專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可分時(shí)上電的電源分配單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)控制技術(shù)，具體地說(shuō)是一種以單片機(jī)作為邏輯控制 中心，實(shí)現(xiàn)了具有分時(shí)上電功能的電源分配單元。
(二)
背景技術(shù)：
電源分配技術(shù)幾乎可以應(yīng)用于需要電能的所有領(lǐng)域。在民用場(chǎng)合，由于 負(fù)載的數(shù)量一般都不多，功率也不會(huì)很大，電源分配方式的重要性就被忽略
了，無(wú)論如何分配對(duì)用戶(hù)的使用都不會(huì)有明顯的影響；而在工業(yè)應(yīng)用環(huán)境 中，往往伴隨著大量設(shè)備的集中使用，功率也較高，能否有效地進(jìn)行電源分 配，關(guān)系到設(shè)備和應(yīng)用的安全。
當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)啟動(dòng)電流，依據(jù)負(fù)載的不同，這個(gè)啟動(dòng) 電流的大小也不同，通常為設(shè)備額定電流的3 10倍，而該電流的持續(xù)時(shí)間也 不同，有些極短，有些可達(dá)1 2S。這就產(chǎn)生了問(wèn)題，若有許多設(shè)備在相對(duì)集 中的時(shí)間內(nèi)同時(shí)啟動(dòng)，就會(huì)在瞬間產(chǎn)生巨大的電流，不但可能損傷甚至燒毀 供電設(shè)備，還會(huì)使電網(wǎng)產(chǎn)生大的波動(dòng)。
現(xiàn)有的電源分配器往往使用手動(dòng)操作的方式控制負(fù)載設(shè)備的上電，這在 操作大量設(shè)備時(shí)就比較繁瑣，不但浪費(fèi)時(shí)間，還容易出錯(cuò)；有的電源分配器 甚至手動(dòng)控制都不具備，接上負(fù)載后即直接供電，更是無(wú)法保障負(fù)載分時(shí)啟 動(dòng)的要求，容易造成供電設(shè)備的損壞，對(duì)電網(wǎng)形成沖擊；由于普遍不具備內(nèi) 嵌軟件，上電的策略受硬件條件制約，十分單一。綜合各種條件，開(kāi)發(fā)一種 智能化的電源分配單元是十分必要的。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自動(dòng)化程度高、安 全可靠的可分時(shí)上電的電源分配單元。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是-
一種可分時(shí)上電的電源分配單元，包括包括電源插排、邏輯控制單元、 輸入端子連接器和AC-DC轉(zhuǎn)換電路，輸入端子連接器連接總電源，為電源分 配器提供全部功率，電源插排和邏輯控制單元之間以信號(hào)排線相連，AD-DC
轉(zhuǎn)換電路以開(kāi)關(guān)電源的方式將交流220V電壓變換為5V TTL直流電壓并提供 給邏輯控制單元，邏輯控制單元根據(jù)設(shè)定的上電順序?qū)﹄娫床迮胖械母鱾€(gè)插 座進(jìn)行分時(shí)自動(dòng)上電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源分配器的沖擊電流保護(hù)，提高其可靠性。
上述輸入端子連接器連接總電源，為電源分配器提供全部功率。其線徑由 電源分配器能提供的最大負(fù)載功率決定。設(shè)每位插座的額定負(fù)載為i安培，則輸 入端子連接器至少可承受NXMXi安培的電流。在火線回路上串接一個(gè)熔斷 器，為電源分配器提供過(guò)流保護(hù)。AD-DC轉(zhuǎn)換電路以開(kāi)關(guān)電源的方式將交流 220V電壓變換為5V直流電壓和24V直流電壓，分別提供給邏輯控制單元和電源 插排中的開(kāi)關(guān)繼電器。
上述電源插排和邏輯控制單元之間以信號(hào)排線相連，并被封裝在一個(gè)屏蔽 良好的金屬殼體中，金屬殼體與插排的接地端子相連。電源插排可有N個(gè)輸出 插座組，每組具有M個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)輸出插座，共可提供NXM位輸出。N》l， M >4。每一位插座由其對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)電路控制其接通與斷開(kāi)。開(kāi)關(guān)電路由單節(jié)點(diǎn) 繼電器與RC電弧吸收回路組成。繼電器通過(guò)控制火線回路的通斷來(lái)控制插座是 否供電，RC電弧吸收回路可以去除繼電器干結(jié)點(diǎn)的打火現(xiàn)象，提高繼電器使用 壽命。
上述邏輯控制單元采用單片機(jī)作為延時(shí)輸出邏輯的控制器，以高精度的晶 振作為時(shí)間基準(zhǔn)。由'增'、'減'按鈕+LED數(shù)碼管顯示構(gòu)成用戶(hù)設(shè)定延時(shí) 時(shí)間的交互界面。邏輯控制單元設(shè)有NXM位撥碼開(kāi)關(guān)，由用戶(hù)選擇每位插座 是否供電。單片機(jī)通過(guò)IO口采集用戶(hù)的時(shí)間設(shè)定和輸出設(shè)定，在內(nèi)部定時(shí)器的 計(jì)時(shí)控制下，以一定的時(shí)間間隔向開(kāi)關(guān)電路的繼電器發(fā)送控制信號(hào)，達(dá)到限制 電源分配器瞬間啟動(dòng)總電流、提高設(shè)備可靠性的作用。同時(shí)，控制單元對(duì)負(fù)載 電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)采用電流互感器將電源分配器的總負(fù)載電流變換為mA級(jí)的可 測(cè)電流，在電流互感器的輸出端進(jìn)行電阻取樣而變換成電壓。該電壓經(jīng)過(guò)放大 調(diào)理、AD采樣和數(shù)值換算后得到顯示值，并通過(guò)LED驅(qū)動(dòng)電路送往LED數(shù)碼管 顯示。
上述邏輯控制單元提供對(duì)電源插排的每組輸出插座的延時(shí)設(shè)定面板，可 以對(duì)各組輸出插座分別設(shè)定上電時(shí)間，并控制各組中每一位輸出插座的上電 與否；邏輯控制單元還提供每一位插座的輸出狀態(tài)的LED燈指示及電源分配 器的總負(fù)載電流顯示。
本發(fā)明的一種可分時(shí)上電的電源分配單元與現(xiàn)有技術(shù)相比，所產(chǎn)生的有益
效果是-
1) 本發(fā)明采用單片機(jī)作為延時(shí)輸出邏輯的控制器，通過(guò)采集控制面板上的 延時(shí)設(shè)定，從而達(dá)到分別控制每位插座的開(kāi)關(guān)電路，對(duì)其進(jìn)行精確的分時(shí)上電 的作用。
2) 本發(fā)明還可以對(duì)總負(fù)載電流進(jìn)行測(cè)量和顯示，并提供過(guò)流保護(hù)。
3) 本發(fā)明解決了工業(yè)應(yīng)用中多負(fù)載同時(shí)上電造成的瞬間電流過(guò)大，引起設(shè) 備損壞和電網(wǎng)波動(dòng)的問(wèn)題，提高了設(shè)備的可靠性和安全性。
(四)


附圖l為本發(fā)明的電源分配單元的結(jié)構(gòu)框圖； 附圖2為本發(fā)明的電源分配單元的內(nèi)部連接關(guān)系圖； 附圖3為本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電路的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖4為本發(fā)明的邏輯控制單元的結(jié)構(gòu)示意附圖5為本發(fā)明的程序控制流程圖。
圖中，1、電源插排，2、邏輯控制單元，3、輸入端子連接器，4、 AD-DC轉(zhuǎn)換電路。
(五)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖1一5對(duì)本發(fā)明的一種可分時(shí)上電的電源分配單元作以下詳 細(xì)地說(shuō)明。
如附圖1所示，本發(fā)明的一種可分時(shí)上電的電源分配單元,其結(jié)構(gòu)包括電 源插排l、邏輯控制單元2、輸入端子連接器3和AC-DC轉(zhuǎn)換電路4，由輸入端 子連接器3連接總電源，為電源分配器提供全部功率，電源插排l和邏輯控制 單元2之間以信號(hào)排線相連，AD-DC轉(zhuǎn)換電路4以開(kāi)關(guān)電源的方式將交流 220V電壓變換為5VTTL直流電壓并提供給邏輯控制單元2，邏輯控制單元2 根據(jù)設(shè)定的上電順序?qū)﹄娫床迮舕中的各個(gè)插座進(jìn)行分時(shí)自動(dòng)上電，實(shí)現(xiàn)對(duì) 電源分配器的沖擊電流保護(hù)，提高其可靠性。設(shè)備電源取自墻體AC220V插 座，此電源一方面供給負(fù)載使用，另一方面輸入AC-DC轉(zhuǎn)換電路模塊，經(jīng)變 換產(chǎn)生5V和24V直流電壓。其中5V電壓提供給邏輯控制單元，24V電壓供給 電源插排中的開(kāi)關(guān)電路。邏輯控制單元輸出控制信號(hào)到電源插排，控制開(kāi)關(guān) 電路的通斷，從而接通或斷開(kāi)負(fù)載。
如附圖2所示，電源插排由多位輸出插座組成，各插座的零線N和地線G 各自互相聯(lián)通，僅火線L由開(kāi)關(guān)電路斷開(kāi)，受到邏輯控制單元2的信號(hào)控制。
如附圖3所示，開(kāi)關(guān)電路的主要部件是一個(gè)單刀單擲的繼電器，24V供 電，單片機(jī)輸出的控制信號(hào)控制線圈的電流，進(jìn)而控制觸點(diǎn)的開(kāi)閉。由于 5VTTL芯片的扇入電流有限，不足以驅(qū)動(dòng)繼電器線圈，因此加入一個(gè)三極 管放大電路進(jìn)行電流放大。此外，繼電器觸點(diǎn)接通的是火線與負(fù)載，220V 的高壓使繼電器觸點(diǎn)在閉合與斷開(kāi)時(shí)常會(huì)出現(xiàn)電弧和打火現(xiàn)象，這使觸點(diǎn)產(chǎn) 生高溫，降低了繼電器的使用壽命。為此，觸點(diǎn)兩端并聯(lián)了RC電弧吸收回 路，減弱甚至消除電弧，以保證使用安全。
如附圖4所示，電源分配單元的邏輯控制芯片為單片機(jī)AT89S52，外接 陶瓷晶體Y1與內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)，此時(shí)鐘信號(hào)也是定時(shí) 的基準(zhǔn)。采用帶地址選擇的鎖存器74HC259，鎖存輸出到繼電器的控制信 號(hào)。74HC259帶有8位輸出，因此最多可以控制8個(gè)開(kāi)關(guān)繼電器；A15 A13為 單片機(jī)的高3位地址線，用來(lái)選擇鎖存器8個(gè)輸出中的一個(gè)(因此74HC259也 是一個(gè)分配器)。如當(dāng)A15 A13為000時(shí)，選擇OUT0操作，當(dāng)A15 A13為 lll時(shí)即選擇OUTl操作；CTR為單片機(jī)的某一位數(shù)據(jù)線，即由該信號(hào)控制由 A15 A13選擇的繼電器。A15 A13在不同的時(shí)間選擇不同的繼電器，由此實(shí) 現(xiàn)了電源分配單元的分時(shí)上電功能。圖3所示為邏輯控制單元對(duì)輸出插排中 的一組插座進(jìn)行控制的情形，當(dāng)系統(tǒng)要進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)(即需要控制多組插座 時(shí))，只需要擴(kuò)展74HC259的數(shù)量，并增加參與譯碼的地址線的數(shù)量即可實(shí) 現(xiàn)。LED0 LED7為繼電器輸出狀態(tài)指示燈，當(dāng)CTR輸出O時(shí)，相應(yīng)繼電器閉 合，指示燈點(diǎn)亮；當(dāng)CTR輸出1時(shí)，相應(yīng)繼電器斷開(kāi)，指示燈滅。
定時(shí)設(shè)置面板可以定制順序上電的延時(shí)時(shí)間，由'增，、'減'兩個(gè)按 鍵和一個(gè)7段數(shù)碼管組成。數(shù)碼管顯示當(dāng)前延時(shí)設(shè)定值，系統(tǒng)默認(rèn)為2s，可 設(shè)置范圍是0 8s。 8位撥碼開(kāi)關(guān)用來(lái)使能和禁止開(kāi)關(guān)繼電器的輸出，優(yōu)先級(jí) 最高，延時(shí)設(shè)定對(duì)被禁止的繼電器無(wú)效。
邏輯控制單元提供負(fù)載電流監(jiān)測(cè)由于流過(guò)火線的電流通常為數(shù)A至數(shù) 十A，不可能直接進(jìn)行檢測(cè)和量化，因此通常要進(jìn)行縮小的處理。利用電磁 感應(yīng)原理，使火線電流經(jīng)過(guò)一個(gè)電流互感器，互感器的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈 有固定的匝數(shù)比，通過(guò)電磁感應(yīng)，就達(dá)到了電氣隔離和比例縮小的效果，轉(zhuǎn) 化為mA級(jí)微弱電流。再經(jīng)過(guò)后級(jí)的精密電阻取樣，轉(zhuǎn)換成mV級(jí)別的微小電 壓，該電壓經(jīng)過(guò)放大器OP97調(diào)理后，輸入3位半數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器ICL7107， 7107可直接驅(qū)動(dòng)7段數(shù)碼管。
如附圖5所示，程序開(kāi)啟一個(gè)50ms的定時(shí)中斷，作為系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)時(shí)的最 小單元，中斷服務(wù)程序(ISR)中設(shè)置計(jì)數(shù)器進(jìn)行時(shí)間累加。同時(shí)，在該定 時(shí)中斷中進(jìn)行撥碼和按鍵的檢測(cè)，并進(jìn)行去抖處理，以增加按鍵的抗干擾性 能。由于按鍵的抖動(dòng)時(shí)間在10 20ms左右，因此在相鄰的兩個(gè)50ms內(nèi)若讀取 的按鍵值一致，則認(rèn)為是穩(wěn)定鍵值。同時(shí)，對(duì)相鄰兩個(gè)穩(wěn)定鍵值進(jìn)行比較， 若一致，則說(shuō)明沒(méi)有按鍵按下，若不同，則說(shuō)明有新的按鍵操作，并置相應(yīng) 標(biāo)志位。主程序是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，根據(jù)按鍵的檢測(cè)結(jié)果不斷的相端口輸出控 制信號(hào)，從而達(dá)到控制的實(shí)時(shí)性。
根據(jù)不同的控制策略，本發(fā)明可以有不同的實(shí)施方式，這里說(shuō)明的是其 中的一種實(shí)施方式，即所有N組插座按位逐次上電的實(shí)施方式。其他控制策 略和實(shí)施方式要依據(jù)應(yīng)用的不同而選擇。
權(quán)利要求
1.一種可分時(shí)上電的電源分配單元，包括電源插排(1)、邏輯控制單元(2)、輸入端子連接器(3)和AC-DC轉(zhuǎn)換電路(4)，其特征在于，輸入端子連接器(3)連接總電源，為電源分配器提供全部功率，電源插排(1)和邏輯控制單元(2)之間以信號(hào)排線相連，AD-DC轉(zhuǎn)換電路(4)以開(kāi)關(guān)電源的方式將交流220V電壓變換為5V TTL直流電壓并提供給邏輯控制單元(2)，邏輯控制單元(2)根據(jù)設(shè)定的上電順序?qū)﹄娫床迮?1)中的各個(gè)插座進(jìn)行分時(shí)自動(dòng)上電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源分配器的沖擊電流保護(hù)，提高其可靠性。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種可分時(shí)上電的電源分配單元，其特征在 于，電源插排O)有N個(gè)輸出插座組，每組具有M個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)輸出插座，共 可提供NXM位輸出，每一位插座由其對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)電路控制其接通與斷開(kāi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可分時(shí)上電的電源分配單元，其特征在 于，開(kāi)關(guān)電路由單節(jié)點(diǎn)繼電器與RC電弧吸收回路組成，繼電器通過(guò)控制火 線回路的通斷來(lái)控制插座是否供電，RC電弧吸收回路可以去除繼電器干結(jié) 點(diǎn)的打火現(xiàn)象，提高繼電器使用壽命。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種可分時(shí)上電的電源分配單元，其特征在 于，邏輯控制單元(2)提供對(duì)電源插排(1)的每組輸出插座的延時(shí)設(shè)定面 板，可以對(duì)各組輸出插座分別設(shè)定上電時(shí)間，并控制各組中每一位輸出插座 的上電與否；邏輯控制單元(2)還提供每一位插座的輸出狀態(tài)的LED燈指 示及電源分配器的總負(fù)載電流顯示。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種可分時(shí)上電的電源分配單元，其特征 在于，邏輯控制單元(2)采用單片機(jī)作為延時(shí)輸出邏輯的控制器，以高精 度的晶振作為時(shí)間基準(zhǔn)；由'增'、'減'按鈕+LED數(shù)碼管顯示構(gòu)成用戶(hù) 設(shè)定延時(shí)時(shí)間的交互界面；邏輯控制單元(2)設(shè)有NXM位撥碼開(kāi)關(guān)，由用 戶(hù)選擇每位插座是否供電；單片機(jī)通過(guò)IO口采集用戶(hù)的時(shí)間設(shè)定和輸出設(shè) 定，在內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)時(shí)控制下，以一定的時(shí)間間隔向開(kāi)關(guān)電路的繼電器發(fā) 送控制信號(hào)，達(dá)到限制電源分配器瞬間啟動(dòng)總電流、提高設(shè)備可靠性的作 用。
于，輸入端子連接器(3)的線徑由電源分配器能提供的最大負(fù)載功率決 定，設(shè)每位插座的額定負(fù)載為i安培，則輸入端子連接器(3)至少承受NX MXi安培的電流。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種可分時(shí)上電的電源分配單元，其特征在 于，采用電流互感器(CT)將電源分配器的總負(fù)載電流變換為mA級(jí)的可測(cè) 電流，在電流互感器的輸出端進(jìn)行電阻取樣，進(jìn)一步變換成電壓；該電壓經(jīng) 過(guò)放大調(diào)理、AD采樣和數(shù)值換算后得到顯示值，并通過(guò)LED驅(qū)動(dòng)電路送往 LED數(shù)碼管顯示。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電源分配單元，其特征在于，在火線回路上串 接有熔斷器(FU)，為電源分配器提供過(guò)流保護(hù)，提高設(shè)備安全性。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種可分時(shí)上電的電源分配單元，其特征在 于，電源插排(1)和邏輯控制單元(2)封裝在一個(gè)屏蔽良好的金屬殼體 中，金屬殼體與電源插排(1)的接地端子相連。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可分時(shí)上電的電源分配單元，屬于工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)包括電源插排、邏輯控制單元、輸入端子連接器和AC-DC轉(zhuǎn)換電路，輸入端子連接器連接總電源，為電源分配器提供全部功率，電源插排和邏輯控制單元之間以信號(hào)排線相連，AD-DC轉(zhuǎn)換電路以開(kāi)關(guān)電源的方式將交流220V電壓變換為5V TTL直流電壓并提供給邏輯控制單元，設(shè)備采用單片機(jī)作為延時(shí)輸出邏輯的控制器，通過(guò)采集控制面板上的延時(shí)設(shè)定，從而達(dá)到分別控制每位插座的開(kāi)關(guān)電路，對(duì)其進(jìn)行精確的分時(shí)上電的作用。設(shè)備還可以對(duì)總負(fù)載電流進(jìn)行測(cè)量和顯示，并提供過(guò)流保護(hù)。本發(fā)明解決了工業(yè)應(yīng)用中多負(fù)載同時(shí)上電造成的瞬間電流過(guò)大，引起設(shè)備損壞和電網(wǎng)波動(dòng)的問(wèn)題，提高了設(shè)備的可靠性和安全性。
文檔編號(hào)G05B19/04GK101369136SQ20081014029
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者超 李, 王守昊 申請(qǐng)人:浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司