一种交流输入缺相掉相切换电路的制作方法

本实用新型属于电路保护技术领域，具体涉及一种交流输入缺相掉相切换电路。

背景技术：

目前，电源装置向大功率密度、大电流、高电压输出发展，但是受制于目前功率器件MOS管或IGBT电压电流应力的限制，单模块输出较高电压会比较困难，因此，目前运用几个相同功率模块串联以产生较大输出电压，以及运用几个相同模块并联输出以产生较强带载能力的方法成为行业内比较有效的高压电源模式。如图1所示。为了尽量保证输入三相四线制供电的平衡，串联或并联的几个功率模块一般不会单独接到某一线(相)电压上，会分别接到三个线(相)电压上面。但是，这样接，也同样存在一个致命的问题。当几个功率模块串联接输出时，如果输入L1、L2、L3三相电缺相，会导致某一个功率模块工作不正常，进而影响几个功率模块的串联输出，特别是在大规模生产过程中，出现这一问题，往往会造成很严重的经济损失。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种交流输入缺相掉相切换电路，保证在某一相缺相掉相时，迅速将输入相电压切换到另一相电压，使所有串联功率模块不受输入电压影响而正常工作。

本实用新型采用的技术方案是：一种交流输入缺相掉相切换电路，所述交流输入为第一相和第二相，其特征在于：包括第一切换模块、第二切换模块、第三切换模块、第四切换模块，其中

当第一相和第二相均正常时，第三切换模块和第四切换模块无输出，第一切换模块输出第一相，第二切换模块输出第二相；

当第一相缺相掉相、第二相正常时，第三切换模块输出第三相至第二切换模块，第四切换模块输出第二相至第一切换模块，第一切换模块切换到第二相输出，第二切换模块切换到第三相输出；

当第二相缺相掉相、第一相正常时，第三切换模块输出第三相至第二切换模块，第四切换模块输出第一相至第一切换模块，第一切换模块输出第一相，第二切换模块切换到第三相输出。

进一步地，所述第一切换模块输入端连接第一相和第四切换模块输出端，第一切换模块控制回路两端分别连接第三相和第四切换模块输出端；所述第二切换模块输入端连接第二相和第三切换模块输出端，第二切换模块控制回路两端分别连接第三相和第四切换模块输出端；所述第三切换模块输入端连接第三相，第三切换模块控制回路两端分别连接第三相和第四切换模块输出端；所述第四切换模块输入端连接未缺相掉相的第一相或第二相，第四切换模块控制回路一端接地、另一端用于连接缺相警告信号。

进一步地，所述第一切换模块为继电器K1，所述继电器K1的线圈一端连接第三相、另一端连接第四切换模块的输出端，继电器K1的公共触点作为输出端、常闭触点连接第一相、常开触点连接第四切换模块的输出端。

进一步地，所述第二切换模块为继电器K2，所述继电器K2的线圈一端连接第三相、另一端连接第四切换模块的输出端，继电器K2的公共触点作为输出端、常闭触点连接第二相、常开触点连接第三切换模块的输出端。

进一步地，所述第三切换模块为继电器K3，所述继电器K3的线圈一端连接第三相、另一端连接第四切换模块的输出端，继电器K3的公共触点作为输出端、常闭触点连接公共触点、常开触点连接第三相。

进一步地，还包括三极管和MOS管，所述第四切换模块控制回路两端分别连接三极管的集电极和MOS管的源极；所述三极管的基极连接第三相、发射极接地，所述MOS管的漏极连接第三相、栅极用于连接缺相警告信号。

进一步地，所述第四切换模块为继电器K4，所述继电器K4的线圈一端连接所述三极管的集电极、另一端连接所述MOS管的源极，继电器K4的公共触点作为输出端、常闭触点连接公共触点、常开触点连接未缺相掉相的第二相或第一相。

进一步地，还包括电压处理电路，所述电压处理电路包括依次串联的振荡电路、整流电路、滤波电路和延时电路，所述振荡电路输入端连接第三相，所述延时电路输出端连接三极管的基极，所述MOS管的漏极连接到滤波电路与延时电路之间。

进一步地，所述延时电路包括串联的电阻R3和电容C3，所述电阻R3一端连接滤波电路一端和MOS管的漏极，电容C3另一端接地，所述三极管的基极连接到电阻R3与电容C3之间。

更进一步地，还包括电阻R4、电阻R5和电容C4，所述电阻R5和电容C4并联，所述电阻R4一端连接的MOS管的栅极和电阻R5一端，电阻R4另一端用于连接缺相警告信号，电阻R5另一端接地。

本实用新型采用多个切换模块实现输入相电压的切换，切换模块采用继电器，保证在某一相缺相掉相时，能根据缺相信号而发出的反馈信号，迅速将输入相/线电压切换到另一相/线电压，从而使串联的功率模块不受输入电压影响而正常工作，具有以下优点：

第一，结构简单，所用器件少，成本低。

第二，切换对象适用于相电压或线电压之间切换，且切换时间短，稳定性高。

第三，能有效解决装置里面串联模块输入供电掉相缺相的问题，使装置系统在检测到输入电压异常时立即动作切换输入，保证异常输入模块正常工作。

附图说明

图1为现有高压电源串联输出功能实现原理图。

图2为本实用新型缺相掉相切换电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明，便于清楚地了解本实用新型，但它们不对本实用新型构成限定。

如图2所示，本实用新型一种交流输入缺相掉相切换电路，所述交流输入为第一相和第二相，电路包括第一切换模块、第二切换模块、第三切换模块、第四切换模块，其中

当第一相和第二相均正常时，第三切换模块和第四切换模块无输出，第一切换模块输出第一相，第二切换模块输出第二相；

当第一相缺相掉相、第二相正常时，第三切换模块输出第三相至第二切换模块，第四切换模块输出第二相至第一切换模块，第一切换模块切换到第二相输出，第二切换模块切换到第三相输出；

当第二相缺相掉相、第一相正常时，第三切换模块输出第三相至第二切换模块，第四切换模块输出第一相至第一切换模块，第一切换模块输出第一相，第二切换模块切换到第三相输出。

上述方案中，各切换模块之间的连接关系为：第一切换模块输入端连接第一相和第四切换模块输出端，第一切换模块控制回路两端分别连接第三相和第四切换模块输出端；所述第二切换模块输入端连接第二相和第三切换模块输出端，第二切换模块控制回路两端分别连接第三相和第四切换模块输出端；所述第三切换模块输入端连接第三相，第三切换模块控制回路两端分别连接第三相和第四切换模块输出端；所述第四切换模块输入端连接未缺相掉相的第一相或第二相，第四切换模块控制回路一端接地、另一端用于连接缺相警告信号。

上述方案中，还包括三极管和MOS管，所述第四切换模块控制回路两端分别连接三极管的集电极和MOS管的源极；所述三极管的基极连接第三相、发射极接地，所述MOS管的漏极连接第三相、栅极用于连接缺相警告信号。通过三极管和MOS管来根据缺相警告信号控制第四切换模块的输出切换，结构简单、成本低。

上述方案中，第一切换模块为继电器K1，具体地，继电器K1的线圈一端连接第三相、另一端连接第四切换模块的输出端，继电器K1的公共触点作为输出端、常闭触点连接第一相、常开触点连接第四切换模块的输出端。

上述方案中，第二切换模块为继电器K2，具体地，继电器K2的线圈一端连接第三相、另一端连接第四切换模块的输出端，继电器K2的公共触点作为输出端、常闭触点连接第二相、常开触点连接第三切换模块的输出端。

上述方案中，第三切换模块为继电器K3，具体地，继电器K3的线圈一端连接第三相、另一端连接第四切换模块的输出端，继电器K3的公共触点作为输出端、常闭触点连接公共触点、常开触点连接第三相。

上述方案中，第四切换模块为继电器K4，具体地，继电器K4的线圈一端连接所述三极管的集电极、另一端连接所述MOS管的源极，继电器K4的公共触点作为输出端、常闭触点连接公共触点、常开触点连接未缺相掉相的第二相或第一相。

上述方案中，还包括电压处理电路，电压处理电路用来对待切换的输入相电压进行振荡、滤波等处理，保证电压更稳定。所述电压处理电路包括依次串联的振荡电路、整流电路、滤波电路和延时电路，所述振荡电路输入端连接第三相，所述延时电路输出端连接三极管的基极，所述MOS管的漏极连接到滤波电路与延时电路之间。

其中振荡电路包括电阻R1、电阻R2和电阻C1，所述电阻R1和电阻R2串联，电阻R1一端连接第三相，电阻R2另一端连接整流电路，所述电阻R2和电阻C1并联。整流电路D1为桥式整流电路。滤波电路包括并联的稳压管D2和电容C2。延时电路包括串联的电阻R3和电容C3，所述电阻R3一端连接滤波电路一端和MOS管的漏极，电容C3另一端接地，所述三极管的基极连接到电阻R3与电容C3之间。待切换的相电压L3经过一个电阻R3给电容C3充电，当电容C3上面的电压升值0.7V的门槛电压，三极管Q1导通直流继电器K4的1号触点通过三极管Q1拉到GND，这里电阻R3给C3充电至三极管Q1开通的时间间隔，即为交流继电器由L2切换至L3的切换延时时间，设置的延时时间避免了交流继电器K2切换触点之间可能产生的拉弧现象。

上述方案中，还包括用于对缺相警告信号进行稳定调节的电阻R4、电阻R5和电容C4，所述电阻R5和电容C4并联，所述电阻R4一端连接的MOS管的栅极和电阻R5一端，电阻R4另一端用于连接缺相警告信号，电阻R5另一端接地。

本实用新型中，继电器K1、继电器K2、继电器K3均为交流继电器，1、8号触点之间为感应线圈，2(7)，3(6)，4(5)号触点均内部连接，当感应线圈两端有额定的交流电压，交流继电器会动作，动作触点由常闭触点跳至常开触点。继电器K4为直流继电器，1、2号触点之间为感应线圈，3(4)之间内部连接，5为常闭触点，6为常开触点，当其感应线圈上有额定范围内的直流电压，继电器K4会动作，常闭触点跳至常开触点。三极管Q1为NPN型三极管，MOS管Q2为NPN型MOS管。

以下以第一相(简称L1)缺相掉相为例对切换原理进行详细说明：

从图中可以看出，交流输入为第一相(L1)和第二相(L2)，其L1和L2分别连接至继电器K1和继电器K2的常闭触点，常态下，如果L1、L2均正常，不存在缺相掉相，会直接输出Lout、Nout到功率模块输入。但是，当L1缺相掉相，系统采样到输入电压异常，会由系统CPU发出一个置高的缺相告警信号，通过电阻R4驱动MOS管Q2，MOS管Q2导通后，置高的缺相告警信号接至继电器K4线圈的2脚，线圈的1脚已经通过导通的三极管Q1接到GND，因此，继电器K4线圈两端有足够电压可以使其励磁导通。L2通过继电器K4的6号触点，到3(4)号触点，接到继电器K1、继电器K2、继电器K3继电器的8号触点，则继电器K1、继电器K2、继电器K3的线圈1(8)号触点两端接L3、L2导通，常闭触点转到常开触点。因此，继电器K2的输出2(7)号触点因触点切换，从L2切到L3。继电器K1导通后输出Nout由L1切到L2。最终导致的结果是，输出(Lout，Nout)由(L2，L1)切换到(L3，L2)。

同理，当L1缺相掉相故障消除，系统通过采样检测分析，会发出一个置低的缺相告警信号，MOS管Q2断开，继电器K4的1(8)号触点间的线圈失电关断，继电器K1，继电器K2，继电器K3的8号触点均无法连到L2，进而导致继电器K1，继电器K2，继电器K3无法动作，均从常开触点且跳到常闭触点，Lout由L3切换到L2，Nout由L2切换至L1，从而完成切换恢复动作。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。