交流供电电源切换装置

技术领域

本发明创造涉及到交流供电电源系统技术领域。

背景技术

在这个信息化的时代，各类信息设备都离不开可靠的电源支撑。为了提高系统的可靠性，通常设置多路供电电源等作为备用电源，以增加冗余度提高系统的可靠性。通过对多路供电电源分别设置开关，对各个开关进行导通或是截止操作是实现电源切换的常用方法。

可控硅静态转换开关是一种静止式高速电子转换开关，有切换速度快，可靠性高的优点，广泛的应用于大多数的信息化系统中作为电源切换的开关。可控硅开关是一种非全控开关。

非全控开关是发出触发信号则可以快速导通，但是只有在电流过零时才能关断的开关，可控硅开关就是这类开关。如果在进行切换电源时，两路电源不同相或是出现高低压穿越时，且使用的开关是非全控开关，则会出现原导通的开关还没有关断，另一路电源的开关却导通了。当这样的情况发生时，就会出现一段时间内，两路供电电源的开关都导通了，从而形成很大的短路环流，损耗开关。为此，就需要采用电流过零检测的方法，来判断切换开关的合适时机，以安全切换开关。但是如果电流过零检测的精度不高，切换开关的时机判断错误，选择了不合适的时机对开关进行操作，则同样会发生短路环流，损坏开关，这也是不安全的。

目前电流过零检测的方法，常用的有输出电流测量的方法，输出电流测量的方法是通过互感器对交流线路中的电流进行采样，再经采样电阻器将电流信号转换为电压信号，以实现电流检测，具有电路简单的优点。但是在电流过零检测的场景下，电流过零时电流微小，导致测量信号微小、这种方法误差大、测量不准，容易错误判断，导致电流过零检测不够准确，可能在不合适的时机控制另一组开关打开，从而导致短路环流。

发明内容

有鉴于此，本发明创造提供一种交流供电电源切换装置，能更安全地切换供电电源。

为实现上述目的，本发明创造提供以下技术方案。

1、交流供电电源切换装置，用于切换向负载交流供电的供电电源，包括切换开关，切换开关连接供电电源和向负载供电的交流供电线路，供电电源经由切换开关向交流供电线路供电，其特征是，还包括正向检测电路、用于感应负载线路中的电流的感应单元、用于控制切换开关以实现切换供电电源的开关控制单元，正向检测电路包括反向并联的二极管D1、二极管D2，二极管D1阳极为第一端口，二极管D2阳极为第二端口，感应单元的两个输出端分别与正向检测电路的第一端口和第二端口连接，感应单元设在交流供电线路旁以在交流供电线路有电流时形成感应电流，所述感应电流输出至正向检测电路，从而在第一端口和第二端口之间形成电位差信号，该电位差信号作为检测信号输出，开关控制单元依据检测信号控制切换开关。

感应单元产生的感应电流的方向总会与其中一个二极管的导通方向相同。如果被检测的交流供电线路里的电流很微小，感应单元所产生的感应电流也很微小，不足以导通二极管D1或二极管D2，故此时二极管D1或二极管D2的阻值较大，根据欧姆定律，此时正向检测电路的第一端口和第二端口之间(即二极管D1两端之间或二极管D2两端之间)的电位差就比较大，容易被检测到，所以能够检测到交流供电线路中的微小电流。因此能准确无误的判断当前电流是否过零，确保在电流过零后才去进行控制切换开关，从而更安全地切换供电电源。

2、根据技术方案1所述的交流供电电源切换装置，正向检测电路包括电阻RS1，电阻RS1与二极管D1、二极管D2并联，以加快二极管D1、二极管D2放电。因为二极管有结电容，开路时放电较慢，所以通过向正向检测电路并联电阻RS1作为放电电阻，能加快二极管D1、二极管D2的放电。

3、根据技术方案1所述的交流供电电源切换装置，还包括信号放大单元，信号放大单元与正向检测电路连接，以接收所述电位差信号并放大该电位差信号形成放大信号，该放大信号作为所述检测信号，由信号放大单元的输出端向开关控制单元输出所述检测信号。虽然感应电流经过正向检测电路后，第一端口与第二端口之间能输出较大的电位差，但仍然较小，为了便于判断，还需要进一步通过信号放大单元进行放大，以输出放大信号。

4、根据技术方案3所述的交流供电电源切换装置，信号放大单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4与运算放大器U1A，电阻R1一端连接所述第一端口，另一端连接运算放大器U1A的同相输入端，该同相输入端经由电阻R2接地，电阻R3与电阻R4串联后连接在所述第二端口与运算放大器U1A的输出端之间，电阻R3连接所述第二端口，电阻R3与电阻R4之间的接点连接运算放大器U1A的反相输入端，运算放大器U1A的输出端作为信号放大单元的输出端。

5、根据技术方案3所述的交流供电电源切换装置，还包括用于滤除干扰信号的滤波单元，滤波单元与信号放大单元的输出端连接，以接收所述放大信号并滤除干扰信号形成滤波信号，该滤波信号作为所述检测信号由滤波单元的输出端向开关控制单元输出。

6、根据技术方案5所述的交流供电电源切换装置，滤波单元包括电阻R5、电阻R6、电容C1，电阻R5一端连接信号放大单元的输出端，另一端连接电容C1一端，电容C1另一端接地，电阻R6一端连接电阻R5与电容C1的接点，另一端接地，电阻R5与电容C1的接点作为滤波单元的输出端输出所述滤波信号。

7、根据技术方案5所述的交流供电电源切换装置，还包括电位限制单元，电位限制单元与滤波单元的输出端连接，以接收所述滤波信号，并将所述滤波信号的电压大小处理成开关控制单元可以接收的范围之内以形成判定信号，该判定信号作为所述检测信号由电位限制单元的输出端向开关控制单元输出。

8、根据技术方案7所述的交流供电电源切换装置，电位限制单元包括电阻R7、运算放大器U1B、电容C2，运算放大器U1B的同相输入端连接至滤波单元的输出端，运算放大器U1B的反相输入端连接至运算放大器U1B的输出端，电阻R7一端连接至运算放大器的输出端，另一端连接至电容C2，电容C2另一端接地，电阻R7和电容C2的接点作为电位限制单元的输出端。

9、根据技术方案7所述的交流供电电源切换装置，还包括开关触发单元，开关控制单元依据所述检测信号形成开关控制信号向开关触发单元输出，开关触发单元接收到开关控制信号后控制切换开关以实现供电电源的切换。

10、根据技术方案9所述的交流供电电源切换装置，切换开关包括至少两个可控硅开关，开关触发单元与可控硅开关一一对应，开关触发单元包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、二极管D3、二极管D4、二极管D5、三极管Q1、变压器T1，电阻R8一端连接至开关控制单元接收开关控制信号，另一端连接至三级管Q1的基极，电阻R9一端连接三极管Q1的基极，另一端接地，三级管Q1的发射极接地，三级管Q1的集电极连接至二极管D3的阳极，二极管D3的阴极接模拟信号电源，变压器T1的初级线圈一端连接至二极管D3的阳极，另一端连接至二极管D3的阴极，变压器T1的次级线圈一端连接至二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接至电阻R10一端，电阻R10的另一端连接至对应的可控硅开关的控制极G，变压器T1的次级线圈的另一端连接至二极管D5的阳极，二极管D5的阴极连接至二极管D4的阴极与电阻R10的接点，二极管D5的阳极连接至对应的可控硅开关的阴极K，电阻R11一端与对应的可控硅开关的控制极G连接，另一端连接至对应的可控硅开关的阴极K。

附图说明

图1为本发明创造的交流供电电源切换装置的系统结构示意图；

图2为本发明创造的交流供电电源切换装置的感应单元及正向检测电路的电路原理图；

图3为本发明创造的交流供电电源切换装置的信号放大单元、滤波单元以及电位限制单元的电路原理图；

图4为本发明创造的交流供电电源切换装置的开关触发单元的电路原理图；

附图标记包括：

感应单元1；

正向检测电路2；

信号放大单元3；

滤波单元4；

电位限制单元5；

开关控制单元6；

开关触发单元7、开关触发单元8；

切换开关9、可控硅开关91、可控硅开关92；

供电电源10、电源101、电源102。

负载11；

交流供电线路12；

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。

如图1所示，本实施例的交流供电电源切换装置包括感应单元1，正向检测电路2，信号放大单元3，滤波单元4，电位限制单元5，开关控制单元6，开关触发单元7、开关触发单元8，切换开关9、可控硅开关91、可控硅开关92，供电电源10、电源101、电源102。

所述切换开关9是用于连接供电电源10和向负载11供电的交流供电线路12，供电电源10经由切换开关9向交流供电线路12供电。供电电源10由电源101、电源102组成，在其他实施例中，所述供电电源10可以由多个电源组合而成。在电源101、102对应设置可控硅开关91、92组合形成切换开关9，以连接电源101、102组合形成的供电电源10与交流供电线路12，在其他实施例中，所述切换开关可以对应电源设置多个可控硅开关进行组合。通过选择切换开关9中的可控硅开关91或92的导通，则可以选择由供电电源10中的电源101或102连接交流供电线路12以向负载11供电。

如图2所示，感应单元1包括感应线圈CT1，正向检测电路2包括二极管D1、二极管D2、电阻RS1、第一端口Io-1、第二端口Io-2、电位差UIO1。所述感应线圈CT1被设置在被检测的交流供电线路12旁，当被检测的交流供电线路12有电流时，感应线圈CT1形成感应电流进入正向检测电路2。

正向检测电路2如图2所示，其中二极管D1阳极为第一端口Io-1，二极管D2阳极为第二端口Io-2。无论感应电流的电流方向如何，其方向总会与其中一个二极管的导通方向相同，会在二极管两端形成电位差UIO1作为检测信号输出。如果被检测的交流供电线路12里的电流很微小，感应单元1所产生的感应电流也很微小，不足以导通二极管D1或二极管D2，故此时第二极管D1或二极管D2的阻值较大，根据欧姆定律，此时正向检测电路2的二极管D1和二极管D2之间(即二极管D1与二极管D2两端之间)的电位差UIO1就比较大，容易被检测到，所以能够检测到交流供电线路12中的微小电流。若感应电流较大，二极管D1或二极管D2则会导通，阻值变小，避免了在正向检测电路2的二极管D1和二极管D2之间形成较大的电位差UIO1烧坏电路。因为二极管有结电容，开路时放电较慢，通过加入阻值为100K的电阻RS1，令电阻RS1与二极管D1、二极管D2并联，以加快二极管D1、二极管D2放电。

开关控制单元6包括MCU，MCU可通过模拟数字转换器接收检测信号判断当前电流过零的状态，而MCU的模拟数字转换器的接收范围只有0V到3.3V。

经过正向检测电路2的处理，感应电流转化的电压只有0.3-0.7V，在其他实施例中可作为检测信号送与MCU判断当前电流是否过零。但为了便于判断，在本实施例中还需要进一步将电位差UIO1输入信号放大单元3以通过信号放大单元3进行放大。

如图3所示，信号放大单元3包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4与运算放大器U1A，电阻R1等于电阻R3，电阻R2等于电阻R4。运算放大器U1A的输出端作为信号放大单元3的输出端Io-S1输出所述放大信号，所述放大信号大小等于UIO1乘以R3除以R1。电位差UIO1经过信号放大单元3的处理输出放大信号，为了便于判断，还要通过滤波单元4进行处理，以滤除干扰信号。

如图3所示，滤波单元4包括电阻R5、电阻R6、电容C1，电阻R5与电容C1的接点作为滤波单元4的输出端。经过滤波单元4的处理，滤波信号已经滤除了干扰信号，为了便于判断，还要通过电位限制单元5的处理。

如图3所示，电位限制单元5包括电阻R7、运算放大器U1B、电容C2，电阻R7和电容C2的接点作为电位限制单元5的输出端Io-S1输出判定信号。经过电位限制单元5的处理，所述代表电流为零时滤波信号的电压大小被限制在1.65V。

所述判定信号已经是容易判断电流是否过零的信号，将该判定信号作为检测信号输出至MCU，MCU依据检测信号发出开关触发信号，通过开关触发单元7、8控制切换开关。

如图3所示，开关触发单元7包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、二极管D3、二极管D4、二极管D5、三极管Q1、变压器T1，而开关触发单元8与开关触发单元7相同。MCU通过开关触发单元7、8来选择切换开关9中的可控硅开关91或92的导通。其过程如下，MCU输出的开关触发信号通过电阻R8进入开关触发单元7，通过三极管Q1放大，激励触发变压器T1，通过变压器T1耦合驱动可控硅开关91导通。同样地，当MCU输出的开关触发信号进入开关触发单元8，则会驱动导通可控硅开关92。

当MCU在接收到当前电源异常的信号时，会停止向当前连接的可控硅开关91或92的开关触发单元7或8输出开关控制信号。因此当电流过零时，当前连接的可控硅开关91或92会自动关断。同时MCU对电位限制单元5传来的检测信号进行判断，当电流正半周同时检测信号等于小于1.65V时，判断电流过零，当电流负半周同时检测信号等于大于1.65V时，判断电流过零。当判断电流过零后才向另一的开关触发单元7或8发出开关控制信号，以驱动导通可控硅开关91或92，接入另一的电源101或102，从而实现安全无误的交流供电电源切换。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。