專利名稱：一種交流電隨機切換方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及電源切換方法及系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種交流電隨機切換方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有交流切換電路采用的是電壓過零切換技術(shù)，存在切換間隔時間長的缺點，艮卩當檢測到主電AC斷電時，邏輯控制器給出一個控制信號給固態(tài)過零開關(guān)，只有當備用電過零點時才實現(xiàn)切換，不產(chǎn)生瞬態(tài)尖峰干擾，切換時間取決于主電與備用電的相位差?，F(xiàn)有交流過零切換電路，其切換必須等待到電壓過零時才能實現(xiàn)切換，存在切換時間不確定(取決于主電與備電的相位差)，切換時間過長(約25ms)，從而使得電路損耗加大；同時，切換時間過程還會帶來電源的高頻干擾，這樣對電源要求高的高速集中電路的供電將會帶來嚴重的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的在主備電源隨機切換后將出現(xiàn)浪涌電流，以及瞬態(tài)尖峰干擾的缺陷，提供一種交流電隨機切換方法及系統(tǒng)，以縮短電源切換時間，降低電路損耗、糾正電流(防止浪涌電流的出現(xiàn))，以及抑制切換過程中電源的高頻干擾。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種交流電隨機切換方法，包括以下步驟
51、 在主用電源供電時，檢測該主用電源的實際輸入電壓值V1和實際輸入電流值II;
52、 如果實際輸入電壓值VI與其相應的額定電壓值的差 絕對值超過一預定比例，和/或?qū)嶋H輸入電流值II與其相應的額定電流值的差的絕對值超過一預定比例(即，大于50%)時，關(guān)斷工作電源，導通備用電源；
53、 根據(jù)實際輸入電壓值Vl和實際輸入電流值Il,計算切換后初始電流值I2;
54、 根據(jù)初始電流值I2，向P麗發(fā)出不同的脈沖信號，調(diào)制其占空比的輸出，以控制APFC電路輸出的電流值與初始電流值12的差的絕對值在一預定范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)輸出電流的線性糾正；
55、 根據(jù)一預定時間，調(diào)整APFC電路的輸出電流，使實際輸出電流值與其相應的額定輸出電流值的差的絕對值在一預定值范圍內(nèi)，從而保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步；在該步驟中，如果預定時間短的話，APFC電路的輸出電流的變化斜率就較大，如果預定時間長的話，APFC電路的輸出電流的變化斜率就較小，即實際輸出電流通過較為平緩的方式調(diào)整到與額定輸出電流相一致。
56、 結(jié)束。
在該技術(shù)方案中，主用電源和備用電源具有相同的電壓等級和電網(wǎng)頻率，其中，電網(wǎng)頻率可以是50HZ或60HZ,電壓等級可以是220V、 230V、 240V、120V、 110V或115V。
在本發(fā)明所述的交流電隨機切換方法中，所述步驟S2包括以下步驟
521、 如果實際輸入電壓值VI與其相應的額定電壓值的差的絕對值超過一預定比例，和/或?qū)嶋H輸入電流值II與其相應的額定電流值的差的絕對值超過一預定比例時，根據(jù)采樣頻率f，計算延遲比較數(shù)n;
522、 根據(jù)延遲比較數(shù)n,檢測主用電源的n個輸入電壓和電流值；
523、 如果檢測到的n個輸入電壓值分別與其相應的額定電壓值的差的絕對值都超過一預定比例，和/或檢測到的n個電流值分別與其相應的額定電流值的差的絕對值都超過一預定比例時，進入步驟S24，否則，進入步驟S6;
524、 關(guān)斷工作電源，導通備用電源。
在本發(fā)明所述的交流電隨機切換方法中，采樣頻率f的范圍是4khz到100khz;延遲比較數(shù)n的計算公式為n=f0/2，其中fO為釆樣頻率f的數(shù)
5值。
在本發(fā)明所述的交流電隨機切換方法中，初始電流值12的計算公式為12二V1+I1/V,其中V為備用電源額定電壓的最大值。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種交流電隨機切換系統(tǒng)，包括電壓檢測電路，用于檢測電源的輸入電壓；電流檢測電路，用于檢測電源的輸入電流；第一開關(guān)電路，用于導通或關(guān)斷主用電源；第二開關(guān)電路，用于導通或關(guān)斷備用電源；控制電路，用于采集和處理由電壓檢測電路和電流檢測電路發(fā)送的電壓和電流信號，控制第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路的導通或關(guān)閉，并向P麗發(fā)送脈沖信號；P麗，用于根據(jù)控制電路發(fā)送的脈沖信號，調(diào)制輸出的占空比；APFC電路，用于接收P麗輸出的占空比，以控制輸出的電流，從而實現(xiàn)輸出電流的線性糾正，保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步。
在本發(fā)明所述的交流電隨機切換系統(tǒng)中，第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路是固態(tài)繼電器。優(yōu)選的，固態(tài)繼電器是固態(tài)隨機開關(guān)。
實施本發(fā)明的交流電隨機切換方法及系統(tǒng)，具有以下有益效果采用電壓及電流檢測，抑制電源高頻干擾，電源狀態(tài)自動識別，高速信號處理，隨機實現(xiàn)切換，自動適應環(huán)境電源，同時通過對APFC的控制來抑制隨機切換帶來的尖峰干擾，防治浪涌電流的出現(xiàn)，并降低功率損耗，使得交流切換時間小于lms，真正達到高精度的交流切換。通過采用隨機切換，能自動識別電源狀態(tài)，適應各種環(huán)境的電源，切換時間大大縮短且固定。通過對APFC進行控制，使電流線性糾正達到交流電的隨機切換，解決隨機切換帶來的尖峰干擾。同時進行功率補償，實現(xiàn)電路功率的最小損耗。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖1是本發(fā)明交流電隨機切換系統(tǒng)一實施例的邏輯框圖；圖2是圖1所示的控制電路掉電判斷示意圖；圖3是圖1所示的控制電路計算初始電流值的示意圖；圖4是圖1所示的主備電源切換示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的交流電隨機切換方法，包括以下步驟Sl、在主用電源供電時，檢測該主用電源的實際輸入電壓值V1和實際輸入電流值I1; S2、如果實際輸
入電壓值VI與其相應的額定電壓值的差的絕對值超過一預定比例(即大于50
%)，和/或?qū)嶋H輸入電流值II與其相應的額定電流值的差的絕對值超過一預
定比例(即大于50%)時，關(guān)斷工作電源，導通備用電源；S3、根據(jù)實際輸入電壓值VI和實際輸入電流值II,計算切換后初始電流值12,其中，初始電流值12的計算公式為I2=V1*I1/V，其中V為備用電源額定電壓的最大值。S4、根據(jù)初始電流值I2，向P麵發(fā)出不同的脈沖信號，調(diào)制其占空比的輸出，以控制APFC電路輸出的電流值與初始電流值12的差的絕對值在一預定范圍(5%)內(nèi)，從而實現(xiàn)輸出電流的線性糾正；S5、根據(jù)一預定時間(0. 1 10ms)，調(diào)整APFC電路的輸出電流，使實際輸出電流值與其相應的額定輸出電流值的差的絕對值在一預定值范圍內(nèi)，從而保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步；在該步驟中，如果預定時間短的話，APFC電路的輸出電流的變化斜率就較大，如果預定時間長的話，APFC電路的輸出電流的變化斜率就較小，即實際輸出電流通過較為平緩的方式調(diào)整到與額定輸出電流相一致。S6、結(jié)束。在該技術(shù)方案中，主用電源和備用電源具有相同的電壓等級和電網(wǎng)頻率，其中，電網(wǎng)頻率可以是50HZ或60HZ,電壓等級可以是220V、 230V、 240V、 120V、110V或115V。在主用電源恢復正常后，若要將備用電源切換到主用電源，其切換方法，與上述主用電源切換到備用電源的方法相一致。
在實施中，步驟S2包括以下步驟S21、如果實際輸入電壓值V1與其相應的額定電壓值的差的絕對值超過一預定比例，和/或?qū)嶋H輸入電流值II與其相應的額定電流值的差的絕對值超過一預定比例時，根據(jù)采樣頻率f，計算延遲比較數(shù)n,其中，采樣頻率f的范圍是4khz到100khz;延遲比較數(shù)n的計算公式為n=f。/2,其中f。為采樣頻率f的數(shù)值；S22、根據(jù)延遲比較數(shù)n，檢測主用電源的n個輸入電壓和電流值；S23、如果檢測到的n個輸入電壓值分別與其相應的額定電壓值的差的絕對值都超過一預定比例，和/或檢測到的n個電流值分別與其相應的額定電流值的差的絕對值都超過一預定比例時，進入步驟S24，否則，進入步驟S5; S24、關(guān)斷工作電源，導通備用電源。
如圖1所示，根據(jù)以上交流電隨機切換方法，可實施的交流電隨機切換系統(tǒng)，包括電壓檢測電路，用于檢測電源的輸入電壓；電流檢測電路，用于檢測電源的輸入電流；第一開關(guān)電路，用于導通或關(guān)斷主用電源；第二開關(guān)電路，用于導通或關(guān)斷備用電源；控制電路，用于采集和處理由電壓檢測電路和電流檢測電路發(fā)送的電壓和電流信號，控制第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路的導通或關(guān)閉，并向PWM發(fā)送脈沖信號；P麗，用于根據(jù)控制電路發(fā)送的脈沖信號，調(diào)制輸出的占空比；APFC電路，用于接收P麗輸出的占空比，以控制輸出的電流，從而實現(xiàn)輸出電流的線性糾正，保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步。其中，控制電路包括信號處理單元、邏輯運算單元以及微控制指令單元。第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路是固態(tài)繼電器。優(yōu)選的，固態(tài)繼電器選用固態(tài)隨機開關(guān)。其中，APFC電路可包括電感、開關(guān)管和二極管，電感的一端分別與第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路的輸出端耦合；開關(guān)管的控制端耦合到P麗；二極管的陰極作為APFC電路的輸出端。
該交流電隨機切換系統(tǒng)具體的工作原理和過程為第一、二開關(guān)電路的電源輸入端分別與主、備電源相連接，且第一、二開關(guān)電路的電源輸出端都連接到APFC電路的電源輸入端連接，由APFC電路糾正電流，以達到交流電的隨機切換?？刂齐娐返男盘柼幚韱卧c電壓檢測電路和電流檢測電路相連接，以接收電壓檢測信號和電流檢測信號，以判斷主備電源是否掉電，電壓檢測電路和電流檢測電路用4khz 100khz的采樣頻率對主備電源一個全波設80 2k個采樣點，分別將主電和備電80 2k個采樣點額定的電壓電流值分別存放到存儲器中作為基準值。每采樣一個點都與存儲器中與之相對應的基準值進行比較(設定范圍)，并輸出比結(jié)果至邏輯運算單元。如果某一采樣點超出基準值范圍，則連續(xù)對后2 50個(以采樣頻率而定)采樣點進行比較(延時判斷，抑制干擾)，若正常則判為干擾不與理會，反之則判為掉電。
如圖2所示，當邏輯運算單元接收到信號處理單元輸送而來的比較結(jié)果后，對電源的抗干擾及掉電性進行判斷，其判斷原理為由于電源電網(wǎng)會受
8到高頻脈沖干擾，所以必須能識別出是否干擾防止誤動作。以采樣頻率為
4khz，采樣點為80個為例，當檢測到n點值超出基準值范圍時，不與理會，繼續(xù)對下個采樣點n+l和n+2點采樣比較，此時采樣檢測值正常，所以視為干擾。m點同理。如k點所示，此時k點已經(jīng)超出基準值范圍，繼續(xù)對k+l和k+2檢測，都已超出基準值范圍。視為掉電。如采樣頻率越高，則連續(xù)采樣點越多，對高頻干擾判斷能力則越強。判定掉電時間為3 50個采樣周期，時間為0. 1 lms。
由于某些工業(yè)場合電源波動較大，或是主電與備電峰值相差大同時電源頻率不一樣。此時控制電路自動識別電源狀態(tài)。如圖3、 4所示，工作時根據(jù)
額定的初始設定值，以實測頻率和正負峰值與初始設定值的頻率和正負峰值為計算的數(shù)據(jù)，得到每一個供電線路任一采樣點的電流值12二V1W1/V，其中V為備用電源額定電壓的最大值.正負峰值或半周內(nèi)的任一個采樣點電流可能不一樣，但是總功率保持穩(wěn)定。實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)設定值參數(shù)和自動調(diào)節(jié)采樣的頻率。使其能自動適應各種電壓和不同頻率的電源。
當邏輯運算單元對接收到的電源信號比較結(jié)果進行相應運算處理后輸出運算結(jié)果至微控制指令單元。微控制指令單元根據(jù)接收到運算結(jié)果，比如主電源掉電，或被電源掉電，通過I/O端輸出控制信號至第一、二開關(guān)電路。其控制原理當判定為主電掉電，控制電路瞬時給出控制信號，關(guān)斷第一開關(guān)電路并導通第二開關(guān)電路，以切換到備用電源。同時通過邏輯運算處理，向P麗發(fā)送不同的脈沖信號，以調(diào)制PWM的輸出占空比，對APFC進行控制，對電流進行線性糾正，保證電壓和電流相位同步，抑制隨機切換帶來的尖峰干擾，并進行功率補償，最大程度降低電路的損耗。
切換區(qū)間中的計算準則1、掉電前供電線路提供的電能與備用電提供的能量相同或誤差在可控控制范圍內(nèi)；2、切換后，在設定的時間內(nèi)線性糾正電流能達到與電壓同相位變化；3、切換區(qū)間內(nèi)的電流與電壓要盡可能保持同一趨勢；4、電流最大值的限定，取值為min(電路器件的額定值和算法確定的最大安全值)；5、根據(jù)線路間的電壓相位不同，轉(zhuǎn)換區(qū)間的點數(shù)為1 2000點,周期跨度最大為1/4周期(適用于各種頻率)；6、各點連接而成的電流曲線由算法確定，根據(jù)供電功率,線路間相位差，切換點數(shù)，供電頻率而不同。
本發(fā)明是通過幾個具體實施例進行說明的，本領域技術(shù)人員應當明白，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可以對本發(fā)明進行各種變換及等同替代。另外，針對特定情形或具體情況，可以對本發(fā)明做各種修改，而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明不局限于所公開的具體實施例，而應當包括落入本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實施方式。
權(quán)利要求
1、一種交流電隨機切換方法，其特征在于，包括以下步驟S1、在主用電源供電時，檢測該主用電源的實際輸入電壓值V1和實際輸入電流值I1；S2、如果實際輸入電壓值V1與其相應的額定電壓值的差的絕對值超過一預定比例，和/或?qū)嶋H輸入電流值I1與其相應的額定電流值的差的絕對值超過一預定比例時，關(guān)斷工作電源，導通備用電源；S3、根據(jù)實際輸入電壓值V1和實際輸入電流值I1，計算切換后初始電流值I2；S4、根據(jù)初始電流值I2，向PWM發(fā)出不同的脈沖信號，調(diào)制其占空比的輸出，以控制APFC電路輸出的電流值與初始電流值I2的差的絕對值在一預定范圍內(nèi)；S5、根據(jù)一預定時間，調(diào)整APFC電路的輸出電流，使實際輸出電流值與其相應的額定輸出電流值的差的絕對值在一預定值范圍內(nèi)，從而保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步；S6、結(jié)束。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的交流電隨機切換方法，其特征在于，所述步驟 S2包括以下步驟S21、 如果實際輸入電壓值VI與其相應的額定電壓值的差的絕對值超過 一預定比例，和/或?qū)嶋H輸入電流值II與其相應的額定電流值的差的絕對值 超過一預定比例時，根據(jù)采樣頻率f，計算延遲比較數(shù)n;S22、 根據(jù)延遲比較數(shù)n,檢測主用電源的n個輸入電壓和電流值；S23、 如果檢測到的n個輸入電壓值分別與其相應的額定電壓值的差的絕 對值都超過一預定比例，和/或檢測到的n個電流值分別與其相應的額定電流 值的差的絕對值都超過一預定比例時，進入步驟S24,否則，進入步驟S6;S24、 關(guān)斷工作電源，導通備用電源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流電隨機切換方法，其特征在于，采樣頻率f的范圍是4khz到100khz;延遲比較數(shù)n的計算公式為n=f。/2，其中f。 為采樣頻率f的數(shù)值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1 3任一所述的交流電隨機切換方法，其特征在于， 初始電流值12的計算公式為12=71*11/^其中V為備用電源額定電壓的最 大值。
5、 一種交流電隨機切換系統(tǒng)，其特征在于，包括 電壓檢測電路，用于檢測電源的輸入電壓； 電流檢測電路，用于檢測電源的輸入電流； 第一開關(guān)電路，用于導通或關(guān)斷主用電源； 第二開關(guān)電路，用于導通或關(guān)斷備用電源；控制電路，用于采集和處理由電壓檢測電路和電流檢測電路發(fā)送的電壓 和電流信號，控制第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路的導通或關(guān)閉，并向P麗發(fā) 送脈沖信號；P麗，用于根據(jù)控制電路發(fā)送的脈沖信號，調(diào)制輸出的占空比； APFC電路，用于接收P麗輸出的占空比，以控制輸出的電流，從而實現(xiàn) 輸出電流的線性糾正，保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流電隨機切換系統(tǒng)，其特征在于，第一開關(guān) 電路和第二開關(guān)電路是固態(tài)繼電器；固態(tài)繼電器是固態(tài)隨機開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交流電隨機切換方法及系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電壓檢測電路；電流檢測電路；第一開關(guān)電路，用于導通或關(guān)斷主用電源；第二開關(guān)電路，用于導通或關(guān)斷備用電源；控制電路，控制第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路的導通或關(guān)閉，并向PWM發(fā)送脈沖信號；PWM，用于根據(jù)控制電路發(fā)送的脈沖信號，調(diào)制輸出的占空比；APFC電路，用于接收PWM輸出的占空比，以控制輸出的電流，從而實現(xiàn)輸出電流的線性糾正，保證APFC電路輸出電壓和電流相位的同步。通過采用隨機切換，能自動識別電源狀態(tài)，適應各種環(huán)境的電源，切換時間大大縮短且固定。通過對APFC進行控制，使電流線性糾正達到交流電的隨機切換，解決隨機切換帶來的尖峰干擾。同時進行功率補償，實現(xiàn)電路功率的最小損耗。
文檔編號H02J9/00GK101599660SQ200810067648
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者周明杰, 張玉平, 平 鄭 申請人:深圳市海洋王照明科技股份有限公司