CN201536273U

CN201536273U - 一种双电源转换静态开关

Info

Publication number: CN201536273U
Application number: CN2009202384528U
Authority: CN
Inventors: 罗蜂; 潘世高; 黄敏
Original assignee: Foshan Baykee Electric Power Equipments Co Ltd
Current assignee: Foshan Burke New Energy Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2019-11-04

Abstract

本实用新型公开了一种新型双电源转换静态开关，包括第一路交流输入检测电路、第二路交流输入检测电路、单片机控制电路、第一路切换静态开关驱动电路，第二路切换静态开关驱动电路；所述两路交流输入检测电路各自的采用信号输出接入单片机控制电路上对应的信号输入脚，单片机控制电路上的两路切换信号输出脚各自对应连接到切换静态开关驱动电路的输入端，单片机控制电路根据检测到的采样信号来对应驱动自动切换到其中一路交流电源上。本实用新型与现有技术相比，具有以下特点：能利用单片机的捕捉功能实现对两路交流的频率和相位的测量；实现自动先入为主和手动主/备转换功能；利用光耦进行隔离驱动可控硅切换。

Description

一种双电源转换静态开关

技术领域：

本实用新型属于涉及一种电源转换静态开关，特别是涉及一种新型双电源转换静态开关。

背景技术：

现在很多设备已经采用了双供电系统以保证供电的延续性，因此两路电源的切换效果会直接影响设备的使用，现有的双电源转换开关已经实现了两路电路的自动切换，但切换往往只是由简单的双路接触器控制而成，其缺点是工作稳定性差，故障率高，且无法实现智能控制。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种工作稳定性高，故障率低的双电源转换静态开关。

本实用新型的目的可以通过以下方案实现：一种双电源转换静态开关，包括第一路交流输入检测电路、第二路交流输入检测电路、单片机控制电路、第一路切换静态开关驱动电路，第二路切换静态开关驱动电路；所述两路交流输入检测电路各自的采用信号输出接入单片机控制电路上对应的信号输入脚，单片机控制电路上的两路切换信号输出脚各自对应连接到切换静态开关驱动电路的输入端，单片机控制电路根据检测到的采样信号来对应驱动自动切换到其中一路交流电源上。

所述每路交流输入检测电路包括过零比较器、三极管、电阻；交流采样信号通过分压电阻连接到所述过零比较器的同相输入端；所述过零比较器的反相输入端通过参考电阻接地；所述过零比较器的输出端通过反馈电阻连接到同相输入端；所述过零比较器的输出端通过耦合电阻连接到所述三极管的基极；所述三极管发射极接地；所述三极管集电极连接到所述单片机控制电路的采样信号输入端。

所述每路切换静态开关驱动电路包括两个光耦、两个可控硅、驱动三极管；两个可控硅反向并联，可控硅反向并联后的一端连接其中一路电源的火线，另一端连接交流电源输出端；所述三极管基极连接所述单片机控制电路上其中一路切换驱动输出端，三极管发射极接地；连接所述两个光耦初级的发光二极管正向串接，串接后的阴极连接驱动三极管集电极；所述每个光耦的次级输出通过电阻各自连接一个可控硅的控制极。

本实用新型还包括手动/自动转换开关、主/备切换开关，所述手动/自动转换开关与所述单片机控制电路上手动/自动转换触发信号输入端连接；所述主/备选择开关与所述单片机控制电路上主/备选择触发信号输入端连接，实现手动切换和主/备的选择。

本实用新型还包括指示电路，所述指示电路与所述单片机控制电路上状态信号输出端连接，以显示各种实时状态信息。

本实用新型还包括输出电流采样电路，所述输出电流采样电路由互感器连接在交流电源输出线上，经过整流滤波后连接所述单片机采样电流输入端，以实现输出保护。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：

1.利用交流输入检测电路产生两路交流的频率和相位信号；

2.能利用单片机的捕捉功能实现对两路交流的频率和相位的测量；

3.实现自动先入为主和手动主/备转换功能；

4.利用光耦进行隔离驱动可控硅切换；

5.具有状态指示电路，显示电源工作中的实时状态；

6.具有输出采用电路，能实现电源的输出保护。

附图说明：

图1为本实用新型一种新型双电源转换静态开关的结构示意框图；

图2为本实用新型的工作流程框图；

图3为本实用新型中单片机供电电路的电路原理图；

图4为本实用新型中交流输入检测电路的电路原理图；

图5为本实用新型中单片机控制电路的电路原理图；

图6为本实用新型中切换静态开关驱动电路原理图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行进一步的说明。

如图1所示为本实用新型一种新型双电源转换静态开关的结构示意图，一种新型双电源转换静态开关，包括第一路交流输入检测电路、第二路交流输入检测电路、单片机控制电路、第一路切换静态开关驱动电路，第二路切换静态开关驱动电路，指示电路、手动/自动转换开关、主/备选择开关、输出电流采样电路；所述两路交流输入检测电路各自的采样信号输出接入单片机控制电路上对应的信号输入脚；单片机控制电路上的两路切换信号输出脚各自对应连接到切换静态开关驱动电路的输入端；所述手动/自动转换开关与所述单片机控制电路上手动/自动转换触发信号输入端连接；所述主/备选择开关与所述单片机控制电路上主/备选择触发信号输入端连接。指示电路与所述单片机控制电路上状态信号输出端连接。输出电流采样电路由互感器连接在交流电源输出线上，经过整流滤波后连接所述单片机采样电流输入端。所述单片机控制电路采用MICROCHIP公司的单片机(PIC16F73)，此单片机有8位5通道的A/D、24个I/O、16位定时器，外围电路简单。该双电源转换静态开关利用单片机的捕捉功能实现对两路交流的频率和相位的测量。

本电路采用手动/自动两种工作模式，当自动工作模式时采用先入为主，并点亮该路的指示灯，若一路电出现故障时，会自动快速的切换到二路电源上。

当设置为手动工作模式时，只要主电正常时，都要转换到主电供电，只要当主电出现异常时，切换到备用电供电，当主用电恢复正常时自动转换到主电供电。

两路交流输入检测电路是单片机控制电路对两路输入的交流电进行检测，电压信号送单片机的进行A/D转换，频率送单片机的CCP进行周期时间和零点测量。指示电路则是对当前的工作状态进行指示。

光耦隔离驱动静态开关电路，是单片机控制两路交流电进行切换的主电路。因为控制的是交流电路，采用两个单相可控硅反向并联，正半周时通过正向的可控硅，负半周时通过另一个可控硅，单片机发出控制信号，控制光耦导通，触发可控硅导通，利用光耦进行隔离驱动可控硅切换。。

如图2所示为本实用新型的工作流程图，新型双电源转换静态开关开始工作后首先进入初始化状态，之后判断供电系统是否已经关闭，如果关闭，则切断输出，进入测量模块；如果没有关闭，则判断此双电源转换静态开关是否工作在自动模式，如果是则采用先入为主用电的工作方式；如果不是则转手动设置之用电的工作方式，之后计算两个输入通电的电压有效值，并对市电波形进行分析，如果是因为掉电而产生的波形突变则置市电异常标志，随后判断当前回路的电压有没有异常，如果出现异常，则置主电异常标志并切换到备用电；如果没有出现异常，则切换为主用电，并在不进行手动主-备切换的情况下进入到测量模块，如果进行了手动主-备切换，则切换为备用电后进入测量模块，之后依次进入显示模块、保护模块、报警模块并重新进行系统是否关闭的判断。

如图3所示为本实用新型中单片机供电电路的电路图，双电源转换静态开关由两路交流供电，CN1为一路交流输入，交流电输入通过SW1开关控制，当开关闭合时市电经F1保险丝后连接到变压器T1，然后通过D1、D4全波整流，C1、C2滤波成直流，后经U1(LM7805)稳压输出+5V的直流供电单片机控制电路，C3、C4为滤波电容；CN2为二路交流输入，交流电输入通过SW2开关控制，当开关闭合时市电经F2保险丝后连接到变压器T2，然后通过D5、D8全波整流，并联到一路直流上，实现两路交流供电。

如图4所示为本实用新型中交流输入检测电路，用于频率和相位的测检。两路交流输入检测电路采用相同的电路连接方式，其中一路交流输入检测电路包括过零比较器U5A、三极管Q3、电容C12、电阻R13～R15、R17、R19、R20、R23，1路交流信号AC1通过分压电阻R14、R19分压连接电阻R15后连接到所述过零比较器U5A的同相输入端3；所述过零比较器U5A的反相输入端2通过电阻R23接地；所述过零比较器U5A的输出端1通过反馈电阻R13连接到同相输入端3；所述过零比较器的输出端1通过电阻R20连接到所述三极管Q3的基极；所述三极管Q3发射极接地；5V电源通过电阻R17接所述三极管Q3集电极，所述三极管Q3集电极经过滤波电容C12连接到所述单片机控制电路的相应端口；另一路交流输入检测电路包括比较器U5B、三极管Q7、电容C14、电阻R27～R29、R32、R33、R35、R37，连接到所述单片机控制电路的相应端口，具体连接方式和原理与上述相同。

其中，AC1是一路交流的采样信号，用于频率和相位检测，经U5进行过零比较产生一个过零点跳变的方波信号；R14和R19分压和通过R15送到同相端3脚，2脚反相效端通过R23接地；R13为正反馈电阻，防止在过零点失调电压产生多次跳变；Q3为电平转换，将U5输出的信号转换成单片机的5V电平；U-AC1为1路交流电压的采样信号。

AC2为另一路路交流的采样信号，用于频率和相位检测，经U5进行过零比较产生一个过零点跳变的方波信号；R28和R33分压和通过R29送到同相端5脚，6脚反相效端通过R37接地；R27为正反馈电阻，防止在过零点失调电压产生多次跳变；Q7为电平转换，将U5输出的信号转换成单片机的5V电平；U-AC2为2路交流电压的采样信号。另外上述频率和相位测检电路也可用其他常用交流频率和相位测检电路实现。

如图5所示为本实用新型中单片机控制电路的电路图，单片机控制电路包括单片机U2，电阻R1～R8、R39～R41、R45，发光二极管LED1～LED3，电容C5～C10、C15～C17，晶振CY1，开关S1～S3，蜂鸣器BU1，二极管D9、D10、D15和三极管Q9，5V电压分别通过所述电阻R1和LED1、所述R2和LED2、所述R3和LED3接入所述单片机U2的27、26、25脚；U-AC1通过所述分压电阻R4、R6接入所述单片机U2的3脚，3脚同时通过所述钳位二极管D10接5V电源、通过所述滤波电容C6接地；U-AC2通过所述分压电阻R5、R7接入所述单片机U2的2脚，2脚同时通过所述钳位二极管D9接5V电源、通过所述滤波电容C7接地；5V电源通过所述电阻R8接所述电容C10后接地，所述单片机U2的1脚接于所述电阻R8与所述电容C10之间；所述单片机U2的16脚通过所述电阻R45接所述三极管Q9的基极，Q9的发射极接地、集电极接所述二极管D15的正极，D15的负极接5V电源，所述蜂鸣器BU1并接于所述二极管D15两端；所述单片机U2的22脚连接所述电容C16、电阻R40组成的并联回路的一端后通过开关S2接5V电源，C16、R40组成的并联回路的另一端接地；所述单片机U2的23脚与所述电容C15、电阻R39、开关S1组成与上述U2的22脚、电容C16、电阻R40、开关S2相同电路结构的回路；所述单片机U2的24脚与所述电容C17、电阻R41、开关S3组成与上述U2的22脚、电容C16、电阻R40、开关S2相同电路结构的回路。

单片机U2实现对整机的控制，其管脚与外部电路的功能说明为：9、10脚和外部的晶振CY1、C8、C9组成内部的时钟电路；1脚为复位电路，上电时通过R8对C10充电，完成复位；2脚为2路输入电压的采样转换成数字信号，R5、R7分压后送到单片机的2脚；3脚为1路输入电压的采样转换成数字信号，R4、R6分压后送到单片机的3脚，D9、D10为钳位二极管，C6、C7为高频流波电容，滤出采样信号作的杂波；3脚为输入电流采样转换成数字信号，当输入电流过流时进行保护：当负载过载10％延时10分钟保护，并间隔4秒报警1秒，负载过载125％延时1分钟保护并间隔2秒报警1秒，负载过载150％延时立即保护，蜂鸣器长鸣，负载保护后重复启动三次，如果负载没有恢复正常将关机停止工作，只有进行手动开机才能重新运行；13脚F-AC1为1路输入频率相位测量信号脚，连接到单片机内部的CCP1，捕捉功能脚，对交流信号成周期时间进行测量，并在过零点跳变信号产生中断；12脚F-AC2为2路输入频率相位测量信号脚，连接到单片机内部的CCP2，捕捉功能脚，对交流信号成周期时间进行测量，并在过零点跳变信号产生中断；15脚为1路交流输出静态开关控制信号端，当输出为高电平时触发1路交流的可控硅导通，转为1路供电；14脚为2路交流输出静态开关控制信号端，当输出为高电平时触发2路交流的可控硅导通，转为2路供电；25脚为1路交流主用指示灯，当单片机检测到1路交流正常并切换到1路输出时，25脚由高电平转为低电平，LED3点亮，R3为限流电阻；26脚为2路交流主用指示灯，当单片机检测到2路交流正常并切换到2路输出时，26脚由高电平转为低电平，LED2点亮，R2为限流电阻；27脚为自动模式工作指示灯，当电压正常工作时27脚由高电平转为低电平，LED1点亮，R1为限流电阻。当操作手动模式开关时(闭合S1)，单片机检测到23脚由低电平转换为高电平时，转换成手动模式，27脚输出为高电平，关闭LED1指示灯，并根据1路或2路转换主用电开关(S2)的状态(断开时1路为主用，闭合时2路为主用。即单片机的22脚低电平时为1路为主用，高电平时为2路为主用)进行相应的切换操作；16脚为报警控制信号脚，但报警时输出高电平通过R45驱动Q9导通蜂鸣器BU1鸣叫，当低电平时，停止鸣叫。

如图6所示为本实用新型中切换静态开关驱动电路图，包括光耦U3、光耦U4、可控硅Q1、可控硅Q2、三极管Q4、光耦U6、光耦U7、可控硅Q5、可控硅Q6、三极管Q8、输出电流互感器CT1；反向并联的所述可控硅Q1和可控硅Q2一端连接一路电源的火线，另一端连接输出；反向并联的所述可控硅Q5和可控硅Q6一端连接二路电源的火线，另一端连接输出；所述三极管Q4基极连接所述单片机控制电路，发射极接地，集电极连接所述光耦U4的初级；所述光耦U3初级的负极与所述光耦U4初级的正极连接；所述光耦U3次级通过电阻R9连接所述可控硅Q2的控制极；所述光耦U4次级连接所述可控硅Q1的控制极；所述光耦U3、光耦U4次级通过电阻连接；所述三级管Q8基极连接所述单片机控制电路，发射极接地，集电极连接所述光耦U7的初级的负极；所述光耦U7初级的负极与所述光耦U6初级的正极连接；所述光耦U6次级通过电阻R24连接所述可控硅Q2的控制极；所述光耦U7次级连接所述可控硅Q6的控制极；所述光耦U6、光耦U7次级通过电阻连接；所述输出电流互感器CT1连接在电源输出线上，经过整流滤波后连接所述单片机采样电路电流输入端。

静态开关是主要的双电源功率转换控制开关，只控制交流的火线，零线不作控制。CN3为1路交流输入端子，Q1、Q2为两个反向并联的可控硅，通过光耦U3，U4控制触发。当单片机控制1路输出时，OUT1为高电平通过R22驱动Q4导通，光耦的发光二极管通过R11限流导通，正半周时输入电压通过R10、R9光耦U3、U4触发Q1的控制极而导通，负半周时输入电压通过R21光耦U3、U4、R9触发Q2的控制极而导通；CN5为2路交流输入端子，Q5、Q6为两个反向并联的可控硅，通过光耦U5，U6控制触发，当单片机控制2路输出时，OUT2为高电平通过R38驱动Q8导通，光耦的发光二极管通过R26限流导通，正半周时输入电压通过R36光耦U5、U6、R24触发Q5的控制极而导通；负半周时输入电压通过R25、R24光耦U5、U6触发Q6的控制极而导通；CN4为交流输出端子，连接输出的负载；CT1为输出电流互感器，检测输出的电流当有负载电流时，通过CT1互感通过D11、D12、D13、D14、R43转换成直流信号，然后通过R42、R44分压C18滤波送给单片机的电流采样。

Claims

1.一种双电源转换静态开关，其特征在于：包括第一路交流输入检测电路、第二路交流输入检测电路、单片机控制电路、第一路切换静态开关驱动电路，第二路切换静态开关驱动电路；所述两路交流输入检测电路各自的采用信号输出接入单片机控制电路上对应的信号输入脚，单片机控制电路上的两路切换信号输出脚各自对应连接到切换静态开关驱动电路的输入端，单片机控制电路根据检测到的采样信号来对应驱动自动切换到其中一路交流电源上。

2.根据权利要求1所述的一种双电源转换静态开关，其特征在于所述每路交流输入检测电路包括过零比较器、三极管、电阻；交流采样信号通过分压电阻连接到所述过零比较器的同相输入端；所述过零比较器的反相输入端通过参考电阻接地；所述过零比较器的输出端通过反馈电阻连接到同相输入端；所述过零比较器的输出端通过耦合电阻连接到所述三极管的基极；所述三极管发射极接地；所述三极管集电极连接到所述单片机控制电路的采样信号输入端。

3.根据权利要求1所述的一种双电源转换静态开关，其特征在于：所述每路切换静态开关驱动电路包括两个光耦、两个可控硅、驱动三极管；两个可控硅反向并联，可控硅反向并联后的一端连接其中一路电源的火线，另一端连接交流电源输出端；所述三极管基极连接所述单片机控制电路上其中一路切换驱动输出端，三极管发射极接地；连接所述两个光耦初级的发光二极管正向串接，串接后的阴极连接驱动三极管集电极；所述每个光耦的次级输出通过电阻各自连接一个可控硅的控制极。

4.根据权利要求1所述的一种双电源转换静态开关，其特征在于：还包括手动/自动转换开关、主/备切换开关，所述手动/自动转换开关与所述单片机控制电路上手动/自动转换触发信号输入端连接；所述主/备选择开关与所述单片机控制电路上主/备选择触发信号输入端连接。

5.根据权利要求1所述的一种双电源转换静态开关，其特征在于：还包括指示电路，所述指示电路与所述单片机控制电路上状态信号输出端连接。

6.根据权利要求1或4或5所述的一种双电源转换静态开关，其特征在于：还包括输出电流采样电路，所述输出电流采样电路由互感器连接在交流电源输出线上，经过整流滤波后连接所述单片机采样电流输入端。