双路电源切换方案
系统的安全可靠性主要依赖于系统硬件和软件的稳定可靠性,其中硬件可靠性很大程度上受到系统供电的影响,因此如何做到可靠的电源设计,对系统的稳定可靠性有很大的影响。
随着电子环境的恶劣,人们逐步在寻找实现电源稳定可靠的方法,采用双套电源供电,一旦一套电源出现问题,另一套电源马上工作,保持设备连续正常工作。切换时间是设计的难点,有些环境要求系统不允许重启,需要数据的同步,必须保证切换时间小于系统重启时间。
本文基于以上考虑,介绍两种方案,一种是利用交流接触器实现双路电源切换的方法,该方法使用场合为工业环境,在有UPS供电场合使用效果较好,一般大部分时间都是UPS供电,在UPS故障时给出相应报警,提示维护人员进行维修,目前这种实现UPS供电与市电供电之间切换的方法已经在现场使用。一种是利用小型继电器实现,实现电源的无缝切换,保证系统连续正常运行。
硬件电路
利用交流接触器实现切换
该系统主要有交流接触器、带按钮指示灯、接线端子等组成。交流接触器采用西门子公司的3TD44 02-OXMO,该接触器用于控制三相电动机的正反转,正反转互相制约,满足安全需要。带按钮指示灯采用施耐德公司的带常闭按钮指示灯,实现手动切换需要。接线端子采用大电流引线端子,满足系统配线的需要。
系统硬件电路主要有:主回路、报警回路、采集回路等。
主回路
主回路(见图2)主要有接触器的接点组成,该接触器有一组常闭触点和一组常开触点组成,通过线圈回路进行相互制约,实现互锁。
线圈回路(见图3)连接原理如下:图中按钮均为常闭按钮,当按钮按下时,按钮所在的回路断开,同时另一回路导通,实现手动切换。或者当一路电源故障时,该路接点断开,而另一回路自动吸起导通,实现自动切换。
报警回路
报警回路(图4)主要是提示维护人员维护的,当UPS电源出现问题时,提示UPS维修。利用接触器接点构成报警回路。
采集回路
采集回路(图5)主要是使系统具有自诊断能力,发现问题,在上位机操作界面给出相应报警提示。采用“双采”原理,即对接触器的常开、常闭触点都进行采集,增加系统的安全性。
经过硬件测试,在切换时间小于30ms时,系统不重启,大于30ms系统可能重启。该电路可以实现带电切换的需要,在负载为220V/8A时,切换时间为10ms左右,系统运行正常。缺点是当一路断电时切换时间较长,约80ms,系统重启。该电路适合对电源要求较高,允许系统重启,没有数据交换同步场合。
利用小型继电器实现电源切换
下面介绍另外一种方法,用小型继电器(793-P-1C-S-24V)实现电源的切换,该继电器为UPS上切换的继电器,直流24V控制接点的导通闭合,有一组常闭接点和一组常开接点。1、8是线圈,2、7直连,3、6直连,4、5直连,2、3是常闭接点,3、4是常开接点。
经过测试线圈吸起电压在负载为220V/5A时吸起时间为10ms,这样可以通过对输出电压的采样,一旦发现输出有异常,由CPU发出切换指令,使另一路电源导通,并提示维护人员进行维修。程序运行时间都在微秒级,因此切换时间会远小于30ms,保证系统连续正常运行。
采样电路可以采用精度较高的电压传感器进行采样,传感器前端增加限流电阻,后经滤波处理给CPU,CPU控制继电器的吸起和落下。
本方法是采用小电压控制大电压的方法,通过小电压(24V)使继电器动作,大电压(220V)通过继电器的接点构成回路。
系统方案优缺点
上面介绍的两种方案均实现了双路电源的自动切换,每种方案都有各自的优点和缺点,方案一适用在大功率场合,采用机械和电气互锁原理,实现双路的切换,利用电路技术和机械技术实现安全切换。方案二采用单片机技术对小型继电器进行控制,利用程序判断实时采集电源输出状态,一旦发现异常,即发出指令,将电源切换至备用电源上,提示维护人员进行维修检查。
方案一实现对电路的直接控制,切换时间较长(80ms左右),有可能会出现系统重启,造成短时中断,适用于加电自动进入系统,不需要操作及初始化的系统,如:应急照明、监控系统、安防设备等,方案二实现对电路间接控制,低压信号对高压信号进行控制,适用于功率不太高的场合(2kw以内)。
结语
利用继电器实现双路电源的切换,初步应用在系统中,工作正常。利用继电器实现电源切换,安全可靠。
- 基于实时时钟芯片X1228的电源控制器设计(03-14)
- 基于P87LPC764型单片机延时型漏电继电器(06-08)
- 基于工作站的直流操作电源综合监控系统的研制(06-24)
- 自动跟踪太阳光伏发电设备控制器的设计(06-22)
- 电力系统中0.38kV系统控制电源控制方式选择(07-11)
- 基于DSP的单相精密电源硬件设计(07-24)