CN206962517U - 闸机不间断供电系统 - Google Patents
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Abstract
闸机不间断供电系统。涉及电子及电源技术领域，具体涉及一种用于检票闸机的不间断电源。提供了一种安全性能好、放电电压稳定且受温度影响小的闸机不间断供电系统。包括超级电容组、开关电源和工控主机，所述开关电源连接电网，所述开关电源、超级电容组和工控主机依次连接，所述开关电源和所述超级电容组分别给工控主机供电，所述工控主机与所述超级电容组之间还通过信号线连接，用于传输信号；所述超级电容组设于所述开关电源和电网之间，所述超级电容组上设有电压平衡电路。当开关电源输出的电压值超出限定的阈值范围或突然断电时，工控主机就能够通过信号线指令超级电容组开始工作，为其他的用电单元提供一段时间的缓冲供电。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子及电源技术领域，具体涉及一种用于检票闸机的不间断电源。
背景技术
随着地铁的广泛利用，地铁闸机的用电安全问题也日益凸显，对此，一般利用不间断电源为辅助电源，在市电系统断电时给闸机提供暂时的电力，在市电维修期间保障地铁运行平稳，通常地铁闸机内部采取外部交流220V加交流UPS（下称AC UPS）的供电方式，一旦交流断电，则由AC UPS逆变产生交流220V供后级的AC-DC电路产生+24VDC的供电电源，给闸机的工控系统供电。
例如国家知识产权局2012-1-18公开了一项实用新型专利（CN 202121335 U，一种用于检票闸机的不间断电源）公开一种用于检票闸机的不间断电源，包括用于将市电转化为直流的直流电源，由若干锂电池组成的锂电池组，连接到所述直流电源的用电负载，串联的放电控制电路和充电控制电路位于所述直流电源和用电负载的接点与锂电池组之间；总电压检测电路位于锂电池组正极和接地之间，此总电压检测电路具有串联的第 24电阻和第 25 电阻，第 24 电阻和第 25 电阻的接点输出总电压值；一中央处理单元根据总电压检测电路测量的总电压值控制所述放电控制电路的通断和充电控制电路的通断。本实用新型不间断电源能监测锂电池组的总电压，从而及时控制放电控制电路或者充电控制电路，从而显著提高锂电池组的寿命。但是实际使用时发现锂电池在使用时容易受到温度影响，在温度低于使用温度时放电性能变差，在温度超过一定限度时锂电池不稳定容易发生爆炸危险。
实用新型内容
本实用新型针对以上问题，提供了一种安全性能好、放电电压稳定且受温度影响小的闸机不间断供电系统。
本实用新型的技术方案是：包括超级电容组、开关电源和工控主机，所述开关电源连接电网，所述开关电源、超级电容组和工控主机依次连接，所述开关电源和所述超级电容组分别给工控主机供电，所述工控主机与所述超级电容组之间还通过信号线连接，用于传输信号；
所述超级电容组设于所述开关电源和电网之间，所述超级电容组上设有电压平衡电路，所述电压平衡电路用于确保超级电容组内的各个超级电容之间的电压均衡。利用新兴的超级电容组件来代替铅酸蓄电池，超级电容组在超高温和超低温的环境下能够稳定放电，温度对超级电容组的性能影响小，放电电压稳定。
超级电容组相比于铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池等化学存储能源器件，超级电容器具有价廉、节能、超长使用寿命、使用安全、绿色环保、宽温度范围、充电快速、功率密度大、重量轻、无需人工维护等诸多优点，可以作为储能、能量回收、稳压平衡、掉电缓冲等应用，在满足使用的情况下完全避免了铅酸蓄电池的缺点。
所述超级电容组内设有若干串联的超级电容，每个所述超级电容上均设有电压平衡电路；
所述电压平衡电路包括晶体管Q1、晶体管Q2、电阻R和二极管D，所述晶体管Q1的基极连接晶体管Q1的集电极，所述晶体管Q2的基极连接晶体管Q2的集电极，所述晶体管Q1的集电极和晶体管Q2的集电极连接，所述晶体管Q1的发射极和所述晶体管Q2的集电极连接，所述二极管D设于所述晶体管Q2的集电极和所述晶体管Q2的发射极之间，所述晶体管Q1的集电极和所述晶体管Q1的发射极之间设有电阻R，所述超级电容并联在所述二极管D的两端。为了使超级电容组件内部各个单体的超级电容的电压一致，在内部设置了平衡电路，确保某一个单体的超级电容的充电电压不至于超过其最大耐压而损坏延长了使用寿命，降低了维护成本。超级电容组件加上输出稳压电路后，放电曲线呈梯形且放电时间加长，可以放至零电压而不至于损坏超级电容组件。
所述超级电容组上设有充电电路、输出稳压电路和电流检测电路，所述充电电路设于所述超级电容组和开关电源之间，所述输出稳压电路设于所述超级电容组和工控主机之间，电流检测电路与所述开关电源和超级电容组分别连接，所述电流检测电路通过信号线与所述工控主机连接，所述超级电容组的输出端设有限流电路。加上输出稳压电路，这样就直接在交流供电断电后通过超级电容组产生稳定的24V供给后级工控主机等单元工作，省却了蓄电池逆变再AC-DC转换的过程。减少中间环节，节约有限的电量，延长电容器组的放电时间，从而尽可能的延长整个电路的工作时间。
将超级电容组连接在开关电源和工控主机之间，超级电容组能够直接给工控主机供电，避免了现有技术中开关单元损坏导致整个电路停止工作的缺陷。
所述充电电路包括LTM8026稳压芯片电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2和电阻R3；
所述稳压芯片的VIN端接开关电源，所述VIN端和所述开关电源之间并联电容C1，所述稳压芯片的RUN端与所述VIN端连接，所述RUN端与所述VIN端之间设有电阻R1；
所述稳压芯片的SYNC端接地，所述稳压芯片的SYNC端与所述稳压芯片的RT端之间设有电阻R2，所述SYNC端与所述稳压芯片的ADJ端之间设有电阻R3，所述稳压芯片的SYNC端与所述稳压芯片的VOUT端之间设有电阻电容C2；
所述稳压芯片的GND端接地，所述稳压芯片的VREF端分别与所述稳压芯片的CTL-I端和所述稳压芯片的CTL-T端连接，所述VOUT端和接地之间连接超级电容组。
所述输出稳压电路包括LM2577升压芯片、电容C3~C5、电阻R4~R6、二极管D1和电感L；
所述升压芯片的VIN端接超级电容组，所述升压芯片的SWITCH端与所述VIN端之间设有电感L；
所述升压芯片的COMP端与所述升压芯片的GND端之间设有串联连接的电阻R4和电容C4，所述电阻R4接所述COMP端，所述电容C4接所述GND端；
所述VIN端与所述GND端之间设有电容C3，所述GND端接地；
所述稳压芯片的FEEDBACK端与所述SWITCH端之间依次设有串联连接的二极管D1和电阻R5，所述电阻R5为滑片电阻，所述电阻R5的滑动端接二极管D1的阴极，所述电阻R5的阳极接所述SWITCH端，所述电阻R5的一个固定端接二极管D1的阴极，所述电阻R5的另一个固定端接所述FEEDBACK端；
所述FEEDBACK端与所述GND端之间设有电阻R6，所述电阻R6为滑片电阻，所述电阻R6的活动端接所述GND端，所述电阻R6的一个固定端接所述GND端，所述电阻R6的另一个固定端接所述FEEDBACK端；
所述GND端和所述SWITCH端之间设有电容C5，所述电容C5的两端接所述工控主机。
所述工控主机为单片机。
本实用新型当开关电源输出的电压值超出限定的阈值范围或突然断电时，工控主机就能够通过信号线指令超级电容组开始工作，代替交流电网给工控主机供电，为其他的用电单元提供一段时间的缓冲供电。维持闸机的正常工作。所述工控主机为单片机。单片机结构简单，易于连接且工作性能稳定。
利用新兴的超级电容组件来代替铅酸蓄电池，超级电容组在超高温和超低温的环境下能够稳定放电，温度对超级电容组的性能影响小，放电电压稳定。超级电容组相比于铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池等化学存储能源器件，超级电容器具有价廉、节能、超长使用寿命、使用安全、绿色环保、宽温度范围、充电快速、功率密度大、重量轻、无需人工维护等诸多优点，可以作为储能、能量回收、稳压平衡、掉电缓冲等应用，在满足使用的情况下完全避免了铅酸蓄电池的缺点。为了使超级电容组件内部各个单体的超级电容的电压一致，在内部设置了平衡电路，确保某一个单体的超级电容的充电电压不至于超过其最大耐压而损坏延长了使用寿命，降低了维护成本。超级电容组件加上输出稳压电路后，放电曲线呈梯形且放电时间加长，可以放至零电压而不至于损坏超级电容组件。加上输出稳压电路，这样就直接在交流供电断电后通过超级电容组产生稳定的24V供给后级工控主机等单元工作，省却了蓄电池逆变再AC-DC转换的过程。减少中间环节，节约有限的电量，延长电容器组的放电时间，从而尽可能的延长整个电路的工作时间。
将超级电容组连接在开关电源和工控主机之间，超级电容组能够直接给工控主机供电，避免了现有技术中开关单元损坏导致整个电路停止工作的缺陷。
增加了放电稳压电路，超级电容组件会在较长时间内放出电压稳定的电量，当到达放电稳压电路的稳压下限时，超级电容组件仍然可以放出内部的剩余电量，直至端电压为零。超级电容组件的充放电次数可达十万次以上。
附图说明
图1是本实用新型结构框图，
图2是本实用新型中超级电容组结构框图，
图3是本实用新型中电压平衡电路电器电气原理图，
图4是本实用新型充电电路电气原理图，
图5是本实用新型输出稳压电路电气原理图，
图6是本实用新型电压检测电路电气原理图。
具体实施方式
本实用新型如图1-6所示包括超级电容组、开关电源和工控主机，所述开关电源连接电网，所述开关电源、超级电容组和工控主机依次连接，所述开关电源和所述超级电容组分别给工控主机供电，所述工控主机与所述超级电容组之间还通过信号线连接，用于传输信号；
所述超级电容组设于所述开关电源和电网之间，所述超级电容组上设有电压平衡电路，所述电压平衡电路用于确保超级电容组内的各个超级电容之间的电压均衡。利用新兴的超级电容组件来代替铅酸蓄电池，超级电容组在超高温和超低温的环境下能够稳定放电，温度对超级电容组的性能影响小，放电电压稳定。
超级电容组相比于铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池等化学存储能源器件，超级电容器具有价廉、节能、超长使用寿命、使用安全、绿色环保、宽温度范围、充电快速、功率密度大、重量轻、无需人工维护等诸多优点，可以作为储能、能量回收、稳压平衡、掉电缓冲等应用，在满足使用的情况下完全避免了铅酸蓄电池的缺点。
所述超级电容组内设有若干串联的超级电容，每个所述超级电容上均设有电压平衡电路；
所述电压平衡电路包括晶体管Q1、晶体管Q2、电阻R和二极管D，所述晶体管Q1的基极连接晶体管Q1的集电极，所述晶体管Q2的基极连接晶体管Q2的集电极，所述晶体管Q1的集电极和晶体管Q2的集电极连接，所述晶体管Q1的发射极和所述晶体管Q2的集电极连接，所述二极管D设于所述晶体管Q2的集电极和所述晶体管Q2的发射极之间，所述晶体管Q1的集电极和所述晶体管Q1的发射极之间设有电阻R，所述超级电容并联在所述二极管D的两端。为了使超级电容组件内部各个单体的超级电容的电压一致，在内部设置了平衡电路，确保某一个单体的超级电容的充电电压不至于超过其最大耐压而损坏延长了使用寿命，降低了维护成本。超级电容组件加上输出稳压电路后，放电曲线呈梯形且放电时间加长，可以放至零电压而不至于损坏超级电容组件。
所述超级电容组上设有充电电路、输出稳压电路和电流检测电路，所述充电电路设于所述超级电容组和开关电源之间，所述输出稳压电路设于所述超级电容组和工控主机之间，电流检测电路与所述开关电源和超级电容组分别连接，所述电流检测电路通过信号线与所述工控主机连接，所述超级电容组的输出端设有限流电路。
所述输出稳压电路包括LM2577升压芯片、电容C3~C5、电阻R4~R6、二极管D1和电感L；
所述升压芯片的VIN端接超级电容组，所述升压芯片的SWITCH端与所述VIN端之间设有电感L；
所述升压芯片的COMP端与所述升压芯片的GND端之间设有串联连接的电阻R4和电容C4，所述电阻R4接所述COMP端，所述电容C4接所述GND端；
所述VIN端与所述GND端之间设有电容C3，所述GND端接地；
所述稳压芯片的FEEDBACK端与所述SWITCH端之间依次设有串联连接的二极管D1和电阻R5，所述电阻R5为滑片电阻，所述电阻R5的滑动端接二极管D1的阴极，所述电阻R5的阳极接所述SWITCH端，所述电阻R5的一个固定端接二极管D1的阴极，所述电阻R5的另一个固定端接所述FEEDBACK端；
所述FEEDBACK端与所述GND端之间设有电阻R6，所述电阻R6为滑片电阻，所述电阻R6的活动端接所述GND端，所述电阻R6的一个固定端接所述GND端，所述电阻R6的另一个固定端接所述FEEDBACK端；
所述GND端和所述SWITCH端之间设有电容C5，所述电容C5的两端接所述工控主机。
加上输出稳压电路，这样就直接在交流供电断电后通过超级电容组产生稳定的24V供给后级工控主机等单元工作，省却了蓄电池逆变再AC-DC转换的过程。减少中间环节，节约有限的电量，延长电容器组的放电时间，从而尽可能的延长整个电路的工作时间。
将超级电容组连接在开关电源和工控主机之间，超级电容组能够直接给工控主机供电，避免了现有技术中开关单元损坏导致整个电路停止工作的缺陷。
增加了放电稳压电路，超级电容组件会在较长时间内放出电压稳定的电量，当到达放电稳压电路的稳压下限时，超级电容组件仍然可以放出内部的剩余电量，直至端电压为零。超级电容组件的充放电次数可达十万次以上。
所述充电电路包括LTM8026稳压芯片电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2和电阻R3；
所述稳压芯片的VIN端接开关电源，所述VIN端和所述开关电源之间并联电容C1，所述稳压芯片的RUN端与所述VIN端连接，所述RUN端与所述VIN端之间设有电阻R1；
所述稳压芯片的SYNC端接地，所述稳压芯片的SYNC端与所述稳压芯片的RT端之间设有电阻R2，所述SYNC端与所述稳压芯片的ADJ端之间设有电阻R3，所述稳压芯片的SYNC端与所述稳压芯片的VOUT端之间设有电阻电容C2；
所述稳压芯片的GND端接地，所述稳压芯片的VREF端分别与所述稳压芯片的CTL-I端和所述稳压芯片的CTL-T端连接，所述VOUT端和接地之间连接超级电容组。
在超级电容组上添加充电电路使得在充电时即使有小范围的电压波动，通过充电电路也能够消除电压波动，使得充电更加稳定，减少充电过程中对超级电容组的损耗，延长超级电容组的使用寿命。
所述电流检测电路包括电压比较器，所述电压比较器的同相输入端与所述电压比较器的电源端连接，所述电源端接标准电压，所述电压比较器的反向输入端接开关电源，所述电压比较器的接地端接地，所述电压比较器的输出端接所述工控主机。电流检测电路用于检测开关电源和超级电容组的输出电压，当开关电源输出的电压值超出限定的阈值范围或突然断电时，工控主机就能够通过信号线指令超级电容组开始工作，代替交流电网给工控主机供电，为其他的用电单元提供一段时间的缓冲供电。维持闸机的正常工作。所述工控主机为单片机。单片机结构简单，易于连接且工作性能稳定。
Claims (7)
1.闸机不间断供电系统，包括超级电容组、开关电源和工控主机，其特征在于，所述开关电源连接电网，所述开关电源、超级电容组和工控主机依次连接，所述开关电源和所述超级电容组分别给工控主机供电，所述工控主机与所述超级电容组之间还通过信号线连接，用于传输信号；
所述超级电容组设于所述开关电源和电网之间，所述超级电容组上设有电压平衡电路，所述电压平衡电路用于确保超级电容组内的各个超级电容之间的电压均衡。
2.根据权利要求1所述的闸机不间断供电系统，其特征在于，所述超级电容组内设有若干串联的超级电容，每个所述超级电容上均设有电压平衡电路；
所述电压平衡电路包括晶体管Q1、晶体管Q2、电阻R和二极管D，所述晶体管Q1的基极连接晶体管Q1的集电极，所述晶体管Q2的基极连接晶体管Q2的集电极，所述晶体管Q1的集电极和晶体管Q2的集电极连接，所述晶体管Q1的发射极和所述晶体管Q2的集电极连接，所述二极管D设于所述晶体管Q2的集电极和所述晶体管Q2的发射极之间，所述晶体管Q1的集电极和所述晶体管Q1的发射极之间设有电阻R，所述超级电容并联在所述二极管D的两端。
3.根据权利要求2所述的闸机不间断供电系统，其特征在于，所述超级电容组上设有充电电路、输出稳压电路和电流检测电路，所述充电电路设于所述超级电容组和开关电源之间，所述输出稳压电路设于所述超级电容组和工控主机之间，电流检测电路与所述开关电源和超级电容组分别连接，所述电流检测电路通过信号线与所述工控主机连接，所述超级电容组的输出端设有限流电路。
4.根据权利要求3所述的闸机不间断供电系统，其特征在于，所述充电电路包括LTM8026稳压芯片电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2和电阻R3；
所述稳压芯片的VIN端接开关电源，所述VIN端和所述开关电源之间并联电容C1，所述稳压芯片的RUN端与所述VIN端连接，所述RUN端与所述VIN端之间设有电阻R1；
所述稳压芯片的SYNC端接地，所述稳压芯片的SYNC端与所述稳压芯片的RT端之间设有电阻R2，所述SYNC端与所述稳压芯片的ADJ端之间设有电阻R3，所述稳压芯片的SYNC端与所述稳压芯片的VOUT端之间设有电阻电容C2；
所述稳压芯片的GND端接地，所述稳压芯片的VREF端分别与所述稳压芯片的CTL-I端和所述稳压芯片的CTL-T端连接，所述VOUT端和接地之间连接超级电容组。
5.根据权利要求4所述的闸机不间断供电系统，其特征在于，所述输出稳压电路包括LM2577升压芯片、电容C3~C5、电阻R4~R6、二极管D1和电感L；
所述升压芯片的VIN端接超级电容组，所述升压芯片的SWITCH端与所述VIN端之间设有电感L；
所述升压芯片的COMP端与所述升压芯片的GND端之间设有串联连接的电阻R4和电容C4，所述电阻R4接所述COMP端，所述电容C4接所述GND端；
所述VIN端与所述GND端之间设有电容C3，所述GND端接地；
所述稳压芯片的FEEDBACK端与所述SWITCH端之间依次设有串联连接的二极管D1和电阻R5，所述电阻R5为滑片电阻，所述电阻R5的滑动端接二极管D1的阴极，所述电阻R5的阳极接所述SWITCH端，所述电阻R5的一个固定端接二极管D1的阴极，所述电阻R5的另一个固定端接所述FEEDBACK端；
所述FEEDBACK端与所述GND端之间设有电阻R6，所述电阻R6为滑片电阻，所述电阻R6的活动端接所述GND端，所述电阻R6的一个固定端接所述GND端，所述电阻R6的另一个固定端接所述FEEDBACK端；
所述GND端和所述SWITCH端之间设有电容C5，所述电容C5的两端接所述工控主机。
6.根据权利要求3所述的闸机不间断供电系统，其特征在于，所述电流检测电路包括电压比较器，所述电压比较器的同相输入端与所述电压比较器的电源端连接，所述电源端接标准电压，所述电压比较器的反向输入端接开关电源，所述电压比较器的接地端接地，所述电压比较器的输出端接所述工控主机。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的闸机不间断供电系统，其特征在于，所述工控主机为单片机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180202 Termination date: 20180711 |
|
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