一种电源切换保障系统的制作方法

本实用新型涉及能源开发技术领域，特别涉及一种电源切换保障系统。

背景技术：

在煤炭开采过程中，需要时刻了解开采环境的安全状态，为人员及设备提供安全可靠的作业环境。目前常见的煤矿事故包括瓦斯爆炸和透水等，前者可以通过瓦斯传感器时刻监测空气中的瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到警戒值时通过报警等手段可以使管理人员及时采取应对手段。而后者则需要通过监测地下水中特定离子的浓度，来判断是否有可能或者已经发生了透水事故。

为了保障正常生产作业，需要连续不断的对水中的离子浓度进行监测。然而，煤矿中各种突发情况会威胁离子监测系统的正常工作，其中电源故障就是最大的威胁。为了解决这个问题，现有技术提出了具有备用电源的电源系统，即市电供应正常时使用市电，而在市电故障时，使用电池等本地电源供电，大大提高了离子监测系统的工作可靠性。

但是，当市电发生故障时，从市电切换至电池需要一定的时间，虽然这个时间比较短，但是这个短暂的时间足以使负载因电压降低而停止工作。在电池成功接入后，电压恢复，负载又开始正常工作。因此负载会经历从断电到通电的过程，这种段时间内的剧烈电压变化对负载的损伤很大，经历多次这种过程后极有可能使负载无法再继续工作，对生产造成较大损失。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种电源切换保障系统，用以解决现有技术中电源切换对负载造成影响较大的问题。

一方面，本实用新型实施例提供了一种电源切换保障系统，包括：交流-直流变换器、控制器、第一开关、第二开关、电容器、负载、电池和直流-直流转换器；

交流-直流变换器的输入端连接市电，输出端连接第一开关和控制器的输入端，控制器的控制端与第一开关和第二开关分别连接；

电容器与第一开关和第二开关分别连接，同时第一开关、第二开关和电容器也分别与负载连接；

电池的输出端与直流-直流转换器的输入端连接，直流-直流转换器的输出端与第二开关以及控制器的电源端分别连接。

在一种可能的实施方式中，电源切换保障系统，还可以包括：充电器，充电器的输入端与第一开关连接，输出端与电池的输入端连接。

在一种可能的实施方式中，控制器可以为单片机、可编程逻辑器件plc、微控制器mcu中的一种。

在一种可能的实施方式中，第一开关和第二开关均为电磁继电器。

在一种可能的实施方式中，负载为电磁阀、水泵、离子浓度传感器中的一种或多种。

本实用新型中的一种电源切换保障系统，具有以下优点：

1、通过电容器存储电能，在因市电故障而需要电源切换造成的断电时间中，电容器为负载提供短暂的电压，使负载能够较为稳定的过度至切换后的电源，保障负载的安全；

2、通过电容器过滤电源中的干扰以及波纹，提升电源品质。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中一种电源切换保障系统的组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

现有技术中，当市电发生故障需要切换至电池供电，或者市电恢复正常后需要切换至市电供电时，从开始切换到切换完成的过程中，市电和电池都没有被正常接入到负载，因此负载会因电压过低而停止工作，而在切换完成后电源恢复正常，负载又开始继续工作。这种短时间内的剧烈电压变化对负载的影响很严重，负载经历多次这种电压冲击后，工作状态将变得极不稳定，甚至无法继续正常工作。

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种电源切换保障系统，包括交流-直流变换器、控制器、第一开关、第二开关、电容器、负载和电池，控制器根据交流-直流变换器输出的电压控制第一开关和第二开关的通断状态，以使负载的电源在市电和电池之间切换，同时电容器使用交流-直流变换器输出的电源充电后，当负载无电源供应时由电容器为负载提供短暂的电压供给，使负载的电压不至于下降太多，提升负载的工作稳定性。

图1为本实用新型实施例提供的一种电源切换保障系统的组成。本实用新型实施例中提供的一种电源切换保障系统，包括：

交流-直流变换器110、控制器120、第一开关121、第二开关122、电容器130、负载140、电池160和直流-直流转换器161；

交流-直流变换器110的输入端连接市电100，输出端连接第一开关121和控制器120的输入端，控制器120的控制端与第一开关121和第二开关122分别连接；

电容器130与第一开关121和第二开关122分别连接，同时第一开关121、第二开关122和电容器130也分别与负载140连接；

电池160的输出端与直流-直流转换器161的输入端连接，直流-直流转换器161的输出端与第二开关122以及控制器120的电源端分别连接。

示例性地，交流-直流变换器110用于采用整流等技术将交流电形式的市电转换为一定电压的直流电，例如将220v的交流市电转换为24v、12v或者其他电压的直流电。

本实用新型实施例中，控制器120用于监测交流-直流变换器110输出的电压，当输出的电压达到或者超过设定的阈值，例如10v或者5v等，说明市电供应正常，此时控制器120控制第一开关121导通，同时控制第二开关122断开。在上述开关的通断状态下，由交流-直流变换器110输出的电源向负载140供电，即，此时由市电100供电。

当交流-直流变换器110输出的电压低于设定的阈值，说明市电供应异常，此时控制器120控制第一开关121断开，同时控制第二开关122导通。在这种开关通断状态下，由电池160输出的电源或通过直流-直流转换器161向负载140供电。

无论负载140的电源由市电100还是电池160提供，在负载140有正常电源供应时，电源都向电容器130充电。电容器130的充电过程分为两个阶段：暂态阶段和稳态阶段，暂态阶段的持续时间很短，在该阶段下电容器130的电压从零逐渐增大到充电电压，由于存在电荷的流动，因此也存在较大的电流。当电容器130上的电压达到充电电压后，即进入稳态阶段，稳态阶段下电荷停止流动，因而也就没有电流通过，因此稳态阶段下的电容器130在电路上相当于断路的电压源。一旦开始进行电源切换，在负载140无电源供应的间隙，电容器130利用其存储的电荷维持一定的电压输出，使负载140的电压不会迅速降低到零。

电池160输出的直流电电压比较高，例如48v或者24v等，而负载140需要的电压比较低，例如12v、5v或3.3v等，因此需要使用直流-直流转换器161将高电压的直流电转换为低电压的直流电，使负载140能够直接使用。同时，通过直流-直流转换器161转换得到的电压较低的直流电直接供应给控制器120，使控制器120在任何时刻都有电源供应，确保能够正常工作。

在一种可能的实施例中，电源切换保障系统，还可以包括：

充电器150，充电器150的输入端与第一开关121连接，输出端与电池160的输入端连接。

示例性地，电池160作为本地电源，其经过使用后，必然会导致电量下降。为了确保后续电源供应能够正常进行，当市电100接通后即通过充电器150向电池160充电。充电器150的作用是将交流-直流变换器110输出的电压转换为与电池160输入匹配的电压，以对电池160进行恒流和恒压充电。

在一种可能的实施例中，控制器120的输入端连接交流-直流变换器110的输出端，控制器120可以为：单片机、可编程逻辑器件plc、微控制器mcu中的一种。

示例性地，控制器120内部预先写入了控制程序，控制程序用于判断当前监测到的交流-直流变换器110输出电压是否达到或者超过设定的阈值，并根据判断结果确定对第一开关121和第二开关122的控制操作。

具体地，当控制器120为单片机时，其可以使用at89c51、at89c52、stc89c51、stc89c52系列单片机，当控制器120为可编程逻辑器件plc时，其可以使用三菱fx1s、fx1n、fx2n、fx3u或者相似性能的西门子plc，当控制器120为微控制器mcu时，其可以使用意法半导体stm32l0、stm32l1、stm32l4以及stm32f系列的mcu。

在一种可能的实施例中，第一开关121和第二开关122均为电磁继电器。

示例性地，电磁继电器具有电源输入端、电源输出端和控制端，电源输入端和电源输出端作为开关的两端，分别接输入和输出的电源，控制端与控制器120连接，控制端在控制器120的控制下改变电源输入端和电源输出端的通断状态，起到对电源接入的控制作用。

在一种可能的实施例中，负载140为电磁阀、水泵、离子浓度传感器中的一种或多种。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。