雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)、雙電源供電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，屬于低壓電氣技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)、醫(yī)療、商業(yè)等很多領(lǐng)域有許多對供電連續(xù)性敏感的負(fù)載，此類負(fù)載對于供電的連續(xù)性有著很高的要求，一旦中間斷電超過一定時間，就會引起嚴(yán)重的后果，造成很大的損失。為了保證對此類負(fù)載的持續(xù)供電，最常見的方法是采用雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)進行主、備兩路電源的轉(zhuǎn)換。但是，傳統(tǒng)的機械式開關(guān)轉(zhuǎn)換時間最快也要幾十ms，無法滿足一些對供電持續(xù)性要求更高的負(fù)載(例如金屬鹵素?zé)?的要求。半導(dǎo)體開關(guān)雖然能夠進行快速地雙電源切換，但是在切入備用電源過程中會產(chǎn)生很大的沖擊電流，可能威脅到半導(dǎo)體開關(guān)的安全，安全可靠性較差，同時半導(dǎo)體開關(guān)的壽命也較短，成本較高。
[0003]為此，一些廠商提出了一些方法以提高采用機械式開關(guān)的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換速度，圖1即顯示了一種現(xiàn)有方案。在圖1的方案中由一個功率器件T實現(xiàn)對電磁鐵的控制，電磁鐵產(chǎn)生的磁力驅(qū)動轉(zhuǎn)換機構(gòu)(如觸頭系統(tǒng))動作從而實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換。為了提高雙電源的轉(zhuǎn)換速度，往往提高儲能電容C的電壓，從而使電磁鐵中的電流在功率器件T開通后迅速上升，但在功率器件T關(guān)閉后，電磁鐵中的電流并不能很快變?yōu)?，而是通過續(xù)流二極管D續(xù)流，續(xù)流電流按照由電磁鐵線圈電感和回路總等效電阻決定的時間常數(shù)的指數(shù)規(guī)律緩慢減小，續(xù)流電流在電磁鐵中產(chǎn)生的電磁力會繼續(xù)驅(qū)動雙電源轉(zhuǎn)換機構(gòu)加速動作，因此該方案無法通過功率器件的開通時間來對電源轉(zhuǎn)換速度進行準(zhǔn)確控制。這樣就可能帶來嚴(yán)重的安全問題:如果當(dāng)觸頭分?jǐn)嗨a(chǎn)生的電弧尚未消失，而觸頭已與另一路電源導(dǎo)通，則會使兩路電源短路，從而對系統(tǒng)的安全性產(chǎn)生十分不利的影響。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種能夠同時具有較快轉(zhuǎn)換速度和較高安全可靠性的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)。
[0005]本實用新型所采用的技術(shù)方案具體如下:
[0006]—種雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，包括用于雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)進行轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換機構(gòu)、用于驅(qū)動轉(zhuǎn)換機構(gòu)進行動作的驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元包括儲能電容、電磁鐵以及連接于儲能電容和電磁鐵之間的開關(guān)電路、用于對開關(guān)電路進行控制的控制單元；所述開關(guān)電路為橋式開關(guān)電路。
[0007]優(yōu)選方案之一、所述開關(guān)電路為半橋式開關(guān)電路，包括兩個全控型功率開關(guān)管:第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管，以及兩個續(xù)流二極管:第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管；所述儲能電容的正極與第一功率開關(guān)管的集電極和第二續(xù)流二極管的陰極相連，儲能電容的負(fù)極與第二功率開關(guān)管的發(fā)射極和第一續(xù)流二極管的陽極相連，所述電磁鐵的一端與第一功率開關(guān)管的發(fā)射極和第一續(xù)流二極管的陰極相連，電磁鐵的另一端與第二功率開關(guān)管的集電極和第二續(xù)流二極管的陽極相連，所述控制單元分別與第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管的門極相連。
[0008]優(yōu)選方案之二、所述開關(guān)電路為全橋式開關(guān)電路，包括四個全控型功率開關(guān)管:第一?第四功率開關(guān)管；所述儲能電容的正極與第一功率開關(guān)管的集電極和第四功率開關(guān)管的集電極相連，儲能電容的負(fù)極與第二功率開關(guān)管的發(fā)射極和第三功率開關(guān)管的發(fā)射極相連，所述電磁鐵的一端與第一功率開關(guān)管的發(fā)射極和第三功率開關(guān)管的集電極相連，電磁鐵的另一端與第二功率開關(guān)管的集電極和第四功率開關(guān)管的發(fā)射極相連，所述控制單元與分別與第一?第四功率開關(guān)管的門極相連。
[0009]上述全控型功率開關(guān)管可以是IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣棚■雙極型晶體管)，也可以是 MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。
[0010]由于采用了橋式開關(guān)電路，因此可以采用成熟的PffM方法來對該雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)進行更精確地控制，以下為兩種優(yōu)選的控制方法:
[0011]第一種優(yōu)選控制方法:在進行電源轉(zhuǎn)換時，控制單元利用PWM方法對所述橋式開關(guān)電路進行控制，從而控制所述電磁鐵所通過電流的大小，進而實現(xiàn)對所述雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換速度的控制。
[0012]第二種優(yōu)選控制方法:在非電源轉(zhuǎn)換時刻，控制單元使用預(yù)設(shè)的PffM控制信號對所述橋式開關(guān)電路進行控制，使得通過所述電磁鐵的電流大于O但小于電磁鐵驅(qū)動所述轉(zhuǎn)換機構(gòu)動作所需的最小電流。
[0013]上述兩種優(yōu)選控制方法也可以結(jié)合使用。
[0014]一種雙電源供電裝置，包括以上任一技術(shù)方案所述雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)。
[0015]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下有益效果:
[0016]本實用新型利用橋式開關(guān)電路為電磁鐵提供驅(qū)動電流，當(dāng)橋式開關(guān)電路導(dǎo)通時，儲能電容通過電磁鐵放電，電流迅速上升產(chǎn)生電磁力驅(qū)動雙電源開關(guān)快速轉(zhuǎn)換；當(dāng)橋式開關(guān)電路關(guān)斷后，電磁鐵中的電流在儲能電容C的反向電勢及回路等效電阻消耗的作用下會很快衰減到0，電磁力很快消失，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)換速度的精確控制。利用本實用新型，既可以實現(xiàn)雙電源快速轉(zhuǎn)換，又能防止轉(zhuǎn)換速度不能精確控制而導(dǎo)致的兩路電源短路風(fēng)險，保證了系統(tǒng)的可靠性。
【附圖說明】
[0017]圖1為一種現(xiàn)有雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0018]圖2為采用半橋開關(guān)電路的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0019]圖3為采用全橋開關(guān)電路的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0020]圖4為對本實用新型雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)進行預(yù)勵磁控制的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明:
[0022]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的無法精確控制電源轉(zhuǎn)換速度的問題，利用橋式開關(guān)電路為電磁鐵提供驅(qū)動電流，當(dāng)橋式開關(guān)電路導(dǎo)通時，儲能電容通過電磁鐵放電，電流迅速上升產(chǎn)生電磁力驅(qū)動雙電源開關(guān)快速轉(zhuǎn)換；當(dāng)橋式開關(guān)電路關(guān)斷后，電磁鐵中的電流在儲能電容C的反向電勢及回路等效電阻消耗的作用下會很快衰減到O，電磁力很快消失，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)換速度的精確控制。
[0023]本實用新型的橋式開關(guān)電路既可采用半橋的形式，也可采用全橋形式。下面分別對這兩種實現(xiàn)方式進行詳細(xì)說明。
[0024]圖2顯示了采用半橋開關(guān)電路的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)。如圖2所示，該雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)(如專利號為201420811583.1中所述的自動轉(zhuǎn)換開關(guān))包括用于雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)進行轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換機構(gòu)(如專利號為201420811583.1中所述的傳動機構(gòu))、用于驅(qū)動轉(zhuǎn)換機構(gòu)進行電源轉(zhuǎn)換的驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元包括儲能電容C、電磁鐵L (如專利號為201420811583.1中所述的電磁裝置，其線圈部分接入驅(qū)動單元)以及連接于儲能電容C和電磁鐵L之間的開關(guān)電路、用于對開關(guān)電路進行控制的控制單元。該方案中的開關(guān)電路為半橋開關(guān)電路，如圖2所示，其包括2個全控型功率開關(guān)管T1、T2和2個續(xù)流二極管D1、D2 ;儲能電容C的正極與功率開關(guān)管Tl的集電極和二極管D2的陰極相連；儲能電容C的負(fù)極與功率開關(guān)管T2的發(fā)射極和二極管Dl的陽極相連；電磁鐵L的一端與功率開關(guān)管Tl的發(fā)射極和二極管Dl的陰極相連；電磁鐵L的另一端與功率開關(guān)管T2的集電極和二極管D2的陽極相連；控制單兀與分別與各功率開關(guān)管的門極相連。
[0025]正常狀態(tài)下，控制單元控制全控型功率開關(guān)管Tl、T2的門極為低電平，則所有全控型功率開關(guān)管全部關(guān)閉，此時電磁鐵不產(chǎn)生電磁力，雙電源開關(guān)不轉(zhuǎn)換；當(dāng)主電源發(fā)生故障或主電源恢復(fù)正常等情況出現(xiàn)，需要雙電源開關(guān)進行電源轉(zhuǎn)換時，控制單元控制全控型功率開關(guān)管T1、T2的門極為高電平，全控型功率開關(guān)管Tl與Τ2開通，儲能電容C通過全控型功率開關(guān)管Tl、Τ2對電磁鐵放電，電流迅速上升，電磁鐵迅速產(chǎn)生電磁力驅(qū)動轉(zhuǎn)換機構(gòu)中的觸頭快速斥開；到達預(yù)設(shè)時間后，控制單元關(guān)閉全控型功率開關(guān)管Tl、Τ2，電流通過儲能電容C與續(xù)流二極管Dl、D2續(xù)流，電磁鐵中的電流在儲能電容C的反向電勢及回路等效電阻消耗的作用下，迅速衰減到