一種雙電源開關快速切換控制器的製作方法

2023-05-06 14:31:21

本發明涉及雙電源切換控制器技術應用領域，特別是一種雙電源開關快速切換控制器。

背景技術：

雙電源控制器主要應用在負載對供電連續性要求較高的場合，當其中一路電源出現故障時，迅速切換到另一路電源供電，保證負載供電連續性。雙電源切換控制器通過採集一路（a側）和二路（b側）電源電壓、頻率、相位、相序等參數，自動實現ats的切換，實現負載連續供電，不同的負載對雙電源切換開關的切換速度要求不同，傳統的雙電源控制器的切換時間通常在2-3秒以上，對於一些對切換時間要求更高的場合不能滿足需求。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題為：傳統的雙電源控制器的切換時間通常在2-3秒以上，對於一些對切換時間要求更高的場合不能滿足需求。

為了解決上述問題，本發明採取的技術方案是：一種雙電源開關快速切換控制器，包括電壓互感模塊、電流互感模塊、限壓保護模塊、運算放大模塊、低通濾波模塊、控制模塊、繼電器輸出模塊、開入量採集模塊、顯示模塊、按鍵模塊、電源模塊、電源端隔離模塊、穩壓模塊和接地端隔離模塊；所述電壓互感模塊用於採集雙電源切換開關的輸入端電壓，所述電壓互感模塊輸出端設置限壓保護模塊後與低通濾波模塊的輸入端連接，所述低通濾波模塊的輸出端與運算放大模塊輸入端連接；所述電流互感模塊用於採集雙電源切換開關的輸出端電流，所述電流互感模塊輸出端設置限壓保護模塊後與低通濾波模塊的輸入端連接，所述低通濾波模塊的輸出端與運算放大模塊輸入端連接；所述運算放大模塊輸出端與控制模塊連接，所述開入量採集模塊與控制模塊連接，所述顯示模塊與控制模塊連接，所述按鍵模塊與控制模塊連接，所述繼電器輸出模塊與控制模塊連接；所述電源模塊包括整流模塊、一級降壓模塊和二級降壓模塊，所述整流模塊的輸入端取電於雙電源切換開關的輸入端電壓，所述整流模塊的輸出端與一級降壓模塊的輸入端連接，所述一級降壓模塊的輸出端一方面經電源端隔離模塊後給繼電器輸出模塊供電，另一方面與二級降壓模塊的輸入端連接，所述二級降壓模塊的輸出端經穩壓模塊給控制模塊、顯示模塊和運算放大模塊供電；所述控制模塊、顯示模塊和運算放大模塊的接地端均經接地端隔離模塊後再接地。

進一步地，所述電壓互感模塊包括a側電源電壓互感模塊和b側電源電壓互感模塊，所述a側電源電壓互感模塊和b側電源電壓互感模塊均由三個限流電阻、三個電壓互感器和三個採樣電阻組成，每個電壓互感器的輸出端與一個採樣電阻並聯，其輸入端與一個限流電阻串聯。

進一步地，所述電流互感模塊包括三個電流互感器和三個採樣電阻，每個電流互感器的輸出端與一個採樣電阻並聯。

進一步地，所述限壓保護模塊採樣一個雙向tvs管。

進一步地，所述低通濾波模塊採用濾波電容或者rc濾波電路。

進一步地，所述整流模塊包括a側電源整流模塊和b側電源整流模塊，所述a側電源整流模塊和b側電源整流模塊均由一個熱敏電阻、一個壓敏電阻、一個ad-dc轉換器和一個肖特基二極體組成，所述熱敏電阻串聯在ad-dc轉換器的輸入端，所述壓敏電阻並聯在ad-dc轉換器的輸入端，所述肖特基二極體串聯在ad-dc轉換器的輸出端，所述a側電源整流模塊的輸出端和b側電源整流模塊的輸出端並聯在一起後與一級降壓模塊連接，所述一級降壓模塊包括降壓型開關穩壓器u5、電解電容e3、電容c17、二極體d13、電感l7、電解電容e4和電容c16，所述電解電容e3、電容c17組成降壓型開關穩壓器u5的前級濾波電路，所述二極體d13、電感l7、電解電容e4和電容c16組成降壓型開關穩壓器u5後級穩壓濾波電路，所述電源端隔離模塊包括電容c72、電容c48和型號為b0505ls-1w的dc-dc電源模塊，所述電容c72和c48分別為型號為b0505ls-1w的dc-dc電源模塊的前後級濾波電容，所述二級降壓模塊包括型號為lm1117的降壓型開關穩壓器u14、電解電容e8和電容c23，所述電解電容e8和電容c23組成降壓型開關穩壓器u14的前級濾波電路，所述穩壓模塊包括電容c42和電解電容e21，所述電容c42和電解電容e21組成降壓型開關穩壓器u14的後級濾波電路以實現穩壓。

進一步地，所述接地端隔離模塊採用零歐姆電阻或者磁珠。

進一步地，所述繼電器輸出模塊包括達林頓電晶體陣列單元和三個以上的繼電器，所述一級降壓模塊的輸出端與繼電器中的電磁線圈的正極連接，所述繼電器中的電磁線圈的負極與達林頓電晶體陣列單元的輸出端連接，所述達林頓電晶體陣列單元的輸入端與控制模塊連接。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：第一，在負載端上，毫秒切換時，負載端電流電壓變化很大，繼電器中的電磁線圈的直流電源受到幹擾，形成電流衝擊，從而對電源模塊構成威脅，為了克服此幹擾對電源模塊的破壞，在一級降壓模塊和繼電器輸出模塊中間接入電源端隔離模塊，避免繼電器產生的電流衝擊；第二，在互感採集端上，電壓互感模塊和電流互感模塊通過設置限壓保護模塊，從而採集的信號為限壓後的電壓電流信號，且通過低通濾波模塊對該信號進一步濾波處理，從而減少了運算放大模塊的衝擊幹擾；第三，在電源模塊上，由於電源模塊取電於雙電源切換開關的輸入端，而在切換的瞬間，會產生很大的電壓電流衝擊，電源模塊供電會出現波動，為了避免控制模塊和運算放大模塊中的晶片不受到電源模塊供電波動的影響，因此在二級降壓模塊的輸出端經穩壓模塊給控制模塊、顯示模塊和運算放大模塊供電；第四，在控制模塊、顯示模塊和運算放大模塊的接地端設置接地端隔離模塊，使得相互之間跨地連接，進一步減少幹擾，本發明經過多處的抗幹擾處理，使得控制器能夠進行毫秒級操作，另一方面，本發明採取了繼電器輸出模塊，使得該控制器能夠在不同型號的電源切換開關中通用化。

附圖說明

圖1所示為本發明結構框圖；

圖2所示為本發明的電壓互感模塊、電流互感模塊和運算放大模塊的具體應用電路；

圖3所示為本發明的電源模塊的具體應用電路。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例1如圖1所示，一種雙電源開關快速切換控制器，包括電壓互感模塊、電流互感模塊、限壓保護模塊、運算放大模塊、低通濾波模塊、控制模塊、繼電器輸出模塊、開入量採集模塊、顯示模塊、按鍵模塊、電源模塊、電源端隔離模塊、穩壓模塊和接地端隔離模塊；所述電壓互感模塊用於採集雙電源切換開關的輸入端電壓，所述電壓互感模塊輸出端設置限壓保護模塊後與低通濾波模塊的輸入端連接，所述低通濾波模塊的輸出端與運算放大模塊輸入端連接；所述電流互感模塊用於採集雙電源切換開關的輸出端電流，所述電流互感模塊輸出端設置限壓保護模塊後與低通濾波模塊的輸入端連接，所述低通濾波模塊的輸出端與運算放大模塊輸入端連接；所述運算放大模塊輸出端與控制模塊連接，所述開入量採集模塊與控制模塊連接，所述顯示模塊與控制模塊連接，所述按鍵模塊與控制模塊連接，所述繼電器輸出模塊與控制模塊連接；所述電源模塊包括整流模塊、一級降壓模塊和二級降壓模塊，所述整流模塊的輸入端取電於雙電源切換開關的輸入端電壓，所述整流模塊的輸出端與一級降壓模塊的輸入端連接，所述一級降壓模塊的輸出端一方面經電源端隔離模塊後給繼電器輸出模塊供電，另一方面與二級降壓模塊的輸入端連接，所述二級降壓模塊的輸出端經穩壓模塊給控制模塊、顯示模塊和運算放大模塊供電；所述控制模塊、顯示模塊和運算放大模塊的接地端均經接地端隔離模塊後再接地。

具體地，所述電壓互感模塊包括a側電源電壓互感模塊和b側電源電壓互感模塊，所述a側電源電壓互感模塊和b側電源電壓互感模塊均由三個限流電阻、三個電壓互感器和三個採樣電阻組成,每個電壓互感器的輸出端與一個採樣電阻並聯，其輸入端與一個限流電阻串聯，所述電流互感模塊包括三個電流互感器和三個採樣電阻，每個電流互感器的輸出端與一個採樣電阻並聯。所述限壓保護模塊採樣一個雙向tvs管。所述低通濾波模塊採用濾波電容或者rc濾波電路。

參考圖2，圖2所示為電壓互感模塊、電流互感模塊和運算放大模塊的具備應用電路，電阻r69、r88、r102、r72、r90、r103為限流電阻，r75、r94、r106、r77、r95、r110為採樣電阻，pt1-pt6為電壓互感器，雙向tvs管d33、d34、d36、d37、d38、d40、d41、d42、d44是限壓保護模塊，電容c199、c83、c82、c86、c77、c62、c66、c64、c211、c212、c56是低通濾波模塊，一路a相採樣電壓經過r137、r138、放大器u33放大，再經過c60濾波後進入處理器ad採樣；一路b相採樣電壓經過r165、r166、放大器u33放大，再經過c77濾波後進入處理器ad採樣；一路c相採樣電壓經過r130、r131、放大器u31放大，再經過c84濾波後進入處理器ad採樣；二路a相採樣電壓經過r199、r200、放大器u33放大，再經過c200濾波後進入處理器ad採樣；二路b相採樣電壓經過r126、r127、放大器u33放大，再經過c81濾波後進入處理器ad採樣；二路c相採樣電壓經過r133、r134、放大器u33放大，再經過c85濾波後進入處理器ad採樣。電阻r79、r97、r112為採樣電阻，ct10-ct12是電流互感器電流互感器採集電流信號經過採樣電阻後，轉換為電壓信號。a相採樣電壓經過r143、r144、u33放大，再經過c63濾波後進入處理器ad採樣；b相採樣電壓經過r139、r141、放大器u33放大，再經過c61濾波後進入處理器ad採樣；c相採樣電壓經過r147、r145、放大器u2放大，再經過c55濾波後進入處理器ad採樣。

參考圖3，圖3所示了電源模塊、電源端隔離模塊和穩壓模塊的具體應用電路，所述整流模塊包括a側電源整流模塊和b側電源整流模塊，所述a側電源整流模塊和b側電源整流模塊均由一個熱敏電阻、一個壓敏電阻、一個ad-dc轉換器和一個肖特基二極體組成，所述熱敏電阻串聯在ad-dc轉換器的輸入端，所述壓敏電阻並聯在ad-dc轉換器的輸入端，所述肖特基二極體串聯在ad-dc轉換器的輸出端，所述a側電源整流模塊的輸出端和b側電源整流模塊的輸出端並聯在一起後與一級降壓模塊連接，所述一級降壓模塊包括降壓型開關穩壓器u5、電解電容e3、電容c17、二極體d13、電感l7、電解電容e4和電容c16，所述電解電容e3、電容c17組成降壓型開關穩壓器u5的前級濾波電路，所述二極體d13、電感l7、電解電容e4和電容c16組成降壓型開關穩壓器u5後級穩壓濾波電路，所述電源端隔離模塊包括電容c72、電容c48和型號為b0505ls-1w的dc-dc電源模塊，所述電容c72和c48分別為型號為b0505ls-1w的dc-dc電源模塊的前後級濾波電容，所述二級降壓模塊包括型號為lm1117的降壓型開關穩壓器u14、電解電容e8和電容c23，所述電解電容e8和電容c23組成降壓型開關穩壓器u14的前級濾波電路，所述穩壓模塊包括電容c42和電解電容e21，所述電容c42和電解電容e21組成降壓型開關穩壓器u14的後級濾波電路以實現穩壓。

具體地，所述接地端隔離模塊採用零歐姆電阻或者磁珠。

具體地，所述繼電器輸出模塊包括達林頓電晶體陣列單元和三個以上的繼電器，所述一級降壓模塊的輸出端與繼電器中的電磁線圈的正極連接，所述繼電器中的電磁線圈的負極與達林頓電晶體陣列單元的輸出端連接，所述達林頓電晶體陣列單元的輸入端與控制模塊連接。

在上述方案的基礎上，該控制器還包括rs485通訊模塊，所述rs485通訊模塊連接至控制模塊，同時連接至主控站，使用modbus通信協議，滿足主控站網絡化需求。

上述電壓互感器採用型號為zmpt112，電流互感器為zmpt103，運算放大器為mcp6004，tvs管為p6ke6.8ca。控制模塊採用型號為stm32f103zet6的微控制器，rs485通訊模塊、開入量採集模塊、顯示模塊和按鍵模塊是常用的現有模塊，不再累述。

工作原理：a側電源電壓互感模塊和b側電源電壓互感模塊採集到的一路和二路電壓信號，經濾波電容低通濾波後，進入運算放大模塊放大，再經過信號濾波電容後，輸出至控制模塊，控制模塊內部的ad採樣後，變為數位訊號，經過傅立葉變換等計算，可以得到電壓、頻率等參數，利用這些參數信息可以判斷a側、b側是否出現故障或者異常，再結合用戶設置自動控制負載供電情況；開入量採集模塊連接至控制模塊，把採集到的開入量信息發送給控制模塊；繼電器輸出模塊連接至控制模塊，接收控制模塊發送的分合閘信號，控制ats的分合閘操作；顯示模塊和按鍵模塊顯示當前信息和接收用戶輸入，實現方便的用戶交互操作，毫秒切換時，在負載端上，負載端電流電壓變化很大，繼電器中的電磁線圈的直流電源受到幹擾，形成電流衝擊，從而對電源模塊構成威脅，為了克服此幹擾對電源模塊的破壞，在一級降壓模塊和繼電器輸出模塊中間接入電源端隔離模塊，避免繼電器產生的電流衝擊；第二，在電壓電流採集端上，電壓互感模塊和電流互感模塊通過設置限壓保護模塊，從而採集的信號為限壓後的電壓電流信號，且通過低通濾波模塊對該信號進一步濾波處理，從而減少了運算放大模塊的衝擊幹擾；第三，在電源模塊上，由於電源模塊取電於雙電源切換開關的輸入端，而在切換的瞬間，會產生很大的電壓電流衝擊，電源模塊供電會出現波動，為了避免控制模塊和運算放大模塊中的晶片不受到電源模塊供電波動的影響，因此在二級降壓模塊的輸出端經穩壓模塊給控制模塊、顯示模塊和運算放大模塊供電；第四，在控制模塊、顯示模塊和運算放大模塊的接地端設置接地端隔離模塊，使得相互之間跨地連接，進一步減少幹擾，本發明經過多處的抗幹擾處理，使得控制器能夠進行毫秒級操作。

儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同物限定。