一种电源安全保护系统的制作方法

本发明涉及电源控制技术领域，特别是涉及一种电源安全保护系统。

背景技术：

对于一些需要长时间不间断操作、高可靠的系统，如基站通信设备、监控设备、服务器等，往往需要高可靠的电源供应，冗余电源设计是其中的关键部分，冗余电源一般配置2个或2个以上电源，当1个电源出现故障时，其他电源可以立刻投入，不中断设备的正常运行。

冗余电源分为三种，冗余冷备份（正常时由其中一个电源供电，当其故障时，备份电源立刻启动投入工作）、并联均流的n+1备份（各电源通过或门二极管并联在一起，同时向设备供电）、冗余热备份（多个电源同时工作，但只由其中一个向设备供电，其他轻载），由于冗余冷备份电源切换时存在时间间隔，造成电压豁口、并联均流的n+1备份在负载短路容易波及所有电源单元，而冗余热备份成本投入大，不易被推广，因此，需提供一种电源切换时没有时间间隔、负载短路不会波及电源的冗余电源。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种电源安全保护系统，具有构思巧妙、人性化设计的特性，有效的解决了电源切换时存在时间间隔、负载短路会波及电源的问题。

其解决的技术方案是，包括主电源、备份电源、负载，所述主电源和备份电源为冗余电源，实现主电源故障时，备份电源为负载供电，其特征在于，还设置故障预测电路、储荷泵电路、短路判定电路；

所述故障预测电路接收电压互感器感应的主电源相线l的电压信号，超过允许偏差±7﹪时，晶闸管vtl1触发导通，电压信号进入运算放大器ar1为核心的积分电路计算出电压变化率，电压变化率正向增长且高于允许偏差±9﹪对应的电压时，预测为故障，三极管q1导通，一路触发继电器k1线圈得电，串在主电源相线l的常闭开关k1-1延时断开，常开开关k1-2闭合，另一路经rc延时后触发三极管q2导通，继电器k2线圈得电，串在备份电源相线l的常开开关k2-1延时闭合；

所述储荷泵电路在故障预测电路预测正常时，三极管q5导通，变压器t1将主电源供电电压降压，经二极管d6整流后经导通的双向晶闸管vs1向电感l1、电阻r9、r10、r11和电容c4、c5、c6组成的储能电路充电，储存电能，充电后电压经变压器t2、三极管q6、q7组成的升压电路转换为ac220v，经闭合的常闭开关k1-2、常闭开关k2-1、常闭开关k3-1向负载供电；

所述短路判定电路通过电流互感器ta1检测负载中流过的电流，经电阻r14转换为电压，高于短路电流对应的阈值电压时，三极管q3、q4组成复合管导通，电压经电阻r17和电容c8延时后，触发晶闸管vtl2导通，继电器k3线圈得电，常闭触点k3-1、k3-2均断开，使主电源、备份电源、储荷泵电路均不向负载供电。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：电压互感器感应的主电源相线l的电压信号，超过允许偏差±7﹪时，晶闸管vtl1触发导通，电压信号进入运算放大器ar1为核心的积分电路计算出电压变化率，电压变化率正向增长且高于允许偏差±9﹪对应的电压时，预测主电源为故障，一路触发继电器k1线圈得电，串在主电源相线l的常闭开关k1-1延时断开，常开开关k1-2闭合，主电源延时断开，由储荷泵电路暂时为负载供电，另一路经rc延时后触发继电器k2线圈得电，串在备份电源相线l的常开开关k2-1延时闭合，备份电源启动之后，由备份电源为负载供电，解决了电源切换存在时间间隔的问题，同时采用延时动作、储荷泵电路填补电源豁口避免了电源误切换的问题；

负载短路时，三极管q3、q4组成复合管导通，经延时后，触发晶闸管vtl2导通，继电器k3线圈得电，常闭触点k3-1、k3-2均断开，使主电源、备份电源、储荷泵电路均不向负载供电，解决了负载短路引起的电源故障的问题。

附图说明

图1为本发明的故障预测电路原理图。

图2为本发明的储荷泵电路原理图。

图3为本发明的短路判定电路原理图。

图4为本发明的结构框图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图4对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例一，一种电源安全保护系统，包括主电源、备份电源、负载，所述主电源和备份电源为冗余电源，实现主电源故障时，备份电源为负载供电，还设置故障预测电路、储荷泵电路、短路判定电路；

所述故障预测电路接收电压互感器感应的主电源相线l的电压信号，超过允许偏差±7﹪时，晶闸管vtl1触发导通，电压信号进入运算放大器ar1为核心的积分电路计算出电压变化率，电压变化率正向增长且高于允许偏差±9﹪对应的电压时，预测为故障，三极管q1导通，一路触发继电器k1线圈得电，串在主电源相线l的常闭开关k1-1延时断开，常开开关k1-2闭合，另一路经rc延时后触发三极管q2导通，继电器k2线圈得电，串在备份电源相线l的常开开关k2-1延时闭合，采用延时动作以避免主电源故障预判断失误的问题；

所述储荷泵电路在故障预测电路预测正常时，三极管q5导通，变压器t1将主电源供电电压降压，经二极管d6整流后经导通的双向晶闸管vs1向电感l1、电阻r9、r10、r11和电容c4、c5、c6组成的储能电路充电，储存电能，充电后电压经变压器t2、三极管q6、q7组成的升压电路转换为ac220v，经闭合的常闭开关k1-2、常闭开关k2-1、常闭开关k3-1向负载供电，也即在主电源故障预发生时，由储荷泵电路为负载供电，备份电源启动之后，由备份电源为负载供电，解决了电源切换存在时间间隔的问题，同时采用延时动作、储荷泵电路填补电源豁口避免了电源误切换的问题；

所述短路判定电路通过电流互感器ta1检测负载中流过的电流，经电阻r14转换为电压，高于短路电流对应的阈值电压时，三极管q3、q4组成复合管导通，电压经电阻r17和电容c8延时后，触发晶闸管vtl2导通，继电器k3线圈得电，常闭触点k3-1、k3-2均断开，使主电源、备份电源、储荷泵电路均不向负载供电，解决了负载短路引起的电源故障的问题，实现电源安全保护。

实施例二，在实施例一的基础上，所述短路判定电路通过电流互感器ta1检测负载中流过的电流，经电阻r14转换为电压，高于短路电流对应的阈值电压（也即设备正常运行时额定电流的7倍）时，三极管q3、q4组成复合管导通，电压经电阻r17和电容c8延时后，触发晶闸管vtl2导通，继电器k3线圈得电，常闭触点k3-1、k3-2均断开，使主电源、备份电源、储荷泵电路均不向负载供电，包括电流互感器ta1，电流互感器ta1的上端连接电阻r14的一端，电阻r14的另一端分别连接电阻r15的一端、三极管q4的基极、三极管q3的集电极，三极管q4的集电极连接电源+4.7v，三极管q4的发射极分别连接三极管q3的基极、电阻r16的一端、电阻r17的一端、电容c8的一端，电阻r16的另一端连接三极管q3的发射极，电阻r17的另一端连接晶闸管vtl2的控制极，电流互感器ta1的下端、电阻r15的另一端、电容c8的另一端、晶闸管vtl2的阴极均连接地，晶闸管vtl2的阳极分别连接继电器k3线圈一端、二极管d3的正极，继电器k3线圈另一端、二极管d3的负极连接电源+12v继电器k3常闭触点k3-1、常闭触点k3-3一端连接负载rl的一端，常闭触点k3-1、常闭触点k3-3的另一端分别经闭合的继电器k1常闭触点k1-1、继电器k2常闭触点k2-1连接熔断器ruz1、rub1的一端，熔断器ruz1、rub1的另一端连接主电源相线l、备份电源相线l，负载rl的另一端经闭合的继电器k1常闭触点k1-1a、继电器k2常闭触点k2-1a连接熔断器ruz2、rub2的一端，熔断器ruz2、rub2的另一端连接主电源相线n、备份电源相线n。

实施例三，在实施例一的基础上，所述故障预测电路接收电压互感器感应的主电源相线l的0-5v电压信号（可采用变比为100/2的电压互感器进行感应)，超过允许偏差±7﹪时，也即电源低于204.6或高于235.4时，稳压管z1或z2反向击穿，晶闸管vtl1触发导通，电压信号进入运算放大器ar1、电阻r3-电阻r5、电位器rw1、电容c2组成的积分放大电路积分，计算出输出一定时间的电压变化率对应的电压信号，积分时间常数由电阻r3、电容c2的值大小决定，为避免运算放大器ar1失调设置反馈电阻r5，电位器rw1反馈电位器，用于控制积分放大电路的放大倍数，计算出正或负的电压变化率对应的电压信号，之后经运算放大器ar2、二极管d1、d2组成的绝对值电路计算出正的电压信号，电压变化率正向增长且高于允许偏差±9﹪对应的电压时，也即电源低于200.2或高于239.8时，预测为故障，三极管q1导通，一路触发继电器k1线圈得电，串在主电源相线l的常闭开关k1-1延时断开，常开开关k1-2闭合，另一路经电阻r7和电解电容e1组成的延时电路rc延时后触发三极管q2导通，继电器k2线圈得电，串在备份电源相线l的常开开关k2-1延时闭合，包括稳压管z1、z2、晶闸管vtl1，稳压管z2的正极、稳压管z1的负极、晶闸管vtl1阳极均接收电压互感器感应的主电源中相线l上的电压，稳压管z2的负极分别连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端分别连接接地电容c1的一端、稳压管z1的正极晶闸管vtl1控制极、接地电阻r2的一端，晶闸管vtl1的控制极连接电阻r3的一端，电阻r3的另一端分别连接运算放大器ar1的同相输入端、电阻r5的一端、电容c2的一端，运算放大器ar1的反相输入端分别连接电阻r4的一端、电位器rw1的可调端，电阻r4的另一端、电位器rw1的左端连接地，运算放大器ar1的输出端分别连接电阻r5的另一端、电容c2的另一端、电位器rw1的右端、二极管d1的正极、二极管d2的负极，二极管d2的正极连接运算放大器ar2的同相输入端，运算放大器ar2的反相输入端分别连接运算放大器ar2的输出端、二极管d1的负极、三极管q1的基极，三极管q1的集电极分别连接电阻r6的一端、电阻r7的一端，电阻r6的另一端分别连接继电器k1线圈一端、二极管d4的正极，继电器k1线圈另一端通过继电器k3的常闭触点k3-1和二极管d4的负极连接电源+5v，电阻r7的另一端分别连接三极管q1的基极电解电容e1的正极，三极管q2的集电极连接电阻r8的一端，电阻r8的另一端分别连接继电器k2线圈一端、二极管d5的正极，继电器k2线圈另一端通过继电器k3的常闭触点k3-2和二极管d5的负极连接电源+5v。

实施例四，在实施例一的基础上，所述储荷泵电路在故障预测电路预测正常时或接受不到预测信号时，三极管q5导通，允许变压器t1将主电源供电电压降压，经二极管d6整流后经导通的双向晶闸管vs1向电感l1、电阻r9、r10、r11和电容c4、c5、c6组成的储能电路充电，储存电能，双向晶闸管vs1的导通由电位器rp1采集储能电路的电能量，低于12v的20﹪时，经反向击穿的稳压管z3加到双向晶闸管vs1的控制极，双向晶闸管vs1触发导通，充电后电压经变压器t2、三极管q6、q7组成的升压电路转换为ac220v，经闭合的常闭开关k1-2、常闭开关k2-1、常闭开关k3-1向负载供电，也即在主电源故障发生时，为储荷泵电路为负载供电，备份电源启动之后，由本分电源为负载供电，包括降压变压器t1，降压变压器t1的初级分别连接主电源的相线l和零线n，降压变压器t1的次级一端连接三极管q5的发射极，降压变压器t1的次级另一端通过电容c3连接地，三极管q5的基极连接运算放大器ar2的输出端，三极管q5的集电极连接双向晶闸管vs1的主电极2，双向晶闸管vs1的主电极1连接电感l1的一端，电感l1的另一端分别连接电阻r9的一端、电阻r10的一端、电阻r11的一端，电阻r9、r10、电阻r11的另一端分别连接电容c4、c5、c6的一端，电容c4、c5、c6的另一端分别连接电位器rp1的上端、变压器t2的引脚2，电位器rp1的可调端分别连接接地电容c7的一端、稳压管z3的负极，稳压管z3的正极连接双向晶闸管vs1的控制极，电位器rp1的下端连接地，变压器t2的引脚1分别连接三极管q6的集电极、电阻r12的一端，电阻r12的另一端连接三极管q7的基极，变压器t2的引脚3分别连接三极管q7的集电极、电阻r13的一端，电阻r13的另一端连接三极管q6的基极，变压器t2的次级一端经依次连接的继电器k1常开触点k1-2、继电器k2常闭触点k2-1、继电器k3常闭触点k3-1和变压器t2的次级另一端为负载提供电源。

本发明具体使用时，电压互感器感应的主电源相线l的0-5v电压信号，超过允许偏差±7﹪时，也即电源低于204.6或高于235.4时，稳压管z1或z2反向击穿，晶闸管vtl1触发导通，电压信号进入运算放大器ar1、电阻r3-电阻r5、电位器rw1、电容c2组成的积分放大电路积分，计算出输出一定时间的电压变化率对应的电压信号，之后经运算放大器ar2、二极管d1、d2组成的绝对值电路计算出正的电压信号，电压变化率正向增长且高于允许偏差±9﹪对应的电压时，也即电源低于200.2或高于239.8时，预测为故障，三极管q1导通，一路触发继电器k1线圈得电，串在主电源相线l的常闭开关k1-1延时断开，常开开关k1-2闭合，另一路经电阻r7和电解电容e1组成的延时电路rc延时后触发三极管q2导通，继电器k2线圈得电，串在备份电源相线l的常开开关k2-1延时闭合，所述储荷泵电路在故障预测电路预测正常时或接受不到预测信号时，三极管q5导通，允许变压器t1将主电源供电电压降压，经二极管d6整流后经导通的双向晶闸管vs1向电感l1、电阻r9、r10、r11和电容c4、c5、c6组成的储能电路充电，储存电能，双向晶闸管vs1的导通由电位器rp1采集储能电路的电能量，低于12v的20﹪时，经反向击穿的稳压管z3加到双向晶闸管vs1的控制极，双向晶闸管vs1触发导通，充电后电压经变压器t2、三极管q6、q7组成的升压电路转换为ac220v，经闭合的常闭开关k1-2、常闭开关k2-1、常闭开关k3-1向负载供电，也即在主电源故障预发生时，由储荷泵电路为负载供电，备份电源启动之后，由备份电源为负载供电，解决了电源切换存在时间间隔的问题，所述短路判定电路通过电流互感器ta1检测负载中流过的电流，经电阻r14转换为电压，高于短路电流对应的阈值电压（也即设备正常运行时额定电流的7倍）时，三极管q3、q4组成复合管导通，电压经电阻r17和电容c8延时后，触发晶闸管vtl2导通，继电器k3线圈得电，常闭触点k3-1、k3-2均断开，使主电源、备份电源、储荷泵电路均不向负载供电，解决了负载短路引起的电源故障的问题。