CN211018390U - 一种可监控的直流电源切换供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种直流电源切换供电系统，包括：DC/DC模块、太阳能电源接入端、锂电池组、AC/DC模块、检测与控制模块、锂电池充电模块、电子开关模块、交流电源接入端、电压转换模块、供电输出端；其中，检测与控制模块包括：控制单元、电压比较单元、充电控制单元、A/D转换单元。本实用新型把太阳能供电、锂电池供电、市电供电进行了有机的整合，正常天气下，白天太阳能供电和充电，夜晚蓄电池电源供电；极端天气下，当蓄电池能量不足时，可自动切换到市电电源供电和充电。

Description

一种可监控的直流电源切换供电系统

技术领域

本实用新型涉及电气工程领域，特别涉及一种可监控的直流电源切换供电系统。

背景技术

对于一些需要长时间不间断工作的高可靠的系统，如基站通信设备、监控监测设备、服务器等，往往需要高可靠的电源供应。采用多路直流电源切换供电的方案是解决问题的关键所在，在高可靠供电系统中起着至关重要作用。

就目前能源发展来看，太阳供电系统工作时无需水、油、汽、燃料，只要有光就能发电的特点，是清洁、无污染的可再生能源，具有安装维护简单，使用寿命长等优点，是新能源的领头羊。近年来，太阳能的应用在全球越来越广泛，特别是在户外各领域，太阳能电源得到越来越普遍的应用。

蓄电池作为一种性能可靠的化学电源，其应用价值与日俱增，已经在各个领域得到了广泛的应用。其中，锂电池作为一种环保的蓄电池，广泛得到采用，其具有工作电压高、体积小、质量轻、无记忆效应、自放电小、循环寿命长等特点，广泛应用于电动汽车能源系统、航空航天电源系统、太阳能光伏电源系统，移动通信系统以及移动终端设备中。

采用太阳能供电并给蓄电池充电，实现双路电源交替供电，无非是一种可行的供电方案，但从不间断供电的角度来看，这个方案还存在一定的漏洞，譬如：在极端的天气条件下，可能会遇到连续几天的阴雨天或风雪天，太阳能电源提供不了电能，蓄电池存储的能量也会消耗殆尽，长期运行的设备就会停止工作。另外，蓄电池电源也会有故障，也存在使用寿命问题，严重影响供电的可靠性。

如何对太阳能和蓄电池双路电源供电系统进行监控，保证系统可靠供电，是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提出一种直流电源切换供电系统，解决了现有技术中太阳能和蓄电池双路电源交替供电可靠性低的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种直流电源切换供电系统，包括：DC/DC模块01、太阳能电源接入端02、锂电池组03、AC/DC模块04、检测与控制模块05、锂电池充电模块06、电子开关模块07、交流电源接入端08、电压转换模块10、供电输出端11；其中，

检测与控制模块05包括：控制单元051、电压比较单元052、充电控制单元053、A/D转换单元054；

DC/DC模块01的输入电压由太阳能电源接入端02、锂电池组03、AC/DC 模块04提供，太阳能电源接入端02通过第一导流二极管D1连接到电源开关K 第一端，锂电池组03通过第二导流二极管D2连接到电源开关K第一端，AC/DC 模块04通过第三导流二极管D3连接到电源开关K第一端，电源开关K第二端接入到DC/DC模块01的输入端；DC/DC模块01的输出电压一路通过供电输出端11给主电路供电，另一路经过电压转换模块10给检测与控制模块05供电；DC/DC模块01的输入电压由检测与控制模块05中的电压比较单元052进行检测，检测结果送至控制单元051处理；

锂电池充电模块06的输入端通过第一开关管Q1连接到电源开关K的第一端，第一开关管Q1的门极由充电控制单元053通过门极控制电路控制，锂电池充电模块06的输出端连接到锂电池组03正电压端；

锂电池组03的电压由检测与控制模块05中的A/D转换单元054采样，输入到控制单元051进行逻辑比较，比较结果输出到充电控制单元053，充电控制单元053输出控制信号，通过门极控制电路控制第一开关管Q1的门极；

AC/DC模块04受控于控制单元051的控制信号，控制单元051发送控制信号给电子开关模块07，电子开关模块07连接在AC/DC模块04与交流电源接入端08之间，当接收到控制单元051发送的控制信号时使AC/DC模块04与交流电源接入端08接通，交流220V电压送入AC/DC模块04的输入端，其输出的直流电压，一路给后级电路供电，另一路给锂电池组03充电；

A/D转换单元054信号输入端连接到锂电池组03的正电压端，采集锂电池组03的电压Vbat，A/D转换单元054的信号输出端连接到控制单元051的信号输入端，传送锂电池组03的电压Vbat的数字信号到控制单元051。

可选地，所述太阳能电源接入端02的电压Vsun、所述锂电池组03的电压 Vbat、所述AC/DC模块04的电压Vac，三者电压的大小关系为：Vsun>Vac> Vbat。

可选地，所述第一开关管Q1是场效应晶体管。

可选地，所述第一开关管Q1是PMOS管。

可选地，所述第一开关管Q1是三极管。

可选地，所述门极控制电路包括第一电阻器R1、第二开关管Q2、第二电阻器R2，第二开关管Q2为三极管，所述充电控制单元053的控制电压通过第二电阻器R2连接到第二开关管Q2的门极，其集电极通过第一电阻器R1连接到电源开关K的第一端，其发射极连接到地电位。

可选地，还包括光照传感器09，光照传感器09采集实时光照数据，传输到控制单元051，控制单元051根据光照数据控制电子开关模块07和充电控制单元053。

本实用新型的有益效果是：

(1)把太阳能供电、锂电池供电、市电供电进行了有机的整合，正常天气下，白天太阳能供电和充电，夜晚蓄电池电源供电；极端天气下，当蓄电池能量不足时，可自动切换到市电电源供电和充电。

(2)当检测出某路电源故障或蓄电池失效，都可以将其信息通过无线模块传送出去，达到远程监控或网络监控的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种直流电源切换供电系统的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种直流电源切换供电系统，包括：DC/DC 模块01、太阳能电源接入端02、锂电池组03、AC/DC模块04、检测与控制模块05、锂电池充电模块06、电子开关模块07、交流电源接入端08、电压转换模块10、供电输出端11。

其中，检测与控制模块05包括：控制单元051、电压比较单元052、充电控制单元053、A/D转换单元054。

DC/DC模块(直流/直流电压转换模块)01的输入电压Vi由太阳能电源接入端02、锂电池组03、AC/DC模块(交流/直流电压转换模块)04提供，太阳能电源接入端02通过第一导流二极管D1连接到电源开关K第一端，锂电池组 03通过第二导流二极管D2连接到电源开关K第一端，AC/DC模块04通过第三导流二极管D3连接到电源开关K第一端，电源开关K第二端接入到DC/DC 模块01的输入端，因此，DC/DC模块01选择太阳能电源接入端02、锂电池组03、AC/DC模块04中电压最高的电源供电。DC/DC模块01的输出电压Vo，一路通过供电输出端11给主电路供电，主电路连接后级负载，另一路经过电压转换模块10给检测与控制模块05供电，电压转换模块为DC/DC电压变换器，将DC/DC模块01的输出电压Vo转换为检测与控制模块05中各个模块的工作电压，给各个模块供电。DC/DC模块01的输入电压Vi特性由检测与控制模块 05中的电压比较单元052进行检测，检测结果送控制单元051处理，电压比较单元052可以选择模拟电路实现，即通过比较器电路实现，也可以通过数字电路实现，即通过单片机的寄存器运算实现。太阳能电源接入端02的电压Vsun、锂电池组03的电压Vbat、AC/DC模块04的电压Vac，三者电压的大小关系为： Vsun>Vac>Vbat，电压值有明显差别。采用上述实施例，能够通过输入电源电压的比较，确定电源供电的性质。

锂电池充电模块06给锂电池组03充电的过程，受控于检测与控制模块05 中的充电控制单元053。锂电池充电模块06的输入端通过第一开关管Q1连接到电源开关K的第一端，第一开关管Q1的门极由充电控制单元053通过门极控制电路控制，锂电池充电模块06的输出端连接到锂电池组03正电压端。第一开关管Q1可以是场效应晶体管，也可以是三极管，图1中实施例，第一开关管Q1为PMOS管。可选地，门极控制电路包括第一电阻器R1、第二开关管Q2、第二电阻器R2，第二开关管Q2为三极管，充电控制单元053的控制电压通过第二电阻器R2连接到第二开关管Q2的门极，第二开关管Q2的集电极通过第一电阻器R1连接到电源开关K的第一端，第二开关管Q2的发射极连接到地电位。第一电阻器R1为第二开关管Q2的上拉电阻，当第二开关管Q2截止时，通过上拉电阻R1的作用，使第一开关管Q1的门极为高电平而截止。

当充电控制单元053输出高电平时，经第二电阻器R2限流，第二开关管 Q2导通输出低电平，控制第一开关管Q1导通，锂电池充电模块06接入输入电压Vc，锂电池充电模块06输出端给锂电池组03充电；当充电控制单元053输出低电平时，经第二电阻器R2，第二开关管Q2截止从而输出高电平，控制第一开关管Q1截止，锂电池充电模块06与输入电压Vc隔断，不给锂电池组03 充电。锂电池组03的电压，由检测与控制模块05中的A/D转换单元054采样，输入到控制单元051进行逻辑比较，比较结果输出到充电控制单元053，充电控制单元053根据比较结果输出控制信号，通过门极控制电路控制第一开关管Q1 的门极，进而控制第一开关管Q1的导通或关断，即控制锂电池组03是否充电。可选地，上述可监控的直流电源切换供电系统还包括无线模块12，比较结果通过无线模块12送出到上位机进行实时监测。

AC/DC模块04接入DC/DC模块01，受控于检测与控制模块05中的控制单元051的控制信号，当太阳能电源输入端02的电压Vsun小于锂电池组03的电压Vbat且Vbat低于正常运行电压时，控制单元051发送控制信号给电子开关模块07，电子开关模块07连接在AC/DC模块04与交流电源接入端08之间，当接收到控制单元051发送的控制信号时使AC/DC模块04与交流电源接入端 08接通，交流220V电压送入AC/DC模块04的输入端，其输出的直流电压，一路给后级电路供电，另一路给锂电池组03充电。图1中的标识Gnd为电路的公共地电位。

可选地，上述可监控的直流电源切换供电系统还包括光照传感器09，光照传感器09采集实时光照数据，传输到控制单元051，控制单元051根据光照数据，通过查表方式控制电子开关模块07和充电控制单元053，查表程序采用现有的已知程序。采用上述实施例，通过光照传感器对光照强度的检测，能够形成分辨白天、黑夜和阴晴等信息，能够根据天气特征和被供电的设备需求，通过查表选择相应的供电模式，实现阳光充足时太阳能供电、阳光不足时锂电池组供电、阳光不足且锂电池组没电时市电辅助供电的模式，提高系统的可靠性。

可选地，上述检测与控制模块05还包括A/D转换单元054，A/D转换单元 054信号输入端连接到锂电池组03的正电压端，采集锂电池组03的电压Vbat，A/D转换单元054的信号输出端连接到控制单元051的信号输入端，输出电压 Vbat的数字信号到控制单元051。采用上述可选实施例，通过对锂电池组03电压Vbat的测量，控制单元051可以获知锂电池组03的充电进程，根据充放电过程，通过查表方式获知锂电池组是否失效，以便及时更换锂电池组。上述对锂电池组03电压Vbat的测量以及查表过程，并不涉及对现有控制程序的改进，本实用新型采用现有的A/D转换芯片以及现有的查表程序实现上述电压采样以及查表过程。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种直流电源切换供电系统，其特征在于，包括：DC/DC模块(01)、太阳能电源接入端(02)、锂电池组(03)、AC/DC模块(04)、检测与控制模块(05)、锂电池充电模块(06)、电子开关模块(07)、交流电源接入端(08)、电压转换模块(10)、供电输出端(11)；其中，

检测与控制模块(05)包括：控制单元(051)、电压比较单元(052)、充电控制单元(053)、A/D转换单元(054)；

DC/DC模块(01)的输入电压由太阳能电源接入端(02)、锂电池组(03)、AC/DC模块(04)提供，太阳能电源接入端(02)通过第一导流二极管(D1)连接到电源开关(K)第一端，锂电池组(03)通过第二导流二极管(D2)连接到电源开关(K)第一端，AC/DC模块(04)通过第三导流二极管(D3)连接到电源开关(K)第一端，电源开关(K)第二端接入到DC/DC模块(01)的输入端；DC/DC模块(01)的输出电压一路通过供电输出端(11)给主电路供电，另一路经过电压转换模块(10)给检测与控制模块(05)供电；DC/DC模块(01)的输入电压由检测与控制模块(05)中的电压比较单元(052)进行检测，检测结果送至控制单元(051)处理；

锂电池充电模块(06)的输入端通过第一开关管(Q1)连接到电源开关(K)的第一端，第一开关管(Q1)的门极由充电控制单元(053)通过门极控制电路控制，锂电池充电模块(06)的输出端连接到锂电池组(03)正电压端；

锂电池组(03)的电压由检测与控制模块(05)中的A/D转换单元(054)采样，输入到控制单元(051)进行逻辑比较，比较结果输出到充电控制单元(053)，充电控制单元(053)输出控制信号，通过门极控制电路控制第一开关管(Q1)的门极；

AC/DC模块(04)受控于控制单元(051)的控制信号，控制单元(051) 发送控制信号给电子开关模块(07)，电子开关模块(07)连接在AC/DC模块(04)与交流电源接入端(08)之间，当接收到控制单元(051)发送的控制信号时使AC/DC模块(04)与交流电源接入端(08)接通，交流220V电压送入AC/DC模块(04)的输入端，其输出的直流电压，一路给后级电路供电，另一路给锂电池组(03)充电；

A/D转换单元(054)信号输入端连接到锂电池组(03)的正电压端，采集锂电池组(03)的电压Vbat，A/D转换单元(054)的信号输出端连接到控制单元(051)的信号输入端，传送锂电池组(03)的电压Vbat的数字信号到控制单元(051)。

2.如权利要求1所述的一种直流电源切换供电系统，其特征在于，

所述太阳能电源接入端(02)的电压Vsun、所述锂电池组(03)的电压Vbat、所述AC/DC模块(04)的电压Vac，三者电压的大小关系为：Vsun>Vac>Vbat。

3.如权利要求1所述的一种直流电源切换供电系统，其特征在于，

所述第一开关管(Q1)是场效应晶体管。

4.如权利要求3所述的一种直流电源切换供电系统，其特征在于，

所述第一开关管(Q1)是PMOS管。

5.如权利要求1所述的一种直流电源切换供电系统，其特征在于，

所述第一开关管(Q1)是三极管。

6.如权利要求1所述的一种直流电源切换供电系统，其特征在于，

所述门极控制电路包括第一电阻器(R1)、第二开关管(Q2)、第二电阻器(R2)，第二开关管(Q2)为三极管，所述充电控制单元(053)的控制电压通过第二电阻器(R2)连接到第二开关管(Q2)的门极，其集电极通过第一电阻器(R1)连接到电源开关(K)的第一端，其发射极连接到地电位。

7.如权利要求1所述的一种直流电源切换供电系统，其特征在于，

还包括光照传感器(09)，光照传感器(09)采集实时光照数据，传输到控制单元(051)，控制单元(051)根据光照数据控制电子开关模块(07)和充电控制单元(053)。

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