一种无缝切换各输入视频图像的装置的制作方法
专利名称一种无缝切换各输入视频图像的装置的制作方法
技术领域本实用新型涉及电子工程视频图像处理技术，特别是一种无缝切换各输入视频图 像的装置，属于视频图像处理技术领域。
背景技术目前，通常的视频处理器(或切换器)可以把不同类型或格式的视频图像经实时 图像处理后变成DVI或者其它视频信号以固定的格式进行输出，通常该视频输出被接到 IXD、DLP显示器或投影机，或LED显示屏上显示。现有技术中，通常的视频处理器在通道切 换的时候使用动态内存刷新技术，所以输出图像一般会出现短暂的黑屏或者其它不稳定现 象，从而影响显示效果。而目前，也有较专业的视频处理器(或切换器)能实现特定输入视 频间的无缝或淡入淡出的切换，但需预先设定参与无缝或淡入淡出切换的输入视频源，使 得操作使用很受局限。也有视频处理器(或切换器)能实现任意两输入视频间的无缝或 淡入淡出的切换，但其要求各输入视频为外同步模式，或仅支持少有的2-3种视频种类，如 CVBS视频、VGA等。
发明内容针对上述视频处理器(或切换器)的不足，本实用新型提出一种无缝切换各输入 视频图像的装置，其不仅能够支持多路不同种类和格式的视频输入，而且能够实现任意2 路输入视频源之间的无缝或淡入淡出切换效果。本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是一种无缝切换各输入视频图像的 装置，装置包括机箱和设置在机箱的处理电路，所述的处理电路包括视频选择模块、视频 处理模块、同步输出模块、系统控制模块及电源模块，所述的视频处理模块设有两个，分别 是视频处理模块A和视频处理模块B，视频信号输入视频选择模块，由视频选择模块进行选 择或分配后，分别输出给视频处理模块A和视频处理模块B ；同步输出模块包括主同步输出 模块和预监同步输出模块，视频处理模块A分别输出视频信号给主同步输出模块和预监同 步输出模块，视频处理模块B分别输出视频信号给主同步输出模块和预监同步输出模块， 系统控制模块控制其他模块工作，电源模块给系统中的各个模块供电。本实用新型解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括所述的视频选择模块包括CVBS选择部分、VGA选择部分、HDMI选择部分和SDI选 择部分，所述的CVBS选择部分和VGA选择部分采用N入二出的视频矩阵，CVBS选择部分 和VGA选择部分的输出端分别与两个视频处理模块连接，所述的HDMI选择部分的数据采用 HDMI DeMux分成两路，分别与两个视频处理模块连接，所述的HDMI选择部分的SCL和SDA 采用继电器或者双向电子开关分成两路，分别与两个视频处理模块连接，所述的SDI选择 部分采用SDI分配芯片将一路信号分配成二路信号，分别输出至两路视频处理模块。所述的视频处理模块，支持不同种类多种格式的视频输入；所述视频处理模块对 输入信号进行处理后，输出两路内容相同的TTL视频信号或者其它类型的视频信号。[0008]所述的系统控制模块采用一个或多个相互连接的MCU，系统控制模块可整合在任 何一个其它模块中，也可独立控制。本实用新型的有益效果是本实用新型结构简单，可通过本实用新型实现视频切 换时的无缝切换，显示效果好，能够实现任意两个不同通道画面之间平滑地切换，以及淡 入淡出的功能。下面将结合附图和具体实施方式
对本实用新型做进一步说明。附图说明
图1为本实用新型的系统框图。图2为本实用新型的视频通道切换示意图切换前状态。图3为本实用新型的视频通道切换示意图预监切换。图4为本实用新型的视频通道切换示意图主切换。图5为本实用新型的视频通道切换示意图切换后状态。图6为本实用新型的视频选择模块CVBS框图。图7为本实用新型的视频选择模块VGA框图。图8为本实用新型的视频选择模块HDMI 1/HDMI 2框图。图9为本实用新型的视频选择模块SDI框图。图10为本实用新型的视频处理模块硬件架构图。图11为本实用新型同步输出模块硬件架构图。
具体实施方式
本实施为本实用新型优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或 近似的，均在本实用新型保护范围之内。本实用新型主要包括机箱和设置在机箱内的处理电路，请参看附图1，处理电路包 括视频选择模块、视频处理模块、同步输出模块、系统控制模块及电源模块，视频处理模块 有两个，分别是视频处理模块A和视频处理模块B，视频信号由输入视频选择模块进行选择 或分配后，分别输出给两个视频处理模块；系统切换通道前(如图2)，视频处理模块A作为 主视频处理模块，负责主输出，视频处理模块B作为预监切换处理模块，负责预监切换，主 输出为主视频处理模块(视频处理模块A)输出的DATA_A_主，预监输出为主视频处理模块 (视频处理模块A)输出的DATA_A_预监，主输出和预监输出输出同样的图像；预监切换时 (如图3)，预监同步输出模块先将预监输出设定为视频处理模块B输出的DATA_B_预监，预 监切换处理模块(即视频处理模块B)进行通道切换，可在预监同步输出模块连接的显示设 备上看到预监切换处理模块(即视频处理模块B)动态内存刷新过程中的黑屏或其它非正 常图像，预监切换处理模块(即视频处理模块B)视频识别和处理完成后，在预监输出连接 的显示设备上能看到稳定的图像；主切换时(如图4)，由同步输出模块对两个视频处理模 块的输出视频图像信号进行同步处理，设定主输出为预监切换处理模块(即视频处理模块 B)输出的DATA_B_主；系统切换通道后(如图5)，视频处理模块B作为主视频处理模块，视 频处理模块A作为预监切换处理模块，准备做下一次的切换。主输出输出的始终是主视频 处理模块的图像，而利用预监切换处理模块进行通道切换，并且两个视频处理模块均支持多路不同种类和格式的视频输入，运用这种两个视频处理模块交替通道切换的方式以及强 大的视频处理技术，实现任意视频源之间的无缝或淡入淡出切换效果。系统控制模块控制 其他模块工作，电源模块给系统中的各个模块供电。(1)视频选择模块该模块具有视频选择器功能，主要用于选择各路视频信号，并 将视频信号提供给视频处理模块做视频处理。请参看附图6、附图7、附图8、附图9，视频 选择模块包括CVBS选择部分、VGA选择部分、HDMI选择部分和SDI选择部分，本实施例中， CVBS选择部分(如图6)采用2 的视频矩阵芯片(即二进二出的视频矩阵芯片)完成， 可将任意一路CVBS视频信号选通至任意一路视频处理模块。本实施例中，VGA选择部分 (如图7)采用8*8的视频矩阵芯片(即八进八出的视频矩阵芯片)完成，CVBS选择部分和 VGA选择部分的输出端分别与两个视频处理模块连接。HDMI选择部分(如图8)采用HDMI 分配芯片，本实施例中，HDMI分配芯片选用PERIC0M公司的PI3HDMI412AD，将数据分成两 路，HDMI的SCL和SDA引脚采用继电器或者双向电子开关分成两路，分别与两个视频处理模 块连接，由于HDMI的SCL和SDA引脚是双向通信，故用继电器或者电子双向开关实现。SDI 选择部分(如图9)直接用SDI分配器芯片，将1个SDI分为两个分别供给2个视频处理模 块，本实施例中，SDI分配器芯片使用GENNUM公司的GS^74。(2)视频处理模块主要用于将各种视频信号经过处理，转化为特定的输出信号， 并将该输出信号提供给同步输出模块。请参看附图10，本实施例中，视频处理模块采用视 频处理芯片进行处理，将各种视频信号转化为TTL视频信号或者其它类型的视频信号，视 频处理模块也负责亮度、对比度、色饱和度以及运动补偿等图像处理。本实施例中，视频处 理芯片采用ST公司生产的专用视频图像处理集成电路作为视频输入处理芯 片。型号的处理芯片可直接接收HDMI/DVI、VGA、CVBS(PAL/NTSC)等高清或 标清视频信号，而HDSDI/SDI数字高清视频信号则需要先经过GENNUM公司生产的型号为 GS^70的芯片解码后再传输至型号的处理芯片的DIGITAL INPUT接口。本 实施例中，型号的处理芯片以自同步方式工作，FLI32626H-BG型号的处理芯 片以19. 6608MHz晶体合成不同格式所需的图像像素时钟，以及对应该格式的行、场同步信 号。FLI32626H-BG型号的处理芯片输出图像数据以特定输出信号的方式供给给同步输出模 块进行处理和选择。(3)系统控制模块主要用于控制视频选择模块的视频选择，视频处理模块的通 道选择，以及同步模块的输出选择。本实施例中，系统控制模块的核心为MCU，也可采用多 MCU,通过一种特定的协议，实现各个模块之间的通信和控制，主要目的在于减少单个MCU 的处理负荷，简化控制逻辑。本实施例中，MCU选用NXP公司生产的型号为P89V51的单片 机，输入通道选择控制、按键解码以及按键面板上的液晶屏显等均由它处理。系统控制模块 运用现有技术中现有的某种协议对视频处理模块进行控制，以及数据回馈。系统控制模块 也对视频选择模块，同步输出模块进行控制，如输入选择，输出选择，淡入淡出处理等。(4)同步输出模块主要用于对视频处理模块的输出信号进行同步和选择，并转 换为DVI或者其它类型的视频信号。本实施例中，同步输出模块采用一个专用的视频处理 芯片对预切换通道和主通道输出的信号进行选择、淡入淡出处理，并将其转化为DVI或者 其它类型的视频信号输出。本实施例中，每个同步输出模块支持两路视频输入，一路作为 MAIN输入，另一路作为PIP输入，运用MAIN/PIP窗口可设置同样大小、可叠加、支持半透明/全透明的处理机制，实现无缝切换和淡入淡出。设同步输出模块的输出为C，MAIN为A， PIP为B，透明系数为β，贝iJC = A· β+Β· (1-β)，β从0变化为1，或者从1变化为0，最 终停留在1或者0;当β为0时，当前输出为PIP的图像，当β为1时，当前输出为MAIN的 图像；当β从0 1渐变时，当前输出从MAIN淡入，从PIP淡出，反之，当β从1 0渐变 时，当前输入从PIP淡入，从MAIN淡出；若β变化速度很快(跳变)时，则是无缝切换。本实用新型在使用时，视频信号由视频选择模块选择输入，经过两个视频处理模 块的视频识别和处理，分别输出两路不同的视频信号后，由同步输出模块选择主输出为哪 一路视频处理模块的视频信号；切换通道时，主输出输出的始终是主视频处理模块的图像， 利用预监切换处理模块进行通道切换，等待预监切换处理模块识别并处理信号后，通过同 步输出模块对两路经过处理的视频信号进行同步后，将主输出选通至该路视频处理模块的 视频通道。本实用新型结构简单，可通过本实用新型实现视频切换时的无缝切换，显示效果 好，能够实现任意两个不同通道画面之间平滑地切换，以及淡入淡出的功能。
权利要求1.一种无缝切换各输入视频图像的装置，其特征是所述的装置包括机箱和设置在机 箱的处理电路，所述的处理电路包括视频选择模块、视频处理模块、同步输出模块、系统控 制模块及电源模块，所述的视频处理模块设有两个，分别是视频处理模块A和视频处理模 块B，视频信号输入视频选择模块，由视频选择模块进行选择或分配后，分别输出给视频处 理模块A和视频处理模块B ；同步输出模块包括主同步输出模块和预监同步输出模块，视 频处理模块A分别输出视频信号给主同步输出模块和预监同步输出模块，视频处理模块B 分别输出视频信号给主同步输出模块和预监同步输出模块，系统控制模块控制其他模块工 作，电源模块给系统中的各个模块供电。
2.根据权利要求1所述的无缝切换各输入视频图像的装置，其特征是所述的视频选 择模块包括CVBS选择部分、VGA选择部分、HDMI选择部分和SDI选择部分，所述的CVBS选 择部分和VGA选择部分采用N入二出的视频矩阵，CVBS选择部分和VGA选择部分的输出端 分别与两个视频处理模块连接，所述的HDMI选择部分的数据采用HDMI DeMux分成两路，分 别与两个视频处理模块连接，所述的HDMI选择部分的SCL和SDA采用继电器或者双向电子 开关分成两路，分别与两个视频处理模块连接，所述的SDI选择部分采用SDI分配芯片将一 路信号分配成二路信号，分别输出至两路视频处理模块。
3.根据权利要求1所述的无缝切换各输入视频图像的装置，其特征是所述的视频处 理模块，支持不同种类多种格式的视频输入；所述视频处理模块对输入信号进行处理后，输 出两路内容相同的TTL视频信号或者其它类型的视频信号。
4.根据权利要求1所述的无缝切换各输入视频图像的装置，其特征是所述的系统控 制模块采用一个或多个相互连接的MCU，系统控制模块可整合在任何一个其它模块中，也可 独立控制。
专利摘要一种无缝切换各通道图像画面的装置，包括机箱和设置在机箱的处理电路，视频信号输入视频选择模块后，由视频选择模块分别输出给视频处理模块A和视频处理模块B，经过视频处理模块A和视频处理模块B的视频识别和处理后，视频处理模块A和视频处理模块B分别输出两路相同的视频信号给主同步输出模块和预监同步输出模块，由主同步输出模块和预监同步输出模块输出视频信号，系统控制模块控制其他模块工作，电源模块给系统中的各个模块供电。本实用新型结构简单，可通过本实用新型实现视频切换时的无缝切换，显示效果好，能够实现不同通道画面之间平滑地切换，以及淡入淡出的功能。
文档编号H04N5/268GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者周鹭飞, 曾建军 申请人:深圳市唯奥视讯技术有限公司电源：UPS“双总线输出”供电系统用负载自动切换开关(上)
> 电源：UPS“双总线输出”供电系统用负载自动切换开关(上)
电源：UPS“双总线输出”供电系统用负载自动切换开关(上)
摘要：统计资料显示，在信息网络机房中仅配置N+1冗余，并不能消除网络瘫痪故障.为确保为于互联网上的关键网络设备.如服务器的安全运行，有必要在双线路中配置，以便向各种网络设备提供信息网络级的优质.采用DSP全数字技术及多重冗余调控技术设计的，可使网络获得如下优点：消除&单点瓶颈&故障隐患，提高的可利用率，提高供电质量的&择优供电&功能;增网络设备运行的安全性的&故障隔离&保护功能等.本文详细地分析和讨论的型号、工作原理、执行安全切换操作的前提条件、工作模式、技术参数、选用主语事项及的设计方案。本文引用地址：叙词：负载自动切换开关　　&单点瓶颈&故障隐患　　择优供电　　故障隔离Abstract：The related statistics have shown thatN+1type of the parallel-redundant
system can not eliminate the failure of the network paralysis in the network room completely.In order to ensure reliable and safe operation or the key network equipments,such as servers,which are supplied by two or three independent power supplies,it is necessary that the dual-bus type of the parallel-redundant UPS system should be equipped with the automatic Static Transfer Switches(STS).Therefore,a variety of network equipments can be supplied by a so-calledinformation networklevel of high quality sources.Due to that new STS are designed and made by new DSP and multi-redundant logic control techiques,it can provide the following superiorities for network equipments:the eliminationg of single-pothe choose of higher quality of power supply from twothe isolatthe increase of the reliability and fault tolerance for UPS system and so on.The type of the load transfer switches,the operation and matters needing attention,the design schemes of the parallel-redundant UPS system with dual-bus type of output circuits are studied and analyzed in detailed.Keyword：automatic Static Transfer Switches(STS)1　配置负载自动切换开关的必要性当今的市场经济和社会活动对信息网络(互联网、电信网、工业自动化控制网、政府的电子政务网站等)的依赖程度是如此之高，那怕是仅几分钟的&网络瘫痪&就可能会给公司，企业及行政管理机构的销售，经营管理、社会生活的正常运行、声誉、及公众形象带来难以估量的损失。鉴于公众对&信息网络&的正常运营服务所期望的高度&时效性&，为此要求负责向它供电的UPS供电系统必须具有提供100%&高可利用率&的供电能力。目前，常采用的技术措施之一是：在各种重要的信息网络机房中、配置&N+1&型UPS冗余并机系统, 从而为确保各种网络设备能安全、可靠地处理/传输/存储数据和各种信息资料创造出优良的运行环境。多年来的运行实践证明：&N+1&UPS冗余并机系统具有如下技术优势：增强UPS供电系统的&容错&功能：在由&N+1&台UPS所构成的UPS冗余并机系统的运行中，如果其中某台UPS因故&出故障&时、剩下的N台UPS具有足够的&带载能力&向后接的网络设备提供纯洁的、稳压的UPS逆变器，从而确保各种网络设备的安全运行。这意味着：对于这样的带&容错&功能的UPS冗余供电系统而言，即使在遇到某台UPS因故出故障时，它仍能向它的负载提供具有100%&高可利用率&的高品质电源。提高UPS供电系统的可靠性：例如&1+1&并机系统的平均无故障工作时间(MTBF)是UPS单机6倍左右。如果再考虑到：当今的中、大型UPS的MTBF值已高达40-50万小时的话，&1+1&UPS冗余供电系统的MTBF值可达250万小时左右。同普通市电电源的99.9%的&可利用率&相比，它可将UPS供电系统的&可利用率&提高到99.99997%以上。由此可见：它对提高供电系统的可靠性的作用是多么的巨大。提高UPS供电系统的可维护性：它允许在UPS的逆变器电源供电的条件下、对位于UPS并机系统中的某台UPS单机执行&不带电&的定期维护/故障检修操作。尽管在配置&N+1&型UPS冗余并机系统后、可极大地改善信息网络的供电环境。然而，近年来对当今IDC机房的运行状况的调查发现：仅靠&N+1&型UPS冗余并机系统并不可能100%地确保在它的端、再也不会出现&停电&事故。相关的统计资料证明：由于UPS的机型选配不当或输入配电系统/配电系统的设计不当而造成在UPS冗余并机系统中、出现从几十毫秒到几秒的&短暂停电&或超过几分钟的&长时间停电&的事故仍然r有发生(注：发生这种故障的相对比例很低)。众所周知：在&信息网络&的运行中，如果遇到出现超过20毫秒以上的&瞬间供电中断&故障发生时，就可能会导致服务器、小型计算机、网关等网络设备出现&开机自检&误动作(此时的服务器会在瞬间&自动关机&后，在极短的时间内、自动执行重新&开机启动&操作。这样一来，它必然会导致信息网络的操作系统和用户的应用软件破坏及关键数据的丢失)，从而致使&网络瘫痪&事故发生。相关的统计资料证明：一旦出现这种局面，要使信息网络恢复正常工作、往往需&耗时&短则几十分钟、长则到几小时以上，从而致使&网络瘫痪&事故的影响面被急剧地扩大。例如：某电信公司的电信网络在运行中，因UPS供电系统出现约3秒的&短暂供电中断&而导致其计费系统及电话号码的自动查询等关键系统停止工作，从而造成高达数百万元的营运损失及用户的大量投诉。为消除这种不幸事故的发生、所用的有效技术途径之一是配置如图1所示的UPS&双输出&供电系统。图1：　UPS&双输出&冗余供电系统控制柜图从UPS-A和UPS-B两套UPS供电系统送出的两路交流电源负责向各种网络设备供电(注：在这里，UPS-A和B两套系统既可以是UPS单机、也可以是&N+1&型UPS冗余并机系统。在工作实践中，在重要的IDC机房中，常用&1+1&/&2+1& 型UPS冗余并机系统来作为它的网络设备的供电电源)。位于UPS&双总线输出&供电系统的输出端的网络设备可分为三大类：(a) 非关键性的设备(例：打印机、复印机及供浏览网络用的PC机等)：由于对非关键的设备而言，当因电源问题而造成它们发生&停止工作&的故障时，一般说来、它仅会给用户带来工作不便/工作时间的浪费的烦恼，并不会造成重大的经济损失。因此，仅向它们提供单路供电电源。(b) 用&1+1&式冗余供电的、带&双电源输入端&的关键的网络设备(例：服务器、磁盘阵列机、网关等)：对于带&双电源输入&的网络设备而言，从UPS-A和B的输出配电柜所输出的两路UPS电源被分别送到这种设备的两个输入端上。在这样的冗余式&双路交流电源&供电设计的条件下，当遇到某套UPS供电系统因故出现&停电&事故时，它也能确保这些IT设备的正常运行。通过对当今的信息网络机房的调查发现：因各类用户的网络设备的配置水平/更新的速度的不同、所用的&双电源输入&供电的网络设备在总网络设备的配置中所占的比例大约在30% 到90%之间(注：对于某些重要的服务器而言，它们甚至用&2+1&冗余式的&叁电源输入&供电设计方案)。(c) 带&单电源输入端&的关键的网络设备：为确保向位于&信息网络&中的关键&单电源输入&供电的网络设备提供365*24小时的高品质UPS电源，就需要配置一种&负载自动切换开关&(LTM：Load Transfer Module)。分别来自两套UPS并机系统A和B输出端的两路&逆变器电源&被送到&负载自动切换开关(LTM开关)&的两个输入端上。在此，用户可以通过调整它的系统参数设置的办法，将其中的一路UPS电源设置为&优先供电电源&、将另一路UPS电源设置为&备用电源&。正常工作时，&单电源输入&的负载同用户所指定的承担&优先供电&任务的UPS电源相接通。当这路&优先供电电源&因故&出故障&时，LTM开关将立即把用户的负载切换到处于正常工作状态下的&备用UPS逆变器电源&上。因此，利用这种&负载自动切换开关&就能消除可能出现在UPS并机系统的输出端与用户负载端之间的&单点瓶颈&故障隐患。这样一来，就能向用户的关键负载提供具有100%&高可利用率&供电特性的高品质的电源供应, 从而为&信息网络&能长期地、安全地和可靠地运行创造出优良的电源运行环境。有鉴于此，配置&负载自动切换开关&后、它将有助于UPS的输出线路能顺利地完成的如下调控任务：(1) 提高UPS供电系统的可利用率：它能消除从UPS输出配电柜到用户负载端之间所可能出现的&单点瓶颈&故障隐患，达到能最大限度地降低网络设备因&输入停电&而出现&网络瘫痪&故障的发生的几率的目的。(2) &择优供电&功能，提高UPS供电系统的供电质量：用户可以通过对输入到&负载自动切换开关&上的两路交流源的电压和频率设置&不同级别&的工作窗口大小的办法，将具有最高供电质量的那路UPS电源送到用户的负载上。(3) 提高UPS供电系统的可维护性：当某套UPS供电系统因故需要执行&停电&维护或检修时，可通过重新选择&优先供电电源&的办法、将用户的负载自动切换到原来的&备用电源&上，从而达到在继续向负载提供高品质的UPS逆变器电源的同时、将原来处于&优先供电电源&工作状态的那套UPS供电系统置于&停电&和&脱机&的工作状态之下，以便为操作人员提供一个执行安全维修/检修操作的优良工作环境。(4) 增强UPS供电系统的&故障隔离&功能：从上所述可知，造成&负载自动切换开关&执行切换操作的前提条件是：从&优先供电电源&送到LTM开关的输入端上的电源、一定是因故曾经出现过&停电&或&严重超限&事故。众所周知：能导致产生这种事故的原因、此时它所应执行的调控功能有：当承担&优先供电电源&任务的那套UPS电源因故出现&停电&、&严重过压/欠压&故障&时，对于设计合理的&负载自动切换开关&来说，要求它必须自动执行&先断后通&的快速切换操作、以便在确保后接的网络设备安全运行的同时、还能有效地防止上述故障从&优先供电电源&系统扩散到另一套处于正常工作状态下的&备用电源&供电系统上。当因故在&负载自动切换开关&的后接负载端出现&短路&/&严重过载&故障时，它不仅具备有&禁止切换&的保护功能。而且，还具备能承受往巨大的短路电流&冲击&的能力。这样一来，就能将短路故障的影响范围局限在最小范围之内,将可能造成的损失降低到最小的程度上。(5) 用模块化的标准设计、降低它的平均维修时间(MTTR)：鉴于&负载自动切换开关&是处于&上接&两路冗余输入电源、&下接&各种网络设备的枢纽供电位置上及重要的信息网络必须向用户提供365*24小时的不间断的互联网增值服务的实际需求，不仅将它的各个关键部件(例：&可控硅&切换模块、断路器开关部件)设计成允许值班人员执行&带电、热插拔&操作的模块化结构。而且，还用将&弱电&控制部件同&强电&切换部件进行彻底&电隔离&的机械设计方案，从而达到消除因&人为误操作&而导致诱发其它的灾难性的故障的发生的目的。2　负载自动切换开关(LTM开关)的型号目前在市场上销售的负载自动切换开关的品种，可大体分为三大类：a) 由可控硅所构成的三相、大功率STS静态开关(Static Transfer Switch)式的负载自动切换开关：其典型的标称输出电流有：60A、100A、160A、250A、400A、600A、800A、1000A和1200A的开关(注：少数厂家的STS产品是用在400V工作电压时的标称输出功率KVA来进行标注的);b) 由两组大功率的快速继电器构成的中功率、SS(SmartSwitch)智能式的负载自动切换开关(SS型开关)：它包括三相25A和50A的开关及单相16A、25A和50A的开关;c) 由一个中间继电器所组成的小功率冗余开关(Redundant Switch)式的负载自动切换开关：其品种为：单相10A、16A(注：这是60Hz时的参数。如果在50Hz下运行时，其额定工作电流仅为：8A、13A)。下面将以艾默生公司的STS型的静态开关为例，对三相、大功率的负载自动切换开关的工作特性进行分析和讨论。3　大功率STS型负载自动切换开关(LTM开关)的工作原理艾默生公司的STS-2型自动切换开关的控制框图被示于图2中。它是以&反向并联可控硅&为核心部件所组成的大功率的&静态开关&式的负载自动切换开关。有关它的各种工作特性将分析如下：3.1　STS型自动切换开关的主控切换通道：(1) 自动切换供电通道：由输入电源1、外置断路器开关Ka、断路器开关CB1、STS1和公用输出开关CB3组成它的第1条供电通道。由输入电源2、外置断路器开关Kb、断路器开关CB2、STS2和公用输出开关CB3组成其第2条供电通道。其中的STS1和STS2&静态开关&均是由反向并联的&SCR可控硅&来构成自动切换开关的&可控交流供电通道&。当我们将输入电源1和输入电源2分别选定为LTM开关的&优先供电电源&和&备用电源&时，在来自逻辑控制板的SCR的栅极触发信号的调控下，STS1和STS2将分别处于&导通&状态和&关断&状态。在此条件下，输入电源1就将通过Ka、CB1、STS1和CB3通道向后接负载供电。反之，如果将输入电源2选定为它的&优先供电电源&时、输入电2就将通过Kb、CB2、STS2和CB3供电通道向后接负载供电。(2) 维修旁路供电通道：它是由两组带二匙二锁的&机电互锁&功能的CB1、CB2、CB3、CB4和CB5等断路器开关所组成的两条维修旁路来组成的。设置维修旁路的目的是：() 确保LTM开关在连续地向后接的网络设备供电的条件下，能对它内部的&STS功率切换&部件或&断路器开关& 等部件执行&脱机&式的更换操作; ()防止因&误操作&而致使两路交流输入电源同时被&误接通&、并进而造成在它的输出端出现&停电& 等不幸事故的发生(注：为进一步提高LTM开关的&容错&功能，艾默生公司还能提供带双&公共输出开关&CB3和CB3A的产品)。(3) &热插拔&更换操作：为确保在向后接负载不间断地供电的条件下，能对&负载自动切换开关&执行&带电式&的&热插拔&操作。所有STS功率切换模块及断路器开关都用&可热插拔&的、模块化的设计方案。在此条件下，操作人员就可根据从它的LCD显示屏上所获得的故障信息、用&带电&式&热插拔&操作的办法、迅速和准确地更换掉相关的&有故障&的部件，从而达到缩短平均维修时间(MTTR)的目的。3.2 STS型负载自动切换开关的逻辑控制部件：为确保UPS双总线输出供电系统能获得&信息网络&级的高可靠性，在这种STS型负载自动切换开关的控制电路中用如下多重冗余设计方案来增强它的&容错&功能(见图3)：i. 用全数字的DSP调控技术及CANBUS数字通信技术,大大地提高它的调控精度和响应速度;ii.为确保DSP芯片和可控硅驱动电路能稳定和可靠地运行, 对负责向它供电的直流辅助电源用下述的多重冗余设计方案：()由两路具有平均无故障工作时间高达230万小时的&N+1&UPS冗余并机系统+EMC输入滤波器所组成的电路向两套具有&双路交流输入端&供电特性的直流辅助电源1和2提供冗余式的&净化&电源。()从两套冗余式的直流电源所输出的两路DC电源以&双母线&的形式向3个逻辑控制板及可控硅驱动板提供它们所需的控制电源;iii.为确保SCR型&可控硅功率模块&能准确无误地运行，由3块逻辑控制板来共同对它提供&2+1& 冗余式的&栅极触发&调控信号;iv.为确保LTM开关能准确无误地执行切换操作，对于它内部的&2+1& 冗余式的逻辑控制板来说，还对&负载自动切换开关&的两路输入电源和输出电源的如下运行参数、执行不间断的高精度的监控及数据样操作：相序、频率、相位差、快速&过压及欠压&(脉宽4ms的瞬态浪涌/电压下陷)、缓慢&过压及欠压&、峰值电流Ipk、KVA、KW、Pf、直流电源的冗余度、风扇的冗余度等。v.为提高LTM开关的可靠性，在它的所有的&弱电&逻辑控制部件同&强电&功率部件之间的机械设计上、都用&分开隔离安装&的配置方案。对于这样的LTM开关来说，只要有一路输入电源工作正常，位于它内部的所有&可维护的电气部件均可在向负载连续供电的条件下、执行热插拔式的&更换&操作。在此基础上，当今的STS型&负载自动切换开关&的平均无故障工作时间(MTBF)已高达100万小时以上。显然，这样的MTBF值是远高于当今UPS工业所制造出的UPS单机的MTBF值(40-50万小时)的。图三　带多重冗余设计的STS逻辑控制装置
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