一款控制模塊備用電源的設計

王霜++秦亞利

摘要：本文針對控制模塊設計了一款備用電源，該備用電源具有可充電、過欠壓檢測保護、光報警以及切換等功能，并基于Mulitisim10.0環境對該電路設計進行了仿真驗證。

關鍵詞：備用電源 過欠壓檢測 Mulitisim

中圖分類號：TL503.5 文獻標識碼：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供電電源輸出出現異常時，對控制模塊造成的數據丟失、電子設備及后級負載的損害等問題，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，當供電電源輸出出現中斷或異常時，蓄電池仍可以持續一定時間給控制模塊供電，既保證了控制模塊的數據不會丟失，同時減少了對電子設備及后級負載的影響。此外，備用電源要具有對蓄電池的充電功能，還要實現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功能。

2.工作原理

當27V直流電源正常時，直接給控制模塊供電，同時給蓄電池組充電；當27V直流電源異常時，切換電路將電路切換到蓄電池組供電。當蓄電池組作為控制模塊供電電源時，必須實時監測蓄電池組的放電電壓，當電壓降到設定閾值時切斷電路，以免電池損壞。

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

3.組成

本文設計中，備用電源主要由蓄電池組和監測控制電路模塊兩大部分組成。其中，蓄電池組主要由兩個12V蓄電池串聯而成，監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，價格低廉而得到廣泛的應用[2]。但是，若使用不當，其壽命將大大縮短。因此為有效延長蓄電池的使用壽命，在本電路中主要設計了對電池充放電時過欠壓的控制電路。

選取2塊免維護鉛酸蓄電池12V1.3AH/20HR串聯使用。蓄電池組放電時間按式（1）計算[3]。

Q ……………………………… （1）

式中：

Q——蓄電池容量（Ah）（取值1.3Ah）

K——安全系數（取值1.25）

I——負載電流（A）（取值0.4A）

T——放電小時數（h）

t——蓄電池最低環境溫度（℃）（取值15℃）

η——放電容量系數（取值0.76）

α——蓄電池放電溫度系數（取值0.008）

由式 （1）可得電池放電時間約為2h，滿足備用電源延時要求。

3.2監測控制電路模塊

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，給控制模塊供電，同時蓄電池處于充電狀態，此時發光二極管D7燈亮，直至充滿D7燈滅。

b）電池欠壓監測電路

在蓄電池正常工作一段時間后電池電壓下降，當下降到保護值（電壓<20V）時，必須關閉電池供電電路，可能會影響電池壽命，甚至導致電池損壞。因此對電池電壓進行監測并采取相應的保護措施是十分必要的。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的基準電壓，當放電電壓低于20V時，U1B輸出高電平，Q1導通，繼電器（常開）斷開，蓄電池停止放電。

c）電池過壓監測電路

充電過壓監測是為了防止蓄電池過充，從而延長蓄電池壽命，同時也能防止過充造成不必要的危險。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的基準電壓，當電池電壓高于27.6V時，比較器U1A輸出低電平，Q2截止，Q3導通，MOS管Q4關斷，電池停止充電。

d）切換電路

當27V直流電源異常時，切換電路切換到蓄電池工作狀態，實現不間斷供電。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間的，因此在本電路設計中，如圖1所示，對控制模塊電源輸入端并聯大電容來彌補切換中斷時間時的電源供電，從而確保控制模塊零中斷工作。

4.結束語

通過對控制模塊備用電源的合理設計，可完成備用蓄電池的充電、過欠壓監測與光報警及其切換等功能，實現了對控制模塊的不間斷供電，提高了工作效率。

參考文獻

[1] 殷小明.應急電源與備用電源的設計[J]，現代建筑電氣，2012年04期

[2]吳浩亮，張明鋒，陳波等.中國鉛酸蓄電池行業現狀與展望[J].工程建設與設計，2011年07期

[3]劉希禹.UPS鉛酸蓄電池容量的確定[J]，郵電設計技術，2015年12期