低压直流不间断电源主要技术指标和工作方式

bjhuake

　　从上世纪九十年代起建设部在小康住宅标准中提出了“三表出户”的新要求（三表指水表、电表、气表），并为制定建设部的《住宅厨房卫生间三表计量出户智能系统装置》行业标准多次召开会议，国内的众多厂家亦推出了大量相关产品。由此可见，在我国高速发展的城市建设中，用于三表出户的设备即将成为一个新的经济增长点。在实现三表出户的设备中，必须解决表箱（或曰集中器）的不间断供电问题。表箱一般由单片机、带电保护存储器、时间电路等基本系统，以及显示电路、与三表的接口电路、与抄表器的接口电路、不间断供电低压直流电源等组成。表箱一般安装在住宅楼层较低的楼道墙壁内。显然，这是一种体积小、无人值守、长期连续运行的设备，可以设想，如果把一台市场上出售的通用UPS供电系统装在表箱内解决不间断供电的问题，无论从成本、使用和管理等各个方面考虑都是很不合理的。因此，需要设计一种小体积、低成本、高可靠、无人值守、连续工作的低压直流不间断电源。
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% Q6 m3 Q  _" m　　2.主要技术指标和工作方式
2 x4 g; s3 C2 h9 Q% {　　输入电压：220VAC±20%
　　输出电压：直流9V/0.2A，5V/0.4A
( b& V) Y9 \8 H5 m: j　　电池供电时间：≥10小时
　　
　　工作方式：
　　
　　·交流供电存在时由交流供电支持电源的直流输出；
7 S9 z, d0 `0 V　　·交流供电中断后自动转入电池供电支持电源的直流输出；
8 w( \+ M1 P, S" L/ ^; r( R　　·交流供电恢复后由电池供电方式自动转入依靠交流供电工作，并自动完成充电过程，充电分为强充和弱充两档，电池充满自动转入微充状态，以利于延长电池的使用寿命；
　　·交流供电中断，由电池维持供电后，随着电池放电，电池电压逐渐降低，当电池放电终了交流供电仍没恢复时，必须自动关断电源，终止表箱的工作，以保护电池不会因过放电而损坏。
　　
% ?( Z& j% O) _4 J　　3.电路的组成原理
　　
  S1 H0 K2 S3 J4 L　　 该低压直流不间断电源的组成原理
' N2 ?, q0 ?) i( \　　4.电路分析
　　
, n# r! i  Z& P0 l% C　　 该直流不间断供配电系统工程的电路组成。图中：由保险管F和压敏电阻RV组成输入保护电路；由双屏蔽层变压器T组成隔离变压电路；由整流桥D0和电解E1、E2组成整流滤波电路，TVS是瞬态抑制二极管，用于滤除由电网耦合进入电源的高压尖峰干扰；J0用于交流供电和电池供电之间的切换；以U1和U2为核心分别组成5V和9V的稳压直流输出电路；以N1和N2为核心组成对电池的充电电路，充电电流的大小由J1和J2控制，当J1和J2都闭合时为强充，当J1关断，J2闭合时为弱充，当J1和J2都关断时为微充，各档充电电流的大小分别由R2、R3和R4控制；U3是四比较器LM339，用于本电源的控制，以U3A为核心，组成供电控制电路，当输入电压VIN较低或供电中断时，U3A输出变低，P1导通，J0动作，切换到电池供电状态；以U3B和U3C为核心，组成充电控制电路，当被充电电池B的电压VB较低时，U3B和U3C的输出均为低，J1和J2均闭合，为强充状态，当B充电较多，B的电压VB升高到一定数值时，U3B输出为高，J1关断，J2仍闭合，为弱充状态，当B被充满电，U3C输出也变高，J2也关断，为微充状态；以U3D为核心，组成关机控制电路，当VB下降到放电终了电压时，U3D输出变低，P4导通，迫使U3A输出变高，J0从电池供电端切回交流供电端，在没有交流供电的情况下，该电源自动关机。当交流供电恢复时，电源重新工作，并自动完成充电过程。
4 @7 u- A% A# m　　 如果用在我国北方地区，例如东北地区，冬季会有几个月的时间气温连续低于零度，因此U1和U2应选用工业级的B档产品，U3选用LM239，其它元器件也必须选择耐低温环境的产品，以确保电源可靠工作。
　　
2 ~. X7 L# {1 w1 d% z　　 储能电池B采用12V免维护蓄电池，根据实际负载的大小以及断电后供电时间的实际需要可以选用7AH或10AH，由于蓄电池在低温环境下放电能力变差，故在我国北方地区使用时应选容量偏大些的电池。
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