CN203326702U - 双电源切换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电力设备技术领域，公开了一种双电源切换装置，包括：切换电路、电压检测单元以及控制单元；切换电路包括：第一至第四功率开关管；第一至第四功率开关管形成两路供电通路分别对接两个供电电源，通过关断导通功率开关管把供电电源接入供电通路；电压检测单元输入端分别与第一高低电平输入节点以及第二高低电平输入节点相连，输出端与控制单元相连；控制单元分别与第一至第四功率开关管相连控制其启闭实现电源切换。本实用新型通过实时检测供电电源的电压参数，通过控制单元判断其运行状态，并通过切换电路把故障电源用备用电源替代，从而实现快速的电源切换，避免了人工操作的滞后性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力设备技术领域，特别涉及一种双电源切换装置。
背景技术
为了保证负载供电的不间断，负载的供电通常分为主用电源和备用电源，同时要保证主用电源与备用电源之间的切换时间要短。直流输入自动转换装置必须能快速地检测出输入掉电情况并发出切换控制信号，避免由于误判或检测掉电时间过长等造成负载供电中断的情况。
直流输入自动转换装置的核心是主电路模块。由于在实际工作过程中，可能由于操作过电压，或者是主电路的杂散电感造成的关断尖峰过电压而造成主功率开关管的损坏，降低负载供电的可靠性，因此必须保证开关管工作在安全工作区内。
装置在给负载供电时采用两路互为备用的方式。传统的做法是主用掉电后产生报警信息，然后人为地将输入切换到备用。主用恢复后再人为地将输入切换到主用。这种做法不具备保护功能，且负载供电有中断，无法满足可靠供电要求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够缩短电源切换时间的装置。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种双电源切换装置，包括：切换电路、电压检测单元以及控制单元；所述电压检测单元分别与所述切换电路的电源输入端和所述控制单元相连；所述控制单元与所述切换电路相连；
所述切换电路包括：第一至第四功率开关管；所述第一功率开关管的集电极与第一高电平输入节点相连，发射极与高电平输出节点相连；所述第二功率开关管的发射极与第一低电平输入节点相连，集电极与低电平输出节点相连；所述第三功率开关管的集电极与第二高电平输入节点相连，发射极与高电平输出节点相连；所述第四功率开关管的发射极与第二低电平输入节点相连，集电极与低电平输出节点相连；
所述电压检测单元的输入端分别与第一、第二高低电平输入端相连；所述电压检测单元的输出端与控制单元相连；所述控制单元分别与所述第一至第四功率开关管的门极和发射极相连。
进一步地，所述电压检测单元包括电压传感器；所述电压传感器连接在所述切换电路的电源输入端。
进一步地，所述控制单元包括单片机以及IGBT驱动芯片；所述单片机的输入端与所述电压传感器的输出端相连；所述单片机的输出端与所述IGBT驱动芯片相连；所述IGBT驱动芯片分别与所述第一至第四功率开关管的门极和发射极相连。
进一步地，还包括输入端滤波器；所述输入端滤波器位于所述切换电路的电源输入端。
进一步地，所述切换电路还包括至少四个IGBT缓冲吸收电容器，分别与所述第一至第四功率开关管并联。
进一步地，所述切换电路还包括至少四个二极管，分别串联在所述第一至第四功率开关管与切换电路电源输出端之间;所述二极管的导通方向与其同支路的功率开关管的导通方向一致。
进一步地，还包括输出端滤波器；所述输出端滤波器位于所述切换电路电源输出端。
本实用新型提供的双电源切换装置通过电压检测单元监测直流供电电源的电压，从而及时发现供电故障；通过控制单元完成对切换电路中的功率开关管通断的控制实现电源之间的切换；鉴于全程掉电自动判断，供电电源自动切换，整体上缩短了电源切换的时间。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的切换电路的电路原理示意图；
图2为本实用新型实施例提供的双电源切换装置结构原理示意图；
其中，A-第一高电平输入节点，B-第一低电平输入节点，C-第二高电平输入节点，D-第二低电平输入节点，E-高电平输出节点，F-低电平输出节点，M1-第一功率开关管，M2-第二功率开关管，M3-第三功率开关管，M4-第四功率开关管。
具体实施方式
参见图1、图2，本实用新型实施例提供的一种双电源切换电路，包括：切换电路、电压检测单元以及控制单元；电压检测单元分别与切换电路的电源输入端和控制单元相连；控制单元与切换电路相连。其中，电压检测单元用于检测供电电源是否能够正常供电，第一供电电源为主电源，第二供电电源为后备电源，两者同时接入切换电路。电压检测单元以电压作为检测参量，当无法检测到电压时，认为供电电源故障，不能继续供电。当第一供电电源出现故障时，电压检测单元发送故障信号给控制单元，控制单元控制切换电路将第二供电电源接入供电电路。
切换电路包括：第一至第四功率开关管；第一功率开关管M1的集电极与第一高电平输入节点A相连，发射极与高电平输出节点E相连；第二功率开关管M2的发射极与第一低电平输入节点B相连，集电极与低电平输出节点F相连；第一功率开关管M1和第二功率开关管M2，用于控制第一供电电源供电通路的通断。类似的，第三功率开关管M3的集电极与第二高电平输入节点C相连，发射极与高电平输出节点E相连；第四功率开关管M4的发射极与第二低电平输入节点D相连，集电极与低电平输出节点F相连；通过第三功率开关管M3和第四功率开关管M4控制第二供电电源供电通路的通断。在实际运转过程中，第一供电电源的供电通路导通，从输出端向负载供电；第二供电电源的供电通路关断，作为备用电源。
电压检测单元的输入端分别与第一高低电平输入节点（节点A、B）以及第二高低电平输入节点（节点C、D）相连，电压检测单元的输出端与控制单元相连；电压检测单元以供电电源的电压为检测参量，通过实时检测第一供电电源的供电电压来判断其是否故障；若第一供电电源故障，电压检测单元将发送故障信号给控制单元，控制单元通过关断第一功率开关管M1和第二功率开关管M2，导通第三功率开关管M3和第四功率开关管M4，从而使用第二供电电源替代第一供电电源接入供电通路为负载供电，实现主用电源和备用电源的自动切换。
功率开关管为大功率的绝缘栅型双极性晶体管（IGBT），其能承载较大的电流，能够很好地适应电源切换电路的通断控制。
为了检测电压参量，优选的，电压检测单元包括：电压传感器。
控制单元分别与第一至第四功率开关管相连，用于控制功率开关管的导通和关断。控制单元包括：单片机和IGBT驱动芯片。单片机的输入端与电压传感器的输出端相连，用于根据实时检测的电压信号控制功率开关管的导通和关断。单片机的输出端与IGBT驱动芯片相连；IGBT驱动芯片分别与第一至第四功率开关管的门极和发射极相连，用于执行第一至第四功率开关管的导通与关断。
ATMEL公司生产的高速型ATmega48-20AU单片机，能够很好地适应电源切换需求；同时IGBT驱动芯片用于稳定控制大功率开关管，瑞士CONCEPT公司生产的2SP0320T型IGBT驱动芯片能够满足稳定性以及高频操作需求。
当第二供电电源取代第一供电电源供电后，电压检测单元仍然实时检测第一供电电源的电压；当发现第一供电电源的电压恢复正常后，单片机控制IGBT驱动芯片导通第一功率开关管M1和第二功率开关管M2，迅速把第一供电电源的供电通路导通；同时关断第三功率开关管M3和第四功率开关管M4，关断第二供电电源的供电通路，从而使用第一供电电源供电。
输入输出线路中常常出现高频纹波，影响线路的电磁兼容特性，为了改善线路的电磁兼容特性，优选的，在切换电路的输入端和输出端分别串接输入端滤波器以及输出端滤波器，用于滤除线路中的高频纹波。
在电源切换过程中，保证过程的安全性极为重要，西门子公司的INUMERIK810D型滤波器性价比高，在高效率波的同时也降低了设备成本。
功率开关管高频动作时，容易形成瞬态尖峰过电压，对功率开关管的损伤极大，很容易烧毁功率开关管；优选的，切换电路还设置至少四个IGBT缓冲吸收电容器（H1、H2、H3和H4），分别与第一至第四功率开关管并联，用于吸收瞬态尖峰过电压，从而保护功率开关管，延长其使用寿命。
电压检测单元检测电压时，由于第一供电电源供电通路与第二供电电源供电通路输出端相连，可能造成干扰，影响电压检测，进而影响电路的电源切换，优选的，在第一至第四功率开关管与输出端之间串接至少一个二极管，二极管的导通方向与其同支路的功率开关管的导通方向一致，从而将两个导电通路隔离起来。
本实用新型提供的双电源切换装置通过电压检测单元监测直流供电电源的电压，从而及时发现供电故障；通过控制单元完成对电源切换电路中的功率开关管通断的控制，实现主、备电源之间的切换；鉴于全程掉电自动判断，供电电源自动切换，整体上缩短了电源切换的时间。同时滤波器、二极管以及IGBT缓冲吸收电容器能够提升装置的运行安全性，延长装置使用寿命的同时，兼顾了生产安全。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种双电源切换装置，其特征在于，包括：切换电路、电压检测单元以及控制单元；所述电压检测单元分别与所述切换电路的电源输入端和所述控制单元相连；所述控制单元与所述切换电路相连；
所述切换电路包括：第一至第四功率开关管；所述第一功率开关管的集电极与第一高电平输入节点相连，发射极与高电平输出节点相连；所述第二功率开关管的发射极与第一低电平输入节点相连，集电极与低电平输出节点相连；所述第三功率开关管的集电极与第二高电平输入节点相连，发射极与高电平输出节点相连；所述第四功率开关管的发射极与第二低电平输入节点相连，集电极与低电平输出节点相连；
所述电压检测单元的输入端分别与第一、第二高低电平输入端相连；所述电压检测单元的输出端与控制单元相连；所述控制单元分别与所述第一至第四功率开关管的门极和发射极相连。
2.如权利要求1所述的双电源切换装置，其特征在于：所述电压检测单元包括电压传感器；所述电压传感器连接在所述切换电路的电源输入端。
3.如权利要求2所述的双电源切换装置，其特征在于，所述控制单元包括单片机以及IGBT驱动芯片；所述单片机的输入端与所述电压传感器的输出端相连；所述单片机的输出端与所述IGBT驱动芯片相连；所述IGBT驱动芯片分别与所述第一至第四功率开关管的门极和发射极相连。
4.如权利要求1所述的双电源切换装置，其特征在于：还包括输入端滤波器；所述输入端滤波器位于所述切换电路的电源输入端。
5.如权利要求1所述的双电源切换装置，其特征在于：所述切换电路还包括至少四个IGBT缓冲吸收电容器，分别与所述第一至第四功率开关管并联。
6.如权利要求1所述的双电源切换装置，其特征在于：所述切换电路还包括至少四个二极管，分别串联在所述第一至第四功率开关管与切换电路电源输出端之间;所述二极管的导通方向与其同支路的功率开关管的导通方向一致。
7.如权利要求4所述的双电源切换装置，其特征在于：还包括输出端滤波器；所述输出端滤波器位于所述切换电路的输出端。
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