CN112421762B - 电力低压直流系统的蓄电池冗余控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种电力低压直流系统的蓄电池冗余控制系统，包括主蓄电池、副蓄电池、第一开关电路、第二开关电路、第一控制电路和第二控制电路；所述主蓄电池的正极与第一开关电路的输入端连接，所述第一开关电路的第二输出端向负载供电；所述副蓄电池的正极与第二开关电路的输入端连接，所述第二开关电路的输出端向负载供电；所述第一控制电路接收检测控制电路输出的控制信号控制第一开关电路的导通与关断，且第一控制电路还用于检测主蓄电池的电量状态并在主蓄电池电量低于设定值时控制第一开关电路关断；所述第二控制电路的控制端连接于第一开关电路的第一输出端在第一开关电路断电时控制第二开关电路导通，在市电供电故障的情况下能够为电力系统中的低压直流器件提供稳定可靠的直流电，切换延时小。

Description

电力低压直流系统的蓄电池冗余控制系统

技术领域

本发明涉及一种电力控制系统，尤其涉及一种电力低压直流系统的蓄电池冗余控制系统。

背景技术

在电力系统中存在各种低压直流设备，用于向电力设备监测器件(比如各种传感器)、数据处理器件(比如处理器、单片机)等等进行供电，为了保障电力系统的稳定运行，需要电力设备的检测期间、处理器器件实时上传各种监测数据，为电力系统的稳定与运行提供保障。

这些电力设备监测器件、数据处理器件在工作过程中需要直流供电，在现有技术中一般采用市电进行整流、降压、滤波、稳压等处理后向各直流器件供电，但是，市电在供电过程中并非是总是稳定可靠的，往往需要设置副蓄电池进行供电，但是，现有技术中往往只有一个备用电池，当市电所在的主供电线路以及备用蓄电池自身出现故障时或者备用蓄电池电压电量不足时，则不能确保直流器件用电的持续稳定性。

因此，为了解决上述技术问题，继续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电力低压直流系统的蓄电池冗余控制系统，能够为电力系统中的低压直流器件提供稳定可靠的直流电，确保电力监测设备的数据能够持续上传，而且，互为冗余的蓄电池之间能够实现快速切换。

本发明提供的一种电力低压直流系统的蓄电池冗余控制系统，包括主蓄电池VBAT1、副蓄电池VBAT2、第一开关电路、第二开关电路、第一控制电路和第二控制电路；

所述主蓄电池VBAT1的正极与第一开关电路的输入端连接，所述第一开关电路的第二输出端向负载供电；

所述副蓄电池VBAT2的正极与第二开关电路的输入端连接，所述第二开关电路的输出端向负载供电；

所述第一控制电路接收检测控制电路输出的控制信号控制第一开关电路的导通与关断，且第一控制电路还用于检测主蓄电池VBAT1的电量状态并在主蓄电池VBAT1电量低于设定值时控制第一开关电路关断；

所述第二控制电路的控制端连接于第一开关电路的第一输出端在第一开关电路断电时控制第二开关电路导通。

进一步，所述第一开关电路包括电阻R1、NMOS管M1和二极管D1；

所述电阻R1的一端作为第一开关电路的输入端，电阻R1的另一端与NMOS管M1的漏极连接，NMOS管M1的源极与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极作为第一开关电路的第二输出端，NMOS管M1的源极作为第一开关电路的第一输出端，NMOS管M1的栅极为第一开关电路的控制端连接于第一控制电路的控制输出端。

进一步，所述第一控制电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R11、电阻R10、电阻R12、齐纳二极管ZD1、可控硅Q1、三极管Q5、三极管Q4、三极管Q3以及三极管Q6；其中，三极管Q6为P型三极管；

电阻R5的一端连接于主蓄电池VBAT1的正极，电阻R5的另一端通过电阻R6接地；

电阻R2的一端连接于NMOS管M1的漏极，电阻R2的另一端与可控硅Q1的正极连接，可控硅Q1的负极通过电阻R3和电阻R7串联后连接于NMOS管M1的栅极，NMOS管M1的栅极与三极管Q6的发射极连接，三极管Q6的集电极接地，三极管Q6的基极连接于电阻R3和电阻R7的公共连接点，三极管Q3的集电极连接于三极管Q6的基极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极通过电阻R10连接于二极管D2的正极，二极管D2的负极连接于可控硅Q1的负极，二极管D2的正极连接于三极管Q4的发射极，三极管Q4的集电极连接于第一开关电路的第一输出端，三极管Q4的基极通过电阻R11和电阻R12串联后连接于第一开关电路的第一输出端，电阻R11和电阻R12的公共连接点连接于三极管Q5的集电极，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极与齐纳二极管ZD1的正极连接，齐纳二极管ZD1的负极连接于电阻R5和电阻R6的公共连接点；

三极管Q2的集电极连接于电阻R5和电阻R6的公共连接点，三极管Q2的发射极连接于可控硅Q1的控制极，三极管Q2的基极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端作为第一控制电路的控制输入端。

进一步，所述第二开关电路包括电阻R15、PMOS管M2以及二极管D3；

所述电阻R15的一端作为第二开关电路的输入端，电阻R15的另一端与PMOS管M2的源极连接，PMOS管M2的漏极与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极作为第二开关电路的输出端，PMOS管M2的栅极为第二开关电路的控制端连接于第二控制电路的控制输出端。

进一步，所述第二控制电路包括电阻R8、电阻R9、三极管Q7、三极管Q8、电阻R13、电阻R16和电阻R14；其中，三极管Q7为P型三极管；

电阻R8的一端连接于第一开关电路的第一输出端，电阻R8的另一端通过电阻R9接地，阻R8和电阻R9的公共连接点与二极管D4的正极连接，二极管D4的负极与三极管Q7的基极连接，三极管Q7的发射极通过电阻R16连接于副蓄电池VBAT2的正极，三极管Q7的集电极通过电阻R13连接于三极管Q8的基极，三极管Q8的集电极通过电阻R14连接于副蓄电池VBAT2的正极，三极管Q8的发射极连接于NMOS管M2的栅极，三极管Q7的基极连接于电阻R21的一端，电阻R21的另一端连接于市电直流供电模块的输出端。

进一步，所述检测控制电路包括电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、P型的三极管Q9和三极管Q10；

其中，三极管Q9的基极通过电阻R17连接于市电直流供电模块的输出端VG；三极管Q9的集电极通过电阻R4向三极管Q2输出控制信号；三极管Q9的发射极通过电阻R18连接于主蓄电池VBAT1，三极管Q10的基极通过电阻R19连接于三极管Q9的发射极，三极管Q10的集电极通过电阻R20连接于主蓄电池VBAT1的正极，三极管Q10的发射极输出控制信号至三极管Q4的基极。

本发明的有益效果：通过本发明，在备用蓄电池中设置两个互为冗余的蓄电池作为备用电源，在市电供电故障的情况下能够为电力系统中的低压直流器件提供稳定可靠的直流电，确保电力监测设备的数据能够持续上传，而且，互为冗余的蓄电池之间能够实现快速切换，切换延时小。

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为本发明的电路原理图。

图2为本发明的检测控制电路原理图。

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：

本发明提供的一种电力低压直流系统的蓄电池冗余控制系统，包括主蓄电池VBAT1、副蓄电池VBAT2、第一开关电路、第二开关电路、第一控制电路和第二控制电路；

所述主蓄电池VBAT1的正极与第一开关电路的输入端连接，所述第一开关电路的第二输出端向负载供电；

所述副蓄电池VBAT2的正极与第二开关电路的输入端连接，所述第二开关电路的输出端向负载供电；

所述第一控制电路接收检测控制电路输出的控制信号控制第一开关电路的导通与关断，且第一控制电路还用于检测主蓄电池VBAT1的电量状态并在主蓄电池VBAT1电量低于设定值时控制第一开关电路关断；

所述第二控制电路的控制端连接于第一开关电路的第一输出端在第一开关电路断电时控制第二开关电路导通，通过本发明，在备用蓄电池中设置两个互为冗余的蓄电池作为备用电源，在市电供电故障的情况下能够为电力系统中的低压直流器件提供稳定可靠的直流电，确保电力监测设备的数据能够持续上传，而且，互为冗余的蓄电池之间能够实现快速切换，切换延时小。

本实施例中，所述第一开关电路包括电阻R1、NMOS管M1和二极管D1；

所述电阻R1的一端作为第一开关电路的输入端，电阻R1的另一端与NMOS管M1的漏极连接，NMOS管M1的源极与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极作为第一开关电路的第二输出端，NMOS管M1的源极作为第一开关电路的第一输出端，NMOS管M1的栅极为第一开关电路的控制端连接于第一控制电路的控制输出端，通过上述结构，能够对主蓄电池供电进行控制。

本实施例中，所述第一控制电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R11、电阻R10、电阻R12、齐纳二极管ZD1、可控硅Q1、三极管Q5、三极管Q4、三极管Q3以及三极管Q6；其中，三极管Q6为P型三极管；

电阻R5的一端连接于主蓄电池VBAT1的正极，电阻R5的另一端通过电阻R6接地；

电阻R2的一端连接于NMOS管M1的漏极，电阻R2的另一端与可控硅Q1的正极连接，可控硅Q1的负极通过电阻R3和电阻R7串联后连接于NMOS管M1的栅极，NMOS管M1的栅极与三极管Q6的发射极连接，三极管Q6的集电极接地，三极管Q6的基极连接于电阻R3和电阻R7的公共连接点，三极管Q3的集电极连接于三极管Q6的基极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极通过电阻R10连接于二极管D2的正极，二极管D2的负极连接于可控硅Q1的负极，二极管D2的正极连接于三极管Q4的发射极，三极管Q4的集电极连接于第一开关电路的第一输出端，三极管Q4的基极通过电阻R11和电阻R12串联后连接于第一开关电路的第一输出端，电阻R11和电阻R12的公共连接点连接于三极管Q5的集电极，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极与齐纳二极管ZD1的正极连接，齐纳二极管ZD1的负极连接于电阻R5和电阻R6的公共连接点；

三极管Q2的集电极连接于电阻R5和电阻R6的公共连接点，三极管Q2的发射极连接于可控硅Q1的控制极，三极管Q2的基极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端作为第一控制电路的控制输入端，在检测到市电所在的主供电线路断电后给出触发控制信号使三极管Q2导通；通过上述结构，一方面能够快速触发主蓄电池进入到供电状态，而且在主蓄电池电压低于设定值时(即蓄电池放电后剩余电量过低)，能够快速地关断NMOS管M1，是得副蓄电池快速进入到供电状态。

本实施例中，所述第二开关电路包括电阻R15、PMOS管M2以及二极管D3；

所述电阻R15的一端作为第二开关电路的输入端，电阻R15的另一端与PMOS管M2的源极连接，PMOS管M2的漏极与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极作为第二开关电路的输出端，PMOS管M2的栅极为第二开关电路的控制端连接于第二控制电路的控制输出端，通过上述结构，能够对副蓄电池的供电状态进行控制。

本实施例中，所述第二控制电路包括电阻R8、电阻R9、三极管Q7、三极管Q8、电阻R13、电阻R16和电阻R14；其中，三极管Q7为P型三极管；

电阻R8的一端连接于第一开关电路的第一输出端，电阻R8的另一端通过电阻R9接地，电阻R8和电阻R9的公共连接点与二极管D4的正极连接，二极管D4的负极与三极管Q7的基极连接，三极管Q7的发射极通过电阻R16连接于副蓄电池VBAT2的正极，三极管Q7的集电极通过电阻R13连接于三极管Q8的基极，三极管Q8的集电极通过电阻R14连接于副蓄电池VBAT2的正极，三极管Q8的发射极连接于NMOS管M2的栅极，三极管Q7的基极连接于电阻R21的一端，电阻R21的另一端连接于市电直流供电模块的输出端，通过上述结构，能够对副蓄电的供电进行准确控制，。

为了进一步对第一控制电路进行准确控制，还设置有检测控制电路，检测控制电路包括电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、P型的三极管Q9和三极管Q10；

其中，三极管Q9的基极通过电阻R17连接于市电直流供电模块的输出端VG；三极管Q9的集电极通过电阻R4向三极管Q2输出控制信号；三极管Q9的发射极通过电阻R18连接于主蓄电池VBAT1，三极管Q10的基极通过电阻R19连接于三极管Q9的发射极，三极管Q10的集电极通过电阻R20连接于主蓄电池VBAT1的正极，三极管Q10的发射极输出控制信号至三极管Q4的基极；其中，市电直流供电模块即市电供电主线路，由现有的整流、降压、滤波以及稳压等电路构成；

设定电阻R7和电阻R18的阻值，当主供电线路(市电供电)正常时，通过三极管Q9发射极的电压小于基极电压，三极管Q9截止，三极管Q2不动作，此时，三极管Q10导通；

当主供电线路故障断电，则三极管Q9发射极与基极之间反向偏置并导通，此时，三极管Q2导通，可控硅Q1控制极被触发，可控硅Q1导通，从而使得NMOS管M1导通，由主蓄电池进行供电；由电阻R5和电阻R6构成采样电路，在主蓄电池电压大于设定值，该设定值由齐纳二极管ZD1确定，齐纳二极管ZD1导通，三极管Q5导通，三极管Q4截止；随着主蓄电池供电，其电压逐渐下降，主蓄电池的电压小于设定值时，表明主蓄电池电量过低，则齐纳二极管ZD1截止，三极管Q5截止，三极管Q4导通，三极管Q4导通一方面通过二极管D2向可控硅Q1的负极施加反偏电压，可控硅截止，另一方面，三极管Q3随着三极管Q4的导通而导通，三极管Q3的导通具有2方面的作用，一是防止电压通过二极管D2、电阻R3和电阻R7进一步施加至NMOS关M1的栅极，更为重要的是，三极管Q3的导通，将拉低三极管Q6的基极电压，由于NMOS管M1的栅极具有栅极电容，当可控硅Q1截止后，其栅极电容仍然会维持M1处于导通，从而使得M1关断延迟，影响副蓄电池快速接入，因此，三极管Q6能够加速M1的栅极电容放电，加快M1的截止，并加速副蓄电池接入供电。

电阻R8和电阻R9用于对主蓄电池供电进行采样，当NMOS管M1导通时，三极管Q7的基极电压大于发射极电压，三极管Q7截止，从而三极管Q8截止，NMOS管Q2截止，当NMOS官M1截止后，三极管Q7基极失电而反向偏置，三极管Q7导通，三极管Q8随之导通，NMOS管M2导通，从而副蓄电池进入供电状态。

当市电供电主线路恢复供电后，即输出电压VG，三极管Q9重新进入到关断，此时，三极管Q10导通，从而向三极管Q4输入一个高电平，三极管Q4导通，此时，按照上述中的M1的关断原理快速切断主蓄电池的供电，而且电压VG同时加载到三极管Q7的基极，使得三极管Q7保持截止状态，副蓄电池M2也不会供电。

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 (4)

1.一种电力低压直流系统的蓄电池冗余控制系统，其特征在于：包括主蓄电池VBAT1、副蓄电池VBAT2、第一开关电路、第二开关电路、第一控制电路和第二控制电路；

所述主蓄电池VBAT1的正极与第一开关电路的输入端连接，所述第一开关电路的第二输出端向负载供电；

所述副蓄电池VBAT2的正极与第二开关电路的输入端连接，所述第二开关电路的输出端向负载供电；

所述第一控制电路接收检测控制电路输出的控制信号控制第一开关电路的导通与关断，且第一控制电路还用于检测主蓄电池VBAT1的电量状态并在主蓄电池VBAT1电量低于设定值时控制第一开关电路关断；

所述第二控制电路的控制端连接于第一开关电路的第一输出端在第一开关电路断电时控制第二开关电路导通；

所述第一开关电路包括电阻R1、NMOS管M1和二极管D1；

所述电阻R1的一端作为第一开关电路的输入端，电阻R1的另一端与NMOS管M1的漏极连接，NMOS管M1的源极与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极作为第一开关电路的第二输出端，NMOS管M1的源极作为第一开关电路的第一输出端，NMOS管M1的栅极为第一开关电路的控制端连接于第一控制电路的控制输出端；

所述第一控制电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R11、电阻R10、电阻R12、齐纳二极管ZD1、可控硅Q1、三极管Q5、三极管Q4、三极管Q3以及三极管Q6；其中，三极管Q6为P型三极管；

电阻R5的一端连接于主蓄电池VBAT1的正极，电阻R5的另一端通过电阻R6接地；

电阻R2的一端连接于NMOS管M1的漏极，电阻R2的另一端与可控硅Q1的正极连接，可控硅Q1的负极通过电阻R3和电阻R7串联后连接于NMOS管M1的栅极，NMOS管M1的栅极与三极管Q6的发射极连接，三极管Q6的集电极接地，三极管Q6的基极连接于电阻R3和电阻R7的公共连接点，三极管Q3的集电极连接于三极管Q6的基极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极通过电阻R10连接于二极管D2的正极，二极管D2的负极连接于可控硅Q1的负极，二极管D2的正极连接于三极管Q4的发射极，三极管Q4的集电极连接于第一开关电路的第一输出端，三极管Q4的基极通过电阻R11和电阻R12串联后连接于第一开关电路的第一输出端，电阻R11和电阻R12的公共连接点连接于三极管Q5的集电极，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极与齐纳二极管ZD1的正极连接，齐纳二极管ZD1的负极连接于电阻R5和电阻R6的公共连接点；

三极管Q2的集电极连接于电阻R5和电阻R6的公共连接点，三极管Q2的发射极连接于可控硅Q1的控制极，三极管Q2的基极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端作为第一控制电路的控制输入端。

2.根据权利要求1所述电力低压直流系统的蓄电池冗余控制系统，其特征在于：所述第二开关电路包括电阻R15、PMOS管M2以及二极管D3；

所述电阻R15的一端作为第二开关电路的输入端，电阻R15的另一端与PMOS管M2的源极连接，PMOS管M2的漏极与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极作为第二开关电路的输出端，PMOS管M2的栅极为第二开关电路的控制端连接于第二控制电路的控制输出端。

3.根据权利要求2所述电力低压直流系统的蓄电池冗余控制系统，其特征在于：所述第二控制电路包括电阻R8、电阻R9、三极管Q7、三极管Q8、电阻R13、电阻R16和电阻R14；其中，三极管Q7为P型三极管；

电阻R8的一端连接于第一开关电路的第一输出端，电阻R8的另一端通过电阻R9接地，阻R8和电阻R9的公共连接点与二极管D4的正极连接，二极管D4的负极与三极管Q7的基极连接，三极管Q7的发射极通过电阻R16连接于副蓄电池VBAT2的正极，三极管Q7的集电极通过电阻R13连接于三极管Q8的基极，三极管Q8的集电极通过电阻R14连接于副蓄电池VBAT2的正极，三极管Q8的发射极连接于NMOS管M2的栅极，三极管Q7的基极连接于电阻R21的一端，电阻R21的另一端连接于市电直流供电模块的输出端。

4.根据权利要求1所述电力低压直流系统的蓄电池冗余控制系统，其特征在于：所述检测控制电路包括电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、P型的三极管Q9和三极管Q10；

其中，三极管Q9的基极通过电阻R17连接于市电直流供电模块的输出端VG；三极管Q9的集电极通过电阻R4向三极管Q2输出控制信号；三极管Q9的发射极通过电阻R18连接于主蓄电池VBAT1，三极管Q10的基极通过电阻R19连接于三极管Q9的发射极，三极管Q10的集电极通过电阻R20连接于主蓄电池VBAT1的正极，三极管Q10的发射极输出控制信号至三极管Q4的基极。

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