CN112421755A - 基于物联网的电力监测用供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种基于物联网的电力监测用供电系统，包括变压器、整流电路、缓冲保护电路、稳压电路、备用蓄电池、蓄电池管理电路以及电池供电切换电路；变压器的输入市电，变压器的输出端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端与缓冲保护电路的输入端连接，缓冲保护电路的输出端与稳压电路的第一输入端和蓄电池管理电路的输入端连接，稳压电路的输出端向低压直流负载供电，蓄电池管理电路的输出端与备用蓄电池的正极连接，电池供电切换电路的控制输入端与缓冲保护电路的输入端连接，电池供电切换电路的电源端与备用蓄电池连接，电池供电切换电路的输出端与低压直流负载以及稳压电路的第二输入端连接，确保整个电力物联网监测系统供电稳定性。

Description

基于物联网的电力监测用供电系统
技术领域
本发明涉及电力监测用的供电系统，尤其涉及一种基于物联网的电力监测用供电系统。
背景技术
在电力电网中，为了保证电力电网各个设备的稳定运行，需要对电力设备的运行参数进行实时监测并上传，从而利于作为稳定的运维措施，在电力设备的监测中，基于物联网的监测系统被广泛应用，为了保证物联网监测系统的稳定运行，除了对物联网监测系统中的各个设备稳定性和可靠性，比如传感器、物联网节点以及传输芯片等等，更为重要的是整个物联网监测系统的供电稳定性，现有技术中，对于电力物联网的低压直流供电具有众多的电源，最为常用的为开关电源，但是，现有的开关电源端的电路结构极为复杂，制造以及使用成本都极为高昂，更为重要的是，现有的电源在工作过程中受到电流冲击大，大大缩短了电源自身器件的寿命，从而造成整个物联网监测系统的稳定性差。
因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于物联网的电力监测用供电系统，在供电初始状态下进行缓启动供电，能够有效避免上电瞬间电流对电源自身的元器件的冲击，确保电源自身的工作寿命，进而确保整个电力物联网监测系统的供电稳定性，而且整个电路结构简单，成本低廉。
本发明提供的一种基于物联网的电力监测用供电系统，包括变压器、整流电路、缓冲保护电路、稳压电路、备用蓄电池、蓄电池管理电路以及电池供电切换电路；
所述变压器的输入端连接于市电，变压器的输出端与整流电路的输入端连接，所述整流电路的输出端与缓冲保护电路的输入端连接，所述缓冲保护电路的输出端与稳压电路的第一输入端和蓄电池管理电路的输入端连接，所述稳压电路的输出端向低压直流负载供电，所述蓄电池管理电路的输出端与备用蓄电池的正极连接，所述电池供电切换电路的控制输入端与缓冲保护电路的输入端连接，所述电池供电切换电路的电源端与备用蓄电池连接，电池供电切换电路的输出端与低压直流负载以及稳压电路的第二输入端连接。
进一步，所述缓冲保护电路包括分压输入电路、过压保护电路和缓启动电路；
所述分压输入电路的输入端与整流电路的正输出端连接，分压输入电路的输出端与缓启动电路的输入端连接，所述缓启动电路的输出端作为缓冲保护电路的输出端，过压保护电路的检测端连接于分压输入电路的输出端，过压保护电路的执行端与缓启动电路的接地端连接，过压保护电路的接地端接地。
进一步，所述缓启动电路包括电阻R5、电阻R6、电容C1、PMOS管Q4、PMOS管Q3、三极管Q2、电容C3、电容C4、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、压敏电阻VDR以及电感L1；
PMOS管Q3的源极作为缓启动电路的输入端，PMOS管Q3的漏极通过电感L1连接于电阻R10的一端，电阻R10的另一端作为缓启动电路的正输出端；PMOS管Q3的漏极通过电容C3和电容C4串联后连接于过压保护电路的执行端，电容C3和电容C4的公共连接点通过电阻R9连接于三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接于过压保护电路的执行端，三极管Q2的集电极通过电阻R8与PMOS管Q3的栅极连接，三极管Q2的集电极通过电阻R7连接于PMOS管Q3的源极，电阻R5的一端连接于PMOS管Q3的源极，电阻R5的另一端连接于PMOS管Q4的源极，PMOS管Q4的漏极连接于PMOS管Q3的漏极和电容C3的公共连接点，PMOS管Q4的栅极通过电容C1接地，PMOS管Q4的栅极通过电阻R6连接于PMOS管Q3的漏极，电容C4和过压保护电路的执行端的公共连接点作为缓启动电路的负输出端；压敏电阻VDR的一端连接于电容C3与PMOS管Q3的漏极之间的公共连接点，压敏电阻VDR的另一端连接于电容C4和过压保护电路的执行端的公共连接点。
进一步，所述过压保护电路包括电阻R4、电阻R3、NMOS管Q1、电容C2和稳压管ZD1；
电阻R4的一端作为过压保护电路的检测端连接于分压输入电路的输出端，电阻R4的另一端通过电阻R3连接于NMOS管Q1的基极，NMOS管Q1的源极接地，NMOS管Q1的漏极作为过压保护电路的执行端，电阻R4和电阻R3之间的公共连接点与稳压管ZD1的负极连接，稳压管ZD1的正极接地，稳压管ZD1的负极通过电容C2接地。
进一步，所述分压输入电路包括电阻R2和电阻R1；电阻R2的一端作为分压输入电路的输入端，电阻R2的另一端通过电阻R1接地，电阻R1和电阻R2的公共连接点作为分压输入电路的输出端。
进一步，所述电池供电切换电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R11、电容C5、电容C6、稳压管ZD2、PMOS管Q5、PMOS管Q6、NMOS管Q7以及指示灯LED；
电阻R12的一端作为电池供电切换电路的控制端连接于缓冲保护电路的输出端，电阻R12的另一端通过电阻R13接地，电阻R12和电阻R13之间的公共连接点连接于PMOS管Q5的栅极，PMOS管Q5的栅极通过电容C6接地，PMOS管Q5的栅极与稳压管ZD2的负极连接，稳压管ZD2的正极接地，PMOS管P5的漏极连接于NMOS管Q7的栅极，NMOS管Q7的源极接地，NMOS管Q7的漏极与指示灯LED的负极连接，指示灯LED的正极连接于PMOS管Q6的栅极，PMOS管Q6的栅极通过电阻R11连接于PMOS管Q6的源极，PMOS管Q5的源极通过电阻R14连接于PMOS管Q6的源极，PMOS管Q6的源极通过电容C5连接于PMOS管Q5的栅极，PMOS管Q6的源极和电容C5的公共连接点作为电池供电切换电路的电源端连接于备用蓄电池，PMOS管Q5的漏极作为电池供电切换电路的输出端。
进一步，所述稳压电路包括12V稳压电路和5V稳压电路，所述12V稳压电路的输入端为稳压电路的第一输入端，5V稳压电路的输入端为稳压电路的第二输入端，12V稳压电路的输出端与5V稳压电路的输入端连接，12V稳压电路的输出端向12V直流负载供电，5V稳压电路的输出端向5V直流负载供电。
进一步，所述蓄电池管理电路为CN3763芯片及其外围电路。
本发明的有益效果：通过本发明，在供电初始状态下进行缓启动供电，能够有效避免上电瞬间电流对电源自身的元器件的冲击，确保电源自身的工作寿命，进而确保整个电力物联网监测系统的供电稳定性，而且整个电路结构简单，成本低廉。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的缓冲保护电路原理图。
图3为本发明的电池供电切换电路原理图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明：
本发明提供的一种基于物联网的电力监测用供电系统，包括变压器、整流电路、缓冲保护电路、稳压电路、备用蓄电池、蓄电池管理电路以及电池供电切换电路；其中，整流电路为二极管组成的全桥式整流电路；
所述变压器T1的输入端连接于市电，变压器T1的输出端与整流电路的输入端连接，所述整流电路的输出端与缓冲保护电路的输入端连接，所述缓冲保护电路的输出端与稳压电路的第一输入端和蓄电池管理电路的输入端连接，所述稳压电路的输出端向低压直流负载供电，所述蓄电池管理电路的输出端与备用蓄电池的正极连接，所述电池供电切换电路的控制输入端与缓冲保护电路的输入端连接，所述电池供电切换电路的电源端与备用蓄电池连接，电池供电切换电路的输出端与低压直流负载以及稳压电路的第二输入端连接，通过本发明，在供电初始状态下进行缓启动供电，能够有效避免上电瞬间电流对电源自身的元器件的冲击，确保电源自身的工作寿命，而且具有备用电源，进而确保整个电力物联网监测系统供电稳定性，而且整个电路结构简单，成本低廉。
本实施例中，所述缓冲保护电路包括分压输入电路、过压保护电路和缓启动电路；
所述分压输入电路的输入端与整流电路的正输出端连接，分压输入电路的输出端与缓启动电路的输入端连接，所述缓启动电路的输出端作为缓冲保护电路的输出端，过压保护电路的检测端连接于分压输入电路的输出端，过压保护电路的执行端与缓启动电路的接地端连接，过压保护电路的接地端接地，通过上述结构，能够实现良好地启动缓冲以及过压保护的作用，从而确保整个供电系统的稳定性
本实施例中，所述缓启动电路包括电阻R5、电阻R6、电容C1、PMOS管Q4、PMOS管Q3、三极管Q2、电容C3、电容C4、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、压敏电阻VDR以及电感L1；
PMOS管Q3的源极作为缓启动电路的输入端，PMOS管Q3的漏极通过电感L1连接于电阻R10的一端，电阻R10的另一端作为缓启动电路的正输出端；PMOS管Q3的漏极通过电容C3和电容C4串联后连接于过压保护电路的执行端，电容C3和电容C4的公共连接点通过电阻R9连接于三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接于过压保护电路的执行端，三极管Q2的集电极通过电阻R8与PMOS管Q3的栅极连接，三极管Q2的集电极通过电阻R7连接于PMOS管Q3的源极，电阻R5的一端连接于PMOS管Q3的源极，电阻R5的另一端连接于PMOS管Q4的源极，PMOS管Q4的漏极连接于PMOS管Q3的漏极和电容C3的公共连接点，PMOS管Q4的栅极通过电容C1接地，PMOS管Q4的栅极通过电阻R6连接于PMOS管Q3的漏极，电容C4和过压保护电路的执行端的公共连接点作为缓启动电路的负输出端；压敏电阻VDR的一端连接于电容C3与PMOS管Q3的漏极之间的公共连接点，压敏电阻VDR的另一端连接于电容C4和过压保护电路的执行端的公共连接点；在上述电路中，电容C3的容值大于C4的容值，电阻R6的阻值小于电阻R5的阻值；当变压器接入市电后，通过整流电路进行整流，然后通过分压输入电路分压处理后，输入至PMOS管Q3的源极，此时，PMOS管Q3是截止，由于PMOS管Q4的栅极和源极之间反向偏置，PMOS管Q4导通，向电容C3和电容C4充电，由于电容C3和电容C4和电感L1的共同作用，后续器件不会瞬间得电，而是随着电容C3和电容C4的充电，电容C3的端电压逐渐升高，电感L1中的电流缓慢增加，当电容C3和电容C4充电到一定程度，三极管Q2导通，PMOS管Q3进入到导通状态，当电容C3和电容C4完全充满后，PMOS管Q4自动进入到截止状态，PMOS管Q3保持导通，从而实现对后续器件的缓慢供电，由于电感L1在供电时电流缓慢增加，电感L1不会再得电时产生感应电压，从而不会对后续电路造成冲击；当过压保护电路执行过压保护以及市电断电瞬间，电感L1的左端会产生感应电压，此时电容C3的端电压为V1+Vg，V1为正常供电时C3的端电压，Vg为电感L1的感应电压，因此，通过压敏电阻VDR的作用，当Q3截止后，压敏电阻VDR导通，从而防止电感L1的感应电压对PMOS管Q3和PMOS管Q4的反向冲击，压敏电阻VDR的导通电压选择为V1+(0.2-0.5)V，即选择压敏电阻VDR的导通电压时留有一定裕量，防止误动作。
本实施例中，所述过压保护电路包括电阻R4、电阻R3、NMOS管Q1、电容C2和稳压管ZD1；
电阻R4的一端作为过压保护电路的检测端连接于分压输入电路的输出端，电阻R4的另一端通过电阻R3连接于NMOS管Q1的基极，NMOS管Q1的源极接地，NMOS管Q1的漏极作为过压保护电路的执行端，电阻R4和电阻R3之间的公共连接点与稳压管ZD1的负极连接，稳压管ZD1的正极接地，稳压管ZD1的负极通过电容C2接地，当上电后，通过电阻R4和电阻R3限压后，使得NMOS管Q1导通，此时形成一个完整的供电回路，当电压过压时，则稳压管ZD1导通，PMOS管Q1截止，从而使得整个电路的供电回路断开，执行过压保护，后续器件断电。
本实施例中，所述分压输入电路包括电阻R2和电阻R1；电阻R2的一端作为分压输入电路的输入端，电阻R2的另一端通过电阻R1接地，电阻R1和电阻R2的公共连接点作为分压输入电路的输出端，通过上述结构，起到良好的限压作用。
本实施例中，所述电池供电切换电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R11、电容C5、电容C6、稳压管ZD2、PMOS管Q5、PMOS管Q6、NMOS管Q7以及指示灯LED；
电阻R12的一端作为电池供电切换电路的控制端连接于缓冲保护电路的输出端，电阻R12的另一端通过电阻R13接地，电阻R12和电阻R13之间的公共连接点连接于PMOS管Q5的栅极，PMOS管Q5的栅极通过电容C6接地，PMOS管Q5的栅极与稳压管ZD2的负极连接，稳压管ZD2的正极接地，PMOS管P5的漏极连接于NMOS管Q7的栅极，NMOS管Q7的源极接地，NMOS管Q7的漏极与指示灯LED的负极连接，指示灯LED的正极连接于PMOS管Q6的栅极，PMOS管Q6的栅极通过电阻R11连接于PMOS管Q6的源极，PMOS管Q5的源极通过电阻R14连接于PMOS管Q6的源极，PMOS管Q6的源极通过电容C5连接于PMOS管Q5的栅极，PMOS管Q6的源极和电容C5的公共连接点作为电池供电切换电路的电源端连接于备用蓄电池，PMOS管Q5的漏极作为电池供电切换电路的输出端，在上述结构中，当市电正常供电时，电阻R12和电阻13分压后向PMOS管Q5的栅极供电，虽然备用蓄电池通过R14向三极管Q5的源极施加电压，通过电阻R12、R13、R14参数设定，使得在备用蓄电池通过电阻R14的向PMOS管Q5源极施加的电压小于或者等于PMOS管Q5的栅极所得到的电压，PMOS管Q5截止，NMOS管Q7截止，NMOS管Q6也截止，当市电断电或者执行过压保护时，Vout无输出，PMOS管Q5导通，进而NMOS管Q7导通，PMOS管Q6导通，从而切换到蓄电池进行供电，此时，指示灯LED亮起，用以指示市电断电或者过压保护故障；通过上述结构，能够快速实现供电切换，而无需额外的芯片控制，从而有效节约使用成本。
本实施例中，所述稳压电路包括12V稳压电路和5V稳压电路，所述12V稳压电路的输入端为稳压电路的第一输入端，5V稳压电路的输入端为稳压电路的第二输入端，12V稳压电路的输出端与5V稳压电路的输入端连接，12V稳压电路的输出端向12V直流负载供电，5V稳压电路的输出端向5V直流负载供电；所述蓄电池管理电路为CN3763芯片及其外围电路，其中，12V稳压电路采用LM7812芯片，5V稳压电路采用LM2596芯片，备用蓄电池采用额定电压为12V的锂电池。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于物联网的电力监测用供电系统，其特征在于：包括变压器、整流电路、缓冲保护电路、稳压电路、备用蓄电池、蓄电池管理电路以及电池供电切换电路；
所述变压器的输入端连接于市电，变压器的输出端与整流电路的输入端连接，所述整流电路的输出端与缓冲保护电路的输入端连接，所述缓冲保护电路的输出端与稳压电路的第一输入端和蓄电池管理电路的输入端连接，所述稳压电路的输出端向低压直流负载供电，所述蓄电池管理电路的输出端与备用蓄电池的正极连接，所述电池供电切换电路的控制输入端与缓冲保护电路的输入端连接，所述电池供电切换电路的电源端与备用蓄电池连接，电池供电切换电路的输出端与低压直流负载以及稳压电路的第二输入端连接。
2.根据权利要求1所述基于物联网的电力监测用供电系统，其特征在于：所述缓冲保护电路包括分压输入电路、过压保护电路和缓启动电路；
所述分压输入电路的输入端与整流电路的正输出端连接，分压输入电路的输出端与缓启动电路的输入端连接，所述缓启动电路的输出端作为缓冲保护电路的输出端，过压保护电路的检测端连接于分压输入电路的输出端，过压保护电路的执行端与缓启动电路的接地端连接，过压保护电路的接地端接地。
3.根据权利要求2所述基于物联网的电力监测用供电系统，其特征在于：所述缓启动电路包括电阻R5、电阻R6、电容C1、PMOS管Q4、PMOS管Q3、三极管Q2、电容C3、电容C4、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、压敏电阻VDR以及电感L1；
PMOS管Q3的源极作为缓启动电路的输入端，PMOS管Q3的漏极通过电感L1连接于电阻R10的一端，电阻R10的另一端作为缓启动电路的正输出端；PMOS管Q3的漏极通过电容C3和电容C4串联后连接于过压保护电路的执行端，电容C3和电容C4的公共连接点通过电阻R9连接于三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接于过压保护电路的执行端，三极管Q2的集电极通过电阻R8与PMOS管Q3的栅极连接，三极管Q2的集电极通过电阻R7连接于PMOS管Q3的源极，电阻R5的一端连接于PMOS管Q3的源极，电阻R5的另一端连接于PMOS管Q4的源极，PMOS管Q4的漏极连接于PMOS管Q3的漏极和电容C3的公共连接点，PMOS管Q4的栅极通过电容C1接地，PMOS管Q4的栅极通过电阻R6连接于PMOS管Q3的漏极，电容C4和过压保护电路的执行端的公共连接点作为缓启动电路的负输出端；压敏电阻VDR的一端连接于电容C3与PMOS管Q3的漏极之间的公共连接点，压敏电阻VDR的另一端连接于电容C4和过压保护电路的执行端的公共连接点。
4.根据权利要求3所述基于物联网的电力监测用供电系统，其特征在于：所述过压保护电路包括电阻R4、电阻R3、NMOS管Q1、电容C2和稳压管ZD1；
电阻R4的一端作为过压保护电路的检测端连接于分压输入电路的输出端，电阻R4的另一端通过电阻R3连接于NMOS管Q1的基极，NMOS管Q1的源极接地，NMOS管Q1的漏极作为过压保护电路的执行端，电阻R4和电阻R3之间的公共连接点与稳压管ZD1的负极连接，稳压管ZD1的正极接地，稳压管ZD1的负极通过电容C2接地。
5.根据权利要求2所述基于物联网的电力监测用供电系统，其特征在于：所述分压输入电路包括电阻R2和电阻R1；电阻R2的一端作为分压输入电路的输入端，电阻R2的另一端通过电阻R1接地，电阻R1和电阻R2的公共连接点作为分压输入电路的输出端。
6.根据权利要求1所述基于物联网的电力监测用供电系统，其特征在于：所述电池供电切换电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R11、电容C5、电容C6、稳压管ZD2、PMOS管Q5、PMOS管Q6、NMOS管Q7以及指示灯LED；
电阻R12的一端作为电池供电切换电路的控制端连接于缓冲保护电路的输出端，电阻R12的另一端通过电阻R13接地，电阻R12和电阻R13之间的公共连接点连接于PMOS管Q5的栅极，PMOS管Q5的栅极通过电容C6接地，PMOS管Q5的栅极与稳压管ZD2的负极连接，稳压管ZD2的正极接地，PMOS管P5的漏极连接于NMOS管Q7的栅极，NMOS管Q7的源极接地，NMOS管Q7的漏极与指示灯LED的负极连接，指示灯LED的正极连接于PMOS管Q6的栅极，PMOS管Q6的栅极通过电阻R11连接于PMOS管Q6的源极，PMOS管Q5的源极通过电阻R14连接于PMOS管Q6的源极，PMOS管Q6的源极通过电容C5连接于PMOS管Q5的栅极，PMOS管Q6的源极和电容C5的公共连接点作为电池供电切换电路的电源端连接于备用蓄电池，PMOS管Q5的漏极作为电池供电切换电路的输出端。
7.根据权利要求1所述基于物联网的电力监测用供电系统，其特征在于：所述稳压电路包括12V稳压电路和5V稳压电路，所述12V稳压电路的输入端为稳压电路的第一输入端，5V稳压电路的输入端为稳压电路的第二输入端，12V稳压电路的输出端与5V稳压电路的输入端连接，12V稳压电路的输出端向12V直流负载供电，5V稳压电路的输出端向5V直流负载供电。
8.根据权利要求1所述基于物联网的电力监测用供电系统，其特征在于：所述蓄电池管理电路为CN3763芯片及其外围电路。
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