探討一種新型消防應急電源的設計方法

張金貴

摘要：消防應急電源是消防應急系統的重要組成部分，設計了一種成本低、性能穩定、能耗低的應急電源。應急電源在市電正常時，對市電進行濾波，市電切斷時，由電池對用電設備供電，應急切換時間在4ms之內。電池放電有自動模式、手動模式和強制模式。具有完善的電池充放電管理，恒流恒壓兩段式充電方式，過放電切斷保護等功能。具有過流保護、短路保護、電池欠壓保護、電池防反接保護、接地保護等功能，可自恢復供電。

關鍵詞：消防應急電源;DC-DC變化器;雙向;軟開關

隨著我國經濟的發展，城鎮人口密度越來越大，頻發的火災給國家和人員生命安全造成了巨大的損失。消防應急電源是消防設施備用電源和應急照明疏散指示必不可少的裝備，在消防滅火和疏散逃生中起著舉足輕重的作用。但是，目前消防應急電源因性能不穩定而出現故障無法正常工作的現象時有發生，因此設計一款性能穩定的應急電源迫在眉睫。

1? 硬件設計

1.1? 電源內部原理

電源內部原理見圖1。

1.2? 功能簡述

當220VAC供電時，220V通過AC-DC1轉換，經過切換電路控制直接給負載供電;220V通過AC-DC2轉換，給DC-DC和電源信息采集電路供電，同時給電池充電;

當220VAC斷電時，經過切換電路控制將電池組的直流電源給負載、電源信息采集電路和DC-DC應急供電。當220V重新供電時，切換電路立即停止電池組應急供電，此時由220V通過AC-DC1轉換，經過切換電路控制直接給負載供電，通過AC-DC2轉換，給DC-DC和電源信息采集電路供電，給電池充電。

2? 產品性能

本產品可工作溫度：0℃～40℃，濕度：≤95RH（40℃），

交流輸入電壓：AC端為187～242V，46～63Hz，輸出兩路電壓24V、輸出電流分別為40A和2A。本產品性能有下列特點：

①符合《消防應急照明和疏散指示系統》中對應急照明集中電源的要求[1]。

②滿足雷擊浪涌、靜電放電、電快速瞬變脈沖群干擾、傳導輻射、交流電源周波跌落和瞬間掉電等實驗要求。

③良好的耐候性和絕緣安全性，滿足絕緣耐壓和濕熱實驗的要求[2]。

④狀態指示有主電、充電、故障、應急四個狀態指示信號。

3? 保護功能

本產品保護功能體現在以下幾點：

①長期過流、短路保護功能，可自恢復。

②完善的電池充放電管理，均充浮充兩段式充電方式，備電過放電保護（非強制模式）。

③備電防反接保護功能、備電單投功能[3]。

④過流保護：輸出具有長期過流、短路保護功能，故障解除后自動恢復;輸出2短路不影響輸出1，輸出1短路會影響輸出2。

⑤電池欠壓保護：備電工作情況下，電池電壓降到20.5±1.0V時，電源切斷輸出電壓，同時蜂鳴器告警2h，蜂鳴器告警結束后，對備電進行保護，靜態泄放電電流≤500uA，防止電池過放電而損壞。

⑥電池防反接保護：若發生電池極性接反現象，對電池、電源及供電均無影響，正確接線后，電源正常工作。

⑦電池接地保護：當電池正、負端子接電源機殼或大地時，不損壞電池和電源[4]。

⑧充電方式為均充浮充兩段式，均充電流為6.3±0.4A，浮充電壓為27.2±0.8V。

⑨系統通過RS232與控制器通信，將電源工作狀態傳輸至控制器 。

4? 面板設計和界面編排

面板顯示采用128×64點陣，視域面積為73.6mm×40.2mm的液晶屏，可顯示4行8列的漢字[5]。不進行按鍵操作時，液晶屏自動休眠。

開機界面如圖2所示。

待機界面。正常運行時的待機界面與出現故障時的待機界面如圖3所示。

密碼錄入界面。在待機界面時，按任意鍵進入密碼錄入界面，密碼錄入界面如圖4所示。

主菜單界面及級聯菜單界面。錄入密碼后進入主菜單界面，可通過按鍵進入設置菜單界面或查詢菜單界面。設置菜單界面如圖5所示。

5? 電池管理

5.1? 電池充電

輸入交流電后，電源本身對負載輸出電流，同時為電池進行充電，先以6.3±0.5A恒流方式充電，當電池充電到27.2±0.5V時，電源自動轉為恒壓浮充電狀態，充電結束，此時電源提供浮充電壓及電流補充電池的正常自放電[6]。

5.2? 主電/應急狀態切換

自動模式：電池組電壓不低于20.5V時，當出現主電掉電或異常情況，電池組可以自動接入;當主電恢復供電時，系統自動轉換到主電工作，并為電池組充電。

手動模式：電池組電壓不低于20.5V時，直接切換到電池組供電[7]。

強制模式：直接切換到電池組供電，且不對電池組進行過放電保護。

5.3? 電池放電

自動模式：應急狀態下，電池組電壓低于22.0±1.0V時，輸出電池欠壓告警信號;當電池組放電到小于20.5±1.0 V時，電源關閉所有負載輸出，斷開電池組與負載的聯系。靜態泄放電流小于1mA。

手動模式：電池組電壓低于22.0±1.0V時，輸出電池欠壓告警信號;當電池組放電到20.5±1.0V時，電源關閉所有負載輸出，斷開電池組與負載的聯系。靜態泄放電流小于1mA。

強制模式：電池組電壓低于22.0±1.0V時，輸出電池欠壓告警信號;當電池組放電到20.5±1.0V時，電池組繼續供電，并輸出電池組過放信號。

6? 結語

本產品適用于消防應急領域，作為火災事故情況下消防應急照明專用電源，本產品是一種成本低、性能穩定、能耗低的應急電源，具有長期過流、短路保護等功能，具有完善的電池充放電管理功能。

參考文獻：

[1]石磊，陳亞娜.雙向全橋DC-DC變換器在船舶應急電源中的應用[J].艦船科學技術，2016，38（10）：58-60.

[2]陳佩，李欽龍.移動應急電源車行業發展探析[J].科技創新與應用，2016（25）：81.

[3]張承輝，劉雄飛，徐遵明.一種高性價比的節能型應急電源的設計[J].電源技術，2015，39（12）：2729-2731.

[4]徐琦，徐文興.消防應急照明應急電源的選擇[J].武漢勘察設計，2015（4）：3.

[5]林卡，李欽海，林富華，鄒明霞.基于EPS系統的消防應急電源車設計[J].中國高新技術企業，2016（20）：5-7.

[6]楊春麗.消防設備電源監控系統設計[J].建筑電氣，2015，34（4）：6.

[7]袁慶路，吳玲，張宇盟，等.一種基于單片機的智能滅火車[J].信息通信，2015（1）：76.

Discuss the design method of

a new type of fire emergency power supply

Zhang Jingui

（Jincheng Municipal Fire and Rescue Brigade，Shanxi? Jincheng? 048000）

Abstract：Fire emergency power supply is an important part of the fire emergency system. The paper designs an emergency power supply with low cost， stable performance， and low energy consumption. When the emergency power supply is normal in the municipal electricity， the municipal electricity is filtered. When the municipal power is cut off， the battery supplies power to the electrical equipment， and the emergency switching time is within 4 ms. Battery discharge has automatic mode， manual mode and mandatory mode. It has perfect battery charge and discharge management， constant current and constant voltage two-stage charging mode， over-discharge cut-off protection and other functions. It has functions such as overcurrent protection， short-circuit protection， battery under pressure protection， battery anti-counter-connection protection， grounding protection， etc.， and it can restore power supply by itself.

Keywords：fire emergency power supply; DC-DC variable; two-way; soft switch