一種雙電源無縫切換電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙電源無縫切換電路，包括主電源P1、備用電源P2、兩個保護及濾波單元、兩個二極管降壓及切換單元，主電源P1和備用電源P2的輸出分別經(jīng)保險管F1和保險管F2后與各自的保護及濾波單元輸入端連接，主電源P1回路的保護及濾波單元的輸出端與主電源P1回路的二極管降壓及切換單元連接，備用電源P2回路的保護及濾波單元的輸出端與備用電源P2回路的二極管降壓及切換單元連接，兩個二極管降壓及切換單元構(gòu)成無縫切換的電能輸出。本發(fā)明能夠有效抵抗電快速瞬變脈沖群干擾和浪涌干擾，同時能夠在主電源失電30nS內(nèi)備用電源自動投入使用，具有環(huán)保耐用、效率高、壽命長及安全性高的特點。
【專利說明】一種雙電源無縫切換電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電源領(lǐng)域，尤其是一種雙電源無縫切換電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的進步，各行業(yè)對于供電可靠性和穩(wěn)定性的要求越來越高，很多場合要求必須用兩路電源來保證供電的可靠性。過去的兩路電源切換方法，通常采用雙二極管并聯(lián)的方式，或繼電器切換的方式，這兩種方式都存在一定的弊端，對于前者，由于兩路電源并聯(lián)在一起，當(dāng)備用蓄電池滿電時電壓會高于主電源，這時備用電源就會優(yōu)先給負(fù)載供電，違背了主電源供電優(yōu)先的原則，但此種技術(shù)成本較低，硬件電路實現(xiàn)方便，所以在功耗比較小的電路中應(yīng)用還比較廣泛；對于繼電器切換的方式，繼電器線圈電阻約1ΚΩ左右，所以繼電器切換方式功耗較大、切換時間較慢，且簧片切換時會產(chǎn)生電火花，在特殊場所會引起危險，但繼電器銀合金觸點電阻小，額定電流較大，有些特定要求的行業(yè)還會用到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙電源無縫切換電路。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]一種雙電源無縫切換電路，包括主電源P1、備用電源P2、兩個保護及濾波單元、兩個二極管降壓及切換單元，主電源Pl和備用電源P2的輸出分別經(jīng)保險管Fl和保險管F2后與各自的保護及濾波單元輸入端連接，主電源Pl回路的保護及濾波單元的輸出端與主電源Pl回路的二極管降壓及切換單元連接，備用電源P2回路的保護及濾波單元的輸出端與備用電源P2回路的二極管降壓及切換單元連接，兩個二極管降壓及切換單元構(gòu)成無縫切換的電能輸出。
[0006]而且，所述兩個保護及濾波單元完全對稱，且負(fù)極共地，兩個保護及濾波單元電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)相同。
[0007]而且，所述主電源Pl回路的保護及濾波單元包括串接在保險管Fl之后的二極管D4、并聯(lián)在二極管D4的輸出與電源負(fù)極之間的瞬態(tài)抑制二極管TVSl、連接在瞬態(tài)抑制二極管TVSl正極與地之間的瞬態(tài)抑制器件RVl、連接在瞬態(tài)抑制二極管TVSl負(fù)極與地之間的瞬態(tài)抑制器件RV2、并聯(lián)在瞬態(tài)抑制二極管TVSl兩端的共模扼流線圈LI，連接在共模扼流線圈LI正輸出端與地之間抵制電快速脈沖群的安規(guī)電容Cl、連接在共模扼流線圈LI負(fù)輸出端抵制電快速脈沖群的安規(guī)電容C6、分別并聯(lián)在共模扼流線圈LI輸出端的濾波電容C3、C4、C5。
[0008]而且，所述主電源Pl回路的二極管降壓及切換單元包括依次串聯(lián)在保護及濾波單元輸出正極的二極管D3、二極管D_CHECK1及接地電容C2，二極管D_CHECK1及接地電容C2之間的節(jié)點為電源輸出的正極VCC，二極管D3和二極管D_CHECK1之間的節(jié)點與備用電源P2回路的二極管降壓及切換單元的場效應(yīng)管柵極G連接；包括連接在保護及濾波單元輸出正極與地之間由發(fā)光二極管D1、D2反向并聯(lián)后與電阻Rl串聯(lián)的電源指示電路。
[0009]而且，所述備用電源P2回路的二極管降壓及切換單元包括依次串聯(lián)在保護及濾波單元輸出正極的二極管D8、整流二極管D_vol_l、整流二極管D_vol_3、整流二極管D_vol_4、整流二極管D_vol_2、場效應(yīng)管及接地電容C2，場效應(yīng)管柵極G與主電源Pl回路的二極管降壓單元中二極管D3和二極管D_checkl之間的節(jié)點連接；包括連接在整流二極管D_vol_4和整流二極管D_vol_2之間的節(jié)點與地之間，由發(fā)光二極管D5、D6反向并聯(lián)后與電阻R2串聯(lián)的電源指示電路。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0011]1、本發(fā)明中的浪涌保護采用1500W的大功率瞬態(tài)抑制二極管，最大鉗位電壓36V，當(dāng)輸入電源兩端受到瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以10的負(fù)12次方秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗崭哌_千瓦的浪涌功率，使兩極間鉗位于一個預(yù)定值，有效的保證了后端負(fù)載中的精密元器件，此種設(shè)計具有響應(yīng)時間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、無損壞極限、體積小巧等優(yōu)點。
[0012]2、本發(fā)明中的濾波采用共模扼流圈來實現(xiàn)，電子電路在工作的過程中既是一個電磁干擾的對象，同時也是一個電磁干擾源,我們選用4.7mH的共模扼流圈和56 μ H的電感，一方面要濾除信號線上的共模電磁干擾，另一方面又要抑制本身不向外界發(fā)出電磁干擾，起到很好的EMI濾波作用。
[0013]3、本發(fā)明的無縫切換裝置用場效應(yīng)管來實現(xiàn)，它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件，在為導(dǎo)通時具有108Ω的輸入阻抗，同時由于它導(dǎo)通時的電阻很小(僅0.02 Ω)，所以功耗很小，無縫切換部分是一種性能完善、安全可靠、操作方便、智能化程度高的技術(shù)方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的電路框圖；
[0015]圖2是本發(fā)明的浪涌保護、濾波單元電路圖；
[0016]圖3是本發(fā)明浪涌保護、濾波單元輸入、輸出波形圖；
[0017]圖4是本發(fā)明的二極管降壓、無縫切換單元電路圖；
[0018]圖5是本發(fā)明二極管降壓、無縫切換單元輸入、輸出波形圖；
[0019]圖6是本發(fā)明在雙電源工作正常時輸入、輸出波形圖；
[0020]圖7是本發(fā)明在主電源Pl失電時輸入、輸出波形圖；
[0021]圖8是本發(fā)明抵抗電磁干擾的輸入、輸出波形圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述:本發(fā)明所述的實施例是說明性的，不是限定性的，不能以此實施例作為對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0023]一種雙電源無縫切換電路，如圖1所示，包括主電源Ρ1、備用電源Ρ2、兩個保護及濾波單元、兩個二極管降壓及切換單元，主電源Pl和備用電源Ρ2的輸出分別經(jīng)保險管Fl和保險管F2后與各自的保護及濾波單元輸入端連接，主電源Pl回路的保護及濾波單元的輸出端與主電源Pl回路的二極管降壓及切換單元連接，備用電源Ρ2回路的保護及濾波單元的輸出端與備用電源Ρ2回路的二極管降壓及切換單元連接，兩個二極管降壓及切換單元構(gòu)成無縫切換的電能輸出
[0024]在本發(fā)明的具體實施中，所述主電源Pl為24V，備用電源P2采用電壓范圍在20V?28V的備用蓄電池電源。
[0025]在本發(fā)明的具體實施中，如圖2所示，所述保險管采用參數(shù)為5A/250V的玻璃保險管Fl0
[0026]在本發(fā)明的電路中由于主電源Pl回路與備用電源P2回路的保護及濾波單元的對稱性，所以只對主電源Pl回路的保護及濾波單元進行詳細(xì)說明，備用電源P2回路與主電源Pl回路結(jié)構(gòu)相同，電路中器件參數(shù)的選用也相同。
[0027]在本發(fā)明的具體實施中，如圖2所示，所述主電源Pl回路的保護及濾波單元包括串接在保險管Fl之后的二極管D4、并聯(lián)在二極管D4的輸出與電源負(fù)極之間的瞬態(tài)抑制二極管TVS1、連接在瞬態(tài)抑制二極管TVSl正極與地之間的瞬態(tài)抑制器件RV1、連接在瞬態(tài)抑制二極管TVSl負(fù)極與地之間的瞬態(tài)抑制器件RV2、并聯(lián)在瞬態(tài)抑制二極管TVSl兩端的共模扼流線圈LI，連接在共模扼流線圈LI正輸出端與地之間抵制電快速脈沖群的安規(guī)電容Cl、連接在共模扼流線圈LI負(fù)輸出端抵制電快速脈沖群的安規(guī)電容C6、分別并聯(lián)在共模扼流線圈LI輸出端的濾波電容C3、C4、C5。
[0028]其中，所述二極管D4的額定電流為3A。
[0029]其中，所述瞬態(tài)抑制二極管TVSl的啟動電壓為36V。
[0030]其中，所述共模扼流線圈LI為4.7mH，所述電感線圈L2為56 μ H。
[0031]其中，RVl、RV2瞬態(tài)抑制器件對于線地之間的IKV電壓有很好的抑制作用，同理，安規(guī)電容Cl、C6能夠?qū)?ΚΗΖ、峰值2KV的電快速脈沖群有抵制作用。
[0032]根據(jù)感抗的計算公式XL=2 fL可知，感抗XL和電感量L成正比，和頻率f也成正t匕，對于2.5KHZ?5KHZ的群脈沖來說，我們選取4.7mH的共模扼流圈和56 μ H電感線圈比較合理。
[0033]電源濾波使用的是大容量的電解電容，是用來去除直流電中工頻波形(50Hz -100Hz)減小直流電的波動程度，即起平滑波形的作用，而去耦電容的容量很小，通常為0.01-0.1uF,是用來濾除電路在工作時產(chǎn)生的高頻諧波成分，值得注意的是，大容量的電解電容是無法濾除高頻諧波成分的，所以濾波單元部分采用大電容并聯(lián)小電容的通用成熟架構(gòu)，經(jīng)過反復(fù)的軟件仿真和硬件測量，此處選取470uF/50V電解電容、10uF/50V鉭電容和0.1UF/50V的無極性瓷片電容并聯(lián)濾除5KHZ的群脈沖效果最佳。
[0034]圖3為保護及濾波單元輸入、輸出波形圖，輸入為函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率5KHZ、振幅IOVp的正弦波脈沖群，通過示波器的通道I我們能清楚的看到輸入的波形圖，經(jīng)過浪涌保護、濾波單元后變成輸出電壓恒定、波形平滑的13.0V的直流電壓，利用萬用表測量電路中有6.3mA電流，可見經(jīng)過上述單元后，整體壓降幅度不大，同時，主電源Pl指示燈D2發(fā)綠光，證明輸出正常。
[0035]在本發(fā)明的具體實施中，如圖1或4所示，主電源Pl回路的保護及濾波單元的負(fù)極與備用電源P2回路的保護及濾波單元的負(fù)極共地。
[0036]在本發(fā)明的具體實施中，如圖1或4所示，主電源Pl回路的二極管降壓及切換單元包括依次串聯(lián)在保護及濾波單元輸出正極的二極管D3、二極管D_CHECK1及接地電容C2，二極管D_CHECK1及接地電容C2之間的節(jié)點為電源輸出的正極VCC，二極管D3和二極管D_CHECKl之間的節(jié)點與備用電源P2回路的二極管降壓及切換單元的場效應(yīng)管柵極G連接，包括連接在保護及濾波單元輸出正極與地之間由發(fā)光二極管Dl、D2反向并聯(lián)后與電阻Rl串聯(lián)的電源指示電路。
[0037]備用電源P2回路的二極管降壓及切換單元包括依次串聯(lián)在保護及濾波單元輸出正極的二極管D8、整流二極管D_vol_l、整流二極管D_vol_3、整流二極管D_vol_4、整流二極管D_vol_2、場效應(yīng)管及接地電容C2，場效應(yīng)管柵極G與主電源Pl回路的二極管降壓單元中二極管D3和二極管D_checkl之間的節(jié)點連接，包括連接在整流二極管D_vol_4和整流二極管D_vol_2之間的節(jié)點與地之間，由發(fā)光二極管D5、D6反向并聯(lián)后與電阻R2串聯(lián)的電源指示電路。
[0038]其中，所述的二極管D8、整流二極管D_vol_l、整流二極管D_vol_3、整流二極管D_vol_4、整流二極管D_vol_2的參數(shù)均為壓降0.7V，額定電流3A。
[0039]當(dāng)備用電源P2電壓高于或等于主電源Pl電壓時，備用電源P2要比主電源Pl多流過4個整流二極管(此處未采用肖特基二極管)，按照每個二極管壓降0.7V來算，則4個整流二極管分得的電壓時2.8V，由于此電路中場效應(yīng)管的開啟電壓是4.0V,即源極S極要比柵極G極高4.0V場效應(yīng)管才能導(dǎo)通，結(jié)合電路圖可知，在主電源P124V的情況下，我們可以推算出若想讓場效應(yīng)管導(dǎo)通則備用電源P2至少要達到30.8V (24V+4V+2.8V)，正常情況下，蓄電池充滿電時電壓不超過30V，所以此種設(shè)計方案能夠保證雙路電源正常時，優(yōu)先選擇主電源Pl供電。
[0040]圖5提供了二極管降壓及切換單元電路波形圖，輸入主電源Pl選用頻率1KHZ、振幅15Vp的正弦波(示波器通道I所示)，備用電源P2選用30V的直流電來模擬蓄電池充滿電的狀態(tài)(示波器通道2所示)，我們可以從示波器的通道4看到兩路電源通過降壓、切換單元后的波形平滑，毛刺較少，是理想的輸出狀態(tài)，同時也說明了在備用電源P2的穩(wěn)定輸出能夠彌補主電源Pl的脈沖群干擾。
[0041]圖6是雙電源工作正常時的電路波形圖，我們在主電源Pl和備用電源P2端口上分別串聯(lián)萬用表測量電流，通過兩次萬用表的讀數(shù)可知，在主電源Pl和備用電源P2同時以24V供電時，主電源Pl會優(yōu)先給負(fù)載供電，而備用電源P2輸出的電流很小，只提供點亮備用電源P2指示燈D5的9.07mA電流即可，同時驅(qū)動負(fù)載的全部電流都來自主電源Pl (主電源Pl萬用表讀數(shù)為117.95mA)，通過示波器通道4的波形可看出最終輸出電壓平滑穩(wěn)定。
[0042]對于主電源Pl瞬間跌落、掉電的情況，圖7給出了電路波形圖，通道I顯示主電源Pl此時電壓為0V，此時主電源Pl狀態(tài)指示燈Dl、D2都不亮，我們可以確定此時是主電源Pl失電的情況，通過示波器通道2讀數(shù)可知備用電源P2工作正常，且電源狀態(tài)指示燈D5發(fā)光，此時通過串聯(lián)在電源端口的萬用表電流讀數(shù)可知，負(fù)載所需的105mA電流都是由備用電源P2提供，通過示波器通道4中的波形狀態(tài)可看出，電源輸出正常，波形平滑，無毛刺。圖8是該方案抵抗電磁干擾的波形圖，在圖中，我們能看出作為輸入的電源改成了頻率為5KHZ、振幅為ISVp的脈沖波輸入，通過并聯(lián)在電源端口的萬用表讀數(shù)可知，群脈沖對電源的干擾與供電的優(yōu)先權(quán)是無關(guān)的，因為主電源Pl和備用電源P2的濾波電路部分基本相同，而群脈沖的諧波成分恰恰消耗在了濾波電路部分了，這點通過示波器通道I和通道2的對比可以發(fā)現(xiàn)(通道2為保護及濾波單元輸出波形)，示波器通道4的波形圖均呈一條平滑的直線，所以，此技術(shù)方案能到達理想效果。
【權(quán)利要求】
1.一種雙電源無縫切換電路，其特征在于:包括主電源P1、備用電源P2、兩個保護及濾波單元、兩個二極管降壓及切換單元，主電源Pl和備用電源P2的輸出分別經(jīng)保險管Fl和保險管F2后與各自的保護及濾波單元輸入端連接，主電源Pl回路的保護及濾波單元的輸出端與主電源Pl回路的二極管降壓及切換單元連接，備用電源P2回路的保護及濾波單元的輸出端與備用電源P2回路的二極管降壓及切換單元連接，兩個二極管降壓及切換單元構(gòu)成無縫切換的電能輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電源無縫切換電路，其特征在于:所述兩個保護及濾波單元完全對稱，且負(fù)極共地，兩個保護及濾波單元電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電源無縫切換電路，其特征在于:所述主電源Pl回路的保護及濾波單元包括串接在保險管Fl之后的二極管D4、并聯(lián)在二極管D4的輸出與電源負(fù)極之間的瞬態(tài)抑制二極管TVS1、連接在瞬態(tài)抑制二極管TVSl正極與機殼地之間的瞬態(tài)抑制器件RVl、連接在瞬態(tài)抑制二極管TVSl負(fù)極與機殼地之間的瞬態(tài)抑制器件RV2、并聯(lián)在瞬態(tài)抑制二極管TVSl兩端的共模扼流線圈LI，連接在共模扼流線圈LI正輸出端與地之間抑制電快速脈沖群的安規(guī)電容Cl、連接在共模扼流線圈LI負(fù)輸出端抑制電快速脈沖群的安規(guī)電容C6、分別并聯(lián)在共模扼流線圈LI輸出端的濾波電容C3、C4、C5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電源無縫切換電路，其特征在于:所述主電源Pl回路的二極管降壓及切換單元包括依次串聯(lián)在保護及濾波單元輸出正極的二極管D3、二極管D_CHECKl及接地電容C2，二極管D_CHECK1及接地電容C2之間的節(jié)點為電源輸出的正極VCC，二極管D3和二極管D_CHECK1之間的節(jié)點與備用電源P2回路的二極管降壓及切換單元的場效應(yīng)管柵極G連接；包括連接在保護及濾波單元輸出正極與地之間由發(fā)光二極管Dl、D2反向并聯(lián)后與電阻Rl串聯(lián)的電源指示電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電源無縫切換電路，其特征在于:所述備用電源P2回路的二極管降壓及切換單元包括依次串聯(lián)在保護及濾波單元輸出正極的二極管D8、整流二極管0]01_1、整流二極管D_vol_3、整流二極管D_vol_4、整流二極管D_vol_2、場效應(yīng)管及接地電容C2，場效應(yīng)管柵極G與主電源Pl回路的二極管降壓單元中二極管D3和二極管D_checkl之間的節(jié)點連接；包括連接在整流二極管D_vol_4和整流二極管D_vol_2之間的節(jié)點與地之間，由發(fā)光二極管D5、D6反向并聯(lián)后與電阻R2串聯(lián)的電源指示電路。
【文檔編號】H02J9/06GK103872755SQ201210550168
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月17日
【發(fā)明者】張文杰, 周吉, 趙娜, 王宏, 辛玉龍 申請人:中國船舶重工集團公司第七0七研究所