[发明专利]后备式交流电源智能无缝切换系统

说明书

技术领域：

本发明与应急电源有关，特别涉及后备式交流电源切换装置。

技术背景：

随着电力电子技术的快速发展。后备式交流电源大量应用于工农业生产等各个方面。同时负载对后备电源的供电可靠性和切换快速性也提出更高要求。

中国专利申请号为：201020239289.X的实用新型专利公开了一种快速切换应急电源，包括控制器、逆变器、充电器、电池组、互投装置和可控硅快速切换装置，切换时间维持在5ms内。

但是现有交流后备式电源切换技术中，由于跟踪性能差，检测反应时间迟缓，开关时间长，切换时间较长，无法满足敏感性负载要求，应用受到极大的限制。例如在特种设备、医疗救护系统、保障通信设备、金融服务器等设备的后备供电系统对应急电源供电电源的切换时间要求都十分严格，一般在1.5-3ms之间，若切换时间过长则会发生设备数据丢失甚至故障停机产生重大不良后果。

同时，在主电源与后备电源切换过程中，需要保证后备电源输出电压相位频率与主电源同步，否则容易产生环流，对后备电源产生损害。而在线式不间断电源UPS虽然可以满足无缝切换，由于切换电路复杂，存在使用寿命短，成本高的问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种切换电路结构简单，成本低，使用寿命长，切换过程中负载供电平滑过渡，切换时间短的后备式交流电源智能无缝切换系统。

本发明是这样实现的：

本发明后备式交流电源智能无缝切换系统，负载分别通过第一、二防倒灌切换单元与主电源第一、二输出端连接负载，分别通过第三、四防倒灌切换单元与后备电源第一、二输出端连接，第一、三防倒灌切换单元相连接，第二、四防倒灌切换单元相连接，控制单元与驱动单元连接，驱动单元分别与各防倒灌切换单元连接，负载电流过零检测电路有电流霍尔传感器接入负载电路，其输出经电阻、电容和放大器组成的调理电路后再经反馈放大及零电平比较后输出脉冲波数字信号到控制单元，主电源电压采样及过零检测电路端子的第一、二接口分别接主电源的第一、二输出端N₁、L₁，输入电压经电阻按比例降压，电容滤波，一路经过零检测电路接控制单元，另一路电压信号经放大后接控制单元，后备电源电压采样电路端子的第一、二接口分别接后备电源的第一、二输出端N₂、L₂，电压信号通过电阻按比例降压，电容滤波，经第一放大器按比例缩小，再经第二放大器接控制单元，控制单元连接后备电源驱动单元，后备电源驱动单元连接后备电源逆变电路单元的开关器件T₁、T₂、T₃、T₄，开关器件输出经过第一、二结点Ta、Tb连接后备电源LCL滤波电路，经过滤波后连接到后备电源的第一、二输出端N₂、L₂。

防倒灌切换单元和开关器件T₁、T₂、T₃、T₄由一只绝缘栅双级型晶体管IGBT与一只反并联二级管组成，防倒灌切换单元的绝缘栅双级型晶体管的门极与驱动单元连接，其集电极与二极管负极连接，其发射极与二极管正极连接，集电极与负载相连，发射极与主电源或后备电源连接，第一、三防倒灌单元的二极管的负极相连，第二、四防倒灌单元的二级管负极相连，开关器件的门极与后备电源驱动单元连接，第一、三开关器件的发射极与二极管正极、后备电源正极，后备电源第二输出端连接，第二、四开关器件的发射极分别经第一、二结点Ta，Tb与第一、三开关器件的集电极连接，第二、四开关器件的集电极与后备电源负极结点Tb和后备电源第一输出端N₂连接。

驱动单元，后备电源驱动的单元为集成块M57962L，控制单元为集成块TMS2000LF2407。

控制单元连接后备电源逆变电路单元，通过控制程序调整后备电输出电压相位、幅值与频率，过程为：控制单元输出设定好相位、频率和幅值信息的正弦脉宽调制信号SPWM，输出至后备电源驱动单元，后备电源驱动单元驱动后备电源逆变电路单元的开关器件T₁、T₂、T₃、T₄按照正弦脉宽调制信号进行开关动作，输出逆变波形，经过后备电源LCL滤波电路滤波后连接到后备电源的第一、二输出端N₂、L₂。

主电源和后备电源的切换流程如下：