CN111030293A - 一种主备电源切换电路 - Google Patents

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刘成浩
李争光
李成阳
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Abstract

本发明公开了一种主备电源切换电路，包括为船舶整流发电机供电的直流输入主用电源U1和直流输入备用电源U2、对直流输入主用电源U1升压的第一Boost升压斩波电路、对直流输入备用电源U2升压的第二Boost升压斩波电路、逆流保护二极管D1～D4、滤波模块以及将直流输入转换为三相交流输出的逆变单元。两个Boost升压斩波电路采用闭环PID控制，控制第一Boost升压斩波电路的Boost支路输出电压U1'比第二Boost升压斩波电路的Boost支路输出电压U2'大2～10V。该电路可实现主用电源支路的优先选择和主备用电源间的自动切换；并且相比与传统采用断路器和继电器的电源切换电路，其采用电力电子器件进行切换，切换时间极短仅为μs级，可以保证电源切换过程中逆变侧输出不间断，实现无缝切换。

Description

一种主备电源切换电路
技术领域
本发明属电力电子领域，具体涉及一种主备电源切换电路。
背景技术
随着电力电子技术的日益进步发展，电力电子设备对供电的可靠性和稳定性要求也越来越严格。例如变频器、逆变电源等电力电子设备均要求由主用、备用两路电源供电以保证供电的安全可靠。
传统的主备电源切换电路采用断路器、继电器具有诸多弊端：
第一难以实现主用电源的优先选择以及主用、备用电源的自动切换；第二断路器的开通、关断时间较长，一般为ms级，这样在电源切换的过程中就无法维持输出的不间断；第三在电源切换过程中，由于主用、备用电源电压差值可能较大，因此对支撑电容的冲击电流较大，故可能击穿支撑电容；第四切换过程中断路器功耗较大且簧片切换过程中会产生电火花，有一定的危险性。
发明内容
本发明的目的是设计一种主备电源切换电路，以实现主用电源支路的优先选择和主备用电源间的自动切换，且在切换过程中可保持输出不间断。
本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：一种主备电源切换电路，包括为船舶整流发电机供电的直流输入主用电源U1、对直流输入主用电源U1升压的第一Boost升压斩波电路、对直流电滤波的滤波模块以及将直流输入转换为三相交流输出的逆变单元，还包括为船舶整流发电机供电的直流输入备用电源U2和对直流输入备用电源U2升压的第二Boost升压斩波电路，所述的滤波模块由共模电感、对地电容、差模电感以及支撑电容C组成，所述的第一Boost升压斩波电路由升压电感L1、开关管T1及其反并联二极管组成，所述的第二Boost升压斩波电路由升压电感L2、开关管T2及其反并联二极管组成，两个Boost升压斩波电路采用闭环PID控制，控制第一Boost升压斩波电路的Boost支路输出电压U1'比第二Boost升压斩波电路的Boost支路输出电压U2'大2～10V，当直流侧主用和备用电源的输入同时存在时，会优先选择主用电源支路进行供电；一旦主用电源失电，可以自动切换到备用电源支路进行供电，而当主用电源得电时，又可以自动切换回主用电源支路进行供电。
所述的一种主备电源切换电路，第一Boost升压斩波电路连接逆流保护二极管D1、D2后与滤波模块连接；第二Boost升压斩波电路连接逆流保护二极管D3、D4后与滤波模块连接，可以防止当输入直流侧发生短路时，设备向短路点馈送电流。
本发明的有益效果是：由于输入直流电压经过了Boost电路升压，所以逆变侧的交流输出电压不会欠压，逆变器也不会出现过调制的现象，可以优先选择主用电源进行供电并自动实现主用和备用电源的切换。
本发明电路采用两个Boost升压电路分别对直流侧主用和备用电源输入电压U1和U2进行升压，Boost电路采用闭环PID控制，并保证升压后主用电源所在Boost支路的输出电压U1'比备用电源所在Boost支路输出电压U2'高2～10V（二极管导通压降为0.7V，大于2V确保二极管可以导通，小于10V确保切换过程中对支撑电容的冲击小）。这样当主用和备用电源同时存在时，备用电源所在Boost电路的二极管会承受反压关断，由主用电源支路供电。
本发明电路自动实现主用电源和备用电源间切换时，切换过程完成所需时间极短，仅为μs级，可以保证在切换过程中输出不间断；在切换过程中，对直流母线支撑电容的冲击电流较小；当输入直流侧发生短路故障时，设备不会向短路点馈送电流；直流输入电压经过Boost电路升压后，逆变侧的交流输出电压不会欠压，逆变器也不会出现过调制现象；滤波模块可以抑制设备的共模、差模干扰，以满足设备的电磁兼容性要求。
附图说明
图1是本发明的电路拓扑图；
图2是本发明Boost升压斩波电路的闭环PID控制框图。
具体实施方式
下面以船舶应用场合为例结合附图对本发明作进一步详细说明。
参考图1所示，本发明的主用、备用电源输入均为船舶整流发电机供电，供电电压为350V～640V，采用两个Boost升压斩波电路分别将主、备用电源输入升压至660V和650V；第一Boost升压斩波电路和第二Boost升压斩波电路采用闭环PID控制，第一Boost升压斩波电路由升压电感L1、开关管T1及其反并联二极管组成，第二Boost升压斩波电路由升压电感L2、开关管T2及其反并联二极管组成，控制***框图参考图2所示。
当主用和备用电源同时存在时，由于主用电源所在Boost支路输出电压660V大于备用电源所在Boost支路输出电压650V，所以二极管D3、D4承受反压关断，由主用电源支路供电。
当主用电源掉电时，二极管D1、D2承受反压关断，可以自动切换到备用电源支路供电。
一旦主用电源得电时，二极管D3、D4再次承受反压关断，又能自动切换回主用电源支路供电。因为经过Boost电路升压后主用、备用电源所在支路输出电压的差值很小仅为10V，所以在整个切换过程中并不会对直流母线支撑电容带来很大的冲击电流，确保了支撑电容的安全性。
主用、备用电源所在的Boost电路正负母线上设有的二极管D1、D2、D3、D4，可以防止当直流输入侧发生短路时，设备向短路点馈送电流。
主用或备用电源所在的Boost电路输出的直流电经过由共模电感、对地电容、差模电感、支撑电容组成的滤波模块后，可以降低共模和差模干扰，满足设备的电磁兼容性要求。
该主备用电源切换电路采用电力电子器件完成电源切换，切换时间极短，仅为µs级，可以保证在整个电源切换的过程中，逆变侧输出不间断，做到无缝切换。直流侧输入电压经过升压后，逆变侧输出电压不会欠压，逆变器也不会出现过调制现象。
本发明切换电路可以优先选择主用电源支路进行供电，并自动实现主用电源和备用电源间的切换；在切换过程中，对支撑电容的冲击电流较小；当输入直流侧发生短路故障时，设备不会向短路点馈送电流。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种主备电源切换电路，其特征在于：包括为船舶整流发电机供电的直流输入主用电源U1、对直流输入主用电源U1升压的第一Boost升压斩波电路、对直流电滤波的滤波模块以及将直流输入转换为三相交流输出的逆变单元，还包括为船舶整流发电机供电的直流输入备用电源U2和对直流输入备用电源U2升压的第二Boost升压斩波电路，所述的滤波模块由共模电感、对地电容、差模电感以及支撑电容C组成，所述的第一Boost升压斩波电路由升压电感L1、开关管T1及其反并联二极管组成，所述的第二Boost升压斩波电路由升压电感L2、开关管T2及其反并联二极管组成，两个Boost升压斩波电路采用闭环PID控制，控制第一Boost升压斩波电路的Boost支路输出电压U1'比第二Boost升压斩波电路的Boost支路输出电压U2'大2～10V。
2.根据权利要求1所述的一种主备电源切换电路，其特征在于，所述的第一Boost升压斩波电路连接逆流保护二极管D1、D2后与滤波模块连接；所述的第二Boost升压斩波电路连接逆流保护二极管D3、D4后与滤波模块连接。
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