CN1069973C - 检测消防设备中不间断电源故障的方法及其实现电路 - Google Patents

检测消防设备中不间断电源故障的方法及其实现电路 Download PDF

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本发明公开了一种利用电池的容性滤波特性检测用于消防报警控制设备中不间断电源的主电源与电池间连接导线发生断路或电池正负端之间发生短路故障的方法及其实现电路，在主电源与电池间采用限压限流脉动充电，脉动充电电压的波形下跳沿电位(UA′)在接入电池前小于电压比较器(N5)的阀值电位(UB)，在接入电池充电开始后，由于电池的容性滤波特性，使脉动电位(UA″)大于阀值电位(UB)，一旦主电源与电池间连接导线发生断路或电池正负端之间发生短路故障，电池的容性滤波特性消失，脉动充电电压恢复原状态，下跳沿电位(UA′)小于阀值电位(UB)，发出故障信号。

Description

检测消防设备中不间断电源故障的方法及其实现电路
本发明涉及一种检测用于消防报警控制设备中不间断电源的主电源充电器与电池间连接导线发生断路及短路故障的方法及其实现该方法的电路。
在消防报警控制设备所适用的国标《GB4717-93》中，要求检测主电源(含充电器)与备用电源(电池)间连接导线的断路及短路故障，并报警以提示工作人员及时接好电池。根据上述要求，在检测主电源与电池间连线是否接好的方法中可用于判断的常规信号仅有二种；即电压信号和电流信号。
1．检测电流信号：
目前，消防报警控制设备中大部分设备采用检测电流信号的方式完成此项检测功能。当主电源工作时，一方面向负载供电；另一方面对其电池充电(见图1)。随着电池中储存能量的增加，充电电流逐渐减小(适用于恒压充电法)，最终达到一个最小维持电流(实测到最小电流为1.2mA)。然而，当电池放电时，最大放电电流又可达到十几个安培，检测变化范围如此之大的电流值是很困难的，出现判断错误也就在所难免。
2．检测电压信号：
电池与主电源(含充电通道)的连接方式有两种，一种是在线式并联接法(见图1)，其间没有任何隔离器件。另一种是主电源与充电器分离，或主电道与充电道分离，主电道与充电道电压不同，充电道直接与电池连接，而电池放电道不能与主供回路直接相连，其间需由隔离器件分离两种电压，必要时才接入主供回路(见图2)。无论那种连接方式，都需检测到电池端电压是否存在，才能判断其电池的有无，并进一步判断“断路、短路”故障的有无。而由于充电道与电池直接相连，检测器件是无法选择出充电电压和电池的自身固有电压，也不可能只为检测到电池自身故有电压而不停的断开充电道。所以检测电压信号实现起来也很困难。
本发明的目的是提供一种利用电池的容性滤波特性，变直流恒压充电为限压(相对恒压)限流脉动充电，并使输入电池的脉动电压有效值及脉动幅值在接入电池前后发生特征性变化来判断电池与主电源间导线是否发生“断路、短路”故障。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
1．检测方法：
(1)第一步实现对电池接入主电源的检测。由于电池自身具有电压V，当电池正确接入主电源充电端口时，可由主电源检测电路判断出电池电压V的存在，并加以导通锁定，同时接通充电道对其充电。
(2)充电方式选择为相对恒定、具有脉动波形的电压对电池充电，其目的在于利用电池接入前后充电脉动波形电压幅值T的变化，进行“断路、短路”功能的检测，即主电源充电道要产生一个脉动波形对电池进行充电，在这里波动很小的直流电是无法使用的。
(3)利用电池具有的容性滤波特性，对其输入的脉动波形具有滤波效应，使其波形振幅大幅度衰减，导致充电脉动电压在输入电池前后，波形发生特征性变化(见图3)。注：充电道未接电池时的波形下跳沿电位UA′＜UB，充电道已接电池时的波形下跳沿电位UA″＞UB，UB为电压比较器阀值电位，UA′、UA″分别为接入电池前后输入电压比较器的脉动充电波形的下跳沿电位。
(4)电池的容性滤波特性与电池的储能多少是有一定关系的，但电池的盈亏对其脉动充电波形振幅的衰减的大小影响不大，不会导致检测结果的错误。
2．核心电路的工作原理(见图4)
第36电阻R36与第37电阻R37是脉动充电电压的分压电阻，为电压比较器N5提供一个适合的比较电位，第38电阻R38与第39电阻R39是用于设定电压比较器N5阀值电位的分压电阻，第15电容C15是耦合电容器，N6-7为一非门．脉动充电电压经第15电容C15连接于电压比较器N5的正输入端A点，直流电压经第38电阻R38与第39电阻R39分压，连接于电压比较器N5的负输入端B点，电压比较器N5的输出端C点电位经非门N6-7控制第2继电器J2的动作。主电源与电池间连接导线正常时，电压比较器N5的负输入端B点的阀值电位UB设定为小于正输入端A点电位UA，此时输出端C点电位UC为高电位，经非门N6-7，非门N6-7的输出端D点电位UD为低电位，保证第2继电器J2可靠吸合。主电源与电池间连接导线ab段发生断路或电池正负端之间发生短路故障时，电压比较器N5的负输入端B点的阀值电位UB大于正输入端A点电位UA，此时输出端C点电位UC由高电位降为低电位，发出故障信号。
在电压比较器N5的输出端C点接有对电压比较器N5输出信号进行滤波的第17电容C17和支持电压比较器N5工作的上拉电阻R40。在电压比较器N5的正输入端A点接有保护电压比较器N5的稳压管VW18。
上述方法中所产生的用于报警的电信号，由于它只与电池的容性滤波特性有关，与电池储能多少无关，所以这就使本方法具有很高的可靠性，另外实现本方法的电路也非常简单、可靠，制造成本合理。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步阐述
图1：不间断电源在线式并联接法。
图2：不间断电源非在线式联接方法。
图3：脉动充电电压接入电池前后的波形变化。
图4：实现本发明的电路图。
图5：本发明实施例的电路图。
图中：N5:LM393电压比较器。
      R38、R39：设定阀值电位的分压电阻。
      R40：支持N5工作的上拉电阻。
      R36、R37：脉动充电电压的分压电阻。
      C17：对N5的输出信号滤波的电容。
      C15：耦合电容器。
      J1、J2：控制用第1、第2继电器。
      N6-7：非门，协助J2动作。
      VW18：18V稳压管，用于保护电压比较器N5。
      DC24V端为直流稳压输出端，为外设提供供电。
      BATTERY端为电池(电池)正极接入端。
      28V端为充电道(28V脉动)。
参见实施例(图5)，该电路中核心元件是电压比较器N5，一支LM393电压比较器。用于比较脉动充电下跳沿电位在充电道接入电池前后与阀值电位UB的大小，从而给出状态信号。其中第38电阻R38与第39电阻R39是用于设定阀值电位的分压电阻。第40电阻R40是支持电压比较器N5工作的上拉电阻。DC24V为电压比较器N5提供电能。第17电容C17的作用是对电压比较器N5的输出状态信号进行滤波，第36电阻R36和第37电阻R37是脉动充电电压的分压电阻，作用是为电压比较器N5提供一个适合的比较电位。第15电容C15是耦合电容器。第1继电器J1、第2继电器J2分别为控制用继电器，作用分别是第1继电器J1用于主电源与后备电池切换，第2继电器J2用于判断充放电道故障。N6-7为一非门，用于保护电压比较器N5。
该电路开始工作后，首先要判断电池是否接入充(放)电电路。在电池没接入前，此时第1继电器J1、第2继电器J2均处于开路状态，故UA＜UB(UA=0)，电压比较器N5的输出电压UC为低电位，则UD为高电位，故第2继电器J2不吸合，导致备电不能接入，脉动充电电压也不对外充电道输出。
当接入电池后，UA＞UB。电压比较器输出电位信号为高，即UC为高电位，则UD为低电位。第2继电器J2吸合，脉动充电电压28V经第2继电器J2施加于电池两端，向电池充电。
充电开始后，由于电池的容性滤波特性，使脉动充电波形发生了变化，波形幅值减小，波形的低电位UA″＞UB(见图3)，经非门N6-7作用，使第2继电器J2继续可靠吸合。
一旦充(放)电线路故障(即主电源与电池间连接导线ab段发生断路或电池正负端之间发生短路)电池的容性滤波作用消失，脉动充电电压的幅值恢复到原状态，其下跳沿电位UA＜UB(见图3)。并经闭合的第2继电器J2的继电器触点和耦合电容C15直接输入电压比较器N5，使得电压比较器N5的输出的电压UC变化，由高电位降为低电位。至此完成了电池是否接入充(放)电通道和充电通道故障所导致的判断信号的输出不同。有了这个电信号就可以用于声光报警。

Claims (6)

1．一种利用电池的容性滤波特性检测用于消防报警控制设备中不间断电源的主电源与电池间连接导线发生断路或电池正负端之间发生短路故障的方法，其特征在于：主电源与电池间采用限压限流脉动充电，脉动充电电压的波形下跳沿电位(UA′)在接入电池前小于电压比较器(N5)的阀值电位(UB)，在接入电池充电开始后，由于电池的容性滤波特性，使脉动电位(UA″)大于阀值电位(UB)，一旦主电源与电池间连接导线发生断路或电池正负端之间发生短路故障，电池的容性滤波特性消失，脉动充电电压恢复原状态，下跳沿电位(UA′)小于阀值电位(UB)，发出故障信号。
2．一种实现权利要求1所述方法的电路，其包括第36电阻(R36)、第37电阻(R37)、电压比较器(N5)、第38电阻(R38)、第39电阻(R39)、第15电容(C15)、非门(N6-7)、第2继电器(J2)，第36电阻(R36)与第37电阻(R37)是脉动充电电压的分压电阻，为电压比较器(N5)提供一个适合的比较电位，第38电阻(R38)与第39电阻(R39)是用于设定电压比较器(N5)阀值电位的分压电阻，第15电容(C15)是耦合电容器，其特征在于：脉动充电电压经第15电容(C15)连接于电压比较器(N5)的正输入端(A)，直流电压经第38电阻(R38)与第39电阻(R39)分压，连接于电压比较器(N5)的负输入端(B)，电压比较器(N5)的输出端(C)电位经非门(N6-7)控制第2继电器(J2)的动作。
3．根据权利要求2所述的电路，其特征在于：主电源与电池间连接导线正常时，电压比较器(N5)的负输入端(B)的阀值电位(UB)设定为小于正输入端(A)电位(UA)，此时输出端(C)电位(UC)为高电位，经非门(N6-7)，非门(N6-7)的输出端(D)电位(UD)为低电位，保证第2继电器(J2)可靠吸合。
4．根据权利要求2所述的电路，其特征在于：主电源与电池间连接导线发生断路或电池正负端之间发生短路故障时，电压比较器(N5)的负输入端(B)的阀值电位(UB)大于正输入端(A)电位(UA)，此时输出端(C)电位(UC)由高电位降为低电位，发出故障信号。
5．根据权利要求2所述的电路，其特征在于：在电压比较器(N5)的输出端(C)接有对电压比较器(N5)输出信号进行滤波的第17电容(C17)和支持电压比较器(U5)工作的上拉电阻(R40)。
6．根据权利要求2所述的电路，其特征在于：在电压比较器(N5)的正输入端(A)接有保护电压比较器(N5)的稳压管(VW18)。
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