CN205283240U - 一种船舶主辅电源自动切换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船舶主辅电源自动切换电路，所述的电源自动切换电路包括主电源状态检测模块、自供电电源模块、CPU处理模块、旁路驱动切换模块、主电源单元、辅电源单元和总输出单元。本实用新型针对船舶电源供电领域对供电可靠性和稳定性要求很高，提出了一种解决方案。本实用新型所述电源自动切换电路对主电源电压的幅值和频率进行了检测判断，采用的CPU处理模块和速动作继电器能在很短时间内诊断出主电源故障并实现无延时切换到辅电源。本实用新型所述电源自动切换电路能实现各个模块的自供电，无需另外接入电源进行供电。本实用新型所述电源自动切换电路结构简单，操作方便，可以应用于各种主辅电源自动切换电路。

Description

一种船舶主辅电源自动切换电路

技术领域

本实用新型涉及一种双电源自动切换电路，尤其是一种船舶电源供电领域中应用的一种船舶主辅电源自动切换电路。

背景技术

船舶电源对供电可靠性和稳定性要求很高，重要设备工作时要求必须采用两路电源来保证供电的可靠性，需要供电电路能实现自动快速诊断出主电源故障，并及时切换到辅电源。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种船舶主辅电源自动切换电路，不仅能够实现自动诊断出主电源故障，切换到辅电源，而且能实现自供电，无需另外接入电源进行供电。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种船舶主辅电源自动切换电路，由主电源状态检测模块、自供电模块、CPU处理模块、旁路驱动切换模块、主电源单元、辅电源单元、总输出单元组成，所述主电源单元和所述辅电源单元分别通过所述旁路驱动切换模块与所述总输出单元相连接；所述主电源单元与所述主电源状态检测模块连接，所述主电源状态检测模块与所述CPU处理模块连接，所述CPU处理模块连接所述旁路驱动切换模块的信号输入端；所述辅电源单元与所述自供电模块连接，所述自供电模块的输出端同时所述CPU处理模块和所述旁路驱动切换模块连接。

在上述技术方案的基础上，所述自供电模块包括：交流转直流模块DY1、直流斩波器DY2、发光二极管LED1，

所述交流转直流模块DY1的正输入端与所述辅电源单元L端连接，所述交流转直流模块DY1的负输入端与所述辅电源单元N端连接，所述交流转直流模块DY1的正输出端输出24V直流电，所述交流转直流模块DY1的负输出端接地；

所述直流斩波器DY2的输入端接24V直流电，所述直流斩波器DY2的输出端输出3.3V直流电，所述直流斩波器DY2的GND端接地；且所述自供电模块还包括：

压敏电阻MOV2，所述压敏电阻MOV2的两端分别接所述辅电源单元的L端和N端；

瞬态二极管TVS1，所述瞬态二极管TVS1的正极接所述交流转直流模块DY1的负输出端，所述瞬态二极管TVS1的负极接所述交流转直流模块DY1的正输出端；

电解电容C1，所述电解电容C1的正极接所述交流转直流模块DY1的正输出端，所述电解电容C1的负极接所述交流转直流模块DY1的负输出端；

电容C3，所述电容C3的正极接所述交流转直流模块DY1的正输出端，所述电容C3的负极接所述交流转直流模块DY1的负输出端；

电解电容C2，所述电解电容C2的正极接所述直流斩波器DY2的输出端，所述电解电容C2的负极接地；

电容C4，所述电容C4的正极接所述直流斩波器DY2的输出端，所述电容C4的负极接地；

电阻R8，所述电阻R8的一端接所述直流斩波器DY2的输出端，另一端接所述发光二极管LED1的正极；同时，

所述发光二极管LED1的正极接所述电阻R8，所述发光二极管LED1的负极接地。

在上述技术方案的基础上，所述主电源检测模块包括整流桥QL1、光电耦合器U3，光电耦合器U3包括发光二极管和光敏三极管，

所述整流桥QL1的负输出端接所述光电耦合器U3中发光二极管的负极，所述整流桥QL1的负输入端接所述主电源单元N端；

所述光电耦合器U3中光敏三极管的基极接3.3V直流电，所述光电耦合器U3中光敏三极管的发射极接地，所述光电耦合器U3中光敏三极管的集电极连接所述CPU处理模块，且所述主电源检测模块还包括：

电阻R1，所述电阻R1一端接所述主电源单元L端，另一端接所述整流桥QL1的正输入端；

电阻R2，所述电阻R2一端接所述主电源单元N端，另一端接所述整流桥QL1的正输入端；

电阻R3，所述电阻R3一端接所述整流桥QL1的正输出端，另一端接所述光电耦合器U3中发光二极管的正极相连；

电阻R4，所述电阻R4的一端连接所述光电耦合器U3中光敏三极管的集电极，另一端连接所述所述光电耦合器U3中光敏三极管的基极；

压敏电阻MOV1，所述压敏电阻MOV1的两端分别接所述主电源单元的L端和N端。

在上述技术方案的基础上，所述旁路驱动切换模块包括三极管Q1、快速动作继电器K1、快速动作继电器K2，且所述旁路驱动切换模块还包括：

电阻R6，所述电阻R6一端接所述CPU处理器模块，另一端接所述三极管Q1的基极；

电阻R7，所述电阻R7一端接所述CPU处理器模块，另一端接地；

电容C5，所述电容C5正极接所述快速动作继电器K1的正端，所述电容C6负极接所述快速动作继电器K1的负端；电容C6，所述电容C6正极接所述快速动作继电器K2的正端，所述电容C6负极接所述快速动作继电器K2的负端；

二极管D1，所述二极管D1的正极接所述快速动作继电器K1的负端，所述二极管D1的负极接所述快速动作继电器K1的正端；

二极管D2，所述二极管D2的正极接所述快速动作继电器K2的负端，所述二极管D2的负极接所述快速动作继电器K2的正端；同时，

所述三极管Q1的基极接所述电阻R6的一端，所述三极管Q1的发射极接地，所述所述三极管Q1的集电极接所述快速动作继电器K2的负端；

所述快速动作继电器K2的正端接所述快速动作继电器K1的负端，所述快速动作继电器K2的开关动触点接所述总输出单元N端，所述快速动作继电器K2的开关的一个静触点接所述主电源单元N端，另一个静触点接所述辅电源单元N端；

所述快速动作继电器K1的正端接所述自供电模块，所述快速动作继电器K1的开关动触点接所述总输出单元L端，所述快速动作继电器K1的开关的一个静触点接所述主电源单元L端，另一个静触点接所述辅电源单元L端。

在上述技术方案的基础上，所述CPU处理模块包括处理芯片，处理芯片包括P2.7端口、P2.8端口、VDD1端口、VDD2端口、XTALIN端口、XTALOUT端口、VSS1端口、VSS2端口等端口，且所述CPU处理模块还包括：

电容C7，所述电容C7一端接3.3V直流电源，另一端接地；

电容C8，所述电容C8一端接3.3V直流电源，另一端接地；

电容C13，所述电容C13一端接所述处理芯片的XTALOUT端口，另一端接地；

电容C14，所述电容C14一端接所述处理芯片的XTALIN端口，另一端接地；

无源晶振Y1，所述无源晶振Y1的一端接所述处理芯片的XTALIN端口，所述无源晶振Y1的另一端接所述处理芯片的XTALOUT端口；同时，

所述处理芯片的VVD1、VVD2端口接3.3V直流电，所述处理芯片的VSS1、VSS2端口接地，所述处理芯片的P2.7端口分别与电阻R6和电阻R7相连。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用自供电模块，无需另外接入额外电源给各个模块供电；本实用新型将主电源电压的幅值和频率转化为了脉冲的占空比和周期，方便CPU进行检测和判断；本实用新型采用CPU进行检测和快速动作继电器进行切换，能保证快速有效的进行主辅电源的切换；本实用新型电路构成简单，操作方便，可以应用各种双电源自动切换电路。

附图说明

图1是本实用新型船舶主辅电源自动切换电路结构原理示意图；

图2是图1中自供电模块原理图；

图3是图1中主电源状态检测模块原理图；

图4是图1中CPU处理模块原理图；

图5是图1中旁路驱动切换模块原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细的描述。

如图1所示，本实用新型所述的船舶主辅电源自动切换电路包括主电源状态检测模块、自供电电源模块、CPU处理模块、旁路驱动切换模块、主电源单元、辅电源单元和总输出单元。本实用新型中具有两路电源输入，其中一路为主电源单元，另一路为辅电源单元，主电源单元和辅电源单元均为220VAC三相交流电源，主电源单元和辅电源单元分别通过旁路驱动切换模块与总输出单元连接，主电源单元与主电源状态检测模块连接，主电源状态检测模块与CPU处理模块连接，CPU处理模块连接旁路驱动切换模块的信号输入端，主电源状态检测模块检测主电源单元的电压幅值和频率，然后主电源状态检测模块输出3.3V的脉冲波形检测信号到CPU处理模块，CPU处理模块经过识别处理此3.3V的脉冲波形信号后判断是否输出继电器切换控制信号，然后旁路驱动切换模块根据从CPU处理模块输入的继电器切换控制信号来进行快速动作继电器开关的开合动作，辅电源单元与自供电模块连接，自供电模块的输出端一路与CPU处理模块连接，另一路与旁路驱动切换模块连接，辅电源220V交流电通过自供电模块内的两个电源转换模块转换成两路直流电，一路3.3V直流电给CPU处理模块供电，另一路24V直流电给旁路驱动切换模块供电。

如图2所示，所述自供电模块包括：交流转直流模块DY1、压敏电阻MOV2、瞬态二极管TVS1、电解电容C1、电容C3、直流斩波器DY2、电解电容C2、电容C4、电阻R8、发光二极管LED1；

所述交流转直流模块DY1的正输入端与所述辅电源单元L端连接，所述交流转直流模块DY1的负输入端与所述辅电源单元N端连接，所述交流转直流模块DY1的正输出端输出24V直流电，所述交流转直流模块DY1的负输出端接地；

所述直流斩波器DY2的输入端接24V直流电，所述直流斩波器DY2的输出端输出3.3V直流电，所述直流斩波器DY2的GND端接地；

压敏电阻MOV2的两端分别接所述辅电源单元的L端和N端；所述瞬态二极管TVS1的正极接所述交流转直流模块DY1的负输出端，所述瞬态二极管TVS1的负极接所述交流转直流模块DY1的正输出端；所述电解电容C1的正极接所述交流转直流模块DY1的正输出端，所述电解电容C1的负极接所述交流转直流模块DY1的负输出端；所述电容C3的正极接所述交流转直流模块DY1的正输出端，所述电容C3的负极接所述交流转直流模块DY1的负输出端；所述电解电容C2的正极接所述直流斩波器DY2的输出端，所述电解电容C2的负极接地；所述电容C4的正极接所述直流斩波器DY2的输出端，所述电容C4的负极接地；所述电阻R8的一端接所述直流斩波器DY2的输出端，另一端接所述发光二极管LED1的正极；所述发光二极管LED1的正极接所述电阻R8，所述发光二极管LED1的负极接地；

从所述交流转直流模块DY1输出的24V直流电供给所述旁路切换模块切换继电器使用，从所述直流斩波器DY2输出的3.3V直流电供给所述CPU处理模块；

所述自供电模块通过连接辅电源单元输入220V三相交流电，此交流电经过交流转直流电源模块DY1转化为24V直流电给旁路驱动切换模块供电，24V直流电分出一路经过直流斩波器模块DY2转化为3.3V直流电给CPU处理模块供电，因此所述的船舶主辅电源自动切换电路无需额外电源供电。

如图3所示，所述主电源检测模块包括：电阻R1、电阻R2、压敏电阻MOV1、整流桥QL1、电阻R3、电阻R4、光电耦合器U3，其中光电耦合器U3还包括发光二极管和光敏三极管；

电阻R1一端接所述主电源单元L端，另一端接所述整流桥QL1的正输入端；电阻R2一端接所述主电源单元N端，另一端接所述整流桥QL1的正输入端；电阻R3一端接所述整流桥QL1的正输出端，另一端接所述光电耦合器U3中发光二极管的正极相连；压敏电阻MOV1的两端分别接所述主电源单元的L端和N端；整流桥QL1的负输出端接所述光电耦合器U3中发光二极管的负极，所述整流桥QL1的负输入端接所述主电源单元N端；所述光电耦合器U3中发光二级管的负极接整流桥QL1的负输出端，所述光电耦合器U3中光敏三极管的基极接3.3V直流电，所述光电耦合器U3中光敏三极管的发射极接地，所述光电耦合器U3中光敏三极管的集电极输出3.3V脉冲波形信号到所述CPU处理模块的P2.8端口；所述电阻R4的一端连接所述光电耦合器U3中光敏三极管的集电极，另一端连接所述所述光电耦合器U3中光敏三极管的基极。

所述主电源状态检测模块检测主电源的电压和频率，将主电源220V三相交流电转化为3.3V的脉冲电压波形，该主电源状态检测模块是主要由两个分压电阻R1、R2、整流桥QL1、驱动光耦的驱动电阻R3、光电耦合器U3和上拉电阻R4构成的检测电路。主电源Uin经过分压电阻分压后U1＝Uin*R2/(R1+R2)，电压U1经过整流桥QL1后U2＝|Uin*R2/(R1+R2)|。当U2>0.3V+5mA*R3时，光电耦合器U3导通，Uout＝0V；当U2<0.3V+5mA*R3时，光电耦合器U3关断，Uout＝3.3V。于是主电源Uin的电压幅值转化为了Uout的占空比，主电源Uin的电压的频率转化为了Uout的频率，光电耦合器U3中光敏三极管的集电极连接到CPU的P2.8脚，输入3.3V主电源状态检测信号。

如图4所示，所述CPU处理模块包括：处理芯片、电容C7、电容C8、电容C13、电容C14、无源晶振Y1，其中处理芯片还有P2.7端口、P2.8端口、VDD1端口、VDD2端口、XTALIN端口、XTALOUT端口、VSS1端口、VSS2端口等端口。

电容C7一端接3.3V直流电源，另一端接地；所述电容C8一端接3.3V直流电源，另一端接地；所述电容C13一端接所述处理芯片的XTALOUT端口，另一端接地；所述电容C14一端接所述处理芯片的XTALIN端口，另一端接地。

无源晶振Y1的一端接所述处理芯片的XTALIN端口，所述无源晶振Y1的另一端接所述处理芯片的XTALOUT端口；处理芯片的VVD1、VVD2端口接3.3V直流电，所述处理芯片的VSS1、VSS2端口接地，所述处理芯片的P2.7端口分别与电阻R6和电阻R7相连。

CPU处理模块的处理芯片是由LPC11C14处理芯片的最小系统构成，从主电源状态检测模块输入的3.3V脉冲波形信号通过P2.8端口输入处理芯片，通过定时器测量此3.3V脉冲波形信号的占空比和频率，得出主电源的电压幅值和频率，当此3.3V脉冲波形信号占空比和频率低于或者高于限值时，判断出主电源单元故障，P2.7端口输出3.3V继电器切换控制信号，控制旁路驱动切换模块切换到辅电源单元与总输出单元连接。

如图5所示，旁路驱动切换模块包括：三极管Q1、快速动作继电器K2、快速动作继电器K1、电阻R7、电阻R6、电容C6、电容C5、二极管D2、二极管D1；

电阻R6一端接所述CPU处理器模块，另一端接所述三极管Q1的基极；所述电阻R7一端接所述CPU处理器模块，另一端接地；电容C6正极接所述快速动作继电器K2的正端，所述电容C6负极接所述快速动作继电器K2的负端；电容C5正极接所述快速动作继电器K1的正端，所述电容C6负极接所述快速动作继电器K1的负端；二极管D2的正极接所述快速动作继电器K2的负端，所述二极管D2的负极接所述快速动作继电器K2的正端；二极管D1的正极接所述快速动作继电器K1的负端，所述二极管D1的负极接所述快速动作继电器K1的正端；三极管Q1的基极接所述电阻R6的一端，所述三极管Q1的发射极接地，所述所述三极管Q1的集电极接所述快速动作继电器K2的负端；

快速动作继电器K2的正端接所述快速动作继电器K1的负端，所述快速动作继电器K2的开关动触点接所述总输出单元N端，所述快速动作继电器K2的开关的一个静触点接所述主电源单元N端，另一个静触点接所述辅电源单元N端；所述快速动作继电器K1的正端接所述自供电模块，所述快速动作继电器K1的开关动触点接所述总输出单元L端，所述快速动作继电器K1的开关的一个静触点接所述主电源单元L端，另一个静触点接所述辅电源单元L端；

所述旁路驱动切换模块，当从所述CPU处理模块的P2.7端口输入3.3V电流信号时，三极管Q1导通，快速动作继电器吸合，电源总输出单元切换到辅电源单元输出；当P2.7脚没有输入电流信号时，三极管Q1关闭，快速动作继电器断开，电源总输出单元切换到主电源单元输出。所述旁路驱动切换模块采用了两组快速动作继电器，保证切换时间在20ms以内。

本实用新型采用自供电模块，无需另外接入额外电源给各个模块供电；本实用新型将主电源电压的幅值和频率转化为了脉冲的占空比和周期，方便CPU进行检测和判断；本实用新型采用CPU进行检测和快速动作继电器进行切换，能保证快速有效的进行主辅电源的切换；本实用新型电路构成简单，操作方便，可以应用各种双电源自动切换电路。

Claims (5)

1.一种船舶主辅电源自动切换电路，由主电源状态检测模块、自供电模块、CPU处理模块、旁路驱动切换模块、主电源单元、辅电源单元、总输出单元组成，其特征在于：所述主电源单元和所述辅电源单元分别通过所述旁路驱动切换模块与所述总输出单元相连接；所述主电源单元与所述主电源状态检测模块连接，所述主电源状态检测模块与所述CPU处理模块连接，所述CPU处理模块连接所述旁路驱动切换模块的信号输入端；所述辅电源单元与所述自供电模块连接，所述自供电模块的输出端同时所述CPU处理模块和所述旁路驱动切换模块连接。

2.根据权利要求1所述的船舶主辅电源自动切换电路，其特征在于，所述自供电模块包括：交流转直流模块DY1、直流斩波器DY2、发光二极管LED1，

所述交流转直流模块DY1的正输入端与所述辅电源单元L端连接，所述交流转直流模块DY1的负输入端与所述辅电源单元N端连接，所述交流转直流模块DY1的正输出端输出24V直流电，所述交流转直流模块DY1的负输出端接地；

所述直流斩波器DY2的输入端接24V直流电，所述直流斩波器DY2的输出端输出3.3V直流电，所述直流斩波器DY2的GND端接地；且所述自供电模块还包括：

压敏电阻MOV2，所述压敏电阻MOV2的两端分别接所述辅电源单元的L端和N端；

瞬态二极管TVS1，所述瞬态二极管TVS1的正极接所述交流转直流模块DY1的负输出端，所述瞬态二极管TVS1的负极接所述交流转直流模块DY1的正输出端；

电解电容C1，所述电解电容C1的正极接所述交流转直流模块DY1的正输出端，所述电解电容C1的负极接所述交流转直流模块DY1的负输出端；

电容C3，所述电容C3的正极接所述交流转直流模块DY1的正输出端，所述电容C3的负极接所述交流转直流模块DY1的负输出端；

电解电容C2，所述电解电容C2的正极接所述直流斩波器DY2的输出端，所述电解电容C2的负极接地；

电容C4，所述电容C4的正极接所述直流斩波器DY2的输出端，所述电容C4的负极接地；

电阻R8，所述电阻R8的一端接所述直流斩波器DY2的输出端，另一端接所述发光二极管LED1的正极；同时，

所述发光二极管LED1的正极接所述电阻R8，所述发光二极管LED1的负极接地。

3.根据权利要求1所述的船舶主辅电源自动切换电路，其特征在于：所述主电源检测模块包括整流桥QL1、光电耦合器U3，光电耦合器U3包括发光二极管和光敏三极管，

所述整流桥QL1的负输出端接所述光电耦合器U3中发光二极管的负极，所述整流桥QL1的负输入端接所述主电源单元N端；

所述光电耦合器U3中光敏三极管的基极接3.3V直流电，所述光电耦合器U3中光敏三极管的发射极接地，所述光电耦合器U3中光敏三极管的集电极连接所述CPU处理模块，且所述主电源检测模块还包括：

电阻R1，所述电阻R1一端接所述主电源单元L端，另一端接所述整流桥QL1的正输入端；

电阻R2，所述电阻R2一端接所述主电源单元N端，另一端接所述整流桥QL1的正输入端；

电阻R3，所述电阻R3一端接所述整流桥QL1的正输出端，另一端接所述光电耦合器U3中发光二极管的正极相连；

电阻R4，所述电阻R4的一端连接所述光电耦合器U3中光敏三极管的集电极，另一端连接所述所述光电耦合器U3中光敏三极管的基极；

压敏电阻MOV1，所述压敏电阻MOV1的两端分别接所述主电源单元的L端和N端。

4.根据权利要求1所述的船舶主辅电源自动切换电路，其特征在于：所述旁路驱动切换模块包括三极管Q1、快速动作继电器K1、快速动作继电器K2，且所述旁路驱动切换模块还包括：

电阻R6，所述电阻R6一端接所述CPU处理器模块，另一端接所述三极管Q1的基极；

电阻R7，所述电阻R7一端接所述CPU处理器模块，另一端接地；

电容C5，所述电容C5正极接所述快速动作继电器K1的正端，所述电容C6负极接所述快速动作继电器K1的负端；电容C6，所述电容C6正极接所述快速动作继电器K2的正端，所述电容C6负极接所述快速动作继电器K2的负端；

二极管D1，所述二极管D1的正极接所述快速动作继电器K1的负端，所述二极管D1的负极接所述快速动作继电器K1的正端；

二极管D2，所述二极管D2的正极接所述快速动作继电器K2的负端，所述二极管D2的负极接所述快速动作继电器K2的正端；同时，

所述三极管Q1的基极接所述电阻R6的一端，所述三极管Q1的发射极接地，所述所述三极管Q1的集电极接所述快速动作继电器K2的负端；

所述快速动作继电器K2的正端接所述快速动作继电器K1的负端，所述快速动作继电器K2的开关动触点接所述总输出单元N端，所述快速动作继电器K2的开关的一个静触点接所述主电源单元N端，另一个静触点接所述辅电源单元N端；

所述快速动作继电器K1的正端接所述自供电模块，所述快速动作继电器K1的开关动触点接所述总输出单元L端，所述快速动作继电器K1的开关的一个静触点接所述主电源单元L端，另一个静触点接所述辅电源单元L端。

5.根据权利要求4所述的船舶主辅电源自动切换电路，其特征在于：所述CPU处理模块包括处理芯片，处理芯片包括P2.7端口、P2.8端口、VDD1端口、VDD2端口、XTALIN端口、XTALOUT端口、VSS1端口、VSS2端口等端口，且所述CPU处理模块还包括：

电容C7，所述电容C7一端接3.3V直流电源，另一端接地；

电容C8，所述电容C8一端接3.3V直流电源，另一端接地；

电容C13，所述电容C13一端接所述处理芯片的XTALOUT端口，另一端接地；

电容C14，所述电容C14一端接所述处理芯片的XTALIN端口，另一端接地；

无源晶振Y1，所述无源晶振Y1的一端接所述处理芯片的XTALIN端口，所述无源晶振Y1的另一端接所述处理芯片的XTALOUT端口；同时，

所述处理芯片的VVD1、VVD2端口接3.3V直流电，所述处理芯片的VSS1、VSS2端口接地，所述处理芯片的P2.7端口分别与电阻R6和电阻R7相连。