路灯监控终端电源保障系统控制转换改进

陈 列

为了确保路灯监控终端设备在市电电网非正常状态下仍能继续工作,一般是在监控终端设备中增加一组蓄电池作为后备电源。这样,就由市电电网和蓄电池组成了终端设备的电源保障系统。在监控终端设备的运行过程中,电源保障系统必须具备识别和自动转换功能,即能够根据市电电网状况,自动识别和实现市电和蓄电池之间的供电转换功能。下面以广东省茂名路灯监控终端为例。根据我市路灯监控终端电源实际情况,增设继电器控制转换装置,达到市电路蓄电池的识别和自动转换,大大地提高了全市路灯自动监控的可靠性。

正常情况下,监控终端使用市电作为监控终端设备的主电源,并将市电交流电变换为监控终端工作电路使用的直流电源,即一路通过变压器及整流滤波电路,形成终端设备工作电路使用的±5 V,±12 V和+24 V电源;另一路通过开关电源形成13.8 V直流电,为数传机(电台)提供专用工作电源以及为蓄电池提供充电电源,控制原理见图1。

图1中的K1为电源系统控制转换继电器,其中触点1,5和2,6为常闭接点,触点3,5和4,6为常开接点,7,8接点为继电器控制线圈接线端。控制信号XQGD控制继电器动作。当市电电网正常时,XQGD为高电平时(约+12.6 V),继电器7,8接线端为等电平,线圈没有电流流过,K1继电器各触点保持常开/常闭状态,开关电源输出的13.8 V通过二极管D和继电器常开接点1,5为数传机供电,同时产生的BATTERY+对蓄电池进行充电,蓄电池处于充电(浮充)状态。此时监控终端的工作电路通过供电变压器、整流滤波和集成稳压电路产生的±5 V,±12 V和+24 V电源供电。当市电电网不正常时(如停电等),XQGD为低电平时(约为0 V),K1继电器线圈加载12 V电压,线圈中有电流通过,K1继电器动作,触点3,5和4,6闭合,这时数传机由开关电源供电转换为蓄电池供电,同时蓄电池还提供维持监控终端工作电路使用的电源CHKY。可见,监控终端是由市电提供电源还是由蓄电池供电电源取决于XQGD信号的状态,XQGD信号决定了监控终端电源系统的转换。XQGD的产生原理见图2。

图2是XQGD信号电路原理图,由晶体管电路组成,用于监视市电状况。当市电正常时(假设电源变压器、整流电路正常),电源变压器次级的一个副绕组产生的8.5 V交流电压经过D1,D2全波整流,通过偏置电阻 R1加到晶体三极管Q1的基极,以此作为市电状态的检测信号。8.5 V交流电压还经过桥式整流,通过二极管D4和电阻R2加到晶体三极管Q1的集电极,为Q1集电极一发射极提供正向偏置,同时通过D3和 R3为三极管Q2提供基极正向偏置。而开关电源输出的13.8 V直流电源通过继电器K1的控制线圈,为Q2提供集电极工作电压(见图1)。由于市电正常,Q1基极(B点)加入正向电压,Q1处于饱和导通状态,Q1集电极输出(C点)约为0 V电压。这个0 V电压通过D3和R3,使Q2基极处于反向偏置,Q2处于截止状态。由于Q2集电极加入的是开关电源产生的12.6 V直流电压,Q2截止使集电极输出端XQGD为12.6 V高电平。根据对图的分析,此时K1继电器不动作,保持了市电为监控终端控制电路提供电源的状态,同时使监控终端配备的蓄电池处于充电状态。

当市电不正常(如停电),电源变压器产生的8.5 V交流电压消失,Q1基极B点电压为零,Q1处于反向偏置而截止。此时由于电容器C1的放电作用,通过 R2,R3和D3使Q2基极瞬时处于正向偏置。同时,由于Q2集电极加入的是开关电源输出的12.6 V电压,尽管市电停电,开关电源也停止工作,但由于开关电源输出电路中的滤波电容器的作用,使得开关电源12.6 V输出不会立即消失,而是通过对电源负载放电逐渐消失。正是这个逐渐消失的过程(根据对开关电源输出指示灯的观察约为4 s),使得Q2集电极仍有接近12.6 V的工作电压。由于Q2基极处于正向偏置,因此Q2由原来的截止状态迅速转入饱和导通状态,开关电源的12.6 V直流电压通过继电器K1、晶体三极管Q2和电阻 R4对地形成回路,Q2集电极输出XQGD端接近零电位,这样,K1断电器控制线圈有电流通过,K1继电器动作,实现了供电电源的转换,此时的监控终端的工作电路由市电供电状态转换到由蓄电池进行供电的状态。

当市电恢复正常后,根据上述对XQGD信号的电路原理分析,此时三极管Q2处于截止状态,XQGD信号变为高电平,K1继电器控制线圈无电流流过,各触点恢复常开/常闭状态,监控终端电源系统又转换到由市电供电的状态。

此外,当K1继电器动作,供电系统转换成蓄电池供电后,通过继电器4,6触点闭合,产生一个CHKY电平(见图1)。这个CHKY电平通过二极管D5产生三个作用(见图2):1)通过D6产生BCB,BCB的作用是在市电停电状态下,提供监控终端主控电路所需要的±5 V,±12 V工作电压,以保证在市电停电的状态下,监控终端仍能继续正常工作;2)形成P16信号,P16信号经过稳压变换后发送给主控单片机,主控单片机根据P16信号判断市电供电是否停电,并通过数传机向监控中心发送“供电停电”故障报警;3)通过D7提供CHKY电路中Q1集电极工作电压和Q2基极偏置电压,保证XQGD电路能够在市电停电后继续工作,继续监视市电电网的运行状态,随时发送XQGD控制转换信号。

最后需要说明的是,+24 V电压是开/关灯继电器控制线圈的驱动电源,当市电停电并转入蓄电池供电状态后,由于市电已经停电,路灯开/关灯控制已经失去意义,从优化系统设计的角度考虑,因此没有必要再增加+24 V后备电源和相应的转换电路。