專利名稱：一種實現(xiàn)交流輸入智能切換的控制單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)配電技術(shù)，尤其涉及一種實現(xiàn)交流輸入智能切換的控制單兀。
背景技術(shù)：
在應(yīng)急電源和通信電源系統(tǒng)中，為了保證供電的可靠性，經(jīng)常采用兩路交流電供 電，如圖1所示，市電1(從電網(wǎng)接出的220V，50HZ的交流電)為主電源，市電2 (從電網(wǎng)接 出的220V，50HZ的交流電)為備用電源，當(dāng)市電1正常時，接觸器1吸合，市電1引入系統(tǒng) 工作；當(dāng)市電1發(fā)生故障，接觸器1斷開，接觸器2吸合，市電2引入系統(tǒng)工作。下面介紹 一種現(xiàn)有技術(shù)中實現(xiàn)接觸器切換的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。圖2是MC34161芯片的真值表，圖 3是繼電器的驅(qū)動電路圖，如圖所示，DCl是三相交流經(jīng)整流后的直流電壓，VH2-0是另一直 流高壓，當(dāng)兩路市電電壓達(dá)到一定幅值(如220V)時，DCl使V24導(dǎo)通，Ql繼電器吸合，Ql 中的4腳和5腳相連，7腳和8腳相連，此時VHl為高電壓，C0N2接地。圖4是接觸器切換 的控制電路圖，根據(jù)圖2所示真值表可得到，當(dāng)C0N2接地時，N2的mi為低電平，此時N2 的OUTl的輸出為低電平，所以102為低電平，交流接觸器2不吸合，又因為此時VHl為高電 壓，m芯片的mi腳為高電平，根據(jù)圖2所示真值表可得到m的ουτι輸出為高電平，所以 IOl為高電平，IOl通過R19驅(qū)動交流接觸器1吸合，此時市電1進(jìn)入系統(tǒng)工作，當(dāng)交流接觸 器1吸合瞬間，如圖5所示，電容C3電壓下降，此時接觸器1的線包接入VCC，實現(xiàn)了高壓 吸合，低壓保持的功能(接觸器2的電路圖與接觸器1的電路圖相同)。當(dāng)市電1發(fā)生故 障時，DCl逐漸變?yōu)榱悖瑘D3中的V24截止，V24截止，繼電器Ql常開觸點斷開，常閉觸點吸 合，5腳和3腳相連，8腳和6腳相連，所以CONl接地，VH2為高電壓，從上述可知，此時接觸 器1不吸合，接觸器2吸合，市電2進(jìn)入系統(tǒng)工作。從上述可知，采用此種方法實現(xiàn)接觸器的切換，只有當(dāng)市電電壓達(dá)到一定幅度時， 才能驅(qū)動接觸器，無法滿足通信電源系統(tǒng)在滿量程工作范圍內(nèi)(90V-300V)，實現(xiàn)兩路交流 電切換的要求，并且采用該方法，也無法檢測接觸器是否吸合成功，不能保證交流輸入的 可靠性，當(dāng)市電發(fā)生故障時，也無法判斷出故障發(fā)生點，并將市電工作狀態(tài)上報給系統(tǒng)控制
ο


圖1為兩路交流輸入示意圖；圖2MC34161芯片的真值表；圖3繼電器的驅(qū)動電路圖；圖4接觸器切換的控制電路圖；圖5接觸器1的電路圖；圖6整流模塊電路圖；圖7輔助電源模塊電路圖8采樣模塊中兩路交流輸入的采樣模塊電路圖；圖9采樣模塊中采樣直流母線電壓的電路圖；圖10中央處理器電路圖；圖IlPWM驅(qū)動部分電路圖；圖12接觸器連接電路圖；圖13系統(tǒng)交流輸入檢測模塊電路圖；圖14通訊模塊電路圖。
具體實施例以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明。圖6是整流模塊電路圖，如圖所示，XS 9為第一路市電輸入接口，XSlO為第二路市 電輸入接口，R1-R6為壓敏電阻，V1-V13，V16組成半橋整流電路，RV7為壓敏電阻，R39為熱 敏電阻，RV7和R39起抗浪涌和沖擊電流的作用，C14，C15，C29，C30能夠存儲高壓吸合時的 電路中的能量。兩路市電經(jīng)過圖6所示的整流模塊整流濾波后，產(chǎn)生直流高壓VDC(VDC就 是直流母線電壓)。圖7是輔助電源模塊電路圖，如圖所示，VDC和VDD之間不隔離，N6采 用的是LNK306，高壓直流VDC被轉(zhuǎn)變?yōu)?2V左右的直流電VDD，VDD又被轉(zhuǎn)換為VCC，VCC可 以為系統(tǒng)交流輸入檢測模塊和MCU供電。圖8是采樣模塊中兩路交流輸入的采樣模塊電路 圖，如圖所示，是將第一路市電的U相電壓，采用運算放大器進(jìn)行信號變換，運算放大器為 單電源供電，將第一路市電的U相電壓轉(zhuǎn)化為直流分量較小的正弦信號VAC-1U，VAC-IU被 直接引進(jìn)MCU的AD引腳進(jìn)行采樣。第1路市電的V、W相電和第二路市電的U、V、W相電都 是通過同樣的電路進(jìn)行信號變換，并直接引入MCU的AD引腳。圖9是采樣模塊中采樣直流 母線電壓的電路圖，如圖所示直流母線電壓VDC經(jīng)過電阻分壓采樣得到電壓DC，DC被直接 接入MCU做為直流母線電壓的采樣電壓，圖10是中央處理器電路圖，如圖所示，該MCU內(nèi)置 8路AD轉(zhuǎn)換通道，可檢測兩路市電(6相)的有效值和直流母線的采樣電壓值，MCU根據(jù)兩 路市電每相電壓的有效值和直流母線的采樣電壓值進(jìn)行判斷，在TRIGGERA和TRIGGERB兩 管腳輸出不同脈寬的P W M脈沖信號，來控制接觸器1和接觸器2的吸合和保持，實現(xiàn)市電 1和市電2之間的切換，系統(tǒng)默認(rèn)為當(dāng)兩路市電都正常工作時，選取市電1進(jìn)入系統(tǒng)工作，此 時MCU在TRIGGERA腳會發(fā)出較寬脈寬的脈沖信號，TRIGGERB端無脈沖信號，在圖IlPWM驅(qū) 動部分電路圖中，該脈沖信號經(jīng)過mi的電平轉(zhuǎn)換功能產(chǎn)生一個驅(qū)動MOS管V21的脈沖信 號，此時V21管導(dǎo)通，接線端子XS4的4腳與3腳之間被加電，從圖12中可看出，此時接觸器 1的線包也被加電，接觸器1吸合，市電1進(jìn)入系統(tǒng)工作，圖13是系統(tǒng)交流輸入檢測模塊電 路圖，ACOUT端與MCU的9腳PD5相連，當(dāng)沒有交流輸入時，ACOUT端因與VCC相連，處于高 電平，當(dāng)接觸器吸合成功后交流市電被引入，交流信號經(jīng)過Vl 15整流后，流入光電耦合器N 7，此時A COU T和G N D相連，AC 0 U T處于低電平，M C U會根據(jù)A COU T的電平高 低來判斷接觸器是否吸合成功，A COU T位于低電平時，接觸器吸合成功，此時M C U會在 TRIGGERA腳發(fā)出較窄脈寬的脈沖信號，使接觸器1繼續(xù)保持吸合狀態(tài)，從而實現(xiàn)高壓吸合， 低壓保持的功能。如果MCU檢測到ACOUT仍然處于高電平，表明接觸器1沒有吸合成功，市 電1沒有進(jìn)入系統(tǒng)，此時MCU的TRIGGERA腳會繼續(xù)再發(fā)出幾次較寬脈寬的脈沖信號，驅(qū)動 接觸器1吸合，直至在ACOUT端出現(xiàn)低電平，表明接觸器1吸合成功后，在TRIGGERA腳再發(fā)出較窄脈寬的脈沖信號，保持接觸器1吸合。當(dāng)MCU判斷市電1出現(xiàn)問題時，在TRIGGERB腳 會發(fā)出較寬脈寬的脈沖信號，TRIGGERA腳無脈沖信號，此時接觸器1斷開，在圖IlPWM驅(qū)動 部分電路圖中，該脈沖信號經(jīng)過W2的電平轉(zhuǎn)換功能產(chǎn)生一個驅(qū)動MOS管V22的脈沖信號， 此時V22管導(dǎo)通，接線端子XS4的1腳被加電，從圖12中可看出，此時接觸器2的線包也被 加電，接觸器2吸合，市電2進(jìn)入系統(tǒng)工作，MCU此時根據(jù)ACOUT的電平判斷接觸器2是否吸 合成功，ACOUT為低電平時，接觸器2吸合成功，MCU會在TRIGGERB腳發(fā)出脈寬較窄的脈沖 信號，使接觸器2繼續(xù)保持吸合，當(dāng)ACOUT為高電平時，接觸器2吸合失敗，MCU在TRIGGERB 腳會再繼續(xù)發(fā)出幾次較寬脈寬的脈沖信號，驅(qū)動接觸器2吸合，直至ACOUT端變?yōu)榈碗娖?時，MCU在TRIGGERB腳會發(fā)出較窄脈寬的脈沖信號，使接觸器2保持吸合。當(dāng)市電1和市 電2都發(fā)生故障時，MCU在TRIGGERA和TRIGGERB腳都不會發(fā)出脈沖信號，接觸器1和接觸 器2不動作，市電1和市電2都不被引入系統(tǒng)。圖14是通訊模塊電路圖，連接端子XSl與 RS485總線相連，通過與MCU相連的TXD和RXD將MCU里的兩路市電的相關(guān)信息上報給系 統(tǒng)，當(dāng)兩路市電出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能夠很快找到故障發(fā)生點。另外，本發(fā)明根據(jù)市電狀態(tài)來控制接觸器工作，在一定的市電電壓范圍內(nèi)，接觸器 可靠吸合保持，并且規(guī)定了市電故障判定的電壓回差值，防止由于電網(wǎng)波動等原因造成控 制單元誤動作。從上可知，本發(fā)明采用不隔離的數(shù)字控制，直接利用MCU的AD有效值采樣，精度 高，可以在通信電源系統(tǒng)滿量程范圍(90V-300V)工作，實現(xiàn)兩路交流電的智能切換，并且 可以檢測出接觸器是否吸合成功，在市電正常，接觸器一次吸合不成功的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn) 重復(fù)吸合，保證了市電切換的可靠性，與此同時，本發(fā)明還通過RS485通訊線路將兩路交流 輸入的工作狀態(tài)實時上報給系統(tǒng)，當(dāng)交流輸入發(fā)生問題時，系統(tǒng)能很快找到故障發(fā)生點，大 大縮短了故障檢測的時間。
權(quán)利要求
一種實現(xiàn)交流輸入智能切換的控制單元，包括兩路交流輸入，整流模塊，輔助電源模塊，接觸器驅(qū)動模塊，系統(tǒng)交流輸入檢測模塊，通訊模塊，其特征在于還包括采樣模塊，對兩路交流輸入進(jìn)行電壓采樣，同時對直流母線電壓進(jìn)行采樣；中央處理器，根據(jù)采樣模塊提供的采樣信號進(jìn)行判斷，發(fā)出不同占空比的驅(qū)動信號來控制接觸器。
2.如權(quán)利要求1所述控制單元，其特征在于整流模塊對兩路交流輸入進(jìn)行整流濾波，并得到直流母線電壓。
3.如權(quán)利要求1所述控制單元，其特征在于輔助電源模塊將直流母線電壓轉(zhuǎn)化為直流低電壓，給采樣模塊和中央處理器提供電 源，該電源與所述直流母線電壓未隔離。
4.如權(quán)利要求1所述控制單元，其特征在于接觸器驅(qū)動模塊包括接觸器(1)和接觸器(2)，接觸器(1)和接觸器(2)根據(jù)中央處理 器發(fā)出的驅(qū)動信號動作，控制兩路交流輸入的切換。
5.如權(quán)利要求1所述控制單元，其特征在于系統(tǒng)交流輸入檢測模塊與接觸器(1)和接觸器(2)的主輸出觸點相連，檢測接觸器(1) 或接觸器(2)是否吸合成功，并通知中央處理器。
6.如權(quán)利要求1所述控制單元，其特征在于采樣模塊包括兩路交流輸入采樣模塊，將兩路交流輸入的每相交流輸入電壓進(jìn)行信號變換，得到直 流分量較小的正弦信號，該正弦信號接入中央處理器；和直流母線電壓采樣模塊，對直流母線電壓采用電阻分壓的方法得到直流母線電壓的 采樣信號，該采樣信號接入中央處理器。
7.如權(quán)利要求1所述控制單元，其特征在于中央處理器根據(jù)采樣模塊提供的采樣信號，判斷兩路交流輸入的工作狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝宦?交流輸入工作正常時，中央處理器在(TRIGGERA)端發(fā)出占空比較大的驅(qū)動信號驅(qū)動接觸 器(1)吸合，同時(TRIGGERB)端沒有驅(qū)動信號，接觸器(2)不吸合，第一路交流輸入被引入 系統(tǒng)；當(dāng)?shù)谝宦方涣鬏斎氚l(fā)生故障時，中央處理器在(TRIGGERB)端發(fā)出占空比較大的驅(qū)動 信號驅(qū)動所述接觸器(2)吸合，同時(TRIGGERA)端沒有驅(qū)動信號，接觸器(1)不吸合，第二 路交流輸入被引入系統(tǒng)；當(dāng)?shù)谝宦方涣鬏斎牒偷诙方涣鬏斎攵及l(fā)生故障時，中央處理器在(TRIGGERA)端和 (TRIGGERB)端均無驅(qū)動信號，兩路交流輸入均不弓I入系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求1所述控制單元，其特征在于中央處理器根據(jù)系統(tǒng)交流輸入檢測模塊發(fā)出的信號判斷接觸器(1)或接觸器(2)是否 吸合成功，當(dāng)所述接觸器吸合失敗并且相應(yīng)交流輸入工作正常時，中央處理器會重新發(fā)出 所述占空比較大的驅(qū)動信號，驅(qū)動所述接觸器吸合；當(dāng)所述接觸器吸合成功后，中央處理器 發(fā)出占空比較小的驅(qū)動信號保持所述接觸器繼續(xù)吸合。
9.如權(quán)利要求1所述控制單元，其特征在于通訊模塊將中央處理器采集的兩路交流 輸入的信息上報給系統(tǒng)。
全文摘要
一種實現(xiàn)交流輸入智能切換的控制單元，包括兩路交流輸入，整流模塊，輔助電源模塊，接觸器驅(qū)動模塊，系統(tǒng)交流輸入檢測模塊，通訊模塊，還包括采樣模塊，對兩路交流輸入進(jìn)行電壓采樣，同時對直流母線電壓進(jìn)行采樣；中央處理器，根據(jù)采樣模塊提供的采樣信號進(jìn)行判斷，發(fā)出不同占空比的驅(qū)動信號來控制接觸器。采用本發(fā)明可以在通信電源系統(tǒng)滿量程范圍(90V-300V)工作，實現(xiàn)兩路交流電的智能切換，并且可以檢測出接觸器是否吸合成功，在市電正常，接觸器一次吸合不成功的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)吸合，保證了市電切換的可靠性，當(dāng)交流輸入發(fā)生問題時，系統(tǒng)能很快找到故障發(fā)生點，大大縮短了故障檢測的時間。
文檔編號G05B19/04GK101931267SQ20091014806
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者劉瀟, 史強(qiáng), 池艾文 申請人:北京動力源科技股份有限公司