CN110138079A - 一种电源安全保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种电源安全保护系统，所述故障预测电路接收电压互感器感应的主电源相线L的电压信号，超过允许偏差±7﹪时，经计算出电压变化率，超过允许偏差±9﹪时，预测为故障，此时一路控制常闭开关K1‑1延时断开，常开开关K1‑2闭合，主电源延时断开，由储荷泵电路暂时为负载供电，另一路延时控制常开开关K2‑1延时闭合，启动备份电源；所述储荷泵电路在故障预测正常时，允许储能电路充电、储存电能，经升压电路转换为AC220V，在主电源预测故障时为负载供电；所述短路判定电路通过电流互感器检测负载中流过的电流，短路时，三极管Q3、Q4组成复合管导通，继电器K3线圈得电，常闭触点K3‑1、K3‑2均断开，使主电源、备份电源、储荷泵电路均不向负载供电。
Description
技术领域
本发明涉及电源控制技术领域，特别是涉及一种电源安全保护系统。
背景技术
对于一些需要长时间不间断操作、高可靠的系统，如基站通信设备、监控设备、服务器等，往往需要高可靠的电源供应，冗余电源设计是其中的关键部分，冗余电源一般配置2个或2个以上电源，当1个电源出现故障时，其他电源可以立刻投入，不中断设备的正常运行。
冗余电源分为三种，冗余冷备份（ 正常时由其中一个电源供电，当其故障 时，备份电源立刻启动投入工作）、并联均流的N+1备份（各电源通过或门二极管并联在一起，同时向设备供电）、冗余热备份（多个电源同时工作 ，但只由其中一个向设备供电，其他轻载），由于冗余冷备份电源切换时存在时间间隔，造成电压豁口、并联均流的N+1备份在负载短路容易波及所有电源单元，而冗余热备份成本投入大，不易被推广，因此，需提供一种电源切换时没有时间间隔、负载短路不会波及电源的冗余电源。
所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种电源安全保护系统，具有构思巧妙、人性化设计的特性，有效的解决了电源切换时存在时间间隔、负载短路会波及电源的问题。
其解决的技术方案是，包括主电源、备份电源、负载，所述主电源和备份电源为冗余电源，实现主电源故障时，备份电源为负载供电，其特征在于，还设置故障预测电路、储荷泵电路、短路判定电路；
所述故障预测电路接收电压互感器感应的主电源相线L的电压信号，超过允许偏差±7﹪时，晶闸管VTL1触发导通，电压信号进入运算放大器AR1为核心的积分电路计算出电压变化率，电压变化率正向增长且高于允许偏差±9﹪对应的电压时，预测为故障，三极管Q1导通，一路触发继电器K1线圈得电，串在主电源相线L的常闭开关K1-1延时断开，常开开关K1-2闭合，另一路经RC延时后触发三极管Q2导通，继电器K2线圈得电，串在备份电源相线L的常开开关K2-1延时闭合；
所述储荷泵电路在故障预测电路预测正常时，三极管Q5导通，变压器T1将主电源供电电压降压，经二极管D6整流后经导通的双向晶闸管VS1向电感L1、电阻R9、R10、R11和电容C4、C5、C6组成的储能电路充电，储存电能，充电后电压经变压器T2、三极管Q6、Q7组成的升压电路转换为AC220V，经闭合的常闭开关K1-2、常闭开关K2-1、常闭开关K3-1向负载供电；
所述短路判定电路通过电流互感器TA1检测负载中流过的电流，经电阻R14转换为电压，高于短路电流对应的阈值电压时，三极管Q3、Q4组成复合管导通，电压经电阻R17和电容C8延时后，触发晶闸管VTL2导通，继电器K3线圈得电，常闭触点K3-1、K3-2均断开，使主电源、备份电源、储荷泵电路均不向负载供电。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：电压互感器感应的主电源相线L的电压信号，超过允许偏差±7﹪时，晶闸管VTL1触发导通，电压信号进入运算放大器AR1为核心的积分电路计算出电压变化率，电压变化率正向增长且高于允许偏差±9﹪对应的电压时，预测主电源为故障，一路触发继电器K1线圈得电，串在主电源相线L的常闭开关K1-1延时断开，常开开关K1-2闭合，主电源延时断开，由储荷泵电路暂时为负载供电，另一路经RC延时后触发继电器K2线圈得电，串在备份电源相线L的常开开关K2-1延时闭合，备份电源启动之后，由备份电源为负载供电，解决了电源切换存在时间间隔的问题，同时采用延时动作、储荷泵电路填补电源豁口避免了电源误切换的问题；
负载短路时，三极管Q3、Q4组成复合管导通，经延时后，触发晶闸管VTL2导通，继电器K3线圈得电，常闭触点K3-1、K3-2均断开，使主电源、备份电源、储荷泵电路均不向负载供电，解决了负载短路引起的电源故障的问题。
附图说明
图1为本发明的故障预测电路原理图。
图2为本发明的储荷泵电路原理图。
图3为本发明的短路判定电路原理图。
图4为本发明的结构框图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图4对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
实施例一，一种电源安全保护系统，包括主电源、备份电源、负载，所述主电源和备份电源为冗余电源，实现主电源故障时，备份电源为负载供电，还设置故障预测电路、储荷泵电路、短路判定电路；
所述故障预测电路接收电压互感器感应的主电源相线L的电压信号，超过允许偏差±7﹪时，晶闸管VTL1触发导通，电压信号进入运算放大器AR1为核心的积分电路计算出电压变化率，电压变化率正向增长且高于允许偏差±9﹪对应的电压时，预测为故障，三极管Q1导通，一路触发继电器K1线圈得电，串在主电源相线L的常闭开关K1-1延时断开，常开开关K1-2闭合，另一路经RC延时后触发三极管Q2导通，继电器K2线圈得电，串在备份电源相线L的常开开关K2-1延时闭合，采用延时动作以避免主电源故障预判断失误的问题；
所述储荷泵电路在故障预测电路预测正常时，三极管Q5导通，变压器T1将主电源供电电压降压，经二极管D6整流后经导通的双向晶闸管VS1向电感L1、电阻R9、R10、R11和电容C4、C5、C6组成的储能电路充电，储存电能，充电后电压经变压器T2、三极管Q6、Q7组成的升压电路转换为AC220V，经闭合的常闭开关K1-2、常闭开关K2-1、常闭开关K3-1向负载供电，也即在主电源故障预发生时，由储荷泵电路为负载供电，备份电源启动之后，由备份电源为负载供电，解决了电源切换存在时间间隔的问题，同时采用延时动作、储荷泵电路填补电源豁口避免了电源误切换的问题；
所述短路判定电路通过电流互感器TA1检测负载中流过的电流，经电阻R14转换为电压，高于短路电流对应的阈值电压时，三极管Q3、Q4组成复合管导通，电压经电阻R17和电容C8延时后，触发晶闸管VTL2导通，继电器K3线圈得电，常闭触点K3-1、K3-2均断开，使主电源、备份电源、储荷泵电路均不向负载供电，解决了负载短路引起的电源故障的问题，实现电源安全保护。
实施例二，在实施例一的基础上，所述短路判定电路通过电流互感器TA1检测负载中流过的电流，经电阻R14转换为电压，高于短路电流对应的阈值电压（也即设备正常运行时额定电流的7倍）时，三极管Q3、Q4组成复合管导通，电压经电阻R17和电容C8延时后，触发晶闸管VTL2导通，继电器K3线圈得电，常闭触点K3-1、K3-2均断开，使主电源、备份电源、储荷泵电路均不向负载供电，包括电流互感器TA1，电流互感器TA1的上端连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端分别连接电阻R15的一端、三极管Q4的基极、三极管Q3的集电极，三极管Q4的集电极连接电源+4.7V，三极管Q4的发射极分别连接三极管Q3的基极、电阻R16的一端、电阻R17的一端、电容C8的一端，电阻R16的另一端连接三极管Q3的发射极，电阻R17的另一端连接晶闸管VTL2的控制极，电流互感器TA1的下端、电阻R15的另一端、电容C8的另一端、晶闸管VTL2的阴极均连接地，晶闸管VTL2的阳极分别连接继电器K3线圈一端、二极管D3的正极，继电器K3线圈另一端、二极管D3的负极连接电源+12V继电器K3常闭触点K3-1、常闭触点K3-3一端连接负载RL的一端，常闭触点K3-1、常闭触点K3-3的另一端分别经闭合的继电器K1常闭触点K1-1、继电器K2常闭触点K2-1连接熔断器RUZ1、RUB1的一端，熔断器RUZ1、RUB1的另一端连接主电源相线L、备份电源相线L，负载RL的另一端经闭合的继电器K1常闭触点K1-1A、继电器K2常闭触点K2-1A连接熔断器RUZ2、RUB2的一端，熔断器RUZ2、RUB2的另一端连接主电源相线N、备份电源相线N。
实施例三，在实施例一的基础上，所述故障预测电路接收电压互感器感应的主电源相线L的0-5V电压信号（可采用变比为100/2的电压互感器进行感应)，超过允许偏差±7﹪时，也即电源低于204.6或高于235.4时，稳压管Z1或Z2反向击穿，晶闸管VTL1触发导通，电压信号进入运算放大器AR1、电阻R3-电阻R5、电位器RW1、电容C2组成的积分放大电路积分，计算出输出一定时间的电压变化率对应的电压信号，积分时间常数由电阻R3、电容C2的值大小决定，为避免运算放大器AR1失调设置反馈电阻R5，电位器RW1反馈电位器，用于控制积分放大电路的放大倍数，计算出正或负的电压变化率对应的电压信号，之后经运算放大器AR2、二极管D1、D2组成的绝对值电路计算出正的电压信号，电压变化率正向增长且高于允许偏差±9﹪对应的电压时，也即电源低于200.2或高于239.8时，预测为故障，三极管Q1导通，一路触发继电器K1线圈得电，串在主电源相线L的常闭开关K1-1延时断开，常开开关K1-2闭合，另一路经电阻R7和电解电容E1组成的延时电路RC延时后触发三极管Q2导通，继电器K2线圈得电，串在备份电源相线L的常开开关K2-1延时闭合，包括稳压管Z1、Z2、晶闸管VTL1，稳压管Z2的正极、稳压管Z1的负极、晶闸管VTL1阳极均接收电压互感器感应的主电源中相线L上的电压，稳压管Z2的负极分别连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接接地电容C1的一端、稳压管Z1的正极晶闸管VTL1控制极、接地电阻R2的一端，晶闸管VTL1的控制极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接运算放大器AR1的同相输入端、电阻R5的一端、电容C2的一端，运算放大器AR1的反相输入端分别连接电阻R4的一端、电位器RW1的可调端，电阻R4的另一端、电位器RW1的左端连接地，运算放大器AR1的输出端分别连接电阻R5的另一端、电容C2的另一端、电位器RW1的右端、二极管D1的正极、二极管D2的负极，二极管D2的正极连接运算放大器AR2的同相输入端，运算放大器AR2的反相输入端分别连接运算放大器AR2的输出端、二极管D1的负极、三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极分别连接电阻R6的一端、电阻R7的一端，电阻R6的另一端分别连接继电器K1线圈一端、二极管D4的正极，继电器K1线圈另一端通过继电器K3的常闭触点K3-1和二极管D4的负极连接电源+5V，电阻R7的另一端分别连接三极管Q1的基极电解电容E1的正极，三极管Q2的集电极连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别连接继电器K2线圈一端、二极管D5的正极，继电器K2线圈另一端通过继电器K3的常闭触点K3-2和二极管D5的负极连接电源+5V。
实施例四，在实施例一的基础上，所述储荷泵电路在故障预测电路预测正常时或接受不到预测信号时，三极管Q5导通，允许变压器T1将主电源供电电压降压，经二极管D6整流后经导通的双向晶闸管VS1向电感L1、电阻R9、R10、R11和电容C4、C5、C6组成的储能电路充电，储存电能，双向晶闸管VS1的导通由电位器RP1采集储能电路的电能量，低于12V 的20﹪时，经反向击穿的稳压管Z3加到双向晶闸管VS1的控制极，双向晶闸管VS1触发导通，充电后电压经变压器T2、三极管Q6、Q7组成的升压电路转换为AC220V，经闭合的常闭开关K1-2、常闭开关K2-1、常闭开关K3-1向负载供电，也即在主电源故障发生时，为储荷泵电路为负载供电，备份电源启动之后，由本分电源为负载供电，包括降压变压器T1，降压变压器T1的初级分别连接主电源的相线L和零线N，降压变压器T1的次级一端连接三极管Q5的发射极，降压变压器T1的次级另一端通过电容C3连接地，三极管Q5的基极连接运算放大器AR2的输出端，三极管Q5的集电极连接双向晶闸管VS1的主电极2，双向晶闸管VS1的主电极1连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接电阻R9的一端、电阻R10的一端、电阻R11的一端，电阻R9、R10、电阻R11的另一端分别连接电容C4、C5、C6的一端，电容C4、C5、C6的另一端分别连接电位器RP1的上端、变压器T2的引脚2，电位器RP1的可调端分别连接接地电容C7的一端、稳压管Z3的负极，稳压管Z3的正极连接双向晶闸管VS1的控制极，电位器RP1的下端连接地，变压器T2的引脚1分别连接三极管Q6的集电极、电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接三极管Q7的基极，变压器T2的引脚3分别连接三极管Q7的集电极、电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接三极管Q6的基极，变压器T2的次级一端经依次连接的继电器K1常开触点K1-2、继电器K2常闭触点K2-1、继电器K3常闭触点K3-1和变压器T2的次级另一端为负载提供电源。
本发明具体使用时，电压互感器感应的主电源相线L的0-5V电压信号，超过允许偏差±7﹪时，也即电源低于204.6或高于235.4时，稳压管Z1或Z2反向击穿，晶闸管VTL1触发导通，电压信号进入运算放大器AR1、电阻R3-电阻R5、电位器RW1、电容C2组成的积分放大电路积分，计算出输出一定时间的电压变化率对应的电压信号，之后经运算放大器AR2、二极管D1、D2组成的绝对值电路计算出正的电压信号，电压变化率正向增长且高于允许偏差±9﹪对应的电压时，也即电源低于200.2或高于239.8时，预测为故障，三极管Q1导通，一路触发继电器K1线圈得电，串在主电源相线L的常闭开关K1-1延时断开，常开开关K1-2闭合，另一路经电阻R7和电解电容E1组成的延时电路RC延时后触发三极管Q2导通，继电器K2线圈得电，串在备份电源相线L的常开开关K2-1延时闭合，所述储荷泵电路在故障预测电路预测正常时或接受不到预测信号时，三极管Q5导通，允许变压器T1将主电源供电电压降压，经二极管D6整流后经导通的双向晶闸管VS1向电感L1、电阻R9、R10、R11和电容C4、C5、C6组成的储能电路充电，储存电能，双向晶闸管VS1的导通由电位器RP1采集储能电路的电能量，低于12V 的20﹪时，经反向击穿的稳压管Z3加到双向晶闸管VS1的控制极，双向晶闸管VS1触发导通，充电后电压经变压器T2、三极管Q6、Q7组成的升压电路转换为AC220V，经闭合的常闭开关K1-2、常闭开关K2-1、常闭开关K3-1向负载供电，也即在主电源故障预发生时，由储荷泵电路为负载供电，备份电源启动之后，由备份电源为负载供电，解决了电源切换存在时间间隔的问题，所述短路判定电路通过电流互感器TA1检测负载中流过的电流，经电阻R14转换为电压，高于短路电流对应的阈值电压（也即设备正常运行时额定电流的7倍）时，三极管Q3、Q4组成复合管导通，电压经电阻R17和电容C8延时后，触发晶闸管VTL2导通，继电器K3线圈得电，常闭触点K3-1、K3-2均断开，使主电源、备份电源、储荷泵电路均不向负载供电，解决了负载短路引起的电源故障的问题。
Claims (4)
1.一种电源安全保护系统，包括主电源、备份电源、负载，所述主电源和备份电源为冗余电源，实现主电源故障时，备份电源为负载供电，其特征在于，还设置故障预测电路、储荷泵电路、短路判定电路；
所述故障预测电路接收电压互感器感应的主电源相线L的电压信号，超过允许偏差±7﹪时，晶闸管VTL1触发导通，电压信号进入运算放大器AR1为核心的积分电路计算出电压变化率，电压变化率正向增长且高于允许偏差±9﹪对应的电压时，预测为故障，三极管Q1导通，一路触发继电器K1线圈得电，串在主电源相线L的常闭开关K1-1延时断开，常开开关K1-2闭合，另一路经RC延时后触发三极管Q2导通，继电器K2线圈得电，串在备份电源相线L的常开开关K2-1延时闭合；
所述储荷泵电路在故障预测电路预测正常时，三极管Q5导通，变压器T1将主电源供电电压降压，经二极管D6整流后经导通的双向晶闸管VS1向电感L1、电阻R9、R10、R11和电容C4、C5、C6组成的储能电路充电，储存电能，充电后电压经变压器T2、三极管Q6、Q7组成的升压电路转换为AC220V，经闭合的常闭开关K1-2、常闭开关K2-1、常闭开关K3-1向负载供电；
所述短路判定电路通过电流互感器TA1检测负载中流过的电流，经电阻R14转换为电压，高于短路电流对应的阈值电压时，三极管Q3、Q4组成复合管导通，电压经电阻R17和电容C8延时后，触发晶闸管VTL2导通，继电器K3线圈得电，常闭触点K3-1、K3-2均断开，使主电源、备份电源、储荷泵电路均不向负载供电。
2.如权利要求1所述一种电源安全保护系统，其特征在于，所述短路判定电路包括电流互感器TA1，电流互感器TA1的上端连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端分别连接电阻R15的一端、三极管Q4的基极、三极管Q3的集电极，三极管Q4的集电极连接电源+4.7V，三极管Q4的发射极分别连接三极管Q3的基极、电阻R16的一端、电阻R17的一端、电容C8的一端，电阻R16的另一端连接三极管Q3的发射极，电阻R17的另一端连接晶闸管VTL2的控制极，电流互感器TA1的下端、电阻R15的另一端、电容C8的另一端、晶闸管VTL2的阴极均连接地，晶闸管VTL2的阳极分别连接继电器K3线圈一端、二极管D3的正极，继电器K3线圈另一端、二极管D3的负极连接电源+12V，继电器K3常闭触点K3-1、常闭触点K3-3一端连接负载RL的一端，常闭触点K3-1、常闭触点K3-3的另一端分别经闭合的继电器K1常闭触点K1-1、继电器K2常闭触点K2-1连接熔断器RUZ1、RUB1的一端，熔断器RUZ1、RUB1的另一端连接主电源相线L、备份电源相线L，负载RL的另一端经闭合的继电器K1常闭触点K1-1A、继电器K2常闭触点K2-1A连接熔断器RUZ2、RUB2的一端，熔断器RUZ2、RUB2的另一端连接主电源相线N、备份电源相线N。
3.如权利要求1所述一种电源安全保护系统，其特征在于，所述故障预测电路包括稳压管Z1、Z2、晶闸管VTL1，稳压管Z2的正极、稳压管Z1的负极、晶闸管VTL1阳极均接收电压互感器感应的主电源中相线L上的电压，稳压管Z2的负极分别连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接接地电容C1的一端、稳压管Z1的正极晶闸管VTL1控制极、接地电阻R2的一端，晶闸管VTL1的控制极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接运算放大器AR1的同相输入端、电阻R5的一端、电容C2的一端，运算放大器AR1的反相输入端分别连接电阻R4的一端、电位器RW1的可调端，电阻R4的另一端、电位器RW1的左端连接地，运算放大器AR1的输出端分别连接电阻R5的另一端、电容C2的另一端、电位器RW1的右端、二极管D1的正极、二极管D2的负极，二极管D2的正极连接运算放大器AR2的同相输入端，运算放大器AR2的反相输入端分别连接运算放大器AR2的输出端、二极管D1的负极、三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极分别连接电阻R6的一端、电阻R7的一端，电阻R6的另一端分别连接继电器K1线圈一端、二极管D4的正极，继电器K1线圈另一端通过继电器K3的常闭触点K3-1和二极管D4的负极连接电源+5V，电阻R7的另一端分别连接三极管Q1的基极电解电容E1的正极，三极管Q2的集电极连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别连接继电器K2线圈一端、二极管D5的正极，继电器K2线圈另一端通过继电器K3的常闭触点K3-2和二极管D5的负极连接电源+5V。
4.如权利要求1所述一种电源安全保护系统，其特征在于，所述储荷泵电路包括降压变压器T1，降压变压器T1的初级分别连接主电源的相线L和零线N，降压变压器T1的次级一端连接三极管Q5的发射极，降压变压器T1的次级另一端通过电容C3连接地，三极管Q5的基极连接运算放大器AR2的输出端，三极管Q5的集电极连接双向晶闸管VS1的主电极2，双向晶闸管VS1的主电极1连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接电阻R9的一端、电阻R10的一端、电阻R11的一端，电阻R9、R10、电阻R11的另一端分别连接电容C4、C5、C6的一端，电容C4、C5、C6的另一端分别连接电位器RP1的上端、变压器T2的引脚2，电位器RP1的可调端分别连接接地电容C7的一端、稳压管Z3的负极，稳压管Z3的正极连接双向晶闸管VS1的控制极，电位器RP1的下端连接地，变压器T2的引脚1分别连接三极管Q6的集电极、电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接三极管Q7的基极，变压器T2的引脚3分别连接三极管Q7的集电极、电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接三极管Q6的基极，变压器T2的次级一端经依次连接的继电器K1常开触点K1-2、继电器K2常闭触点K2-1、继电器K3常闭触点K3-1和变压器T2的次级另一端为负载提供电源。
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