CN200950553Y - 智能双电源自动转换开关的电路装置 - Google Patents

Abstract

一种智能双电源自动转换开关的电路装置，它包括一个智能型双电源自动转换开关控制电路，该控制电路包括输入级干扰抑制电路，电压采样电路，采样隔离电路，反馈信号隔离电路，消防信号隔离电路、CPU电路，LED(LCD)显示及键盘驱动电路，LED(LCD)显示电路，键盘及参数设置电路，电气联锁电路，驱动放大隔离电路，输出级干扰抑制电路，电源级干扰抑制及隔离电路、控制电路电源，驱动电路电源，基准电压电路，CPU储能电路，复位电路，时钟芯片和工业级串行接口电路。它通过完善的电磁干扰抑制措施和电气联锁措施，有效地提高了智能双电源自动转换开关(ATS)的可靠性，能够有效解决ATS的误动作问题。

Description

智能双电源自动转换开关的电路装置

技术领域：

本实用新型涉及一种双电源自动转换开关，尤其是智能型双电源自动转换开关的电气联锁控制电路和抗干扰电路，该电路能够有效解决智能双电源自动转换开关的误动作问题。

背景技术：

目前，公知的智能型双电源自动转换开关(以下简称ATS)，普遍具有机械联锁装置，但机械联锁装置仅能够保证双路电源不能同时合闸，而对于控制电路发出的误动作信号不能有效识别；另一方面，目前技术的智能型双电源自动转换开关，其CPU程序中或输出端口上虽然有驱动互锁，但在硬件线路上，CPU输出信号是直接接到隔离、驱动放大电路，因此在上电复位、程序跑飞或CPU输出信号端受到电磁干扰时同样有可能发出误动作信号，引起误动作，造成转换失败，或是引发故障。由于智能型双电源自动转换开关一般应用在强电磁环境中，电磁干扰的传播途径又很多，智能型双电源自动转换开关难免受到电磁干扰的影响，可能就会产生误动作。如中国专利公开的“一种电源自动切换开关”(ZL200420037057.0，公告日：2005年9月21日)，包括电操机构，该电操机构包括有分别连接主电源和备用电源的两路电源进线和连接负载的一路电源出线，用于切换主电源和备用电源，其特征在于该电源切换开关包括一个CPU控制电路，所述的CPU控制电路包括信号检测电路，用于检测主电源和备用电源的供电情况；A/D转换电路，将检测到的模拟信号转换成数字信号；电源板，CPU控制电路电源；功率模块，用于放大CPU的输出控制信号。它回路简单、维修方便，但抑制电磁干扰性能差，容易产生误动作。

实用新型内容：

为了克服电磁干扰引起的误动作问题，本实用新型提供一种智能双电源自动转换开关的电路装置，以提高智能双电源自动转换开关的可靠性。

本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：一种智能双电源自动转换开关的电路装置，它包括一个智能型双电源自动转换开关控制电路，该控制电路由电源单元A、I/O单元、CPU单元和键盘显示单元组成，I/O单元是CPU单元的输入输出电路，键盘显示单元是CPU单元的人机交互电路；电源单元由电源级干扰抑制及隔离电路、控制电路电源和驱动电路电源组成，外部输入的交流电压经电源级干扰抑制及隔离电路电磁隔离、降压、干扰抑制、整流、滤波后形成较低的直流电压供给控制电路电源和驱动电路电源，控制电路电源将电源级干扰抑制及隔离电路输入的直流电压进行稳压后供给CPU单元，驱动电路电源将电源级干扰抑制及隔离电路输入的直流电压进行稳压后供给I/O单元的驱动放大隔离电路；I/O单元由输入级干扰抑制电路、电压采样电路、采样隔离电路、反馈信号隔离电路、消防信号隔离电路、串口干扰抑制电路、驱动放大隔离电路和输出级干扰抑制电路组成，电压采样电路将输入的电源电压经降压、采样后形成与输入电压成线性比例的直流低压，采样隔离电路、反馈信号隔离电路、消防信号隔离电路将通过I/O单元处理后的信号进行光电隔离，串口干扰抑制电路抑制外部和CPU单元的电磁干扰，防止干扰串入工业级串行接口电路，驱动放大隔离电路将CPU单元的输出控制信号进行隔离和功率放大，输出级干扰抑制电路让放大后的信号正常通过而将外部的干扰隔离，防止干扰的串入；CPU单元由基准电压电路、CPU储能电路、复位电路、CPU电路、工业级串行接口电路、电气联锁电路和时钟芯片组成，基准电压电路为CPU电路的A/D电路提供基准电压，CPU储能电路为CPU电路提供后备工作电源，复位电路是上电复位和手动复位电路，CPU电路接受输入的各种信号，并依据程序设定做出判断，发出各种执行信号，整理、分析、储存即时数据，并通过工业级串行接口电路与外部进行通讯，通过键盘显示单元与操作人员进行交流；键盘显示单元由LED(LCD)显示及键盘驱动电路、LED(LCD)显示电路、键盘及参数设置电路组成，LED(LCD)显示及键盘驱动电路将CPU电路输出的数据转换成LED(LCD)显示电路的驱动信号，也能将键盘及参数设置电路键入的数据转换成CPU电路可识别的信号，LED(LCD)显示电路显示CPU电路输出的各类数据，键盘及参数设置电路接受操作人员键入的各类数据，然后通过LED(LCD)显示及键盘驱动电路23转发给CPU电路。

本实用新型的有益效果是，通过完善的电磁干扰抑制措施和电气联锁措施，有效地提高了智能双电源自动转换开关(ATS)的可靠性，能够有效解决ATS的误动作问题。

附图说明：

图1是本电路装置的电路系统结构图。

图中各功能模块说明如下：电源单元A：分别从常用电源N和备用电源R任取一相(或同时取三相)作为交流输入，输出为直流，输入输出之间采用电磁方式隔离，为电路装置提供工作电源。I/O单元B：电路装置的信号输入/输出、信号采样、干扰抑制、隔离和放大电路。CPU单元C：电路装置的智能逻辑功能电路。键盘显示单元D：电路装置的人机界面电路。

图中：1、常用电源N：从ATS常用电源N取到的各相电压信号。2、备用电源R：从ATS备用电源R取到的各相电压信号。3、ATS主触头位置反馈信号及脱扣信号：从ATS主开关取到的主触头位置反馈信号及脱扣信号。4、消防信号：ATS与外部消防系统的接口。5、强制分断信号：ATS与外部强制分断信号的接口。6-8、输入级干扰抑制电路：信号输入级的电磁干扰抑制电路。9、电压采样电路：对输入的模拟电压信号进行恒定比例线性采样的电路。10、采样隔离电路：对输入的采样信号进行电气隔离(采用电磁或光电隔离形式)的电路。11、反馈信号隔离电路：对输入的反馈信号进行电气隔离(采用电磁或光电隔离形式)的电路。12、消防信号隔离电路：对输入的消防信号和强制分断信号进行电气隔离(采用电磁或光电隔离形式)的电路。13、电源级干扰抑制及隔离电路：对输入的电源电压进行电磁干扰抑制和电气隔离(采用电磁或光电隔离形式)的电路。14、控制电路电源：为控制电路提供直流电源的电路，一般为+5V。15、驱动电路电源：为驱动放大隔离电路提供直流电源的电路，一般为+12V。16、基准电压电路：为CPU电路19中A/D部分提供基准电压的电路。17、CPU储能电路：为CPU电路提供短时应急电能的电路。18、复位电路：为CPU电路等数字逻辑电路提供上电复位和手动复位的电路。19、CPU电路：控制电路的核心，智能数字逻辑功能单元。20、工业级串行接口电路：ATS与外部的通讯接口。21、串口干扰抑制电路：通讯接口的电磁干扰抑制电路。22、PC机后台监控程序、上位机或其它智能系统：ATS的PC机后台监控程序、监控ATS的上位机、或能与ATS联机通讯的其它智能系统。23、LED(LCD)显示及键盘驱动电路：LED(LCD)显示及键盘驱动的接口电路。24、LED(LCD)显示电路：LED(LCD)显示电路，显示ATS的各种工作状态及参数。25、键盘及参数设置电路：ATS的键盘电路，通过键盘可以设置ATS的各项参数。26、电气联锁电路：可保证在任何情况下ATS的常用电源N和备用电源R均不能同时接通。27、时钟芯片：为ATS提供时钟功能的芯片，是实现ATS定时、日志、同步等智能扩充功能的基础。28、驱动放大隔离电路：对ATS输出的驱动信号进行放大隔离的电路。29、输出级干扰抑制电路：输出级的电磁干扰抑制电路。30、电机或线圈动作信号接口：ATS与动作电机或动作线圈的接口。31、ATS状态远程显示信号接口：ATS输出的状态信号的远程显示接口。32、发电机启停信号接口：对发电机组发出启动或停止信号的接口。

具体实施方式：

下面结合实施例及附图对本实用新型再描述。

参见图1，一种智能双电源自动转换开关的电路装置，它包括一个智能型双电源自动转换开关控制电路，该控制电路由电源单元A、I/O单元B、CPU单元C和键盘显示单元D组成，I/O单元B是CPU单元C的输入输出电路，键盘显示单元D是CPU单元C的人机交互电路；电源单元A由电源级干扰抑制及隔离电路13、控制电路电源14和驱动电路电源15组成，外部输入的交流电压经电源级干扰抑制及隔离电路13电磁隔离、降压、干扰抑制、整流、滤波后形成较低的直流电压供给控制电路电源14和驱动电路电源15，控制电路电源14将电源级干扰抑制及隔离电路13输入的直流电压进行稳压后供给CPU单元C，驱动电路电源15将电源级干扰抑制及隔离电路13输入的直流电压进行稳压后供给I/O单元B的驱动放大隔离电路28；I/O单元B由输入级干扰抑制电路6、7、8、电压采样电路9、采样隔离电路10、反馈信号隔离电路11、消防信号隔离电路12、串口干扰抑制电路21、驱动放大隔离电路28和输出级干扰抑制电路29组成，电压采样电路9将输入的电源电压经降压、采样后形成与输入电压成线性比例的直流低压，采样隔离电路10、反馈信号隔离电路11、消防信号隔离电路12将通过I/O单元B处理后的信号进行光电隔离，串口干扰抑制电路21抑制外部和CPU单元C的电磁干扰，防止干扰串入工业级串行接口电路20，驱动放大隔离电路28将CPU单元C的输出控制信号进行隔离和功率放大，输出级干扰抑制电路29让放大后的信号正常通过而将外部的干扰隔离，防止干扰的串入；CPU单元C由基准电压电路16、CPU储能电路17、复位电路18、CPU电路19、工业级串行接口电路20、电气联锁电路26和时钟芯片27组成，基准电压电路16为CPU电路19的A/D电路提供基准电压，CPU储能电路17为CPU电路19提供后备工作电源，复位电路18是上电复位和手动复位电路，CPU电路19接受输入的各种信号，并依据程序设定做出判断，发出各种执行信号，整理、分析、储存即时数据，并通过工业级串行接口电路20与外部进行通讯，通过键盘显示单元D与操作人员进行交流；键盘显示单元D由LED(LCD)显示及键盘驱动电路23、LED(LCD)显示电路24、键盘及参数设置电路25组成，LED(LCD)显示及键盘驱动电路23将CPU电路19输出的数据转换成LED(LCD)显示电路24的驱动信号，也能将键盘及参数设置电路25键入的数据转换成CPU电路19可识别的信号，LED(LCD)显示电路24显示CPU电路19输出的各类数据，键盘及参数设置电路25接受操作人员键入的各类数据，然后通过LED(LCD)显示及键盘驱动电路23转发给CPU电路19。

参见图1，CPU电路19是型号为PIC16F877的芯片。

参见图1，电源单元A为电路装置提供工作电源，CPU单元C是电路装置的核心单元，也是本电路装置受到电磁干扰后最易产生误动作的电路，因此本电路的所有干扰抑制措施均是针对CPU单元C而设计的。控制电路电源14和驱动电路电源15在电气上是隔离的，这就杜绝了电磁干扰从电路装置的输出端口直接串入CPU单元C。输入级干扰抑制电路6、7、8是电路装置的输入端口干扰抑制电路，针对输入信号的不同，其电路构成不同，但产生的效果是一致的，均是抑制电磁干扰信号的串入，而让有效的信号正常通过。采样隔离电路10、反馈信号隔离电路11、消防信号隔离电路12进一步消弱电磁干扰对CPU单元C的影响。串口干扰抑制电路21将外部PC机后台监控程序、上位机或其它智能系统22和CPU单元C的工业级串行接口电路20进行有效的电磁干扰抑制，防止干扰串入工业级串行接口电路20。CPU单元C是实现电路装置设定功能的电路，由16、17、18、19、20、26、27组成。16为19的A/D电路提供基准电压。CPU电路19是本电路装置的核心，键盘显示单元D实现电路装置与操作人员的现场交互。

按照优先级的高低，ATS被设置有“手动”、“电动”和“自动”三种工作模式，但这三种工作模式不能同时应用。“手动”、“电动”这两种工作模式应用在调试、安装、维修等特殊时段，一般情况下，ATS均工作在“自动”工作模式。下面以工作在“自动”工作模式下的ATS说明本电路装置的工作原理。

功能描述：本电路装置通过对常用电源N和备用电源R的各项电气参数(如电压、频率等)进行实时监测，并实时与电气参数的设定值进行比较，判断出常用电源N和备用电源R是否正常，再依据设定的转换模式，决定ATS主触头的位置，然后依据设定的延时时间发出相应的动作信号。

参见图1，干扰抑制原理：在上述过程中，任何窜入的电磁干扰，只要满足一定条件均可对电路装置的正常工作产生干扰，引起误动作，甚至造成电路损坏。因此，在电磁干扰对电路装置造成影响之前，对它进行有效的抑制，即可消除电磁干扰对电路装置的影响。本电路装置在电源单元A和I/O单元B中可能会窜入电磁干扰的通道上均增设了专职的输入级干扰抑制电路6、7、8、电源级干扰抑制及隔离电路13、串口干扰抑制电路21、输出级干扰抑制电路29，在CPU单元C中的各种去藕电容、高频瓷珠、中低频电感、Watch dog timer(WDT)和CPU储能电路17也是有效的干扰抑制措施，同时各级的隔离电路如采样隔离电路10、反馈信号隔离电路11、消防信号隔离电路12、驱动放大隔离电路28也具有一定的干扰抑制能力。电气联锁电路26是针对ATS动作特性而专门设置的电路，它能有效消除任何原因引起的“常用电源N的主触头和备用电源R的主触头同时接通”这一误动作。

工作原理简述：

(1)消防信号4和强制分断信号5是优先级信号，当电路装置收到这两种外部信号的任何一种时，均输出分断信号，强制ATS的所有主触头分断。(2)输入常用电源N1、备用电源R2经输入级干扰抑制电路6、电压采样电路9、采样隔离电路10后进入CPU电路19，再经CPU电路19的A/D转换为CPU可识别的数字类数据。CPU将此数据与程序中的设定值进行比较，以确定是否在正常范围内，如果在正常范围内，则判定相应的电源(如常用电源N或备用电源R)为正常，否则即为异常。(3)输入的ATS主触头位置反馈信号及脱扣信号3经输入级干扰抑制电路7、反馈信号隔离电路1)后进入CPU电路19，成为CPU可识别的逻辑值。(4)在没有消防信号4和强制分断信号5的情况下，CPU根据以上两步生成的逻辑值，再综合程序中设定的转换方式，输出相应的一组动作信号，该组信号经电气联锁电路26、驱动放大隔离电路28、输出级干扰抑制电路29后驱动相应的电机或线圈，使主触头达到预定的位置。(5)LED(LCD)显示及键盘驱动电路23、LED(LCD)显示电路24、键盘及参数设置电路25与CPU电路19组成电路装置的人机界面部分。通过、LED(LCD)显示电路24，能实时显示ATS的运行状态及各类参数的实时值；通过键盘及参数设置电路25，能查询程序记录的ATS运行日志和修改ATS的各种运行参数的设定值，并提供自动/电动操作功能；通过CPU电路19，能提供手动复位功能。LED(LCD)显示及键盘驱动电路23是LED(LCD)显示电路24、键盘及参数设置电路25与CPU电路19的接口电路。(6)工业级串行接口电路20、串口干扰抑制电路21为电路装置提供串口通讯功能，通过程序支持ATS与PC机后台监控程序、上位机或其它智能系统22的联机功能。(7)电源级干扰抑制及隔离电路13、控制电路电源14、驱动电路电源15为电路装置提供可靠的工作能源。(8)时钟芯片27为电路装置提供时钟功能，同时这也是与时钟相关的ATS扩展功能(如日志、定时、同步等)的基础。(9)基准电压电路16为电路装置的A/D部分提供电压基准。

Claims (2)

1、一种智能双电源自动转换开关的电路装置，它包括一个智能型双电源自动转换开关控制电路，其特征在于：该控制电路由电源单元(A)、I/O单元(B)、CPU单元(C)和键盘显示单元(D)组成，I/O单元(B)是CPU单元(C)的输入输出电路，键盘显示单元(D)是CPU单元(C)的人机交互电路；电源单元(A)由电源级干扰抑制及隔离电路(13)、控制电路电源(14)和驱动电路电源(15)组成，外部输入的交流电压经电源级干扰抑制及隔离电路(13)电磁隔离、降压、干扰抑制、整流、滤波后形成较低的直流电压供给控制电路电源(14)和驱动电路电源(15)，控制电路电源(14)将电源级干扰抑制及隔离电路(13)输入的直流电压进行稳压后供给CPU单元(C)，驱动电路电源(15)将电源级干扰抑制及隔离电路(13)输入的直流电压进行稳压后供给I/O单元(B)的驱动放大隔离电路(28)；I/O单元(B)由输入级干扰抑制电路(6)、(7)、(8)、电压采样电路(9)、采样隔离电路(10)、反馈信号隔离电路(11)、消防信号隔离电路(12)、串口干扰抑制电路(21)、驱动放大隔离电路(28)和输出级干扰抑制电路(29)组成，电压采样电路(9)将输入的电源电压经降压、采样后形成与输入电压成线性比例的直流低压，采样隔离电路(10)、反馈信号隔离电路(11)、消防信号隔离电路(12)将通过I/O单元(B)处理后的信号进行光电隔离，串口干扰抑制电路(21)抑制外部和CPU单元(C)的电磁干扰，防止干扰串入工业级串行接口电路(20)，驱动放大隔离电路(28)将CPU单元(C)的输出控制信号进行隔离和功率放大，输出级干扰抑制电路(29)让放大后的信号正常通过而将外部的干扰隔离，防止干扰的串入；CPU单元(C)由基准电压电路(16)、CPU储能电路(17)、复位电路(18)、CPU电路(19)、工业级串行接口电路(20)、电气联锁电路(260和时钟芯片(27)组成，基准电压电路(16)为CPU电路(19)的A/D电路提供基准电压，CPU储能电路(17)为CPU电路(19)提供后备工作电源，复位电路(18)是上电复位和手动复位电路，CPU电路(19)接受输入的各种信号，并依据程序设定做出判断，发出各种执行信号，整理、分析、储存即时数据，并通过工业级串行接口电路(20)与外部进行通讯，通过键盘显示单元(D)与操作人员进行交流；键盘显示单元(D)由LED(LCD)显示及键盘驱动电路(23)、LED(LCD)显示电路(24)、键盘及参数设置电路(25)组成，LED(LCD)显示及键盘驱动电路(23)将CPU电路(19)输出的数据转换成LED(LCD)显示电路(24)的驱动信号，也能将键盘及参数设置电路(25)键入的数据转换成CPU电路(19)可识别的信号，LED(LCD)显示电路(24)显示CPU电路(19)输出的各类数据，键盘及参数设置电路(25)接受操作人员键入的各类数据，然后通过LED(LCD)显示及键盘驱动电路(23)转发给CPU电路(19)。

2、根据权利要求1所述的智能双电源自动转换开关的电路装置，其特征在于：CPU电路(19)是型号为PIC16F877的芯片。

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