专利名称：一种交流电随机切换方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源切换方法及系统，更具体地说，涉及一种交流电随机切换方法及系统。
背景技术：
现有交流切换电路采用的是电压过零切换技术，存在切换间隔时间长的缺点，艮卩当检测到主电AC断电时，逻辑控制器给出一个控制信号给固态过零开关，只有当备用电过零点时才实现切换，不产生瞬态尖峰干扰，切换时间取决于主电与备用电的相位差。现有交流过零切换电路，其切换必须等待到电压过零时才能实现切换，存在切换时间不确定(取决于主电与备电的相位差)，切换时间过长(约25ms)，从而使得电路损耗加大；同时，切换时间过程还会带来电源的高频干扰，这样对电源要求高的高速集中电路的供电将会带来严重的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的在主备电源随机切换后将出现浪涌电流，以及瞬态尖峰干扰的缺陷，提供一种交流电随机切换方法及系统，以縮短电源切换时间，降低电路损耗、纠正电流(防止浪涌电流的出现)，以及抑制切换过程中电源的高频干扰。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种交流电随机切换方法，包括以下步骤
51、 在主用电源供电时，检测该主用电源的实际输入电压值V1和实际输入电流值II;
52、 如果实际输入电压值VI与其相应的额定电压值的差 绝对值超过一预定比例，和/或实际输入电流值II与其相应的额定电流值的差的绝对值超过一预定比例(即，大于50%)时，关断工作电源，导通备用电源；
53、 根据实际输入电压值Vl和实际输入电流值Il,计算切换后初始电流值I2;
54、 根据初始电流值I2，向P丽发出不同的脉冲信号，调制其占空比的输出，以控制APFC电路输出的电流值与初始电流值12的差的绝对值在一预定范围内，从而实现输出电流的线性纠正；
55、 根据一预定时间，调整APFC电路的输出电流，使实际输出电流值与其相应的额定输出电流值的差的绝对值在一预定值范围内，从而保证APFC电路输出电压和电流相位的同步；在该步骤中，如果预定时间短的话，APFC电路的输出电流的变化斜率就较大，如果预定时间长的话，APFC电路的输出电流的变化斜率就较小，即实际输出电流通过较为平缓的方式调整到与额定输出电流相一致。
56、 结束。
在该技术方案中，主用电源和备用电源具有相同的电压等级和电网频率，其中，电网频率可以是50HZ或60HZ,电压等级可以是220V、 230V、 240V、120V、 110V或115V。
在本发明所述的交流电随机切换方法中，所述步骤S2包括以下步骤
521、 如果实际输入电压值VI与其相应的额定电压值的差的绝对值超过一预定比例，和/或实际输入电流值II与其相应的额定电流值的差的绝对值超过一预定比例时，根据采样频率f，计算延迟比较数n;
522、 根据延迟比较数n,检测主用电源的n个输入电压和电流值；
523、 如果检测到的n个输入电压值分别与其相应的额定电压值的差的绝对值都超过一预定比例，和/或检测到的n个电流值分别与其相应的额定电流值的差的绝对值都超过一预定比例时，进入步骤S24，否则，进入步骤S6;
524、 关断工作电源，导通备用电源。
在本发明所述的交流电随机切换方法中，采样频率f的范围是4khz到100khz;延迟比较数n的计算公式为n=f0/2，其中fO为釆样频率f的数
5值。
在本发明所述的交流电随机切换方法中，初始电流值12的计算公式为12二V1+I1/V,其中V为备用电源额定电压的最大值。
根据本发明的另一方面，提供一种交流电随机切换系统，包括电压检测电路，用于检测电源的输入电压；电流检测电路，用于检测电源的输入电流；第一开关电路，用于导通或关断主用电源；第二开关电路，用于导通或关断备用电源；控制电路，用于采集和处理由电压检测电路和电流检测电路发送的电压和电流信号，控制第一开关电路和第二开关电路的导通或关闭，并向P丽发送脉冲信号；P丽，用于根据控制电路发送的脉冲信号，调制输出的占空比；APFC电路，用于接收P丽输出的占空比，以控制输出的电流，从而实现输出电流的线性纠正，保证APFC电路输出电压和电流相位的同步。
在本发明所述的交流电随机切换系统中，第一开关电路和第二开关电路是固态继电器。优选的，固态继电器是固态随机开关。
实施本发明的交流电随机切换方法及系统，具有以下有益效果采用电压及电流检测，抑制电源高频干扰，电源状态自动识别，高速信号处理，随机实现切换，自动适应环境电源，同时通过对APFC的控制来抑制随机切换带来的尖峰干扰，防治浪涌电流的出现，并降低功率损耗，使得交流切换时间小于lms，真正达到高精度的交流切换。通过采用随机切换，能自动识别电源状态，适应各种环境的电源，切换时间大大縮短且固定。通过对APFC进行控制，使电流线性纠正达到交流电的随机切换，解决随机切换带来的尖峰干扰。同时进行功率补偿，实现电路功率的最小损耗。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是本发明交流电随机切换系统一实施例的逻辑框图；图2是图1所示的控制电路掉电判断示意图；图3是图1所示的控制电路计算初始电流值的示意图；图4是图1所示的主备电源切换示意图。
具体实施例方式
本发明的交流电随机切换方法，包括以下步骤Sl、在主用电源供电时，检测该主用电源的实际输入电压值V1和实际输入电流值I1; S2、如果实际输
入电压值VI与其相应的额定电压值的差的绝对值超过一预定比例(即大于50
%)，和/或实际输入电流值II与其相应的额定电流值的差的绝对值超过一预
定比例(即大于50%)时，关断工作电源，导通备用电源；S3、根据实际输入电压值VI和实际输入电流值II,计算切换后初始电流值12,其中，初始电流值12的计算公式为I2=V1*I1/V，其中V为备用电源额定电压的最大值。S4、根据初始电流值I2，向P麵发出不同的脉冲信号，调制其占空比的输出，以控制APFC电路输出的电流值与初始电流值12的差的绝对值在一预定范围(5%)内，从而实现输出电流的线性纠正；S5、根据一预定时间(0. 1 10ms)，调整APFC电路的输出电流，使实际输出电流值与其相应的额定输出电流值的差的绝对值在一预定值范围内，从而保证APFC电路输出电压和电流相位的同步；在该步骤中，如果预定时间短的话，APFC电路的输出电流的变化斜率就较大，如果预定时间长的话，APFC电路的输出电流的变化斜率就较小，即实际输出电流通过较为平缓的方式调整到与额定输出电流相一致。S6、结束。在该技术方案中，主用电源和备用电源具有相同的电压等级和电网频率，其中，电网频率可以是50HZ或60HZ,电压等级可以是220V、 230V、 240V、 120V、110V或115V。在主用电源恢复正常后，若要将备用电源切换到主用电源，其切换方法，与上述主用电源切换到备用电源的方法相一致。
在实施中，步骤S2包括以下步骤S21、如果实际输入电压值V1与其相应的额定电压值的差的绝对值超过一预定比例，和/或实际输入电流值II与其相应的额定电流值的差的绝对值超过一预定比例时，根据采样频率f，计算延迟比较数n,其中，采样频率f的范围是4khz到100khz;延迟比较数n的计算公式为n=f。/2,其中f。为采样频率f的数值；S22、根据延迟比较数n，检测主用电源的n个输入电压和电流值；S23、如果检测到的n个输入电压值分别与其相应的额定电压值的差的绝对值都超过一预定比例，和/或检测到的n个电流值分别与其相应的额定电流值的差的绝对值都超过一预定比例时，进入步骤S24，否则，进入步骤S5; S24、关断工作电源，导通备用电源。
如图1所示，根据以上交流电随机切换方法，可实施的交流电随机切换系统，包括电压检测电路，用于检测电源的输入电压；电流检测电路，用于检测电源的输入电流；第一开关电路，用于导通或关断主用电源；第二开关电路，用于导通或关断备用电源；控制电路，用于采集和处理由电压检测电路和电流检测电路发送的电压和电流信号，控制第一开关电路和第二开关电路的导通或关闭，并向PWM发送脉冲信号；P丽，用于根据控制电路发送的脉冲信号，调制输出的占空比；APFC电路，用于接收P丽输出的占空比，以控制输出的电流，从而实现输出电流的线性纠正，保证APFC电路输出电压和电流相位的同步。其中，控制电路包括信号处理单元、逻辑运算单元以及微控制指令单元。第一开关电路和第二开关电路是固态继电器。优选的，固态继电器选用固态随机开关。其中，APFC电路可包括电感、开关管和二极管，电感的一端分别与第一开关电路和第二开关电路的输出端耦合；开关管的控制端耦合到P丽；二极管的阴极作为APFC电路的输出端。
该交流电随机切换系统具体的工作原理和过程为第一、二开关电路的电源输入端分别与主、备电源相连接，且第一、二开关电路的电源输出端都连接到APFC电路的电源输入端连接，由APFC电路纠正电流，以达到交流电的随机切换。控制电路的信号处理单元与电压检测电路和电流检测电路相连接，以接收电压检测信号和电流检测信号，以判断主备电源是否掉电，电压检测电路和电流检测电路用4khz 100khz的采样频率对主备电源一个全波设80 2k个采样点，分别将主电和备电80 2k个采样点额定的电压电流值分别存放到存储器中作为基准值。每采样一个点都与存储器中与之相对应的基准值进行比较(设定范围)，并输出比结果至逻辑运算单元。如果某一采样点超出基准值范围，则连续对后2 50个(以采样频率而定)采样点进行比较(延时判断，抑制干扰)，若正常则判为干扰不与理会，反之则判为掉电。
如图2所示，当逻辑运算单元接收到信号处理单元输送而来的比较结果后，对电源的抗干扰及掉电性进行判断，其判断原理为由于电源电网会受
8到高频脉冲干扰，所以必须能识别出是否干扰防止误动作。以采样频率为
4khz，采样点为80个为例，当检测到n点值超出基准值范围时，不与理会，继续对下个采样点n+l和n+2点采样比较，此时采样检测值正常，所以视为干扰。m点同理。如k点所示，此时k点已经超出基准值范围，继续对k+l和k+2检测，都已超出基准值范围。视为掉电。如采样频率越高，则连续采样点越多，对高频干扰判断能力则越强。判定掉电时间为3 50个采样周期，时间为0. 1 lms。
由于某些工业场合电源波动较大，或是主电与备电峰值相差大同时电源频率不一样。此时控制电路自动识别电源状态。如图3、 4所示，工作时根据
额定的初始设定值，以实测频率和正负峰值与初始设定值的频率和正负峰值为计算的数据，得到每一个供电线路任一采样点的电流值12二V1W1/V，其中V为备用电源额定电压的最大值.正负峰值或半周内的任一个采样点电流可能不一样，但是总功率保持稳定。实现自动调节设定值参数和自动调节采样的频率。使其能自动适应各种电压和不同频率的电源。
当逻辑运算单元对接收到的电源信号比较结果进行相应运算处理后输出运算结果至微控制指令单元。微控制指令单元根据接收到运算结果，比如主电源掉电，或被电源掉电，通过I/O端输出控制信号至第一、二开关电路。其控制原理当判定为主电掉电，控制电路瞬时给出控制信号，关断第一开关电路并导通第二开关电路，以切换到备用电源。同时通过逻辑运算处理，向P丽发送不同的脉冲信号，以调制PWM的输出占空比，对APFC进行控制，对电流进行线性纠正，保证电压和电流相位同步，抑制随机切换带来的尖峰干扰，并进行功率补偿，最大程度降低电路的损耗。
切换区间中的计算准则1、掉电前供电线路提供的电能与备用电提供的能量相同或误差在可控控制范围内；2、切换后，在设定的时间内线性纠正电流能达到与电压同相位变化；3、切换区间内的电流与电压要尽可能保持同一趋势；4、电流最大值的限定，取值为min(电路器件的额定值和算法确定的最大安全值)；5、根据线路间的电压相位不同，转换区间的点数为1 2000点,周期跨度最大为1/4周期(适用于各种频率)；6、各点连接而成的电流曲线由算法确定，根据供电功率,线路间相位差，切换点数，供电频率而不同。
本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
权利要求
1、一种交流电随机切换方法，其特征在于，包括以下步骤S1、在主用电源供电时，检测该主用电源的实际输入电压值V1和实际输入电流值I1；S2、如果实际输入电压值V1与其相应的额定电压值的差的绝对值超过一预定比例，和/或实际输入电流值I1与其相应的额定电流值的差的绝对值超过一预定比例时，关断工作电源，导通备用电源；S3、根据实际输入电压值V1和实际输入电流值I1，计算切换后初始电流值I2；S4、根据初始电流值I2，向PWM发出不同的脉冲信号，调制其占空比的输出，以控制APFC电路输出的电流值与初始电流值I2的差的绝对值在一预定范围内；S5、根据一预定时间，调整APFC电路的输出电流，使实际输出电流值与其相应的额定输出电流值的差的绝对值在一预定值范围内，从而保证APFC电路输出电压和电流相位的同步；S6、结束。
2、 根据权利要求l所述的交流电随机切换方法，其特征在于，所述步骤 S2包括以下步骤S21、 如果实际输入电压值VI与其相应的额定电压值的差的绝对值超过 一预定比例，和/或实际输入电流值II与其相应的额定电流值的差的绝对值 超过一预定比例时，根据采样频率f，计算延迟比较数n;S22、 根据延迟比较数n,检测主用电源的n个输入电压和电流值；S23、 如果检测到的n个输入电压值分别与其相应的额定电压值的差的绝 对值都超过一预定比例，和/或检测到的n个电流值分别与其相应的额定电流 值的差的绝对值都超过一预定比例时，进入步骤S24,否则，进入步骤S6;S24、 关断工作电源，导通备用电源。
3、 根据权利要求2所述的交流电随机切换方法，其特征在于，采样频率f的范围是4khz到100khz;延迟比较数n的计算公式为n=f。/2，其中f。 为采样频率f的数值。
4、 根据权利要求1 3任一所述的交流电随机切换方法，其特征在于， 初始电流值12的计算公式为12=71*11/^其中V为备用电源额定电压的最 大值。
5、 一种交流电随机切换系统，其特征在于，包括 电压检测电路，用于检测电源的输入电压； 电流检测电路，用于检测电源的输入电流； 第一开关电路，用于导通或关断主用电源； 第二开关电路，用于导通或关断备用电源；控制电路，用于采集和处理由电压检测电路和电流检测电路发送的电压 和电流信号，控制第一开关电路和第二开关电路的导通或关闭，并向P丽发 送脉冲信号；P丽，用于根据控制电路发送的脉冲信号，调制输出的占空比； APFC电路，用于接收P丽输出的占空比，以控制输出的电流，从而实现 输出电流的线性纠正，保证APFC电路输出电压和电流相位的同步。
6、 根据权利要求5所述的交流电随机切换系统，其特征在于，第一开关 电路和第二开关电路是固态继电器；固态继电器是固态随机开关。
全文摘要
本发明涉及一种交流电随机切换方法及系统，该系统包括电压检测电路；电流检测电路；第一开关电路，用于导通或关断主用电源；第二开关电路，用于导通或关断备用电源；控制电路，控制第一开关电路和第二开关电路的导通或关闭，并向PWM发送脉冲信号；PWM，用于根据控制电路发送的脉冲信号，调制输出的占空比；APFC电路，用于接收PWM输出的占空比，以控制输出的电流，从而实现输出电流的线性纠正，保证APFC电路输出电压和电流相位的同步。通过采用随机切换，能自动识别电源状态，适应各种环境的电源，切换时间大大缩短且固定。通过对APFC进行控制，使电流线性纠正达到交流电的随机切换，解决随机切换带来的尖峰干扰。同时进行功率补偿，实现电路功率的最小损耗。
文档编号H02J9/00GK101599660SQ200810067648
公开日2009年12月9日 申请日期2008年6月6日 优先权日2008年6月6日
发明者周明杰, 张玉平, 平 郑 申请人:深圳市海洋王照明科技股份有限公司