后備電源的快速自動投入電路

王天正 李魯祥 劉千 劉泯煉

摘? 要：針對現有的繼電器電路的物理觸電通斷時產生電弧以及物理觸電易磨損繼電器動作時間相對較長等問題，文章將介紹一種基于P溝道絕緣柵型場效應管[1]的斷電后應急電源的快速自動啟動電路，此電路除克服了繼電器電路的物理觸電帶來的問題外，還具有體積小，縮短了斷電后電路動作時間，可靠性高等特點。在理論分析的基礎上，進行了電路的仿真。實驗結果表明，其工作過程和最終效果與理論分析、仿真結果一致，性能穩(wěn)定較高，效率良好。

關鍵詞：繼電器;P溝道絕緣柵型場效應管;應急電源;快速自動啟動

中圖分類號：TM53? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）17-0016-02

Abstract： In view of the problems such as the arc generated when the physical electric shock of the existing relay circuit is turned on and off， and the relatively long operation time of the physical electric shock easy wear relay， and so on. This paper introduces a fast automatic starting circuit of emergency power supply after power outage based on P channel insulated gate FET. This circuit not only overcomes the problems caused by physical electric shock of relay circuit， but also has small size. The utility model shortens the operation time of the circuit after the power outage and has the characteristics of high reliability. On the basis of theoretical analysis， the circuit is simulated. The experimental results show that the working process and final effect are consistent with the theoretical analysis and simulation results， the performance is stable and the efficiency is good.

Keywords： relay; P channel insulated gate field effect transistor; emergency power supply; fast automatic start

1 概述

電能是當今社會生產生活中的主要的能源，并且在許多場合對供電可靠性要求很高，比如醫(yī)院或者重要的工業(yè)場所和信息行業(yè)等[2]，短暫的停電將會造成巨大的損失，尤其是在醫(yī)院，還將有可能造成不可挽回的事故。在這些用電等級較高的場所一般都會設有后備電源，針對后備電源的投切，本篇論文將介紹一種高可靠性的投入和切除電路。

2 電路工作過程

（1）后備式電源在有市電時要進行充電

市電為220V交流電，經整流電路后作為充電時的能量來源，這里不對整流電路進行介紹。本文要介紹的電路主要部分如圖1所示。

端口1為直流輸入端，整流后的直流電由該端口輸入，端口2為蓄電設備的接口，端口三為蓄電設備投入電路后的輸出端口。

（2）充電過程

如圖2所示，當端口1的電源Us接通后，二極管2正向導通，充電回路由端口1二極管和端口2構成，端口1作為電源，為負載提供電能的同時，還給端口2處的蓄電設備充電。此時電阻R1和R2兩端的電位差被二極管鉗位在其導通壓降Ud（SR560正向導通壓降為0.6-0.7V），電阻R1與R2為串聯分壓的關系，相對于R2，R1的阻值較小，所以MOSFET的Ugs近似等于二極管的鉗位電壓（測試原理圖為0.7V），IRF9540為P溝道的（Uds最大值為100V，若需要增大電壓值，可用IRF9640或IRF9840），Ugs負壓導通，所以此時MOSFET處于截止狀態(tài)，蓄電設備的放電回路被切斷，至此已實現端口1接入電源時切除蓄電設備，并對蓄電設備進行充電，蓄電設備電壓的上限值為Us。

如圖3所示，如果端口1處電源切除，二極管2因承受反向電壓而截止，充電回路被切斷，MOSFET源極（S）電位與蓄電設備的正極相等，柵極（g）電位為零電位，Ugs小于零，P溝道絕緣柵型場效應管因承受負壓而導通。R1為柵極限流電阻，R2為MOSFET內部寄生電容的泄放電阻，R3為放電時MOSFET柵極的下拉電阻。此時蓄電設備（端口1），開關，P溝道絕緣柵型場效應管和負載（端口3）構成蓄電設備的放電回路。至此已經實現了端口1斷開電源時蓄電設備自動的投入電路，向用電設備供電，當負載需要斷電時，只需將機械開關斷開即可。

如圖4所示，當Uco端接的是阻感性負載時，工作過程中感性原件會儲存能量，當負載斷電時，由蓄電設備（端口1）二極管D1，D2和負載（端口3）構成的能量回收回路可將感性元件儲存的能量回饋給蓄電設備，充分的提高能量的利用效率。

3 仿真效果

充電時，通道A是端口2處的電壓整流后的直流電為100V，通道B負載（端口3）處的電壓是1.049V（由反向漏電流引起），端口1有輸入時放電回路被切斷（如圖5）。

放電時，通道A是端口2處的蓄電設備電壓為100V，通道B是負載（端口3）處的電壓為99.988V，端口1無輸入時放電回路導通，蓄電設備開始放電（如圖6）。

可見仿真結果與理論分析一致。

參考文獻：

[1]魏秀芳，張國恒.P溝道增強型MOS管的工作原理及特性曲線[J].甘肅高師學報，2002.

[2]代運滔，安小波，安萬，等.一種多后備電源的備用電源自動投入系統(tǒng)[J].廣東電力，2018.

[3]朱亞威，馬賽，郝建鋼.基站自啟動技術的原理與設計[J].電子設計工程，2016.