CN110571920A - 一种应急电源切换主控电路及充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应急电源切换主控电路及充电方法，通过设置与蓄电池连接用以输入第一低平安全电压的蓄电池连接端，与市电连接输入工频交流电的市电输入端，将工频交流电转化为第二低平安全电压的AC‑DC转换模块，以及在输出第一低平安全电压的第一通路和输出第二低平安全电压的第二通路之间进行切换的线路切换单元，同时通过设置分别与AC‑DC转换模块和蓄电池连接端连接的Boost升压电路来对所述第二低平安全电压进行升压处理成可对蓄电池充电的充电电压，由此摈弃了传统技术中需要外接充电器为蓄电池充电的方式。由处理器通过控制Boost升压电路的工作状态来对蓄电池进行充电状态管理。具有降低成本减少故障几率和提升主控电路的智能化水平的技术效果。

Description

一种应急电源切换主控电路及充电方法
技术领域
本发明涉及电子通信技术领域，特别是涉及一种应急电源切换主控电路及充电方法。
背景技术
消防应急电源，简称EPS，是一种以弱电控制强电变换的备用交流电源装置。消防应急电源能够为消防应急照明灯具及疏散指示灯具提供稳定的应急供电(也就是在市电停电以后作为应急备用电源来使用)；由于传统的消防应急电源(灯具专用电源)输出电压标准多为AC220V/AC380V，此电压等级为非安全电压(远远大于36V，该类应急电源由应急用电池、逆变H桥、接触器、主控驱动电路、充电机等组成)，在紧急情况(如火灾发生)时，容易导致某些输出回路导线裸露而造成极大的安全隐患。因此，目前业内的消防应急电源(灯具专用电源)发展方向是电压安全化(输出电压不大于36V，该类应急电源由应急用电池、继电器、主控电路、充电机等组成)。
目前，传统市场上应用于消防灯具系统的安全电压型消防应急电源主要采用蓄电池、继电器、主控电路、成品充电器等组成，这是由于安全电压型电源因其限制电压较低，因此在工作时不会产生较大功率(市场标准不超过0.6KVA)，无法通过AC-DC降压直流模块为蓄电池充电。传统的安全电压型灯具应急电源通常依靠成品充电器来为电源中的蓄电池充电，由此还造成系统无法对蓄电池的充电状态进行智能化管理，不仅增加了应急电源成本，提高了电源产生故障的机率，并且一旦在充电过程中出现电池故障，系统无法及时安全正确的进行处理，使得系统故障率大大增加，严重时还可能造成在紧急状况发生时，应急电源所连接的应急灯具无法发挥疏散指导作用，从而造成极其严重的后果。
可见，现有技术中存在着消防应急电源因电压限制的原因需要另接独立充电器为蓄电池充电，由此造成应急电源的成本和故障率增大的技术问题。
发明内容
本申请提供一种应急电源切换主控电路及充电方法，用以解决现有技术中存在着消防应急电源因电压限制的原因需要另接独立充电器为蓄电池充电，由此造成应急电源的成本和故障率增大的技术问题。
本申请第一方面提供了一种应急电源切换主控电路，包括：
蓄电池连接端，与蓄电池连接，用以传输由所述蓄电池提供的第一低平安全电压；
市电输入端，与市电连接，用以输入工频交流电；
AC-DC转换模块，与所述市电输入端连接，用以将所述工频交流电转化为第二低平安全电压；
电压输出端，与下游应急设备连接；
线路切换单元，分别与所述AC-DC转换模块、所述蓄电池连接端、及所述电压输出端连接，用以基于线路切换信号连通所述蓄电池连接端与所述电压输出端之间的第一通路，或连通所述AC-DC转换模块与所述电压输出端之间的第二通路，其中，在所述第一通路处于导通状态时，所述应急电源切换主控电路向所述下游应急设备输出所述第一低平安全电压，在所述第二通路处于导通状态时，所述应急电源切换主控电路向所述下游应急设备输出所述第二低平安全电压；
处理器，与所述线路切换单元连接，用以生成所述线路切换信号；
Boost升压电路，分别与所述AC-DC转换模块、所述处理器、及所述蓄电池连接端连接，用以将所述第二低平安全电压进行升压处理为充电电压，并通过所述充电电压为所述蓄电池充电。
可选地，所述主控电路还包括：
充电开关，设置在所述蓄电池连接端与Boost升压电路之间的充电电压输出通路上，且与所述处理器连接，用以基于所述处理器发出的充电控制信号而控制所述充电电压输出通路的开闭。
可选地，所述主控电路还包括：
继电器，经所述充电开关与所述蓄电池连接端连接。
可选地，所述主控电路还包括：
安全电阻，串联设置在所述充电开关与所述蓄电池连接端之间。
可选地，所述主控电路还包括：
电池检测模块，与所述蓄电池及所述处理器连接，用以检测获得所述蓄电池的电池电压。
本申请第二方面提供了一种应急电源充电方法，应用于如第一方面所述的主控电路，包括：
通过所述处理器检测得到所述Boost升压电路中的MOS管源极上的低平电流Id；
所述处理器基于所述低平电流Id确定经所述蓄电池连接端输入蓄电池的充电电流Io；
所述处理器通过调整所述Boost升压电路的占空比以将所述充电电流Io控制在预设电流值范围内。
可选地，所述基于所述低平电流Id确定经所述蓄电池连接端输入蓄电池的充电电流Io，包括：
基于计算式：Io＝Id*(1-D)/D确定所述充电电流Io，其中，D为占空比。
可选地，所述充电电流Io小于等于0.4C20。
可选地，所述方法还包括：
在所述主控电路包括电池检测模块时，所述处理器通过所述电池检测模块获得所述蓄电池的当前电池电压；
在所述当前电池电压达到第一电压阈值时，所述处理器通过控制所述Boost升压电路的占空比，以将所述充电电压调整至与所述蓄电池对应的充电限制电压。
可选地，在所述处理器通过控制所述Boost升压电路的占空比，以将所述充电电压调整至与所述蓄电池对应的充电限制电压之后，所述方法还包括：
在所述充电电流下降至第一电流阈值时，所述处理器继续调整所述Boost升压电路的占空比，以将所述充电电压调整至与所述蓄电池对应的额定浮充电压。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中的技术方案通过设置与蓄电池连接用以输入第一低平安全电压的蓄电池连接端，与市电连接输入工频交流电的市电输入端，将工频交流电转化为第二低平安全电压的AC-DC转换模块，以及在输出第一低平安全电压的第一通路和输出第二低平安全电压的第二通路之间进行切换的线路切换单元，同时通过设置分别与AC-DC转换模块和蓄电池连接端连接的Boost升压电路来对所述第二低平安全电压进行升压处理成可对蓄电池充电的充电电压，由此摈弃了传统技术中需要外接充电器为蓄电池充电的方式。由处理器通过控制Boost升压电路的工作状态来对蓄电池进行充电状态管理。具有降低成本减少故障几率和提升主控电路的智能化水平的技术效果。同时，本申请技术方案中的电路可以集成应急电源的控制主板上，还具有极大减小应急电源系统设备体积的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种应急电源切换主控电路的结构图；
图2为本发明实施例提供的一种应急电源切换主控电路中的Boost升压电路的电路图；
图3为本发明实施例提供的一种应急电源充电方法的流程图。
具体实施方式
本申请提供一种应急电源切换主控电路及充电方法，用以解决现有技术中存在着消防应急电源因电压限制的原因需要另接独立充电器为蓄电池充电，由此造成应急电源的成本和故障率增大的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本申请实施例中的技术方案通过设置与蓄电池连接用以输入第一低平安全电压的蓄电池连接端，与市电连接输入工频交流电的市电输入端，将工频交流电转化为第二低平安全电压的AC-DC转换模块，以及在输出第一低平安全电压的第一通路和输出第二低平安全电压的第二通路之间进行切换的线路切换单元，同时通过设置分别与AC-DC转换模块和蓄电池连接端连接的Boost升压电路来对所述第二低平安全电压进行升压处理成可对蓄电池充电的充电电压，由此摈弃了传统技术中需要外接充电器为蓄电池充电的方式。由处理器通过控制Boost升压电路的工作状态来对蓄电池进行充电状态管理。具有降低成本减少故障几率和提升主控电路的智能化水平的技术效果。同时，本申请技术方案中的电路可以集成应急电源的控制主板上，还具有极大减小应急电源系统设备体积的技术效果。
下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例一
请参考图1、图2，本申请实施例一提供了一种应急电源切换主控电路，包括：
蓄电池连接端101，与蓄电池连接，用以传输由所述蓄电池提供的第一低平安全电压；
市电输入端102，与市电连接，用以输入工频交流电；
AC-DC转换模块103，与所述市电输入端连接，用以将所述工频交流电转化为第二低平安全电压；
电压输出端104，与下游应急设备连接；
线路切换单元105，分别与所述AC-DC转换模块、所述蓄电池连接端、及所述电压输出端连接，用以基于线路切换信号连通所述蓄电池连接端与所述电压输出端之间的第一通路，或连通所述AC-DC转换模块与所述电压输出端之间的第二通路，其中，在所述第一通路处于导通状态时，所述应急电源切换主控电路向所述下游应急设备输出所述第一低平安全电压，在所述第二通路处于导通状态时，所述应急电源切换主控电路向所述下游应急设备输出所述第二低平安全电压；
处理器106，与所述线路切换单元连接，用以生成所述线路切换信号；
Boost升压电路107，分别与所述AC-DC转换模块、所述处理器、及所述蓄电池连接端连接，用以将所述第二低平安全电压进行升压处理为充电电压，并通过所述充电电压为所述蓄电池充电。
需要指出的是，本申请实施例中的低平安全电压(包括第一低平安全电压与第二低平安全电压)可以是指小于等于36V的电压。而所述下游应急设备可以是指应急指示灯具或其他可用低平安全电压驱动的电子设备或元器件。
在实际操作时，本申请实施例中的应急电源切换主控电路可以将由市电转化来的低平电压通过所述Boost升压电路进行升压处理成可为蓄电池充电的充电电压，由此摈弃了传统应急电源电路中需要外接成品充电器来为蓄电池充电的方式。可以由处理器通过控制所述Boost升压电路的工作状态来对蓄电池的充电状态进行管理。不仅可以起到降低成本减少故障几率的作用，还能通过自主控制蓄电池的充电状态而起到提升主控电路的智能化水平的作用。
进一步地，所述主控电路还包括：
充电开关108，设置在所述蓄电池连接端与Boost升压电路之间的充电电压输出通路上，且与所述处理器连接，用以基于所述处理器发出的充电控制信号而控制所述充电电压输出通路的开闭。
实际操作时可以通过处理器发送控制信号而控制充电开关的开闭，由此实现控制Boost升压电路是否向蓄电池输出充电电压，也就是实现控制所述蓄电池是否处于充电状态。
再进一步地，所述主控电路还包括：
继电器109，经所述充电开关与所述蓄电池连接端连接。
需要指出的是，本申请实施例中，当所述充电开关处于控制充电通路处于导通状态的位置时，所述继电器可以为与蓄电池处于接通的状态，而当所述充电开关处于控制充电通路处于关断状态的位置时，所述继电器可以为与蓄电池处于断开的状态。由此使得所述处理器还具有对所述蓄电池的充电开闭控制作用。其中，所述充电通路可以为所述电压输出端与所述蓄电池之间的连接通路。
同时，本申请实施例中的所述主控电路还包括：
安全电阻，串联设置在所述充电开关与所述蓄电池连接端之间。
通过该安全电阻可以提升所述主控电路的安全性，避免在所述蓄电池连接端上的电流过大，从而造成相关元器件的损害。
再进一步的，本申请实施例中的所述主控电路还包括：
电池检测模块，与所述蓄电池及所述处理器连接，用以检测获得所述蓄电池的电池电压。
通过该电池检测模块，所述处理器可以获得蓄电池当前的电量、当前的电压，甚至当前的充电电流，等等，只要是现有技术中可检测获得的与蓄电池相关的数据，均可以通过所述电池检测模块而检测获得。当然现有技术中的电池检测模块有多种，本领域普通技术人员可以根据需要的具体电池信息而设置相应的检测模块即可，例如，万用表、电流/电压采集电路，等等。
实际操作时，可以通过该电池检测模块基于相应的检测参数检测蓄电池是否存在，并且该蓄电池是否需要充电。如果检测反馈结果表征蓄电池异常不在位(开路)，则所述处理器会报出故障信息并通过控制所述Boost升压电路的工作状态或控制所述充电开关关断从而停止提供所述充电电压；而当蓄电池正常且需要充电时，则所述处理器可以控制所述充电开关处于闭合状态，然后控制所述Boost升压电路进行升压处理生成充电电压，而为所述蓄电池进行充电。
实施例二
请参考图2、图3，本申请实施例二提供了一种应急电源充电方法，应用于如实施例一所述的主控电路，包括：
步骤201：通过所述处理器检测得到所述Boost升压电路中的MOS管源极上的低平电流Id；
所述处理器可以通过其自带的电流采集单元或外接的电流采集模块来实现检测得到该低平电流Id。
步骤202：所述处理器基于所述低平电流Id确定经所述蓄电池连接端输入蓄电池的充电电流Io；
由于在Boost升压电路中均设置有MOS管，本领域普通技术人员可以基于MOS管源极上的低平电流Id采用一些目前公知的计算方法计算获得经过所述Boost升压电路升压处理后传输到蓄电池的充电电流值大小。且现有技术中存在多种方法可基于Boost升压电路中源极上的低平电流值确定出升压处理后的充电电流值大小，用户可以根据需要而自行设置，为了说明书的简介，在此就不一一赘述。
步骤203：所述处理器通过调整所述Boost升压电路的占空比以将所述充电电流Io控制在预设电流值范围内。当然，所述预设电流值范围可以根据需要而自行设置。
进一步的，在步骤202中，所述基于所述低平电流Id确定经所述蓄电池连接端输入蓄电池的充电电流Io，包括：
基于计算式：Io＝Id*(1-D)/D确定所述充电电流Io，其中，D为占空比。
通过上述计算式可以确定所述充电电流值的大小，进一步所述处理器还可以根据该计算式来调整相应的占空比大小，从而实现将所述充电电流Io控制在预设电流值范围内。
具体的，所述预设电流值范围可以为：充电电流Io小于等于0.4C20。这是由于应急电源标准GB17945-2010强制要求充电电流Io小于等于0.4C20(如电池容量50AH C20，则充电电流0.4*50＝20A)，因此本申请实施例中的所述充电电流可优选控制在0.4C20以内。
再进一步的，所述方法还包括：
在所述主控电路包括电池检测模块时，所述处理器通过所述电池检测模块获得所述蓄电池的当前电池电压；
在所述当前电池电压达到第一电压阈值时，所述处理器通过控制所述Boost升压电路的占空比，以将所述充电电压调整至与所述蓄电池对应的充电限制电压。
再进一步地，在所述处理器通过控制所述Boost升压电路的占空比，以将所述充电电压调整至与所述蓄电池对应的充电限制电压之后，所述方法还包括：
在所述充电电流下降至第一电流阈值时，所述处理器继续调整所述Boost升压电路的占空比，以将所述充电电压调整至与所述蓄电池对应的额定浮充电压。
也就是说，在采用本申请实施例中的主控电路来对蓄电池充电时，可以首先进入恒流充电状态，也就是保持所述充电电流处于预设电流范围内(充电电流Io小于等于0.4C20)来进行充电。当采用恒流状态充电到该蓄电池的电池电压至第一电压阈值(例如，单节铅酸电池的充电限制电压通常为14.0V，每节铅酸电池的所述第一电压阈值可设置为13.7V，而两节铅酸电池的第一电压阈值可设置为27.4V，以此类推)时，所述处理器可通过控制所述Boost升压电路的占空比(具体可采用调低占空比的方式)，以将充电电压调整至所述蓄电池对应的充电限制电压附近，且不可超过所述充电限制电压(该充电限制电压可以为预设值，例如，两节铅酸电池的充电限制电压可设置为28.0V)。具体地，现有技术中有多种手段以控制所述充电电压的大小。例如，处理器可基于如下计算式来通过调整占空比D的值来控制所述充电电压的大小：Vo＝Vin/(1-D)，其中，D为所述Boost升压电路的占空比，Vo为所述充电电压，Vin为输入所述Boost升压电路的第二低平安全电压。在上述过程中，由于电池电压趋近于充电限制电压，电池内的电量临近充满，充电电流也会逐渐下降。当充电电流下降至所述第一电流阈值(例如0.01C20)，则所述处理器可以继续调低占空比以将所述充电电压调至蓄电池的额定浮充电压(例如，两节铅酸电池的额定浮充电压可以为27.6V)，由此实现完成充电。
可见，本申请实施例中的技术方案通过设置与蓄电池连接用以输入第一低平安全电压的蓄电池连接端，与市电连接输入工频交流电的市电输入端，将工频交流电转化为第二低平安全电压的AC-DC转换模块，以及在输出第一低平安全电压的第一通路和输出第二低平安全电压的第二通路之间进行切换的线路切换单元，同时通过设置分别与AC-DC转换模块和蓄电池连接端连接的Boost升压电路来对所述第二低平安全电压进行升压处理成可对蓄电池充电的充电电压，由此摈弃了传统技术中需要外接充电器为蓄电池充电的方式。由处理器通过控制Boost升压电路的工作状态来对蓄电池进行充电状态管理。具有降低成本减少故障几率和提升主控电路的智能化水平的技术效果。同时，本申请技术方案中的电路可以集成应急电源的控制主板上，还具有极大减小应急电源系统设备体积的技术效果。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种应急电源切换主控电路，其特征在于，包括：
蓄电池连接端，与蓄电池连接，用以传输由所述蓄电池提供的第一低平安全电压；
市电输入端，与市电连接，用以输入工频交流电；
AC-DC转换模块，与所述市电输入端连接，用以将所述工频交流电转化为第二低平安全电压；
电压输出端，与下游应急设备连接；
线路切换单元，分别与所述AC-DC转换模块、所述蓄电池连接端、及所述电压输出端连接，用以基于线路切换信号连通所述蓄电池连接端与所述电压输出端之间的第一通路，或连通所述AC-DC转换模块与所述电压输出端之间的第二通路，其中，在所述第一通路处于导通状态时，所述应急电源切换主控电路向所述下游应急设备输出所述第一低平安全电压，在所述第二通路处于导通状态时，所述应急电源切换主控电路向所述下游应急设备输出所述第二低平安全电压；
处理器，与所述线路切换单元连接，用以生成所述线路切换信号；
Boost升压电路，分别与所述AC-DC转换模块、所述处理器、及所述蓄电池连接端连接，用以将所述第二低平安全电压进行升压处理为充电电压，并通过所述充电电压为所述蓄电池充电。
2.如权利要求1所述的主控电路，其特征在于，所述主控电路还包括：
充电开关，设置在所述蓄电池连接端与Boost升压电路之间的充电电压输出通路上，且与所述处理器连接，用以基于所述处理器发出的充电控制信号而控制所述充电电压输出通路的开闭。
3.如权利要求2所述的主控电路，其特征在于，所述主控电路还包括：
继电器，经所述充电开关与所述蓄电池连接端连接。
4.如权利要求3所述的主控电路，其特征在于，所述主控电路还包括：
安全电阻，串联设置在所述充电开关与所述蓄电池连接端之间。
5.如权利要求1所述的主控电路，其特征在于，所述主控电路还包括：
电池检测模块，与所述蓄电池及所述处理器连接，用以检测获得所述蓄电池的电池电压。
6.一种应急电源充电方法，应用于如权利要求1-5任一权利要求所述的主控电路，其特征在于，包括：
通过所述处理器检测得到所述Boost升压电路中的MOS管源极上的低平电流Id；
所述处理器基于所述低平电流Id确定经所述蓄电池连接端输入蓄电池的充电电流Io；
所述处理器通过调整所述Boost升压电路的占空比以将所述充电电流Io控制在预设电流值范围内。
7.如权利要求6所述的充电方法，其特征在于，所述基于所述低平电流Id确定经所述蓄电池连接端输入蓄电池的充电电流Io，包括：
基于计算式：Io＝Id*(1-D)/D确定所述充电电流Io，其中，D为占空比。
8.如权利要求7所述的充电方法，其特征在于，所述充电电流Io小于等于0.4C20。
9.如权利要求6所述的充电方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述主控电路包括电池检测模块时，所述处理器通过所述电池检测模块获得所述蓄电池的当前电池电压；
在所述当前电池电压达到第一电压阈值时，所述处理器通过控制所述Boost升压电路的占空比，以将所述充电电压调整至与所述蓄电池对应的充电限制电压。
10.如权利要求9所述的充电方法，其特征在于，在所述处理器通过控制所述Boost升压电路的占空比，以使所述当前电池电压为所述蓄电池对应的充电限制电压之后，所述方法还包括：
在所述充电电流下降至第一电流阈值时，所述处理器继续调整所述Boost升压电路的占空比，以将充电电压调整至与所述蓄电池对应的额定浮充电压。
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