专利名称：晶闸管电源双控制系统的无扰动切换电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种改进的晶闸管电源电路，属电源技术领域。
背景技术：
通常一个晶闸管电源在运行时，因某一个部件或某一零件失效而产生故障时，必然引起整个电源设备的停止运行。为了防止电源设备的供电中断，一种方法是安装两台电源设备，其中一台投入运行，另一台作为备用。此方法投资大，而且切换操作复杂，消耗时间较长。整个切换操作时间就是停电时间，所以停电时间很长。另一种方法是，一台设备内部安装两套控制系统，因为设备的故障多半由控制系统的故障而引发，切换控制系统要比切换整套晶闸管电源设备要快速而简便得多。但是控制系统的切换，如果用人工切换，那么无论操作者动作多么熟练，总还要一定的时间。细究起来，其操作首先是将故障设备停电，尔后将控制系统切换为备用控制系统，最后再重新起动总的供电设备。这一过程无论多么熟练和快捷，输出电压和电流总要停顿一段时间，这就给正在使用其电源的用电设备造成不良的影响。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述晶闸管直流电源的缺陷而提供一种当备用控制系统和在线控制系统切换时、电源输出不受影响的晶闸管电源双控制系统的无扰动切换电路。
本实用新型的目的是以下述技术方案实现的一种晶闸管电源双控制系统的无扰动切换电路，它包括整流变压器T2、晶闸管KP1、KP2和晶闸管的触发控制电路，由它们组成一个晶闸管的整流电源，其中，触发控制电路由同步信号电路、触发脉冲形成电路及功放电路组成，其中，同步信号电路输出与主电路相同步的触发同步信号，触发脉冲方波在定时器中形成，触发脉冲方波经微分电路后形成触发脉冲，再经功放电路放大后送脉冲变压器，后者输出接晶闸管的控制端，改进后的触发控制电路如下a.触发脉冲形成电路触发脉冲形成电路由CPU、模数转换电路IC11及锁存器IC9、定时器IC16、微分电路组成，其中，IC9选用74HC377，IC16采用8254，电位器W0上的电压反馈模拟量信号AN0取自直流电源的输出端，其滑臂端接模数转换电路的一个通道CH0，模数转换电路采用12位的A/D转换芯片MAX186，AD转换芯片的串行数据输出端接CPU的PI口P1.6，其指令输入端接CPU的P1口P1.5，时钟信号端CLK接P1口的P1.7，CPU的并行P0口接定时器IC16的数据口，同时，CPU的P0口还连接锁存器IC9的数据口，后者的输出端Q0、Q1接定时器IC16的A0、A1端，它们构成定时器三个口地址的选通信号，定时器的OUT0端输出方波信号，再经由电容C19和电阻R36组成的微分电路，形成晶闸管KP1的触发脉冲；b.同步方波和中断信号发生电路同步方波和中断信号发生电路由移相电路、电压比较器和反相器组成，其中，移相电路由电位器WA1和电容C1组成，电位器WA1的输入信号端接至同步变压器T1的TA1相，移相后的信号经电阻R1接至电压比较器IC1A的正相端，电压比较器采用运放器LM339，后者输出为一方波信号+A1，另经反相器IC4A反相后，输出-A1方波，该方波信号接至定时器IC16的GATE端；+A1相方波的上升沿经过由电阻RP0、电容C+A1组成的微分电路微分后，经二极管D+A1后送至反相器IC3D，后者输出为中断“0”请求信号；-A1方波信号经由电阻RP0、电容C-A1组成的微分电路微分后，经二极管D-A1后送至反相器IC3E，后者输出为中断“1”请求信号；中断“0”请求信号和中断“1”请求信号都接至CPU。
c.双机热备用通讯电路双机热备用通讯电路分为两个参数相同的在线控制电路A和备用控制电路B，每一个控制电路由CPU、三态门组成，其中，CPU采用AT89S8252芯片，它和触发脉冲形成电路中的CPU为同一个芯片，其通讯端RXD、TXD分别接三态门IC12AA、IC12AB的一端，三态门的另一端分别作为发送端SONG和接收端SHOU，所述发送端SONG和接收端SHOU与备用控制电路的接收端SHOU和发送端SONG相接，两个三态门的控制端并接后接CPU作为片选端的P1口，CPU的P1.4端接高电平，CPU的P0口和P2口接被控其它电路。
上述双机热备用无扰动切换装置，所述CPU和三态门之间增设译码电路，所述译码电路采用3-8译码器IC7，其三条输入线A、B、C分别接CPU P1口的P1.0、P1.1和P1.2，其输出端CS2接三态门的控制端，IC7选用74HC138。
按照本实用新型提供的切换装置，其控制系统采用单片机控制，两套控制系统同时投入运行，并且在设计上很容易添加故障的实时检测电路，使在线控制系统一旦发现故障，在线控制系统的退出和备用控制系统的投入同时进行；如果在线控制系统工作正常而备用控制系统有故障，备用控制系统自动发出故障信号，维修人员可以从容更换。两套控制系统的输入信号在硬件上完全并联，输出信号在硬件上也完全并联。开机后，不但在线控制系统进行调节运算，且备用控制系统也在进行同样的运算，但备用控制系统的输出(包括晶闸管的触发脉冲)被软件封锁，而在线控制系统的输出则是开放的。一旦需要切换，可以立即用软件封锁在线控制系统，开通备用控制系统的输出，这个动作是微秒级的，通过硬件和软件完全能够做到。
另外，两个不同控制系统，虽然输入的反馈量是并联的，但在不同的控制系统中，到达模数转换器输入端上的量值，不可避免地会有细微的差别，再加上不同模数转换器转换特性的差异，出现误差是不可避免的。为了求得切换输出的稳定，备用控制系统的运算，必须时时刻刻跟踪在线控制系统的运算结果。为了紧密跟踪，两个系统之间必须有快速的通讯，将在线控制系统算得的结果，快速传送到备用控制系统。对于晶闸管整流电路而言，通讯时间不得超过相邻两相触发脉冲的时间间隔，即对十二脉波整流而言，不得超过1.66毫秒；而对六脉波整流而言，不得超过3.33毫秒，本实用新型都可轻易实现。一旦切换，就能瞬间将在线(主板)积分运算的累加数据向备用(主板)控制系统传送，这样，备用控制系统一旦工作，采用的就是原在线控制系统终止瞬间的控制值∑e(t)，从而达到了无扰动切换的效果。
以下结合附图对本实用新型作进一步详述
图1是本实用新型的电原理框图；图2是触发脉冲形成电原理图；图3是方波和中断信号发生电路电原理图；图4是是双机热备用通讯电路电原理图；图5是片选电路电原理图；图6是切换程序流程图。
具体实施方案图2表示了触发脉冲的一种形成电路，其中CPU选用AT89S8252，该芯片具有MCS51的内核，同时配置了SP1串行接口和EEPROM非易失性数据存储器。串行接口为配置SAR型快速高精度A/D转换器提供了方便，后者提供了停电记忆功能。CPU在使用SP1接口时，其P1.4、P1.5、P1.6、P1.6用于和A/D芯片的对接。IC7 3-8译码器用于扩展CPU口线的不足，如有更多的控制量，可改用4-16译码器或多片3-8译码器。
图2中的IC16为定时器，定时器的延时数由CPU通过数据总线写入，以图中的脉冲形成电路为例，IC16的片选为P2.0，IC16内部的口地址可由CPU读写的低位地址定义。图中IC16的GATE“0”输入+A相的同步方波，OUT口“0”输出的就是+A相触发脉冲方波，其前沿就是+A触发脉冲的位置。+A相触发脉冲方波的前沿经过电容C19和电阻R36微分电路，输入至门电路IC20的第1脚，第2脚至第6脚输入为其他五相，IC20负责将单个的窄脉冲组合为双窄脉冲。IC20的第20脚，输出组合后的+A相脉冲，IC20的第15脚至IC20的第19脚输出其他五相的双窄脉冲。同时，定义IC20第8脚编程为门开关，它和CPU的P1.3相连接作为门控制线，在程序编程时定义CPU的P1.3为高电平时IC20开通，允许脉冲组合后通过光隔芯片IC22(采用ILISO)和三极管T+A放大，推动+A相脉冲变压器MB+A，去触发+A相晶闸管(其他五相没有画出)。如果程序使P1.3置零，这就是关闭全部脉冲，达到封锁本控制系统的目的。因此在程序中，只要一条指令就可以开放或关闭脉冲，是十分方便的。
电泳电源的稳压或稳流是依靠闭环调节器的比例积分运算的计算结果，修正晶闸管的触发脉冲的移相角来达到目的的，以下以电压为例(电流亦相同)予以说明比例积分调节器的计算公式如下Ug＝给定电压；Uf(t)＝反馈电压；Ug-Uf(t)＝e(t)即误差值；上述所有带有(t)的量都是时间的函数。
本专利提出计算减法定时器8254延时数的公式为THL＝THLmax-Uk公式中THL为经过比例积分计算后应该送到指定定时器的双字节延时数；THLmax为整流电路晶闸管最大控制角时定时器的双字节延时数，此时整流器输出电压等于零。
THL＝0时，延时为零，相当于晶闸管触发的控制角等于零度，此时整流器输出电压最大。
根据数值计算原理，微分可以用差分代替，积分运算可以用差分和来代替，最后得到触发脉冲的定时数的计算公式如下THL＝THLmax-[Kp×e(t)+Ki×∑e(t)]式中e(t)为给定值与反馈值之差的瞬时值，∑e(t)为给定值与反馈值之差的总的(开机以来的)代数和。
此外，在程序计算中，还要限定0≤∑e(t)≤THLmax，计算结果也要限定为0≤THL≤THLmax，这相当于硬件电路的限幅。
在线控制系统每次向备用控制系统传送有关的信息字节，包括双字节THL；双字节∑e(t)；单字节故障信息和传送数码的单字节检查和，等等，上述信息传递流程见图6。
为进行在线控制电路A和备用控制电路B之间的切换，两者之间设有双机热备用通讯电路，双机热备用通讯电路由CPU、三态门组成，其中，CPU采用同一个AT89S8252芯片，其通讯端RXD、TXD分别接三态门IC11AA、IC11AB的一端，三态门的另一端分别作为发送端SONG和接收端SHOU，发送端SONG和接收端SHOU与备用控制电路的接收端SHOU和接收端SONG相接，两个三态门的控制端并接后接CPU，由它进行选通。在同一时刻，系统A和B选通“CS”就为硬件通讯作好了准备。为了使通讯尽可能地快速，应该采用UART通讯方式2，即使CPU的晶振只用到6兆，也可以保证在1.6毫秒内完成全部任务。
图6给出了切换的流程框图，其设计原则是由备用控制系统发出握手请求，在线控制系统收到该请求并作出许可信号，而后再开通数据传送通道进行数据传送。在编程上必须考虑到两个系统之间的时间配合，要保证需要发送的系统在发送之前，接受方提前进入等候状态，如图中虚线所示。必要时，发送方在编程中适当增加几条空操作指令即可达到目的。由于在握手请求之前，备用控制系统的故障检测电路已经检测完毕，因此，不会出现在线控制系统下岗而备用控制系统因故障不能上岗的错误。
本实用新型中的定时器IC16采用8254，IC20采用GAL16V8芯片，或二极管或门电路，光电隔离器IC22采用ILISO芯片，IC11模数转换芯片采用MAX186，IC6选用74HC377，IC9选用74HC377，IC7选用74HC138，等等。
权利要求1.一种晶闸管电源双控制系统的无扰动切换电路，它包括整流变压器、晶闸管和晶闸管的触发控制电路，由它们组成一个晶闸管的整流电源，其中，触发控制电路由同步信号电路、触发脉冲形成电路及功放电路组成，其中，同步信号电路输出与主电路相同步的触发同步信号，触发脉冲方波在定时器中形成，触发脉冲方波经微分电路后形成触发脉冲，再经功放电路放大后送脉冲变压器，后者输出接晶闸管的控制端，其特征在于，触发控制电路如下a.触发脉冲形成电路触发脉冲形成电路由CPU、模数转换电路IC11及锁存器IC9、定时器IC16、微分电路组成，其中，IC9选用74HC377，IC16采用8254，电位器W0上的电压反馈模拟量信号AN0取自直流电源输出端上的电压传感器G，其滑臂端接模数转换电路的一个通道CH0，模数转换电路采用12位的A/D转换芯片MAX186，AD转换芯片的串行数据输出端接CPU的PI口P1.6，其指令输入端接CPU的P1口P1.5，时钟信号端CLK接P1口的P1.7，CPU的并行P0口接定时器IC16的数据口，同时，CPU的P0口还连接锁存器IC9的数据口，后者的输出端Q0、Q1接定时器IC16的A0、A1端，它们构成定时器三个口地址的选通信号，定时器的OUT0端输出方波信号，再经由电容C19和电阻R36组成的微分电路，形成晶闸管KP1的触发脉冲；b.同步方波和中断信号发生电路同步方波和中断信号发生电路由移相电路、电压比较器和反相器组成，其中，移相电路由电位器WA1和电容C1组成，电位器WA1的输入信号端接至同步变压器的TA1相，移相后的信号经电阻R1接至电压比较器IC1A的正相端，电压比较器采用运放器LM339，后者输出为一方波信号+A1，另经反相器IC4A反相后，输出-A1方波，该方波信号接至定时器IC16的GATE端；+A1相方波的上升沿经过由电阻RP0、电容C+A1组成的微分电路微分后，经二极管D+A1后送至反相器IC3D，后者输出为中断“0”请求信号；-A1方波信号经由电阻RP0、电容C-A1组成的微分电路微分后，经二极管D-A1后送至反相器IC3E，后者输出为中断“1”请求信号；中断“0”请求信号和中断“1”请求信号都接至CPU；c.双机热备用通讯电路双机热备用通讯电路分为两个参数相同的在线控制电路A和备用控制电路B，每一个控制电路由CPU、三态门组成，其中，CPU采用AT89S8252芯片，它和触发脉冲形成电路中的CPU为同一个芯片，其通讯端RXD、TXD分别接三态门IC12AA、IC12AB的一端，三态门的另一端分别作为发送端SONG和接收端SHOU，所述发送端SONG和接收端SHOU与备用控制电路的接收端SHOU和发送端SONG相接，两个三态门的控制端并接后接CPU作为片选端的P1口，CPU的P1.4端接高电平，CPU的P0口和P2口接被控其它电路。
2.根据权利要求1所述晶闸管电源双控制系统的无扰动切换电路，其特征在于，所述CPU和三态门之间增设译码电路，所述译码电路采用3-8译码器IC7，其三条输入线A、B、C分别接CPU P1口的P1.0、P1.1和P1.2，其输出端CS2接三态门的控制端，IC7选用74HC138。
专利摘要一种晶闸管电源双控制系统的无扰动切换电路，属于电源技术领域，用于解决电源切换中的波动问题。其技术方案是，它以晶闸管为整流元件，由定时器输出的方波经微分电路后形成触发脉冲，再经放大后送脉冲变压器而后控制晶闸管的触发角，改进后的控制电路，增设了一套备用控制系统，在线控制系统的退出和备用控制系统的投入同时进行。本实用新型能可靠地完成切换所必需的“握手”、请求及切换瞬间PI调节数据的传送工作。一旦在线系统的切换请求被批准，就能瞬间将在线主板积分运算的累加数据向备用系统传送，备用系统一开始工作，采用的就是原控制系统终止瞬间的控制值∑e(t)，从而达到无扰动切换的效果。
文档编号H02M1/06GK2681443SQ20042001567
公开日2005年2月23日 申请日期2004年1月18日 优先权日2004年1月18日
发明者朱世良, 马永斌 申请人:保定莱特整流器制造有限公司