專利名稱：一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于低壓電器技術領域，具體涉及一種用于實現(xiàn)不間斷電源系統(tǒng)切換控制的智能數(shù)字式靜態(tài)開關，尤其涉及一種用于兩路不間斷交流獨立電源系統(tǒng)在由主用交流電源供電切換至備用交流旁路供電的靜態(tài)開關。
背景技術：
近年來，越來越多的電力公司將雙電源的供電方式視為主要的服務項目，用以提升供電品質可靠度。針對敏感性負載來改善電力品質問題，靜態(tài)開關成為一種非常具有吸引力的電力品質議題。靜態(tài)開關又稱靜止開關，它是一種無觸點開關，是用兩個可控硅反向并聯(lián)組成的一種交流開關，其閉合和斷開由邏輯控制器控制。分為轉換型和并機型兩種。轉換型開關主要用于兩路電源供電的系統(tǒng)，其作用是實現(xiàn)從一路到另一路的自動切換；并機 型開關主要用于并聯(lián)逆變器與市電或多臺逆變器。現(xiàn)有的轉換型靜態(tài)開關僅具有一般的轉換功能，很少能夠達到雙供電電源之間的“無縫”快速切換。若能實現(xiàn)“無縫”快速切換，則可以保障計算機系統(tǒng)或其他電子電力設備在停電后繼續(xù)工作以給用戶一定時間進行停電對應，從而使得用戶不會因停電而影響工作或丟失數(shù)據(jù)。目前，晶閘管是靜態(tài)開關的主功率部分，串聯(lián)在電源與負載之間，實現(xiàn)交流電源向負載的不間斷供電。半導體器件相對于機械開關，導通損耗增加，但是在使用壽命，切換時間等方面優(yōu)勢明顯。采用半導體器件做開關，在開通和關斷時不會產(chǎn)生火花，避免了可能會對負載產(chǎn)生的沖擊性影響；機械開關易產(chǎn)生疲勞，壽命短，而半導體器件壽命可以長達十年以上；機械開關的開關速度至少要數(shù)百毫秒，半導體器件開關速度則在微秒級，線路的切換通?？梢栽谌舾珊撩雰韧瓿?。而晶閘管相對其他相同功率等級的半導體器件，具有低成本、易驅動、過載能力強和高可靠性的優(yōu)點，非常適合應用于靜態(tài)開關這種可靠性要求高的設備。但是，晶閘管門級如果采用模擬觸發(fā)電路，要想調試到比較理想的效果比較困難，且存在控制精度較低、對稱度較差、受溫度影響較大等缺點。鑒于上述已有技術，有必要對現(xiàn)有的靜態(tài)開關進行改進，下面將要介紹的技術方案便是在這種背景下產(chǎn)生的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，進行雙電源的在線偵測和數(shù)學處理；主用電源或備用電源出現(xiàn)異常，第一時間觸發(fā)數(shù)字信號，先將主用電源或備用電源換流至諧振輔助換流電路，再由諧振輔助換流電路換流至備用電源或主用電源，從而實現(xiàn)不間斷的電源系統(tǒng)切換控制。本發(fā)明的目的是這樣來實現(xiàn)的，一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，包括信號檢測電路、DSP控制電路、數(shù)字觸發(fā)電路、LC諧振輔助換流電路，信號檢測電路連接LC諧振輔助換流電路和主用電源或備用電源，DSP控制電路連接信號檢測電路和數(shù)字觸發(fā)電路，數(shù)字觸發(fā)電路與LC諧振輔助換流電路連接，LC諧振輔助換流電路連接主用電源或備用電源，并進行電源輸出。在本發(fā)明的一個具體的實施例中，智能數(shù)字式靜態(tài)開關還包括狀態(tài)報警電路和RS232通信電路，所述狀態(tài)報警電路與數(shù)字觸發(fā)電路連接，所述RS232通信電路與DSP控制電路連接。在本發(fā)明的另一個具體的實施例中，所述的信號檢測電路包括傳感器檢測電路和檢測信號處理電路，所述傳感器檢測電路與LC諧振輔助換流電路和主用電源或備用電源連接，所述檢測信號處理電路與傳感器檢測電路和DSP控制電路連接。在本發(fā)明的又一個具體的實施例中，所述的傳感器檢測電路包括電壓傳感器U9、電流傳感器U26、電阻R4 R6和電容C1、C2、C198、C199，電阻R4的一端和電流傳感器U26的I腳接主用電源或備用電源的A相線，電阻R4的另一端接電阻R5的一端，電阻R5的另一端接電阻R6的一端，電阻R6的另一端接電壓傳感器U9的I腳，電壓傳感器U9的3腳和電流傳感器U26的3腳分別接入各自的檢測信號處理電路的輸入端，電流傳感器U26的2腳接入LC諧振輔助換流電路4中的601端，電壓傳感器U9的4腳、電容C2的一端、電流傳感·器U26的4腳和電容C199的一端共同接直流電源+15V，電壓傳感器U9的5腳、電容Cl的一端、電流傳感器U26的5腳和電容C198的一端共同接直流電源-15V，電容Cl的另一端、電容C2的另一端、電壓傳感器U9的2腳、電容C198的另一端和電容C199的另一端共同接地。在本發(fā)明的再一個具體的實施例中，所述的檢測信號處理電路包括電阻R26 R28、R37 R40、R45 R48，變阻器 W2、W3、電容 C12、C13、C25、C26、C28、穩(wěn)壓二極管 D6、D7、運算放大器U1A、U1B、U1C和穩(wěn)壓芯片U15，電阻R26的一端接電容C12的一端、穩(wěn)壓二極管D6的負極和電阻R27的一端，并作為檢測信號處理電路的輸入端，穩(wěn)壓二極管D6的正極接穩(wěn)壓二極管D7的正極，電阻R27的另一端接運算放大器UlC的10腳，運算放大器UlC的9腳接8腳和電阻R28的一端，電阻R28的另一端接電容C13的一端和變阻器W3的I腳，變阻器W3的2腳、變阻器W3的3腳接電阻R46的一端、運算放大器UlB的6腳和電阻R48的一端，電阻R46的另一端接電容C26的負極、電容C25的一端、電阻R39的一端和運算放大器UlA的I腳，電阻R39的另一端接電阻R38的一端和運算放大器UlA的2腳，電阻R38的另一端接電阻R40的一端、變阻器W2的3腳和2腳，運算放大器UlA的3腳接電阻R37的一端，運算放大器UlB的5腳接電阻R45的一端，電阻R48的另一端接運算放大器UlB的7腳和電阻R47的一端，并成為檢測信號處理電路的輸出端306端連接至DSP控制電路2的DSP芯片U13的170腳，電阻R47的另一端接電容C28的一端和穩(wěn)壓芯片U15的2腳，運算放大器UlA的4腳接直流電源+15V，運算放大器UlA的11腳接直流電源-15V，穩(wěn)壓芯片Ul5的I、16腳接直流電源+3. 3V，變阻器W2的I腳接基準電壓2. 5V，電阻R26的另一端、電容C12的另一端、穩(wěn)壓二極管D7的負極、電容C13的另一端、電阻R40的另一端、電阻R37的另一端、電容C25的另一端、電容C26的正極、電阻R45的另一端、電容C28的另一端和穩(wěn)壓芯片U15的8、9腳共同接地。在本發(fā)明的還有一個具體的實施例中，所述的數(shù)字觸發(fā)電路包括雙電源轉換器U11、電阻 R69 R72、R77 R79、R145、R146、R236、電容 C35、C36、C48、光耦 01、變壓器 TC、二極管D13、D14、D16、D17、穩(wěn)壓二極管D15、發(fā)光二極管LED7、晶體管Vl和排阻R75、R76，排阻R75的2腳接光耦01的3腳和雙電源轉換器Ull的2腳，光耦01的2腳接電阻R77的一端，光稱Ol的6腳接電阻R78的一端，電阻R78的另一端接電阻R79的一端、二極管D17的負極和晶體管Vl的柵極，晶體管Vl的漏極接穩(wěn)壓二極管D15的負極和變壓器TC的I腳，穩(wěn)壓二極管D15的正極接二極管D14的正極，二極管D14的負極接電容C48的一端、電阻R145的一端和變壓器TC的2腳，變壓器TC的3腳接二極管D13的正極，二極管D13的負極接二極管D16的負極、發(fā)光二極管LED7的正極和電阻R146的一端，電阻R146的另一端作為電路的一輸出端424端并接LC諧振輔助換流電路4的605端，變壓器TC的4腳接二極管D16的正極和電阻R236的一端，作為電路的另一輸出端425端并連接至LC諧振輔助換流電路4的606端，電阻R236的另一端連接發(fā)光二極管LED7的負極，排阻R75的3、4、5、6、7、8、9腳分別連接雙電源轉換器Ull的3、5、6、8、9、11、12腳，雙電源轉換器Ull的13、14、16、17、19、20腳分別接排阻1 76的2、3、4、5、6、7腳，雙電源轉換器Ull的24腳接電阻R72的一端，雙電源轉換器Ull的25腳接電阻R70的一端，雙電源轉換器Ull的47、46、44、43、41、40、38、37、36、35、33、32、30、29、27、26 腳分別接 DSP 控制電路 2 中的 DSP 芯片 U13 的92、93、94、95、98、101、102、104、106、107、109、116、117、122、123、124 腳，雙電源轉換器 Ull的I腳接電阻R71的一端，雙電源轉換器Ull的48腳接電阻R69的一端，電容C48的另一端和電阻R145的另一端共同接直流電源+24V，光耦01的8腳接直流電源+15V，電阻R77的另一端、雙電源轉換器Ull的31、42腳和電容C35的一端、排阻R75的I腳和排阻R76的 I腳共同接直流電源+5V，雙電源轉換器Ull的7、18腳、電容C36的一端、電阻R71的另一端和電阻R72的另一端共同接直流電源+3. 3V，光耦01的5腳、電阻R79的另一端、二極管D17的正極、晶體管Vl的源極、電容C35的另一端、電阻R69的另一端、電容C36的另一端、電阻R70的另一端和雙電源轉換器Ull的4、10、15、21、28、34、39、45腳共同接地。在本發(fā)明的更而一個具體的實施例中，所述的DSP控制電路包括DSP芯片U13，存儲器芯片U14、連接器J1、插座J2、晶振XLl、電阻R137 R144和電容C37 C39、電容C47，連接器Jl的I腳接電阻R138的一端，連接器Jl的2腳接DSP芯片U13的17腳，DSP芯片U13的140腳接電阻R137的一端，DSP芯片U13的135、126、131、127腳分別接插座J2的2、
1、3、7腳，DSP芯片U13的136腳接插座J2的9、11腳，DSP芯片U13的137腳接電阻R143的一端和插座J2的13腳，DSP芯片U13的146腳接電阻R144的一端和插座J2的14腳，DSP芯片U13的160腳接電阻R139的一端和電容C37的一端，DSP芯片U13的77腳接晶振XLl的3腳，DSP芯片U13的161腳接電阻R141的一端，DSP芯片U13的159腳接電阻R140的一端，DSP 芯片 U13 的 42、84、133、158、156、152、148、144、141、138、132、130、125、121、118、111、108、103、85、80、43、18、21、24、27、30、33、36、39、54、65、68、73、74、96、97、139、147腳分別接存儲器芯片 U14 的 41、17、6、28、44、43、42、27、26、25、24、23、22、21、20、19、18、5、
4、3、2、1、7、8、9、10、13、14、15、16、29、30、31、32、35、36、37、38 腳，DSP 芯片 U13 的 16 腳接電阻R142的一端，DSP芯片U13的10腳接電容C38的正極，DSP芯片U13的11腳接電容C39的正極，DSP芯片U13的170腳接檢測信號處理電路的輸出端306端，DSP芯片U13的171、172、173、174、5、4、3、2腳分別接入其他的檢測信號處理電路的輸出端，電阻R138的另一端、電阻R137的另一端、電阻R139的另一端、電阻R140的另一端、電阻R141的另一端、電容 C47 的一端、晶振 XLl 的 4 腳、DSP 芯片 U13 的 166、14、I、13、31、64、81、114、145、69 腳、存儲器芯片U14的11、33腳、插座J2的5、6腳、電阻R143的另一端和電阻R144的另一端共同接直流電源 +3. 3V，DSP 芯片 U13 的 162、23、37、56、75、100、112、128、143、154 腳共同接直流電源+1.8V，連接器Jl的3腳、電容C37的另一端、電容C47的另一端、晶振XLl的2腳、DSP 芯片 U13 的 176、163、165、15、175、12、153、142、129、120、113、105、99、86、78、70、58、52、38、32、19腳、電阻R142的另一端、電容C38的負極、電容C39的負極、存儲器芯片U14的40、39、12、34腳、插座J2的4、8、10、12腳共同接地。在本發(fā)明的進而一個具體的實施例中，所述的LC諧振輔助換流電路包括晶閘管Tl T10、突波吸收器(壓敏電阻)RV1、電感LI和電容C195，晶閘管Tl的的陽極和晶閘管T2的陰極連接，并作為電路的603端連接至備用電源的A相線，晶閘管Tl的門極為電路的605端，晶閘管Tl的陰極接晶閘管T2的陽極、晶閘管TlO的陽極、晶閘管T9的陰極、晶閘管T4的陰極和晶閘管T5的陽極，并成為電路的606端 和604端，604端為電源A相的最終輸出，晶閘管TlO的陰極接晶閘管T9的陽極、晶閘管T7的陰極、晶閘管T8的陽極和晶閘管T6的陰極，并作為電路的601端連接主用電源的A相線，晶閘管T7的陽極接電感LI的一端和晶閘管T4的陽極，電感LI的另一端接晶閘管T3的陰極和電容C195的一端，晶閘管T3的陽極接突波吸收器RVl的一端，突波吸收器RVl的另一端作為電路的602端接主用電源的B相或C相線，電容C195的另一端接晶閘管T5的陰極、晶閘管T6的陽極和晶閘管T8的陰極。在本發(fā)明的又更而一個具體的實施例中，所述的狀態(tài)報警電路包括電阻R248、R249、發(fā)光二極管LED13和LED14，電阻R248的一端接數(shù)字觸發(fā)電路中的雙電源轉換器Ull的22腳，電阻R248的另一端接發(fā)光二極管LED13的負極，發(fā)光二級管LED13的正極接數(shù)字觸發(fā)電路中的排阻R76的8腳，電阻R249的一端接數(shù)字觸發(fā)電路中的雙電源轉換器Ull的23腳，電阻R249的另一端接發(fā)光二極管LED14的負極，發(fā)光二級管LED14的正極接數(shù)字觸發(fā)電路中的排阻R76的9腳。在本發(fā)明的又進而一個具體的實施例中，所述的RS232通信電路包括隔離芯片U16、電平轉換芯片U17、電容C40 C46，隔離芯片U16的6、7腳接DSP控制電路中的DSP芯片U13的533、534腳，隔離芯片U16的2、3腳分別接電平轉換芯片U17的11、12腳，電平轉換芯片U17的I腳接電容C42的一端，電容C42的另一端接電平轉換芯片U17的3腳，電平轉換芯片U17的2腳接電容C43的一端，電平轉換芯片U17的4腳接電容C44的一端，電容C44的另一端接電平轉換芯片U17的5腳，電平轉換芯片U17的6腳接電容C46的一端，電平轉換芯片U17的13、14腳用于與外部進行通信，電平轉換芯片U17的16腳、隔離芯片U16的I腳、電容C40的一端、電容C41的一端、電容C43的另一端和電容C45的一端共同接直流電源+5V，隔離芯片U16的8腳接直流電源+3. 3V，隔離芯片U16的4、5腳、電容C40的另一端、電容C41的另一端、電平轉換芯片U17的8、10、15腳、電容C45的另一端和電容C46的另一端共同接地。本發(fā)明由于采用了上述結構，取得的有益效果是系統(tǒng)設計以DSP芯片為核心控制器件設計晶閘管數(shù)字觸發(fā)電路，滿足系統(tǒng)的高精度和實時性要求；同時這個系統(tǒng)針對大容量晶閘管的觸發(fā)電流大的要求，專門設計了大功率的脈沖輸出電路；本設計結構沒有復雜的外圍邏輯電路，充分發(fā)揮了現(xiàn)代DSP芯片速度快、計算能力強的特點，輔以巧妙的硬件設計，使得控制形式靈活多樣，可靠性高；它為晶閘管觸發(fā)電路實現(xiàn)小型化、數(shù)字化和智能化提供了一個很好的應用平臺，并且利用LC諧振輔助換流電路實現(xiàn)了快速無縫切換。


圖I為本發(fā)明的原理框圖。圖2為本發(fā)明主用電源A相線的傳感器檢測電路的電原理圖。圖3為本發(fā)明主用電源A相電壓的檢測信號處理電路的電原理圖。圖4為本發(fā)明的數(shù)字觸發(fā)電路和狀態(tài)報警電路的電連接圖。圖5為本發(fā)明的DSP控制電路的電原理圖。圖6為本發(fā)明的LC諧振輔助換流電路的電原理圖。圖7為本發(fā)明的LC諧振輔助換流電路的換流過程示意圖。 圖8為本發(fā)明的切換時序和主要波形示意圖。圖9為本發(fā)明的RS232通信電路的電原理圖。
具體實施例方式為了使公眾能充分了解本發(fā)明的技術實質和有益效果，申請人將在下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
詳細描述，但申請人對實施例的描述不是對技術方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構思作形式而非實質的變化都應當視為本發(fā)明的保護范圍。請參閱圖1，一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，包括信號檢測電路1、DSP控制電路2、數(shù)字觸發(fā)電路3、LC諧振輔助換流電路4，信號檢測電路I連接LC諧振輔助換流電路4和主用電源或備用電源，DSP控制電路2連接信號檢測電路I和數(shù)字觸發(fā)電路3，數(shù)字觸發(fā)電路3與LC諧振輔助換流電路4連接，LC諧振輔助換流電路4連接主用電源或備用電源，并進行電源輸出。所述的智能數(shù)字式靜態(tài)開關還包括狀態(tài)報警電路5和RS232通信電路6，所述狀態(tài)報警電路5與數(shù)字觸發(fā)電路3連接，所述RS232通信電路6與DSP控制電路2連接。主用電源和備用電源通過信號檢測電路I進行電壓電流檢測和處理，經(jīng)處理后得到的采樣信號被送入DSP控制電路2中的DSP芯片U13的A/D轉換模塊，DSP芯片U13根據(jù)采集到的信號作出相應的數(shù)學分析，以便偵測出主用電源/備用電源出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，然后第一時間通過數(shù)字觸發(fā)電路3觸發(fā)數(shù)字信號，該信號控制LC諧振輔助換流電路4進行電源輸出，其間狀態(tài)報警電路5作出相應的狀態(tài)報警顯示。所述的信號檢測電路I包括傳感器檢測電路和檢測信號處理電路，所述傳感器檢測電路與LC諧振輔助換流電路4和主用電源或備用電源連接，所述檢測信號處理電路與傳感器檢測電路和DSP控制電路2連接。請參閱圖2，所述的傳感器檢測電路包括電壓傳感器U9、電流傳感器U26、電阻R4 R6和電容Cl、C2、C198、C199，在本發(fā)明中，所述的電壓傳感器U9采用LV28-P，電流傳感器U26采用LA28-NP。電壓傳感器U9和電流傳感器U26的工作原理大致相同，兩者的區(qū)別在于在應用電壓傳感器時，為了測量電壓，要在原邊繞組上串聯(lián)電阻R4、R5、R6，以便在原邊繞組上得到合適的電流；電壓傳感器的原邊匝數(shù)一般不是一匝，而是多匝。圖中示出了主用電源A相經(jīng)傳感器的電原理圖，電路201、202端的電流信號分別接入各自的檢測信號處理電路的輸入端，電路203端、即電流傳感器U26的2腳接入LC諧振輔助換流電路4中的601端。另外主用電源B相、C相以及備用電源的三相的傳感器檢測電路與圖2所示的電路相同。請參閱圖3，所述的檢測信號處理電路包括電阻R26 R28、R37 R40、R45 R48，變阻器 W2、W3、電容 C12、C13、C25、C26、C28、穩(wěn)壓二極管 D6、D7、運算放大器U1A、U1B、U1C和穩(wěn)壓芯片U15，在本發(fā)明中，所述的運算放大器U1A、U1B、U1C采用ADA4851-4，穩(wěn)壓芯片U15采用SDA24N16。圖2示出的電壓和電流傳感器均輸出電流信號，圖中A相經(jīng)電壓傳感器的檢測電壓信號經(jīng)電路輸入端301輸入，通過測量電阻R26上的電壓來間接求出傳感器輸出電流大小，從而推導出輸入電源信號大小。為了防止電壓突波異常發(fā)生，連接有穩(wěn)壓二極管D6和D7。圖中302處信號經(jīng)一跟隨器而后獲得303處電壓信號。由于該信號在-2. 4V至2. 4V之間，而DSP芯片U13的A/D轉換模塊的模擬輸入電壓為O 3V，故在此需疊加一基準電壓。304處信號是一線性可調電壓信號，此信號經(jīng)運算放大器UlA反向后得到305處電壓信號與303處電壓信號經(jīng)運算放大器UlB疊加后得到輸出端306端的模擬實時采樣信號，輸出端306端的信號經(jīng)變阻器W2和W3可線性調至O至3V的電壓范圍中，最終將輸出端306端的信號經(jīng)穩(wěn)壓芯片U15穩(wěn)壓后送至DSP控制電路2中的DSP芯片U13的A/D轉換模塊的535端，即DSP控制電路2中的DSP芯片U13的170腳。圖中穩(wěn)壓芯片U15的3 7腳、10 12腳為另外幾路采樣信號穩(wěn)壓。同樣，主用電源A相經(jīng)電流傳感器的檢測信號、B相、C相和備用電源的電壓電流檢測信號均通過圖3示出的檢測信號處理電路后分別送入DSP控制電路2中的DSP芯片的A/D轉換模塊的536 543端□。請參閱圖4，為本發(fā)明的數(shù)字觸發(fā)電路和狀態(tài)報警電路的電連接圖。所述的數(shù)字觸 發(fā)電路3包括雙電源轉換器U11、電阻R69 R72、R77 R79、R145、R146、R236、電容C35、C36、C48、光耦01、變壓器TC、二極管D13、D14、D16、D17、穩(wěn)壓二極管D15、發(fā)光二極管LED7、晶體管Vl和排阻R75、R76，在本發(fā)明中，雙電源轉換器Ul I采用SN74ALVC16424OTL，光耦01采用HCPL3120，變壓器TC采用KCB6743。所述的狀態(tài)報警電路5包括電阻R248、R249、發(fā)光二極管LED13和LED14。圖中所示電路的401 416端口接DSP控制電路2中的DSP芯片的通用 I/O 口，即雙電源轉換器 Ull 的 47、46、44、43、41、40、38、37、36、35、33、32、30、29、27,26 腳分別接 DSP 控制電路 2 中的 DSP 芯片 U13 的 92、93、94、95、98、101、102、104、106、107、109、116、117、122、123、124腳。為簡單起見，圖中僅示出了 401端口的數(shù)字觸發(fā)電路，即最終能得到424與425端口間的數(shù)字觸發(fā)信號，426 438端口分別連接如同420端口其后的電路，原理相同，故省略圖示。DSP芯片U13的517 532端口分別連接如同401端口其后的電路，觸發(fā)電路原理相同，故也省略圖示。圖中排阻R75和R76的作用主要有兩點一是增加DSP芯片U13的輸出驅動，二是使系統(tǒng)上電初始時刻光耦01輸入端420端為高電平，光耦01處于不導通狀態(tài)。光耦01主要起到數(shù)模隔離作用，其輸出信號接于晶體管Vl的柵極和源極，用來控制晶體管漏極與源極的開通和關閉。二極管D14和D15用于防止422端電源電壓發(fā)生突波異常，起到穩(wěn)定變壓器TC輸入端電壓的作用。變壓器TC輸出端接有發(fā)光二極管LED7，用作開通指示燈。電路的一輸出端424端連接至LC諧振輔助換流電路4的605端，電路的另一輸出端425端連接至LC諧振輔助換流電路4的606端。另外圖中發(fā)光二極管LED13和LED14通過DSP芯片U13來控制亮滅，用作狀態(tài)報警顯示。請參閱圖5，所述的DSP控制電路2包括DSP芯片U13，存儲器芯片U14、連接器J1、插座J2、晶振XL1、電阻R137 R144和電容C37 C39、電容C47，在本發(fā)明中，所述的DSP芯片U13為TMS320F2812，存儲器芯片U14采用IS61LV51216-8T1，為512KX 16高速外擴存儲器，插座J2為Header 7X2，晶振XLl為X053-30M。圖中U13A U13D為DSP芯片U13的四部分；連接器Jl處連接狀態(tài)決定系統(tǒng)是從Boot ROM啟動還是從Zone7外存儲器空間啟動；插座J2用于連接仿真器；U13B中535 543為A/D采樣模塊的連接端口 ；U13D部分的501 516端分別對應連接于圖4示出的數(shù)字觸發(fā)電路3的401 416端，用于控制數(shù)字觸發(fā)信號和狀態(tài)報警顯示，533，534端為SCIA 口，用于RS232通信。請參閱圖6，圖6為本發(fā)明的LC諧振輔助換流電路圖，所述的LC諧振輔助換流電路4包括晶閘管Tl T10、突波吸收器(壓敏電阻)RVl、電感LI和電容C195，其中，晶閘管Tl TlO采用TYN825，突波吸收器RVl為MYG-40D210K。圖中只給出了 A相換流過程，其它相換流電路相同。電路601端接入主用電源A相，即圖2中的203端，603端接入備用電源A相，605、606端分別來自圖4中424、425端的觸發(fā)信號。604端為電源A相最終輸出。在換相中，諧振電容C195必須要有足夠的初始電壓才可以對主電源電流進行換相，滿足各晶閘管所需的截止時間。602端接入主用電源中的另一相電壓，通過導通晶閘管T3、T6，利用 601、602端之間的線電壓給電容C195充電。在某一時刻，晶閘管Τ3與Τ6被觸發(fā)，其它橋式諧振旁路上的晶閘管必須被關閉。當線電壓之瞬時值超出突波吸收器RVl標稱電壓值時，充電電流則開始流動。當突波吸收器RVl回到高阻抗狀態(tài)時，同時充電電流會下降至零。此時，電容C195的電壓為線間電壓與突波吸收器RVl標稱電壓的差量。此充電方法能夠持續(xù)補充不足的電量，電量能夠被維持在預設值，而不需要外加電壓源。如圖7、8所示，圖7為本發(fā)明的LC諧振輔助換流電路的換流過程示意圖，示出了各個階段的電路狀態(tài)；圖8為本發(fā)明的切換時序和主要波形示意圖。對主用電源側晶閘管換流過程大致分為以下幾個階段階段I (t0 tl):電壓未發(fā)生異?，F(xiàn)象時，晶閘管T9、TlO門極驅動開啟，負載電流流過晶閘管T9、T10，其他晶閘管的門極驅動關閉，此時由主用電源向負載供電。諧振電容C195上有初始電壓Vo ;階段2(tl t2):當某一時刻DSP控制電路偵測出電壓異常，首先由電流ipri判斷出當前導通的晶閘管。假設切換時晶閘管T9導通,那么同時開啟晶閘管T4、T8，此時電容C195和電感LI開始諧振放電，諧振電流ilc上升，晶閘管T9的陽極電流i9逐漸減小，此時由i9和ilc共同承擔負載電流iload ;階段3(t2 t3):當t2時刻諧振電流ilc等于負載電流iload時，即i9下降到零的時候，晶閘管TlO開始導通。強制關斷電路的電壓，被箝位至零(忽略晶閘管導通時的正向壓降)，諧振繼續(xù)。期間關斷晶閘管T9、T10的門極驅動，關斷晶閘管T4、T8的門極驅動；階段4(t3 t4):諧振電流ilc經(jīng)過諧振電流峰值Ipeak后開始下降,t3時刻ilc下降并等于iload時，HO下降至零，之后晶閘管TlO反向阻斷，負載電流全部流過晶閘管T4、T8;階段5(t4 t5):當晶閘管Tl兩端出現(xiàn)正向電壓后，開啟晶閘管T1、T2門極驅動，負載電流開始由晶閘管Τ4、Τ8換流至晶閘管Tl ;階段6(>t5) t5時刻ilc下降至零，流過晶閘管Tl的電流il等于負載電流iload，之后晶閘管T4、T8關斷。至此切換過程全部結束。如果在階段2或階段3中負載電流方向改變，偵測到負載電流流過晶閘管Τ10，此時需要對晶閘管TlO進行相應的二次換流。另外，本發(fā)明一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關還包括RS232通信電路6。如圖9所示，所述的RS232通信電路6包括隔離芯片U16、電平轉換芯片U17和電容C40 C46，在本發(fā)明中，所述的隔離芯片U16為ADuM1201，電平轉換芯片U17為ΜΑΧ232。圖中電路的兩輸入端901,902端分別連接于圖5中DSP芯片U13的SCIA 口 533、534端；903、904端用于與外部通信，實現(xiàn)此模塊與上位機進行通信。
權利要求
1.一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，其特征在于包括信號檢測電路⑴、DSP控制電路⑵、數(shù)字觸發(fā)電路(3)、LC諧振輔助換流電路(4)，信號檢測電路(I)連接LC諧振輔助換流電路(4)和主用電源或備用電源，DSP控制電路(2 )連接信號檢測電路(I)和數(shù)字觸發(fā)電路(3 )，數(shù)字觸發(fā)電路(3 )與LC諧振輔助換流電路(4 )連接，LC諧振輔助換流電路(4 )連接主用電源或備用電源，并進行電源輸出。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，其特征在于還包括狀態(tài)報警電路(5 )和RS232通信電路(6 )，所述狀態(tài)報警電路(5 )與數(shù)字觸發(fā)電路(3 )連接，所述RS232通信電路(6)與DSP控制電路(2)連接。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，其特征在于所述的信號檢測電路(I)包括傳感器檢測電路和檢測信號處理電路，所述傳感器檢測電路與LC諧振輔助換流電路(4)和主用電源或備用電源連接，所述檢測信號處理電路與傳感器檢測電路和DSP控制 電路⑵連接。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，其特征在于所述的傳感器檢測電路包括電壓傳感器U9、電流傳感器U26、電阻R4 R6和電容C1、C2、C198、C199，電阻R4的一端和電流傳感器U26的I腳接主用電源或備用電源的A相線，電阻R4的另一端接電阻R5的一端，電阻R5的另一端接電阻R6的一端，電阻R6的另一端接電壓傳感器U9的I腳，電壓傳感器U9的3腳和電流傳感器U26的3腳分別接入各自的檢測信號處理電路的輸入端，電流傳感器U26的2腳接入LC諧振輔助換流電路⑷中的601端，電壓傳感器U9的4腳、電容C2的一端、電流傳感器U26的4腳和電容C199的一端共同接直流電源+15V，電壓傳感器U9的5腳、電容Cl的一端、電流傳感器U26的5腳和電容C198的一端共同接直流電源-15V，電容Cl的另一端、電容C2的另一端、電壓傳感器U9的2腳、電容C198的另一端和電容C199的另一端共同接地。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，其特征在于所述的檢測信號處理電路包括電阻 R26 R28、R37 R40、R45 R48，變阻器 W2、W3、電容 C12、C13、C25、C26、C28、穩(wěn)壓二極管06、07、運算放大器仍八、仍8、仍(和穩(wěn)壓芯片U15，電阻R26的一端接電容C12的一端、穩(wěn)壓二極管D6的負極和電阻R27的一端,并作為檢測信號處理電路的輸入端，穩(wěn)壓二極管D6的正極接穩(wěn)壓二極管D7的正極，電阻R27的另一端接運算放大器UlC的10腳,運算放大器UlC的9腳接8腳和電阻R28的一端，電阻R28的另一端接電容C13的一端和變阻器W3的I腳，變阻器W3的2腳、變阻器W3的3腳接電阻R46的一端、運算放大器UlB的6腳和電阻R48的一端，電阻R46的另一端接電容C26的負極、電容C25的一端、電阻R39的一端和運算放大器UlA的I腳，電阻R39的另一端接電阻R38的一端和運算放大器UlA的2腳，電阻R38的另一端接電阻R40的一端、變阻器W2的3腳和2腳，運算放大器UlA的3腳接電阻R37的一端，運算放大器UlB的5腳接電阻R45的一端，電阻R48的另一端接運算放大器UlB的7腳和電阻R47的一端，并成為檢測信號處理電路的輸出端306端連接至DSP控制電路⑵的DSP芯片U13的170腳，電阻R47的另一端接電容C28的一端和穩(wěn)壓芯片U15的2腳，運算放大器UlA的4腳接直流電源+15V，運算放大器UlA的11腳接直流電源-15V，穩(wěn)壓芯片U15的I、16腳接直流電源+3. 3V，變阻器W2的I腳接基準電壓.2.5V,電阻R26的另一端、電容C12的另一端、穩(wěn)壓二極管D7的負極、電容C13的另一端、電阻R40的另一端、電阻R37的另一端、電容C25的另一端、電容C26的正極、電阻R45的另一端、電容C28的另一端和穩(wěn)壓芯片U15的8、9腳共同接地。
6.根據(jù)權利要求I所述的一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，其特征在于所述的數(shù)字觸發(fā)電路(3)包括雙電源轉換器 U11、電阻 R69 R72、R77 R79、R145、R146、R236、電容 C35、C36、C48、光耦01、變壓器TC、二極管D13、D14、D16、D17、穩(wěn)壓二極管D15、發(fā)光二極管LED7、晶體管Vl和排阻R75、R76，排阻R75的2腳接光耦01的3腳和雙電源轉換器Ull的2腳，光耦01的2腳接電阻R77的一端，光耦01的6腳接電阻R78的一端，電阻R78的另一端接電阻R79的一端、二極管D17的負極和晶體管Vl的柵極，晶體管Vl的漏極接穩(wěn)壓二極管D15的負極和變壓器TC的I腳，穩(wěn)壓二極管D15的正極接二極管D14的正極，二極管D14的負極接電容C48的一端、電阻R145的一端和變壓器TC的2腳，變壓器TC的3腳接二極管D13的正極，二極管D13的負極接二極管D16的負極、發(fā)光二極管LED7的正極和電阻R146的一端，電阻R146的另一端作為電路的一輸出端424端并接LC諧振輔助換流電路(4)的605端，變壓器TC的4腳接二極管D16的正極和電阻R236的一端，作為電路的另一輸出端425 端并連接至LC諧振輔助換流電路(4)的606端，電阻R236的另一端連接發(fā)光二極管LED7的負極，排阻R75的3、4、5、6、7、8、9腳分別連接雙電源轉換器Ull的3、5、6、8、9、11、12腳，雙電源轉換器Ull的13、14、16、17、19、20腳分別接排阻R76的2、3、4、5、6、7腳，雙電源轉換器Ull的24腳接電阻R72的一端，雙電源轉換器Ull的25腳接電阻R70的一端，雙電源轉換器 Ull 的 47、46、44、43、41、40、38、37、36、35、33、32、30、29、27、26 腳分別接 DSP 控制電路(2)中的 DSP 芯片 U13 的 92、93、94、95、98、101、102、104、106、107、109、116、117、122、123、124腳，雙電源轉換器Ull的I腳接電阻R71的一端，雙電源轉換器Ull的48腳接電阻R69的一端，電容C48的另一端和電阻R145的另一端共同接直流電源+24V，光耦01的8腳接直流電源+15V，電阻R77的另一端、雙電源轉換器Ull的31、42腳和電容C35的一端、排阻R75的I腳和排阻R76的I腳共同接直流電源+5V，雙電源轉換器Ull的7、18腳、電容〇36的一端、電阻R71的另一端和電阻R72的另一端共同接直流電源+3. 3V，光耦01的5腳、電阻R79的另一端、二極管D17的正極、晶體管Vl的源極、電容C35的另一端、電阻R69的另一端、電容C36的另一端、電阻R70的另一端和雙電源轉換器Ull的4、10、15、21、28、34、39、45腳共同接地。
7.根據(jù)權利要求I所述的一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，其特征在于所述的DSP控制電路(2)包括DSP芯片U13，存儲器芯片U14、連接器J1、插座J2、晶振XL1、電阻R137 R144和電容C37 C39、電容C47，連接器Jl的I腳接電阻R138的一端，連接器Jl的2腳接DSP芯片U13的17腳，DSP芯片U13的140腳接電阻R137的一端，DSP芯片U13的135、126、.131、127腳分別接插座J2的2、1、3、7腳，DSP芯片U13的136腳接插座J2的9、11腳，DSP芯片U13的137腳接電阻R143的一端和插座J2的13腳，DSP芯片U13的146腳接電阻R144的一端和插座J2的14腳，DSP芯片U13的160腳接電阻R139的一端和電容C37的一端，DSP芯片U13的77腳接晶振XLl的3腳，DSP芯片U13的161腳接電阻R141的一端，DSP 芯片 U13 的 159 腳接電阻 R140 的一端，DSP 芯片 U13 的 42、84、133、158、156、152、148、.144、141、138、132、130、125、121、118、111、108、103、85、80、43、18、21、24、27、30、33、36、39、.54、65、68、73、74、96、97、139、147 腳分別接存儲器芯片 U14 的 41、17、6、28、44、43、42、27、.26、25、24、23、22、21、20、19、18、5、4、3、2、1、7、8、9、10、13、14、15、16、29、30、31、32、35、36、.37、38腳，DSP芯片U13的16腳接電阻R142的一端，DSP芯片U13的10腳接電容C38的正極，DSP芯片U13的11腳接電容C39的正極，DSP芯片U13的170腳接檢測信號處理電路的輸出端306端，DSP芯片U13的171、172、173、174、5、4、3、2腳分別接入其他的檢測信號處理電路的輸出端，電阻R138的另一端、電阻R137的另一端、電阻R139的另一端、電阻R140的另一端、電阻R141的另一端、電容C47的一端、晶振XLl的4腳、DSP芯片U13的166、14、1、13、31、64、81、114、145、69 腳、存儲器芯片 U14 的 11、33 腳、插座 J2 的 5、6 腳、電阻 R143的另一端和電阻R144的另一端共同接直流電源+3. 3V，DSP芯片U13的162、23、37、56、75、100、112、128、143、154腳共同接直流電源+1. 8V，連接器Jl的3腳、電容C37的另一端、電容 C47 的另一端、晶振 XLl 的 2 腳、DSP 芯片 U13 的 176、163、165、15、175、12、153、142、129、120、113、105、99、86、78、70、58、52、38、32、19腳、電阻1 142的另一端、電容038的負極、電容C39的負極、存儲器芯片U14的40、39、12、34腳、插座J2的4、8、10、12腳共同接地。
8.根據(jù)權利要求I所述的一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，其特征在于所述的LC諧振輔助換流電路(4)包括晶閘管Tl T10、突波吸收器(壓敏電阻)RV1、電感LI和電容C195，晶閘管Tl的的陽極和晶閘管T2的陰極連接，并作為電路的603端連接至備用電源的A相線，晶閘管Tl的門極為電路的605端，晶閘管Tl的陰極接晶閘管T2的陽極、晶閘管TlO的陽極、晶閘管T9的陰極、晶閘管T4的陰極和晶閘管T5的陽極，并成為電路的606端和604端，604端為電源A相的最終輸出，晶閘管TlO的陰極接晶閘管T9的陽極、晶閘管T7的陰極、晶閘管T8的陽極和晶閘管T6的陰極，并作為電路的601端連接主用電源的A相線，晶閘管T7的陽極接電感LI的一端和晶閘管T4的陽極，電感LI的另一端接晶閘管T3的陰極和電容C195的一端，晶閘管T3的陽極接突波吸收器RVl的一端，突波吸收器RVl的另一端作為電路的602端接主用電源的B相或C相線，電容C195的另一端接晶閘管T5的陰極、晶閘管T6的陽極和晶閘管T8的陰極。
9.根據(jù)權利要求I所述的一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，其特征在于所述的狀態(tài)報警電路(5)包括電阻R248、R249、發(fā)光二極管LED13和LED14，電阻R248的一端接數(shù)字觸發(fā)電路3中的雙電源轉換器Ull的22腳，電阻R248的另一端接發(fā)光二極管LED13的負極，發(fā)光二級管LED13的正極接數(shù)字觸發(fā)電路(3)中的排阻R76的8腳，電阻R249的一端接數(shù)字觸發(fā)電路(3)中的雙電源轉換器Ull的23腳，電阻R249的另一端接發(fā)光二極管LED14的負極，發(fā)光二級管LED14的正極接數(shù)字觸發(fā)電路(3)中的排阻R76的9腳。
10.根據(jù)權利要求I所述的一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，其特征在于所述的RS232通信電路(6)包括隔離芯片U16、電平轉換芯片U17、電容C40 C46，隔離芯片U16的6、7腳接DSP控制電路⑵中的DSP芯片U13的533、534腳，隔離芯片U16的2、3腳分別接電平轉換芯片U17的11、12腳，電平轉換芯片U17的I腳接電容C42的一端，電容C42的另一端接電平轉換芯片U17的3腳，電平轉換芯片U17的2腳接電容C43的一端，電平轉換芯片U17的4腳接電容C44的一端，電容C44的另一端接電平轉換芯片U17的5腳，電平轉換芯片U17的6腳接電容C46的一端，電平轉換芯片U17的13、14腳用于與外部進行通信，電平轉換芯片U17的16腳、隔離芯片U16的I腳、電容C40的一端、電容C41的一端、電容C43的另一端和電容C45的一端共同接直流電源+5V，隔離芯片U16的8腳接直流電源+3. 3V，隔離芯片U16的4、5腳、電容C40的另一端、電容C41的另一端、電平轉換芯片U17的8、10、15腳、電容C45的另一端和電容C46的另一端共同接地。
全文摘要
一種智能數(shù)字式靜態(tài)開關，屬于低壓電器技術領域。包括信號檢測電路、DSP控制電路、數(shù)字觸發(fā)電路、LC諧振輔助換流電路，信號檢測電路連接LC諧振輔助換流電路和主用電源或備用電源，DSP控制電路連接信號檢測電路和數(shù)字觸發(fā)電路，數(shù)字觸發(fā)電路與LC諧振輔助換流電路連接，LC諧振輔助換流電路連接主用電源或備用電源，并進行電源輸出。優(yōu)點滿足系統(tǒng)的高精度和實時性要求；專門設計了大功率的脈沖輸出電路；控制形式靈活多樣，可靠性高；它為晶閘管觸發(fā)電路實現(xiàn)小型化、數(shù)字化和智能化提供了一個很好的應用平臺，并且利用LC諧振輔助換流電路實現(xiàn)了快速無縫切換。
文檔編號H02J9/06GK102820699SQ20121028122
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權日2012年8月9日
發(fā)明者龔瑞良, 劉正海, 沈孟良, 楊建東, 包雪東 申請人:常熟瑞特電氣股份有限公司