路燈監(jiān)控終端電源保障系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)換改進(jìn)

陳 列

為了確保路燈監(jiān)控終端設(shè)備在市電電網(wǎng)非正常狀態(tài)下仍能繼續(xù)工作,一般是在監(jiān)控終端設(shè)備中增加一組蓄電池作為后備電源。這樣,就由市電電網(wǎng)和蓄電池組成了終端設(shè)備的電源保障系統(tǒng)。在監(jiān)控終端設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中,電源保障系統(tǒng)必須具備識(shí)別和自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能,即能夠根據(jù)市電電網(wǎng)狀況,自動(dòng)識(shí)別和實(shí)現(xiàn)市電和蓄電池之間的供電轉(zhuǎn)換功能。下面以廣東省茂名路燈監(jiān)控終端為例。根據(jù)我市路燈監(jiān)控終端電源實(shí)際情況,增設(shè)繼電器控制轉(zhuǎn)換裝置,達(dá)到市電路蓄電池的識(shí)別和自動(dòng)轉(zhuǎn)換,大大地提高了全市路燈自動(dòng)監(jiān)控的可靠性。

正常情況下,監(jiān)控終端使用市電作為監(jiān)控終端設(shè)備的主電源,并將市電交流電變換為監(jiān)控終端工作電路使用的直流電源,即一路通過(guò)變壓器及整流濾波電路,形成終端設(shè)備工作電路使用的±5 V,±12 V和+24 V電源;另一路通過(guò)開(kāi)關(guān)電源形成13.8 V直流電,為數(shù)傳機(jī)(電臺(tái))提供專用工作電源以及為蓄電池提供充電電源,控制原理見(jiàn)圖1。

圖1中的K1為電源系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)換繼電器,其中觸點(diǎn)1,5和2,6為常閉接點(diǎn),觸點(diǎn)3,5和4,6為常開(kāi)接點(diǎn),7,8接點(diǎn)為繼電器控制線圈接線端?？刂菩盘?hào)XQGD控制繼電器動(dòng)作。當(dāng)市電電網(wǎng)正常時(shí),XQGD為高電平時(shí)(約+12.6 V),繼電器7,8接線端為等電平,線圈沒(méi)有電流流過(guò),K1繼電器各觸點(diǎn)保持常開(kāi)/常閉狀態(tài),開(kāi)關(guān)電源輸出的13.8 V通過(guò)二極管D和繼電器常開(kāi)接點(diǎn)1,5為數(shù)傳機(jī)供電,同時(shí)產(chǎn)生的BATTERY+對(duì)蓄電池進(jìn)行充電,蓄電池處于充電(浮充)狀態(tài)。此時(shí)監(jiān)控終端的工作電路通過(guò)供電變壓器、整流濾波和集成穩(wěn)壓電路產(chǎn)生的±5 V,±12 V和+24 V電源供電。當(dāng)市電電網(wǎng)不正常時(shí)(如停電等),XQGD為低電平時(shí)(約為0 V),K1繼電器線圈加載12 V電壓,線圈中有電流通過(guò),K1繼電器動(dòng)作,觸點(diǎn)3,5和4,6閉合,這時(shí)數(shù)傳機(jī)由開(kāi)關(guān)電源供電轉(zhuǎn)換為蓄電池供電,同時(shí)蓄電池還提供維持監(jiān)控終端工作電路使用的電源CHKY。可見(jiàn),監(jiān)控終端是由市電提供電源還是由蓄電池供電電源取決于XQGD信號(hào)的狀態(tài),XQGD信號(hào)決定了監(jiān)控終端電源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。XQGD的產(chǎn)生原理見(jiàn)圖2。

圖2是XQGD信號(hào)電路原理圖,由晶體管電路組成,用于監(jiān)視市電狀況。當(dāng)市電正常時(shí)(假設(shè)電源變壓器、整流電路正常),電源變壓器次級(jí)的一個(gè)副繞組產(chǎn)生的8.5 V交流電壓經(jīng)過(guò)D1,D2全波整流,通過(guò)偏置電阻 R1加到晶體三極管Q1的基極,以此作為市電狀態(tài)的檢測(cè)信號(hào)。8.5 V交流電壓還經(jīng)過(guò)橋式整流,通過(guò)二極管D4和電阻R2加到晶體三極管Q1的集電極,為Q1集電極一發(fā)射極提供正向偏置,同時(shí)通過(guò)D3和 R3為三極管Q2提供基極正向偏置。而開(kāi)關(guān)電源輸出的13.8 V直流電源通過(guò)繼電器K1的控制線圈,為Q2提供集電極工作電壓(見(jiàn)圖1)。由于市電正常,Q1基極(B點(diǎn))加入正向電壓,Q1處于飽和導(dǎo)通狀態(tài),Q1集電極輸出(C點(diǎn))約為0 V電壓。這個(gè)0 V電壓通過(guò)D3和R3,使Q2基極處于反向偏置,Q2處于截止?fàn)顟B(tài)。由于Q2集電極加入的是開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的12.6 V直流電壓,Q2截止使集電極輸出端XQGD為12.6 V高電平。根據(jù)對(duì)圖的分析,此時(shí)K1繼電器不動(dòng)作,保持了市電為監(jiān)控終端控制電路提供電源的狀態(tài),同時(shí)使監(jiān)控終端配備的蓄電池處于充電狀態(tài)。

當(dāng)市電不正常(如停電),電源變壓器產(chǎn)生的8.5 V交流電壓消失,Q1基極B點(diǎn)電壓為零,Q1處于反向偏置而截止。此時(shí)由于電容器C1的放電作用,通過(guò) R2,R3和D3使Q2基極瞬時(shí)處于正向偏置。同時(shí),由于Q2集電極加入的是開(kāi)關(guān)電源輸出的12.6 V電壓,盡管市電停電,開(kāi)關(guān)電源也停止工作,但由于開(kāi)關(guān)電源輸出電路中的濾波電容器的作用,使得開(kāi)關(guān)電源12.6 V輸出不會(huì)立即消失,而是通過(guò)對(duì)電源負(fù)載放電逐漸消失。正是這個(gè)逐漸消失的過(guò)程(根據(jù)對(duì)開(kāi)關(guān)電源輸出指示燈的觀察約為4 s),使得Q2集電極仍有接近12.6 V的工作電壓。由于Q2基極處于正向偏置,因此Q2由原來(lái)的截止?fàn)顟B(tài)迅速轉(zhuǎn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài),開(kāi)關(guān)電源的12.6 V直流電壓通過(guò)繼電器K1、晶體三極管Q2和電阻 R4對(duì)地形成回路,Q2集電極輸出XQGD端接近零電位,這樣,K1斷電器控制線圈有電流通過(guò),K1繼電器動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)了供電電源的轉(zhuǎn)換,此時(shí)的監(jiān)控終端的工作電路由市電供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到由蓄電池進(jìn)行供電的狀態(tài)。

當(dāng)市電恢復(fù)正常后,根據(jù)上述對(duì)XQGD信號(hào)的電路原理分析,此時(shí)三極管Q2處于截止?fàn)顟B(tài),XQGD信號(hào)變?yōu)楦唠娖?K1繼電器控制線圈無(wú)電流流過(guò),各觸點(diǎn)恢復(fù)常開(kāi)/常閉狀態(tài),監(jiān)控終端電源系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到由市電供電的狀態(tài)。

此外,當(dāng)K1繼電器動(dòng)作,供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成蓄電池供電后,通過(guò)繼電器4,6觸點(diǎn)閉合,產(chǎn)生一個(gè)CHKY電平(見(jiàn)圖1)。這個(gè)CHKY電平通過(guò)二極管D5產(chǎn)生三個(gè)作用(見(jiàn)圖2):1)通過(guò)D6產(chǎn)生BCB,BCB的作用是在市電停電狀態(tài)下,提供監(jiān)控終端主控電路所需要的±5 V,±12 V工作電壓,以保證在市電停電的狀態(tài)下,監(jiān)控終端仍能繼續(xù)正常工作;2)形成P16信號(hào),P16信號(hào)經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓變換后發(fā)送給主控單片機(jī),主控單片機(jī)根據(jù)P16信號(hào)判斷市電供電是否停電,并通過(guò)數(shù)傳機(jī)向監(jiān)控中心發(fā)送“供電停電”故障報(bào)警;3)通過(guò)D7提供CHKY電路中Q1集電極工作電壓和Q2基極偏置電壓,保證XQGD電路能夠在市電停電后繼續(xù)工作,繼續(xù)監(jiān)視市電電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài),隨時(shí)發(fā)送XQGD控制轉(zhuǎn)換信號(hào)。

最后需要說(shuō)明的是,+24 V電壓是開(kāi)/關(guān)燈繼電器控制線圈的驅(qū)動(dòng)電源,當(dāng)市電停電并轉(zhuǎn)入蓄電池供電狀態(tài)后,由于市電已經(jīng)停電,路燈開(kāi)/關(guān)燈控制已經(jīng)失去意義,從優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度考慮,因此沒(méi)有必要再增加+24 V后備電源和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路。