CN115313821A - 交直流供电切换电路及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种交直流供电切换电路，包括：整流模块，用于对交流供电电源产生的交流输入电压进行整流以产生整流输入电压；直流采样模块，用于对直流供电电源产生的直流输入电压进行采样以获得表征直流采样电压的第二脉宽调制信号；控制模块，根据表征直流采样电压的第二脉宽调制信号以及预设占空比产生控制信号；切换模块，分别与整流模块、直流供电电源以及控制模块连接，根据控制信号选择整流输入电压或直流输入电压之一作为供电电压为负载供电。本申请还提供一种交直流供电切换装置，可以实现供电方式的切换，在直流供电电源无法为负载供电时，使用交流供电电源为负载进行供电，进而保证负载能够正常运行，提高负载的工作性能。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及一种交直流供电切换电路及装置。
背景技术
使用太阳能为设备供电，在节能减排方面具有较大的优势，特别是在农业和家用行业的灌溉、抽水、排污等领域，比如，太阳能水泵。
通过太阳能电池板将太阳能转换为电能，为设备供电，常见的设备例如太阳能水泵、太阳能热水器等。
然而，太阳能电池板受太阳光强度限制，在太阳光较差或者雨季时，可能存在无法提供有效供电，影响设备的正常运行。因此，需要在太阳能电池板提供的电能不足时，通过电网或者其他电源为设备供电，以使设备可以正常工作。这就需要提供相应的供电切换电路和装置实现太阳能供电和电网供电这两种供电方式的兼容以及自动切换。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种交直流供电切换电路和装置，用以解决现有技术中存在的太阳能供电和电网供电两种供电方式不能兼容以及不能自动切换的问题。
根据本发明的一方面，提供一种交直流供电切换电路，包括：整流模块，用于对交流供电电源产生的交流输入电压进行整流以产生整流输入电压；直流采样模块，用于对直流供电电源产生的直流输入电压进行采样以获得表征直流采样电压的第二脉宽调制信号；控制模块，根据表征直流采样电压的第二脉宽调制信号以及预设占空比产生控制信号；切换模块，分别与整流模块、直流供电电源以及控制模块连接，根据控制信号选择整流输入电压或直流输入电压之一作为供电电压为负载供电。
优选地，所述直流采样模块包括：直流采样单元，连接在直流供电电源产生的直流输入电压和接地端之间，用于对直流输入电压进行采样得到直流采样电压；脉宽调制单元，用于将直流采样电压转换成表征直流采样电压的第一脉宽调制信号；第一光耦单元，用于将所述第一脉宽调制信号转换至所述第二脉宽调制信号，并将所述第二脉宽调制信号传输至控制模块，其中，所述第一脉宽调制信号为高压信号，所述第二脉宽调制信号为低压信号。
优选地，所述第二脉宽调制信号的占空比与所述直流采样电压的大小成正相关。
优选地，当第二脉宽调制信号的占空比不高于预设占空比时，所述切换模块根据所述控制信号连通交流供电电源与负载之间的供电路径。
优选地，当第二脉宽调制信号的占空比高于预设占空比时，所述切换模块根据所述控制信号连通直流供电电源与负载之间的供电路径。
优选地，所述第二脉宽调制信号的占空比与所述直流采样电压的大小成反相关。
优选地，当第二脉宽调制信号的占空比不低于预设占空比时，所述切换模块根据所述控制信号连通交流供电电源与负载之间的供电路径。
优选地，当第二脉宽调制信号的占空比低于预设占空比时，所述切换模块根据所述控制信号连通直流供电电源与负载之间的供电路径。
优选地，所述交直流供电切换电路还包括：交流采样模块，与所述整流模块连接，用于对整流模块输出的整流输入电压进行采样以获得开关信号，其中，所述开关信号表征所述交流采样电压是否存在。
优选地，所述交流采样模块包括：交流采样单元，用于对整流输入电压进行采样以获得交流采样电压；第二光耦单元，用于将所述交流采样电压转换成开关信号，并将所述开关信号传输至控制模块。
优选地，所述切换模块包括：第一切换单元，用于根据所述控制模块产生的第一控制信号控制充电电阻是否短接；第二切换单元，用于根据所述控制模块产生的第二控制信号控制切换模块的第一输出端经由所述充电电阻与整流模块的第一输出端和所述直流供电电源的正极中的一个连接；第三切换单元，用于根据所述控制模块产生的第三控制信号控制切换模块的第二输出端与整流模块的第二输出端和所述直流供电电源的负极中的一个连接；其中，所述充电电阻的第一端与第二切换单元的输出端连接，第二端与切换模块的第一输出端连接；所述切换模块的第一输出端和第二输出端之间输出供电电压。
优选地，当第二脉宽调制信号的占空比不高于预设占空比时，第二切换单元控制切换模块的第一输出端与整流模块的第一输出端连接，第三切换单元控制切换模块的第二输出端与整流模块的第二输出端连接；当第二脉宽调制信号的占空比高于预设占空比时，第二切换单元控制切换模块的第一输出端与直流供电电源的正极连接，第三切换单元控制切换模块的第二输出端与直流供电电源的负极连接。
优选地，所述第一切换单元包括第一继电器、第一开关管和第一光耦，其中，第一继电器的线圈的一端与第一电压连接，第一继电器的线圈的另一端与第一开关管的第一端连接，第一继电器的静触点与充电电阻的第一端连接，第一继电器的动触点与充电电阻的第二端连接；第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的控制端经由第一光耦接收控制模块产生的第一控制信号。
优选地，上电时，控制模块输出的第一控制信号控制第一继电器的静触点和动触点断开；上电预设时间后，控制模块输出的第一控制信号控制第一继电器的静触点和动触点接触。
优选地，所述第二切换单元包括第二继电器、第二开关管和第二光耦，其中，第二继电器的线圈的一端与第一电压连接，第二继电器的线圈的另一端与第二开关管的第一端连接；所述第二开关管的第二端接地，所述第二开关管的控制端经由第二光耦接收所述控制模块产生的第二控制信号，所述第二继电器的常闭触点与整流模块的第一输出端连接，所述第二继电器的常开触点与所述直流供电电源的正极连接，第二继电器的静触点经由所述充电电阻与所述切换模块的第一输出端连接。
优选地，所述第三切换单元包括第三继电器、第三开关管和第三光耦，其中，第三继电器的线圈的一端与第一电压连接，第三继电器的线圈的另一端与第三开关管的第一端连接；所述第三开关管的第二端接地，所述第三开关管的控制端经由第三光耦接收所述控制模块产生的第三控制信号，所述第三继电器的常闭触点与整流模块的第二输出端连接，所述第三继电器的常开触点与所述直流供电电源的负极连接，第三继电器的静触点与所述切换模块的第二输出端连接。
优选地，当第二脉宽调制信号的占空比不高于预设占空比时，控制模块输出的第二控制信号控制第二继电器的静触点和常闭触点接触以及控制模块输出的第三控制信号控制第三继电器的静触点和常闭触点接触，切换模块的第一输出端与整流模块的第一输出端连接，切换模块的第二输出端与整流模块的第二输出端连接。
优选地，当第二脉宽调制信号的占空比高于预设占空比时，控制模块输出的第二控制信号控制第二继电器的静触点和常开触点接触以及控制模块输出的第三控制信号控制第三继电器的静触点和常开触点接触，切换模块的第一输出端与直流供电电源的正极连接，切换模块的第二输出端与直流供电电源的负极连接。
优选地，所述交直流供电切换电路还包括：第四切换单元，用于根据所述控制模块产生的第四控制信号控制切换模块的第二输出端与直流供电电源的负极之间的路径导通或者断开。
优选地，刚上电时，所述第四控制信号控制切换模块的第二输出端与直流供电电源的负极之间的路径导通；上电预设时间后所述第四控制信号控制切换模块的第二输出端与直流供电电源的负极之间的路径断开。
优选地，所述第四切换单元包括第四继电器和第四开关管，其中，第四继电器的线圈的一端与第一电压连接，第四继电器的线圈的另一端与第四开关管的第一端连接，第四继电器的常闭触点与所述直流供电电源的负极连接，第四继电器的常开触点悬空，第四继电器的静触点与接地端连接；第四开关管的第二端接地，第四开关管的控制端经由第四光耦接收第四控制信号。
优选地，所述交直流供电切换电路还包括：内部供电模块，与切换模块连接，用于将供电电压转换成内部供电电压，其中，所述内部供电电压包括第一电压和第二电压，第一电压用于向切换模块中的继电器供电，第二电压用于向控制模块和切换模块中的光耦供电。
优选地，所述交直流供电切换电路还包括：直流保护模块，连接在直流供电电源的正极和切换模块的第二端之间，以及直流供电电源的正极和内部供电模块之间，用于对所述直流供电电源进行保护。
优选地，所述直流保护模块包括第一二极管和第三二极管，其中，第一二极管的阳极与直流供电电源的正极连接，第一二极管的阴极与切换模块的第二端连接；第三二极管的阳极与第一二极管的阴极连接，第三二极管的阴极与内部供电模块连接。
优选地，所述交直流供电切换电路还包括：交流保护模块，连接在切换模块的第一输出端和内部供电模块之间，用于对所述交流供电电源进行保护。
优选地，所述交流保护模块包括第二二极管，第二二极管的阳极与切换模块的第一输出端连接，阴极与内部供电模块连接。
根据本发明的另一方面，提供一种交直流供电切换装置，包括上述所述的交直流供电切换电路。
本发明实施例的交直流供电切换电路和装置，其控制模块根据表征直流采样电压的第二脉宽调制信号产生控制信号，切换模块根据控制信号选择整流输入电压或直流供电电源产生的直流输入电压之一作为供电电压，为负载供电，实现供电方式的切换，从而在直流供电电源无法为负载供电时，使用交流供电电源为负载进行供电，进而保证负载能够正常运行，提高负载的工作性能。
进一步地，相较于采用成本高的线性光耦采样电压，本申请的直流采样模块通过脉宽调制单元将采样电压由模拟量转换为数字量，再采用传统光耦实现隔离输出到控制模块，取得了同样的隔离效果，可达到同样的采样精度，而且成本更低。
进一步地，交流采样模块将交流采样电压转换成开关信号，并经由光耦单元传输，实现交流隔离采样，避免采样信号传输过程中出现误差，提高采样精度。
进一步地，通过将交流侧整流输入电压的正极、直流侧直流输入电压的正极分别接在同一个继电器的两个动触点上，将交流侧整流输入电压的负极、直流侧直流输入电压的负极分别接在另外的同一个继电器的两个动触点上，使得供电电路在供电时不存在交流侧整流输入电压与直流侧直流输入电压共存的情况，既减少了触电事故的发生，又在供电时提高了功率因数。
进一步地，直流保护模块和交流保护模块分别对直流供电电源和交流供电电源进行保护，例如对直流供电电源进行反接保护，或者在其中一个电源供电时，防止向另外的电源倒灌。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出根据本发明第一实施例的交直流供电切换电路的结构示意图；
图2示出根据本发明实施例的切换模块的电路图；
图3示出根据本发明实施例的直流采样模块的电路图；
图4示出根据本发明实施例的交流采样模块的电路图；
图5示出根据本发明第二实施例的交直流供电切换电路的结构示意图；
图6示出本发明第二实施例的交直流供电切换电路的电路图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1示出根据本发明实施例的交直流供电切换电路的示意电路图。如图1所示，所述交直流供电切换电路100包括整流模块101、直流采样模块102、控制模块103和切换模块104。
其中，整流模块101，用于对交流供电电源产生的交流输入电压Vac进行整流以产生整流输入电压Vin。
直流采样模块102，用于对直流供电电源产生的直流输入电压Vdc进行采样以获得表征直流采样电压的第二脉宽调制信号PWM2，并将所述第二脉宽调制信号PWM2传输至控制模块103。
在本实施例中，直流供电电源可以为太阳能直流供电电源，比如，太阳能电池板；负载可以为太阳能水泵，也可以为其他可以用太阳能直流供电电源供电的设备，对此，本发明实施例不做限制。
在本实施例中，所述直流采样模块102对直流输入电压Vdc进行采样得到直流采样电压，并将直流采样电压转换成第二脉宽调制信号。所述第二脉宽调制信号的占空比不同，不同占空比的第二脉宽调制信号对应不同的直流采样电压。第二脉宽调制信号的占空比越大，直流采样电压越大，即直流供电电源的直流输入电压Vdc越大。
参见图3，所述直流采样模块包括直流采样单元1021、脉宽调制单元1022和第一光耦单元1023，所述直流采样单元1021连接在直流供电电源产生的直流输入电压Vdc和接地端之间，用于对直流输入电压进行采样得到直流采样电压Vds，脉宽调制单元1022将直流采样电压Vds转换成第一脉宽调制信号PWM1。第一光耦单元1023将所述第一脉宽调制信号PWM1转换成第二脉宽调制信号PWM2，并将所述第二脉宽调制信号PWM2传输至控制模块103。所述第二脉宽调制信号PWM2与所述第一脉宽调制信号PWM1的占空比的大小都表征了直流采样电压Vds的大小。在本实施例中，第二脉宽调制信号PWM2与直流采样电压的大小呈正相关，即第二脉宽调制信号PWM2的占空比越大，直流采样电压Vds越大，即直流供电电源的直流输入电压Vdc越大。
在本实施例中，所述直流采样单元1021包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1和第二电阻R2串联连接在直流供电电源产生的直流输入电压Vdc和接地端之间，所述第一电阻R1和第二电阻R2之间的节点输出直流采样电压Vds。所述第一脉宽调制信号的参考地为第二电阻R2连接的第一地，所述第二脉宽调制信号的参考地为控制模块103连接的第二地。所述第一脉宽调制信号为高压信号，所述第二脉宽调制信号为低压信号。
控制模块103，根据表征直流采样电压的第二脉宽调制信号PWM2以及预设占空比产生控制信号。
参见图1，切换模块104，分别与整流模块101、直流供电电源以及控制模块103连接，根据控制信号选择整流输入电压或直流输入电压之一作为供电电压为负载供电，实现供电方式的切换。
在本实施例中，控制模块103将第二脉宽调制信号的占空比与预设占空比进行比较，当第二脉宽调制信号的占空比不高于预设占空比时，切换模块104根据所述控制信号连通整流模块101的第一输出端和第二输出端，以连通交流供电电源与负载之间的供电路径，采用交流供电电源向负载供电；当第二脉宽调制信号的占空比高于预设占空比时，切换模块104根据所述控制信号连通直流供电电源的正极和负极，以连通直流供电电源与负载之间的供电路径，采用直流供电电源向负载供电。
具体地，参见图2，所述切换模块104的第一端与所述整流模块101的第一输出端连接，第二端与所述直流供电电源的正极连接，所述切换模块104的第三端与所述整流模块101的第二输出端连接，第四端与所述直流供电电源的负极连接，所述切换模块104的第五端至第八端与控制模块103连接，所述切换模块104的第九端接地。
具体地，所述切换模块104包括第一切换单元1041、第二切换单元1042和第三切换单元1043以及充电电阻RT。所述充电电阻RT的第一端与第二切换单元1042的输出端连接，所述充电电阻RT的第二端与切换模块的第一输出端连接。所述切换模块的第一输出端和第二输出端之间输出供电电压Vbus。
相应地，所述控制模块包括第一输入端、第一输出端、第二输出端和第三输出端，其中，第一输入端接收表征直流采样电压的第二脉宽调制信号，然后根据表征直流采样电压的第二脉宽调制信号和预设占空比产生第一控制信号S1、第二控制信号S2和第三控制信号S3，第一输出端至第三输出端分别输出第一控制信号至第三控制信号(S1-S3)。
其中，第一切换单元1041用于根据所述控制模块产生的第一控制信号控制充电电阻RT是否短接。
在本实施例中，所述第一切换单元1041包括第一继电器K1、第一开关管Q1和第一光耦U1，第一继电器K1的线圈的一端与第一电压VDD1连接，第一继电器K1的线圈的另一端与第一开关管Q1的集电极连接，第一继电器K1的静触点与充电电阻RT的第一端连接，第一继电器K1的动触点与充电电阻RT的第二端连接。第一开关管Q1的基极经由第一光耦U1与控制模块的第一输出端连接，接收第一控制信号S1，第一开关管Q1的发射极接地。充电电阻RT并联连接在第一继电器K1的静触点和动触点之间，用于防止刚上电时的浪涌冲击。充电电阻RT可以为热敏电阻或功率电阻，能够实现充电功能的电阻都适用于本发明实施例。储能电容C1连接在切换模块104的第一输出端和第二输出端之间。交直流供电切换电路刚上电时，控制模块输出的第一控制信号S1控制第一继电器K1的静触点和动触点断开；上电预设时间后，控制模块输出的第一控制信号S1控制第一继电器K1的静触点和动触点接触。
第二切换单元1042用于根据所述控制模块产生的第二控制信号控制切换模块的第一输出端经由所述充电电阻与整流模块的第一输出端和所述直流供电电源的正极中的一个连接。
在本实施例中，所述第二切换单元1042包括第二继电器K2、第二开关管Q2和第二光耦U2，第二继电器K2的线圈的一端与第一电压VDD1连接，第二继电器K2的线圈的另一端与第二开关管Q2的集电极连接，第二继电器K2的常闭触点作为切换模块104的第一端，与整流模块的第一输出端连接，第二继电器K2的常开触点作为切换模块104的第二端，与所述直流供电电源的正极连接，第二继电器K2的静触点与充电电阻RT的第一端连接，即第二继电器K2的静触点经由充电电阻RT与切换模块的第一输出端连接，用于输出供电电压Vbus。第二开关管Q2的基极经由第二光耦U2与控制模块的第二输出端连接，接收第二控制信号S2，第二开关管Q2的发射极接地。
第三切换单元1043用于根据所述控制模块产生的第三控制信号控制切换模块的第二输出端与整流模块的第二输出端和所述直流供电电源的负极中的一个连接。
在本实施例中，所述第三切换单元1043包括第三继电器K3、第三开关管Q3和第三光耦。其中，第三继电器K3的线圈的一端与第一电压VDD1连接，第三继电器K3的线圈的另一端与第三开关管Q3的集电极连接，第三继电器K3的常闭触点作为切换模块104的第三端，与整流模块的第二输出端连接，第三继电器K3的常开触点作为切换模块104的第四端，与所述直流供电电源的负极连接，第三继电器K3的静触点与切换模块104的第二输出端连接。第三开关管Q3的基极经由第三光耦U3与控制模块的第三输出端连接，接收第三控制信号S3，第三开关管Q3的发射极接地。
当控制模块确定第二脉宽调制信号的占空比不高于预设占空比时，控制第一输出端输出的第一控制信号S1为有效电平，控制第二输出端输出的第二控制信号S2以及第三输出端输出的第三控制信号S3均为无效电平，即第一继电器K1的线圈通电，第一继电器K1的静触点和动触点接触，第二继电器K2的线圈不通电，第二继电器K2的静触点4和常闭触点2接触，第三继电器K3的线圈不通电，第三继电器K3的静触点4和常闭触点2接触，切换模块104的第一输出端与整流模块的第一输出端连接，切换模块104的第二输出端与整流模块的第二输出端连接，也就是导通交流供电电源与负载之间的供电路径。
当控制模块确定第二脉宽调制信号的占空比高于预设占空比时，控制第一输出端输出的第一控制信号S1为有效电平，控制第二输出端输出的第二控制信号S2以及第三输出端输出的第三控制信号S3均为有效电平，即第一继电器K1的线圈通电，第一继电器K1的静触点和动触点接触，第二继电器K2的线圈通电，第二继电器K2的静触点4和常开触点3接触，第三继电器K3的线圈通电，第三继电器K3的静触点4和常开触点3接触，切换模块104的第一输出端与直流供电电源的正极连接，切换模块104的第二输出端与直流供电电源的负极连接，也就是导通直流供电电源与负载之间的供电路径。
在一个优选地实施例中，参见图4，所述交直流供电切换电路还可以包括交流采样模块105，控制模块103还包括第二输入端和第五输出端。
交流采样模块105与整流模块101连接，对整流输入电压进行采样，交流采样模块105的第一输出端与控制模块103的第二输入端连接，输出表征交流采样电压的开关信号至控制模块103，控制模块103的第五输出端和报警装置连接(图中未示出)。
控制模块103，用于根据表征交流采样电压的开关信号确定交流输入电压是否存在。
这里的交流采样模块105的作用是确定交流供电电源是否与交直流供电切换电路连接，当确定交流输入电压不存在时，即使太阳能直流供电电源提供的供电电压不足，控制模块103也控制切换模块104维持直流供电电源与负载之间的导电路径导通。
在本实施例中，所述交流采样模块105包括交流采样单元1051和第二光耦单元1052，其中，所述交流采样单元1051用于对整流输入电压Vin进行采样以获得交流采样电压Vs，第二光耦单元1052将所述交流采样电压Vs转换成开关信号，并传输至控制模块103。
在本实施例中，交流采样单元1051包括第三电阻R3和第二电容C2，其中，第二电容C2连接在整流输入电压Vin和接地端之间，第三电阻R3连接在整流输入电压Vin和第二光耦单元1052之间，第二电容C2上的电压为交流采样电压Vs。
在一个优选地实施例中，参见图5，所述交直流供电切换电路100还包括内部供电模块106，与切换模块104连接，用于将供电电压转换成内部供电电压以向控制模块103以及其他模块供电。例如，向切换模块104中的继电器开关提供第一电压。
在本实施例中，内部供电模块106的第一端与切换模块104的第一输出端连接，内部供电模块106的第二端与切换模块104的第二端连接，其中，第二端为接地端。
在一个优选地实施例中，参见图2，所述切换模块104还包括第四切换单元1044，在交直流供电切换电路刚上电的时候，第四继电器的静触点与常闭触点连接，使直流供电电源的负极与接地端连接，经过预设时间后，第四继电器的静触点与常开触点连接，断开直流电源的负极与接地端的连接。
在本实施例中，所述第四切换单元1044包括第四继电器K4、第四开关管Q4和第四光耦。相应的，所述控制模块还包括第四输出端，输出第四控制信号S4。
第四继电器K4的线圈的一端与第一电压VDD1连接，第四继电器K4的线圈的另一端与第四开关管Q4的集电极连接，第四继电器K4的常闭触点4与所述直流供电电源的负极连接，第四继电器K4的常开触点3悬空，第四继电器K4的静触点与切换模块104的第二输出端连接。第四开关管Q4的基极经由第四光耦U4与控制模块的第四输出端连接，接收第四控制信号S4，第四开关管Q4的发射极接地。
参见图6，交直流供电切换电路刚上电时，控制模块控制其第四输出端输出的第四控制信号S4为无效电平，第四继电器K4的常闭触点4与静触点2接触，直流供电电源的正极与内部供电模块106的第一端直接连接，直流供电电源的负极经由切换模块的第二输出端接地，并与内部供电模块106连接，即切换模块104的第二输出端与直流供电电源的负极之间的路径导通。内部供电模块106根据直流输入电压Vdc产生内部供电电压以向控制模块104供电。上电预设时间后，控制模块控制其第四输出端输出的第四控制信号S4为有效电平，第四继电器K4的常开触点3与静触点2接触，切换模块104的第二输出端与直流供电电源的负极之间的路径断开。
以下，根据图6，分四种情况对交流供电电源和直流供电电源的供电与切换进行说明。
一、刚上电时，使用交流供电电源进行供电。
控制模块检测到表征直流采样电压的第二脉宽调制信号的占空比不高于预设占空比，先控制第二输出端和第三输出端输出无效电平控制第二继电器K2和第三继电器K3不工作，第二继电器K2的静触点4和常闭触点2接触以及第三继电器K3的静触点4和常闭触点2接触，预设时间后再控制第一输出端输出有效电平，第一继电器K1工作，其动触点与静触点连接，交流供电电源与负载之间的供电路径导通，交流供电电源为负载供电。
此时交流供电电源与负载之间的供电路径为：整流模块的第一输出端→K2→K1→C1/负载→K3→整流模块的第二输出端。
二、刚上电时，使用太阳能直流供电电源进行供电。
由于第四继电器K4的静触点2和常闭触点4接触，因此直流供电电源经由第一二极管、第三二极管及第四继电器K4导通了向内部供电模块供电的第一条供电路径，使内部供电模块提供内部供电电压给控制模块，光耦及继电器提供电源。在控制模块检测到表征直流采样电压的第二脉宽调制信号的占空比高于预设占空比，先控制第二输出端和第三输出端输出有效电平，第二继电器K2和第三继电器K3工作，第二继电器K2的静触点4和常开触点3接触以及第三继电器K3的静触点4和常开触点3接触，预设时间后再控制第一输出端输出有效电平，第一继电器K1工作，其动触点与静触点连接，直流供电电源向负载的供电路径导通。此时，直流供电电源经由第二继电器K2、第三继电器K3导通了向内部供电模块供电的第二条供电路径。在这之后，控制第四输出端输出有效电平，第四继电器K4的常开触点3与静触点2接触，断开直流供电电源向内部供电模块供电的所述第一条供电路径。此时，太阳能直流供电电源与负载之间的供电路径已经导通，太阳能直流供电电源为负载供电。
使用太阳能直流供电电源对负载进行供电时，直流供电电源与负载之间的供电路径为：直流供电电源正极→D1→K2→C1/负载→K3→直流供电电源负极。
三、由太阳能直流供电电源供电切换至交流供电电源供电。
控制模块检测到表征直流采样电压的第二脉宽调制信号的占空比不高于预设占空比，控制第二输出端、第三输出端均输出无效电平，第二继电器K2和第三继电器K3不工作，第二继电器K2的静触点4和常闭触点2接触以及第三继电器K3的静触点4和常闭触点2接触，交流供电电源与负载之间的供电路径导通，从而实现由太阳能直流供电电源供电切换至交流供电电源供电。
四、由交流供电电源供电切换至太阳能直流供电电源供电。
控制模块检测到表征直流采样电压的第二脉宽调制信号的占空比高于预设占空比，则先控制第二输出端和第三输出端输出有效电平，第二继电器K2和第三继电器K3工作，第二继电器K2的静触点4和常开触点3接触以及第三继电器K3的静触点4和常开触点3接触，直流供电电源与负载之间的供电路径导通，从而实现由交流供电电源供电切换至太阳能直流供电电源供电。
需要说明的是，本发明中第一继电器K1可以为常开继电器，第二继电器K2、第三继电器K3和第四继电器K4可以为转换继电器。
控制模块控制继电器依次开始工作，或依次停止工作时，间隔时间可以根据需要设定，本发明对此不做限制。
在一个优选地实施例中，第二脉宽调制信号PWM2的占空比与直流采样电压Vds的大小呈反相关，即第二脉宽调制信号PWM2的占空比越小，直流采样电压Vds越大，即直流供电电源的供电电压Vdc越大。
在本实施例中，当第二脉宽调制信号PWM2的占空比不低于预设占空比时，所述切换模块104根据所述控制信号连通交流供电电源与负载之间的供电路径。当第二脉宽调制信号PWM2的占空比低于预设占空比时，所述切换模块104根据所述控制信号连通直流供电电源与负载之间的供电路径。
同样地，控制模块103将第二脉宽调制信号的占空比与预设占空比进行比较，当第二脉宽调制信号的占空比不低于预设占空比时，切换模块104根据所述控制信号连通整流模块101的第一输出端和第二输出端，以连通交流供电电源与负载之间的供电路径，采用交流供电电源向负载供电；当第二脉宽调制信号的占空比低于预设占空比时，切换模块104根据所述控制信号连通直流供电电源的正极和负极，以连通直流供电电源与负载之间的供电路径，采用直流供电电源向负载供电。
当控制模块103确定第二脉宽调制信号的占空比不低于预设占空比时，控制第一输出端输出的第一控制信号S1为有效电平，控制第二输出端输出的第二控制信号S2以及第三输出端输出的第三控制信号S3均为无效电平，即第一继电器K1的线圈通电，第一继电器K1的静触点和动触点接触，第二继电器K2的线圈不通电，第二继电器K2的静触点4和常闭触点2接触，第三继电器K3的线圈不通电，第三继电器K3的静触点4和常闭触点2接触，切换模块104的第一输出端与整流模块的第一输出端连接，切换模块104的第二输出端与整流模块的第二输出端连接，也就是导通交流供电电源与负载之间的供电路径。
当控制模块确定第二脉宽调制信号的占空比低于预设占空比时，控制第一输出端输出的第一控制信号S1为有效电平，控制第二输出端输出的第二控制信号S2以及第三输出端输出的第三控制信号S3均为有效电平，即第一继电器K1的线圈通电，第一继电器K1的静触点和动触点接触，第二继电器K2的线圈通电，第二继电器K2的静触点4和常开触点3接触，第三继电器K3的线圈通电，第三继电器K3的静触点4和常开触点3接触，切换模块104的第一输出端与直流供电电源的正极连接，切换模块104的第二输出端与直流供电电源的负极连接，也就是导通直流供电电源与负载之间的供电路径。
本发明实施例提供的交直流供电切换电路，其控制模块根据表征直流采样电压的第二脉宽调制信号产生控制信号，切换模块根据控制信号选择整流输入电压或直流供电电源产生的直流输入电压之一作为供电电压，为负载供电，实现供电方式的切换，从而在直流供电电源无法为负载供电时，使用交流供电电源为负载进行供电，进而保证负载能够正常运行，提高负载的工作性能。
进一步地，相较于采用成本高的线性光耦采样电压，本申请的直流采样模块通过脉宽调制单元将采样电压由模拟量转换为数字量，再采用传统光耦实现隔离输出到控制模块，取得了同样的隔离效果，可达到同样的采样精度，而且成本更低。
进一步地，交流采样模块将交流采样电压转换成开关信号，并经由光耦单元传输，实现交流隔离采样，避免采样信号传输过程中出现误差，提高采样精度。
进一步地，通过将交流侧整流输入电压的正极、直流侧直流输入电压的正极分别接在同一个继电器的两个动触点上，将交流侧整流输入电压的负极、直流侧直流输入电压的负极分别接在另外的同一个继电器的两个动触点上，使得供电电路在供电时不存在交流侧整流输入电压与直流侧直流输入电压共存的情况，既减少了触电事故的发生，又在供电时提高了功率因数。
图5和图6分别示出根据本发明第二实施例的交直流供电切换电路的结构示意图和电路图。与第一实施例相比，参见图5，本实施例提供的所述交直流供电切换电路100还包括直流保护模块，连接在直流供电电源的正极和切换模块104之间以及直流供电电源的正极和内部供电模块106之间之间，用于对直流供电电源进行保护。
在本实施例中，参见图6，所述直流保护模块包括第一二极管D1和第三二极管D3，其中，第一二极管D1的阳极与直流供电电源的正极连接，第一二极管D1的阴极与切换模块104的第二端连接；第三二极管D3的阳极第一二极管D1的阴极连接，第三二极管D3的阴极与内部供电模块106连接。
其中，第一二极管D1例如为高压大电流二极管，可以对直流供电电源起到反接保护作用。第三二极管D3例如为大电流二极管，在整流输入电压Vin供电时，第三二极管D3防止整流输入电压Vin向直流输入电压Vdc倒灌。在直流输入电压Vin不存在时，第三二极管D3还提供直流供电电源Vdc和内部供电模块106之间的供电路径。
在一个优选地实施例中，所述交直流供电切换电路100还包括交流保护模块，连接在切换模块104的第一输出端和内部供电模块106之间，用于对所述交流供电电源进行保护。
在本实施例中，所述直流保护模块包括第二二极管D2，第二二极管D2的阳极与切换模块104的第一输出端连接，阴极与内部供电模块106连接。第二二极管D2例如为大电流二极管，在直流输入电压Vdc供电时，第二二极管D2防止直流输入电压Vdc向整流输入电压Vin倒灌。
本实施例的其余部分与第一实施例相同，在此不再赘述。
与第一实施例相比，本发明实施例提供的交直流供电切换电路，还可以对直流供电电源和交流供电电源进行保护，例如对直流供电电源进行反接保护，或者在其中一个电源供电时，防止向另外的电源倒灌。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种交直流供电切换装置，包括上述任一所述的交直流供电切换电路。
由于交直流供电切换装置中包括任一所述的交直流供电切换电路，其控制模块根据表征直流采样电压的脉宽调制信号产生控制信号，切换模块根据控制信号选择整流输入电压或直流供电电源产生的直流输入电压之一作为供电电压，为负载供电，实现供电方式的切换，从而在直流供电电源无法为负载供电时，使用交流供电电源为负载进行供电，进而保证负载能够正常运行，提高负载的工作性能。
进一步地，相较于采用成本高的线性光耦采样电压，本申请的直流采样模块通过脉宽调制单元将采样电压由模拟量转换为数字量，再采用传统光耦实现隔离输出到控制模块，取得了同样的隔离效果，可达到同样的采样精度，而且成本更低。
进一步地，交流采样模块将交流采样电压转换成开关信号，并经由光耦单元传输，实现交流隔离采样，避免采样信号传输过程中出现误差，提高采样精度。
进一步地，通过将交流侧整流输入电压的正极、直流侧直流输入电压的正极分别接在同一个继电器的两个动触点上，将交流侧整流输入电压的负极、直流侧直流输入电压的负极分别接在另外的同一个继电器的两个动触点上，使得供电电路在供电时不存在交流侧整流输入电压与直流侧直流输入电压共存的情况，既减少了触电事故的发生，又在供电时提高了功率因数。
进一步地，直流保护模块和交流保护模块分别对直流供电电源和交流供电电源进行保护，例如对直流供电电源进行反接保护，或者在其中一个电源供电时，防止向另外的电源倒灌。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (27)
1.一种交直流供电切换电路，其特征在于，包括：
整流模块，用于对交流供电电源产生的交流输入电压进行整流以产生整流输入电压；
直流采样模块，用于对直流供电电源产生的直流输入电压进行采样以获得表征直流采样电压的第二脉宽调制信号，所述第二脉宽调制信号的占空比表征所述直流采样电压的大小；
控制模块，根据表征直流采样电压的第二脉宽调制信号以及预设占空比产生控制信号；
切换模块，分别与整流模块、直流供电电源以及控制模块连接，根据控制信号选择整流输入电压或直流输入电压之一作为供电电压为负载供电；
其中，所述直流采样模块对直流输入电压进行采样得到直流采样电压，将直流采样电压转换成表征直流采样电压的第一脉宽调制信号，以及将所述第一脉宽调制信号转换成第二脉宽调制信号以隔离传输至控制模块。
2.根据权利要求1所述的交直流供电切换电路，其特征在于，所述直流采样模块包括：
直流采样单元，连接在直流供电电源产生的直流输入电压和接地端之间，用于对直流输入电压进行采样得到直流采样电压；
脉宽调制单元，用于将直流采样电压转换成表征直流采样电压的第一脉宽调制信号；
第一光耦单元，用于将所述第一脉宽调制信号转换成第二脉宽调制信号，并将所述第二脉宽调制信号传输至控制模块，其中，所述第一脉宽调制信号为高压信号，所述第二脉宽调制信号为低压信号。
3.根据权利要求1或2所述的交直流供电切换电路，其特征在于，所述第二脉宽调制信号的占空比与直流采样电压的大小正相关。
4.根据权利要求3所述的交直流供电切换电路，其特征在于，当第二脉宽调制信号的占空比不高于预设占空比时，所述切换模块根据所述控制信号连通交流供电电源与负载之间的供电路径。
5.根据权利要求3所述的交直流供电切换电路，其特征在于，当第二脉宽调制信号的占空比高于预设占空比时，所述切换模块根据所述控制信号连通直流供电电源与负载之间的供电路径。
6.根据权利要求1或2所述的交直流供电切换电路，其特征在于，所述第二脉宽调制信号的占空比与所述直流采样电压的大小反相关。
7.根据权利要求6所述的交直流供电切换电路，其特征在于，当第二脉宽调制信号的占空比不低于预设占空比时，所述切换模块根据所述控制信号连通交流供电电源与负载之间的供电路径。
8.根据权利要求6所述的交直流供电切换电路，其特征在于，当第二脉宽调制信号的占空比低于预设占空比时，所述切换模块根据所述控制信号连通直流供电电源与负载之间的供电路径。
9.根据权利要求1所述的交直流供电切换电路，其特征在于，还包括：
交流采样模块，与所述整流模块连接，用于对整流模块输出的整流输入电压进行采样以获得开关信号，其中，所述开关信号表征所述交流采样电压是否存在。
10.根据权利要求9所述的交直流供电切换电路，其特征在于，所述交流采样模块包括：
交流采样单元，用于对整流输入电压进行采样以获得交流采样电压；
第二光耦单元，用于将所述交流采样电压转换成开关信号，并将所述开关信号传输至控制模块。
11.根据权利要求3所述的交直流供电切换电路，其特征在于，所述切换模块包括：
第一切换单元，用于根据所述控制模块产生的第一控制信号控制充电电阻是否短接；
第二切换单元，用于根据所述控制模块产生的第二控制信号控制切换模块的第一输出端经由所述充电电阻与整流模块的第一输出端和所述直流供电电源的正极中的一个连接；
第三切换单元，用于根据所述控制模块产生的第三控制信号控制切换模块的第二输出端与整流模块的第二输出端和所述直流供电电源的负极中的一个连接；
其中，所述充电电阻的第一端与第二切换单元的输出端连接，第二端与切换模块的第一输出端连接；
所述切换模块的第一输出端和第二输出端之间输出供电电压。
12.根据权利要求11所述的交直流供电切换电路，其特征在于，当第二脉宽调制信号的占空比不高于预设占空比时，第二切换单元控制切换模块的第一输出端与整流模块的第一输出端连接，第三切换单元控制切换模块的第二输出端与整流模块的第二输出端连接；当第二脉宽调制信号的占空比高于预设占空比时，第二切换单元控制切换模块的第一输出端与直流供电电源的正极连接，第三切换单元控制切换模块的第二输出端与直流供电电源的负极连接。
13.根据权利要求11所述的交直流供电切换电路，其特征在于，所述第一切换单元包括第一继电器、第一开关管和第一光耦，
其中，第一继电器的线圈的一端与第一电压连接，第一继电器的线圈的另一端与第一开关管的第一端连接，第一继电器的静触点与充电电阻的第一端连接，第一继电器的动触点与充电电阻的第二端连接；
第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的控制端经由第一光耦接收控制模块产生的第一控制信号。
14.根据权利要求13所述的交直流供电切换电路，其特征在于，所述交直流供电切换电路上电时，控制模块输出的第一控制信号控制第一继电器的静触点和动触点断开；上电预设时间后，控制模块输出的第一控制信号控制第一继电器的静触点和动触点接触。
15.根据权利要求11所述的交直流供电切换电路，其特征在于，所述第二切换单元包括第二继电器、第二开关管和第二光耦，
其中，第二继电器的线圈的一端与第一电压连接，第二继电器的线圈的另一端与第二开关管的第一端连接；
所述第二开关管的第二端接地，所述第二开关管的控制端经由第二光耦接收所述控制模块产生的第二控制信号，所述第二继电器的常闭触点与整流模块的第一输出端连接，所述第二继电器的常开触点与所述直流供电电源的正极连接，第二继电器的静触点经由所述充电电阻与所述切换模块的第一输出端连接。
16.根据权利要求11所述的交直流供电切换电路，其特征在于，所述第三切换单元包括第三继电器、第三开关管和第三光耦，
其中，第三继电器的线圈的一端与第一电压连接，第三继电器的线圈的另一端与第三开关管的第一端连接；
所述第三开关管的第二端接地，所述第三开关管的控制端经由第三光耦接收所述控制模块产生的第三控制信号，所述第三继电器的常闭触点与整流模块的第二输出端连接，所述第三继电器的常开触点与所述直流供电电源的负极连接，第三继电器的静触点与所述切换模块的第二输出端连接。
17.根据权利要求16所述的交直流供电切换电路，其特征在于，当第二脉宽调制信号的占空比不高于预设占空比时，控制模块输出的第二控制信号控制第二继电器的静触点和常闭触点接触以及控制模块输出的第三控制信号控制第三继电器的静触点和常闭触点接触，切换模块的第一输出端与整流模块的第一输出端连接，切换模块的第二输出端与整流模块的第二输出端连接。
18.根据权利要求16所述的交直流供电切换电路，其特征在于，当第二脉宽调制信号的占空比高于预设占空比时，控制模块输出的第二控制信号控制第二继电器的静触点和常开触点接触以及控制模块输出的第三控制信号控制第三继电器的静触点和常开触点接触，切换模块的第一输出端与直流供电电源的正极连接，切换模块的第二输出端与直流供电电源的负极连接。
19.根据权利要求11所述的交直流供电切换电路，其特征在于，还包括：
第四切换单元，用于根据所述控制模块产生的第四控制信号控制切换模块的第二输出端与直流供电电源的负极之间的路径导通或者断开。
20.根据权利要求19所述的交直流供电切换电路，其特征在于，所述交直流供电切换电路刚上电时，所述第四控制信号控制切换模块的第二输出端与直流供电电源的负极之间的路径导通；上电预设时间后所述第四控制信号控制切换模块的第二输出端与直流供电电源的负极之间的路径断开。
21.根据权利要求20所述的交直流供电切换电路，其特征在于，所述第四切换单元包括第四继电器和第四开关管，
其中，第四继电器的线圈的一端与第一电压连接，第四继电器的线圈的另一端与第四开关管的第一端连接，第四继电器的常闭触点与所述直流供电电源的负极连接，第四继电器的常开触点悬空，第四继电器的静触点与接地端连接；
第四开关管的第二端接地，第四开关管的控制端经由第四光耦接收第四控制信号。
22.根据权利要求11所述的交直流供电切换电路，其特征在于，还包括：
内部供电模块，与切换模块连接，用于将供电电压转换成内部供电电压，其中，所述内部供电电压包括第一电压和第二电压，第一电压用于向切换模块中的继电器供电，第二电压用于向控制模块和切换模块中的光耦供电。
23.根据权利要求22所述的交直流供电切换电路，其特征在于，还包括：
直流保护模块，连接在直流供电电源的正极和切换模块的第二端之间，以及直流供电电源的正极和内部供电模块之间，用于对所述直流供电电源进行保护。
24.根据权利要求23所述的交直流供电切换电路，其特征在于，所述直流保护模块包括第一二极管和第三二极管，
其中，第一二极管的阳极与直流供电电源的正极连接，第一二极管的阴极与切换模块的第二端连接；
第三二极管的阳极与第一二极管的阴极连接，第三二极管的阴极与内部供电模块连接。
25.根据权利要求22所述的交直流供电切换电路，其特征在于，还包括：
交流保护模块，连接在切换模块的第一输出端和内部供电模块之间，用于对所述交流供电电源进行保护。
26.根据权利要求25所述的交直流供电切换电路，其特征在于，所述交流保护模块包括第二二极管，第二二极管的阳极与切换模块的第一输出端连接，阴极与内部供电模块连接。
27.一种交直流供电切换装置，其特征在于，包括如权利要求1-26中任一项所述的交直流供电切换电路。
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