的第五引脚与第一隔离地连接，第一光电耦合器的第八引脚还与第一旁路电容的一端连接，第一旁路电容的另一端与第一隔离地连接，第一光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第二限流电阻的一端、第一放电二极管的阴极连接，第二限流电阻的另一端分别与第一放电二极管的阳极、第一平衡电阻的一端、第一MOS管的栅极连接；

第二光电耦合器的第二引脚与第三限流电阻的一端连接，第三限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片连接，第二光电耦合器的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第二光电耦合器的第五引脚与第二隔离地连接，第二光电耦合器的第八引脚还与第二旁路电容的一端连接，第二旁路电容的另一端与第二隔离地连接，第二光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第四限流电阻的一端、第二放电二极管的阴极连接，第四限流电阻的另一端分别与第二放电二极管的阳极、第二平衡电阻的一端、第二MOS管的栅极连接；

第三光电耦合器的第二引脚与第五限流电阻的一端连接，第五限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片连接，第三光电耦合器的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第三光电耦合器的第五引脚与第三隔离地连接，第三光电耦合器的第八引脚还与第三旁路电容的一端连接，第三旁路电容的另一端与第三隔离地连接，第三光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第六限流电阻的一端、第三放电二极管的阴极连接，第六限流电阻的另一端分别与第三放电二极管的阳极、第三平衡电阻的一端、第三MOS管的栅极连接；

第四光电耦合器的第二引脚与第七限流电阻的一端连接，第七限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片连接，第四光电耦合器的第三引脚与单片机的地DGND连接，第四光电耦合器的第五引脚与第四隔离地连接，第四光电耦合器的第八引脚还与第四旁路电容的一端连接，第四旁路电容的另一端与第四隔离地连接，第四光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第八限流电阻的一端、第四放电二极管的阴极连接，第八限流电阻的另一端分别与第四放电二极管的阳极、第四平衡电阻的一端、第四MOS管的栅极连接；

第一MOSFET选通电路，包括第一MOS管-第四MOS管、第一平衡电阻-第四平衡电阻、第一二级管-第四二极管；

第一MOS管的漏极分别与市电、第二二极管的阴极连接，第二二极管的阳极与第二平衡电阻的另一端连接；第一MOS管的源极分别与第一二极管的阳极、第一平衡电阻的另一端连接，第一平衡电阻的另一端还与第一隔离地连接，第一二极管的阴极与第二MOS管的漏极连接，第二MOS管的源极与第二平衡电阻的另一端连接，第二平衡电阻的另一端还与第二隔离地连接；

第三MOS管的漏极分别与市电、第四二极管的阴极连接，第四二极管的阳极与第四平衡电阻的另一端连接；第一MOS管的源极分别与第三二极管的阳极、第三平衡电阻的另一端连接，第三平衡电阻的另一端还与第三隔离地连接，第三二极管的阴极与第四MOS管的漏极连接，第四MOS管的源极与第四平衡电阻的另一端连接，第四平衡电阻的另一端还与第四隔离地连接。

3.根据权利要求1所述解决电压暂降问题的工业不间断无缝切换逆变电源装置，其特征在于，所述H桥逆变输出电路，包括：第二电源隔离电路、第二MOSFET驱动电路、第二MOSFET选通电路；所述第二电源隔离电路与第二MOSFET驱动电路连接，所述第二MOSFET驱动电路与第二MOSFET选通电路连接；

所述第二电源隔离电路包括：第五隔离电源模块-第八隔离电源模块、第五输入电容-第八输入电容、第五输出电容-第八输出电容以及第五负载电阻-第八负载电阻；

第五隔离电源模块的第一引脚与地GND连接，第五隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第五输入电容并联在第五隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第五隔离电源模块的第五引脚与第五光电耦合器的第八引脚连接，第五隔离电源模块的第四引脚与第五隔离地连接，第五输出电容与第五负载电阻均并联在第五隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

第六隔离电源模块的第一引脚与地GND连接，第六隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第六输入电容并联在第六隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第六隔离电源模块的第五引脚与第六光电耦合器的第八引脚连接，第六隔离电源模块的第四引脚与第六隔离地连接，第六输出电容与第六负载电阻均并联在第六隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

第七隔离电源模块的第一引脚与地GND连接，第七隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第七输入电容并联在第七隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第七隔离电源模块的第五引脚与第七光电耦合器的第八引脚连接，第七隔离电源模块的第四引脚与第七隔离地连接，第七输出电容与第七负载电阻均并联在第七隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

第八隔离电源模块的第一引脚与地GND连接，第八隔离电源模块的第二引脚与外接12V电源连接，第八输入电容并联在第八隔离电源模块的第一引脚与第二引脚之间，第八隔离电源模块的第五引脚与第八光电耦合器的第八引脚连接，第八隔离电源模块的第四引脚与第八隔离地连接，第八输出电容与第八负载电阻均并联在第八隔离电源模块的第四引脚与第五引脚之间；

所述第二MOSFET驱动电路包括：第五光电耦合器-第八光电耦合器、第九限流电阻-第十六限流电阻、第五旁路电容-第八旁路电容、第五放电二极管-第八放电二极管；

第五光电耦合器的第二引脚与第九限流电阻的一端连接，第九限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片相连接，第五光电耦合器的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第五光电耦合器的第五引脚与第五隔离地GND12E连接，第五光电耦合器的第八引脚还与第五旁路电容的一端连接，第五旁路电容的另一端与第五隔离地GND12E连接，第五光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第十限流电阻的一端、第五放电二极管的阴极连接，第十限流电阻的另一端分别与第五放电二极管的阳极、第五平衡电阻的一端、第五MOS管的栅极连接；

第六光电耦合器的第二引脚与第十一限流电阻的一端连接，第十一限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片连接，第六电耦合器的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第六光电耦合器的第五引脚与第六隔离地连接，第六光电耦合器的第八引脚还与第六旁路电容的一端连接，第六旁路电容的另一端与第六隔离地连接，第六光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第十二限流电阻的一端、第六放电二极管的阴极连接，第十二限流电阻的另一端分别与第六放电二极管的阳极、第六平衡电阻的一端、第六MOS管的栅极连接；

第七光电耦合器的第二引脚与第十三限流电阻的一端连接，第十三限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片连接，第七光电耦合器的第三引脚与主控芯片的地DGND连接，第七光电耦合器的第五引脚与第七隔离地连接，第七光电耦合器的第八引脚还与第七旁路电容C80的一端连接，第七旁路电容的另一端与第七隔离地连接，第七光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第十四限流电阻的一端、第七放电二极管的阴极连接，第十四限流电阻的另一端分别与第七放电二极管的阳极、第七平衡电阻的一端、第七MOS管的栅极连接；

第八光电耦合器的第二引脚与第十五限流电阻的一端连接，第十五限流电阻的另一端与主控电路中主控芯片连接，第八光电耦合器的第三引脚与单片机的地DGND连接，第八光电耦合器的第五引脚与第八隔离地连接，第八光电耦合器的第八引脚还与第八旁路电容的一端连接，第八旁路电容的另一端与第八隔离地连接，第八光电耦合器的第六引脚与第七引脚分别与第十六限流电阻的一端、第八放电二极管的阴极连接，第十六限流电阻的另一端分别与第八放电二极管的阳极、第八平衡电阻的一端、第八MOS管的栅极连接；

第二MOSFET选通电路，包括第五MOS管-第八MOS管、第五平衡电阻-第八平衡电阻、第五二级管；

第五MOS管的漏极分别与第七MOS管的漏极、第五二极管的阴极相连接，第五二极管D31的阳极与变压器升压电路的输出端相连接，第五MOS管的源极分别与第五平衡电阻另一端、第五隔离地、第六MOS管的漏极相连接，且在第五MOS管的源极与第六MOS管的漏极之间引出OutputA节点；第七MOS管的源极分别与第七平衡电阻另一端、第七隔离地、第八MOS管的漏极相连接，且在第七MOS管的源极与第八MOS管的漏极之间引出OutputB节点；第六MOS管的源极分别与第六平衡电阻另一端、第六隔离地、第八MOS管的源极相连接，第八MOS管的源极分别与第八隔离地、第八平衡电阻另一端、变压器升压电路输出端的地相连接；

OutputA节点和OutputB节点与负载相连接。