[發明專利]后備式交流電源智能無縫切換系統

有效

• 申請號: 201210240137.5
• 申請日: 2012-07-12
• 公開（公告）號: CN102761170A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 胡天友;王海;張曉博
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02J9/06
• 分類號: H02J9/06
• 代理公司: 成都立信專利事務所有限公司 51100
• 代理人: 馮忠亮

技術領域：

本發明與應急電源有關，特別涉及后備式交流電源切換裝置。

技術背景：

隨著電力電子技術的快速發展。后備式交流電源大量應用于工農業生產等各個方面。同時負載對后備電源的供電可靠性和切換快速性也提出更高要求。

中國專利申請號為：201020239289.X的實用新型專利公開了一種快速切換應急電源，包括控制器、逆變器、充電器、電池組、互投裝置和可控硅快速切換裝置，切換時間維持在5ms內。

但是現有交流后備式電源切換技術中，由于跟蹤性能差，檢測反應時間遲緩，開關時間長，切換時間較長，無法滿足敏感性負載要求，應用受到極大的限制。例如在特種設備、醫療救護系統、保障通信設備、金融服務器等設備的后備供電系統對應急電源供電電源的切換時間要求都十分嚴格，一般在1.5-3ms之間，若切換時間過長則會發生設備數據丟失甚至故障停機產生重大不良后果。

同時，在主電源與后備電源切換過程中，需要保證后備電源輸出電壓相位頻率與主電源同步，否則容易產生環流，對后備電源產生損害。而在線式不間斷電源UPS雖然可以滿足無縫切換，由于切換電路復雜，存在使用壽命短，成本高的問題。

發明內容：

本發明的目的是提供一種切換電路結構簡單，成本低，使用壽命長，切換過程中負載供電平滑過渡，切換時間短的后備式交流電源智能無縫切換系統。

本發明是這樣實現的：

本發明后備式交流電源智能無縫切換系統，負載分別通過第一、二防倒灌切換單元與主電源第一、二輸出端連接負載，分別通過第三、四防倒灌切換單元與后備電源第一、二輸出端連接，第一、三防倒灌切換單元相連接，第二、四防倒灌切換單元相連接，控制單元與驅動單元連接，驅動單元分別與各防倒灌切換單元連接，負載電流過零檢測電路有電流霍爾傳感器接入負載電路，其輸出經電阻、電容和放大器組成的調理電路后再經反饋放大及零電平比較后輸出脈沖波數字信號到控制單元，主電源電壓采樣及過零檢測電路端子的第一、二接口分別接主電源的第一、二輸出端N₁、L₁，輸入電壓經電阻按比例降壓，電容濾波，一路經過零檢測電路接控制單元，另一路電壓信號經放大后接控制單元，后備電源電壓采樣電路端子的第一、二接口分別接后備電源的第一、二輸出端N₂、L₂，電壓信號通過電阻按比例降壓，電容濾波，經第一放大器按比例縮小，再經第二放大器接控制單元，控制單元連接后備電源驅動單元，后備電源驅動單元連接后備電源逆變電路單元的開關器件T₁、T₂、T₃、T₄，開關器件輸出經過第一、二結點Ta、Tb連接后備電源LCL濾波電路，經過濾波后連接到后備電源的第一、二輸出端N₂、L₂。

防倒灌切換單元和開關器件T₁、T₂、T₃、T₄由一只絕緣柵雙級型晶體管IGBT與一只反并聯二級管組成，防倒灌切換單元的絕緣柵雙級型晶體管的門極與驅動單元連接，其集電極與二極管負極連接，其發射極與二極管正極連接，集電極與負載相連，發射極與主電源或后備電源連接，第一、三防倒灌單元的二極管的負極相連，第二、四防倒灌單元的二級管負極相連，開關器件的門極與后備電源驅動單元連接，第一、三開關器件的發射極與二極管正極、后備電源正極，后備電源第二輸出端連接，第二、四開關器件的發射極分別經第一、二結點Ta，Tb與第一、三開關器件的集電極連接，第二、四開關器件的集電極與后備電源負極結點Tb和后備電源第一輸出端N₂連接。

驅動單元，后備電源驅動的單元為集成塊M57962L，控制單元為集成塊TMS2000LF2407。

控制單元連接后備電源逆變電路單元，通過控制程序調整后備電輸出電壓相位、幅值與頻率，過程為：控制單元輸出設定好相位、頻率和幅值信息的正弦脈寬調制信號SPWM，輸出至后備電源驅動單元，后備電源驅動單元驅動后備電源逆變電路單元的開關器件T₁、T₂、T₃、T₄按照正弦脈寬調制信號進行開關動作，輸出逆變波形，經過后備電源LCL濾波電路濾波后連接到后備電源的第一、二輸出端N₂、L₂。

主電源和后備電源的切換流程如下：