一款控制模块备用电源的设计

王霜++秦亚利

摘要：本文针对控制模块设计了一款备用电源，该备用电源具有可充电、过欠压检测保护、光报警以及切换等功能，并基于Mulitisim10.0环境对该电路设计进行了仿真验证。

关键词：备用电源 过欠压检测 Mulitisim

中图分类号：TL503.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

1.引言

为了防止控制模块的直流27V供电电源输出出现异常时，对控制模块造成的数据丢失、电子设备及后级负载的损害等问题，考虑一路备用电源是十分必要的[1]。本文中选用一款蓄电池作为备用电源，当供电电源输出出现中断或异常时，蓄电池仍可以持续一定时间给控制模块供电，既保证了控制模块的数据不会丢失，同时减少了对电子设备及后级负载的影响。此外，备用电源要具有对蓄电池的充电功能，还要实现27V电源与蓄电池的切换功能，以及对蓄电池充放电的过欠压检测和对供电电源的异常检测等保护功能。

2.工作原理

当27V直流电源正常时，直接给控制模块供电，同时给蓄电池组充电；当27V直流电源异常时，切换电路将电路切换到蓄电池组供电。当蓄电池组作为控制模块供电电源时，必须实时监测蓄电池组的放电电压，当电压降到设定阈值时切断电路，以免电池损坏。

在检测电路中，必须达到以下效果：27V直流电源给蓄电池组充电正常时，发光二极管D7灯亮，直至充满D7灯灭；27V直流电源异常时，电路切换到蓄电池供电，发光二极管D6开始闪亮，待蓄电池组放电至欠压D6灯灭，进行光报警，备用电路原理图如图1所示。

3.组成

本文设计中，备用电源主要由蓄电池组和监测控制电路模块两大部分组成。其中，蓄电池组主要由两个12V蓄电池串联而成，监测控制电路模块主要由充电电路、欠压检测电路、过压检测电路以及切换电路等组成。备用电源原理框图如图2。

3.1蓄电池组

铅酸蓄电池由于其制造成本低，容量大，价格低廉而得到广泛的应用[2]。但是，若使用不当，其寿命将大大缩短。因此为有效延长蓄电池的使用寿命，在本电路中主要设计了对电池充放电时过欠压的控制电路。

选取2块免维护铅酸蓄电池12V1.3AH/20HR串联使用。蓄电池组放电时间按式（1）计算[3]。

Q ……………………………… （1）

式中：

Q——蓄电池容量（Ah）（取值1.3Ah）

K——安全系数（取值1.25）

I——负载电流（A）（取值0.4A）

T——放电小时数（h）

t——蓄电池最低环境温度（℃）（取值15℃）

η——放电容量系数（取值0.76）

α——蓄电池放电温度系数（取值0.008）

由式 （1）可得电池放电时间约为2h，满足备用电源延时要求。

3.2监测控制电路模块

a）充电电路

备用电源电路原理图如图1所示， 27V直流电源由MOS管控制给蓄电池充电，在27V直流电源正常时，给控制模块供电，同时蓄电池处于充电状态，此时发光二极管D7灯亮，直至充满D7灯灭。

b）电池欠压监测电路

在蓄电池正常工作一段时间后电池电压下降，当下降到保护值（电压<20V）时，必须关闭电池供电电路，可能会影响电池寿命，甚至导致电池损坏。因此对电池电压进行监测并采取相应的保护措施是十分必要的。如图1所示，放电欠压终止由电压比较器U1B控制，电阻R7、R8串联采样充电电压接到比较器U1B的反相端，同向端接TL431提供2.5V的基准电压，当放电电压低于20V时，U1B输出高电平，Q1导通，继电器（常开）断开，蓄电池停止放电。

c）电池过压监测电路

充电过压监测是为了防止蓄电池过充，从而延长蓄电池寿命，同时也能防止过充造成不必要的危险。如图1所示，充电过压（电压﹥27.6V）终止由电压比较器U1A控制，电阻R1、R2串联采样充电电压接到比较器U1A的反相端，同向端由TL431提供2.5V的基准电压，当电池电压高于27.6V时，比较器U1A输出低电平，Q2截止，Q3导通，MOS管Q4关断，电池停止充电。

d）切换电路

当27V直流电源异常时，切换电路切换到蓄电池工作状态，实现不间断供电。由于需要通过功率器件——继电器来切换，而功率器件的切换是需要动作时间的，因此在本电路设计中，如图1所示，对控制模块电源输入端并联大电容来弥补切换中断时间时的电源供电，从而确保控制模块零中断工作。

4.结束语

通过对控制模块备用电源的合理设计，可完成备用蓄电池的充电、过欠压监测与光报警及其切换等功能，实现了对控制模块的不间断供电，提高了工作效率。

参考文献

[1] 殷小明.应急电源与备用电源的设计[J]，现代建筑电气，2012年04期

[2]吴浩亮，张明锋，陈波等.中国铅酸蓄电池行业现状与展望[J].工程建设与设计，2011年07期

[3]刘希禹.UPS铅酸蓄电池容量的确定[J]，邮电设计技术，2015年12期