一种单相小容量双电源快速转换开关的制作方法

本实用新型涉及一种单相小容量双电源快速转换开关，尤其是一种采用继电器作为电源转换开关元件，内部由单片机进行检测和控制的双电源快速转换开关，本实用新型属于低压电器和电力配电领域。

背景技术：

目前的重要用电负荷均采用双路电源供电，一路断电时转换到另一路电源上保证供电不中断，对于重要的电子用电设备，如运行重要程序的电脑、工控机、交换机、DCS、重要场所的照明等等，其直接使用电源都是单相220V交流电源，其不仅要求电源能够自动转换，还要求电源转换的时间非常短，否则短暂的断电会使这些重要的电子用电设备的工作停止，一但这些电子用电设备停止工作，就会造成很大的损失，虽然目前双电源自动转换开关产品很多，但绝大多数是机械式的三相的大容量转换开关产品，这类产品的转换时间比较长，一般在0.1秒到数秒之间，在电源转换时，会有一个短暂的断电时间，电子用电设备其允许的电源中断时间应该在10毫秒以内，只有电源转换的时间在10 毫秒以内，才能确保重要的电子设备不中断。而目前常见的机械式三相的大容量转换开关产品最短0.1秒的转换时间显然是不能满足重要电子用电设备的供电不中断的要求的。

目前虽然有采用晶闸管作为电源转换开关元件的静态双电源自动转换开关，这类开关的电源转换速度比较快，可以达到10毫秒以内，电源转换时电子用电设备供电不中断，但这类开关采用的晶闸管是一种电力半导体器件，其抗过电压过电流的能力比较弱，晶闸管容易损坏，而且电路比较复杂，价格高，由于要考虑晶闸管的散热问题，其体积也是比较大的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于设计一种体积小价格低的单相小容量双电源快速转换开关，其转换时间在10毫秒以内，能达到在电源转换时，电子用电设备供电不中断的要求。

本实用新型是这样实现的：转换用电负荷的开关采用目前常见的继电器，继电器是一种常见的电器元件，其触点容量从数安培到数十安培，可以满足小容量电子用电设备负荷电流的要求，而且继电器的触头动作距离短，配合合适的驱动电路，能使继电器的触头的动作速度加快，能够达到10毫秒的动作时间，满足重要电子用电设备在电源转换时不中断的目的。

本实用新型由壳体和一块装在壳体内的线路板组成，线路板上的电路由出线端子、继电器、检测、光耦、单片机控制、继电器驱动电路、电源共七部分组成。

出线端子是本开关和外电路的连接器，共有六只接线端子，分别是常用电源 L、常用电源N、输出L、输出N、备用电源L、备用电源N。本开关内的继电器共有两只，分别是L线转换继电器、N线转换继电器。其中常用电源L接到L线转换继电器常闭触点的静触头端，备用电源L接到L线转换继电器的常开触点的静触头端，输出L接到L线转换继电器的动触头端。常用电源N接到N线转换继电器常闭触点的静触头端，备用电源N接到N线转换继电器的常开触点的静触头端，输出N接到N线转换继电器的动触头端。

检测电路一端接常用电源L和常用电源N，另一端接光耦。光耦是一种靠光来隔离电路，同时又能传输信号的器件，其作用是隔离检测电路和单片机电路，使两路电源能够完全隔离，同时又把检测电路检测到的常用电源状况的信号传输给单片机。光耦的一端接检测电路，另一端接单片机。

单片机控制电路是本开关的核心，其作用是接收到光耦传来的常用电源的信号，经过控制软件的判断后，发出指令给继电器驱动电路，驱动继电器吸合或者释放，完成电源转换的功能。

继电器驱动电路，其作用是驱动继电器吸合或释放，其依靠电源部分提供的继电器驱动电源，在接收到单片机发出的吸合或释放指令后，完成继电器的吸合或释放。继电器驱动电路由储能电容C、三极管Q、保护电阻R组成，储能电容C接到继电器驱动电源的两端，其作用是储存电荷能量，在继电器吸合的瞬间提供大的电流加快继电器吸合动作的速度，缩短继电器吸合的时间。两只继电器的线圈串联，一端接到继电器驱动电源端，另一端接到三极管Q的集电极，三极管Q的基级接单片机电路，接收单片机发出的指令信号，三极管Q的发射极接地。保护电阻R一端接三极管Q的集电极，另一端接三极管Q的发射极，保护电阻R的作用是在继电器释放时，为继电器线圈储存的能量释放提供一个通路，保护三极管Q不至于被继电器线圈断电时产生的高电压击穿。

电源一端接出线端子上备用电源L、备用电源N，另一端输出两路电源，一路电压较高电流小的直流电源输出，接至继电器驱动电路，为继电器吸合提供电源，另一路电压较低的直流稳定电源接至单片机电路，为单片机工作提供电源。

本实用新型的工作原理是：外部电路中的两路电源常用电源和备用电源，接到出线端子相对应的接线端，用电负载接到出线端子上输出接线端。当常用电源正常时，常用电源通过检测电路，将常用电源电压信号转化为小电压信号，通过光耦，将信号传输给单片机，单片机内部程序的工作流程是一个循环检测并执行相应操作的流程，单片机检测到常用电源电压正常后，就发出继电器不动作的指令，继电器驱动电路接到此指令后，三极管Q截止，无电流流过三极管Q的集电极，串联在三极管Q集电极回路里的两个继电器的线圈没有大电流流过，继电器不动作，由于三极管Q集电极和发射极之间并联了一只电阻R，使得即使三极管Q截止时也会有一个电流流过继电器的线圈，但是该电流数值很小，达不到继电器吸合的最小电流，所以继电器不会吸合。常用电源通过继电器的触点，接通到出线端子上的输出端上，接在该端子上的用电负载得电工作。

当常用电源电压过低或者失电时，通过检测电路，单片机检测到常用电源电压过低或者失电，单片机内部程序的工作流程是一个循环检测并执行相应操作的流程，单片机检测到常用电源电压异常后，就发出继电器动作的指令，继电器驱动电路接到此指令后，三极管Q导通，电流流过三极管Q的集电极，串联在三极管Q集电极回路里的两个继电器的线圈也有电流流过，继电器吸合，备用电源通过继电器的触点，接通到出线端子上的输出端上，接在该端子上的用电负载得电工作。

继电器驱动电路的工作原理是：在继电器不动作的时候，此时三极管Q截止，电源输出一个电压高电流小的直流继电器驱动电源给储能电容C充电，储能电容C两端会产生一个远高于两只继电器额定工作电压的直流电压，储能电容C 两端的电压通过两个继电器的线圈和保护电阻R，有一个泄放电流，此电流的存在，能使储能电容C两端的电压不至于太高，保护储能电容C不会损坏，在单片机发出继电器吸合的指令时，三极管Q导通，储能电容C两端的电压通过两个继电器的线圈和三极管Q，对地有一个大电流的释放，此电流使两只继电器快速动作吸合，因为大电流的时间很短，继电器的线圈不会损坏，而又能实现继电器快速动作的目的，随着储能电容C中电荷的释放，储能电容C两端电压迅速下降，继电器线圈中的电流减小，达到稳定状态时，继电器线圈中流过的电流恰好能使继电器保持吸合不释放，这样既能使继电器快速吸合，又能使继电器在吸合保持状态时电流较小，减少继电器线圈的发热。

本实用新型的有益效果是，采用继电器这种价格低容量大的常见元器件，由单片机作为检测和控制的核心，采用具有创新的电容储能继电器驱动电路，加快了继电器吸合速度，实现了两路电源转换时间小于10毫秒，两路电源转换时重要电子设备不中断供电的目的，为用户的重要电子设备供电，提供了一种价格低效果好的实现方案。

附图说明

附图1为本实用新型的外型图

图中：1.常用电源L，2.常用电源N，3.输出L，4.输出N，5.备用电源L， 6.备用电源N，7.出线端子，8.备用电源指示灯，9.备用电源投入指示灯，10. 常用电源投入指示灯，11.常用电源指示灯。

附图2为本实用新型的内部线路板方框图

图中：1.常用电源L，2.常用电源N，3.输出L，4.输出N，5.备用电源L， 6.备用电源N，7.出线端子，12.N线转换继电器，13.三极管Q，14.电阻R，15. 继电器驱动电路，16.电源，17.继电器驱动电源，18.工作电源，19.单片机控制，20.光耦，21.检测，22.储能电容C，23.L线转换继电器，24.继电器。

具体实施方式

在图1中，本实用新型所述的一种单相小容量双电源快速转换开关，安装在一个方型的壳体中，上部有六只出线端子(7)，分别是常用电源L(1)、常用电源N(2)、输出L(3)、输出N(4)、备用电源L(5)、备用电源N(6)，壳体面板左侧上有四个指示灯，分别是常用电源指示灯(11)、常用电源投入指示灯 (10)、备用电源指示灯(8)、备用电源投入指示灯(9)。

在图2中，本实用新型所述的一种单相小容量双电源快速转换开关，其内部电路板由出线端子(7)、继电器(24)、检测(21)、光耦(20)、单片机控制(19)、继电器驱动电路(15)、电源(16)共七部分组成。

出线端子(7)是本开关和外电路的连接器，共有六只接线端子，分别是常用电源L(1)、常用电源N(2)、输出L(3)、输出N(4)、备用电源L(5)、备用电源N(6)。本开关内的继电器(24)共有两只，分别是L线转换继电器(23)、 N线转换继电器(12)。其中常用电源L(1)接到L线转换继电器(23)常闭触点的静触头端，备用电源L(5)接到L线转换继电器(23)的常开触点的静触头端，输出L(3)接到L线转换继电器(23)的动触头端。常用电源N(2)接到N线转换继电器(12)常闭触点的静触头端，备用电源N(6)接到N线转换继电器(12)的常开触点的静触头端，输出N(4)接到N线转换继电器(12) 的动触头端。

检测(21)电路一端接常用电源L(1)和常用电源N(2)，另一端接光耦(20)。光耦(20)一端接检测(21)电路，另一端接单片机控制(19)电路。单片机控制电路(19)是本开关的核心，其接收光耦(20)传来的常用电源电压信号，做出判断后，发出指令给继电器驱动电路(15)，继电器驱动电路(15)驱动继电器(24)吸合或释放，完成两路电源的转换。继电器驱动电路(15)由储能电容C(22)、三极管Q(13)、保护电阻R(14)组成，储能电容C(22)接到继电器驱动电源(17)的两端，其作用是储存电荷能量，在继电器吸合的瞬间提供大的电流加快继电器(24)吸合动作的速度，缩短继电器(24)吸合的时间。L线转换继电器(23)的线圈和N线转换继电器(12)的线圈串联，一端接到继电器驱动电源(17)，另一端接到三极管Q(13)的集电极，三极管Q(13) 的基级接单片机控制(19)电路，接收单片机发出的指令信号，三极管Q(13) 的发射极接地，保护电阻R(14)一端接三极管Q(13)的集电极，另一端接三极管Q(13)的发射极。

电源(16)一端接出线端子上备用电源L(5)、备用电源N(6)，另一端输出两路电源，一路为继电器驱动电源(17)，接至继电器驱动电路(15)，为继电器(24)吸合提供电源，另一路为工作电源(18)，接至单片机控制(19)电路。