CN211454299U - 一种具有自锁功能的投切开关系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了电能质量无功补偿装置领域内的一种具有自锁功能的投切开关系统，包括MCU主控系统、看门狗及复位电路、可控硅投切控制模块，看门狗及复位电路的输出端与可控硅投切控制模块的输入端电连接，可控硅投切控制模块的输入端为逻辑多路2输入或非门，MCU主控系统用以向看门狗及复位电路输出喂狗信号，看门狗及复位电路在未接收到喂狗信号时输出端输出低电平复位信号从而闭锁可控硅投切控制模块的信号输入端，在接收到喂狗信号时输出端输出高电平正常信号从而解锁可控硅投切控制模块的信号输入端。本开关系统在上电瞬间、单片机程序跑飞异常时保护可控硅不被误触发。

Description

一种具有自锁功能的投切开关系统

技术领域

本实用新型涉及电能质量无功补偿装置技术领域，特别涉及一种具有自锁功能的投切开关系统。

背景技术

随着国家对电网效率和质量要求的提高,无功补偿装置在电力系统中的应用越来越广泛。它对无功功率进行集中补偿,是有效降低线损、提高电网供电质量、节约电能的有效途经。而投切开关作为无功补偿系统的重要组成部分,是实现无功补偿电容器投切操作的动作执行部件。它的动作好坏将直接影响无功补偿装置的工作效率以及电网质量。传统的无功补偿装置主要以继电器或可控硅单独实现电容投切,存在涌流大、功耗大等缺点,已逐渐被复合开关取代。复合开关具备了交流接触器和电力电子投切开关二者的优点，不但抑制了涌流、避免了拉弧而且功耗较低，不再需要配备笨重的散热器和冷却风扇。要把二者结合起来的关键是相互之间的时序配合必须默契，可控硅开关负责控制电容器的投入和切除，交流接触器负责保持电容器投入后的接通，当接触器投入后可控硅开关就立即退出运行，这样就避免了可控硅元件的发热。

由于复合开关工作于复杂的环境中，可控硅易被误触发而烧毁可控硅。主要表现在以下几点：

1、上电瞬间还存在很大的问题。由于上电瞬间单片机内部寄存器还未初始化，IO口的状态还属于非控状态，因此可控硅有可能会被误触发，一旦误触发的时候是电压的峰值状态，则会产生10倍以上的涌流而导致可控硅炸毁，更严重的可能会产生拉弧、相间短路等严重质量事故；

2、由于外界干扰，使单片机异常，程序跑飞，此时单片机无法正常控制可控硅的输出，此时可控硅有可能会被误触发；

3、当外界电压波动时，当电压跌落到额定电压的80％时，单片机及其它部件由于电压下降均工作在异常状态，此时可控硅有可能会被误触发。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种抗干扰能力更强，使用寿命更长的投切开关系统。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种具有自锁功能的投切开关系统，包括MCU主控系统、看门狗及复位电路、可控硅投切控制模块，所述MCU主控系统分别与所述看门狗及复位电路的输入端、可控硅投切控制模块的输入端电连接，所述看门狗及复位电路的输出端与所述可控硅投切控制模块的输入端电连接，所述可控硅投切控制模块的输入端为逻辑多路2输入或非门，所述MCU主控系统用以向所述可控硅投切控制模块输出控制信号，并向所述看门狗及复位电路输出喂狗信号，所述看门狗及复位电路在未接收到所述喂狗信号时输出端输出低电平复位信号从而闭锁所述可控硅投切控制模块的信号输入端，所述看门狗及复位电路在接收到所述喂狗信号时输出端输出高电平正常信号从而解锁所述可控硅投切控制模块的信号输入端，所述可控硅投切控制模块接收并处理所述MCU主控系统控制信号。

上述开关系统的有益效果在于：MCU主控系统为单片机，常规开关系统里看门狗及复位电路主要沿用单片机内部的复位及看门狗，本开关系统使用外部看门狗及复位电路，并且将外部看门狗及复位电路的复位信号与可控硅投切模块相关联，当本开关系统上电复位期间时闭锁可控硅投切控制模块，避免系统上电瞬间误触发可控硅；另外，当遇到外界干扰使得单片机异常，程序跑飞时，单片机不能正常输出喂狗信号，从而使得外部看门狗及复位电路输出低电平复位信号闭锁可控硅投切控制模块，从而保证在单片机受干扰时不误触发可控硅。

进一步地，所述投切开关系统，还包括脉冲发生器和可控硅驱动模块，所述脉冲发生器与所述可控硅投切控制模块的输入端电连接并向所述可控硅投切控制模块输出脉冲信号，所述可控硅投切控制模块的输出端与所述可控硅驱动模块的输入端电连接，所述可控硅驱动模块的输出端与可控硅的控制极电连接，所述可控硅驱动模块接收并处理所述MCU主控系统控制信号并受所述脉冲信号触发向所述可控硅驱动模块输出驱动信号，所述可控硅驱动模块接收所述驱动信号驱动可控硅。脉冲发生器主要由NE555定时芯片组成，产生50KHZ的脉冲信号以驱动可控硅可靠的触发；可控硅驱动模块采用脉冲触发模式，将脉冲发生器产生的50KHZ的脉冲信号通过ULN2003组成的达林顿管放大驱动电路放大，由脉冲变压器耦合后进入可控硅的控制极，驱动可控硅。

进一步地，所述看门狗及复位电路包括MAX813芯片U1，所述可控硅投切控制模块包括四路2输入端或非门的74HC02芯片U2，所述可控硅驱动模块为包括ULN2003芯片U3的达林顿管放大驱动电路，U1的6脚与所述MCU主控系统连接用以接收喂狗信号，U1的7脚与U2的11脚连接用以向U2输出低电平复位信号或高电平正常信号；U2的2、3、5、6、8、9、11、12脚依次成对为四路或非门输入端，其中U2的3、6、9脚分别为与MCU主控系统连接的A相投入使能、B相投入使能、C相投入使能输入端，U2的12脚为驱动脉冲输入端，U2的1、4、10脚为与U2的3、6、9脚对应的驱动信号输出端，U2的13脚为与U2的12脚对应的信号输出端，U2的13脚分别与U2的2、5、8脚连通，U2的1、4、10脚分别与U3的1、2、3脚连通；U3的1、2、3脚为信号输入端用以接收U2输出的所述驱动信号，U3的14、15、16脚为信号输出端用以驱动可控硅。在U1的7脚输出高电平正常信号的情况下，U2的13脚才能受12脚脉冲信号触发输出高电平驱动信号至2、5、8脚，此时MCU主控系统通过控制U2的3、6、9脚来控制U2的1、4、10脚是否正常输出驱动信号至U3，在U1的7脚输出低电平复位信号的情况下，U2的13脚始终输出低电平信号至2、5、8脚，相当于电子开关断开。

进一步地，所述U1的4脚为掉电检测输入端，5脚为掉电检测输出端。MAXIM公司的MAX813芯片是一款采用PFM和FWM技术研制的新颖监视功能芯片,它具有电源电压监控,自动复位等功能；在外界电压波动时，当电压跌落到额定电压的设定阈值，如80％时，连接到U1的4脚输入有效，使得U1的5脚掉电保护输出有效，U1的7脚即输出复位信号闭锁可控硅投切控制模块，保证在掉电或者电压跌落时不误触发可控硅，同时可靠的断开已经投入的开关回路。

进一步地，所述MCU主控系统包括STC5604型单片机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：在上电瞬间、单片机程序跑飞异常、电压跌落时保护可控硅不被误触发，增强了投切开关系统的抗干扰能力，延长了可控硅使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意框图；

图2为本实用新型电路示意图；

其中，U1为MAX813芯片，U2为74HC02芯片，U3为ULN2003芯片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本实用新型描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1所示，一种具有自锁功能的投切开关系统，包括MCU主控系统、脉冲发生器、看门狗及复位电路、可控硅驱动模块、可控硅投切控制模块，MCU主控系统分别与看门狗及复位电路的输入端、可控硅投切控制模块的输入端电连接，看门狗及复位电路的输出端与可控硅投切控制模块的输入端电连接，脉冲发生器与可控硅投切控制模块的输入端电连接并向可控硅投切控制模块输出脉冲信号，可控硅投切控制模块的输出端与可控硅驱动模块的输入端电连接，可控硅驱动模块的输出端与可控硅的控制极电连接，可控硅投切控制模块的输入端为逻辑多路2输入或非门，MCU主控系统用以向可控硅投切控制模块输出控制信号，并向看门狗及复位电路输出喂狗信号，看门狗及复位电路在未接收到喂狗信号时输出端输出低电平复位信号从而闭锁可控硅投切控制模块的信号输入端，看门狗及复位电路在接收到喂狗信号时输出端输出高电平正常信号从而解锁可控硅投切控制模块的信号输入端，可控硅投切控制模块接收MCU主控系统控制信号并受脉冲信号触发向可控硅驱动模块输出驱动信号，可控硅驱动模块接收驱动信号驱动可控硅。

如图2所示，看门狗及复位电路包括MAX813芯片U1，可控硅投切控制模块包括四路2输入端或非门的74HC02芯片U2，可控硅驱动模块为包括ULN2003芯片U3的达林顿管放大驱动电路；U1的4脚为掉电检测输入端，5脚为掉电检测输出端，U1的6脚与MCU主控系统连接用以接收喂狗信号WDI，U1的7脚与U2的11脚连接用以向U2输出低电平复位信号或高电平正常信号；U2的2、3、5、6、8、9、11、12脚依次成对为四路或非门输入端，其中U2的3、6、9脚分别为与MCU主控系统连接的A相投入使能、B相投入使能、C相投入使能输入端，U2的12脚为驱动脉冲输入端，U2的1、4、10脚为与U2的3、6、9脚对应的驱动信号输出端，U2的13脚为与U2的12脚对应的信号输出端，U2的13脚分别与U2的2、5、8脚连通，U2的1、4、10脚分别与U3的1、2、3脚连通；U3的1、2、3脚为信号输入端用以接收U2输出的驱动信号，U3的14、15、16脚为信号输出端用以驱动可控硅。

上述投切开关系统中MCU主控系统包括STC5604型单片机及附属电路。

本实用新型的具体工作过程与原理：

上电初始时，U1的7脚始终输出低电平复位信号，此复位信号输出至U2的12脚，由于U2为四路2输入端或非门，因此这个低电平复位信号相当于将A、B、C相的使能信号断开，使得连接在U2的12脚的可控硅驱动脉冲无法输出至U3，从而在开机瞬态闭锁可控硅驱动脉冲的输出，也就避免了开机的误触发可控硅；而当开机复位后，单片机正常工作，输出喂狗信号WDI至U1，U1的7脚输出高电平的正常信号，U2四或非门闭锁解除，此时由单片机对U2进行控制，是否将可控硅驱动脉冲输出至U3。

当由于外界干扰，使单片机异常，程序跑飞，此时单片机没有正常的输出喂狗信号WDI，U1的7脚即输出低电平复位信号闭锁U2，使得连接在U2的12脚的可控硅驱动脉冲无法输出至U3，保证在单片机受干扰时不误触发可控硅。

当外界电压波动时，当电压跌落到额定电压的设定阈值，如80％时，连接到U1的4脚输入有效，使得U1的5脚掉电保护输出有效，U1的7脚即输出低电平复位信号闭锁U2，保证在掉电或者电压跌落时不误触发可控硅，同时可靠的断开已经投入的开关回路。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种具有自锁功能的投切开关系统，其特征在于：包括MCU主控系统、看门狗及复位电路、可控硅投切控制模块，所述MCU主控系统分别与所述看门狗及复位电路的输入端、可控硅投切控制模块的输入端电连接，所述看门狗及复位电路的输出端与所述可控硅投切控制模块的输入端电连接，所述可控硅投切控制模块的输入端为逻辑多路2输入或非门，所述MCU主控系统用以向所述可控硅投切控制模块输出控制信号，并向所述看门狗及复位电路输出喂狗信号，所述看门狗及复位电路在未接收到所述喂狗信号时输出端输出低电平复位信号从而闭锁所述可控硅投切控制模块的信号输入端，所述看门狗及复位电路在接收到所述喂狗信号时输出端输出高电平正常信号从而解锁所述可控硅投切控制模块的信号输入端，所述可控硅投切控制模块接收并处理所述MCU主控系统控制信号。

2.根据权利要求1所述的投切开关系统，其特征在于：所述投切开关系统，还包括脉冲发生器和可控硅驱动模块，所述脉冲发生器与所述可控硅投切控制模块的输入端电连接并向所述可控硅投切控制模块输出脉冲信号，所述可控硅投切控制模块的输出端与所述可控硅驱动模块的输入端电连接，所述可控硅驱动模块的输出端与可控硅的控制极电连接，所述可控硅驱动模块接收并处理所述MCU主控系统控制信号并受所述脉冲信号触发向所述可控硅驱动模块输出驱动信号，所述可控硅驱动模块接收所述驱动信号驱动可控硅。

3.根据权利要求2所述的投切开关系统，其特征在于：所述看门狗及复位电路包括MAX813芯片U1，所述可控硅投切控制模块包括四路2输入端或非门的74HC02芯片U2，所述可控硅驱动模块为包括ULN2003芯片U3的达林顿管放大驱动电路，U1的6脚与所述MCU主控系统连接用以接收喂狗信号，U1的7脚与U2的11脚连接用以向U2输出低电平复位信号或高电平正常信号；U2的2、3、5、6、8、9、11、12脚依次成对为四路或非门输入端，其中U2的3、6、9脚分别为与MCU主控系统连接的A相投入使能、B相投入使能、C相投入使能输入端，U2的12脚为驱动脉冲输入端，U2的1、4、10脚为与U2的3、6、9脚对应的驱动信号输出端，U2的13脚为与U2的12脚对应的信号输出端，U2的13脚分别与U2的2、5、8脚连通，U2的1、4、10脚分别与U3的1、2、3脚连通；U3的1、2、3脚为信号输入端用以接收U2输出的所述驱动信号，U3的14、15、16脚为信号输出端用以驱动可控硅。

4.根据权利要求3所述的投切开关系统，其特征在于：所述U1的4脚为掉电检测输入端，5脚为掉电检测输出端。

5.根据权利要求4所述的投切开关系统，其特征在于：所述MCU主控系统包括STC5604型单片机。

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