專利名稱：直流壓差控制電子開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能直流壓差控制電子開關(guān)，主要用于直流屏、DC-BANK蓄電池組、高壓電容、開關(guān)電源、整流電路等多路直流并聯(lián)向負載供電時的備用直流電源壓差放電控制，實時記錄工作過程中的各項參數(shù)，并根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)及時調(diào)整合適的工作狀態(tài)。
背景技術(shù)：
在很多應用場合，負載設(shè)備的供電都是多路直流并聯(lián)冗余供電，這些并聯(lián)的直流電源之間往往需要一個隔離單元來防止電源間形成環(huán)流和阻止負載側(cè)的瞬間反向電壓對直流電源的沖擊。一般的都是采用二極管來做隔離單元的。對于有蓄電池組的直流電源， 和以主備方式工作的并聯(lián)電源，為了電池組和備用電源的放電可控，防止蓄電池頻繁放電而導致充不滿，往往需要增加單向晶閘管做為隔離單元，并通過壓差來控制蓄電池放電，即直流壓差控制電子開關(guān)。單向晶閘管在直流電源中的應用已經(jīng)很廣泛，它的驅(qū)動電路已經(jīng)為大家所熟知。 有很多單向晶閘管壓差驅(qū)動電路都是通過對單向晶閘管陽極A和陰極K的直流電壓進行A/ D采樣后，經(jīng)CPU比較處理，當兩端的壓差達到設(shè)定值時，再輸出一個控制信號電壓，加在單向晶閘管的門極，通過這個電壓來達到觸發(fā)單向晶閘管導通的目的。這種電路設(shè)定的壓差電壓固定，不能根據(jù)實際的工作情況做出調(diào)整，而且A/D轉(zhuǎn)換和CPU處理，都需要時間， 在控制單向晶閘管導通過程中增加了延時，其次在對單向晶閘管的門極加控制電壓時還要進行隔離，否則因為單向晶閘管的回路電壓過高，會損壞控制電路，再者由數(shù)字電路實現(xiàn)的單向晶閘管驅(qū)動電路設(shè)計復雜，增加了故障率。故在這種應用中急需要一種簡單、可靠、 快速并且能及時調(diào)整直流壓差電壓的智能直流壓差控制電子開關(guān)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的單向晶閘管驅(qū)動電路延時長、故障率高、電路設(shè)計復雜、成本高等缺陷，提供一種由模擬控制電路、單向晶間管和單片機控制電路組成的直流壓差控制電子開關(guān)。為了達到上述目的，本實用新型提供了一種直流壓差控制電子開關(guān)，包括單片機控制電路和模擬控制電路；其中，模擬控制電路包括穩(wěn)壓二極管、二極管、電阻、可恢復保險絲、接線端子和單向晶閘管，接線端子(8)串接一可恢復保險絲，再串接兩并聯(lián)電阻R1、R2 后分別接接線端子(1)、(2)，穩(wěn)壓二極管D1、D2、D3依次串接在接線端子(7)與接線端子(3) 之間，穩(wěn)壓二極管Dl的負極接接線端子(7)，穩(wěn)壓二極管D2的負極接接線端子(5)、穩(wěn)壓二極管D3的負極接接線端子(4)，接線端子(8)與單向晶閘管的陽極A相連，接線端子(7)與單向晶閘管門極G相連，接線端子(6)與單向晶閘管的陰極K相連，單向晶閘管的陰極K和門極G之間反向并聯(lián)一個二極管，單向晶閘管的陽極A接輸出電源的直流母線正極，單向晶閘管的陰極K接負載側(cè)的直流母線正極；單片機控制電路包括單片機系統(tǒng)模塊及分別與單片機系統(tǒng)模塊相連的電源模塊、電流檢測模塊、指示模塊、電壓檢測模塊、實時時鐘模塊、485通訊模塊，單向晶閘管的陽極的霍爾元件接線端子接入所述電流檢測模塊的端子，單向晶閘管兩端直流母線上的連線接入所述電壓檢測模塊的端子。對本實用新型的進一步改進在于單片機系統(tǒng)模塊采用ATMEGU8芯片。485通訊模塊采用75176芯片。實時時鐘模塊采用DS1302芯片。電源模塊的輸入交流電壓為 85-264V，輸出工作電壓為+12V、-12V、5V。本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點通過上述模擬控制電路檢測單向晶閘管陽極A和陰極K之間的壓差，當壓差達到電路設(shè)計的定值時，晶閘管門極產(chǎn)生出發(fā)電流，晶閘管導通。通過跳線方式選擇一個或多個電阻，通過跳線選擇一個或多個穩(wěn)壓二極管，通過這些組合，從而達到選擇不同的導通壓差和觸發(fā)電流的目的。通過上述單片機控制電路中的電流檢測模塊檢測并反饋通過晶閘管的放電電流、電壓檢測模塊檢測并反饋晶閘管陽極和陰極的直流母線電壓、實時時鐘模塊檢測并反饋時間發(fā)生的起止時間，從而模擬控制電路可以根據(jù)單片機控制電路上傳的數(shù)據(jù)及時調(diào)整工作狀態(tài)。該直流壓差控制電子開關(guān)簡單、可靠、高效、快速、成本低廉，同時單片機控制電路與模擬控制電路完全隔離，且模擬控制電路不需外部供電，控制方式互不影響，對門極的控制信號也不需進行隔離。

圖1為本實用新型直流壓差控制電子開關(guān)的模擬控制電路原理圖。圖2為本實用新型直流壓差控制電子開關(guān)的單片機控制電路結(jié)構(gòu)框圖。圖3為圖2中電流檢測模塊的電路圖。圖4為圖2中電壓檢測模塊的電路圖。圖5為圖2中實時時鐘模塊的電路圖。圖6為圖2中485通訊模塊的電路圖。圖7為圖2中放電指示燈的電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細的說明。本實用新型直流壓差控制電子開關(guān)，包括單向晶閘管、單片機控制電路和模擬控制電路。結(jié)合圖1，模擬控制電路包括三個穩(wěn)壓二級管D1、D2和D3、二極管DN、兩個電阻Rl 和R2、可恢復保險絲FU和接線端子1-8。其中，Rl、R2為510Q/5W電阻，D1、D2、D3選用 24V/5W穩(wěn)壓二極管、DN選用耐壓200V/1A 二極管、FU選用240V/80mA可恢復保險絲。晶閘管選用MFC400-12，主備電源標準電壓均為513V。接線端子(8)串接一可恢復保險絲FU，再串接兩并聯(lián)電阻R1、R2后分別接接線端子(1)、(2)，穩(wěn)壓二極管D1、D2、D3依次串接在接線端子(7)與接線端子(3)之間，穩(wěn)壓二極管Dl的負極接接線端子(7)，穩(wěn)壓二極管D2的負極接接線端子(5)、穩(wěn)壓二極管D3的負極接接線端子(4)，接線端子(8)與單向晶閘管的陽極 A相連，接線端子(7)與單向晶閘管門極G相連，接線端子(6)與單向晶閘管的陰極K相連， 單向晶閘管的陰極K和門極G之間反向并聯(lián)一個二極管，單向晶閘管的陽極A接輸出電源的直流母線正極，單向晶閘管的陰極K接負載側(cè)的直流母線正極。通過上述模擬控制電路檢測單向晶閘管陽極A和陰極K之間的壓差，當壓差達到電路設(shè)計的定值時，晶閘管門極產(chǎn)生出發(fā)電流，晶閘管導通。通過跳線方式選擇一個或多個電阻，通過跳線選擇一個或多個穩(wěn)壓二極管，通過這些組合，從而達到選擇不同的導通壓差和觸發(fā)電流的目的。當選擇R2、D1 時，導通壓差為34. 2V ；當選擇R2、DU D2時，導通壓差為58. 2V ；當選擇R2、DU D2、D3時， 導通壓差為82. 2V ；當選擇Rl并R2、D1時，導通壓差為^V ；當選擇Rl并R2、Dl、D2時，導通壓差為53V ；當選擇Rl并R2、D1、D2、D3時，導通壓差為77V。結(jié)合圖2，單片機控制電路包括單片機系統(tǒng)模塊及分別與單片機系統(tǒng)模塊相連的電源模塊、電流檢測模塊、指示模塊、電壓檢測模塊、實時時鐘模塊、485通訊模塊，指示模塊為放電指示燈。其中，單片機系統(tǒng)模塊的單片機選用具有快速處理能力的ATMEGU8芯片。 電源模塊輸入交流電壓85-264V，輸出+12V、-12V、5V的工作電壓。結(jié)合圖3，晶閘管陽極的霍爾元件接線端子接入電流檢測模塊的端子FDI，電流檢測模塊將采樣電壓經(jīng)電阻分壓后再經(jīng)TL084芯片隔離，把轉(zhuǎn)換的結(jié)果反饋給單片機，檢測電壓為0-5V。結(jié)合圖4，單向晶閘管兩端直流母線上的連線接入所述電壓檢測模塊的端子DCI+和DCI-，電壓檢測模塊將采樣電壓經(jīng)電阻分壓后再經(jīng)TL084芯片隔離，把轉(zhuǎn)換的結(jié)果反饋給單片機，檢測電壓為0-640V。 結(jié)合圖5，實時時鐘模塊采用DS1302芯片，并用紐扣電池做備用電源，進行SOE (事件順序記錄)時間記錄。結(jié)合圖6，485通訊模塊采用75176芯片并通過光耦實現(xiàn)光電隔離，單片機控系統(tǒng)模塊中的單片機將檢測的電流、電壓和時間數(shù)據(jù)通過485通訊模塊上傳給主監(jiān)控或PC機，從而在模擬控制電路中，根據(jù)單片機控制電路上傳的數(shù)據(jù)及時間調(diào)整模擬控制電路的工作狀態(tài)。結(jié)合圖7，放電指示燈對放電輸出進行指示當放電電流大于設(shè)定值時，單片機控制繼電器NC2和COM2連接指示燈由暗變亮，表示備用電源正在放電。本實用新型直流壓差控制電子開關(guān)，具有具有多個電壓設(shè)置檔位，可以查詢并分析上傳的數(shù)據(jù)及時調(diào)整適合的工作狀態(tài)。將備用直流電源的正極接在晶閘管的陽極A，將主電源和負載的正極接在晶閘管的陰極K，將模擬電路的進線端子接在晶閘管的陽極A，串聯(lián)可恢復保險絲、電阻、穩(wěn)壓二極管后，連接在晶閘管的門極，同時，晶閘管的門極和陰極之間反向并聯(lián)一個二極管，起到保護作用。將裝在晶閘管陽極的霍爾元件接線端子接入電流檢測模塊的端子，將晶閘管兩端直流母線上連線接入電壓檢測模塊的端子，并接好電源線與通訊線。其工作過程如下1、正常情況下，主備直流電源的電壓幾乎相等，甚至主電源電壓更高，加在晶閘管陽極A和陰極K之間的電壓相等或者陰極K電壓更高，控制電路中的穩(wěn)壓二極管截至，門極沒有觸發(fā)電流，晶閘管關(guān)斷。負載由主電源供電，備用電源處于充電或擬制放電狀態(tài)。2、當主電源電壓下降時，加在晶閘管陽極A和陰極K之間的電壓變大，當這個壓差達到穩(wěn)壓二極管的導通電壓時，穩(wěn)壓二極管導通，通過電阻限流，門極開始產(chǎn)生觸發(fā)電流， 當這種壓差繼續(xù)變大時，門極觸發(fā)電流變大，當達到晶閘管的導通電流時，晶閘管導通，負載變?yōu)橛蓚溆秒娫垂╇?，主電源處于擬制放電狀態(tài)。3、當主電源電壓恢復后，晶閘管陰極K電壓變高，當陰極K電壓超過等于陽極A電壓時，晶閘管截止，主電源對負載放電，備用電源處于擬制放電狀態(tài)。4、當備用電源投入使用為負載供電時，單片機控制電路將采集的流過晶閘管的放電電流和晶閘管兩端直流母線上的電壓保存并上傳給主監(jiān)控或PC機，同時上傳晶閘管導通和截止的時間。當放電電流大于設(shè)定值時，指示燈亮，表示備用電源正在放電。5、通過查詢分析單片機控制模塊上傳的數(shù)據(jù)，在模擬控制電路中選擇合適的電壓設(shè)置檔位。6、在模擬控制電路中選擇、設(shè)置穩(wěn)壓二極管和電阻的數(shù)量和型號，可以獲得不同的觸發(fā)壓差和觸發(fā)電流上升速率。7、電路中的可恢復保險絲主要起到保護觸發(fā)控制電路過流作用。二極管起到保護晶閘管門極免受反向電壓沖擊作用。
權(quán)利要求1.一種直流壓差控制電子開關(guān)，其特征在于包括單片機控制電路和模擬控制電路； 所述模擬控制電路包括穩(wěn)壓二極管、二極管、電阻、可恢復保險絲、接線端子和單向晶閘管， 接線端子(8)串接一可恢復保險絲，再串接兩并聯(lián)電阻R1、R2后分別接接線端子(1)、(2)， 穩(wěn)壓二極管D1、D2、D3依次串接在接線端子(7)與接線端子(3)之間，穩(wěn)壓二極管Dl的負極接接線端子(7)，穩(wěn)壓二極管D2的負極接接線端子(5)、穩(wěn)壓二極管D3的負極接接線端子(4)，接線端子(8)與單向晶閘管的陽極A相連，接線端子(7)與單向晶閘管門極G相連， 接線端子(6)與單向晶閘管的陰極K相連，單向晶閘管的陰極K和門極G之間反向并聯(lián)一個二極管，單向晶閘管的陽極A接輸出電源的直流母線正極，單向晶閘管的陰極K接負載側(cè)的直流母線正極；所述單片機控制電路包括單片機系統(tǒng)模塊，及分別與單片機系統(tǒng)模塊相連的電源模塊、電流檢測模塊、指示模塊、電壓檢測模塊、實時時鐘模塊、485通訊模塊，所述單向晶閘管的陽極A的霍爾元件接線端子接入所述電流檢測模塊的端子，單向晶閘管兩端直流母線的連線接入所述電壓檢測模塊的端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流壓差控制電子開關(guān)，其特征在于所述單片機系統(tǒng)模塊采用ATMEGU8芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流壓差控制電子開關(guān)，其特征在于所述485通訊模塊采用75176芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流壓差控制電子開關(guān)，其特征在于所述實時時鐘模塊采用DS1302芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流壓差控制電子開關(guān)，其特征在于所述電源模塊的輸入交流電壓為85-264V，輸出工作電壓為+12V、-12V、5V。
專利摘要本實用新型公開了一種直流壓差控制電子開關(guān)，包括單片機控制電路和模擬控制電路；模擬控制電路包括穩(wěn)壓二極管、二極管、電阻、可恢復保險絲、接線端子和單向晶閘管，可恢復保險絲、電阻串接在接線端子(1)、(2)之間，穩(wěn)壓二極管串接在接線端子(7)、(3)之間，接線端子(8)、(7)、(6)分別與晶閘管的陽極A、門極G、陰極K相連，晶閘管陰極K和門極G之間反向并聯(lián)一個二極管；單片機控制電路包括單片機系統(tǒng)模塊及分別與其相連的電源模塊、電流檢測模塊、指示模塊、電壓檢測模塊、實時時鐘模塊、485通訊模塊，電流檢測模塊和電壓檢測模塊分別檢測晶閘管的電流和電壓。該直流壓差控制電子開關(guān)簡單、可靠、高效、快速。
文檔編號H03K17/04GK202206354SQ201120295048
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者陳文波 申請人:南京國臣信息自動化技術(shù)有限公司