CN102208823A - 一种用于自动检票机的不间断电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于自动检票机的不间断电源系统，包括：串联的放电控制电路和充电控制电路位于所述直流电源和用电负载的接点与锂电池组之间；第2二极管与所述充电控制电路并联；连接到所述锂电池组的均衡信号电路；单体电压检测电路输入端连接到所述均衡信号电路的电压引脚，单体电压检测电路输出端连接到中央处理单元；电流检测电路一端连接到锂电池组负极，其另一端连接到中央处理单元；所述中央处理单元根据所述单体电压检测电路获得的电压值、电流检测电路输出的电流值和市电状态控制所述放电控制电路的通断和充电控制电路的通断。本发明电源系统能对系统中各个参数进行监控并能及时响应，从而有效保护了锂电池组，并能在故障发生前及时更换电池，避免损失。

Description

一种用于自动检票机的不间断电源系统

技术领域

本发明涉及电子及电源技术领域，具体涉及一种用于自动检票机的不间断电源系统。

背景技术

随着我国高铁建设进入一个高速发展期，对高铁中用电设备，尤其是检票闸机的电源管理成为本领域技术的难点，因为突然的停电或电源故障会使检票的动作不完整，而造成旅客和铁路的损失；其次，电网往往存在多种异常现象，例如：电网停电，电网停止工作，无电压输出；压降，电网电压低于标称电压15%-20%，时间可能持续数秒；电涌，亦称浪涌、突波，电网电压瞬间高于标称电压10%以上，时间持续数秒；持续欠压持续过压线噪，因线路屏蔽差而引入的射频或电磁干扰；频率漂移，发电机不稳定造成的电网频率偏差；开关瞬态，亦称暂态，由电气设备开关或放电造成的电压偏差，有时可高达20000伏，但是持续时间极短，仅数纳秒；谐波，电网中由非线性特性的电气设备产生的对交流电正弦波形的干扰。因而需要一种电源能在这种情况发生时保证检票交易的完成并通过通信告知系统停止新的交易。这就要求，整机电源具备后备能力。

一般情况下，如果停电和故障较少发生时电池处于充满搁置状态，电池寿命与环境的温度等相关。如果频繁发生停电故障，电池寿命又和使用频度相关。所以估计电池的寿命很难，简单用时间（比如三年）标准来作为检修和更换电池组的依据要么不保险，要么会造成一定的浪费。另外，高铁中这类设备比较分散，经常的人工巡查很困难也不经济。

发明内容

本发明目的是提供一种用于自动检票机的不间断电源系统，此不间断电源系统能对系统中各个参数进行监控并能及时响应，从而有效保护了锂电池组，并能在故障发生前及时更换电池，避免损失。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于自动检票机的不间断电源系统，包括：用于将市电转化为直流的直流电源，由若干锂电池组成的锂电池组，连接到所述直流电源的用电负载；

串联的放电控制电路和充电控制电路位于所述直流电源和用电负载的接点与锂电池组之间，此放电控制电路用于将锂电池组的电能传输给用电负载，此充电控制电路用于将来自直流电源的电能传输给锂电池组；

第2二极管与所述充电控制电路并联；

连接到所述锂电池组的均衡信号电路，此均衡信号电路用于提取各个单个锂电池的电压值，此均衡信号电路具有若干个用于选择单个锂电池的单体引脚、用于接地的接地引脚和用于电压输出的电压引脚；

单体电压检测电路输入端连接到所述均衡信号电路的电压引脚，单体电压检测电路输出端连接到中央处理单元，此单体电压检测电路用于获得单个锂电池的电压值；

电流检测电路一端连接到锂电池组负极，其另一端连接到中央处理单元，用于检测充放电电流的检流电阻串联在所述锂电池组负极和接地之间，此电流检测电路在所述锂电池组处于充电或放电状态下，根据所述检流电阻两端电压获得充电电流或者放电电流并传输给中央处理单元；

总电压检测电路位于锂电池组正极和放电控制电路的接点与接地之间，此总电压检测电路具有串联的第24电阻和第25电阻，第24电阻和第25电阻的接点输出总电压值；

所述中央处理单元根据所述单体电压检测电路获得的电压值、电流检测电路输出的电流值和市电状态控制所述放电控制电路的通断和充电控制电路的通断。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述放电控制电路中第1三极管的集电极连接到第2场效应管的基极，第1三极管的发射极接地，第1三极管的基极接受来自中央处理单元的放电通断控制信号，第2场效应管的源极连接锂电池组的正极，第2场效应管的漏极连接到直流电源和用电负载的接点；所述放电通断控制信号使第1三极管导通，从而使得第2场效应管导通，锂电池组通过第2场效应管向用电负载供电。

2、上述方案中，所述放电控制电路中还包括：第25电阻位于第2场效应管的基极和第1三极管的集电极之间，第26电阻位于第25电阻和第2场效应管的基极的接点与锂电池组的正极之间，第1稳压二极管与所述第26电阻并联。

3、上述方案中，所述充电控制电路中第3三极管的发射极接地，第3三极管的集电极连接到第4场效应管的基极，第4场效应管源极连接到直流电源和用电负载的接点，来自所述中央处理单元的充电通断控制信号从第3三极管基极输入，此充电通断控制信号控制第3三极管通断，从而使第4场效应管导通，直流电源向锂电池组充电。

4、上述方案中，所述充电控制电路中串联的第31电阻和第5三极管位于第4场效应管源极与直流电源和用电负载的接点之间，第29电阻与所述第31电阻和第5三极管的支路并联。

5、上述方案中，所述充电控制电路中第2稳压二极管的正极连接到第4场效应管的基极，第2稳压二极管的负极连接到第4场效应管的源极，第30电阻与此第2稳压二极管并联，第28电阻位于第2稳压二极管正极和第3三极管的集电极之间。

6、上述方案中，一开关一端在第一触点和第二触点之间切换，第一触点经第36电阻连接到所述第3三极管基极，第二触点悬空，此开关另一端接地；当出现异常，开关接地从而将第3三极管基极接地，从而使得所述放电控制电路断开。

7、上述方案中，所述单体电压检测电路中串联的第1二极管和第2电容位于均衡信号电路电压输出端与接地之间，串联的第19电阻和第20电阻与第2电容并联，所述中央处理单元从第19电阻和第20电阻的接点获得单体电压信号。

8、上述方案中，所述单体电压检测电路中还包括：串联的第21电阻和第6场效应管与所述第19电阻和第20电阻的支路并联，此第6场效应管的基极连接到中央处理单元，第6场效应管在来自中央处理单元的泄流信号控制下导通，从而让所述第2电容的电荷释放。

9、上述方案中，所述电流检测电路中第一放大器同相输入端连接到电池组的负极，其反相输入端接地，其输出端连接到所述中央处理单元；第二放大器反相输入端连接到锂电池组的负极，其同相输入端接地，其输出端连接到中央处理单元。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

本发明不间断电源系统能对系统中各个参数进行监控并能及时响应，从而有效保护了锂电池组，并能在故障发生前及时更换电池，避免损失；其次，本发明不间断电源系统能及时响应，从而有效保护了锂电池组，使用户能充分地使用电池并在重大故障发生前及时更换电池，即经济又避免损失；再次，本发明能防止充电时充电电流过大损坏锂电池组和直流电源；从而有效保护了锂电池组；再次，能监测锂电池组的总电压，从而及时控制放电控制电路或者充电控制电路，从而显著提高锂电池组的寿命；再次，能防止直流电源向用电负载供电时电流流向锂电池组，从而有效保护了锂电池组。再次，本发明能对锂电池组中单个锂电池的电压进行监测，且能防止直流电源向用电负载供电时电流流向锂电池组；再次，本发明能监控充电电流和放电电流，防止充电或者放电时电流过大损坏锂电池组和直流电源。

附图说明

附图1为本发明电路原理图；

附图2为本发明电路图一；

附图3为本发明电路图二；

附图4为本发明电流检测电路电路图；

附图5为本发明中央处理单元电路图；

附图6为本发明状态输出电路图；

附图7为本发明辅助电源电路图。

以上附图中：1、直流电源；2、锂电池组；3、用电负载；4、放电控制电路；5、充电控制电路；6、均衡信号电路；7、单体电压检测电路；8、中央处理单元；9、电流检测电路；10、总电压检测电路。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：一种用于自动检票机的不间断电源系统，如附图1-7所示，包括：

用于将市电转化为直流的直流电源1，由若干锂电池组成的锂电池组2，连接到所述直流电源1的用电负载3。

串联的放电控制电路4和充电控制电路5位于所述直流电源1和用电负载3的接点与锂电池组2之间，此放电控制电路4用于将锂电池组2的电能传输给用电负载3，此充电控制电路5用于将来自直流电源1的电能传输给锂电池组2；所述充电控制电路5中第3三极管Q3的发射极接地，第3三极管Q3的集电极连接到第4场效应管Q4的基极，第4场效应管Q4源极连接到直流电源1和用电负载3的接点，来自所述中央处理单元8的充电通断控制信号CHG从第3三极管Q3基极输入，此充电通断控制信号CHG控制第3三极管Q3通断，从而使第4场效应管Q4导通，直流电源1向锂电池组2充电。具体为：充电控制电路由R28~R32、Q3~Q5及Z2构成。中央处理单元8输出CHG信号，此CHG信号用于控制充电控制电路回路导通。通过R32使Q3导通，在R28、R30及Z1上生成偏压，使Q4导通，直流电源通过P1+、P1-、Q2。充电电流的流向：P1+,R29，Q4，Q2，电池组，R1，P1-，及Q4回路向锂电池组充电。R29、R31及Q5构成限流电路，使充电电流在一个合适的范围，防止电流过大损坏电池组和电源。

所述放电控制电路4中第1三极管Q1的集电极连接到第2场效应管Q2的基极，第1三极管Q1的发射极接地，第1三极管Q1的基极接受来自中央处理单元8的放电通断控制信号PS，第2场效应管Q2的源极连接锂电池组2的正极，第2场效应管Q2的漏极连接到直流电源1和用电负载3的接点；所述放电通断控制信号PS使第1三极管Q1导通，从而使得第2场效应管Q2导通，锂电池组2通过第2场效应管Q2向用电负载3供电。所述放电控制电路4中还包括：第25电阻R25位于第2场效应管Q2的基极和第1三极管Q1的集电极之间，第26电阻R26位于第25电阻R25和第2场效应管Q2的基极的接点与锂电池组2的正极之间，第1稳压二极管Z1与所述第26电阻R26并联。具体为：放电控制电路由R25~R27、Q1~Q2、Z1及D2构成。中央处理单元8输出PS信号，此PS信号是为了能控制电池的放电，当电池电量不足或故障或输出电流过大超出正常范围，都会通过PS的控制令输出关断。通过R27使Q1导通，在R25~R26及Z1上生成偏压使Q2导通，电池组通过Q2、P4+、P4-回路向负载供电。

第2二极管D2与所述充电控制电路5并联，用于防止直流电源1向用电负载3供电时电流流向锂电池组2；当市电正常时，负载由直流电源供电，此电压略高于锂电池组的电压，由于D2的存在锂电池组没有电流流出。如果市电断了，改由电池组向负载供电，电池组的电压会逐渐下降，如果此时市电恢复正常，直流电源的电压会高过电池组很多，如果没有D2就会有一个巨大的电流流向电池组，这样会损坏电池组和直流电源。

连接到所述锂电池组2的均衡信号电路6，此均衡信号电路6用于提取各个单个锂电池的电压值，此均衡信号电路6具有若干个用于选择单个锂电池的单体引脚、用于接地的接地引脚和用于电压输出的电压引脚。具体为：具体为：均衡信号电路由R11~R18构成。单片机输出S1~ S8信号，S1~ S8信号分别对应8个锂电池，S1~ S8信号的作用就是选通哪一个锂电池路或哪两个锂电池； PWM是中央处理单元8输出的有一定宽度的方波，用来提供给均衡信号电路的测量间参数；PWM通过电阻提供给全部8路信号，不被选通的单体锂电池在电阻的另一侧由中央处理单元8拉低S1~ S8中的信号电平，这样就屏蔽住PWM信号了。

单体电压检测电路7输入端连接到所述均衡信号电路6的电压引脚，单体电压检测电路7输出端连接到中央处理单元8，此单体电压检测电路7用于获得单个锂电池的电压值；所述单体电压检测电路7中串联的第1二极管D1和第2电容C2位于均衡信号电路6电压输出端与接地之间，串联的第19电阻R19和第20电阻R20与第2电容C2并联，所述中央处理单元8从第19电阻R19和第20电阻R20的接点获得单体电压信号Uc。D1及C2将均衡信号电路输出单体脉冲电压转换为直流电压，并通过R19-R20分压，从其接点输出Uc信号。

所述单体电压检测电路7中还包括：串联的第21电阻R21和第6场效应管Q6与所述第19电阻R19和第20电阻R20的支路并联，此第6场效应管Q6的基极连接到中央处理单元8，第6场效应管Q6在来自中央处理单元8的泄流信号DSC控制下导通，从而让所述第2电容C2的电荷释放。因为每个单体锂电池的电压都不同，测量时间也有差异，所以在测量每次电压后，残留在C2的电压可能都不同，再次采样时所受到的影响不同，所以要把电压放掉，让每次的初始状态一致，以便取得最好的精度，所以R21~R22及Q6，在来自中央处理单元的DSC信号控制下，让Q6导通，从而让C2的电流通过R21，Q6接地释放电荷，实现对C2放电，以消除上次测量电压对之后检测电压的影响。

电流检测电路9一端连接到锂电池组2负极，其另一端连接到中央处理单元8，用于检测充放电电流的检流电阻R1串联在所述锂电池组2负极和接地之间，此电流检测电路9在所述锂电池组2处于充电或放电状态下，根据所述检流电阻R1两端电压获得充电电流或者放电电流并传输给中央处理单元8；所述电流检测电路9中第一放大器U1B同相输入端连接到电池组的负极，其反相输入端接地，其输出端连接到所述中央处理单元8；第二放大器U1A反相输入端连接到锂电池组2的负极，其同相输入端接地，其输出端连接到中央处理单元8。具体为：电流检测电路9由R1~R9、U1A、U1B及C1构成。R1将电池组充放电电流转换为电压；C1电容为局部滤波，保障U1A的工作稳定；R2~R5及U1A构成反相比例放大器，输出放电电流信号ID；R6~R9及U1B构成同相比例放大器，输出充电电流信号IC；ID及IC信号输入单片机进行处理；两个并联的放大器无论放电还是充电，都用同一个检流电阻R1，充放电时方向相反，所以在在检流电阻R1上的信号有正有负，使用同相及反相放大器并联，保证了信号都为正可以给中央处理单元8处理。

总电压检测电路10位于锂电池组2正极和放电控制电路4的接点与接地之间，此总电压检测电路10具有串联的第24电阻R24和第25电阻R25，第24电阻R24和第25电阻R25的接点输出总电压值。输出总电压值的信号为Ug信号输出至单片机，既可以监控锂电池组的总体电压，也可以通过此总体电压校正每个单体锂电池的绝对精度。

所述中央处理单元8根据所述单体电压检测电路7获得的电压值、电流检测电路9输出的电流值和市电状态控制所述放电控制电路4的通断和充电控制电路5的通断。

上述充电控制电路5中串联的第31电阻R31和第5三极管Q5位于第4场效应管Q4源极与直流电源1和用电负载3的接点之间，第29电阻R29与所述第31电阻R31和第5三极管Q5的支路并联。充电控制电路5中第2稳压二极管Z2的正极连接到第4场效应管Q4的基极，第2稳压二极管Z2的负极连接到第4场效应管Q4的源极，第30电阻与此第2稳压二极管Z2并联，第28电阻R28位于第2稳压二极管正极和第3三极管的集电极之间。

一开关SW1一端在第一触点和第二触点之间切换，第一触点经第36电阻R36连接到所述第3三极管Q3基极，第二触点悬空，此开关SW1另一端接地；当出现异常，开关SW1接地从而将第3三极管Q3基极接地，从而使得所述放电控制电路4断开。状态控制电路由R36及SW1构成。当SW1拨动到接地时把Q2的基极接地，使Q2不再受PS信号的控制而截止，使Q2关闭，电池组不能输出电流了。同时BTC信号置低后，单片机通过相应的端口获得这个信号，即得知电池组在关闭的状态。

状态输出电路由R38~R39、Q7~Q8、D4~D5、RLY1~RLY2及P7构成。中央处理单元输出BTG信号通过R38驱动Q7导通，并使RLY1吸合；PWG信号通过R39驱动Q8导通，并使RLY2吸合；RLY1~RLY2构成触点通过P7引出；RLY是RELAY即继电器，通过接通或断开触电来通知用电设备UPS的状态。为外部其他设备提供状态信号。

辅助电源电路由U2、L1~L2、E1~E2、C3及D3构成。电路将直流电源或电池组提供较高电压，转换为5V，为各部分电路提供电源。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于自动检票机的不间断电源系统，包括：用于将市电转化为直流的直流电源（1），由若干锂电池组成的锂电池组（2），连接到所述直流电源（1）的用电负载（3），其特征在于：还包括：

串联的放电控制电路（4）和充电控制电路（5）位于所述直流电源（1）和用电负载（3）的接点与锂电池组（2）正极之间，此放电控制电路（4）用于将锂电池组（2）的电能传输给用电负载（3），此充电控制电路（5）用于将来自直流电源（1）的电能传输给锂电池组（2）；

第2二极管（D2）与所述充电控制电路（5）并联；

连接到所述锂电池组（2）的均衡信号电路（6），此均衡信号电路（6）用于提取各个单体锂电池的电压值，此均衡信号电路（6）具有若干个用于选择单个锂电池的单体引脚、用于接地的接地引脚和用于电压输出的电压引脚，所述单体引脚位于相邻两个单体锂电池之间；

单体电压检测电路（7）输入端连接到所述均衡信号电路（6）的电压引脚，单体电压检测电路（7）输出端连接到中央处理单元（8），此单体电压检测电路（7）用于获得单个锂电池的电压值；

检流电阻（R1）位于所述锂电池组（2）负极与接地之间；

电流检测电路（9）一端连接到锂电池组（2）负极和接地的接点，其另一端连接到中央处理单元（8），此电流检测电路（9）在所述锂电池组（2）处于充电或放电状态下，根据所述检流电阻（R1）两端电压获得充电电流或者放电电流并传输给中央处理单元（8）；

总电压检测电路（10）位于锂电池组（2）正极和放电控制电路（4）的接点与接地之间，此总电压检测电路（10）具有串联的第24电阻（R24）和第25电阻（R25），第24电阻（R24）和第25电阻（R25）的接点输出总电压值；

所述中央处理单元（8）根据所述单体电压检测电路（7）获得的电压值、电流检测电路（9）输出的电流值和市电状态控制所述放电控制电路（4）的通断和充电控制电路（5）的通断。

2.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：所述放电控制电路（4）中第1三极管（Q1）的集电极连接到第2场效应管（Q2）的基极，第1三极管（Q1）的发射极接地，第1三极管（Q1）的基极接受来自中央处理单元（8）的放电通断控制信号（PS），第2场效应管（Q2）的源极连接锂电池组（2）的正极，第2场效应管（Q2）的漏极连接到直流电源（1）和用电负载（3）的接点；所述放电通断控制信号（PS）使第1三极管（Q1）导通，从而使得第2场效应管（Q2）导通，锂电池组（2）通过第2场效应管（Q2）向用电负载（3）供电。

3.根据权利要求2所述的不间断电源系统，其特征在于：所述放电控制电路（4）中还包括：第25电阻（R25）位于第2场效应管（Q2）的基极和第1三极管（Q1）的集电极之间，第26电阻（R26）位于第25电阻（R25）和第2场效应管（Q2）的基极的接点与锂电池组（2）的正极之间，第1稳压二极管（Z1）与所述第26电阻（R26）并联。

4.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：所述充电控制电路（5）中第3三极管（Q3）的发射极接地，第3三极管（Q3）的集电极连接到第4场效应管（Q4）的基极，第4场效应管（Q4）源极连接到直流电源（1）和用电负载（3）的接点，来自所述中央处理单元（8）的充电通断控制信号（CHG）从第3三极管（Q3）基极输入，此充电通断控制信号（CHG）控制第3三极管（Q3）通断，从而使第4场效应管（Q4）导通，直流电源（1）向锂电池组（2）充电。

5.根据权利要求4所述的不间断电源系统，其特征在于：所述充电控制电路（5）中串联的第31电阻（R31）和第5三极管（Q5）位于第4场效应管（Q4）源极与直流电源（1）和用电负载（3）的接点之间，第29电阻（R29）与所述第31电阻（R31）和第5三极管（Q5）的支路并联。

6.根据权利要求4或5所述的不间断电源系统，其特征在于：所述充电控制电路（5）中第2稳压二极管（Z2）的正极连接到第4场效应管（Q4）的基极，第2稳压二极管（Z2）的负极连接到第4场效应管（Q4）的源极，第30电阻与此第2稳压二极管并联，第28电阻（R28）位于第2稳压二极管正极和第3三极管的集电极之间。

7.根据权利要求4或5所述的不间断电源系统，其特征在于：一开关（SW1）一端在第一触点和第二触点之间切换，第一触点经第36电阻（R36）连接到所述第3三极管（Q3）基极，第二触点悬空，此开关（SW1）另一端接地；当出现异常，开关（SW1）接地从而将第3三极管（Q3）基极接地，从而使得所述放电控制电路（4）断开。

8.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：所述单体电压检测电路（7）中串联的第1二极管（D1）和第2电容（C2）位于均衡信号电路（6）电压输出端与接地之间，串联的第19电阻（R19）和第20电阻（R20）与第2电容（C2）并联，所述中央处理单元（8）从第19电阻（R19）和第20电阻（R20）的接点获得单体电压信号（Uc）。

9.根据权利要求8所述的不间断电源系统，其特征在于：所述单体电压检测电路（7）中还包括：串联的第21电阻（R21）和第6场效应管（Q6）与所述第19电阻（R19）和第20电阻（R20）的支路并联，此第6场效应管（Q6）的基极连接到中央处理单元（8），第6场效应管（Q6）在来自中央处理单元（8）的泄流信号（DSC）控制下导通，从而让所述第2电容（C2）的电荷释放。

10.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于：所述电流检测电路（9）中第一放大器（U1B）同相输入端连接到电池组的负极和检流电阻（R1）的接点，其反相输入端接地，其输出端连接到所述中央处理单元（8）；第二放大器（U1A）反相输入端连接到锂电池组（2）的负极和检流电阻（R1）的接点，其同相输入端接地，其输出端连接到中央处理单元（8）。

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