CN203722324U - 一种电源设备及其防雷单元 - Google Patents

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刘文清
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房艳国
刘富
刘华清
王力
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Abstract

本实用新型公开了一种电源设备及其防雷单元,电源设备主要包括:防雷单元,AC-DC直流稳压单元,太阳能充电单元,电源切换单元,蓄电池单元,电源输出单元,显示单元,无线收发单元;其中,电源切换单元连接防雷单元、AC-DC直流稳压单元、太阳能充电单元、蓄电池单元、电源输出单元、显示单元、无线收发单元。通过采用本实用新型的电源设备,能够得到避雷、能量利用最大化的高效电源,同时其提高了电源设备的稳定性和可靠性,简化后期维护过程,节约建设和运维成本,提高经济效应。

Description

一种电源设备及其防雷单元
技术领域
本实用新型涉及电源设备领域,具体是针对地震监测台而提供的一种电源设备。
背景技术
随着野外使用的电子设备越来越多,如野外监测设备、电子通信基站、水文测报站、遥测地震台站、形变测报点等都离不开不间断供电电源系统,所以供电系统的工作性能直接影响到整个野外监测站点的系统工作状态。经研究,发现电源设备的运行状况是制约野外监测台站运行率的瓶颈,电源设备工作的稳定性、可靠性成为野外监测站点能良好运行的前提条件。而且建设初期的设备采购及后期运行的设备维护成本中,电源设备也占了相当大比例。而对供电系统产生影响的主要原因有二个,一个是自身设计不合理、元器件选择不合适,造成电源性能不稳定、维护操作困难;另一个方面是野外站点的市电供应不稳定,电源系统在充放电过程中容易产生过大电流或过高电压,另外容易遭受雷电浪涌,导致对设备系统造成损伤或损坏。
实用新型内容
鉴于上述问题,本实用新型提出一种兼具高效交直稳压、避雷的多项功能的电源设备,主要通过市电、太阳能切换充电蓄电池以及市电、太阳能、蓄电池切换供电负载设备来实现电源设备。
依据本实用新型,提出一种电源设备,包括:防雷单元,AC-DC直流稳压单元,太阳能充电单元,电源切换单元,蓄电池单元,电源输出单元,显示单元,无线收发单元;其中,电源切换单元连接防雷单元、AC-DC直流稳压单元、太阳能充电单元、蓄电池单元、电源输出单元、显示单元、无线收发单元;其特征在于:交流市电提供端接入防雷单元后接入AC-DC直流稳压单元,AC-DC直流稳压单元输出端输出一第一直流电压;太阳能充电单元利用太阳能资源控制其内部的太阳能电池充电,太阳能电池输出端输出一第二直流电压;第一直流电压和第二直流电压分别接入蓄电池单元,以供蓄电池充电,蓄电池输出端输出一第三直流电压;第一直流电压和第二直流电压以及第三直流电压分别接入电源输出单元;电源切换单元选择第一直流电压、第二直流电压中的一个接入蓄电池单元的输入端,以供蓄电池充电;电源切换单元选择第一直流电压、第二直流电压、第三直流电压中的一个接入电源输出单元的输入端,以得到电源输出单元的输出电压;电源输出单元的输出电压给负载设备提供电源;其中,防雷单元内部电路包括:一端子,其接入市电交流电一端后直接通过连接线引出电压ACN;另一端子,其接入市电交流电另一端后直接通过连接线引出电压ACL;第三端子,其接入大地;电压ACN依次连接压敏电阻R2、高压气体放电管G2后接入大地;电压ACN还依次连接压敏电阻R1、高压气体放电管G1后与电压ACL连接后再依次连接压敏电阻R17、高压气体放电管G3之后接入大地;电压ACN、ACL二端还依次与瞬变抑制二极管D3二端并接、电容C2二端并接;电压ACN接入电容C16后接入大地,电压ACL接入电容C15后接入大地;电压ACN接入保险管F1后接入变压器T1的第二端口,电压ACL接入变压器T1的第一端口;变压器T1次级第三端口、依次串接变压器T2、变压器T5以将市电交流电压转换成低压。
优选地,所述的电源切换单元选择第一直流电压、第二直流电压中的一个接入蓄电池单元的输入端,以供蓄电池充电具体为:当交流市电和太阳能电池正常时,选择太阳能充电单元的第二直流电压接入以供蓄电池充电。
优选地,所述的电源切换单元选择第一直流电压、第二直流电压、第三直流电压中的一个接入电源输出单元的输入端,以得到电源输出单元的输出电压具体为:当交流市电正常或太阳能电池正常时,电源输出单元的输入由AC-DC直流稳压单元的第一直流电压或太阳能充电单元的第二直流电压提供;当交流市电和太阳能电池均不正常时,电源输出单元的输入由蓄电池的第三直流电压提供。
优选地,当交流市电和太阳能电池正常时,选择电源输出单元的输入由太阳能充电单元的第二直流电压提供。
优选地,所述的AC-DC直流稳压单元依次包括EMI滤波整流单元、功率因数校正单元、半桥转换器单元。
优选地,所述的蓄电池单元包括蓄电池充电电路单元和蓄电池;所述的蓄电池充电电路单元采用同步整流技术,将所述第一直流电压或第二直流电压转换成第四直流电压,所述第四直流电压用以供蓄电池充电。
优选地,所述的AC-DC直流稳压单元、太阳能充电单元、蓄电池单元均包括一辅助电源单元,所述辅助电源单元提供电源给电源设备的内部各单元。
优选地,进一步包括温度保护电路,所述电源切换单元实时检测温度,当温度超过第一阈值温度时,启用风扇强制冷却,若温度超过第二阈值则关闭AC-DC直流稳压单元和太阳能充电单元,由蓄电池供电给负载设备,以防止器件过热烧毁。
优选地,进一步包括显示单元和无线收发单元,所述的显示单元显示内部各电源信息、太阳能电池以及蓄电池充放电状态信息,所述的无线收发单元采用GPRS无线收发模块完成远程监控。
根据本实用新型的另一个方面提供一种防雷单元,其内部电路包括:一端子,其接入市电交流电一端后直接通过连接线引出电压ACN;另一端子,其接入市电交流电另一端后直接通过连接线引出电压ACL;第三端子,其接入大地;电压ACN依次连接压敏电阻R2、高压气体放电管G2后接入大地;电压ACN还依次连接压敏电阻R1、高压气体放电管G1后与电压ACL连接后再依次连接压敏电阻R17、高压气体放电管G3之后接入大地;电压ACN、ACL二端还依次与瞬变抑制二极管D3二端并接、电容C2二端并接;电压ACN接入电容C16后接入大地,电压ACL接入电容C15后接入大地;电压ACN接入保险管F1后接入变压器T1的第二端口,电压ACL接入变压器T1的第一端口;变压器T1次级第三端口、依次串接变压器T2、变压器T5以将市电交流电压转换成低压。
本实用新型的有益效果:多功能电源设备,可以用来代替目前所使用的各种功能单一操作复杂的电源设备,将设备采购成本降低一半以上。通过各种电子技术,如自动控制、PFC功率校正、GPRS无线收发模块,提高设备的稳定性和可靠性,简化台站设备安装和后期维护过程,节约建设和运维成本,提高经济效应。在未来本设备还可用于其它类型远程测控基站,如卫星及微波通信基站、水文测报站、航道信号站点、城市交通信号站点、太阳能路灯、其他特种仪器设备供电系统等。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述,为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段,特举本实用新型的具体实施方式。
附图说明
图1是本实用新型电源设备的内部结构示意图。
图2是本实用新型AC-DC直流稳压单元的内部结构示意图。
图3是本实用新型蓄电池单元的内部结构示意图。
图4是本实用新型防雷单元的内部电路结构示意图
具体实施方式
请参阅图1,本实用新型所设计的电源设备包括:防雷单元,AC-DC直流稳压单元,太阳能充电单元,电源切换单元,蓄电池单元,电源输出单元,显示单元,无线收发单元;其中,电源切换单元连接防雷单元、AC-DC直流稳压单元、太阳能充电单元、蓄电池单元、电源输出单元、显示单元、无线收发单元;交流市电提供端接入防雷单元后接入AC-DC直流稳压单元,AC-DC直流稳压单元输出端输出第一直流电压;太阳能充电单元利用太阳能资源给太阳能电池充电,太阳能电池输出端输出第二直流电压;第一直流电压和第二直流电压接入蓄电池单元,以供蓄电池充电,蓄电池输出端输出第三直流电压;第一直流电压和第二直流电压以及第三直流电压分别接入电源输出单元的输入端;电源切换单元选择第一直流电压、第二直流电压中的一个以供蓄电池充电;电源切换单元选择第一直流电压、第二直流电压、第三直流电压中的一个供电电源输出单元;电源输出单元的输出端给负载设备提供电源。
所述的电源切换单元选择第一直流电压、第二直流电压中的一个以供蓄电池充电具体为:当交流市电和太阳能电池正常时,选择太阳能充电单元的第二直流电压接入蓄电池单元,以供蓄电池充电。
所述的电源切换单元选择第一直流电压、第二直流电压、第三直流电压中的一个供电电源输出单元具体为:当交流市电正常或太阳能电池正常时,电源输出单元的输入由AC-DC直流稳压单元的第一直流电压或太阳能充电单元的第二直流电压提供;当交流市电和太阳能电池均不正常时,电源输出单元的输入由蓄电池的第三直流电压提供。
而当交流市电和太阳能电池正常时,选择电源输出单元的输入由太阳能充电单元的第二直流电压提供。
进一步地,本实用新型具体实施时,可采用PFC+半桥转换,将100V—240V交流电压转换成36V/10A直流电压,后端采用同步整流技术,转换器给12V或者24V铅酸电池充电。输出级通过降压滤波后得到12V/3A低纹波稳态直流电压,给后端设备提供电源。当市电及太阳能电池均掉电的情况下,通过操作切换,由电池通过降压回路给后端设备提供电源。
进一步,对于AC-DC直流稳压单元参阅图2,AC-DC直流稳压单元依次包括EMI滤波整流单元、功率因数校正(PFC)单元、半桥转换器单元,上述单元均是现有的电路结构,采用现有的电路结构均能够实现。EMI滤波整流单元中的两级共模滤波器,充分滤除市电上的杂波,避免干扰。交流电压通过整流桥转换后得到直流脉动电压,通过自恢复保险丝,当后级有过流或者短路,切断,过流或短路移除则恢复。
其中,EMI滤波整流单元采用现有的市售的EMI整流单元即可。功率因数校正(PFC)单元提升转换器的转换效率,有效减少能耗,该单元采用安森美半导体NCP1653连续电流模式功率因数校正器,给后级半桥初级提供稳定的400V直流电压。半桥转换器采用半桥控制器将400V高压转换成36V安全电压,半桥电路具有器件耐压要求低,转换效率高,纹波小等优点,有效保障产品的可靠性;该转换器分功率和控制两个部分,控制部分采用UC3846电流模式控制芯片及IR2110芯片,给半桥晶体管提供驱动,UC3846电流模式控制芯片有完整的过流,稳压,短路保护,稳定性及可靠性大大提高。
进一步地,太阳能充电单元,可以采用现有的任何适宜于太阳能充电的电源即可。
本实用新型的蓄电池单元,参阅图3,蓄电池单元,其包括蓄电池充电电路单元和蓄电池组单元。蓄电池单元,在日照强度高的情况下,尽量使用太阳能充电或给设备供电;夜间或日照强度低的情况下,使用市电供电;采用单片机PWM调制方式给电池充电,低压电池续充,正常电压恒定电流,高压浮充的充电方式,可靠保证电池不受过压导致发热,膨胀;对于12V或24V电池,本设备可识别,并实现充电电压转换。本单元采用先进的同步整流技术,将半桥转换得到的36V直流电压或太阳能电池电压,转换成14.5V/28.7V10A直流电压给铅酸电池充电,充电方式采用CC/CV,电池低压时脉冲充电,充满后浮充,浮充电压13.8V/27.5V。
电源输出单元,其后端设备使用的电源由TI公司的LM2596降压控制器提供,当市电正常或太阳能电池正常时,转换器的输入由市电转换得到的36V或者太阳能电池提供;当市电和太阳能电池均不正常时,转换器的输入由铅酸电池提供,当铅酸电池到达低压点11.5V/23.5V时,继电器断开,整个设备断电,防止铅酸电池过放电。
电源切换单元,其针对市电掉电的情况进行监测,当出现诸如市电掉电,雷电浪涌等情况,及时切换到电池供电,可靠保证终端设备运作;市电正常时切换到市电供电。电源切换单元可以采用任何现有适于作为电源切换单元的设备来实现,其包括手动的电源切换设备。
辅助电源单元,各电源模块的辅助电源采用UC3845反激变换器,两路15V/2A电源,一路为半桥驱动提供稳定电源,一路给同步降压充电提供电源,经降压处理后得5V为单片机提供电源。
温度保护电路,检测转换器散热板上的温度,当温度超过65度时,启用风扇强制冷却,若温度超过85度则关闭市电及太阳能转换器,由电池供电,防止器件过热烧毁。
显示单元,其采用LCD显示。显示内容包括:AC-DC稳压电源的输出电压、电流状态显示、蓄电池组当前充(放)电压、电流状态显示、太阳能充电控制器充电电压、电流状态显示、AC接入状态及幅值显示、充电状态和充电结束状态指示。
无线收发器,本设备可选装内置无线收发器,当电池长期低压或高压劣化,市电长期掉电,电池被盗,设备被盗等情况出现,维护人员可远程实现诸如设备复位,设备追踪,及时更换电池等,有效节约人力资源,其可采用GPRS无线收发模块远程监控。
而对于防雷单元,由于野外设备对雷电高压等不可抗的气候因素必须有很好的适应性,本设备采用2级防雷管,外加多路压敏,将雷电产生的高压导入大地,可靠保证后级线路不受浪涌冲击,有效保护设备免受雷电(电涌)损害。在遇雷电时交流避雷器能切换交流供电,雷电后能在1~3秒内恢复供电;当线路浪涌电流/浪涌电压出现时,避雷器能将浪涌电释放到大地。防雷单元还可采用3级气体放电管及瞬态抑制器,将雷电产生的瞬间高压导入大地,避免后级零件损伤;当市电超过260V时,关断后级相关控制器,避免烧坏零件,即具有AC电压幅值判断功能,当AC输入电压大于260V时关闭AC输入,以保护相关设备,在AC低于260V时,恢复正常工作,每隔3分钟判断AC输入电压幅值是否大于260V,一直判断下去,直到AC电压低于260V稳压电源恢复正常工作为止。
参阅图4,防雷单元,其内部电路结构主要包括:一端子,其接入市电交流电一端后直接通过连接线引出电压ACN;另一端子,其接入市电交流电另一端后直接通过连接线引出电压ACL;第三端子,其接入大地;电压ACN依次连接压敏电阻R2、高压气体放电管G2后接入大地;电压ACN还依次连接压敏电阻R1、高压气体放电管G1后与市电交流电压ACL连接后再依次连接压敏电阻R17,高压气体放电管G3之后接入大地;电压ACN、ACL二端还依次与瞬变抑制二极管D3二端并接、电容C2二端并接;电压ACN接入电容C16后接入大地,电压ACL还接入电容C15后接入大地;电压ACN接入保险管F1后接入变压器T1的端口2,电压ACL接入变压器T1的端口1;变压器T1次级端口3、变压器T1次级端口4依次串接变压器T2、变压器T5以将市电交流电压转换成低压;其中,上述保险管F1是8安培、250V电压的保险管;其中,当雷电使交流电压超过300V时,压敏电阻和气体放电管开始迅速吸收高压,将雷电高压吸收后导入大地;同时,保险管F1起二级保护作用,即使存在没有及时被吸收掉的雷电高压进入保险管F1,保险管F1也会在其超过250V时,断开以保护后续电路不工作,避免受高压冲击;而当市电电压有波动或者出现超压到250V,其断开以保护后续电路不工作,避免受高压冲击。
以上所述实施方式仅用来说明本实用新型,但不限于此。在不偏离本实用新型构思的条件下,所属技术领域人员可做出适当变更调整,而这些变更调整也应纳入本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源设备,包括:防雷单元,AC-DC直流稳压单元,太阳能充电单元,电源切换单元,蓄电池单元,电源输出单元,显示单元,无线收发单元;其中,电源切换单元连接防雷单元、AC-DC直流稳压单元、太阳能充电单元、蓄电池单元、电源输出单元、显示单元、无线收发单元;其特征在于:
交流市电提供端接入防雷单元后接入AC-DC直流稳压单元,AC-DC直流稳压单元输出端输出一第一直流电压;
太阳能充电单元利用太阳能资源控制其内部的太阳能电池充电,太阳能电池输出端输出一第二直流电压;
第一直流电压和第二直流电压分别接入蓄电池单元,以供蓄电池充电,蓄电池输出端输出一第三直流电压;
第一直流电压和第二直流电压以及第三直流电压分别接入电源输出单元;
电源切换单元选择第一直流电压、第二直流电压中的一个接入蓄电池单元的输入端,以供蓄电池充电;
电源切换单元选择第一直流电压、第二直流电压、第三直流电压中的一个接入电源输出单元的输入端,以得到电源输出单元的输出电压;
电源输出单元的输出电压给负载设备提供电源;
其中,防雷单元内部电路包括:一端子,其接入市电交流电一端后直接通过连接线引出电压ACN;另一端子,其接入市电交流电另一端后直接通过连接线引出电压ACL;第三端子,其接入大地;电压ACN依次连接压敏电阻R2、高压气体放电管G2后接入大地;电压ACN还依次连接压敏电阻R1、高压气体放电管G1后与电压ACL连接后再依次连接压敏电阻R17、高压气体放电管G3之后接入大地;电压ACN、ACL二端还依次与瞬变抑制二极管D3二端并接、电容C2二端并接;电压ACN接入电容C16后接入大地,电压ACL接入电容C15后接入大地;电压ACN接入保险管F1后接入变压器T1的第二端口,电压ACL接入变压器T1的第一端口;变压器T1次级第三端口、依次串接变压器T2、变压器T5以将市电交流电压转换成低压。
2.根据权利要求1所述的电源设备,其特征在于:所述的电源切换单元选择第一直流电压、第二直流电压中的一个接入蓄电池单元的输入端,以供蓄电池充电具体为:当交流市电和太阳能电池正常时,选择太阳能充电单元的第二直流电压接入以供蓄电池充电。
3.根据权利要求1所述的电源设备,其特征在于:所述的电源切换单元选择第一直流电压、第二直流电压、第三直流电压中的一个接入电源输出单元的输入端,以得到电源输出单元的输出电压具体为:当交流市电正常或太阳能电池正常时,电源输出单元的输入由AC-DC直流稳压单元的第一直流电压或太阳能充电单元的第二直流电压提供;当交流市电和太阳能电池均不正常时,电源输出单元的输入由蓄电池的第三直流电压提供。
4.根据权利要求3所述的电源设备,其特征在于:当交流市电和太阳能电池正常时,选择电源输出单元的输入由太阳能充电单元的第二直流电压提供。
5.根据权利要求1所述的电源设备,其特征在于:所述的AC-DC直流稳压单元依次包括EMI滤波整流单元、功率因数校正单元、半桥转换器单元。
6.根据权利要求1所述的电源设备,其特征在于:所述的蓄电池单元包括蓄电池充电电路单元和蓄电池;所述的蓄电池充电电路单元采用同步整流技术,将所述第一直流电压或第二直流电压转换成第四直流电压,所述第四直流电压用以供蓄电池充电。
7.根据权利要求1-6任一项所述的电源设备,其特征在于:所述的AC-DC直流稳压单元、太阳能充电单元、蓄电池单元均包括一辅助电源单元,所述辅助电源单元提供电源给电源设备的内部各单元。
8.根据权利要求1-6任一项所述的电源设备,其特征在于:进一步包括温度保护电路,所述电源切换单元实时检测温度,当温度超过第一阈值温度时,启用风扇强制冷却,若温度超过第二阈值则关闭AC-DC直流稳压单元和太阳能充电单元,由蓄电池供电给负载设备,以防止器件过热烧毁。
9.根据权利要求1-6任一项所述的电源设备,其特征在于:进一步包括显示单元和无线收发单元,所述的显示单元显示内部各电源信息、太阳能电池以及蓄电池充放电状态信息,所述的无线收发单元采用GPRS无线收发模块完成远程监控。
10.一种防雷单元,其内部电路包括:一端子,其接入市电交流电一端后直接通过连接线引出电压ACN;另一端子,其接入市电交流电另一端后直接通过连接线引出电压ACL;第三端子,其接入大地;其特征在于:
电压ACN依次连接压敏电阻R2、高压气体放电管G2后接入大地;
电压ACN还依次连接压敏电阻R1、高压气体放电管G1后与电压ACL连接后再依次连接压敏电阻R17、高压气体放电管G3之后接入大地;
电压ACN、ACL二端还依次与瞬变抑制二极管D3二端并接、电容C2二端并接;
电压ACN接入电容C16后接入大地,电压ACL接入电容C15后接入大地;
电压ACN接入保险管F1后接入变压器T1的第二端口,电压ACL接入变压器T1的第一端口;
变压器T1次级第三端口、变压器T1次级第四端口依次串接变压器T2、变压器T5以将市电交流电压转换成低压。
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