CN113224834B - 一种auv用主备电源切换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AUV用主备电源切换电路，包括：控制器、主电池组、备用电池组、第一继电器、分压电路、第一比较器、第一三极管开关电路、第一储能元件、第二三极管开关电路和第二储能元件；主电池组与第一继电器连接；第一继电器、分压电路、第一比较器、第一三极管开关电路和第一储能元件依次连接；备用电池组与第二三极管开关电路连接；第一比较器、第二三极管开关电路和第二储能元件依次连接；第一三极管开关电路在第一比较器输出为高电平时导通，主电池组工作；第二三极管开关电路用于在第一比较器输出为低电平时导通，备用电池组工作。本发明在主电池组供电不足或突发故障时，自动切换至备用电池组进行供电，使AUV更具稳定性和可靠性。

Description

一种AUV用主备电源切换电路
技术领域
本发明涉及AUV用电源电路技术领域，更具体的说是涉及一种AUV用主备电源切换电路。
背景技术
水下机器人(AUV)是目前探索海洋湖泊的中坚力量，广泛应用于海洋资源探索、海底工程建设、水下搜救等场合。然而当前大多数AUV的航行和通信都是由单个电源进行供电，
难以应对突发的电源问题，当设备航行中供电不足或者电源突发故障时，难以保证潜器正常的运行和回收，导致AUV在运行中抗风险性不足，同时也有所限制了AUV的续航能力。
因此，如何提供一种同时具备主备电源，且能智能判断何时切换主备电源的逻辑电路是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种AUV用主备电源切换电路，能够在主电池组供电不足或突发故障时，自动切换至备用电池组进行供电，使AUV更具稳定性和可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种AUV用主备电源切换电路，包括：控制器、主电池组、备用电池组、第一继电器、分压电路、第一比较器、第一三极管开关电路、第一储能元件、第二三极管开关电路和第二储能元件；所述备用电池组为所述第一比较器提供基准电压；
所述主电池组与所述第一继电器连接；所述第一继电器分别与所述第一三极管开关电路和所述分压电路连接；所述分压电路、所述第一比较器、所述第一三极管开关电路和所述第一储能元件依次连接；所述第一三极管开关电路在所述第一比较器输出为高电平时导通，所述主电池组工作；
所述备用电池组与所述第二三极管开关电路连接；所述第一比较器、所述第二三极管开关电路和所述第二储能元件依次连接；所述第二三极管开关电路用于在所述第一比较器输出为低电平时导通，所述备用电池组工作；
所述控制器还分别与所述第一继电器和所述第一比较器的输出端连接；所述控制器用于实时根据所述第一比较器的输出电平状态，判断当前为主电池组工作或备用电池组工作，并在所述备用电池组工作时，控制所述第一继电器动作，将地接入所述分压电路。
优选的，在上述一种AUV用主备电源切换电路中，还包括：节点控制器、第二比较器和与门电路；所述备用电池组为所述第二比较器提供基准电压；所述节点控制器与所述第二比较器连接；所述第二比较器和所述第一比较器分别与所述与门电路连接；所述与门电路与所述第二二极管开关电路连接；
所述节点控制器用于发送主动信号至所述第二比较器；所述与门电路用于在所述第一比较器和所述第二比较器均输出为高电平时，输出高电平，在所述第一比较器输出为低电平或所述第二比较器输出为低电平时，输出低电平；所述第二三极管开关电路用于在所述与门电路输出为低电平时导通，所述备用电池组工作；
所述控制器用于在所述主动信号为低电平信号时，控制所述第一继电器动作，将地接入所述分压电路。
优选的，在上述一种AUV用主备电源切换电路中，所述分压电路的输出电压低于所述基准电压时，所述第一比较器输出低电平。
优选的，在上述一种AUV用主备电源切换电路中，还包括第二继电器；所述第二继电器连接在所述第一三极管开关电路和所述第一储能元件之间。
优选的，在上述一种AUV用主备电源切换电路中，还包括第三继电器；所述第三继电器连接在所述第二三极管开关电路和所述第二储能元件之间。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种AUV用主备电源切换电路，本发明通过在潜器中增加备用电池组，能够防止主电池组因意外故障而停止输出24V控制电。备用电池组在主电池组失效之后进行输出，备用电池组输出24V电压，维持控制系统正常工作。通过控制器实时监控当前的供电状态，当切换至备用电池组供电后，发送指令使第一继电器动作，使分压电路接地，确保始终只有一路电源在输出。同时。同时，航行时长达到主电池设计时长还需继续工作时，或测试电路功能是否正常时，通过引入一路主动信号，控制主动信号的高低电平状态，实现将主电池组供电切换至备用电池组供电，或测试电路供电状态能否正常切换。本发明成本低，实现简单，可控性强，更具稳定性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例公开了一种AUV用主备电源切换电路，其特征在于，包括：控制器、主电池组、备用电池组、第一继电器、分压电路、第一比较器、第一三极管开关电路、第一储能元件、第二三极管开关电路和第二储能元件；备用电池组为第一比较器提供基准电压；
主电池组与第一继电器连接；第一继电器分别与第一三极管开关电路和分压电路连接；分压电路、第一比较器、第一三极管开关电路和第一储能元件依次连接；第一三极管开关电路在第一比较器输出为高电平时导通，主电池组工作；
备用电池组与第二三极管开关电路连接；第一比较器、第二三极管开关电路和第二储能元件依次连接；第二三极管开关电路用于在第一比较器输出为低电平时导通，备用电池组工作；
控制器还分别与第一继电器和第一比较器的输出端连接；控制器用于实时根据第一比较器的输出电平状态，判断当前为主电池组工作或备用电池组工作，并在备用电池组工作时，控制第一继电器动作，将地接入分压电路。
在一个实施例中，还包括：节点控制器、第二比较器和与门电路；备用电池组为第二比较器提供基准电压；节点控制器与第二比较器连接；第二比较器和第一比较器分别与与门电路连接；与门电路与第二二极管开关电路连接；
节点控制器用于发送主动信号至第二比较器；与门电路用于在第一比较器和第二比较器均输出为高电平时，输出高电平，在第一比较器输出为低电平或第二比较器输出为低电平时，输出低电平；第二三极管开关电路用于在与门电路输出为低电平时导通，备用电池组工作；
控制器用于在主动信号为低电平信号时，控制第一继电器动作，将地接入分压电路。
本发明实施例的工作过程为：
主电池组控制电输出电压为24V，通过分压电路分压之后，将电压值的1/4输入到第一比较器，第一比较器使用5V基准电压，基准电压由备用电池组提供，当主电池组电压值低于20V(即分压后的电压低于5V)时，第一比较器输出低电平。
为了方便功能测试，引入一路由节点控制器控制的I/O信号，经过第二比较器后输出，第一比较器与第二比较器的两路输出直接输入到与门电路，经过逻辑运算之后作为第二三极管开关电路的触发信号。第二三极管开关电路设计为低电平导通，因此当主动信号输出低电平或电池组电压低于20V时，即可触发第二三极管开关电路，备用电池组开始工作，备用电源输出。
为了避免两路电源同时输出，主电池组工作时经过第一三极管开关电路输出，第一三极管开关电路设计为高电平导通，第一比较器的输出作为第一三极管开关电路的触发信号，以此可以保证始终只有一路的电源进行输出。
为了方便对电池组输出状态的监控，将第一比较器的输出端口作为一路输入信号直接输入到控制器的I/O口，通过第一比较器输出的结果判断主电池组是否在输出。
考虑到主电池组可能会因为负载断开而电压升高，负载接入而电压降低，由此导致电源之间反复切换的情况，在切换至备用电池组供电后，第一继电器由控制器触发，控制器发送指令使继电器动作，将地接入分压电路，使第一比较器始终输出低电平，能够避免反复切换，并始终保证只有一路电源输出。
在一些实施例中，第一三极管开关电路和第一储能元件之间还连接有第二继电器；第二三极管开关电路和所述第二储能元件之间还连接有第三继电器。第二继电器和第三继电器起到保护电路的作用，第一储能元件和第二储能元件能够在主备电源切换时起到缓冲作用。
在一个具体实例中，假定主电池组设计使用时长6小时，输出电压24V，正常使用状况下，向分压电路输出的电压高于5V，与第一比较器中的基准电压比较输出高电平，第二比较器由主动信号控制输出高电平，第二三极管开关电路设计为高电平关闭，备用电源不输出，第一三极管开关电路设计为高电平打开，主动电源输出，同时第一比较器的结果通过I/O口输入至控制器，报告当前状态。
当电池出现故障电压降低时，第一比较器输出低电平，第一三极管开关电路关闭，主电池组关闭输出，同时与门电路经过逻辑运算后，输出低电平，第二三极管开关电路打开，备用电池组开始输出。
当航行时长达到主电池设计时长还需继续工作时，或测试电路功能是否正常时，可以通过控制器主动发送命令，主动信号输出低电平，第二比较器输出低电平，通过与门电路后输出低电平，第二三极管开关电路打开，备用电池组开始供电。为了避免同时供电，主动信号发送的同时，控制器发送信号命令至第一继电器给分压电路接地，使第一比较器输出低电平，第一三极管开关电路电路关闭，主电池组停止供电。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种AUV用主备电源切换电路，其特征在于，包括：控制器、主电池组、备用电池组、第一继电器、分压电路、第一比较器、第一三极管开关电路、第一储能元件、第二三极管开关电路和第二储能元件；所述备用电池组为所述第一比较器提供基准电压；
所述主电池组与所述第一继电器连接；所述第一继电器分别与所述第一三极管开关电路和所述分压电路连接；所述分压电路、所述第一比较器、所述第一三极管开关电路和所述第一储能元件依次连接；所述第一三极管开关电路在所述第一比较器输出为高电平时导通，所述主电池组工作；
所述备用电池组与所述第二三极管开关电路连接；所述第一比较器、所述第二三极管开关电路和所述第二储能元件依次连接；所述第二三极管开关电路用于在所述第一比较器输出为低电平时导通，所述备用电池组工作；
所述控制器还分别与所述第一继电器和所述第一比较器的输出端连接；所述控制器用于实时根据所述第一比较器的输出电平状态，判断当前为主电池组工作或备用电池组工作，并在所述备用电池组工作时，控制所述第一继电器动作，将地接入所述分压电路；所述分压电路的输出电压低于所述基准电压时，所述第一比较器输出低电平；
还包括第二继电器；所述第二继电器连接在所述第一三极管开关电路和所述第一储能元件之间。
2.根据权利要求1所述的一种AUV用主备电源切换电路，其特征在于，还包括：节点控制器、第二比较器和与门电路；所述备用电池组为所述第二比较器提供基准电压；所述节点控制器与所述第二比较器连接；所述第二比较器和所述第一比较器分别与所述与门电路连接；所述与门电路与所述第二三极管开关电路连接；
所述节点控制器用于发送主动信号至所述第二比较器；所述与门电路用于在所述第一比较器和所述第二比较器均输出为高电平时，输出高电平，在所述第一比较器输出为低电平或所述第二比较器输出为低电平时，输出低电平；所述第二三极管开关电路用于在所述与门电路输出为低电平时导通，所述备用电池组工作；
所述控制器用于在所述主动信号为低电平信号时，控制所述第一继电器动作，将地接入所述分压电路。
3.根据权利要求1所述的一种AUV用主备电源切换电路，其特征在于，还包括第三继电器；所述第三继电器连接在所述第二三极管开关电路和所述第二储能元件之间。
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