CN215934525U - 一种交通系统用应急供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电源技术领域，提出了一种交通系统用应急供电系统，包括双向DC/AC电路和电源切换控制电路，电源切换控制电路的第一输入端用于与电网连接，电源切换控制电路的第二输入端与双向DC/AC电路的交流输出端连接，电源切换控制电路的输出端用于与交通信号灯连接，双向DC/AC电路的交流输入端用于与电网连接，双向DC/AC电路的直流端用于与电池单元或新能源汽车连接，双向DC/AC电路包括功率模块以及驱动功率模块的多路驱动电路，功率模块包括依次连接的BUCK‑BOOST电路和H桥电路。通过上述技术方案，解决了现有技术中交通系统用应急电源维护成本高、供电时间短的问题。

Description

一种交通系统用应急供电系统

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，具体的，涉及一种交通系统用应急供电系统。

背景技术

交通信号灯作为交通管控措施，疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故具有重要作用。随着车辆保有量的急剧增加，遇到交通信号灯断电，导致交通瘫痪，严重影响人们的出行，以及正常的工作生活。

交通信号灯电源均采用直供电方式，如果由于自然灾害、线路维护检修、施工导致电缆挖断等因素，导致交通信号灯断电，且市电恢复周期长，不仅造成交通拥堵，也增加人力的投入来指挥交通。因此保障交通信号灯的应急供电具有重要意义。

目前，交通信号灯停电后，主要采用油机发电，为交通信号灯提供应急电源。油机发电噪音大，污染大，搬运费时费力；还有一种应急电源方案是采用UPS+电池的方式，能够为交通信号灯提供短暂的电源供应，但是后期的电池维护成本较高，而且传统的交通信号灯应急发电系统，无法保证长时间使用。

实用新型内容

本实用新型提出一种交通系统用应急供电系统，解决了相关技术中交通系统用应急电源维护成本高、供电时间短的问题。

本实用新型的技术方案如下：包括双向DC/AC电路和电源切换控制电路，所述电源切换控制电路的第一输入端用于与电网连接，所述电源切换控制电路的第二输入端与所述双向DC/AC电路的交流输出端连接，所述电源切换控制电路的输出端用于与交通信号灯连接，所述双向DC/AC电路的交流输入端用于与电网连接，

所述双向DC/AC电路的直流端用于与电池单元或新能源汽车连接，所述双向DC/AC电路包括功率模块以及驱动所述功率模块的多路驱动电路，所述功率模块包括依次连接的BUCK-BOOST电路和H桥电路，

任一驱动电路包括门极关断电路，所述门极关断电路包括NMOS管Q2和NMOS管Q4，所述 NMOS管Q2的栅极用于连接控制器输出的PWM控制信号，所述NMOS管Q2的源极接地，所述NMOS管Q2的漏极与直流电源连接，所述NMOS管Q2的漏极接入所述NMOS管Q4的栅极，所述NMOS管Q4的源极接地，所述NMOS管Q4的漏极通过电阻R10连接所述NMOS管Q2的栅极，所述NMOS管Q4的的漏极作为所述门极关断电路的输出端。

进一步，所述门极关断电路和控制器之间设置有驱动芯片U2，所述驱动芯片U2的高端输入和低端输入均用于连接控制器输出的PWM控制信号，

所述驱动芯片U2的高端输出和低端输出分别接入一路所述门极关断电路，其中，所述驱动芯片U2的高端输出接入所述NMOS管Q2的栅极，所述驱动芯片U2的高端浮置电源端接入所述NMOS管Q2的漏极，所述驱动芯片U2的高端浮置电源偏移端接入所述NMOS管Q2的源极。

进一步，所述门极关断电路还包括电阻R12，所述电阻R12的一端连接所述NMOS管Q4的漏极，所述电阻R12的另一端连接所述NMOS管Q4的源极。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型在电网正常时，由电网为交通信号灯提供电源，同时，电网通过双向DC/AC电路为电池单元充电；当电网故障时，可由电池单元经双向DC/AC电路为交通信号灯提供备用电源，如果停电周期较长，当电池单元电量到达下限位置时，可由新能源汽车的电池经双向DC/AC电路为交通信号灯长时间提供备用电源。

其中，双向DC/AC电路采用本领域常用的BUCK-BOOST电路和H桥两级电路结构，为避免同一桥臂的上下功率管工作时产生相互干扰，本实用新型设计了门极关断电路，实现功率管的可靠关断，避免上下功率管产生相互干扰。其工作原理为：当控制器输出的PWM信号为高电平时，NMOS管Q2导通、NMOS管Q4关断，不影响H桥中对应功率管的导通；当控制器输出的PWM信号为低电平时，NMOS管Q2关断，NMOS管Q4因门极为高电平而饱和导通，将对应功率管的门极与发射极之间的电压钳位在零伏，实现对应功率管的可靠关断。

本实用新型利用新能源汽车电池的能量，为交通信号灯提供长时间的应急供电电源。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型电路原理框图；

图2为本实用新型中驱动电路原理图；

图3为本实用新型中功率模块电路原理图；

图4为本实用新型中电源切换控制电路原理图；

图中：1电源切换控制电路，4功率模块，5驱动电路，51门极关断电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。

如图1-图2所示，本实施例应急供电系统包括双向DC/AC电路和电源切换控制电路，电源切换控制电路的第一输入端用于与电网连接，电源切换控制电路的第二输入端与双向DC/AC电路的交流输出端连接，电源切换控制电路的输出端用于与交通信号灯连接，双向DC/AC电路的交流输入端用于与电网连接，

双向DC/AC电路的直流端用于与电池单元或新能源汽车连接，双向DC/AC电路包括功率模块以及驱动功率模块的多路驱动电路，功率模块包括依次连接的BUCK-BOOST电路和H桥电路，

任一驱动电路包括门极关断电路，门极关断电路包括NMOS管Q2和NMOS管Q4， NMOS管Q2的栅极用于连接控制器输出的PWM控制信号，NMOS管Q2的源极接地，NMOS管Q2的漏极与直流电源连接，NMOS管Q2的漏极接入NMOS管Q4的栅极，NMOS管Q4的源极接地，NMOS管Q4的漏极通过电阻R10连接NMOS管Q2的栅极，NMOS管Q4的的漏极作为门极关断电路的输出端。

本实施例在电网正常时，由电网为交通信号灯提供电源，同时，电网通过双向DC/AC电路为电池单元充电；当电网故障时，可由电池单元经双向DC/AC电路为交通信号灯提供备用电源，如果停电周期较长，当电池单元电量到达下限位置时，可由新能源汽车的电池经双向DC/AC电路为交通信号灯长时间提供备用电源。

如图3所示，双向DC/AC电路采用本领域常用的BUCK-BOOST电路和H桥两级电路结构，为避免同一桥臂的上下功率管工作时产生相互干扰，本实施例设计了门极关断电路，实现功率管的可靠关断，避免上下功率管产生相互干扰。其工作原理为：当控制器输出的PWM信号为高电平时，NMOS管Q2导通、NMOS管Q4关断，不影响H桥中对应功率管的导通；当控制器输出的PWM信号为低电平时，NMOS管Q2关断，NMOS管Q4因门极为高电平而饱和导通，将对应功率管的门极与发射极之间的电压钳位在零伏，实现对应功率管的可靠关断。

本实施例利用新能源汽车电池的能量，为交通信号灯提供长时间的应急供电电源。

进一步，如图3所示，门极关断电路和控制器之间设置有驱动芯片U2，驱动芯片U2的高端输入和低端输入均用于连接控制器输出的PWM控制信号，

驱动芯片U2的高端输出和低端输出分别接入一路门极关断电路，其中，驱动芯片U2的高端输出接入NMOS管Q2的栅极，驱动芯片U2的高端浮置电源端接入NMOS管Q2的漏极，驱动芯片U2的高端浮置电源偏移端接入NMOS管Q2的源极。

控制器输出的PWM控制信号经驱动芯片U2放大之后，用于驱动功率模块，如图3所示，本实施例中驱动芯片U2的具体型号为IR2110S，具有独立的高端输出HO和低端输出LO，并且具有与高端输出HO对应的高端浮置电源端VB（作为NMOS管Q2的直流电源）、高端浮置电源偏移端VS（作为NMOS管Q2的地），以及与低端输出LO对应的低端固定电源端VCC（作为MOS管Q3的直流电源）、公共端COM（作为MOS管Q3的地），高端浮置电源端VB和高端浮置电源偏移端VS可以实现自举驱动功能，高端输出HO和低端输出LO分别用于驱动一个半桥中的两个功率管，大大简化驱动电路电源。

进一步，如图2所示，门极关断电路还包括电阻R12，电阻R12的一端连接NMOS管Q4的漏极，电阻R12的另一端连接NMOS管Q4的源极。

电阻R12并联在功率管的门极和发射极之间，用于泄放功率管的门极和发射极之间的静电干扰，避免静电在功率管的门极和发射极之间产生很高的电压，造成功率管误导通。

进一步，如图4所示，电源切换控制电路包括依次连接的整流电路、分压电路、第一比较电路和输出控制电路，

整流电路的输入端用于与电网电压连接，输出控制电路包括第一开关管和继电器K1，第一开关管的控制端与第一比较电路的输出端连接，第一开关管的输出端与继电器K1线圈的一端连接，继电器K1线圈的另一端与电源VCC连接，继电器K1的第一常闭触点作为第一开关，继电器K1的第二常闭触点作为第二开关，继电器K1的常开触点作为第三开关。

本实施例中，电源切换控制电路实时检测电网电压，当检测到电网断电时，及时切换第一开关、第二开关和第三开关的状态，由新能源汽车的电池经双向DC/AC为用电设备提供应急电源。

其中，整流电路包括二极管D1~D4组成的整流桥、以及滤波电容C1，整流电路将电网交流电压转换为直流电压；整流电路输出的直流电压值比较大，该直流电压值经分压电路分压后，将整流电路的输出电压按比例减小，分压电路的输出电压接入第一比较电路；当电网断电时，分压电路的输出电压低于设定值，第一比较电路输出高电平，第一开关管导通，继电器K1线圈通电，继电器K1的常开触点闭合、常闭触点断开，即第一开关和第二开关断开，第三开关闭合，由新能源汽车的电池经双向DC/AC为用电设备提供应急电源。

本实施例中，第一开关管为三极管Q1，三极管Q1的基极与第一比较电路的输出端连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与继电器K1线圈的一端连接，继电器K1线圈的另一端与电源VCC连接。

以上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 (3)

1.一种交通系统用应急供电系统，包括双向DC/AC电路和电源切换控制电路，所述电源切换控制电路的第一输入端用于与电网连接，所述电源切换控制电路的第二输入端与所述双向DC/AC电路的交流输出端连接，所述电源切换控制电路的输出端用于与交通信号灯连接，所述双向DC/AC电路的交流输入端用于与电网连接，其特征在于，

所述双向DC/AC电路的直流端用于与电池单元或新能源汽车连接，所述双向DC/AC电路包括功率模块以及驱动所述功率模块的多路驱动电路，所述功率模块包括依次连接的BUCK-BOOST电路和H桥电路，

任一驱动电路包括门极关断电路，所述门极关断电路包括NMOS管Q2和NMOS管Q4，所述NMOS管Q2的栅极用于连接控制器输出的PWM控制信号，所述NMOS管Q2的源极接地，所述NMOS管Q2的漏极与直流电源连接，所述NMOS管Q2的漏极接入所述NMOS管Q4的栅极，所述NMOS管Q4的源极接地，所述NMOS管Q4的漏极通过电阻R10连接所述NMOS管Q2的栅极，所述NMOS管Q4的漏极作为所述门极关断电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种交通系统用应急供电系统，其特征在于，所述门极关断电路和控制器之间设置有驱动芯片U2，所述驱动芯片U2的高端输入和低端输入均用于连接控制器输出的PWM控制信号，

所述驱动芯片U2的高端输出和低端输出分别接入一路所述门极关断电路，其中，所述驱动芯片U2的高端输出接入所述NMOS管Q2的栅极，所述驱动芯片U2的高端浮置电源端接入所述NMOS管Q2的漏极，所述驱动芯片U2的高端浮置电源偏移端接入所述NMOS管Q2的源极。

3.根据权利要求1所述的一种交通系统用应急供电系统，其特征在于，所述门极关断电路还包括电阻R12，所述电阻R12的一端连接所述NMOS管Q4的漏极，所述电阻R12的另一端连接所述NMOS管Q4的源极。

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