一款控制模塊備用電源的設(shè)計(jì)

王霜++秦亞利

摘要：本文針對控制模塊設(shè)計(jì)了一款備用電源，該備用電源具有可充電、過欠壓檢測保護(hù)、光報(bào)警以及切換等功能，并基于Mulitisim10.0環(huán)境對該電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：備用電源 過欠壓檢測 Mulitisim

中圖分類號：TL503.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

1.引言

為了防止控制模塊的直流27V供電電源輸出出現(xiàn)異常時(shí)，對控制模塊造成的數(shù)據(jù)丟失、電子設(shè)備及后級負(fù)載的損害等問題，考慮一路備用電源是十分必要的[1]。本文中選用一款蓄電池作為備用電源，當(dāng)供電電源輸出出現(xiàn)中斷或異常時(shí)，蓄電池仍可以持續(xù)一定時(shí)間給控制模塊供電，既保證了控制模塊的數(shù)據(jù)不會丟失，同時(shí)減少了對電子設(shè)備及后級負(fù)載的影響。此外，備用電源要具有對蓄電池的充電功能，還要實(shí)現(xiàn)27V電源與蓄電池的切換功能，以及對蓄電池充放電的過欠壓檢測和對供電電源的異常檢測等保護(hù)功能。

2.工作原理

當(dāng)27V直流電源正常時(shí)，直接給控制模塊供電，同時(shí)給蓄電池組充電；當(dāng)27V直流電源異常時(shí)，切換電路將電路切換到蓄電池組供電。當(dāng)蓄電池組作為控制模塊供電電源時(shí)，必須實(shí)時(shí)監(jiān)測蓄電池組的放電電壓，當(dāng)電壓降到設(shè)定閾值時(shí)切斷電路，以免電池?fù)p壞。

在檢測電路中，必須達(dá)到以下效果：27V直流電源給蓄電池組充電正常時(shí)，發(fā)光二極管D7燈亮，直至充滿D7燈滅；27V直流電源異常時(shí)，電路切換到蓄電池供電，發(fā)光二極管D6開始閃亮，待蓄電池組放電至欠壓D6燈滅，進(jìn)行光報(bào)警，備用電路原理圖如圖1所示。

3.組成

本文設(shè)計(jì)中，備用電源主要由蓄電池組和監(jiān)測控制電路模塊兩大部分組成。其中，蓄電池組主要由兩個(gè)12V蓄電池串聯(lián)而成，監(jiān)測控制電路模塊主要由充電電路、欠壓檢測電路、過壓檢測電路以及切換電路等組成。備用電源原理框圖如圖2。

3.1蓄電池組

鉛酸蓄電池由于其制造成本低，容量大，價(jià)格低廉而得到廣泛的應(yīng)用[2]。但是，若使用不當(dāng)，其壽命將大大縮短。因此為有效延長蓄電池的使用壽命，在本電路中主要設(shè)計(jì)了對電池充放電時(shí)過欠壓的控制電路。

選取2塊免維護(hù)鉛酸蓄電池12V1.3AH/20HR串聯(lián)使用。蓄電池組放電時(shí)間按式（1）計(jì)算[3]。

Q ……………………………… （1）

式中：

Q——蓄電池容量（Ah）（取值1.3Ah）

K——安全系數(shù)（取值1.25）

I——負(fù)載電流（A）（取值0.4A）

T——放電小時(shí)數(shù)（h）

t——蓄電池最低環(huán)境溫度（℃）（取值15℃）

η——放電容量系數(shù)（取值0.76）

α——蓄電池放電溫度系數(shù)（取值0.008）

由式 （1）可得電池放電時(shí)間約為2h，滿足備用電源延時(shí)要求。

3.2監(jiān)測控制電路模塊

a）充電電路

備用電源電路原理圖如圖1所示， 27V直流電源由MOS管控制給蓄電池充電，在27V直流電源正常時(shí)，給控制模塊供電，同時(shí)蓄電池處于充電狀態(tài)，此時(shí)發(fā)光二極管D7燈亮，直至充滿D7燈滅。

b）電池欠壓監(jiān)測電路

在蓄電池正常工作一段時(shí)間后電池電壓下降，當(dāng)下降到保護(hù)值（電壓<20V）時(shí)，必須關(guān)閉電池供電電路，可能會影響電池壽命，甚至導(dǎo)致電池?fù)p壞。因此對電池電壓進(jìn)行監(jiān)測并采取相應(yīng)的保護(hù)措施是十分必要的。如圖1所示，放電欠壓終止由電壓比較器U1B控制，電阻R7、R8串聯(lián)采樣充電電壓接到比較器U1B的反相端，同向端接TL431提供2.5V的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)放電電壓低于20V時(shí)，U1B輸出高電平，Q1導(dǎo)通，繼電器（常開）斷開，蓄電池停止放電。

c）電池過壓監(jiān)測電路

充電過壓監(jiān)測是為了防止蓄電池過充，從而延長蓄電池壽命，同時(shí)也能防止過充造成不必要的危險(xiǎn)。如圖1所示，充電過壓（電壓﹥27.6V）終止由電壓比較器U1A控制，電阻R1、R2串聯(lián)采樣充電電壓接到比較器U1A的反相端，同向端由TL431提供2.5V的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)電池電壓高于27.6V時(shí)，比較器U1A輸出低電平，Q2截止，Q3導(dǎo)通，MOS管Q4關(guān)斷，電池停止充電。

d）切換電路

當(dāng)27V直流電源異常時(shí)，切換電路切換到蓄電池工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)不間斷供電。由于需要通過功率器件——繼電器來切換，而功率器件的切換是需要動作時(shí)間的，因此在本電路設(shè)計(jì)中，如圖1所示，對控制模塊電源輸入端并聯(lián)大電容來彌補(bǔ)切換中斷時(shí)間時(shí)的電源供電，從而確保控制模塊零中斷工作。

4.結(jié)束語

通過對控制模塊備用電源的合理設(shè)計(jì)，可完成備用蓄電池的充電、過欠壓監(jiān)測與光報(bào)警及其切換等功能，實(shí)現(xiàn)了對控制模塊的不間斷供電，提高了工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 殷小明.應(yīng)急電源與備用電源的設(shè)計(jì)[J]，現(xiàn)代建筑電氣，2012年04期

[2]吳浩亮，張明鋒，陳波等.中國鉛酸蓄電池行業(yè)現(xiàn)狀與展望[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2011年07期

[3]劉希禹.UPS鉛酸蓄電池容量的確定[J]，郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2015年12期