CN202488207U

CN202488207U - 一种自动转换开关智能控制器

Info

Publication number: CN202488207U
Application number: CN2012200577848U
Authority: CN
Inventors: 顾怡文; 褚文; 丁晓辉
Original assignee: Changshu Switchgear Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Changshu Switchgear Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2022-02-22

Abstract

一种自动转换开关智能控制器，属于低压电器领域。包括电源电路、常用电压取样电路、备用电压取样电路、负载电流取样电路、电参数测量电路、开关位置检测电路、 MCU 电路以及输出驱动电路，特点：所述的电参数测量电路由第一电能计量电路和第二电能计量电路组成，第一电能计量电路与常用电压取样电路、负载电流取样电路、第二电能计量电路和 MCU 电路连接，第二电能计量电路与备用电压取样电路、负载电流取样电路和 MCU 电路连接。优点：降低编程难度，且响应速度快；简化外围电路，提高电路抗电磁干扰的能力；具有多功能仪表功能，节省空间，降低成本，满足用户对设备一体化的需求。

Description

一种自动转换开关智能控制器

技术领域

本实用新型涉及一种自动转换开关智能控制器，属于低压电器技术领域。

背景技术

自动转换开关主要用在紧急供电系统，是将负载电路从一路电源换接至另一路（备用）电源的开关电器，以确保重要负荷连续、可靠运行。随着工业的发展，自动化程度的普及，生活质量的不断改善，人们对电源可靠性的要求越来越迫切，由此自动转换开关的重要性目益提高。目前自动转换开关在重要的用电场所（如机场、医院、码头等）已得到广泛应用，随着现代化智能建筑的目益增多，自动转换开关的应用会更加广泛。

目前常用的自动转换开关控制器通常是分别对常用和备用的电压状态进行检测，当检测到有欠压、过压、缺相时，进行显示及报警，并按预先设定的方式进行切换。当用户需要对电流、频率、功率等电力参数进行测量时必须配置不同的电力仪表，导致系统体积增大、接线复杂，成本升高。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种能够测量和计算多种电力参数的自动转换开关智能控制器。

本实用新型的目的是这样来达到的，一种自动转换开关智能控制器，包括电源电路、常用电压取样电路、备用电压取样电路、负载电流取样电路、电参数测量电路、开关位置检测电路、MCU电路以及输出驱动电路，其特征在于：所述的电参数测量电路由第一电能计量电路和第二电能计量电路组成，第一电能计量电路与常用电压取样电路、负载电流取样电路、第二电能计量电路和MCU电路连接，第二电能计量电路与备用电压取样电路、负载电流取样电路和MCU电路连接。

本实用新型所述的第一电能计量电路由芯片U4、电阻R10-R15、电感L1和二极管D3-D9组成，其中U4采用MAXQ3180芯片，芯片U4的3、4脚分别与A相负载电流取样电路的输出端IOP、ION连接，芯片U4的5、6脚分别与B相负载电流取样电路的输出端I1P、I1N连接，芯片U4的7、8脚分别与C相负载电流取样电路的输出端I2P、I2N连接，芯片U4的12脚接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极与电阻R11的一端、二极管D3的阳极和MCU电路中单片机IC的45脚连接，电阻R11的另一端和二极管D3的阴极分别接电源+5V和D3.3V，芯片U4的13脚与电阻R12的一端和二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极接电源D3.3V，电阻R12的另一端接单片机IC的43脚，芯片U4的14脚与电阻R13的一端和二极管D6的阳极连接，二极管D6的阴极接电源D3.3V，电阻R13的另一端接单片机IC的42脚，芯片U4的1脚接电阻R10的一端，电阻R10的另一端与芯片U4的24脚、常用电压取样电路的REFO端和第二电能计量电路连接，芯片U4的25脚接电感L1的2端，芯片U4的17、22脚和电感L1的1端接电源D3.3V，芯片U4的16脚接二极管D8的阴极，二极管D8的阳极与二极管D7的阳极、电阻R14的一端和单片机IC的40脚连接，二极管D7的阴极和电阻R14的另一端分别接D3.3V和+5V，芯片U4的15脚与电阻R15的一端和二极管D9的阳极连接，二极管D9的阴极接D3.3V，电阻R15的另一端接单片机IC的41脚，芯片U4的26、27、28脚分别与A、B、C相常用电压取样电路的1VOP、1V1P、1V2P连接。

本实用新型所述的第二电能计量电路由芯片U5、电阻R16-R21、电感L2和二极管D10-D16组成，其中U5采用MAXQ3180芯片，芯片U5的3、4脚分别与A相负载电流取样电路的输出端IOP、ION连接，芯片U5的5、6脚分别与B相负载电流取样电路的输出端I1P、I2N连接，芯片U5的7、8脚分别与C相负载电流取样电路的输出端I2P、I2N连接，芯片U5的12脚接二极管D11的阴极，二极管D11的阳极与电阻R17的一端、二极管D10的阳极和MCU电路中单片机IC的44脚连接，电阻R17的另一端和二极管D10的阴极分别接电源+5V和D3.3V，芯片U5的13脚与电阻R18的一端和二极管D12的阳极连接，二极管D12的阴极接电源D3.3V，电阻R18的另一端接单片机IC的43脚，芯片U5的14脚与电阻R19的一端和二极管D13的阳极连接，二极管D13的阴极接电源D3.3V，电阻R19的另一端接单片机IC的42脚，芯片U5的1脚接电阻R16的一端，电阻R16的另一端与芯片U5的24脚和第一电能计量电路连接，芯片U5的25脚接电感L2的2端，芯片U5的17、22脚和电感L2的1端接电源D3.3V，芯片U5的16脚接二极管D15的阴极，二极管D15的阳极与二极管D14的阳极、电阻R20的一端和单片机IC的40脚连接，二极管D14的阴极和电阻R20的另一端分别接电源D3.3V和+5V，芯片U5的15脚与电阻R21的一端和二极管D16的阳极连接，二极管D16的阴极接电源D3.3V，电阻R21的另一端的接单片机IC的41脚，芯片U5的26、27、28脚分别与A、B、C相备用电压取样电路的2VOP、2V1P、2V2P连接。

本实用新型所述的自动转换开关智能控制器，还包括显示电路、键盘电路、通信电路以及发电控制电路，显示电路、键盘电路、通信电路以及发电控制电路与MCU电路连接。

本实用新型采用专用电能芯片MAXQ3180进行电压、电流、功率、频率以及其它多种计量参数和功率品质参数的采集与计算，MCU电路仅需要直接读取，可以减少大量的计算工作，降低编程难度，且响应速度快。由两片电能芯片分别进行常用、备用电源的电气参数测量，并共用电流信号和由其中一片电能芯片提供电路所需的基准电压，可以简化外围电路，提高电路抗电磁干扰的能力，降低成本。本实用新型由于采用上述方案，还可检测多种电力参数，具有多功能仪表功能，可节省设备空间，降低用户成本，满足用户对设备一体化的需求。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型的电源电路。

图3为本实用新型的负载电流取样电路。

图4为本实用新型的常用电压取样电路、备用电压取样电路。

图5为本实用新型的电参数测量电路。

图6为本实用新型的开关位置检测电路。

图7为本实用新型的MCU电路、键盘电路与显示电路。

图8为本实用新型的通信单元。

图9为本实用新型的发电控制电路。

图10为本实用新型的输出驱动电路。

具体实施方式

为了使公众能充分了解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。

请参阅图1，一种自动转换开关智能控制器，包括电源电路、常用电压取样电路、备用电压取样电路、负载电流取样电路、电参数测量电路、开关位置检测电路、MCU电路、显示电路、键盘电路、输出驱动电路、通信电路以及发电控制电路，

上述电路之间的信号传递：常用电源和备用电源的两路进线分别与所述的常用电压取样电路、备用电压取样电路、电源电路、输出驱动电路进行连接，负载侧的出线与所述的负载电流取样电路进行连接，电参数测量电路由第一电能计量电路和第二电能计量电路组成，第一电能计量电路与常用电压取样电路、负载电流取样电路、第二电能计量电路和MCU电路连接，第二电能计量电路与备用电压取样电路、负载电流取样电路和MCU电路连接，MCU电路将常用、备用电源的电力参数分别与键盘电路输入的设定值进行比较，并且根据结果以及开关位置检测电路采集开关的状态信息，将相关信息通过显示电路进行显示，通过通信电路与上位机进行通信，通过发电控制电路与发电机连接，通过输出驱动电路进行开关切换，该输出驱动电路分别与常用电源和备用电源的两路进线连接，输出端与转换开关连接。

请参阅图2，为电源电路。所述的电源电路采用变压器T1、T2从常、备用电源的进线取电，变压器T1、T2的输出信号经桥堆B1、B2整流得电源+24V，经电解电容E1滤波后，一路经DC-DC电源芯片U1转换后得到需要的电源+5V，另一路经DC-DC电源芯片U2、电阻R1、R2组成的稳压电路后得到需要的电源D3.3V。

请参阅图3，为负载电流取样电路，以A相电为例。所述的负载电流取样电路采用端子J1从负载侧的电流互感器实时采集电流参数，经过电阻R6-R9、电容C1、C2组成的差分电路，由IOP、ION端送入电参数测量电路。同理B相的I1P、I1N，C相的I2P、I2N也送入电参数测量电路。

请参阅图4，为常用电压取样电路、备用电压取样电路，常用电压取样电路和备用电压取样电路是相同的，以常用电压取样电路的A相为例，所述的常用电压取样电路采用电阻R3限流，电压互感器T3从电源的进线取电，二极管D1、D2进行保护，经过集成电路U3电阻R4、R5组成的运算放大电路，1VOP、REFO端送入电参数测量电路。同理B相的1V1P、REFO，C相的1V2P、REFO送入电参数测量电路。备用电压取样电路的2VOP、REFD；2V1P、REFO；2V2P、REFO送入电参数测量电路。

请参阅图5，为电参数测量电路。所述的电参数测量电路由第一、第二电能计量电路组成，电阻R10、R16和电感L1、L2，分别接收常用电压取样电路、备用电压取样电路输入的电压参数，同时接收负载电流取样电路输入的电流参数，输出信号经过电阻R11-R15、R17-R21、二极管D3-D16组成的电平转换电路，送入MCU电路。

其中U4、U5为MAXQ3180，是专用的电气参数测量前端。MCU电路通过片内串行外设SPI接口与U4、U5连接，通过SPI总线对U4、U5进行功能配置，U4用于采集并计算常用电源的三相电压、电流、功率、电能、频率和功率因数等参数，U5用于采集并计算备用电源的三相电压、电流、功率、电能、频率和功率因数等参数。MCU电路通过SPI总线监测U4、U5工作状态，并读取U4、U5的计算结果，用于自动转换的逻辑判断。

请参阅图6，为开关位置检测电路。所述的开关位置检测电路采集到备用分闸信号、备用合闸信号、常用分闸信号、常用合闸信号、手动/自动信号的转换开关的位置信号，经过电阻R22－R27、光耦TL1－TL5组成的电路进行隔离，将F2-FEN、F2-HE、F1-FEN、F1-HE、SHOU/ZI信号分别送入MCU电路中单片机IC的36、37、38、39、35脚。

请参阅图7，为MCU电路、键盘电路与显示电路。所述的MCU电路包括单片机IC，晶振CRY、电容C3、C4组成的振荡电路，复位芯片U6、R28组成的复位电路，插座XS、R29－R32组成的仿真电路，其中IC采用M16C28单片机，U6采用MAX809复位芯片；所述的键盘电路由电阻R33-R36、按键1S1－1S4组成，生成的信号输入MCU电路；所述的显示电路接收MCU电路输出的信号后，由电阻R37-R41驱动指示灯LED1-LED5点亮，由电阻R42、三极管1Q1组成的驱动电路驱动液晶面板1LCD背光点亮，并将接收的信号在液晶面板1LCD上显示。

请参阅图8，为通信电路。所述的通信电路由电解电容E3、E2、电阻R43、电源芯片U8组成的电源电路，通信芯片U7、电阻R44、R45、放电管FV1组成的通信电路构成。U7采用adm2483通信芯片，通信芯片U7的3、6脚分别接MCU电路单片机IC的29、28脚，通信芯片U7的4、5脚接单片机IC的31脚。

请参阅图9，为发电控制电路。所述的发电控制电路接收MCU电路中单片机IC的20脚输出的动作信号后，由电阻R46、三极管Q6组成的驱动电路驱动继电器KA6进行切换。

请参阅图10，为输出驱动电路。所述的输出驱动电路接收MCU电路中单片机IC的51、50、49、48、47脚输出的动作信号后，由电阻R47-R51、三极管Q1-Q5组成的驱动电路驱动继电器KA1-KA5进行切换。当常用电源正常时，继电器KA1处于自由状态，选择常用电源A相、N相电源作为驱动电源，当常用电源不正常，备用电源正常时，MCU电路输出动作信号，继电器KA1吸合，选择备用电源A相、N相电源作为驱动电源。通过继电器KA2-KA5驱动转换开关进行动作。驱动公共端、驱动常用合闸端、驱动常用分闸端、驱动备用合闸端、驱动备用分闸端与转换开关连接。

电路将常用、备用电源的电力参数分别与键盘电路输入的设定值进行比较，并且根据结果以及开关位置检测电路采集开关的状态信息，将相关信息通过显示电路进行显示，通过通信电路与上位机进行通信，通过发电控制电路与发电机连接。

Claims

1.一种自动转换开关智能控制器，包括电源电路、常用电压取样电路、备用电压取样电路、负载电流取样电路、电参数测量电路、开关位置检测电路、MCU电路以及输出驱动电路，其特征在于：所述的电参数测量电路由第一电能计量电路和第二电能计量电路组成，第一电能计量电路与常用电压取样电路、负载电流取样电路、第二电能计量电路和MCU电路连接，第二电能计量电路与备用电压取样电路、负载电流取样电路和MCU电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动转换开关智能控制器，其特征在于所述的第一电能计量电路由芯片U4、电阻R10-R15、电感L1和二极管D3-D9组成，其中U4采用MAXQ3180芯片，芯片U4的3、4脚分别与A相负载电流取样电路的输出端IOP、ION连接，芯片U4的5、6脚分别与B相负载电流取样电路的输出端I1P、I1N连接，芯片U4的7、8脚分别与C相负载电流取样电路的输出端I2P、I2N连接，芯片U4的12脚接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极与电阻R11的一端、二极管D3的阳极和MCU电路中单片机IC的45脚连接，电阻R11的另一端和二极管D3的阴极分别接电源+5V和D3.3V，芯片U4的13脚与电阻R12的一端和二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极接电源D3.3V，电阻R12的另一端接单片机IC的43脚，芯片U4的14脚与电阻R13的一端和二极管D6的阳极连接，二极管D6的阴极接电源D3.3V，电阻R13的另一端接单片机IC的42脚，芯片U4的1脚接电阻R10的一端，电阻R10的另一端与芯片U4的24脚、常用电压取样电路的REFO端和第二电能计量电路连接，芯片U4的25脚接电感L1的2端，芯片U4的17、22脚和电感L1的1端接电源D3.3V，芯片U4的16脚接二极管D8的阴极，二极管D8的阳极与二极管D7的阳极、电阻R14的一端和单片机IC的40脚连接，二极管D7的阴极和电阻R14的另一端分别接D3.3V和+5V，芯片U4的15脚与电阻R15的一端和二极管D9的阳极连接，二极管D9的阴极接D3.3V，电阻R15的另一端接单片机IC的41脚，芯片U4的26、27、28脚分别与A、B、C相常用电压取样电路的1VOP、1V1P、1V2P连接。

3.根据权利要求1所述的一种自动转换开关智能控制器，其特征在于所述的第二电能计量电路由芯片U5、电阻R16-R21、电感L2和二极管D10-D16组成，其中U5采用MAXQ3180芯片，芯片U5的3、4脚分别与A相负载电流取样电路的输出端IOP、ION连接，芯片U5的5、6脚分别与B相负载电流取样电路的输出端I1P、I2N连接，芯片U5的7、8脚分别与C相负载电流取样电路的输出端I2P、I2N连接，芯片U5的12脚接二极管D11的阴极，二极管D11的阳极与电阻R17的一端、二极管D10的阳极和MCU电路中单片机IC的44脚连接，电阻R17的另一端和二极管D10的阴极分别接电源+5V和D3.3V，芯片U5的13脚与电阻R18的一端和二极管D12的阳极连接，二极管D12的阴极接电源D3.3V，电阻R18的另一端接单片机IC的43脚，芯片U5的14脚与电阻R19的一端和二极管D13的阳极连接，二极管D13的阴极接电源D3.3V，电阻R19的另一端接单片机IC的42脚，芯片U5的1脚接电阻R16的一端，电阻R16的另一端与芯片U5的24脚和第一电能计量电路连接，芯片U5的25脚接电感L2的2端，芯片U5的17、22脚和电感L2的1端接电源D3.3V，芯片U5的16脚接二极管D15的阴极，二极管D15的阳极与二极管D14的阳极、电阻R20的一端和单片机IC的40脚连接，二极管D14的阴极和电阻R20的另一端分别接电源D3.3V和+5V，芯片U5的15脚与电阻R21的一端和二极管D16的阳极连接，二极管D16的阴极接电源D3.3V，电阻R21的另一端的接单片机IC的41脚，芯片U5的26、27、28脚分别与A、B、C相备用电压取样电路的2VOP、2V1P、2V2P连接。

4.根据权利要求1所述的一种自动转换开关智能控制器，其特征在于还包括显示电路、键盘电路、通信电路以及发电控制电路，显示电路、键盘电路、通信电路以及发电控制电路与MCU电路连接。