CN103580274B - 一种列车用视频服务器不间断保护电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车用视频服务器不间断保护电源系统，由直流电源输入侦测电路模块、交互计时控制电路模块、电源切换模块、电池组充电模块组成。本发明可以在有限的空间内完对成列车用视频服务器的电源保护，防止短暂掉电对列车视频服务器存储介质造成损伤，电源切换时间仅为纳秒级别，不会有视频服务器供电波动，有效防止切换过程因供电不稳定对视频服务器造成的死机现象，极大的保障了视频服务器的整体稳定性。

Description

一种列车用视频服务器不间断保护电源系统

技术领域

本发明涉及不间断保护电源领域，具体涉及一种列车用视频服务器不间断保护电源系统。

背景技术

列车视频监控服务器在列车短暂掉电的过程中容易造成监控存储硬盘数据丢失甚至损坏的情况。在此背景下使用不间断电源给列车视频监控服务器提供稳定供电可以规避这一风险。传统不间断电源使用电池组作为备用电源，其电池组使用铅酸电池或者锂离子电池，体积都较大，而且锂离子电池安全性能不高，在封闭的列车视频监控服务器空间中由于局部温度较高的关系存在较大安全隐患。传统不间断电源不能智能控制电池放电时间，容易出现电池放空的情况，存在电池放空后系统掉电造成监控存储硬盘损伤的情况。而且传统不间断电源不能控制电池过放现象，容易损伤电池，降低电池寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种列车用视频服务器不间断保护电源系统，本发明使用体积较小安全性高的磷酸铁锂电池作为备用电源，智能控制电池放电时间，同时能规避电池放空和过放情况，实现电源间无缝切换，克服了传统不间断电源无法解决的体积，安全和寿命问题，可以有效保护列车视频服务器的监控存储硬盘，维持列车视频服务器正常安全工作。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种列车用视频服务器不间断保护电源系统，包括直流电源输入端，所述直流电源输入端与电源转换电路和直流侦测电路连接，所述电源转换电路与直流侦测电路连接，所述直流侦测电路通过直流电源检测信号与视频监控服务器和交互计时电路连接，所述交互计时电路与电池放电开关电路连接，所述视频监控服务器与交互计时电路和所述交互计时供电电路连接，所述交互计时供电电路与所述交互计时电路连接，所述直流电源输入端还与电压变换电路和直流放电开关电路连接，所述电压变换电路与电池充电电路连接，所述电池充电电路与电池组连接，所述电池组与所述交互计时供电电路连接和所述电池放电开关电路连接，所述直流电源检测信号还与直流放电控制信号产生电路连接，所述直流放电控制信号产生电路与所述直流放电开关电路连接，所述直流放电开关电路和所述电池放电开关电路连接在连接端上，所述连接端与视频监控服务器连接。

进一步的，所述直流放电开关电路12由三个N沟道MOSFET、三个电容、四个电阻组成，所述第一电阻一端接地，另一端与第一电容连接，所述第一电容与直流电源输入端和第一N沟道MOSFET的D端连接，所述第一N沟道MOSFET的S端与第三电阻R5的一端和第二N沟道MOSFET的S端连接，所述第三电阻R5的另一端与第四电阻、第一N沟道MOSFET的G端和第二N沟道MOSFET的G端连接，并且并联有第二电容所述第二N沟道MOSFET的D端与连接端连接，所述第四电阻与第三N沟道MOSFET的D端连接，所述第三N沟道MOSFET的S端接地，G端与直流放电控制信号101和第二电阻连接，所述第二电阻接地，并且并联有第三电容。

进一步的，所述电池放电开关电路由第四电容、两个N沟道MOSFET、两个肖特基二极管和三个电阻组成，所述第一肖特基二极管一端与连接端连接，另一端与第四N沟道MOSFET的D端连接，并且并联有第二肖特基二极管，所述第四N沟道MOSFET的S端与电池组和第四电容的一端连接，G端与第六电阻和第四电容的另一端连接，所述第四电容并联有第五电阻，所述第六电阻与第五N沟道MOSFET的D端连接，所述第五N沟道MOSFET的G端与电池放电控制信号和第七电阻的一端连接，S端与第七电阻另一端连接，并且接地。

本发明的有益效果是:

本发明可以在有限的空间内完成对列车用视频监控服务器的电源保护，防止短暂掉电对列车视频监控服务器存储介质造成损伤。电源切换时间仅为纳秒级别，不会造成视频监控服务器的供电波动，有效防止切换过程对视频监控服务器因供电不稳造成的死机现象，极大的保障了视频监控服务器的整体稳定性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的原理逻辑框图。

图2是本发明的直流电源和电池切换电路原理图。

图中标号说明：1、电源转换电路，2、直流侦测电路，3、视频监控服务器，4、交互计时电路，5、交互计时供电电路，6、电池放电开关电路，7、电压变换电路，8、电池充电电路，10、直流电源输入侦测电路模块，11、直流放电控制信号产生电路，12、直流放电开关电路，20、交互计时控制电路模块，30、电源切换模块，40、电池组充电模块，100、直流电源输入端，101、直流放电控制信号，200、电源，201、直流电源检测信号，400、电池组，401、电池放电信号，402、电池放电控制信号，410、输出电源，500、连接端。SC1、第一电容，C7、第二电容，C6、第三电容，C2、第四电容，SR1、第一电阻，R10、第二电阻，R5、第三电阻，R13、第四电阻，R3、第五电阻，R6、第六电阻，R12、第七电阻，PQ5、第一N沟道MOSFET，PQ6、第二N沟道MOSFET，Q2、第三N沟道MOSFET，PQ2、第四N沟道MOSFET，Q3、第五N沟道MOSFET，PD4、第一肖特基二极管，PD5、第二肖特基二极管。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1所示，一种列车用视频服务器不间断保护电源系统，其特征在于：包括直流电源输入端100，所述直流电源输入端100与电源转换电路1和直流侦测电路2连接，所述电源转换电路1与直流侦测电路2连接，所述直流侦测电路2通过直流电源检测信号201与视频监控服务器3和交互计时电路4连接，所述交互计时电路4与电池放电开关电路6连接，所述视频监控服务器3与交互计时电路4和所述交互计时供电电路5连接，所述交互计时供电电路5与所述交互计时电路4连接，所述直流电源输入端100还与电压变换电路7和直流放电开关电路12连接，所述电压变换电路7与电池充电电路8连接，所述电池充电电路8与电池组400连接，所述电池组400与所述交互计时供电电路5连接和所述电池放电开关电路6连接，所述直流电源检测信号201还与直流放电控制信号产生电路11连接，所述直流放电控制信号产生电路11与所述直流放电开关电路12连接，所述直流放电开关电路12和所述电池放电开关电路6连接在连接端500上，所述连接端500与视频监控服务器3连接。

参照图2所示，所述直流放电开关电路12由三个N沟道MOSFETPQ5、PQ6、Q2、三个电容SC1、C7、C6、四个电阻SR1、R10、R5、R13组成，所述第一电阻SR1一端接地，另一端与第一电容SC1连接，所述第一电容SC1与直流电源输入端100和第一N沟道MOSFETPQ5的D端连接，所述第一N沟道MOSFETPQ5的S端与第三电阻R5的一端和第二N沟道MOSFETPQ6的S端连接，所述第三电阻R5的另一端与第四电阻R13、第一N沟道MOSFETPQ5的G端和第二N沟道MOSFETPQ6的G端连接，并且并联有第二电容C7所述第二N沟道MOSFETPQ6的D端与连接端500连接，所述第四电阻R13与第三N沟道MOSFETQ2的D端连接，所述第三N沟道MOSFETQ2的S端接地，G端与直流放电控制信号101和第二电阻R10连接，所述第二电阻R10接地，并且并联有第三电容C6。

进一步的，所述电池放电开关电路6由第四电容C2、两个N沟道MOSFETPQ2、Q3、两个肖特基二极管PD4、PD5和三个电阻R3、R6、R12组成，所述第一肖特基二极管PD4一端与连接端500连接，另一端与第四N沟道MOSFETPQ2的D端连接，并且并联有第二肖特基二极管PD5，所述第四N沟道MOSFETPQ2的S端与电池组400和第四电容C2的一端连接，G端与第六电阻R6和第四电容C2的另一端连接，所述第四电容C2并联有第五电阻R3，所述第六电阻R6与第五N沟道MOSFETQ3的D端连接，所述第五N沟道MOSFETQ3的G端与电池放电控制信号402和第七电阻R12的一端连接，S端与第七电阻R12另一端连接，并且接地。

进一步的，直流电源和电池切换通过直流放电开关电路12和电池放电开关电路6配合完成，控制信号为直流放电控制信号101和电池放电控制信号402，电源公共输出端为连接端500。

本实施例的工作原理如下：

结合图1所示，一种列车用视频监控服务器不间断保护电源，由直流电源输入侦测电路模块10，交互计时控制电路模块20，电源切换模块30，电池组充电模块40，共四个模块组成。

1、直流电源输入侦测模块10：此模块由直流电源输入端100，经过电源转换电路1，产生直流侦测电路2所需要的电源200，直流侦测电路2检测直流电源输入端100的电压，发送出直流电源检测信号201。直流电源检测信号201发送给交互计时电路4和影视系统服务器3。当直流输入端100电压值高于设定的临界电压值时，直流电源检测信号201为高电平；当直流输入端100电压值低于设定的临界电压值时，直流电源检测信号201为低电平。直流电源检测信号201高电平代表直流输入端100电压正常，直流电源检测信号201低电平代表直流输入端100电压有掉电现象，需要切换供电电源。

2、交互计时控制电路模块20：此模块由电池组400供电，电池组400经过交互计时供电电路5，输出电源410给交互计时电路4供电；交互计时电路4接收直流电源检测信号201和来自视频监控服务器3的电池放电信号401，交互计时电路4发出电池放电控制信号402给电池放电开关电路6。电池放电控制信号402为高电平时电池放电，电池放电控制信号402为低电平时电池不放电。交互计时电路4设定电池放电基准时间T1，电池计时关闭电路设定时间T2。T1，T2均可调节，T1<T2。当直流电源检测信号201为高电平时，电池放电控制信号402为低电平；当直流电源检测信号201为低电平时，电池放电控制信号402为高电平，电池放电，并启动计时关闭机制。

3、电源切换模块30：此模块由直流输入端100供电，经过直流放电控制信号产生电路11，产生直流放电控制信号101，直流放电控制信号101控制直流放电开关电路12来开启或者关闭直流电源放电路径。无缝切换模块电源公共输出端为连接端500，当直流电源输入端100的电压值高于设定的临界电压值时，直流放电开关电路12开启，电池放电开关电路6关闭，连接端500的电压值等于直流电源输入端100的电压值；当直流电源输入端100电压值低于设定的临界电压值时，直流放电开关电路12关闭，电池放电开关电路6开启，连接端500的电压值等于电池组400的电压值

4、电池组充电模块40：此模块由直流输入端100供电，经过电压变换电路7，转出电源300给电池充电电路供电8，电池充电电路8输出给电池组400充电。

工作步骤如下：

步骤01：直流电源输入端100的电压值高于设定的临界电压值时，直流电源检测信号201为高电平，电池放电控制信号402为低电平，电池放电开关电路6关闭，直流放电开关电路12开启，连接端500输出电压值等于直流电源输入端100的电压值。

步骤02：接步骤01，直流电源输入端100的电压值低于设定的临界电压值时，直流电源检测信号201为低电平，视频监控服务器3发出的电池放电信号401为高电平，交互计时电路4发出电池放电控制信号402为高电平，电池放电开关电路6开启，直流放电开关电路12关闭，连接端500输出电压值等于电池组400的电压值，电源输出无缝切换至电池供电。交互计时电路4同时开启电池计时。

步骤03：接步骤02，若直流电源输入端100的电压值在视频监控服务器3设定的时间T1范围内恢复为高于设定的临界电压值，直流电源检测信号201变为高电平，视频监控服务器3发出的电池放电信号401为低电平，交互计时电路4发出电池放电控制信号402为低电平，电池放电开关电路6关闭，直流放电开关电路12开启，连接端500输出电压值等于直流电源输入端100的电压值，电源输出直流电源供电。交互计时电路4同时被关闭。

步骤04：接步骤03，若直流电源输入端100的电压值在视频监控服务器3设定的时间T1范围内始终低于设定的临界电压值，经过设定时间T1后，视频监控服务器3发出的电池放电信号401变为低电平，交互计时电路4发出电池放电控制信号402为低电平，电池放电开关电路6关闭，此时直流放电开关电路12也关闭，连接端500输出电压值等于0。由于视频监控服务器3发出的电池放电信号401变为低电平，交互计时电路4供电被切断，交互计时电路4不工作。

步骤05：接步骤04，若直流电源输入端100的电压值在视频监控服务器3设定的时间T1范围内始终低于设定的临界电压值，经过设定时间T1后，视频监控服务器3发出的电池放电信号401维持高电平，出现视频监控服务器3死机现象，由于交互计时电路已经开始计时，电池放电时间超过设定时间T2，交互计时电路4发出电池放电控制信号402变为低电平，电池放电开关电路6关闭。连接端500输出电压值等于0，避免电池过度放电。

电源从直流电源切换到电池电源供电的过程，由于直流电源检测信号201由高电平切换到低电平时，电池放电控制信号402迅速有低电平切换到高电平，这两条信号的电平切换时间都是在10纳秒以内完成，所以在直流电源电压下降到设定的临界值时，电池就开始放电，这样可以有效防止电源切换过程中连接端500处出现短时间电压下降过大的情况，始终维持视频监控服务器3正常工作，做到电源的无缝切换。

结合图2所示，直流电源和电池切换电路包含直流放电开关电路12和电池放电开关电路6，控制信号为直流放电控制信号101和电池放电控制信号402。直流放电开关电路12中N沟道MOSFETPQ5、PQ6为功率用N沟道MOSFET，第三N沟道MOSFETQ2为开关用N沟道MOSFET。电池放电开关电路6中第四N沟道MOSFETPQ2为功率用N沟道MOSFET，肖特基二极管PD4、PD5为功率用肖特基二极管。

具体切换步骤如下所述：

连接端100供电时，直流放电控制信号101为高电平电平值设定为3.3伏特，N沟道MOSFETQ2导通，由于连接端100通过第一N沟道MOSFETPQ5的体二极管正向从漏极向源极漏电，第三电阻R5和第四电阻R13构成分压网络，N沟道MOSFETPQ5、PQ6的漏极和栅极电压差值等于第三电阻R5两端电压值，该电压大于N沟道MOSFET开启阈值电压，N沟道MOSFETPQ5、PQ6均导通，连接端100给连接端500供电；此时由于电池放电控制信号402为低电平，第五N沟道MOSFETQ3截止，第四N沟道MOSFETPQ2漏极和栅极电压相等，第四N沟道MOSFETPQ2截止，连接端400不会向连接端500漏电，由于肖特基二极管PD4、PD5的存在，连接端500不会向连接端400漏电，连接端400与连接端500间放电路径断开。

连接端100供电掉电时，直流放电控制信号101为低电平电平值0伏特，第三N沟道MOSFETQ2截止，N沟道MOSFETPQ5、PQ6的漏极和栅极电压差值为0伏特，N沟道MOSFETPQ5、PQ6均为截止状态，连接端100与连接端500间放电路径断开；此时由于电池放电控制信号402转换为高电平，第五N沟道MOSFETQ3导通，第五电阻R3和第六电阻R6构成分压网络，第四N沟道MOSFETPQ2的漏极和栅极电压差值等于第五电阻R3两端电压值，该电压大于N沟道MOSFET开启阈值电压，第四N沟道MOSFETPQ2导通，连接端400给连接端500供电。

此电源切换方式的优点在于连接端100和连接端400不会同时给连接端500供电，不存在连接端100和连接端400间漏电的问题，防止出现直流电源和电池之间电流倒灌而损伤电池或者降低电池寿命的情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种列车用视频服务器不间断保护电源系统，其特征在于：包括直流电源输入端（100），所述直流电源输入端（100）与电源转换电路（1）和直流侦测电路（2）连接，所述电源转换电路（1）与直流侦测电路（2）连接，所述直流侦测电路（2）通过直流电源检测信号（201）与视频服务器（3）和交互计时电路（4）连接，所述交互计时电路（4）与电池放电开关电路（6）连接，所述视频服务器（3）与交互计时电路（4）和所述交互计时供电电路（5）连接，所述交互计时供电电路（5）与所述交互计时电路（4）连接，所述直流电源输入端（100）还与电压变换电路（7）和直流放电开关电路（12）连接，所述电压变换电路（7）与电池充电电路（8）连接，所述电池充电电路（8）与电池组（400）连接，所述电池组（400）与所述交互计时供电电路（5）连接和所述电池放电开关电路（6）连接，所述直流电源检测信号（201）还与直流放电控制信号产生电路（11）连接，所述直流放电控制信号产生电路（11）与所述直流放电开关电路（12）连接，所述直流放电开关电路（12）和所述电池放电开关电路（6）连接在连接端（500）上，所述连接端（500）与视频服务器（3）连接，所述直流放电开关电路（12）由第一、第二、第三N沟道MOSFET（PQ5、PQ6、Q2）、第一、第二、第三电容（SC1、C7、C6）、第一、第二、第三、第四电阻（SR1、R10、R5、R13）组成，所述第一电阻（SR1）一端接地，另一端与第一电容（SC1）连接，所述第一电容（SC1）与直流电源输入端（100）和第一N沟道MOSFET（PQ5）的D端连接，所述第一N沟道MOSFET（PQ5）的S端与第三电阻（R5）的一端和第二N沟道MOSFET（PQ6）的S端连接，所述第三电阻（R5）的另一端与第四电阻（R13）、第一N沟道MOSFET（PQ5）的G端和第二N沟道MOSFET（PQ6）的G端连接，并且并联有第二电容（C7），所述第二N沟道MOSFET（PQ6）的D端与连接端（500）连接，所述第四电阻（R13）与第三N沟道MOSFET（Q2）的D端连接，所述第三N沟道MOSFET（Q2）的S端接地，G端与所述直流放电控制信号产生电路（11）产生的直流放电控制信号（101）及第二电阻（R10）连接，所述第二电阻（R10）接地，并且并联有第三电容（C6），所述电池放电开关电路（6）由第四电容（C2）、第四、第五N沟道MOSFET（PQ2、Q3）、第一、第二肖特基二极管（PD4、PD5）和第五、第六、第七电阻（R3、R6、R12）组成，所述第一肖特基二极管（PD4）一端与连接端（500）连接，另一端与第四N沟道MOSFET（PQ2）的D端连接，并且并联有第二肖特基二极管（PD5），所述第四N沟道MOSFET（PQ2）的S端与电池组（400）和第四电容（C2）的一端连接，G端与第六电阻（R6）和第四电容（C2）的另一端连接，所述第四电容（C2）并联有第五电阻（R3），所述第六电阻（R6）与第五N沟道MOSFET（Q3）的D端连接，所述第五N沟道MOSFET（Q3）的G端与所述交互计时电路（4）发出的电池放电控制信号（402）及第七电阻（R12）的一端连接，S端与第七电阻（R12）另一端连接，并且接地。