一種交流電隨機切換方法及系統的製作方法
2024-02-13 21:12:15
專利名稱：一種交流電隨機切換方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電源切換方法及系統，更具體地說，涉及一種交流電隨機切換方法及系統。
背景技術：
現有交流切換電路採用的是電壓過零切換技術，存在切換間隔時間長的缺點，艮卩當檢測到主電AC斷電時，邏輯控制器給出一個控制信號給固態過零開關，只有當備用電過零點時才實現切換，不產生瞬態尖峰幹擾，切換時間取決於主電與備用電的相位差。現有交流過零切換電路，其切換必須等待到電壓過零時才能實現切換，存在切換時間不確定(取決於主電與備電的相位差)，切換時間過長(約25ms)，從而使得電路損耗加大；同時，切換時間過程還會帶來電源的高頻幹擾，這樣對電源要求高的高速集中電路的供電將會帶來嚴重的影響。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的在主備電源隨機切換後將出現浪湧電流，以及瞬態尖峰幹擾的缺陷，提供一種交流電隨機切換方法及系統，以縮短電源切換時間，降低電路損耗、糾正電流(防止浪湧電流的出現)，以及抑制切換過程中電源的高頻幹擾。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種交流電隨機切換方法，包括以下步驟
51、 在主用電源供電時，檢測該主用電源的實際輸入電壓值V1和實際輸入電流值II;
52、 如果實際輸入電壓值VI與其相應的額定電壓值的差 絕對值超過一預定比例，和/或實際輸入電流值II與其相應的額定電流值的差的絕對值超過一預定比例(即，大於50%)時，關斷工作電源，導通備用電源；
53、 根據實際輸入電壓值Vl和實際輸入電流值Il,計算切換後初始電流值I2;
54、 根據初始電流值I2，向P麗發出不同的脈衝信號，調製其佔空比的輸出，以控制APFC電路輸出的電流值與初始電流值12的差的絕對值在一預定範圍內，從而實現輸出電流的線性糾正；
55、 根據一預定時間，調整APFC電路的輸出電流，使實際輸出電流值與其相應的額定輸出電流值的差的絕對值在一預定值範圍內，從而保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步；在該步驟中，如果預定時間短的話，APFC電路的輸出電流的變化斜率就較大，如果預定時間長的話，APFC電路的輸出電流的變化斜率就較小，即實際輸出電流通過較為平緩的方式調整到與額定輸出電流相一致。
56、 結束。
在該技術方案中，主用電源和備用電源具有相同的電壓等級和電網頻率，其中，電網頻率可以是50HZ或60HZ,電壓等級可以是220V、 230V、 240V、120V、 110V或115V。
在本發明所述的交流電隨機切換方法中，所述步驟S2包括以下步驟
521、 如果實際輸入電壓值VI與其相應的額定電壓值的差的絕對值超過一預定比例，和/或實際輸入電流值II與其相應的額定電流值的差的絕對值超過一預定比例時，根據採樣頻率f，計算延遲比較數n;
522、 根據延遲比較數n,檢測主用電源的n個輸入電壓和電流值；
523、 如果檢測到的n個輸入電壓值分別與其相應的額定電壓值的差的絕對值都超過一預定比例，和/或檢測到的n個電流值分別與其相應的額定電流值的差的絕對值都超過一預定比例時，進入步驟S24，否則，進入步驟S6;
524、 關斷工作電源，導通備用電源。
在本發明所述的交流電隨機切換方法中，採樣頻率f的範圍是4khz到100khz;延遲比較數n的計算公式為n=f0/2，其中fO為釆樣頻率f的數
5值。
在本發明所述的交流電隨機切換方法中，初始電流值12的計算公式為12二V1+I1/V,其中V為備用電源額定電壓的最大值。
根據本發明的另一方面，提供一種交流電隨機切換系統，包括電壓檢測電路，用於檢測電源的輸入電壓；電流檢測電路，用於檢測電源的輸入電流；第一開關電路，用於導通或關斷主用電源；第二開關電路，用於導通或關斷備用電源；控制電路，用於採集和處理由電壓檢測電路和電流檢測電路發送的電壓和電流信號，控制第一開關電路和第二開關電路的導通或關閉，並向P麗發送脈衝信號；P麗，用於根據控制電路發送的脈衝信號，調製輸出的佔空比；APFC電路，用於接收P麗輸出的佔空比，以控制輸出的電流，從而實現輸出電流的線性糾正，保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步。
在本發明所述的交流電隨機切換系統中，第一開關電路和第二開關電路是固態繼電器。優選的，固態繼電器是固態隨機開關。
實施本發明的交流電隨機切換方法及系統，具有以下有益效果採用電壓及電流檢測，抑制電源高頻幹擾，電源狀態自動識別，高速信號處理，隨機實現切換，自動適應環境電源，同時通過對APFC的控制來抑制隨機切換帶來的尖峰幹擾，防治浪湧電流的出現，並降低功率損耗，使得交流切換時間小於lms，真正達到高精度的交流切換。通過採用隨機切換，能自動識別電源狀態，適應各種環境的電源，切換時間大大縮短且固定。通過對APFC進行控制，使電流線性糾正達到交流電的隨機切換，解決隨機切換帶來的尖峰幹擾。同時進行功率補償，實現電路功率的最小損耗。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是本發明交流電隨機切換系統一實施例的邏輯框圖；圖2是圖1所示的控制電路掉電判斷示意圖；圖3是圖1所示的控制電路計算初始電流值的示意圖；圖4是圖1所示的主備電源切換示意圖。
具體實施例方式
本發明的交流電隨機切換方法，包括以下步驟Sl、在主用電源供電時，檢測該主用電源的實際輸入電壓值V1和實際輸入電流值I1; S2、如果實際輸
入電壓值VI與其相應的額定電壓值的差的絕對值超過一預定比例(即大於50
%)，和/或實際輸入電流值II與其相應的額定電流值的差的絕對值超過一預
定比例(即大於50%)時，關斷工作電源，導通備用電源；S3、根據實際輸入電壓值VI和實際輸入電流值II,計算切換後初始電流值12,其中，初始電流值12的計算公式為I2=V1*I1/V，其中V為備用電源額定電壓的最大值。S4、根據初始電流值I2，向P麵發出不同的脈衝信號，調製其佔空比的輸出，以控制APFC電路輸出的電流值與初始電流值12的差的絕對值在一預定範圍(5%)內，從而實現輸出電流的線性糾正；S5、根據一預定時間(0. 1 10ms)，調整APFC電路的輸出電流，使實際輸出電流值與其相應的額定輸出電流值的差的絕對值在一預定值範圍內，從而保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步；在該步驟中，如果預定時間短的話，APFC電路的輸出電流的變化斜率就較大，如果預定時間長的話，APFC電路的輸出電流的變化斜率就較小，即實際輸出電流通過較為平緩的方式調整到與額定輸出電流相一致。S6、結束。在該技術方案中，主用電源和備用電源具有相同的電壓等級和電網頻率，其中，電網頻率可以是50HZ或60HZ,電壓等級可以是220V、 230V、 240V、 120V、110V或115V。在主用電源恢復正常後，若要將備用電源切換到主用電源，其切換方法，與上述主用電源切換到備用電源的方法相一致。
在實施中，步驟S2包括以下步驟S21、如果實際輸入電壓值V1與其相應的額定電壓值的差的絕對值超過一預定比例，和/或實際輸入電流值II與其相應的額定電流值的差的絕對值超過一預定比例時，根據採樣頻率f，計算延遲比較數n,其中，採樣頻率f的範圍是4khz到100khz;延遲比較數n的計算公式為n=f。/2,其中f。為採樣頻率f的數值；S22、根據延遲比較數n，檢測主用電源的n個輸入電壓和電流值；S23、如果檢測到的n個輸入電壓值分別與其相應的額定電壓值的差的絕對值都超過一預定比例，和/或檢測到的n個電流值分別與其相應的額定電流值的差的絕對值都超過一預定比例時，進入步驟S24，否則，進入步驟S5; S24、關斷工作電源，導通備用電源。
如圖1所示，根據以上交流電隨機切換方法，可實施的交流電隨機切換系統，包括電壓檢測電路，用於檢測電源的輸入電壓；電流檢測電路，用於檢測電源的輸入電流；第一開關電路，用於導通或關斷主用電源；第二開關電路，用於導通或關斷備用電源；控制電路，用於採集和處理由電壓檢測電路和電流檢測電路發送的電壓和電流信號，控制第一開關電路和第二開關電路的導通或關閉，並向PWM發送脈衝信號；P麗，用於根據控制電路發送的脈衝信號，調製輸出的佔空比；APFC電路，用於接收P麗輸出的佔空比，以控制輸出的電流，從而實現輸出電流的線性糾正，保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步。其中，控制電路包括信號處理單元、邏輯運算單元以及微控制指令單元。第一開關電路和第二開關電路是固態繼電器。優選的，固態繼電器選用固態隨機開關。其中，APFC電路可包括電感、開關管和二極體，電感的一端分別與第一開關電路和第二開關電路的輸出端耦合；開關管的控制端耦合到P麗；二極體的陰極作為APFC電路的輸出端。
該交流電隨機切換系統具體的工作原理和過程為第一、二開關電路的電源輸入端分別與主、備電源相連接，且第一、二開關電路的電源輸出端都連接到APFC電路的電源輸入端連接，由APFC電路糾正電流，以達到交流電的隨機切換。控制電路的信號處理單元與電壓檢測電路和電流檢測電路相連接，以接收電壓檢測信號和電流檢測信號，以判斷主備電源是否掉電，電壓檢測電路和電流檢測電路用4khz 100khz的採樣頻率對主備電源一個全波設80 2k個採樣點，分別將主電和備電80 2k個採樣點額定的電壓電流值分別存放到存儲器中作為基準值。每採樣一個點都與存儲器中與之相對應的基準值進行比較(設定範圍)，並輸出比結果至邏輯運算單元。如果某一採樣點超出基準值範圍，則連續對後2 50個(以採樣頻率而定)採樣點進行比較(延時判斷，抑制幹擾)，若正常則判為幹擾不與理會，反之則判為掉電。
如圖2所示，當邏輯運算單元接收到信號處理單元輸送而來的比較結果後，對電源的抗幹擾及掉電性進行判斷，其判斷原理為由於電源電網會受
8到高頻脈衝幹擾，所以必須能識別出是否幹擾防止誤動作。以採樣頻率為
4khz，採樣點為80個為例，當檢測到n點值超出基準值範圍時，不與理會，繼續對下個採樣點n+l和n+2點採樣比較，此時採樣檢測值正常，所以視為幹擾。m點同理。如k點所示，此時k點已經超出基準值範圍，繼續對k+l和k+2檢測，都已超出基準值範圍。視為掉電。如採樣頻率越高，則連續採樣點越多，對高頻幹擾判斷能力則越強。判定掉電時間為3 50個採樣周期，時間為0. 1 lms。
由於某些工業場合電源波動較大，或是主電與備電峰值相差大同時電源頻率不一樣。此時控制電路自動識別電源狀態。如圖3、 4所示，工作時根據
額定的初始設定值，以實測頻率和正負峰值與初始設定值的頻率和正負峰值為計算的數據，得到每一個供電線路任一採樣點的電流值12二V1W1/V，其中V為備用電源額定電壓的最大值.正負峰值或半周內的任一個採樣點電流可能不一樣，但是總功率保持穩定。實現自動調節設定值參數和自動調節採樣的頻率。使其能自動適應各種電壓和不同頻率的電源。
當邏輯運算單元對接收到的電源信號比較結果進行相應運算處理後輸出運算結果至微控制指令單元。微控制指令單元根據接收到運算結果，比如主電源掉電，或被電源掉電，通過I/O端輸出控制信號至第一、二開關電路。其控制原理當判定為主電掉電，控制電路瞬時給出控制信號，關斷第一開關電路並導通第二開關電路，以切換到備用電源。同時通過邏輯運算處理，向P麗發送不同的脈衝信號，以調製PWM的輸出佔空比，對APFC進行控制，對電流進行線性糾正，保證電壓和電流相位同步，抑制隨機切換帶來的尖峰幹擾，並進行功率補償，最大程度降低電路的損耗。
切換區間中的計算準則1、掉電前供電線路提供的電能與備用電提供的能量相同或誤差在可控控制範圍內；2、切換後，在設定的時間內線性糾正電流能達到與電壓同相位變化；3、切換區間內的電流與電壓要儘可能保持同一趨勢；4、電流最大值的限定，取值為min(電路器件的額定值和算法確定的最大安全值)；5、根據線路間的電壓相位不同，轉換區間的點數為1 2000點,周期跨度最大為1/4周期(適用於各種頻率)；6、各點連接而成的電流曲線由算法確定，根據供電功率,線路間相位差，切換點數，供電頻率而不同。
本發明是通過幾個具體實施例進行說明的，本領域技術人員應當明白，在不脫離本發明範圍的情況下，還可以對本發明進行各種變換及等同替代。另外，針對特定情形或具體情況，可以對本發明做各種修改，而不脫離本發明的範圍。因此，本發明不局限於所公開的具體實施例，而應當包括落入本發明權利要求範圍內的全部實施方式。
權利要求
1、一種交流電隨機切換方法，其特徵在於，包括以下步驟S1、在主用電源供電時，檢測該主用電源的實際輸入電壓值V1和實際輸入電流值I1；S2、如果實際輸入電壓值V1與其相應的額定電壓值的差的絕對值超過一預定比例，和/或實際輸入電流值I1與其相應的額定電流值的差的絕對值超過一預定比例時，關斷工作電源，導通備用電源；S3、根據實際輸入電壓值V1和實際輸入電流值I1，計算切換後初始電流值I2；S4、根據初始電流值I2，向PWM發出不同的脈衝信號，調製其佔空比的輸出，以控制APFC電路輸出的電流值與初始電流值I2的差的絕對值在一預定範圍內；S5、根據一預定時間，調整APFC電路的輸出電流，使實際輸出電流值與其相應的額定輸出電流值的差的絕對值在一預定值範圍內，從而保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步；S6、結束。
2、 根據權利要求l所述的交流電隨機切換方法，其特徵在於，所述步驟 S2包括以下步驟S21、 如果實際輸入電壓值VI與其相應的額定電壓值的差的絕對值超過 一預定比例，和/或實際輸入電流值II與其相應的額定電流值的差的絕對值 超過一預定比例時，根據採樣頻率f，計算延遲比較數n;S22、 根據延遲比較數n,檢測主用電源的n個輸入電壓和電流值；S23、 如果檢測到的n個輸入電壓值分別與其相應的額定電壓值的差的絕 對值都超過一預定比例，和/或檢測到的n個電流值分別與其相應的額定電流 值的差的絕對值都超過一預定比例時，進入步驟S24,否則，進入步驟S6;S24、 關斷工作電源，導通備用電源。
3、 根據權利要求2所述的交流電隨機切換方法，其特徵在於，採樣頻率f的範圍是4khz到100khz;延遲比較數n的計算公式為n=f。/2，其中f。 為採樣頻率f的數值。
4、 根據權利要求1 3任一所述的交流電隨機切換方法，其特徵在於， 初始電流值12的計算公式為12=71*11/^其中V為備用電源額定電壓的最 大值。
5、 一種交流電隨機切換系統，其特徵在於，包括 電壓檢測電路，用於檢測電源的輸入電壓； 電流檢測電路，用於檢測電源的輸入電流； 第一開關電路，用於導通或關斷主用電源； 第二開關電路，用於導通或關斷備用電源；控制電路，用於採集和處理由電壓檢測電路和電流檢測電路發送的電壓 和電流信號，控制第一開關電路和第二開關電路的導通或關閉，並向P麗發 送脈衝信號；P麗，用於根據控制電路發送的脈衝信號，調製輸出的佔空比； APFC電路，用於接收P麗輸出的佔空比，以控制輸出的電流，從而實現 輸出電流的線性糾正，保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步。
6、 根據權利要求5所述的交流電隨機切換系統，其特徵在於，第一開關 電路和第二開關電路是固態繼電器；固態繼電器是固態隨機開關。
全文摘要
本發明涉及一種交流電隨機切換方法及系統，該系統包括電壓檢測電路；電流檢測電路；第一開關電路，用於導通或關斷主用電源；第二開關電路，用於導通或關斷備用電源；控制電路，控制第一開關電路和第二開關電路的導通或關閉，並向PWM發送脈衝信號；PWM，用於根據控制電路發送的脈衝信號，調製輸出的佔空比；APFC電路，用於接收PWM輸出的佔空比，以控制輸出的電流，從而實現輸出電流的線性糾正，保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步。通過採用隨機切換，能自動識別電源狀態，適應各種環境的電源，切換時間大大縮短且固定。通過對APFC進行控制，使電流線性糾正達到交流電的隨機切換，解決隨機切換帶來的尖峰幹擾。同時進行功率補償，實現電路功率的最小損耗。
文檔編號H02J9/00GK101599660SQ200810067648
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月6日 優先權日2008年6月6日
發明者周明傑, 張玉平, 平 鄭 申請人:深圳市海洋王照明科技股份有限公司