专利名称：一种智能数字式静态开关的制作方法
技术领域：
本发明属于低压电器技术领域，具体涉及一种用于实现不间断电源系统切换控制的智能数字式静态开关，尤其涉及一种用于两路不间断交流独立电源系统在由主用交流电源供电切换至备用交流旁路供电的静态开关。
背景技术：
近年来，越来越多的电力公司将双电源的供电方式视为主要的服务项目，用以提升供电品质可靠度。针对敏感性负载来改善电力品质问题，静态开关成为一种非常具有吸引力的电力品质议题。静态开关又称静止开关，它是一种无触点开关，是用两个可控硅反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。分为转换型和并机型两种。转换型开关主要用于两路电源供电的系统，其作用是实现从一路到另一路的自动切换；并机 型开关主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。现有的转换型静态开关仅具有一般的转换功能，很少能够达到双供电电源之间的“无缝”快速切换。若能实现“无缝”快速切换，则可以保障计算机系统或其他电子电力设备在停电后继续工作以给用户一定时间进行停电对应，从而使得用户不会因停电而影响工作或丢失数据。目前，晶闸管是静态开关的主功率部分，串联在电源与负载之间，实现交流电源向负载的不间断供电。半导体器件相对于机械开关，导通损耗增加，但是在使用寿命，切换时间等方面优势明显。采用半导体器件做开关，在开通和关断时不会产生火花，避免了可能会对负载产生的冲击性影响；机械开关易产生疲劳，寿命短，而半导体器件寿命可以长达十年以上；机械开关的开关速度至少要数百毫秒，半导体器件开关速度则在微秒级，线路的切换通常可以在若干毫秒内完成。而晶闸管相对其他相同功率等级的半导体器件，具有低成本、易驱动、过载能力强和高可靠性的优点，非常适合应用于静态开关这种可靠性要求高的设备。但是，晶闸管门级如果采用模拟触发电路，要想调试到比较理想的效果比较困难，且存在控制精度较低、对称度较差、受温度影响较大等缺点。鉴于上述已有技术，有必要对现有的静态开关进行改进，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能数字式静态开关，进行双电源的在线侦测和数学处理；主用电源或备用电源出现异常，第一时间触发数字信号，先将主用电源或备用电源换流至谐振辅助换流电路，再由谐振辅助换流电路换流至备用电源或主用电源，从而实现不间断的电源系统切换控制。本发明的目的是这样来实现的，一种智能数字式静态开关，包括信号检测电路、DSP控制电路、数字触发电路、LC谐振辅助换流电路，信号检测电路连接LC谐振辅助换流电路和主用电源或备用电源，DSP控制电路连接信号检测电路和数字触发电路，数字触发电路与LC谐振辅助换流电路连接，LC谐振辅助换流电路连接主用电源或备用电源，并进行电源输出。在本发明的一个具体的实施例中，智能数字式静态开关还包括状态报警电路和RS232通信电路，所述状态报警电路与数字触发电路连接，所述RS232通信电路与DSP控制电路连接。在本发明的另一个具体的实施例中，所述的信号检测电路包括传感器检测电路和检测信号处理电路，所述传感器检测电路与LC谐振辅助换流电路和主用电源或备用电源连接，所述检测信号处理电路与传感器检测电路和DSP控制电路连接。在本发明的又一个具体的实施例中，所述的传感器检测电路包括电压传感器U9、电流传感器U26、电阻R4 R6和电容C1、C2、C198、C199，电阻R4的一端和电流传感器U26的I脚接主用电源或备用电源的A相线，电阻R4的另一端接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接电压传感器U9的I脚，电压传感器U9的3脚和电流传感器U26的3脚分别接入各自的检测信号处理电路的输入端，电流传感器U26的2脚接入LC谐振辅助换流电路4中的601端，电压传感器U9的4脚、电容C2的一端、电流传感·器U26的4脚和电容C199的一端共同接直流电源+15V，电压传感器U9的5脚、电容Cl的一端、电流传感器U26的5脚和电容C198的一端共同接直流电源-15V，电容Cl的另一端、电容C2的另一端、电压传感器U9的2脚、电容C198的另一端和电容C199的另一端共同接地。在本发明的再一个具体的实施例中，所述的检测信号处理电路包括电阻R26 R28、R37 R40、R45 R48，变阻器 W2、W3、电容 C12、C13、C25、C26、C28、稳压二极管 D6、D7、运算放大器U1A、U1B、U1C和稳压芯片U15，电阻R26的一端接电容C12的一端、稳压二极管D6的负极和电阻R27的一端，并作为检测信号处理电路的输入端，稳压二极管D6的正极接稳压二极管D7的正极，电阻R27的另一端接运算放大器UlC的10脚，运算放大器UlC的9脚接8脚和电阻R28的一端，电阻R28的另一端接电容C13的一端和变阻器W3的I脚，变阻器W3的2脚、变阻器W3的3脚接电阻R46的一端、运算放大器UlB的6脚和电阻R48的一端，电阻R46的另一端接电容C26的负极、电容C25的一端、电阻R39的一端和运算放大器UlA的I脚，电阻R39的另一端接电阻R38的一端和运算放大器UlA的2脚，电阻R38的另一端接电阻R40的一端、变阻器W2的3脚和2脚，运算放大器UlA的3脚接电阻R37的一端，运算放大器UlB的5脚接电阻R45的一端，电阻R48的另一端接运算放大器UlB的7脚和电阻R47的一端，并成为检测信号处理电路的输出端306端连接至DSP控制电路2的DSP芯片U13的170脚，电阻R47的另一端接电容C28的一端和稳压芯片U15的2脚，运算放大器UlA的4脚接直流电源+15V，运算放大器UlA的11脚接直流电源-15V，稳压芯片Ul5的I、16脚接直流电源+3. 3V，变阻器W2的I脚接基准电压2. 5V，电阻R26的另一端、电容C12的另一端、稳压二极管D7的负极、电容C13的另一端、电阻R40的另一端、电阻R37的另一端、电容C25的另一端、电容C26的正极、电阻R45的另一端、电容C28的另一端和稳压芯片U15的8、9脚共同接地。在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的数字触发电路包括双电源转换器U11、电阻 R69 R72、R77 R79、R145、R146、R236、电容 C35、C36、C48、光耦 01、变压器 TC、二极管D13、D14、D16、D17、稳压二极管D15、发光二极管LED7、晶体管Vl和排阻R75、R76，排阻R75的2脚接光耦01的3脚和双电源转换器Ull的2脚，光耦01的2脚接电阻R77的一端，光稱Ol的6脚接电阻R78的一端，电阻R78的另一端接电阻R79的一端、二极管D17的负极和晶体管Vl的栅极，晶体管Vl的漏极接稳压二极管D15的负极和变压器TC的I脚，稳压二极管D15的正极接二极管D14的正极，二极管D14的负极接电容C48的一端、电阻R145的一端和变压器TC的2脚，变压器TC的3脚接二极管D13的正极，二极管D13的负极接二极管D16的负极、发光二极管LED7的正极和电阻R146的一端，电阻R146的另一端作为电路的一输出端424端并接LC谐振辅助换流电路4的605端，变压器TC的4脚接二极管D16的正极和电阻R236的一端，作为电路的另一输出端425端并连接至LC谐振辅助换流电路4的606端，电阻R236的另一端连接发光二极管LED7的负极，排阻R75的3、4、5、6、7、8、9脚分别连接双电源转换器Ull的3、5、6、8、9、11、12脚，双电源转换器Ull的13、14、16、17、19、20脚分别接排阻1 76的2、3、4、5、6、7脚，双电源转换器Ull的24脚接电阻R72的一端，双电源转换器Ull的25脚接电阻R70的一端，双电源转换器Ull的47、46、44、43、41、40、38、37、36、35、33、32、30、29、27、26 脚分别接 DSP 控制电路 2 中的 DSP 芯片 U13 的92、93、94、95、98、101、102、104、106、107、109、116、117、122、123、124 脚，双电源转换器 Ull的I脚接电阻R71的一端，双电源转换器Ull的48脚接电阻R69的一端，电容C48的另一端和电阻R145的另一端共同接直流电源+24V，光耦01的8脚接直流电源+15V，电阻R77的另一端、双电源转换器Ull的31、42脚和电容C35的一端、排阻R75的I脚和排阻R76的 I脚共同接直流电源+5V，双电源转换器Ull的7、18脚、电容C36的一端、电阻R71的另一端和电阻R72的另一端共同接直流电源+3. 3V，光耦01的5脚、电阻R79的另一端、二极管D17的正极、晶体管Vl的源极、电容C35的另一端、电阻R69的另一端、电容C36的另一端、电阻R70的另一端和双电源转换器Ull的4、10、15、21、28、34、39、45脚共同接地。在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的DSP控制电路包括DSP芯片U13，存储器芯片U14、连接器J1、插座J2、晶振XLl、电阻R137 R144和电容C37 C39、电容C47，连接器Jl的I脚接电阻R138的一端，连接器Jl的2脚接DSP芯片U13的17脚，DSP芯片U13的140脚接电阻R137的一端，DSP芯片U13的135、126、131、127脚分别接插座J2的2、
1、3、7脚，DSP芯片U13的136脚接插座J2的9、11脚，DSP芯片U13的137脚接电阻R143的一端和插座J2的13脚，DSP芯片U13的146脚接电阻R144的一端和插座J2的14脚，DSP芯片U13的160脚接电阻R139的一端和电容C37的一端，DSP芯片U13的77脚接晶振XLl的3脚，DSP芯片U13的161脚接电阻R141的一端，DSP芯片U13的159脚接电阻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脚分别接存储器芯片 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 脚，DSP 芯片 U13 的 16 脚接电阻R142的一端，DSP芯片U13的10脚接电容C38的正极，DSP芯片U13的11脚接电容C39的正极，DSP芯片U13的170脚接检测信号处理电路的输出端306端，DSP芯片U13的171、172、173、174、5、4、3、2脚分别接入其他的检测信号处理电路的输出端，电阻R138的另一端、电阻R137的另一端、电阻R139的另一端、电阻R140的另一端、电阻R141的另一端、电容 C47 的一端、晶振 XLl 的 4 脚、DSP 芯片 U13 的 166、14、I、13、31、64、81、114、145、69 脚、存储器芯片U14的11、33脚、插座J2的5、6脚、电阻R143的另一端和电阻R144的另一端共同接直流电源 +3. 3V，DSP 芯片 U13 的 162、23、37、56、75、100、112、128、143、154 脚共同接直流电源+1.8V，连接器Jl的3脚、电容C37的另一端、电容C47的另一端、晶振XLl的2脚、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脚、电阻R142的另一端、电容C38的负极、电容C39的负极、存储器芯片U14的40、39、12、34脚、插座J2的4、8、10、12脚共同接地。在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的LC谐振辅助换流电路包括晶闸管Tl T10、突波吸收器(压敏电阻)RV1、电感LI和电容C195，晶闸管Tl的的阳极和晶闸管T2的阴极连接，并作为电路的603端连接至备用电源的A相线，晶闸管Tl的门极为电路的605端，晶闸管Tl的阴极接晶闸管T2的阳极、晶闸管TlO的阳极、晶闸管T9的阴极、晶闸管T4的阴极和晶闸管T5的阳极，并成为电路的606端 和604端，604端为电源A相的最终输出，晶闸管TlO的阴极接晶闸管T9的阳极、晶闸管T7的阴极、晶闸管T8的阳极和晶闸管T6的阴极，并作为电路的601端连接主用电源的A相线，晶闸管T7的阳极接电感LI的一端和晶闸管T4的阳极，电感LI的另一端接晶闸管T3的阴极和电容C195的一端，晶闸管T3的阳极接突波吸收器RVl的一端，突波吸收器RVl的另一端作为电路的602端接主用电源的B相或C相线，电容C195的另一端接晶闸管T5的阴极、晶闸管T6的阳极和晶闸管T8的阴极。在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的状态报警电路包括电阻R248、R249、发光二极管LED13和LED14，电阻R248的一端接数字触发电路中的双电源转换器Ull的22脚，电阻R248的另一端接发光二极管LED13的负极，发光二级管LED13的正极接数字触发电路中的排阻R76的8脚，电阻R249的一端接数字触发电路中的双电源转换器Ull的23脚，电阻R249的另一端接发光二极管LED14的负极，发光二级管LED14的正极接数字触发电路中的排阻R76的9脚。在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述的RS232通信电路包括隔离芯片U16、电平转换芯片U17、电容C40 C46，隔离芯片U16的6、7脚接DSP控制电路中的DSP芯片U13的533、534脚，隔离芯片U16的2、3脚分别接电平转换芯片U17的11、12脚，电平转换芯片U17的I脚接电容C42的一端，电容C42的另一端接电平转换芯片U17的3脚，电平转换芯片U17的2脚接电容C43的一端，电平转换芯片U17的4脚接电容C44的一端，电容C44的另一端接电平转换芯片U17的5脚，电平转换芯片U17的6脚接电容C46的一端，电平转换芯片U17的13、14脚用于与外部进行通信，电平转换芯片U17的16脚、隔离芯片U16的I脚、电容C40的一端、电容C41的一端、电容C43的另一端和电容C45的一端共同接直流电源+5V，隔离芯片U16的8脚接直流电源+3. 3V，隔离芯片U16的4、5脚、电容C40的另一端、电容C41的另一端、电平转换芯片U17的8、10、15脚、电容C45的另一端和电容C46的另一端共同接地。本发明由于采用了上述结构，取得的有益效果是系统设计以DSP芯片为核心控制器件设计晶闸管数字触发电路，满足系统的高精度和实时性要求；同时这个系统针对大容量晶闸管的触发电流大的要求，专门设计了大功率的脉冲输出电路；本设计结构没有复杂的外围逻辑电路，充分发挥了现代DSP芯片速度快、计算能力强的特点，辅以巧妙的硬件设计，使得控制形式灵活多样，可靠性高；它为晶闸管触发电路实现小型化、数字化和智能化提供了一个很好的应用平台，并且利用LC谐振辅助换流电路实现了快速无缝切换。
图I为本发明的原理框图。图2为本发明主用电源A相线的传感器检测电路的电原理图。图3为本发明主用电源A相电压的检测信号处理电路的电原理图。图4为本发明的数字触发电路和状态报警电路的电连接图。图5为本发明的DSP控制电路的电原理图。图6为本发明的LC谐振辅助换流电路的电原理图。图7为本发明的LC谐振辅助换流电路的换流过程示意图。 图8为本发明的切换时序和主要波形示意图。图9为本发明的RS232通信电路的电原理图。
具体实施例方式为了使公众能充分了解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本发明的具体实施方式
详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本发明构思作形式而非实质的变化都应当视为本发明的保护范围。请参阅图1，一种智能数字式静态开关，包括信号检测电路1、DSP控制电路2、数字触发电路3、LC谐振辅助换流电路4，信号检测电路I连接LC谐振辅助换流电路4和主用电源或备用电源，DSP控制电路2连接信号检测电路I和数字触发电路3，数字触发电路3与LC谐振辅助换流电路4连接，LC谐振辅助换流电路4连接主用电源或备用电源，并进行电源输出。所述的智能数字式静态开关还包括状态报警电路5和RS232通信电路6，所述状态报警电路5与数字触发电路3连接，所述RS232通信电路6与DSP控制电路2连接。主用电源和备用电源通过信号检测电路I进行电压电流检测和处理，经处理后得到的采样信号被送入DSP控制电路2中的DSP芯片U13的A/D转换模块，DSP芯片U13根据采集到的信号作出相应的数学分析，以便侦测出主用电源/备用电源出现的异常现象，然后第一时间通过数字触发电路3触发数字信号，该信号控制LC谐振辅助换流电路4进行电源输出，其间状态报警电路5作出相应的状态报警显示。所述的信号检测电路I包括传感器检测电路和检测信号处理电路，所述传感器检测电路与LC谐振辅助换流电路4和主用电源或备用电源连接，所述检测信号处理电路与传感器检测电路和DSP控制电路2连接。请参阅图2，所述的传感器检测电路包括电压传感器U9、电流传感器U26、电阻R4 R6和电容Cl、C2、C198、C199，在本发明中，所述的电压传感器U9采用LV28-P，电流传感器U26采用LA28-NP。电压传感器U9和电流传感器U26的工作原理大致相同，两者的区别在于在应用电压传感器时，为了测量电压，要在原边绕组上串联电阻R4、R5、R6，以便在原边绕组上得到合适的电流；电压传感器的原边匝数一般不是一匝，而是多匝。图中示出了主用电源A相经传感器的电原理图，电路201、202端的电流信号分别接入各自的检测信号处理电路的输入端，电路203端、即电流传感器U26的2脚接入LC谐振辅助换流电路4中的601端。另外主用电源B相、C相以及备用电源的三相的传感器检测电路与图2所示的电路相同。请参阅图3，所述的检测信号处理电路包括电阻R26 R28、R37 R40、R45 R48，变阻器 W2、W3、电容 C12、C13、C25、C26、C28、稳压二极管 D6、D7、运算放大器U1A、U1B、U1C和稳压芯片U15，在本发明中，所述的运算放大器U1A、U1B、U1C采用ADA4851-4，稳压芯片U15采用SDA24N16。图2示出的电压和电流传感器均输出电流信号，图中A相经电压传感器的检测电压信号经电路输入端301输入，通过测量电阻R26上的电压来间接求出传感器输出电流大小，从而推导出输入电源信号大小。为了防止电压突波异常发生，连接有稳压二极管D6和D7。图中302处信号经一跟随器而后获得303处电压信号。由于该信号在-2. 4V至2. 4V之间，而DSP芯片U13的A/D转换模块的模拟输入电压为O 3V，故在此需叠加一基准电压。304处信号是一线性可调电压信号，此信号经运算放大器UlA反向后得到305处电压信号与303处电压信号经运算放大器UlB叠加后得到输出端306端的模拟实时采样信号，输出端306端的信号经变阻器W2和W3可线性调至O至3V的电压范围中，最终将输出端306端的信号经稳压芯片U15稳压后送至DSP控制电路2中的DSP芯片U13的A/D转换模块的535端，即DSP控制电路2中的DSP芯片U13的170脚。图中稳压芯片U15的3 7脚、10 12脚为另外几路采样信号稳压。同样，主用电源A相经电流传感器的检测信号、B相、C相和备用电源的电压电流检测信号均通过图3示出的检测信号处理电路后分别送入DSP控制电路2中的DSP芯片的A/D转换模块的536 543端□。请参阅图4，为本发明的数字触发电路和状态报警电路的电连接图。所述的数字触 发电路3包括双电源转换器U11、电阻R69 R72、R77 R79、R145、R146、R236、电容C35、C36、C48、光耦01、变压器TC、二极管D13、D14、D16、D17、稳压二极管D15、发光二极管LED7、晶体管Vl和排阻R75、R76，在本发明中，双电源转换器Ul I采用SN74ALVC16424OTL，光耦01采用HCPL3120，变压器TC采用KCB6743。所述的状态报警电路5包括电阻R248、R249、发光二极管LED13和LED14。图中所示电路的401 416端口接DSP控制电路2中的DSP芯片的通用 I/O 口，即双电源转换器 Ull 的 47、46、44、43、41、40、38、37、36、35、33、32、30、29、27,26 脚分别接 DSP 控制电路 2 中的 DSP 芯片 U13 的 92、93、94、95、98、101、102、104、106、107、109、116、117、122、123、124脚。为简单起见，图中仅示出了 401端口的数字触发电路，即最终能得到424与425端口间的数字触发信号，426 438端口分别连接如同420端口其后的电路，原理相同，故省略图示。DSP芯片U13的517 532端口分别连接如同401端口其后的电路，触发电路原理相同，故也省略图示。图中排阻R75和R76的作用主要有两点一是增加DSP芯片U13的输出驱动，二是使系统上电初始时刻光耦01输入端420端为高电平，光耦01处于不导通状态。光耦01主要起到数模隔离作用，其输出信号接于晶体管Vl的栅极和源极，用来控制晶体管漏极与源极的开通和关闭。二极管D14和D15用于防止422端电源电压发生突波异常，起到稳定变压器TC输入端电压的作用。变压器TC输出端接有发光二极管LED7，用作开通指示灯。电路的一输出端424端连接至LC谐振辅助换流电路4的605端，电路的另一输出端425端连接至LC谐振辅助换流电路4的606端。另外图中发光二极管LED13和LED14通过DSP芯片U13来控制亮灭，用作状态报警显示。请参阅图5，所述的DSP控制电路2包括DSP芯片U13，存储器芯片U14、连接器J1、插座J2、晶振XL1、电阻R137 R144和电容C37 C39、电容C47，在本发明中，所述的DSP芯片U13为TMS320F2812，存储器芯片U14采用IS61LV51216-8T1，为512KX 16高速外扩存储器，插座J2为Header 7X2，晶振XLl为X053-30M。图中U13A U13D为DSP芯片U13的四部分；连接器Jl处连接状态决定系统是从Boot ROM启动还是从Zone7外存储器空间启动；插座J2用于连接仿真器；U13B中535 543为A/D采样模块的连接端口 ；U13D部分的501 516端分别对应连接于图4示出的数字触发电路3的401 416端，用于控制数字触发信号和状态报警显示，533，534端为SCIA 口，用于RS232通信。请参阅图6，图6为本发明的LC谐振辅助换流电路图，所述的LC谐振辅助换流电路4包括晶闸管Tl T10、突波吸收器(压敏电阻)RVl、电感LI和电容C195，其中，晶闸管Tl TlO采用TYN825，突波吸收器RVl为MYG-40D210K。图中只给出了 A相换流过程，其它相换流电路相同。电路601端接入主用电源A相，即图2中的203端，603端接入备用电源A相，605、606端分别来自图4中424、425端的触发信号。604端为电源A相最终输出。在换相中，谐振电容C195必须要有足够的初始电压才可以对主电源电流进行换相，满足各晶闸管所需的截止时间。602端接入主用电源中的另一相电压，通过导通晶闸管T3、T6，利用 601、602端之间的线电压给电容C195充电。在某一时刻，晶闸管Τ3与Τ6被触发，其它桥式谐振旁路上的晶闸管必须被关闭。当线电压之瞬时值超出突波吸收器RVl标称电压值时，充电电流则开始流动。当突波吸收器RVl回到高阻抗状态时，同时充电电流会下降至零。此时，电容C195的电压为线间电压与突波吸收器RVl标称电压的差量。此充电方法能够持续补充不足的电量，电量能够被维持在预设值，而不需要外加电压源。如图7、8所示，图7为本发明的LC谐振辅助换流电路的换流过程示意图，示出了各个阶段的电路状态；图8为本发明的切换时序和主要波形示意图。对主用电源侧晶闸管换流过程大致分为以下几个阶段阶段I (t0 tl):电压未发生异常现象时，晶闸管T9、TlO门极驱动开启，负载电流流过晶闸管T9、T10，其他晶闸管的门极驱动关闭，此时由主用电源向负载供电。谐振电容C195上有初始电压Vo ;阶段2(tl t2):当某一时刻DSP控制电路侦测出电压异常，首先由电流ipri判断出当前导通的晶闸管。假设切换时晶闸管T9导通,那么同时开启晶闸管T4、T8，此时电容C195和电感LI开始谐振放电，谐振电流ilc上升，晶闸管T9的阳极电流i9逐渐减小，此时由i9和ilc共同承担负载电流iload ;阶段3(t2 t3):当t2时刻谐振电流ilc等于负载电流iload时，即i9下降到零的时候，晶闸管TlO开始导通。强制关断电路的电压，被箝位至零(忽略晶闸管导通时的正向压降)，谐振继续。期间关断晶闸管T9、T10的门极驱动，关断晶闸管T4、T8的门极驱动；阶段4(t3 t4):谐振电流ilc经过谐振电流峰值Ipeak后开始下降,t3时刻ilc下降并等于iload时，HO下降至零，之后晶闸管TlO反向阻断，负载电流全部流过晶闸管T4、T8;阶段5(t4 t5):当晶闸管Tl两端出现正向电压后，开启晶闸管T1、T2门极驱动，负载电流开始由晶闸管Τ4、Τ8换流至晶闸管Tl ;阶段6(>t5) t5时刻ilc下降至零，流过晶闸管Tl的电流il等于负载电流iload，之后晶闸管T4、T8关断。至此切换过程全部结束。如果在阶段2或阶段3中负载电流方向改变，侦测到负载电流流过晶闸管Τ10，此时需要对晶闸管TlO进行相应的二次换流。另外，本发明一种智能数字式静态开关还包括RS232通信电路6。如图9所示，所述的RS232通信电路6包括隔离芯片U16、电平转换芯片U17和电容C40 C46，在本发明中，所述的隔离芯片U16为ADuM1201，电平转换芯片U17为ΜΑΧ232。图中电路的两输入端901,902端分别连接于图5中DSP芯片U13的SCIA 口 533、534端；903、904端用于与外部通信，实现此模块与上位机进行通信。
权利要求
1.一种智能数字式静态开关，其特征在于包括信号检测电路⑴、DSP控制电路⑵、数字触发电路(3)、LC谐振辅助换流电路(4)，信号检测电路(I)连接LC谐振辅助换流电路(4)和主用电源或备用电源，DSP控制电路(2 )连接信号检测电路(I)和数字触发电路(3 )，数字触发电路(3 )与LC谐振辅助换流电路(4 )连接，LC谐振辅助换流电路(4 )连接主用电源或备用电源，并进行电源输出。
2.根据权利要求I所述的一种智能数字式静态开关，其特征在于还包括状态报警电路(5 )和RS232通信电路(6 )，所述状态报警电路(5 )与数字触发电路(3 )连接，所述RS232通信电路(6)与DSP控制电路(2)连接。
3.根据权利要求I所述的一种智能数字式静态开关，其特征在于所述的信号检测电路(I)包括传感器检测电路和检测信号处理电路，所述传感器检测电路与LC谐振辅助换流电路(4)和主用电源或备用电源连接，所述检测信号处理电路与传感器检测电路和DSP控制 电路⑵连接。
4.根据权利要求I所述的一种智能数字式静态开关，其特征在于所述的传感器检测电路包括电压传感器U9、电流传感器U26、电阻R4 R6和电容C1、C2、C198、C199，电阻R4的一端和电流传感器U26的I脚接主用电源或备用电源的A相线，电阻R4的另一端接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接电压传感器U9的I脚，电压传感器U9的3脚和电流传感器U26的3脚分别接入各自的检测信号处理电路的输入端，电流传感器U26的2脚接入LC谐振辅助换流电路⑷中的601端，电压传感器U9的4脚、电容C2的一端、电流传感器U26的4脚和电容C199的一端共同接直流电源+15V，电压传感器U9的5脚、电容Cl的一端、电流传感器U26的5脚和电容C198的一端共同接直流电源-15V，电容Cl的另一端、电容C2的另一端、电压传感器U9的2脚、电容C198的另一端和电容C199的另一端共同接地。
5.根据权利要求I所述的一种智能数字式静态开关，其特征在于所述的检测信号处理电路包括电阻 R26 R28、R37 R40、R45 R48，变阻器 W2、W3、电容 C12、C13、C25、C26、C28、稳压二极管06、07、运算放大器仍八、仍8、仍(和稳压芯片U15，电阻R26的一端接电容C12的一端、稳压二极管D6的负极和电阻R27的一端,并作为检测信号处理电路的输入端，稳压二极管D6的正极接稳压二极管D7的正极，电阻R27的另一端接运算放大器UlC的10脚,运算放大器UlC的9脚接8脚和电阻R28的一端，电阻R28的另一端接电容C13的一端和变阻器W3的I脚，变阻器W3的2脚、变阻器W3的3脚接电阻R46的一端、运算放大器UlB的6脚和电阻R48的一端，电阻R46的另一端接电容C26的负极、电容C25的一端、电阻R39的一端和运算放大器UlA的I脚，电阻R39的另一端接电阻R38的一端和运算放大器UlA的2脚，电阻R38的另一端接电阻R40的一端、变阻器W2的3脚和2脚，运算放大器UlA的3脚接电阻R37的一端，运算放大器UlB的5脚接电阻R45的一端，电阻R48的另一端接运算放大器UlB的7脚和电阻R47的一端，并成为检测信号处理电路的输出端306端连接至DSP控制电路⑵的DSP芯片U13的170脚，电阻R47的另一端接电容C28的一端和稳压芯片U15的2脚，运算放大器UlA的4脚接直流电源+15V，运算放大器UlA的11脚接直流电源-15V，稳压芯片U15的I、16脚接直流电源+3. 3V，变阻器W2的I脚接基准电压.2.5V,电阻R26的另一端、电容C12的另一端、稳压二极管D7的负极、电容C13的另一端、电阻R40的另一端、电阻R37的另一端、电容C25的另一端、电容C26的正极、电阻R45的另一端、电容C28的另一端和稳压芯片U15的8、9脚共同接地。
6.根据权利要求I所述的一种智能数字式静态开关，其特征在于所述的数字触发电路(3)包括双电源转换器 U11、电阻 R69 R72、R77 R79、R145、R146、R236、电容 C35、C36、C48、光耦01、变压器TC、二极管D13、D14、D16、D17、稳压二极管D15、发光二极管LED7、晶体管Vl和排阻R75、R76，排阻R75的2脚接光耦01的3脚和双电源转换器Ull的2脚，光耦01的2脚接电阻R77的一端，光耦01的6脚接电阻R78的一端，电阻R78的另一端接电阻R79的一端、二极管D17的负极和晶体管Vl的栅极，晶体管Vl的漏极接稳压二极管D15的负极和变压器TC的I脚，稳压二极管D15的正极接二极管D14的正极，二极管D14的负极接电容C48的一端、电阻R145的一端和变压器TC的2脚，变压器TC的3脚接二极管D13的正极，二极管D13的负极接二极管D16的负极、发光二极管LED7的正极和电阻R146的一端，电阻R146的另一端作为电路的一输出端424端并接LC谐振辅助换流电路(4)的605端，变压器TC的4脚接二极管D16的正极和电阻R236的一端，作为电路的另一输出端425 端并连接至LC谐振辅助换流电路(4)的606端，电阻R236的另一端连接发光二极管LED7的负极，排阻R75的3、4、5、6、7、8、9脚分别连接双电源转换器Ull的3、5、6、8、9、11、12脚，双电源转换器Ull的13、14、16、17、19、20脚分别接排阻R76的2、3、4、5、6、7脚，双电源转换器Ull的24脚接电阻R72的一端，双电源转换器Ull的25脚接电阻R70的一端，双电源转换器 Ull 的 47、46、44、43、41、40、38、37、36、35、33、32、30、29、27、26 脚分别接 DSP 控制电路(2)中的 DSP 芯片 U13 的 92、93、94、95、98、101、102、104、106、107、109、116、117、122、123、124脚，双电源转换器Ull的I脚接电阻R71的一端，双电源转换器Ull的48脚接电阻R69的一端，电容C48的另一端和电阻R145的另一端共同接直流电源+24V，光耦01的8脚接直流电源+15V，电阻R77的另一端、双电源转换器Ull的31、42脚和电容C35的一端、排阻R75的I脚和排阻R76的I脚共同接直流电源+5V，双电源转换器Ull的7、18脚、电容〇36的一端、电阻R71的另一端和电阻R72的另一端共同接直流电源+3. 3V，光耦01的5脚、电阻R79的另一端、二极管D17的正极、晶体管Vl的源极、电容C35的另一端、电阻R69的另一端、电容C36的另一端、电阻R70的另一端和双电源转换器Ull的4、10、15、21、28、34、39、45脚共同接地。
7.根据权利要求I所述的一种智能数字式静态开关，其特征在于所述的DSP控制电路(2)包括DSP芯片U13，存储器芯片U14、连接器J1、插座J2、晶振XL1、电阻R137 R144和电容C37 C39、电容C47，连接器Jl的I脚接电阻R138的一端，连接器Jl的2脚接DSP芯片U13的17脚，DSP芯片U13的140脚接电阻R137的一端，DSP芯片U13的135、126、.131、127脚分别接插座J2的2、1、3、7脚，DSP芯片U13的136脚接插座J2的9、11脚，DSP芯片U13的137脚接电阻R143的一端和插座J2的13脚，DSP芯片U13的146脚接电阻R144的一端和插座J2的14脚，DSP芯片U13的160脚接电阻R139的一端和电容C37的一端，DSP芯片U13的77脚接晶振XLl的3脚，DSP芯片U13的161脚接电阻R141的一端，DSP 芯片 U13 的 159 脚接电阻 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 脚分别接存储器芯片 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脚，DSP芯片U13的16脚接电阻R142的一端，DSP芯片U13的10脚接电容C38的正极，DSP芯片U13的11脚接电容C39的正极，DSP芯片U13的170脚接检测信号处理电路的输出端306端，DSP芯片U13的171、172、173、174、5、4、3、2脚分别接入其他的检测信号处理电路的输出端，电阻R138的另一端、电阻R137的另一端、电阻R139的另一端、电阻R140的另一端、电阻R141的另一端、电容C47的一端、晶振XLl的4脚、DSP芯片U13的166、14、1、13、31、64、81、114、145、69 脚、存储器芯片 U14 的 11、33 脚、插座 J2 的 5、6 脚、电阻 R143的另一端和电阻R144的另一端共同接直流电源+3. 3V，DSP芯片U13的162、23、37、56、75、100、112、128、143、154脚共同接直流电源+1. 8V，连接器Jl的3脚、电容C37的另一端、电容 C47 的另一端、晶振 XLl 的 2 脚、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脚、电阻1 142的另一端、电容038的负极、电容C39的负极、存储器芯片U14的40、39、12、34脚、插座J2的4、8、10、12脚共同接地。
8.根据权利要求I所述的一种智能数字式静态开关，其特征在于所述的LC谐振辅助换流电路(4)包括晶闸管Tl T10、突波吸收器(压敏电阻)RV1、电感LI和电容C195，晶闸管Tl的的阳极和晶闸管T2的阴极连接，并作为电路的603端连接至备用电源的A相线，晶闸管Tl的门极为电路的605端，晶闸管Tl的阴极接晶闸管T2的阳极、晶闸管TlO的阳极、晶闸管T9的阴极、晶闸管T4的阴极和晶闸管T5的阳极，并成为电路的606端和604端，604端为电源A相的最终输出，晶闸管TlO的阴极接晶闸管T9的阳极、晶闸管T7的阴极、晶闸管T8的阳极和晶闸管T6的阴极，并作为电路的601端连接主用电源的A相线，晶闸管T7的阳极接电感LI的一端和晶闸管T4的阳极，电感LI的另一端接晶闸管T3的阴极和电容C195的一端，晶闸管T3的阳极接突波吸收器RVl的一端，突波吸收器RVl的另一端作为电路的602端接主用电源的B相或C相线，电容C195的另一端接晶闸管T5的阴极、晶闸管T6的阳极和晶闸管T8的阴极。
9.根据权利要求I所述的一种智能数字式静态开关，其特征在于所述的状态报警电路(5)包括电阻R248、R249、发光二极管LED13和LED14，电阻R248的一端接数字触发电路3中的双电源转换器Ull的22脚，电阻R248的另一端接发光二极管LED13的负极，发光二级管LED13的正极接数字触发电路(3)中的排阻R76的8脚，电阻R249的一端接数字触发电路(3)中的双电源转换器Ull的23脚，电阻R249的另一端接发光二极管LED14的负极，发光二级管LED14的正极接数字触发电路(3)中的排阻R76的9脚。
10.根据权利要求I所述的一种智能数字式静态开关，其特征在于所述的RS232通信电路(6)包括隔离芯片U16、电平转换芯片U17、电容C40 C46，隔离芯片U16的6、7脚接DSP控制电路⑵中的DSP芯片U13的533、534脚，隔离芯片U16的2、3脚分别接电平转换芯片U17的11、12脚，电平转换芯片U17的I脚接电容C42的一端，电容C42的另一端接电平转换芯片U17的3脚，电平转换芯片U17的2脚接电容C43的一端，电平转换芯片U17的4脚接电容C44的一端，电容C44的另一端接电平转换芯片U17的5脚，电平转换芯片U17的6脚接电容C46的一端，电平转换芯片U17的13、14脚用于与外部进行通信，电平转换芯片U17的16脚、隔离芯片U16的I脚、电容C40的一端、电容C41的一端、电容C43的另一端和电容C45的一端共同接直流电源+5V，隔离芯片U16的8脚接直流电源+3. 3V，隔离芯片U16的4、5脚、电容C40的另一端、电容C41的另一端、电平转换芯片U17的8、10、15脚、电容C45的另一端和电容C46的另一端共同接地。
全文摘要
一种智能数字式静态开关，属于低压电器技术领域。包括信号检测电路、DSP控制电路、数字触发电路、LC谐振辅助换流电路，信号检测电路连接LC谐振辅助换流电路和主用电源或备用电源，DSP控制电路连接信号检测电路和数字触发电路，数字触发电路与LC谐振辅助换流电路连接，LC谐振辅助换流电路连接主用电源或备用电源，并进行电源输出。优点满足系统的高精度和实时性要求；专门设计了大功率的脉冲输出电路；控制形式灵活多样，可靠性高；它为晶闸管触发电路实现小型化、数字化和智能化提供了一个很好的应用平台，并且利用LC谐振辅助换流电路实现了快速无缝切换。
文档编号H02J9/06GK102820699SQ20121028122
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者龚瑞良, 刘正海, 沈孟良, 杨建东, 包雪东 申请人:常熟瑞特电气股份有限公司