CN113826295A

CN113826295A - 智能自动转换开关模块

Info

Publication number: CN113826295A
Application number: CN202080036034.XA
Authority: CN
Inventors: W.帕乔德; S.查佩尔
Original assignee: Zonit Structured Solutions LLC
Current assignee: Zonit Structured Solutions LLC
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2021-12-21
Also published as: WO2020191244A1; US20210013735A1; CA3134050A1; EP3942665A4; EP3942665A1; US11664677B2; AU2020240111A1; US20210313827A1

Abstract

提供了自动转换开关(100)，用于在两个电源之间自动切换电负载。两条电力电线(106)进入ATS(A电力输入和B电力输入)，并且一条电线(109)离开ATS(电力输出到负载)。ATS具有指示器(107)，位于透明的雉堞状塑料透镜(108)下面，也充电进气口。ATS(100)还具有通信门户(103)和小按压按钮(104)，用于直接向ATS(100)输入一些本地控制命令。ATS(100)可以安装在机架处的DIN导轨上，并且避免了占用机架架子。

Description

智能自动转换开关模块

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年3月19日提交的题为“INTELLIGENT AUTOMATIC TRANSERSWITCH MODULE”的美国临时申请第62/820,726号的优先权。在适用法律和法规允许的最大范围内要求上述申请(“母申请”)的内容和母申请的优先权。母申请的全部内容通过引用并入本文。

通过引用并入

本文描述的系统、组件和处理建立在Zonit结构解决方案(Zonit)的一些技术上，并可与之结合，以产生协同效应或组合优势，诸如提高机架空间的效率，减少给定有效载荷装备的机架尺寸，增强功能，增强装备的联网和监测，减少装备要求和成本，以及其他。因此，在描述中的不同点上提到了Zonit的美国案(专利和申请)的以下族(意在引用可用于通过引用被并入的每个族中所有相关的美国申请和专利)，所有这些都通过引用将其全部并入本文。

1.美国专利申请系列号：60/894,842、12/049,130、12/531,212、12/569,733(ATS案)；

2.美国专利申请系列号：60/894,844、12/531,215、13/889,181、15/353,590、14/217,225(Z-cool案)；

3.美国专利申请系列号：60/894,846、12/531,226、12/569,377、13/757,156、13/763,480、14/717,899、15/655,620、15/656,229(智能出口案)；

4.美国专利申请系列号：60/894,848、12/531,231、12/569,745、13/466,950、14/249,151、13/208,333、14/191,339、14/564,489、15/603,217、15/797,756、61/970,267、61/372,752、61/372,756、13/208,333、61/769,688、14/191,339、14/564,489、15/603,217、15/797,756(自动切换案)；

5.美国专利申请系列号：61/324,557、13/088,234、14/217,278、15/250,523、15/914,877、60/894,849、12/531,235、12/568,444、13/228,331、61/610,183、61/619,137、61/799,971、61/944,506、15/064,368、15/332,878(锁定插座案)；

6.美国专利申请系列号：60/894,850、12/531,240、12/569,609、14/470,691、15/673,153(NetStrip案)；

7.美国专利申请系列号：61/039,716、12/891,500、13/108,824、14/217,204、14/680,802、15/450,281(电力分发方法案)；

8.美国专利申请系列号：61/040,542、12/892,009、13/108,838、14/327,212(UCAB案)；

9.美国专利申请系列号：09/680,670(ZPDS案)；

10.美国专利申请系列号：14/217,159、15/452,917、14/217,172、15/425,831、14/217,179、15/706,368(继电器案)；

母案和上面提到的其他案件在这里有时被统称为Zonit案。

背景技术

电子数据处理(EDP)装备，诸如服务器、存储设备等，在数据中心通常由交流(AC)电源供电，需要非常高的可靠性。出于这个原因，该装备通常由一个或多个不间断电源(UPS)馈送。当数据中心供应冗余电源(例如，A电源和B电源)时，数据中心管理器必须管理两个电源的供给和容量需求。供给必须做到，如果两个电源中的任何一个出现故障，剩余的电源有足够的电力容量来承载设备的总负载。然而，从UPS向设备递送电力的复杂性往往会产生许多中断的可能性。例如，电力分发电路、临时电路断路器、插排、电力鞭、电力分发单元(PDU)、电力板、电力电线、非锁定或锁定及其他分发元件经常被放置在大型UPS系统和EDP装备之间的电路路径上。这些组件增加了装备与电源中断或断开的概率。EDP装备可以包含双电源供应安排，可以从两个分离的AC源向装备的内部电路提供直流(DC)电力。另外，UPS系统和其他电力分发组件需要维护，这可能需要将它们从服务中取出。

在这种安排下，AC源中的一个的故障将导致装备负载由单元中的备用DC电力供应来供应。在两个AC源都存在的时候，负载或者由两个电力供应共享，或者偏向由其中一个电力供应。这些系统，有时被称为“冗余供应”系统，可以是向装备内电子电路可靠电力递送的最后防线。然而，由于可能需要附加的电力供应，这些解决方案的成本可能很高。此外，增加的组件产生更多的热量，这在许多应用中是不可取的。另外，EDP装备可能只包括一个电力供应和一个AC电力输入。在这种配置下，装备会受到单一AC源故障的影响。此外，为解决此弱点而增加的组件，诸如自动转换开关，可能需要机架空间，这是很昂贵的。

将多个此类受影响的EDP装备聚集到多出口电力分配单元(PDU)上，并从诸如自动转换开关(ATS)的切换装置向该PDU供电，切换装置从可用的电源(例如A或B)中进行选择，是向所述EDP装备递送冗余电力的替代手段，同时减少电力供应、电线等的数量。由于成本和效率，对于许多部署场景，诸如大型服务器群，它可能是优越的方法。

在另一应用中，从20世纪60年代开始的许多工业设备已经纳入了使用数字处理组件的智能控制模块，例如一个或多个单芯片微控制器(MCU)或其他数字处理组件。英特尔8051是这种类型组件的著名和广泛使用的示例。这些组件在计算力和能力方面有了很大的提高，手机革命加速了这一点，例如，手机使用了许多ARM-32和ARM-64MCU组件。这些组件计算能力的提高使得它们执行的编程逻辑的复杂性和能力大大增加。确保智能控制模块具有最大的正常运行时间可以带来许多好处。长服务时间模块的许多故障发生在上电时。因此，避免不必要的重启或重新开始循环可以提高可靠性。许多与控制模块一起使用的软件算法随着运行时间的增加而“学习”，当模块由于电力分发维护、UPS维护、UPS故障或电源故障而重启时，部分或全部的学习可能会丢失。在这些工业设备的(一个或多个)智能控制模块的电力路径中使用适当的ATS单元，可以消除这些潜在的问题，最大限度地延长正常运行时间。

应该意识到，笔记本/台式机/服务器计算机、单板计算机(SBC)、片上系统(SOC)、微控制器单元(MCU)和其他类似的组件，它们本质上都是能够执行程序的数字设备。进一步说，SBC单元、SOC、MCU和其他类似的数字处理组件很少被内置到设计有双电力供应的计算设备中。所有这些计算设备都可以运行程序，通过适当地使用本文所描述的适当的自动转换开关单元，可以从改善正常运行时间中受益。正常运行时间的好处对于任何具有单电力供应的数字处理设备来说是显而易见的，但也可以使具有双电力供应的数字处理设备受益。

正是在这种背景下，本文所描述的自动转换开关模块被开发出来。

发明内容

下面结合系统、工具和方法对本发明的实施例和方面进行了描述和说明，这些系统、工具和方法是示例性的和说明性的，而不是范围的限制。

根据本发明的一个实例，提供了自动转换开关，用于在两个电源之间自动切换电负载。该自动转换开关包括开关模块，以及主输入电线和辅输入电线，每个输入电线都附接到开关模块上，并且每个输入电线都用于从两个电源中的不同一个接收电源。在具有A-B电源的数据中心环境中使用时，最好能确定地管理A电源和B电源的负载。自动转换开关可以在A电源(即，主电源)可用时优先使用它，并在A电源不可用时才使用B电源(即，辅电源)。相反，自动转换开关可以在B电源(即，主电源)可用时优先使用它，并在B电源不可用时才使用A电源(即，辅电源)。例如，具有最适合用于被馈送的EDP装备负载的期望电压或任何其他电力质量特性或特性组合的源可以被优选作为期望源。自动转换开关也可以不仅基于可用性，而且基于电力的质量来进行这些电源偏好的确定。ATS可以被设计成允许数据中心管理器选择哪个电力输入是优选输入。这可以通过与ATS单元的明确互动(例如，通过手动电力输入选择器、图形用户界面对象或其他用户控制)、自动(例如，响应于感测到的电条件或环境传感器输入)或通过经由远程EDP装备的远程控制来完成，例如，如下文所描述的Zonit控制模块。这是所希望的，这样数据中心管理器就可以在控制和保证什么源将正常馈送这些连接的负载的情况下分配电力分发系统的容量。自动转换开关也可以不仅是基于可用性，而是基于输入电力的质量，对什么源优选做出选择。例如，具有最适合用于被馈送的EDP装备负载的电压或任何其他电力质量特性或特性组合的源可以优选作为期望源。

自动转换开关还包括附接到开关模块的输出电线(或一个或多个输出插座)，用于向电负载供应电力。此外，自动转换开关可以包括一个或多个继电器(例如，机械继电器、固态继电器或两者的组合)，这些继电器布置在开关模块内并耦合到主输入电线。继电器可操作以感测输入电线上合适的电力递送特性(即，质量)，并根据输入电力质量的一个或多个值自动将输出电线与主输入电线或辅输入电线耦合。

自动转换开关还可以具有一个或多个通信机制，允许它与远程EDP装置(例如诸如Zonit控制模块)相连接，经由远程和/或本地电子手段使能对自动转换开关的监测、控制(包括配置)和报告。这可以使在ATS测量或观察到的任何电力质量特性、连接的EDP装备的状况以及(一个或多个)EPD装备负载所影响的任何电力质量特性得到报告。它还可以包括其他变量，诸如ATS单元的硬件和软件健康以及内部环境条件，或具有适当装置的连接设备。任何期望关于ATS单元及其组件的其他信息，例如冷却风扇的性能和状况，都可以被供应。如果期望，ATS单元可以配备附加传感器的连接，诸如环境(温度、湿度、水分存在、烟雾检测)、安全(门锁状态、水分存在、烟雾检测)或其他需要的传感器类型。如果期望，ATS单元可以提供所需的信息来进行电使用测量和计费功能。ATS单元可以在它可以根据需要进行处理、显示和采取行动的地方根据需要和期望向远程EDP装置报告收集到的任何或所有信息。另外，ATS单元可以根据期望处理信息并采取行动，生成警报或使用其他状况信息，以由ATS单元显示。

ATS单元可以包含对一个或多个电力输入和/或ATS的电力输出的波形进行高分辨率采样的能力，在一个实例中为15kHz。后面将描述可以在小空间内、以低电力预算、以非常低的成本来构造此目的的示例电路(这使得它有可能纳入本文所述的任何发明及其可能的实例中)。这种采样率足以提供关于(一个或多个)输入源和/或连接的(一个或多个)输出负载的电力质量的非常详细的信息。这种采样水平相当于高质量的专用电力质量分析仪器，诸如Fluke、Tektronics和其他制造商提供的仪器。此外，这种相同水平的电力质量测量可以作为可选的能力嵌入到Zonit案中描述的电力分发设备中，这些设备已经完全纳入。将这种水平的电力质量测量嵌入到数据中心、工厂、办公室或家庭的电力分发系统中，可以实现Zonit案中所描述的广泛能力。

自动转换开关可以在一个相对小的设备中实施，该设备适合部署在小于完整1U的机架安装空间中，或者与机架安装的电设备相邻，或者类似于与那些电设备相关联的PDU。它可以用在任何适合支持电设备的结构中(例如，2柱装备机架、4柱装备机架、各种类型的机柜或类似结构)。它可以安装在已经被EDP装备部分使用的部分1U空间中(从而不牺牲任何1U的机架空间)，或者安装在当安装时不被使用的部分机架中。在一些实例中，开关模块对于单相配置可以占用少于85立方英寸，三相配置为150立方英寸。在这方面，自动转换开关可能不需要在装备机架中的安装空间，这可能会减少与传统设计中使用的大型组件和较长的电力电线相关联的冷却问题。由于使用了现代固态组件和创新设计，与其他自动转换开关相比，此开关也可以消耗相对小的电力(在一些实例中低于2瓦)。

取决于应用的需要和要求，可以创建自动转换开关的多个实例。图18-20中示出了各种可能的实例。一些实例可以是单相或多相电力ATS单元。这些实例具有多种可能的形状因素，其中一些能够进行零U型安装，一些是机架可安装的，还有一些足够小，可以方便地嵌入工业设备中，诸如控制模块壳体或该工业设备的机壳，如在Zonit案中更详细地描述。这种小尺寸因素是非常重要的，机架安装的ATS单元在许多类型的应用中可能难以或不可能集成。一些实例可能具有适合工业设备使用的特征，诸如DIN导轨安装的兼容性，通过机箱中具有整体槽接受标准维度的DIN导轨，或使用可以安装在整体槽上的DIN导轨适配器。ATS单元的一些实例可以包含接线板，而不是输入和/或输出电线或插座，因为这可以使ATS单元与工业设备或其他应用的线束的连接更加方便。

根据本发明的另一方面，提供了自动转换开关，用于在两个电源之间自动切换电负载。该自动转换开关包括开关模块，其占用的空间小于85立方英寸。该自动转换开关还包括主输入电线和辅输入电线，每个输入电线都附接到开关模块上，每个输入电线用于从两个电源中的不同一个接收电力；以及附接到开关模块上的输出电线，用于向电负载供应电力或向能够向多个EDP装备负载供应电力的PDU供应电力。此外，自动转换开关包括一个或多个继电器，一个或多个继电器被包含在开关模块内并具有与主输入电线耦合的电压敏感输入，用于在主输入电线的一个或多个电力质量可接受时将输出电线与主输入电线耦合，以及用于在主输入电线的一个或多个电力质量不可接受时将输出电线与辅输入电线耦合。此外，主源和辅源可选择关于哪个分配给自动转换开关的物理“A”和“B”输入。

根据本发明的另一方面，提供了自动转换开关(ZonitμATS-Industrial^TM是一个可能的示例)，用于在两个电源之间自动切换电负载。该自动转换开关包括开关模块，其占用的空间小于150立方英寸。它可以根据需要提供一系列的安培数容量，但仍然足够小，可以很容易地安装在工业控制壳体或机壳中。它可以直接或经由适配器安装在DIN导轨上。它可以有很高的MTBF和很宽的操作温度范围，适合于工业设备环境。该自动转换开关还包括主输入电线和辅输入电线，每个输入电线都附接到开关模块上，并且每个输入电线用于从两个电源中的不同一个接收电力；以及附接到开关模块上的输出电线，用于向电负载供应电力；或可选地接线板，用于输入和输出电力连接。此外，自动转换开关包括一个或多个继电器，该一个或多个继电器被包含在开关模块内并具有与主输入电线耦合的电压敏感输入，用于在主输入电线的一个或多个电力质量可接受时将输出电线与主输入电线耦合，以及用于在主输入电线的一个或多个电力质量不可接受时将输出电线与辅输入电线耦合。继电器可以被设计成在控制逻辑不操作时打开，这是对大多数ATS单元是默认的。这保证了如果ATS单元出现逻辑问题，它就不会递送电力。此外，如果只有一个源通电，主源和辅源都能为单元供电。该单元可以配备保险丝和虚拟电路断路器w/复位按钮(如Zonit案中描述的那样，全文纳入参考)或一个或多个小形状因素电路断路器。以这种方式，提供过载保护。每种方法都具有优势。自动转换开关可以提供清晰可见的状况指示器灯，无论自动转换开关的角度或朝向如何，都可以看到。这允许各种各样的机械安装配置，而不影响所述状况指示器的可见性。状况指示器灯可以根据期望镜像到或复制到远程显示器和/或(一个或多个)远程管理设备上，以便根据需要显示。状况指示器灯可以指示当前正在使用的是哪个电力输入源。它们还可以显示未使用的电源存在。这可以通过控制指示器灯的强度、闪烁率、图案或其他可见参数来完成。ATS单元还可以并入Zonit ZCrush电路，以防止在ATS单元进行电源转换时，通过ATS单元从所连接的负载中释放储存的能量。这种现象的若干例子在2020年3月12日提交的题为“Relay Conditioning and Power Surge Control”的美国专利申请序列号16/817,504(ZCrush案)中讨论了此现象的若干示例，该申请通过引用而被纳入本文中。工业控制模块的常见实践是跨AC主输入上使用大滤波电容(类似于ZCrush案中所讨论的AC/DC电力供应中的做法)和/或经由变压器将AC电压步降至24或48伏，该变压器通常可以在其核心中储存大量的能量，当发生电力转换时可以通过ATS单元进行放电。ATS单元也可以是自动范围的，即在广泛的输入电压范围内操作，例如24-277V、48-277V、80-277V或其他期望的电压操作范围。该单元可以被设计为使用DC电力或AC电力工作。

根据本发明的另一方面，提供了自动转换开关(ZonitμATS-V2^TM是一个可能的示例)，用于在两个电源之间自动切换电负载。该自动转换开关包括开关模块，其占用的空间小于150立方英寸。它可以根据需要提供一系列的安培数容量，但仍然足够小，可以很容易地安装在EDP装备机架或机壳中。它可以直接或经由机壳中的适配器安装在DIN导轨上。该自动转换开关还包括主输入电线和辅输入电线，每个输入电线都附接到开关模块上，并且每个输入电线用于从两个电源中的不同一个接收电力；以及附接到开关模块上的输出电线，用于向电负载供应电力。此外，自动转换开关包括一个或多个继电器，该一个或多个继电器被包含在开关模块内并具有与主输入电线耦合的电压敏感输入，用于在主输入电线的一个或多个电力质量可接受时将输出电线与主输入电线耦合，以及用于在主输入电线的一个或多个电力质量不可接受时将输出电线与辅输入电线耦合。继电器可以被设计成在控制逻辑不操作时关断，这不是大多数ATS单元默认的。这就保证了如果ATS单元出现逻辑问题，它也能继续递送电力。此外，如果只有一个源通电，主源和辅源都能为单元供电。该单元可以配备保险丝和虚拟电路断路器w/复位按钮(如Zonit案中所述，该案已通过引用全部纳入)。如果ATS控制逻辑故障，这与故障关断是兼容的，因为在这种情况下，该单元成为在继电器不通电和关断时连接的一侧的有保险丝的电力电线。通过这种方式，无论控制逻辑是否工作，都能提供过载保护。自动转换开关可以提供清晰可见的状况指示器灯，无论自动转换开关的角度或朝向如何，都可以看到。这允许各种各样的机械安装配置，而不影响所述状况指示器的可见性。状况指示器灯可以根据期望镜像到或复制到远程显示器和/或(一个或多个)远程管理设备上，以便根据需要显示。状况指示器灯可以指示当前正在使用的是哪个电力输入。它们还可以显示未使用的电源存在。这可以通过控制指示灯的强度、闪烁率、图案或其他可见参数来完成。指示器灯还可以指示是否存在电力质量问题，或者所递送的安培数超过了ATS单元容量的给定百分比。这在数据中心的负载中是很有用的，其中EDP装备被移入和移出机架，并且ATS单元递送的电力可以因此而变化。它可以帮助数据中心的工作人员不使ATS单元过载。ATS单元还可以并入Zonit ZCrush电路，以防止在ATS单元进行电源转换时，通过ATS单元从所连接的负载中释放储存的能量。在ZCrush案中讨论了此现象的若干示例，该案通过引用而纳入。ATS单元也可以是自动范围的，即在广泛的输入电压范围内操作，例如24-277V、48-277V、80-277V或其他期望的电压操作范围。

仍根据本发明的另一方面，提供了用于向电设备提供电力的方法。该方法包括提供自动切换设备，该自动切换设备具有用于耦合到第一电源的第一接口，用于耦合到第二电源的第二接口，以及用于耦合到要供电的电设备的一个或多个第三接口。该自动切换设备可操作为响应于主输入电力的质量的中断，在第一电源和第二电源之间自动切换。该方法还包括将第一接口与第一电源耦合，将第二接口与第二电源耦合，将(一个或多个)第三接口与电设备耦合，并选择第一电源和第二电源中的一个作为主源。此外，自动转换开关，经由电子手段与远程管理设备相连接，也可以响应于手动操作者期望，或在超温或火灾/烟雾检测或由远程控制装备和可由所述远程控制装备监测的任何附接传感器设备认为必要的任何数目的其他条件的情况下自动地，用来将连接到自动转换开关的输出的装备关断或接通电力。

此外，自动转换开关具有清晰可见的状况指示器灯，无论自动转换开关的角度或朝向如何，都可以看到。这允许各种机械安装配置，而不影响状况指示器的可见性。

此外，自动转换开关模块可以包含独特的安装槽，减轻了将自动转换开关模块物理和固定地安装到固定安装位置的负担。这些独特的槽允许使用各种标准的现成硬件组合，以方便地附接到自动转换开关模块上，而无需特殊的适配器或工具。

仍根据本发明的另一方面，提供了为机架安装的电设备供电的系统。该系统包括具有多个电源的机架或机壳。此外，该系统还包括自动切换模块，包括与第一电源耦合的第一电线，与第二电源耦合的第二电线，以及一个或多个第三电线，该一个或多个第三电线与支撑在机架的架子之一上或以其他方式安装在机架上的电设备耦合或与能够从自动转换开关的输出向多个装备递送电力的电力分发单元(诸如水平或垂直安装的插板或电力板)耦合。自动切换模块可操作以响应于当前输入源的中断或输入电力的其他电力质量特性，在第一电源和第二电源之间切换对(一个或多个)电设备的电力的供应。此外，自动转换开关，经由本地或远程手段(通过连接到远程管理设备)，也可以响应于明确的操作者请求(例如，由用户采用物理选择器(诸如按钮或开关)或采用电子传感器(诸如图形用户界面的对象)来输入)，或者在超温或火灾/烟雾检测或由ATS单元或由远程控制装备和各自的附接传感设备认为必要的任何数目的其他条件的情况下自动地，用来对连接到自动转换开关的输出的装备关断或接通电力。ATS还可以包括限流设备，用于限制跨设备的最大电流，以使其保持在限定的范围内。

该自动转换开关具有清晰可见的状况指示器灯，无论自动转换开关的角度或朝向如何，都可以看到。这允许各种各样的机械安装配置，而不影响所述状况指示器的可见性。状况指示器灯可以根据期望镜像到或复制到远程显示器和/或(一个或多个)远程管理设备上，以便根据需要显示。外壳还可以包括槽或其他开口，用于散去ATS产生的热量。

自动转换开关模块可以提供独特的安装槽，作为其壳体的一部分，以减轻将自动转换开关模块物理和固定地安装在固定安装位置的任务。这些独特的槽允许使用各种标准的现成硬件组合，以方便地附接到自动转换开关模块上，而无需特殊的适配器或工具。

我们所发明的解决方案是创新的，并提供了相当大的好处。它们包括执行各种功能的若干电子电路。我们在下文中描述了它们在自动转换开关背景中的用途，但它们在其他应用中也可以是有用的。我们用作描述性示例的自动转换开关可以纳入PCT申请第PCT/US2008/057140号、美国临时专利申请第60/897,842号和美国专利申请第12/569,733号，即现在的美国专利第8,004,115号中描述的发明，所有这些都通过引用而纳入本文中。

下文联系连接到两个分离的电源A和B的自动转换开关(“ATS”)来描述电路。应该注意的是，示例ATS是用于单相电力的，然而，多相ATS单元可以使用相同的电路构造，这基本上将是多个单相ATS单元并联作用。唯一需要改变的是同步某些控制电路，使它们跨多个ATS单元中共同作用，以处理切换和从A多相源到B多相源的返回和相反。唯一的改变是指定在什么条件下切换电源。例如，给定三相源，其带有X、Y和Z热引线，三者中的任何一个的故障都可以被视为切换到B多相源的理由。要返回到A多相源，所有三个多相引线都必须存在，并且质量足够好，才能返回到A源。

除了上面描述的示例性方面和实施例外，进一步的方面和实施方案将通过参考附图和对以下描述的研究而变得明显。

附图说明

为了更全面地了解本发明及其进一步的优点，现在请参考以下结合附图的详细说明，其中：

图1是示出根据本发明的电气和电子子部分的概况的基本框图；

图2是根据本发明的输入断开开关和同步检测器的详细框图；

图2-A是根据本发明的输入断开开关和同步检测器的一个侧面的示意图；

图3是描述根据本发明的输入选择器(门控器)子部分的组件的各种功能的详细框图；

图3-A是根据本发明的输入选择和电力切换部分(门控器)的示意图；

图4是提供了根据本发明的与检测ATS的输出电流相关联的电流感测装置的概况的电流感测框图；

图5是提供了根据本发明的在ATS中使用的通信装置和指示器的概况的指示器和通信框图；

图6是提供了根据本发明的用于为ATS和远程通信部分供电的电力供应系统的各种元件的概况的电力供应框图；

图7是提供了根据本发明的事件的通用定时和排序的概况的定时图；

图8示出了根据本发明的30安培(amp)有线自动转换开关，以透视图和左端视图示出；

图9示出了根据本发明的30安培双IEC型C19输出、有线输入的ATS；

图10示出了根据本发明的20安培双IEC型C20输入，单IEC型C19输出的ATS；

图11示出了根据本发明的检测过零点的电路和方法；

图12示出了根据本发明的同步检测器电路如何提取AC输入电压阀；

图13示出了根据本发明的ATS的包壳的横截面端视图；

图14示出了根据本发明的继电器触点认证检测模块的组件；

图15示出了根据本发明的包括继电器操作认证功能的ATS的框图；

图16示出了根据本发明的用于实施浪涌限制功能的电路；

图17示出了根据本发明的高清晰度波形传感器电路；

图18-图20示出了根据本发明的ATS的各种实例；

图21示出了利用如本文所描述的ATS来增加示例SBC控制模块的正常运行时间和维护性的若干选择；以及

图22示出了根据本发明的若干外壳或包壳配置。

具体实施方式

下面描述一种自动转换开关系统，其具有若干与数据传导性、紧凑的尺寸、避免使用宝贵的机架空间、主电源选择、远程监测和报告、最大电流控制等相关的有利特征。体现这些有利特征的具体实例将在下文描述。然而，应该理解的是，根据所要求的发明，替代性的实施方案是可能的。因此，以下描述应被理解为示例性的，而不是限制性的。

ATS的主要功能是经由一组机械继电器将电力从一个源转换到另一源来完成的。此外，通过以下来增强这些机械继电器的闭包：使用现代半导体开关，例如绝缘栅双极型晶体管(以下简称IGBT)，但是这些设备可以是其他半导体开关，该其他半导体开关具有足够电压和电流处理能力、类别为TRIACS、SCR、双极型晶体管、场效应晶体管或各自的组合。这些开关可以以各种方式配置，每个都有优点和缺点。应用于本ATS的优选实例是利用IGBT。选择它们是因为它们易于接通和关断，结构坚固，并能抵抗错误的传导。

所需功能的定时和执行是利用由外围接口控制器或PIC组成的数字控制电路完成的。该设备是“可编程功能”设备的成员，并且允许在该设备中记录一组代码，指导整个数字控制系统的行动。PIC具有足够的计算能力来执行某些数学计算，以允许电压、电流、时间和其他精确参数的精确计算，其对非常精确地控制继电器和固态开关的定时是必要的。

ATS还包括经由连接到远程EDP装备的高级通信能力，用于报告状态、附接的电“主电源(mains)”的电特性以及各种其他信息内容的目的，这些信息在维护附接到ATS的电力系统时可以很有用，无论是作为源电力还是作为附接装备(下文中称为“负载”)。ATS上的这个通信门户利用国际公认的称为通用串行总线(USB)的模式作为主通信手段，并利用PICKIT编程传输作为辅通信协议。这种辅通信包括允许现场升级，而不需要打开ATS设备来访问传统的编程端口。还提供了第三种通信手段，允许简单的数字串行数据经由未编码的5伏逻辑电平被ATS传输和接收。这第三种通信方式的提供是为了允许与长线通信手段相接口。USB传输和协议并不特别适合在超过10到30米的距离内传输和接收数据。对于需要在恶劣环境下进行长距离通信的应用，接口将信号转换为其他各种标准是必要的。通过通信端口的原始的“串行数据”的可用性使得可以简单而经济地直接附接替代的传输标准接口。

电路操作的描述

图8示出了ATS 100的一个实例的透视图和后视图。如图所示，两条电力电线106进入ATS(A电力输入和B电力输入)，一条电线109离开ATS(电力输出到负载)。图中还示出，ATS具有指示器107，位于透明的雉堞状塑料透镜108下面，也充当进气口。图中还示出了前面提到的通信门户103和小按压按钮104，用于直接向ATS输入一些本地控制命令。

ATS 100的内部装配有一对小风扇，在必要时为内部的各种组件提供冷却。这些风扇只有在需要时并且只以必要的速度操作以保持可接受的操作温度。两个风扇被包括在内以实现冗余，并且ATS 100内部的控制器可以经由通信端口向远程监测设备报告任何检测到的故障，包括其中任一风扇的性能特性。该单元的进气口以及出气口的温度也会报告给远程监测装备。

参照图7，可以获得基本切换概念的概况、ATS的操作的基本理解。

图7a示出了在没有应用电力的情况下ATS的关断状态。开关2、3、91和92全部打开。

图7b示出了当电力被应用到A输入时的状态。该单元通电后，控制器打开了A输入开关2，它也闭合了输入选择开关4(下文中称为GK，Gate Keeper的缩写)，并允许通过GKA开关91传递到输出。电力现在可以从A输入流向输出。

图7c示出了当电源被应用到B输入时的状态。单位通电后，控制器打开B输入开关3，它也闭合了输入选择开关4，并允许通过GKB开关92传递到输出。电力现在可以从A输入流向输出。当电力应用给两个输入时，就像正常条件一样，两个输入选择开关都将闭合，并将电力递送到GK 4，控制器将指示GKA开关91或GKB开关92将电力送向输出。GKA 91和GKB 92绝对不能同时关断。这将导致两个输入一起短路。

图7d示出了GKA 91和GKB 92同时接通的条件。在这种情况下，位于A输入12一侧的保险丝被示出为“熔断”或打开。由于GK将A输入和B输入的两条引线都短路了，那么相反的一侧也必须得到保护。B输入在其输入之一上也具有保险丝13，但它是在相反的引线路径上。它也示出为“熔断”，或打开。这两个保险丝12、13不仅可以保护负载不使电路处于危险条件，而且还可以防止输入电源在万一发生ATS内部灾难性故障时出现严重过载。使用这种技术，在任何组合的过载条件下，两个保险丝可以保护所有的6条引线，两个在A输入，两个在B输入，两个在输出。

图7e示出了固态开关元件93、94的引入。机械继电器在信号应用到线圈后都需要某一有限量的时间来操作，要么闭合要么打开触点。固态开关设备通常有很短的操作时间，在微秒级。然而，它们在传导(闭合)时确实表现出跨结点的电压降，这种电压降代表电路中的电力损失。例如，基于IGBT的半导体AC开关(诸如本实例中的应用)在30安培的传导电力下表现出约3伏的电压降。这涉及到90瓦的损失。在相同的应用电流下，同等的机械继电器将表现出约1瓦的损耗。因此，机械继电器利用固态继电器增强是用于最大化效率和操作速度的理想组合。当期望传导时，如图7e所示出的增强型继电器配置，电流的传导将在传导命令的大约10微秒内开始。这允许与电源的连接的精确定时。然而，断开时间仍然受制于机械继电器的响应时间，因为机械继电器的触点是与SSR元件平行连接的。即使SSR元件可以断开，机械触点在释放前仍会保持短时间的闭合。当从一个电源切换到另一个电源时，当两个电源都可用时，这个延迟就没有什么影响了，诸如当ATS在优选侧恢复电力后返回优选侧时的情况。在这种情况下，可以实现精确的断开定时，因为机械继电器可以被命令在实际断开的期望时间之前释放，而SSR仍在传导。然后，在期望的断开时间，可以命令SSR释放。因此，在大多数条件下，可以实现精确的定时，在这种配置中几乎没有电力损失。使用IGBT和桥式AC开关的优点是能够在很短的时间内接通和关断。要关断三端双向可控硅或基于SCR的开关是很困难的，因为这些设备想保持接通，直到电流停止传导，因此它们一直接通，直到AC电流通过正弦波改变极性时的过零点。在图7e所示出的示例中，A侧上的SSR 93的示出为接通条件，并向输出传导电力，同时GKA 91的机械继电器触点正在移动以尝试关断。继电器触点运动的机械效应可能造成的任何时间上的变化都被SSR的传导所掩盖。尽管在这段时间内，与SSR递送电流相关联的内在电力损失是存在的，但它的持续时间非常短，在机械继电器触点关断之前，大约10毫秒，从而将电力损失降到最低。SSR可以保持接通，但它不会具有任何影响。

图7f示出了最终的配置，电力通过GKA继电器91传导到输出，并旁路了SSR 93。

子电路详细描述

图1示出了所有子电路的一般配置，有助于确定它们在ATS整体操作中的功能。请注意，A侧AC电力连接和B侧AC电力连接都要经过“N”侧断开和同步生成子电路2、3。当这些电路2、3中的一个或两个的输入没有AC电压时，该电路内部的机械继电器保持在“打开”状态，因此没有任何电力通过门控器4。这些“N”侧断开和同步生成子电路2、3为ATS的操作提供了若干功能。

当输入没有电力存在时，与GK 4断开，提供了与源的安全断开，并提供了各种安全机构(诸如保险商实验室(UL))所要求的断开隔离电压容量。继电器触点上的机械间隙可防止高达3000伏的电压通过。

来自数字控制电子装置1的命令可以命令“N”侧断开和同步生成子电路2、3在满足定时需求的情况下接合或脱出。

“N”侧断开和同步产生子电路2、3其中也有电路，用于检测当从一种极性更改为另一种极性时过零点附近的AC电压。这种信号的产生允许生成关于过零点对称的脉冲，以形成并发送至数字控制电子装置4，用于提供电子同步和控制ATS的各种动作所需的信息。

图11示出了在“N”侧断开和同步生成子电路中实现此的简化手段。该电路200由三个主要元件组成，即输入电桥202、比较器203和隔离光耦合器205。当AC电压被应用到输入201时，它在电桥202中被整流。整流后的电压被电阻分压器R1和R2放大到可用的电压，该电压被应用到比较器203的输入。比较器203的另一输入有由电阻分压器R3和R4形成的被应用的参考电压，并由电容C1进行滤波。当来自AC电桥的应用的整流电压大于参考电压时，比较器203的输出就会“接通”，在这种情况下，输出为5伏，即高。当来自AC电桥的应用的整流电压小于参考电压时，比较器203的输出会切换到“关断”，在这种情况下，输出为0伏，即低。

同步图300示出了该电路200的典型电压-时间波形。207中的AC被整流208，并且当跨过阈值时，比较器的输出在207中的原始AC在零交叉加上比较器的阈值处跨过的点处产生脉冲209。这些脉冲对原始AC输入电压的实际过零几乎是对称的。

在“N”侧断开和同步生成子电路2、3中形成的同步脉冲也以脉冲宽度的形式携带关于应用于该电路的电压的信息。随着电压的增加，脉冲宽度变得越来越窄。这允许数字控制电子装置在与同步脉冲相同的信号路径上检测应用的电压。

图12示出了同步检测器电路如何还用于在数字控制电子装置部分提取AC输入电压值。假设高电压，例如240VAC，由同步图300在207中的AC来表示。则整流后的电压208正跨过阈值，并导致形成的脉冲209很窄。但是，如果应用较低的电压，例如120V AC，如第二同步图301所示，整流后的AC电压221的电压阈值会更快地跨过，并因此比较器输出222的脉冲变得更宽。数字控制电子装置可以比较这些脉冲的上升沿和下降沿的时间，并应用数学公式来检索由这些脉冲宽度所表示的确切电压。或者，数字控制电子装置可以持有代表值表，当与检测到的脉冲宽度时间相比较时，也可以得出非常准确的应用电压的表示。

“N”侧断开和同步生成子电路中的比较器电路的输出通过光隔离电路，以确保数字控制电子装置与应用于输入的任何AC或DC电压电隔离。这是安全要求，并由各种监管机构(诸如保险商实验室(UL))强制执行。

图2-A示出了“N”侧断开和同步生成子电路的原理。AC滤波器部分21示出了简单的Pi滤波器，经由250毫安(ma)的保险丝F5将AC主电源附接到“N”侧断开和同步生成子电路的电子装置。电容和一对电感被用来防止附接电路22中产生的任何高频噪声进入AC主电源线。这样做是为了防止对其他外部电气和电子设备的干扰。这对各种合规机构来说也是必要的，诸如联邦通信委员会(FCC)，以及其他机构。电力经过滤波后，被送到开关模式限流器22，其中AC高压在D2、D3、D8和D9中被整流，并经由D4递送到滤波电容C2。D4将来自电桥的整流DC与C2的滤波DC隔离。未经滤波的整流DC通过电阻分压器R6和R5递送到比较器，用于开发同步和电压数据，如前所描述。C2的整流和滤波DC电压经由一对滤波电感L10(用于非常高的频率的铁氧体磁珠)和L12(用于中频限制)被递送到切换芯片Q9。切换芯片Q9以大约80Khz的速度接通和关断，并且占空比确定了L1中存在多少电流。由于这是从单极源切换到L1，L1中的反激能量由D10包含。切换芯片芯片Q9被预设为调整占空比以保持20毫安的恒定电流。该芯片最初是为现代LED照明设计的，但其目的是为了简化本发明的电力供应设计。L1中的变化脉冲被转换为20毫安的相当恒定的电流，然后被允许通过两个继电器21的线圈，打开主AC电力。两个继电器线圈21的另一侧进入Q5的漏极处的接通-关断开关23。如果Q5是“接通”，电流就会传递到同步脉冲发生器部分25中的辅滤波电容C7。20毫安的过电流被提交给ZD3的阴极，并且当电压达到8.2伏时，齐纳管传导以保持约8.2伏。该电压被提交给5伏稳压器Q7的输入。这是精密的5伏线性稳压器。只要稳压器输出的总电力要求和附接电路不超过20毫安，那么就会存在充足的开销电压来维持精确的5伏调节。同步脉冲发生器25比较器电路的设计是这样的：完成检测功能所需的电流非常小。在这部分电路中实际只使用了约2毫安。这就留下了18毫安可用。在5伏稳压器Q7的输入有可用的18毫安中的一些，被转移到光电耦合器U4 26，并通过1K电阻连接到比较器U7的输出。如果U-7处于最坏情况下的电压检测模式，即输出一直处于“接通”(或低)状态，那么所有的8.2伏都通过1K电阻下降，减去光电耦合器U4中LED的2伏下降。由此产生的最大电流为6.2毫安。因此，在所有情况下，串联开关模式调节的总电流为20毫安，足以驱动所有可能的电路组合要求。

选择这种方法是为了优化电路的操作效率。浪费的电力非常少，总的电路电力效率约为84％。用于操作“N”侧断开和同步生成子电路的总静态电力约为0.65瓦。A侧和B侧加起来约为1.3瓦。对于实现的所有功能来说，这是非常高的效率。

这个方案还使这些电路的操作在应用于主输入的约30伏AC一直到300伏的范围内发挥作用。这些电路必须在最大的AC输入电压范围内发挥作用，以便在不考虑所应用的电压的情况下允许ATS的监测和功能。

在控制器希望关断输入的情况下，来自数字控制电子装置的信号“强制断开”27会出现。这是在每个传输循环中进行的，以防止在门控器(图3，39和40)的触点之间出现任何可能的电弧，导致A侧和B侧电力输入之间的短路。

“强制断开”27信号使光电耦合器U1中的LED接通U1中的光电晶体管，这又使Q5的栅极与Q5的源极短路。这使得Q5的漏极关断，并关断了通往继电器的电流路径。大约2毫秒。之后继电器触点打开，并且在断开继电器21的输入和输出之间的电力被断开。

当“强制断开”从光电耦合器U1移除，并且光电晶体管关断，然后来自R1(3.9兆欧姆(Meg ohm)的电阻)的电流被应用到Q5的栅极，电压很快上升到大约10伏，并且Q5的漏极被连接到源极，Q5被接通。电流现在可以通过开关继电器的线圈，如前所述，由开关模式芯片Q9提供。继电器21现在被通电，大约7至10毫秒后触点被关断。

在存在“强制断开”期间，在转换过程期间不需要同步脉冲。电压和定时已经由数字控制电子装置确定。但是，“强制断开”通常只持续约20毫秒，刚好够完成一次转换。在这20毫秒期间，储存在C15中的电力使比较器保持操作，并且如果需要利用这些信息，可以继续检测脉冲。

图3示出了输入选择器或门控器(GK)的详细框图。这是ATS的核心。在这里，来自A侧断开开关或B侧断开开关的电力被引导到输出，并最终到达“负载”。它的操作完全由数字控制电子装置的命令来指导。当数字控制电子装置没有信号时，GK中的所有继电器和固态继电器(SSR)都处于打开、不传导状态。这就出现了“故障安全”条件。

为了让数字控制电子装置从A侧断开开关输出引导电力，它必须首先确保没有控制信号被发送到B侧转向电路。每次试图改变任一输入的状态时，数字控制电子装置中的一段特殊代码都会进行这种检查。至关重要的是，A侧和B侧决不能同时连接到输出，因为这将导致A侧和B侧输入之间的短路，并会导致保险丝熔断，也许会造成更大的损失。第二层保护包括实施硬件联锁49，防止两个命令发生冲突。例如，如果数字控制电子装置通过断言控制线42而要求A继电器线圈驱动器接通，该信号也将出现在逻辑门46的输入。由于A侧请求的真实状态在逻辑门46的输入被反转，任何存在于41的信号，即驱动B侧的控制线，被门46阻断。反之，来自数字控制电子装置请求接通B侧继电器线圈驱动器41的信号被断言后将出现在逻辑门43的反相输入，并进而屏蔽来自A侧数字控制电子装置命令42接通A侧继电器线圈驱动器的任何信号。同样的概念也适用于IGBT驱动器。这些功能与继电器类似，但具有几乎瞬时的响应时间。接通一侧或另一侧的命令将导致向另一侧发送屏蔽信号，并防止存在双重接通条件。IGBT驱动A侧控制输入47中的“高”将作为低呈现给B侧45的门，并抑制来自数字控制电子装置的任何信号通过门45。相反，IGBT驱动B侧控制输入48中的“高”将作为低呈现给B侧44的门，并抑制来自数字控制电子装置的任何信号通过门44。在数字控制电子装置和IGBT驱动器之间包括5KV的光隔离器。这是必要的，因为IGBT驱动器在其相应的AC源的AC线电压电位下操作。继电器线圈驱动器不需要隔离，继电器39、40的线圈与AC线电压机械地隔离。

图3-A示出了输入选择器或门控器(GK)的详细电子示意图。

当数字控制电子装置确定A侧AC电力应连接到输出时，它只断言门控器到A(GK到A)信号和IGBT驱动A两者。存在的GK到A的5伏逻辑控制信号将接通FET Q11。它的源极连接到地，所以漏极到地，从而向A侧门控器继电器的线圈供应电流，RY 3和RY 7这些继电器从+12伏电力供应获得线圈电流。磁场电流开始在线圈中形成，并且继电器开始通电。一般来说，这些继电器需要7至10毫秒才能操作。一般来说，继电器越大，操作越慢。在这段时间内，后半部分的操作已经开始。数字控制电子装置也向IGBT驱动A输入发出了断言命令。这个高电平(5伏)信号通过电阻27和28向U13和U15的LED，5KV隔离光电耦合器发送电流。这个电流取决于Q14，PNP双极晶体管也被接通。由于基极下拉电阻R31的作用，Q4的接通通常是存在的。如果由于某种原因，IGBT驱动B是高(由于某种原因被断言)，Q14的基极也将是高，没有电流能够通过Q14的集电极，从而禁用IGBT驱动A命令。晶体管Q14实质上就是前面讨论的逻辑门，图3，逻辑门44。这就是前面讨论的第二层故障安全。然而，假设IGBT驱动B没有被断言，而IGBT驱动A被断言，并且电流现在在U15和U13中流动，那些光电耦合器的另一侧现在也将传导。

为了理解IGBT驱动器是如何接通IGBT的，必须假设AC电力已经从A侧断开开关中存在了至少一小段时间。已经存在的AC电压已经通过二极管13和32，以及R41和R3传导，对电容26和32充电，每个电容达到20伏。当这些电容达到20伏时，电流通过齐纳二极管ZD 5和ZD 1被转移，并且电压保持在20伏。这些电容每个都是4.7微法拉。它们所拥有的电荷量在后面的讨论中很重要。

当U13中的光耦合器光电晶体管接通时，来自C26的20伏将通过R9传导并到Q13的基极和电阻2。电容33对这种接通存在非常短的阻抗，并滤波掉瞬时噪声。否则，电容33就没有任何作用。当电压应用到Q13的基极时，电压上升得非常快，基本上受限于C33的充电速率。随着Q13基极的上升，晶体管释放了从发射极到集电极的电流路径，基本上关断了这个晶体管。Q13基极的上升电压现在经由二极管21传递到IGBT Q2的基极。这些上升的电压现在被IGBT Q2的基极电容以及光电耦合器和R33的电流限制所限制。由于光电耦合器此时约为200欧姆(ohm)，上升时间相对较快，约为150微秒。IGBT Q2现在正在传导。此时出现在RY7的触点上的任何AC电压通过二极管电桥BR2和通过IGBT Q2的集电极-发射极分流。有效地，电桥BR3的AC输入被短路。这整个过程大约需要200微秒。同时，继电器7刚刚开始通电。再过另一7到10微秒，它的触点才会真正彼此相遇。负载这一侧的AC输入现在已经连接。

同样的过程也发生在A侧IGBT驱动的另一半，即由U15驱动的一侧。最终，IGBT Q3将被接通，分流电桥3，并将AC电力递送到在A侧断开开关到输出和到负载之间的A侧路径的另一侧。

在大约100毫秒的时段后，假设继电器已经闭合且所有的电流都旁路了IGBT。数字控制电子装置将取消断言IGBT驱动A和IGBT驱动B控制信号。如果由于某种原因，数字控制电子装置没有释放驱动信号，IGBT驱动器本身的设计特征是将从IGBT栅极释放驱动信号并断开设备。这是通过上述C26和C32中存储电荷的衰减来实现的。从C26和C32的电流路径，通过光电耦合器和通过Q13和Q21的68K基极电阻，最终将使C26和C32放电到这样的点，在该点IGBT在这些器件的栅极上没有足够的电压来维持Q2和Q3的集电极至发射极的电流流动。即使从D13和D32向C26和C32供应某一电流，560K和68K的电阻分压器，通过半波整流器，将不能在IGBT的基极提供足够的电压来维持电流。当ATS的最大输入电压为277伏AC时，IGBT的栅极将仅存在大约6伏，并且设备将关断。对组件的精心选择使这一功能得以实现，而无需增加任何附加的电路。

当数字控制电子装置确定是时候关闭GK的特定侧时，有两种可能性。一种是立即关闭，这意味着由于该路径上的电压损失，它被尽可能快地关断。例如，当这是A侧，A侧是优选，并且负载已经连接到A侧一段时间时，就会出现这种情况。这是正常的状态。

当A输入AC电压低于可接受的电平时，控制逻辑可以确定A输入电力故障，并且正在进行停电(与例如电力质量紊乱)。现在有必要尽可能快地转换到备用电源(本示例中的B侧)。在数字控制电子装置已经通过观察同步脉冲发生在不应该发生的时间或者同步脉冲比它应该的时间长而确定故障有效后，首先要考虑的行动是，数字控制电子装置将立即开始断开过程。最重要的是，在连接备用电源到负载之前，故障的AC电力输入必须与输出完全断开。否则，电流将从备用电源转换到主电源，而主电源的阻抗可能非常低(例如，整个AC电网)。因此，知道已经花了几毫秒来验证故障已经发生，另外两毫秒(加上1毫秒的小缓冲保险)是可取的，以确保输入继电器和门控器继电器有足够的时间来机械地打开。如前所述，这个时间平均在大约2毫秒。因此，“强制断开”主侧(本示例中为A)的命令立即发出，同时GK到A的控制引线也被取消断言。这就开始了从A侧断开的过程。假设A侧的IGBT驱动早已被移除，最好是在电力最初被转换到主侧时，在很久之前被断言后的约200毫秒。

数字控制电子装置现在必须耐心地等待至少两毫秒。在当前使用的继电器中，ATS数字控制电子装置实际上等待3.5毫秒，但这个值在数字控制电子装置中是可编程的，而且可以取决于这些ATS单元中使用的继电器而改变。但它一直等待直到它确信已经通过足够的时间，机械继电器已经打开了从先前连接的电源和输出的路径。在这一点上，数字控制电子装置可以断言IGBT驱动B和GK到B的信号，并如上面的连接顺序所述的将负载连接到备用电源。

当IGBT驱动关断且光电耦合器没有打开时，没有电流源来保持C33(C47)充电，并且它们的电压从任何地方衰减下来，直到这些电容经由电阻R2和R4完全放电。在这一点上，Q13和Q21的基极处于集电极电位。Q13和Q21是达林顿耦合晶体管，其增益特性超过20,000。提高这些晶体管Q13和Q21的发射极上的电压的任何试图，都将导致立即传导到集电极电位。换句话说，IGBT Q2和Q3的栅极与它们的发射极短路。这是必要的。因为集电极经由电桥BR2和BR3间接连接到ATS的输出，当备用侧上的IGBT接通并且从该侧向负载递送AC时，它们将很快接通。由此产生的在输出处的非常高的电压改变速率将出现在现在关断的IGBT Q2和Q3的集电极处。在没有IGBT Q2和Q2的栅极上的非常低的阻抗钳制的情况下，集电极处的高上升速率将试图通过器件内部的电容耦合来接通IGBT。电压的上升速率越高，IGBT就越容易错误接通。因此，当IGBT关断时，在IGBT的栅极到发射极之间始终存在着钳制。这种独特的IGBT驱动方案既简单又稳定。它不需要外部电力来操作。在备用侧上从IGBT驱动B和GK到B的切换在功能上与A侧镜像。

图4示出了ATS如何监测电流并使用输出电流检索同步过零所需的数据。作为ATS，决定将负载从一个活跃的AC电源转换到另一活跃的AC电源，除了尽可能快地执行转换外，还需要附加的考虑。由于两个AC源都存在，在决定何时从向负载递送电力的活跃的电源断开并然后将其连接到被认为是主源的活跃的AC源时，可能需要附加的考虑。每次主源停电时发生该事件，ATS转换到备用源，并且然后最终恢复主AC电源。在此时，ATS必须进行的转换是从一个好的源到另一好的源。

当从活跃的AC源断开负载时，有必要使继电器的打开发生在电流的过零点处或附件。这有助于产生强烈的触点电弧，并延长继电器触点的寿命。在这里描述的ATS中，断开开关和同步部分中的断开继电器没有固态旁路电路以在断开期间从继电器触点卸载电流。因此，断开必须与电路中的电流过零点同步。

本文所述的ATS可以为各种类型的负载递送电力。其中一种负载类型是所谓的无功负载，通常发现负载具有电容、电感或两者的组合。当电路中存在电容或电感时，电压和电流波形是不同步的。电力流有两个组分——一个组分从源流向负载，并可以在负载上做功，而另一个组分被称为“无功电力”，是由于电压和电流之间的延迟，被称为相位角，在负载上不做有用的工作。它可以被认为是在错误的时间(太晚或太早)到达的电流。实际电压过零点和电流过零点之间的这种相位差要求，由于继电器触点可能被电流而不是电压损坏，因此有必要使继电器触点在电流通过零点的时候打开。由于这可能与断开开关和同步部分中检测到的过零点的时间不同，所以要用另一种方法来确定继电器打开的定时，而且必须以电流而不是存在的电压为基础。

当两个源都存在电力，并且即将进行转换时，数字控制电子装置必须测量输出电流，并且如果它是重要的，就用它来确定何时打开电流路径中的各种继电器。在这里描述的ATS中，数字控制电子装置在制造时已将表格加载到其存储器中，其中包含了释放给定继电器的命令和成功打开触点之间的测量的时间。一般来说，这个时间约为2毫秒，但由于制造过程中的变量，它可以显著地变化。因此，数字控制电子装置记录ATS中每个继电器的延迟时间，并且在准备将负载从活跃的AC源断开时，可以使用该信息计算出准确的断开时间。

数字控制电子装置还通过测量在断开开关和同步部分生成的同步脉冲的上升沿到上升沿来确定从一个半循环到下一个半循环的时间。通过使用这些信息，数字控制电子装置现在可以从半循环之间的时间中减去已知的继电器的延迟，并得出数字，该数字可以预测继电器触点相对于电流的过零点将何时开始打开。数字控制电子装置将准备使继电器打开，然后在电流的下一过零点时，将延迟从半循环到半循环的时间中减去继电器打开时间而计算出的时间量，然后数字控制电子装置发出断开命令。

以这种方式，这里描述的ATS可以通过执行这些预测性计算，在非常接近电流实际过零点的时候断开负载。这最小化了继电器内电触点的退化。此外，当来自数字控制电子装置的命令命令它断开时，可能存在阻止继电器触点释放的条件。最常见的原因是焊接的触点，这是在之前的转换期间一些过大电流的结果。其他情况可能包括由于时间、热量或其他原因造成的机械磨损或材料退化。在触点没有以数字控制电子装置所期望的方式操作的任意情况下，这里描述了一种方法，允许数字控制电子装置检测该故障条件。如果在发出任何附加的继电器或SSR动作的命令之前就检测到故障条件，那么就可以避免A侧电源对B侧电源的短路。在许多大型自动转换开关的应用中，传统的ATS设计，是通过将继电器的电力触点机械地连接到一组辅助触点来实现的，该组辅助触点可以由数字控制电子装置来监测以用于该认证过程。在这里描述的MINI ATS应用的情况下，物理尺寸是重要的问题。这里描述了检测继电器操作的新方法，被称为继电器操作认证检测器，它允许这种认证，同时保持小形状因素。此外，这种检测手段直接涉及继电器的活跃的电传导部分，该部分实际上传递电力通过继电器。通过对该特定电导体的检测，可以肯定地确认该触点的状态，无论是连接到电源还是没有连接。当数字控制电子装置命令关闭所需的继电器或打开所需的继电器时，这种认证特征允许数字控制电子装置立即检查该行动请求的结果，并在继续执行任何其他行动之前验证它已经完成。在检测到所讨论的继电器未能完成指令的情况下，数字控制电子装置就可以经历一过程一停止任何附加的行动，将该故障事件报告给监测控制器，并且它可以进行多次尝试以操作继电器，并可能通过断开潜在的焊接触点而自我修复电故障。在这种情况下，数字控制电子装置可以选择让整个MINI ATS恢复操作，或将其置于安全状态，诸如完全关闭。确定如何处理故障条件是完全可编程的，并且可以针对各种应用。这种通过实施认证提供的灵活性在自动转换开关中是独特的。

此外，认证电路允许数字控制电子装置在一模式下运行，其中，下一步不是由前面描述的时间确定的，而是由各个组件在物理上或电气上处于什么状态确定的。例如，当发出将继电器从一个源断开的命令时，数字控制电子装置不是计算它应该何时断开以允许继续进行，而是简单地等待来自受影响的继电器的指示行动成功完成的认证信号。数字控制电子装置只需在此基础上设置时间限制，这样就可以确定对故障的检测。但作为状态控制过程，意味着取决于即将发生的状态改变的下一个动作被定时为下一个动作可以着手的最佳时间。

图4示出了ATS的电流感测部分的基本电组件和电子组件。主要的感测元件是霍尔效应传感器51，其与附接到ATS输出的热输出引线相邻。由通过的电流57产生的磁场在霍尔效应传感器51中被检测并放大。感测信号的零点恢复52是必要的，以稳定精密整流器52中从AC测量到DC的转换。在电流波形被整流后，它仍然每半循环返回到零。在它返回到零的那一刻，过零检测器55输出断言。这个信号被发送到数字控制电子装置，用于计算定时。此外，精密整流器52的整流输出也被发送到积分器，该积分器由电容和电阻的阵列组成，可以平滑感测到的电流并将其转换为平滑的DC电平。然后，该DC电平经由缓冲放大器被发送到数字控制电子装置，并通过集成的模数转换器进入数字控制电子装置，进行数字处理并将电流电平报告给通信端口，并最终报告给远程监测设备。

数字控制电子装置也使用集成的DC电平来确定ATS是否应该接通警告“可接受的最大负载”的灯。这里描述的ATS的特征是，当负载超过预先编程的电平时，它能够设置警告灯。

数字控制电子装置使用集成的DC电平可以进行的另一动作是在过载的情况下关闭输出。如果电流超过了预先编程的水平，则ATS可以非常迅速地使门控器继电器断电以保护AC电力电路。然后，数字控制电子装置可以接通另一警告灯，以指示发生了过载，并且它可以通过通信端口向远程监测设备发送状况数据。

这里描述的ATS的另一特征是，当负载超过预先编程定的电平时，它能够设置警告灯，并巧合地关断到该负载的电力。

提供复位按钮(图8、9、10，第104项)，作为操作者在故障已经移除后重置负载-故障条件的手段。

积分器54中硬件级别的独特滤波和数字控制电子装置的软件计算允许精确地模仿所需的任何保险丝曲线或所需的任何电路断路器。

由数字控制电子装置判别的输出电流感测也可用于预测性地操作冷却风扇。数字控制电子装置可以预测由于电流传感器11中检测到的负载而导致的内部加热，而不是等到ATS的内部由于重载而升温，然后再接通风扇。因此，在个别组件变热之前，风扇就会打开。这一功能对于提高ATS的可靠性可以是有用的。

ATS可以对内部加热进行预测，并主动开始(一个或多个)风扇，以减少材料疲劳并提高可靠性。

图5示出了ATS中的指示器9和通信端口10的概况。

这些指示器是各种颜色的通用LED。利用最先进的组件，明亮而高效的LED为这里描述的ATS的各种状态提供了极好的指示。独特的雉堞状透镜装配件允许有效的气流，以及LED的极好的可视角度范围。

此外，在所有LED的供电路径中有限流器60。这可以防止在3个或更多个LED同时被照亮的情况下电力供应过载。

通信门户10在数字控制电子装置和远程监测和控制电子装置之间提供了专门的通信设置。

这个端口提供了三种功能，但也可以实现其他功能。

i.与远程监测和控制电子装置的USB通信。

ii.在这里描述的ATS内部的外围接口控制器(PIC)(一类MCU)与外部编程工具之间的连接。这允许更新PIC的软件(固件)而不必打开包壳。可能会有客户拥有这里描述的需要特殊功能的ATS。由于该ATS的独特设计，这些客户需求可以通过向该ATS的数字控制电子装置提供专门的操作代码来满足。

iii.数字控制电子装置和外部通信接口转换器之间的连接，允许与远程监测和控制电子装置进行长线通信。USB有短的长度限制，并且因此可能不适用于所有的通信要求。

数字控制电子装置可以经由USB2.0接口转换器71，通过面板接入的USB类型C连接器72，经由USB向远程监测和控制电子装置发送数据。选择USB类型C连接器是因为它有独特的引脚配对，通常允许连接器以任何极性配对。连接器一侧的引脚与另一侧的引脚相镜像，因此，无论以何种方式插入配对的连接器，通过连接器系统发送的通信和电压都将被保留。这里描述的ATS利用这种双极性的特性用于增加的特征。通过翻转连接器，该翻转可以被检测到，并经由极性检测电路70向数字控制电子装置发送警报信号76。极性检测电路通过检测引脚之一是否存在接地引脚来操作。代替地，互补引脚(在配对连接器的相反条件下)被连接到连接器的+5伏引脚。以这种方式，连接器的朝向可以由数字控制电子装置来确定。通过允许数字控制电子装置确定它是否应该经由USB进行通信或者是否应该准备接受来自远程编程工具的数据，这是有用的。这个特征也可以用来警报操作者，连接器被翻转了。这可以用来帮助提高数字控制电子装置中包含的数据的安全性。通过翻转连接器到一个方向，为向数字控制电子装置中写入数据提供了物理障碍。然而，将连接器翻转到另一方向，就可以将数据写入数字控制电子装置，同时数字控制电子装置可以向LED提供独特的照明，警报操作者这种写入漏洞。

因此，USB类型C连接器的独特布线使这里描述的ATS能够与多种类型的外部电子装置进行通信，并提高存储在ATS中的数据的安全性。

图6示出了本文描述的ATS中电力供应系统的概况。由于在任何时候都不知道电力是否会出现在A输入、B输入或两者上，所以包括与数字控制电子装置隔离的5KV的电源系统，但它可以从A和B输入获得。12伏DC供应被附接到A侧断开和同步AC电力输出的输出。而且，12伏DC供应被附接到B侧断开和同步AC电力输出的输出。这些电力供应中的每一个都经由电力供应模块内的隔离二极管86连接到共同的+12总线。这些二极管提供了在一个或另一个电力供应故障时，任何一个电力供应进行操作的能力。这是冗余的电力供应系统，并且是本文描述的ATS的增加的特征。

12伏总线被分发到数字控制电子装置1和A或B侧选择器4电子装置上的各种电子装置，其中如果需要的话，必要时使用本地稳压器芯片来将12伏DC电降低到5伏和3.3伏。出于安全原因，12伏电力供应的输入由保险丝89、90保护。

除了本地ATS电力供应外，还提供了辅助电力供应81，用于向USB端口91递送电力。这是5伏2安培供应，也是隔离额定供应，根据监管机构的要求(诸如保险商实验室(UL)和其他类似的监管机构)向USB客户端设备供应电力。

USB电力供应81的输入是经由选择器继电器88供应的。选择器继电器的输入中的每一个在线84、85中都有单个保险丝，以保护5伏电力供应81，并防止在选择器81发生灾难性故障的情况下，A侧和B侧之间可能出现通过继电器的短路路径。

图8、图9和图10示出了本文描述的ATS的各种实例100。

图8示出了变体，其具有进入本文描述的ATS 100的柔性电线106和离开本文描述的ATS 100的柔性电线109。这是30安培或32安培模型，但可以容易地应用其他电流处理能力的电线。各种安培数容量模型只在电线、电线两端的连接器、内部主保险丝额定值以及数字控制电子装置的存储器中包含的预编程信息上有所不同。电压范围的选择在主单元100中是自动的，但主要由安装的插头类型确定。

这里描述的ATS 100的输出电线109通过应力消除套管102离开端盖101，该应力消除套管可根据电缆尺寸进行选择，而无需变化端盖中的孔的尺寸。这就降低了制造成本。

输出端盖101也有图5-72中描述的用于通信的门户103。端盖101还包含用于重设ATS电子电路断路器或选择优选输入的按压按钮104。

图9示出了变体，其具有进入本文描述的ATS 100的柔性电线106和安装在本文描述的ATS 100的端盖101中的一对IEC类型的C19插座。这是30安培或32安培模型。安培数容量模型只在与分配的使用国家、内部主保险丝额定值和数字控制电子装置的存储器中包含的预编程信息有关的规格上有所不同。电压范围选择在主单元100中是自动的。

这里描述的ATS 100的双IEC型C19连接器直接安装在端盖101中。

图10示出了变体，它和一对IEC型C20底盘安装插头121在本文描述的ATS 100的入口上。单个IEC类型的C19插座120被安装在本文描述的ATS 100的端盖101中。这是16安培模型。电压范围选择在主单元100中是自动的。

图13示出了本文描述的ATS的挤压包壳201的横截面端视图。

该包壳有许多特征，包括：

i.挤压的铝，用于强度和耐久性

ii.全金属结构使电和磁干扰问题最小化

iii.包壳的每侧上的槽，有充足的表面积用于散热

iv.每侧上的槽，用于安装。

侧上的槽配置为“T”型槽，这意味着槽的后面有小沟槽，便于用各种硬件进行安装。这些“T”型槽的尺寸和形状是为使用现成的安装硬件而优化的。一般来说，“T”型槽是很常见的，但在这个实例中，这些槽具有附加的特征，使它们变得独特。

槽在包壳的整个长度上被挤压。这使得安装紧固件可以从任何一端插入，并沿着ATS的长度横向定位，以方便定位邻接的孔，诸如计算机机架、夹子装配件、柔性铰链等。此外，槽的彼此间距是这样的：可以直接插入标准的现成DIN导轨。

此外，每个槽也有沿中心线212的肋骨，其作用是与标准圆头和平头螺钉中的槽接合。

此外，槽在槽的各侧中有退刀槽213，当紧固件硬件具有不同尺寸的头部法兰宽度时，便于标准的现成平垫圈。

此外，槽的各侧的尺寸使它们仅比适合安装到数据中心机架的尺寸的标准现成的六角螺母宽一点。

这种改进的“T”型槽系统可以容纳的一些紧固件类型下面列出(但不限于此)：

-#10X32六角头螺栓202

-#10X24六角头螺栓202

-M5X.8毫米公制六角头螺栓202

-#8X24六角头螺栓202

-#8X32马车头螺栓203

-#8X32标准圆头螺栓，带垫圈204

-#10X24标准圆头螺钉，不带垫圈204

-六角螺母，#8和#10 205,206

-#8X32平头螺钉和垫圈207

-#8和#10内六角或花键套筒尖头螺钉(非标准)209

-#8和#10梅花套筒尖头螺钉(非标准)210

-#8和#10开槽尖头螺钉211

利用各种各样安装硬件样式的能力，连同是外壳的全长的槽，以及所包括的防止圆头和平头螺钉在槽内转动的肋骨，使该产品的安装具有多样性和便利性。

图14示出了包括MINI ATS的继电器操作认证检测器部分的一个继电器触点操作认证检测400的一般主要组件。

AC电力212始终存在于继电器211的电枢上。当来自数字控制电子装置的命令通过GK继电器控制装置210启动时，继电器211将把衔铁移到继电器211的切换的高电压输出脚213。这是继电器开关操作的正常电力路径。迷你ATS中有四个这样的开关，包括A侧的热和中性(或辅热)以及B侧的热和中性(或辅热)的切换。

继电器触点检测电路由非常小的脉冲变压器214组成，设计成在诸如5伏的低电压下工作，连接在继电器211的电枢和继电器211的未使用的常闭触点217上。脉冲变压器214的绕组216因此在继电器211未运转时通常被其常闭位置短路，并且没有电力通过继电器从输入212发送到输出213。

在任何时候，小型的400千赫兹(KHz)振荡器215都在操作。这个频率可以是适合所选脉冲变压器214的特性的任何频率，而且可以从各种应用变化为另一个。对于MINI ATS的使用，由于其小尺寸和效率，所以选择了在400KHz下良好操作的变压器。振荡器215的输出通过限流电阻220连接到脉冲变压器214。因此，当一组绕组216由于继电器211的触点的位置而被短路时，变压器219的振荡器连接侧的绕组也被短路。振荡器215的大部分输出电力被耗散在限流电阻220中。随后，连接到电桥整流器221的脉冲变压器218的绕组在那里也传输非常少的信号。因此，跨电容222和泄压电阻223没有形成电压。224处输出的电压基本上为零。因此，零输出电压代表继电器211触点处于与电力路径有关的打开条件。

当来自数字控制电子装置的指令通过GK继电器控制210启动时，继电器211将把衔铁移到继电器211的切换的高电压输出脚213，并且从而在继电器线圈通电时，继电器211的衔铁离开触点217的瞬间，移除变压器216的绕组上的短路条件。当绕组216上的短路条件被移除后，振荡器215输出现在可以给脉冲变压器219的输入绕组通电，并且400KHz将通过脉冲变压器214传输到输出绕组218。AC将在电桥整流器221中进行整流，并由电容222进行滤波。因此，输出电压表示继电器211触点正在走向或处于与电力路径有关的闭合条件，并允许继电器从输入212向输出213传递电力。绕组比率的选择和振荡器215的操作电压确定电桥整流器221的输出电压。在这个实例中，选择的输出电压是5伏，并且与数字控制电子装置中的电子装置直接兼容。

泄压电阻223跨滤波电容222被连接，以在脉冲变压器214的输出由于返回到连接到常闭触点217的继电器211触点闭合处的短路条件而停止递送电压时，耗尽那里的电压。这种泄压非常快，因为滤波电容只要被选为足够大，就能确保在变压器214的输出从正到负的过渡期间一致的输出电压。

当来自数字控制电子装置的断开通过继电器211的AC电力路径的命令发生时，继电器衔铁从常开触点位置213过渡到常闭触点217。为了使脉冲变压器继电器开关位置感测绕组216变得短路，并因此发出成功完成打开电力路径的信号，衔铁必须在物理上与输出断开。这增加了准确检测继电器状态的可靠性。

此外，由于变压器只与未使用的常闭触点217相连，因此，无论电力路径上存在什么电压或频率，电路都能高效自主地操作。

图15现在示出了迷你ATS的基本框图，包括继电器操作认证检测器301、302、303和304。它示出了没有输入到输出连接的设备，诸如迷你ATS的关断条件。请注意，没有示出从任何输入连接到输出电力路径。还请注意，每个继电器操作认证检测器的输出针对低由L表示，或在每个继电器操作认证检测器部分内没有来自检测器的电压。四个继电器操作认证检测器中的每一个现在都处于常闭位置(非通电)状态，并且因此所有四个继电器的触点感测绕组都是短路的。

在正常操作中，输入的一个或另一个将连接到输出。图15b示出，在这种情况下，输入“A”与输出“OUT”相连接。现在，与“A”侧301和302相关联的继电器操作认证检测器的每个输出现在都输出高信号，每个信号由H表示。这个高信号被发送到数字控制电子装置，在其中它可以验证继电器的状态，并可以继续正常操作。由数字控制电子装置命令的每一个状态改变都可以由数字控制电子装置以这种方式进行监测和认证。

图15c示出了可能的故障条件，其中数字控制电子装置经由门控器放大器91命令A侧门控器继电器通过关断到继电器的电力而断开。但热侧的常开触点在图中示出为“粘”住输出连接。互补继电器已经成功打开。因此，来自该继电器触点的继电器操作验证检测器的输出仍处于“高”状态，从而向数字控制电子装置发出信号，通知断开该继电器触点的操作已经失败。这允许数字控制电子装置采取适当的步骤，不向B侧上的门控器放大器应用电力，从而有可能造成A侧到B侧的危险短路。

现在，数字控制电子装置有可能重复接通和关断受影响的继电器，并监测该继电器操作验证检测器的状态。继电器的反复操作有可能，甚至可能最终导致粘住触点脱落。通过这种设计的自我修复潜力，单元的可靠性随之提高。

图16示出了提高SBC模块正常运行时间和可维护性的几种方法，该模块作为控制模块，无论是独立的还是作为更大设备的一部分。本文所述的几种ATS实例可以用于消除与电力有关的停机时间。它允许单个电力供应SBC模块和其他关键负载由滤波的市电线路电力和UPS两者，或两个UPS单元，其中一个作为主电源或备用电源来进给。如果可能的话，UPS可以插在与μATS^TM第二输入不同的分支电路上，允许UPS在维护或测试时停止使用，而不需要SBC停机时间。在这种配置下，公用线路电力和UPS两者必须同时发生故障，才能导致停机时间。下图比较了为SBC模块供电的传统方法和使用适当ATS的可能方法。

图16描述了激活浪涌限制功能的新颖方法的可能的实例，该方法可用于ATS单元，如本文件所述或其他可能的ATS实例。

子装配件500由位于离开ATS的AC电力路径中的继电器506组成。被递送到uATS或工业uATS的输出的电力必须通过该继电器。在继电器506的输入505和输出507上连接着低值电阻512，大约10欧姆。这个电阻可以是固定的，也可以是专门用于浪涌应用的负温度系数(NTC)类型。在Zonit uATS和Zonit Industrial产品中，这个电阻是NTC型的，是10欧姆。

由于浪涌限制器的意图是在一个源向另一源转换的时刻限制峰值电流，然后变得透明，所以电路依靠这些产品中的电子驱动电路来改变ATS内引导电力的继电器的状态。ATS内的门控器继电器的信号可以用来发信号通知这个浪涌限制器电路进行操作。当转移到ATS中的备用电源时，12到48伏的驱动信号被应用到转向继电器上，称为门控器或GK继电器。当转移回来时，到该GK继电器的信号被移除，然后该继电器将AC电力连接到原始源。换句话说，ATS产品内部对GK继电器的驱动可以用来运转这个浪涌限制器电路500进行两次过渡。在转换的那一刻，无论ATS产品的哪个方向，这个浪涌限制器电路都会瞬间运转其继电器506，通过限制电阻512旁路AC电源。经过很短的时间，在uATS和uATS工业产品中为20至100毫秒，继电器506被断电，并且常闭(NC)触点再次将电力从输入505传递到输出507，从而旁路内部限制电阻512。

来自ATS产品的运转GK继电器的信号从连接514通过限制电阻501和电容502到三个晶体管508、509和515，被引导到浪涌限制器电路的输入。如果过渡是正向的，电流被引导到Q508的基极并被Q509的反向发射极阻断。在这种情况下，Q508被接通一段时间，这段时间由电容502的放电速率和电阻501的限制电流确定。这些组件被选择是为了在电容充分充电以停止向Q508的基极提供电流之前，在Q508中提供足够的接通电流大约30毫秒的时间，从而使它关断。当Q508处于接通条件时，Q508的集电极被拉到发射极电压，可以说是接通了。晶体管508集电极上的低走向脉冲通过耦合电容504耦合到继电器506线圈511，从而使该继电器接通，并运转继电器506的衔铁，断开浪涌限制电阻512上的短路。现在，AC电力必须从浪涌限制器电路505的输入经由浪涌限制电阻器512传递到输出507。在大约30毫秒的时段之后，存储在耦合电容504中的电荷接近耗尽，但此时来自晶体管508的驱动信号关断，从而释放了对继电器506的驱动。这时，耦合电容被放电，现在开始通过电荷限制器电阻503从位于主ATS单元的内部DC电力供应进行再充电。这种给继电器供电的方法很新颖，因为它只储存了足够的能量，就能运转继电器所需的时间段，在这种情况下大约是30毫秒。而且这种配置还利用了这样的事实，即在转换后，主ATS设备将在启动另一转换之前至少暂停约3至5秒。这使得耦合电容有充足的时间缓慢充电，为下一个中断循环做准备。这对ATS本身的主电力供应造成的消耗非常小。这些电力供应被设计为在主要ATS产品的最低电力需求下操作，而不是被设计为直接驱动附加的继电器。不利用本发明的新颖电力电路会给主电力供应带来过多的电力消耗，并可能影响ATS的正常操作。这种设计允许将该电路添加到现有设计中，而无需对那些产品进行少量修改，除了接入GK继电器驱动以用于发出信号、连接到电力供应以及在离开ATS设备的电力路径中插入继电器506和电阻512。

当浪涌限制器电路500的输入信号从高状态走向为低状态时，如在主ATS单元转回原始源的情况下，浪涌限制器输入的下降电压经由连接514通过限流电阻510和耦合电容502耦合到三个晶体管508、509和515。在这种情况下，下降信号试图转为负，并被508的反向偏置基极阻断，从而完全关断了它。现在，来自耦合电容502的负走向脉冲通过负转换检测晶体管509的发射极从其接地的基极导致向前传导。在这一点上，负过渡检测晶体管接通，并且集电极被拉向地。它被连接到继电器驱动晶体管二515的基极，该晶体管被配置成发射极跟随电流放大器连接到耦合电容504。同样，如在相反的情况下，通过晶体管515的电流运转继电器506的衔铁，并断开浪涌限制电阻512上的短路。现在，AC电力必须从浪涌限制器电路505的输入经由浪涌限制电阻器512传递到输出507。在大约30毫秒的时段之后，存储在耦合电容504中的电荷接近耗尽，但此时来自负转换检测晶体管509的驱动信号关断，从而释放了对继电器506的驱动。这时，耦合电容被放电，现在开始通过电荷限制器电阻503从位于主ATS单元的内部DC电力供应充电，为下一个中断循环做准备。

图17示出了高清晰度(HD)波形传感器电路的实例。关键的设计约束是小尺寸、低能耗和非常低的成本，这是新颖的，因为它能使大量的HD波形传感器得到非常广泛的部署，并能收集和分析这些信息。这反过来又使电力分发系统和连接设备的许多类型的状况、诊断和预测分析成为可能，其中的许多细节在Zonit案中有所描述。Zonit案中描述的发明(例如，电力信号签名识别)可以结合这种高清晰度的传感器能力，用于检测和报告高分辨率(例如0-100kHz采样率，注意零赫兹是DC电力)波形采样，以测量电力质量参数，例如关于各种设备的输入和输出两者所连接的AC电力线的电压和电流信息。它还可以被纳入本文提到的任何Zonit发明中，也可以以插件模块或其他方便的形式实现(其中许多在此描述)，并包括经由各种通信方法(诸如无线、USB、以太网和其他方式)将波形信息存储和/或通信给其他设备的规定。这些要求导致了一组专门的电路的创建，以执行所需的功能。

出于安全原因，这些AC线的测量需要与数字和模拟电路进行非常高的电压隔离。通常需要超过3000V AC的隔离。此外，在Zonit产品中，小尺寸以及高效的操作也很重要。图600中所示出的高隔离缓冲器/放大器包括AC电力路径，该AC电力路径通过由601中的AC线组成的缓冲器，经由霍尔效应电流感测芯片615到AC线输出619。

AC电力一般也向电力供应605供应AC电力，该电力供应生成与AC主电源隔离的DC输出。该DC输出驱动连接到外部的数字和模拟子电路的输出放大器。隔离的DC输出603也被路由到另一个高隔离电力供应607，该电力供应进而供应电压缓冲器613的输入，以允许DC输入参考AC线620。

对于电压检测，AC线601被连接到精密整流器608，以生成整流的DC输出，没有用于检测的滤波。整流器的输出被参考到AC线620。高隔离缓冲放大器613的输入被参考到相同AC线620。高隔离缓冲放大器613的输入612检测分压电阻610和611的输出。高隔离缓冲放大器613然后输出整流和缩放的感测电压输出617到外部测量电子装置。

对于电流检测，交流电流通过霍尔效应电流感测芯片615的输入616，其中微弱的磁场614在高隔离电压屏障上被检测到。霍尔效应磁检测器616的感测电流输出618被路由到外部测量电子装置。图18示出了ZonitμATS-INDUSTRIAL的一个可能实例的透视图。相同的外形尺寸可用于ZonitμATS-V2或其他ATS实例。

对本发明的上述描述是为了说明和描述的目的。此外，该描述并不打算将本发明限制在本文公开的形式。因此，与上述教导以及相关技术的技能和知识相称的变化和修改都在本发明的范围内。上文描述的实施方案旨在进一步解释已知的实践本发明的最佳模式，并使本领域的其他技术人员能够以此类或其他实施例以及本发明的(一个或多个)特定应用或用途所需的各种修改来利用本发明。所附的权利要求旨在解释为在现有技术允许的范围内包括替代性的实施例。

Claims

1.一种自动转换开关，包括：

第一电输入，用于从第一电源接收电力；

第二电输入，用于从第二电源接收电力；

电输出，用于向一个或多个电设备输出电力；

电力感测和转换模块，用于监测由所述第一电输入和所述第二电输入中的至少一个递送的电力，并基于所述监测选择性地将所述电输出耦合至所述第一电输入和所述第二电输入之一；以及

主源选择器，用于选择所述第一电输入和所述第二电输入之一作为主输入，以在默认条件下连接到所述电力输出。

2.如权利要求1所述的自动转换开关，其中，所述电力感测和转换模块可操作为基于经由所述第一电输入和所述第二电输入之一递送的电力信号的质量，在所述第一电输入和所述第二电输入之间进行切换。

3.如权利要求1所述的自动转换开关，其中，所述电力感测和转换模块可操作为监测经由所述第一电输入和所述第二电输入递送的所述电力信号，并基于所监测的电力信号，将所述第一电输入和所述第二电输入之一连接到所述电输出。

4.如权利要求1所述的自动转换开关，其中，所述主源选择器基于用户输入来选择所述主输入。

5.如权利要求1所述的自动转换开关，其中，所述主源选择器基于经由所述第一电输入和所述第二电输入递送的电力信号的比较来选择所述主输入。

6.如权利要求1所述的自动转换开关，其中，所述电力感测和转换模块包括所述第一电输入和所述电输出之间的第一继电器，以及所述第一电输入和所述电输出之间的第一固态开关，所述第一继电器和所述第一固态开关中的每一个都可操作为用于对所述第一电输入和所述电输出进行以下中的至少一个：连接和断开(“循环”)。

7.如权利要求6所述的自动转换开关，其中，所述电力感测和转换模块包括所述第二电输入和所述电输出之间的第二继电器，以及所述第二电输入和所述电输出之间的第二固态开关，所述第二继电器和所述第二固态开关中的每一个都可操作为用于循环所述第二电输入和所述电输出。

8.如权利要求6所述的自动转换开关，其中，所述固态开关可操作为用于在电力信号的过零点处或附近选择性地进行循环。

9.如权利要求1所述的自动转换开关，还包括电力控制，用于至少部分地基于与经由所述第一电输入和所述第二电输入递送的电力信号分离的输入来控制对第一电设备的电力递送。

10.如权利要求9所述的自动转换开关，其中，所述输入包括用户输入。

11.如权利要求9所述的自动转换开关，其中，所述输入包括来自环境传感器的环境输入。

12.如权利要求9所述的自动转换开关，其中，所述输入是来自处理器的处理器输入，所述处理器可操作为将与所述第一电设备有关的参数与阈值进行比较。

13.如权利要求1所述的自动转换开关，还包括通信输入，用于接收输入通信信号，所述输入通信信号用于控制所述自动转换开关的操作。

14.如权利要求1所述的自动转换开关，还包括通信输出，用于将输出通信信号传输到远程处理平台。

15.如权利要求14所述的自动转换开关，其中，所述输出通信信号包括有关以下之一的状态的信息：所述自动转换开关和一件连接的电装备。

16.如权利要求1所述的自动转换开关，还包括警告指示，用于在监测的电力达到预定状态时提供指示。

17.一种自动转换开关，包括：

第一电输入，用于从第一电源接收电力；

第二电输入，用于从第二电源接收电力；

电输出，用于向一个或多个电设备输出电力；

其中，所述电力感测和转换模块包括所述第一电输入和所述电输出之间的第一继电器，以及所述第一电输入和所述电输出之间的第一固态开关，所述第一继电器和所述第一固态开关中的每一个都可操作为用于对所述第一电输入和所述电输出进行以下中的至少一个：连接和断开(“循环”)。

18.如权利要求17所述的自动转换开关，其中，所述电力感测和转换模块基于经由所述第一电输入和所述第二电输入之一递送的电力信号的质量，可操作为在所述第一电输入和所述第二电输入之间进行切换。

19.如权利要求17所述的自动转换开关，其中，所述电力感测和转换模块可操作为监测经由所述第一电输入和所述第二电输入递送的所述电力信号，并基于所监测的电力信号，将所述第一电输入和所述第二电输入之一连接到所述电输出。

20.如权利要求1所述的自动转换开关，还包括主源选择器，用于选择所述第一电输入和所述第二电输入之一作为主输入，以在默认条件下连接到所述电力输出。

21.如权利要求20所述的自动转换开关，其中，所述主源选择器基于用户输入来选择所述主输入。

22.如权利要求20所述的自动转换开关，其中，所述主源选择器基于经由所述第一电输入和所述第二电输入递送的电力信号的比较来选择所述主输入。

23.如权利要求17所述的自动转换开关，其中，所述电力感测和转换模块包括所述第二电输入和所述电输出之间的第二继电器，以及所述第二电输入和所述电输出之间的第二固态开关，所述第二继电器和所述第二固态开关中的每一个都可操作为用于循环所述第二电输入和所述电输出。

24.如权利要求17所述的自动转换开关，其中，所述固态开关可操作为用于在电力信号的过零点处或附近选择性地进行循环。

25.如权利要求17所述的自动转换开关，还包括电力控制，用于至少部分地基于与经由所述第一电输入和第二电输入递送的电力信号分离的输入来控制对第一电设备的电力递送。

26.如权利要求25所述的自动转换开关，其中，所述输入包括用户输入。

27.如权利要求25所述的自动转换开关，其中，所述输入包括来自环境传感器的环境输入。

28.如权利要求25所述的自动转换开关，其中，所述输入是来自处理器的处理器输入，所述处理器可操作为将与所述第一电设备有关的参数与阈值进行比较。

29.如权利要求17所述的自动转换开关，还包括通信输入，用于接收输入通信信号，所述输入通信信号用于控制所述自动转换开关的操作。

30.如权利要求17所述的自动转换开关，还包括通信输出，用于将输出通信信号传输到远程处理平台。

31.如权利要求30所述的自动转换开关，其中，所述输出通信信号包括有关以下之一的状态的信息：所述自动转换开关和一件连接的电装备。

32.如权利要求17所述的自动转换开关，还包括警告指示，用于在监测的电力达到预定状态时提供指示。

33.一种用于向电设备递送电力的方法，包括：

提供自动转换开关，所述自动转换开关包括：第一电输入，用于从第一电源接收电力；第二电输入，用于从第二电源接收电力；电输出，用于向一个或多个电设备输出电力；以及电力感测和转换模块，用于监测由所述第一电输入和所述第二电输入中的至少一个递送的电力，并基于所述监测选择性地将所述电输出耦合至所述第一电输入和所述第二电输入之一；

选择所述第一电输入和所述第二电输入之一作为主输入，以在默认条件下连接到所述电输出；以及

改变为所述第一电输入和所述第二电输入中的另一个作为所述主输入。

34.如权利要求33所述的方法，还包括操作所述电力感测和转换模块，以基于经由所述第一电输入和所述第二电输入之一递送的电力信号的质量，在所述第一电输入和所述第二电输入之间进行切换。

35.如权利要求33所述的方法，还包括操作所述电力感测和转换模块，以监测经由所述第一电输入和所述第二电输入递送的所述电力信号，并基于所述监测的电力信号，将所述第一电输入和所述第二电输入之一连接到所述电输出。

36.如权利要求33所述的方法，还包括操作所述主源选择器，以基于用户输入来选择所述主输入。

37.如权利要求33所述的方法，还包括操作所述主源选择器，以基于经由所述第一电输入和所述第二电输入递送的电力信号的比较来选择所述主输入。

38.如权利要求33所述的方法，其中，所述电力感测和转换模块包括所述第一电输入和所述电输出之间的第一继电器，以及所述第一电输入和所述电输出之间的第一固态开关，并且所述方法还包括操作所述第一继电器和所述第一固态开关中的每一个，以用于对所述第一电输入和所述电输出进行以下中的至少一个：连接和断开(“循环”)。

39.如权利要求38所述的方法，其中，所述电力感测和转换模块包括所述第二电输入和所述电输出之间的第二继电器，以及所述第二电输入和所述电输出之间的第二固态开关，并且，所述方法还包括操作所述第二继电器和所述第二固态开关中的每一个，以循环所述第二电输入和所述电输出。

40.如权利要求38所述的方法，还包括在电力信号的过零点处或附近选择性地循环所述固态开关。

41.如权利要求33所述的方法，还包括至少部分地基于与经由所述第一电输入和所述第二电输入递送的电力信号分离的输入来控制对第一电设备的电力递送。

42.如权利要求41所述的方法，其中，所述输入包括用户输入。

43.如权利要求41所述的方法，其中，所述输入包括来自环境传感器的环境输入。

44.如权利要求41所述的方法，其中，所述输入是来自处理器的处理器输入，所述处理器可操作为将与所述第一电设备有关的参数与阈值进行比较。

45.如权利要求33所述的方法，还包括接收输入通信信号，以用于控制所述自动转换开关的操作。

46.如权利要求33所述的方法，还包括将输出通信信号传输到远程处理平台。

47.如权利要求46所述的方法，其中，所述输出通信信号包括有关以下之一的状态的信息：所述自动转换开关和一件连接的电装备。

48.如权利要求33所述的方法，还包括在监测的电力达到预定状态时提供指示。

49.一种自动转换开关，包括：

第一电输入，用于从第一电源接收电力；

第二电输入，用于从第二电源接收电力；

电输出，用于向一个或多个电设备输出电力；

通信模块，用于使能所述自动转换开关与远离所述自动转换开关的一个或多个数据设备之间的数据通信。

50.如权利要求49所述的自动转换开关，其中，所述电力感测和转换模块可操作为基于经由所述第一电输入和所述第二电输入之一递送的电力信号的质量，在所述第一电输入和所述第二电输入之间进行切换。

51.如权利要求49所述的自动转换开关，其中，所述电力感测和转换模块可操作为监测经由所述第一电输入和所述第二电输入递送的所述电力信号，并基于所监测的电力信号，将所述第一电输入和所述第二电输入之一连接到所述电输出。

52.如权利要求49所述的自动转换开关，还包括主源选择器，用于选择所述第一电输入和所述第二电输入中的一个作为主输入，以在默认条件下连接到所述电力输出，其中，所述主源选择器基于用户输入来选择所述主输入。

53.如权利要求52所述的自动转换开关，其中，所述主源选择器基于经由所述第一电输入和所述第二电输入递送的电力信号的比较来选择所述主输入。

54.如权利要求49所述的自动转换开关，其中，所述电力感测和转换模块包括所述第一电输入和所述电输出之间的第一继电器，以及所述第一电输入和所述电输出之间的第一固态开关，所述第一继电器和所述第一固态开关中的每一个都可操作为用于对所述第一电输入和所述电输出进行以下中的至少一个：连接和断开(“循环”)。

55.如权利要求54所述的自动转换开关，其中，所述电力感测和转换模块包括所述第二电输入和所述电输出之间的第二继电器，以及所述第二电输入和所述电输出之间的第二固态开关，所述第二继电器和所述第二固态开关中的每一个都可操作为用于循环所述第二电输入和所述电输出。

56.如权利要求54所述的自动转换开关，其中，所述固态开关可操作为用于在电力信号的过零点处或附近选择性地进行循环。

57.如权利要求49所述的自动转换开关，还包括电力控制，用于至少部分地基于与经由所述第一电输入和所述第二电输入递送的电力信号分离的输入来控制对第一电设备的电力递送。

58.如权利要求57所述的自动转换开关，其中，所述输入包括用户输入。

59.如权利要求57所述的自动转换开关，其中，所述输入包括来自环境传感器的环境输入。

60.如权利要求57所述的自动转换开关，其中，所述输入是来自处理器的处理器输入，所述处理器可操作为将与所述第一电设备有关的参数与阈值进行比较。

61.如权利要求49所述的自动转换开关，其中，所述通信模块包括通信输入，用于接收输入通信信号，以用于控制所述自动转换开关的操作。

62.如权利要求49所述的自动转换开关，其中，所述通信模块包括通信输出，用于将输出通信信号传输到远程处理平台。

63.如权利要求62所述的自动转换开关，其中，所述输出通信信号包括有关以下之一的状态的信息：所述自动转换开关和一件连接的电装备。

64.如权利要求49所述的自动转换开关，还包括警告指示，用于在监测的电力达到预定状态时提供指示。

65.如权利要求49所述的自动转换开关，其中，所述一个或多个数据设备包括控制模块，用于以下之一：监测所述自动转换开关和控制所述自动转换开关。

66.如权利要求49所述的自动转换开关，其中，所述一个或多个数据设备包括控制模块，用于以下之一：监测连接到所述自动转换开关的装备和控制连接到所述自动转换开关的装备。

67.如权利要求49所述的自动转换开关，其中，所述的一个或多个数据设备包括环境传感器，所述环境传感器可操作为经由数据通信端口提供输出。

68.如权利要求49所述的自动转换开关，其中，所述一个或多个数据设备包括控制模块和一件连接的装备。

69.如权利要求49所述的自动转换开关，其中，所述自动转换开关适配于附接到机架的机架结构，所述机架具有用于安装多件电子装备的若干空间，其中，所述自动转换开关附接到所述机架结构，不占用所述的机架的任何空间。

70.如权利要求69所述的自动转换开关，其中，所述自动转换开关包括具有不超过约85立方英寸的体积的外壳。

71.如权利要求69所述的自动转换开关，其中，所述自动转换开关包括具有用于安装到DIN导轨的安装槽的外壳。

72.如权利要求49所述的自动转换开关，其中，所述输出连接到具有用于接收电插头的多个插座的插排。

73.一种自动转换开关，包括：

外壳；

第一电输入端口，延伸通过所述外壳的壁，用于从第一电源接收电力；

第二电输入端口，延伸通过所述外壳的壁，用于从第二电源接收电力；

电输出端口，延伸通过所述外壳的壁，用于向一个或多个电设备输出电力；以及

其中，所述外壳被配置为安装到DIN导轨。

74.如权利要求73所述的自动转换开关，其中，所述外壳具有在其中形成的用于接收DIN导轨和DIN导轨安装件之一的槽。

75.如权利要求74所述的自动转换开关，其中，所述槽还被配置为接收用于将所述外壳紧固到装备机架的紧固件的头部。

76.如权利要求75所述的自动转换开关，其中，所述槽被配置为旋转地固定所述头部。

77.如权利要求76所述的自动转换开关，其中，所述头部是开槽的头部，并且所述槽被配置为延伸到所述开槽的头部的所述槽内，以便旋转地固定所述头部。

78.如权利要求74所述的自动转换开关，其中，所述外壳包括用于散去由所述自动转换开关产生的热量的通风口。

79.一种自动转换开关，包括：

第一电输入，用于从第一电源接收电力；

第二电输入，用于从第二电源接收电力；

电输出，用于向一个或多个电设备输出电力；

限流设备，与所述电力感测和转换模块相关联，用于将跨所述自动转换开关的最大电流限制在限定的操作范围内。