[发明专利]一种基于自适应的双向无隙换流的防晃电装置及方法

摘要

本发明提供一种基于自适应的双向无隙换流的防晃电装置及方法，该装置包括市电电压幅值检测采样电路、220V电网电压电流相位采样电路、整流模块、直流降压模块电路、单片机主控单元、电源模块、高频变压器输出电路、驱动电路、双向可控硅无隙换流切换主电路和负载电压电流检测电路；本发明采用交流采样技术实现对电网正弦电压幅值的采样以及对电压电流相位的采样，同时将负相电压转换为正相，将幅值相应的减小至单片机主控单元可承受的范围。采用的基于自适应的双向可控硅无隙换流结构通过平滑续流的方式很好的避免了断流情况的发生，提高了切换可靠性。采用旁路式结构将继电器接入电路中，减少了故障点，同时延长了可控硅的使用寿命。

主权项

一种基于自适应的双向无隙换流的防晃电装置，包括整流模块、直流降压模块电路、单片机主控单元、电源模块、驱动电路；电源模块是用来为负载提供直流电的备用电源；整流模块的一路输出端连接直流降压模块电路的输入端，直流降压模块电路的输出端连接单片机主控单元的芯片供电端口，驱动电路的输入端连接单片机主控单元的使能信号输出端，整流模块的另一路输出端连接电源模块的输入端，电源模块的输出端连接高频变压器输出电路的输入端；其特征在于，该装置还包括市电电压幅值检测采样电路、220V电网电压电流相位采样电路、高频变压器输出电路、双向可控硅无隙换流切换主电路和负载电压电流检测电路；市电电压幅值检测采样电路用于将220V电网的220V正弦交流电压转换为单片机主控单元能接收的恒为正相的电压，使得220V正弦交流电压的相位为正或负时单片机主控单元均能实时监测到220V电网电压变化；市电电压幅值检测采样电路的输入端与火线LIVE相连，火线LIVE依次串联三个分压电阻后再依次串联两个反向相连的稳压二极管，再接至地GND；双通道运算放大器一端连接至单片机主控单元，另一端连接至分压电阻与两个反向相连的稳压二极管的串联处，双通道运算放大器连接有比例电阻，同时双通道运算放大器通过连接滤波电容滤除50Hz以外的高频交流电；220V电网电压电流相位采样电路通过霍尔电流传感器将双向可控硅无隙换流切换主电路的电流相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中，同时220V电网电压电流相位采样电路将220V电网电压的相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中；220V电网电压电流相位采样电路中，将双向可控硅无隙换流切换主电路的一根导线穿过霍尔电流传感器，在霍尔电流传感器的两端并联电阻R33，霍尔电流传感器与两通道比较器连接，两通道比较器连接电容C9后接地，滤除50Hz的交流电流，两通道比较器连接有放大信号的两个串联电阻，使得两通道比较器的电压抬升6V，两通道比较器通过上拉电阻R11接至3.3V的直流电压源VCC；220V电网电压电流相位采样电路通过霍尔电流传感器将双向可控硅无隙换流切换主电路的电流相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中，同时220V电网电压电流相位采样电路将220V电网电压的相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中；双向可控硅无隙换流切换主电路中，火线LIVE接电容C41再接至零线NEUTRAL，零线与地连接；直流可控硅晶闸管Q4的正极接+12V直流电源VDD，直流可控硅晶闸管Q6的负极接‑12V直流电源VEE，Q4的负极与Q6的正极相接,再连接到电感L3的一端上，电感L3的另一端接至交流可控硅晶闸管Q3的负极；双向可控硅无隙换流切换主电路完成220V电网与备用电源的切换：当单片机主控单元监测到220V电网发生晃电时，双向可控硅无隙换流切换主电路在单片机主控单元的指令下快速完成电源切换动作，切换至备用电源为负载提供稳定电源；当220V电网恢复正常工作时，双向可控硅无隙换流切换主电路再切换回220V电网供电，从而实现交流供电与直流供电之间的平滑切换，即无隙换流；双向可控硅无隙换流切换主电路的采用旁路式结构将继电器并在交流可控硅两端，两个交流可控硅反向并联，两个直流可控硅反向并联，经过电感与反向并联的两个交流可控硅连接；负载电压电流检测电路用来采集负载上的电压电流值，从而设定双向可控硅无隙换流切换主电路回切的时长；高频变压器输出电路用来输出+12V的直流电源VDD和‑12V的直流电源VEE；市电电压幅值检测采样电路的输入端、220V电网电压电流相位采样电路的输入端、整流模块的输入端分别连接至220V电网，市电电压幅值检测采样电路的输出端连接单片机主控单元的A/D采样端口，220V电网电压电流相位采样电路的输出端连接单片机主控单元的电压电流相位采样端口，驱动电路的输出端、高频变压器输出电路的输出端连接双向可控硅无隙换流切换主电路的输入端，负载分别连接双向可控硅无隙换流切换主电路的输出端、负载电压电流检测电路、220V电网，负载电压电流检测电路还连接单片机主控单元的采样端口。