CN111864886A - 一种供电电源和闸机设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种供电电源，包括：接收市电交流电信号并将其转换成直流电信号输出的AC/DC转换器，其特征在于，所述供电电源还包括：充电器、二极管和储能元件；其中：所述AC/DC转换器，其正输出端与所述用电设备电源的正连接端、所述充电器的正输入端连接，其负输出端与所述用电设备电源的负连接端、所述充电器的负输入端连接；所述充电器，接收市电的能量并向所述储能元件供电，其正输出端、负输出端分别与所述储能元件的正连接端、负连接端连接；所述二极管，其正极与所述储能元件的正连接端连接，负极与所述AC/DC转换器的正输出端连接。本发明所提出的供电电源能在市电异常时，向用电设备供电，维持其正常工作状态。

Description

一种供电电源和闸机设备
技术领域
本发明涉及一种供电电源，属于电源技术领域。
背景技术
为了保证用电设备的产品性能，很多用电设备都需要配备不间断电源，以 使得在常规的市电无法正常供电时，该用电设备仍然能够保持稳定可靠的工作 状态。例如，闸机门，出于消防安全的考虑，通常需要在市电断电的状态下保 持闸机门开启状态，方便人员疏散。
针对上述情况，现有技术中，通常采用的方法如图1所示：在市电的基础 上增加一组不间断电源(Uninterrupted Power Supply，UPS)作为市电断电 时用电设备的备用供电电源。以下以闸机门和其对应的驱动器组成的用电设备 为例，对现有技术中的用电设备以UPS作为备用供电电源的工作原理作一说 明。典型的实现电路如图1所示。其中，驱动器根据继电器K1的输出端信号 判断市电是否正常供电，当市电正常供电时，继电器K1线圈得电，输出端输 出高电平信号，驱动器由此判断以市电作为闸机门驱动开启的供电电源，当市 电断电时，继电器K1线圈失电，输出端输出低电平信号，驱动器由此判断切 换到以UPS作为闸机门开启驱动的供电电源。但是在该技术方案中，作为市电 供电备份的是UPS，不仅体积庞大，而且具有一定的使用寿命，需要定期更换， 因此维护成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种供电电源，能够在市电异常时，向 用电设备供电，以维持所述用电设备的正常工作状态。
为此，本发明实施例提出一种供电电源，用于向用电设备供电，包括：接 收市电交流电信号并将其转换成直流电信号输出的交流电AC/直流电DC转换 器，所述供电电源还包括：充电器、二极管和储能元件；其中：
所述AC/DC转换器，其正输出端与所述用电设备电源的正连接端、所述 充电器的正输入端连接，其负输出端与所述用电设备电源的负连接端、所述充 电器的负输入端连接；
所述充电器，接收市电的能量并向所述储能元件供电，其正输出端、负输 出端分别与所述储能元件的正连接端、负连接端连接；
所述二极管，其正极与所述储能元件的正连接端连接，负极与所述AC/DC 转换器的正输出端连接。较优选的，所述充电器包括：开关管K、电感L、第 一比较器U1、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、及第三电阻R3；其中， 所述开关管K的输入端与所述充电器的正输入端连接，其输出端与所述电感L 的第一端连接；第一分压电阻R1和第二分压电阻R2组成的串联电路一端与 所述电感L的第二端连接，另一端通过所述第三电阻R3与所述充电器的负输 入端连接；所述第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的串联连接点与第一比 较器U1的反相输入端连接，第一比较器U1的正相输入端与预先设定的参考 电压源相连；所述第一分压电阻R1和第二分压电阻R2所构成的串联电路的 两端分别与所述充电器的正输出端和负输出端连接。
其中，所述开关管K为场效应管。
较优选的，所述储能元件所存储的电压值低于所述用电设备的额定工作电 压值，但是高于所述用电设备可以工作的最低电压。
较优选的，所述储能元件为：若干个法拉电容串联组成的法拉电容串联组。
更优选的，所述法拉电容串联组中的每个法拉电容分别设置有用于防止单 个法拉电容电压过高的均压电路，且所述均压电路的正连接端和负连接端分别 与所述单个法拉电容的正极和负极连接。
其中，所述的均压电路包括：第三分压电阻R11、第四分压电阻R12、第 五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7，第一稳压管Z1、第二比较器U2和 第一晶体管Q1，其中，所述第三分压电阻R11和第四分压电阻R12形成的串 联电路两端分别与所述均压电路的正连接端和负连接端连接，其串联连接点与 所述第二比较器U2的正相输入端连接，所述第二比较器U2的反相输入端与 第一稳压管Z1的负极连接，并通过所述第五电阻R5与所述均压电路的正连 接端连接，输出端通过第六电阻R6与所述第一晶体管Q1的控制端连接，所 述第一晶体管Q1的输入端通过第七电阻R7与所述均压电路的正连接端连接， 输出端与所述均压电路的负连接端连接；所述第一稳压管Z1的负极与所述均 压电路的负连接端连接。
进一步地，所述第一晶体管Q1为三极管。
其中，所述均压电路包括：第二晶体管Q2、第四电阻R4、第二稳压管(Z2)， 其中，所述第二晶体管Q2的输入端通过第四电阻R4与均压电路的正连接端 连接，输出端与所述均压电路的负连接端连接，控制端与所述第二稳压管Z2 的正极连接，所述第二稳压管Z2的负极与均压电路的正连接端连接。
进一步地，所述第二晶体管Q2为三极管。
与现有技术相比，本发明实施例所提出的供电电源，设置充电器和储能元 件，在市电正常向用电设备供电的同时，还给储能元件充电，在市电异常时， 通过所述储能元件作为备用电源向用电设备供电，保证了用电设备的正常工 作，且电路结构简单，成本低。
本申请的又一实施例还提供一种闸机设备，包括如上所述的供电电源。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明 书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可 通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部 分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技 术方案的限制。
图1为现有技术中以UPS作为备用电源对用电设备进行供电的供电电源 的原理框图；
图2为本申请实施例的供电电源的原理框图；
图3为本申请实施例中充电器实现电路的原理图；
图4为本申请实施例中均压电路的一种实现原理图；
图5为本申请实施例中均压电路的另一种实现原理图；
图6为本申请实施例的针对闸机设备的开启控制原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对 本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中 的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
参考图2所示，为本申请实施例的供电电源的原理框图。
一种供电电源，用于向用电设备供电，包括：交流电AC/直流电DC转换 器、充电器、二极管和储能元件；其中：
所述AC/DC转换器，用于将接收到的市电交流电信号转换为直流电信号 后输出，其输入端接收市电交流信号，正输出端与所述用电设备电源的正连接 端、所述充电器的正输入端连接，其负输出端与所述用电设备电源的负连接端、 所述充电器的负输入端连接；
所述充电器，用于接收市电的能量并向所述储能元件供电，其正输出端、 负输出端分别与所述储能元件的正连接端、负连接端连接；
所述二极管，用于保证市电正常工作时，储能元件不向外供电；其正极与 所述储能元件的正连接端连接，负极与所述AC/DC转换器的正输出端连接；
所述储能元件，用于接收市电能量并进行存储，且在市电异常时，向外供 电。
如图2所示的为用电设备供电的供电电源工作过程如下：在市电正常供电 的状态下，AC/DC转换器将接收到的交流电信号转换成预定电压值的直流电 信号，并且输出至用电设备为其正常工作供电，同时，由于AC/DC转换器的 输出端还与充电器的输入端连接，所以此时其还为充电器提供工作电压，充电 器输出为储能元件提供充电电能；在市电正常时，由于AC/DC转换器的输出 端电压高于所述储能元件的电压，二极管不导通，储能元件不输出电能，用电 设备以市电输入作为供电电源；当市电由于断开工作异常时，AC/DC转换器输出的电压下降，当该电压下降至低于储能元件的电压时，储能元件开始为用 电设备供电，保证用电设备的正常工作。
对于上述实施例补充说明如下几点：
(1)在上述实施例中，AC/DC转换器的设计可以由本领域普通技术人员 按照现有技术实现，只需要满足实际场景中用电设备的实际输入电压和功率要 求即可；
(2)在上述实施例中，AC/DC转换器的负输出端可以直接接地；
(3)在上述实施例中，储能元件可以是可充电电池(组)、电容等，其具 体容量值可以根据实际场景需求确定；
(4)在上述实施例中，对于不需要长时间供电的情况，储能元件的最大 储能值根据实际选择即可，不需要过大容量元件。
较优的，储能元件所能输出的电压可以低于用电设备的额定电压，但大于 用电设备可以工作的最低电压；由此，对于具有不同额定电压值但均大于可以 工作在某个最低电压值的一系列用电设备而言，该供电电源均可使用，尤其是 对于用电设备为不同电压等级的伺服***时更为有利，在实际应用场景中如果 更换用电设备，只需要新换的用电设备可以工作的最低电压仍然不大于该储能 元件所能输出的电压，则仍然可以继续使用原有的备用电源，而无需更换。在 另一方面，当正常的市电电压供电时，AC/DC转换器输出的电压值高于储能 元件所能提供的供电电压值时，对于用电设备而言，其能根据接收到的电压值判断是正常的市电电压供电或者储能元件所提供的备用电源供电，便于用电设 备采取不同的处理方式。
本在上述实施例中，设置充电器和储能元件，在市电正常向用电设备供电 的同时，还给储能元件充电，在市电异常时，通过所述储能元件作为备用电源 向用电设备供电，保证了用电设备的正常工作，且电路结构简单，成本低。
在上述实施例中，充电器可以采用现有技术中的已知电路来实现，但是较 优的，可以采用恒流充电电路。本申请实施例中也提出一种对储能元件(图3 中由CL和RL构成的等效模型示出)实现充电的一种充电器的实现电路，包 括：由开关管K、电感L构成的降压式变换BUCK电路、第一比较器U1、第 一分压电阻R1、第二分压电阻R2、及第三电阻R3；其中，充电器的正输入 端和负输入端分别与AC/DC转换器的正输出端和负输出端连接；充电器的正输出端和负输出端分别与储能元件的正连接端和负连接端连接；开关管K的 输入端与充电器的正输入端连接，其输出端与电感L的第一端连接，电感L 的第二端与第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的串联电路一端连接，串联 电路的另一端通过第三电阻R3与充电器的负输入端连接；所述第一分压电阻 R1和第二分压电阻R2的串联连接点与第一比较器U1的反相输入端连接，第 一比较器U1的正相输入端与预先设定的参考电压源相连，此时的参考电压源 的输出电压值VREF由本领域普通技术人员按照设计要求设定，此处并不特殊 限定；所述第一分压电阻R1和第二分压电阻R2所构成的串联电路的两端分 别与充电器的正输出端和负输出端连接，其输出电压为图示的Vo，作为所述 储能元件的输入电压。
在上述充电器的实现电路中，晶体管优选地可以为三极管。
作为示例性的，对于R1、R2、R3的阻值选择方法如下：
Vo＝VREF/R2*(R1+R2)；
Vo和VREF为预先设定值，典型的，Vo＝10V,VREF＝2.5V；
若R2＝1K，则R1＝3K；
若R2＝2K，则R1＝6K。
基于上述电路的设计，充电器对于储能元件进行充电的工作过程如下：
充电器的输入电压Vi来源于市电电压经过AC/DC转换器后输出的直流信 号电压；当市电正常时，AC/DC转换器的输出电能为充电器提供充电电能； 随着充电电流的不断增加，第三电阻R3上的电流同时增加，第三电阻R3上 的电压也增加，由此使得第一电阻R1和第二电阻R2上的分压减小，第一比 较器U1的反相输入端电压取决于第二电阻R2上的分压，当第一比较器U1 的反相输入端的电压值小于正相输入端上预先设置的参考电压值VREF时，第 一比较器U1输出第一状态值的控制信号至所述开关管K1的控制端；当第一 比较器U1的反相输入端的电压值小于正相输入端上预先设置的参考电压值 VREF时，第一比较器U1的输出信号发生反转，即输出与第一状态值相反的信 号至所述开关管K1的控制端；从而控制BUCK电路中开关管的开启和闭合， 调整占空比，达到稳定充电电流的目的。
在另一实施例中，储能元件优选地可以设置为多个法拉电容的串联组。由 于法拉电容的容量很大，充电时间一般较长，并且串联组中每个法拉电容的特 性也可能并不完全一致，因此，为了防止充电过程中某个电容电压过高而造成 损坏，可以为每个法拉电容设置一个均压电路，且所述均压电路的正连接端和 负连接端分别与法拉电容的正级和负极连接；以此来形成过压保护。
较优选的，一种电压保护电路如图4所示，其中：C1为示出的单个法拉 电容。作用于法拉电容C1的均压电路包括：第三分压电阻R11、第四分压电 阻R12、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7，第一稳压管Z1、第二比 较器U2和第一晶体管Q1，其中，所述第三分压电阻R11和第四分压电阻R12 形成的串联电路两端分别与所述均压电路的正连接端和负连接端连接，其串联 连接点与所述第二比较器U2的正相输入端连接，所述第二比较器U2的反相输入端与第一稳压管Z1的负极连接，并通过所述第五电阻R5与所述均压电 路的正连接端连接，输出端通过第六电阻R6与所述第一晶体管Q1的控制端 连接，所述第一晶体管Q1的输入端通过第七电阻R7与所述均压电路的正连 接端连接，输出端与所述均压电路的负连接端连接；所述第一稳压管Z1的负 极与所述均压电路的负连接端连接。
上述图4所示均压电路在工作过程中，通过第三分压电阻R11和第四分 压电阻R12对法拉电容C1当前电压进行分压，将第四分压电阻R12上得到的 分压与第二稳压管Z2的基准电压进行比较，控制第二比较器U2的输出信号 状态，进而控制第一开关管Q1的导通和关闭，当法拉电容C1电压高于预设 值的情况，第一开关管Q1导通，由此达到降低法拉电容C1的充电电流，实 现均压的目的。
更优选的，另一种电压保护电路如图5所示，其中：C1为示出的单个法 拉电容。作用于法拉电容C1的均压电路包括：第二晶体管Q2、第四电阻R4、 第二稳压管Z2，其中，所述第二晶体管Q2的输入端通过第四电阻R4与均压 电路的正连接端连接，输出端与所述均压电路的负连接端连接，控制端与所述 第二稳压管Z2的正极连接，所述第二稳压管Z2的负极与均压电路的正连接 端连接。
上述图5所示均压电路在工作过程中，如果当法拉电容C1上的电压高于 预先设定的电压值时，第二稳压管Z2和第二晶体管Q2导通，由此达到降低 法拉电容C1的充电电流，实现均压的目的。
此处补充说明一点：在上述图4和图5所示的均压电路中，第一开关管Q1以及第二开关管Q2优选地可以选择三极管。更典型的，第二稳压管Z2的 稳压值根据法拉电容C1两端的限定电压和第二晶体管Q2的特性确定；典型 的，在单个法拉电容C1的额定电压为5V时，第四电阻R4选择使用2～5Ω。
申请的另一实施例还可以是包括上述供电电源的闸机设备，所述闸机设备 还包括：共同构成用电设备的驱动器和闸机门(含电机)，所述闸机门开启的 示例电路原理框图如图6所示，在该实施例中，当市电正常时，由于驱动器的 供电电压高于所述储能元件的电压，二极管不导通，储能元件不输出电能，用 电设备以市电输入作为供电电源；当市电由于断开工作异常时，驱动器的供 电电压下降，当该电压下降至低于储能元件的电压时，储能元件开始为用电设 备供电，保证用电设备的正常工作。在此过程中，驱动器内部可以设置有微处 理器MCU进行电压检测，并据此控制完成闸门启闭的驱动。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序 来指令相关硬件(例如处理器)完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介 质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤 也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的每个模块/ 单元可以采用硬件的形式实现，例如通过集成电路来实现其相应功能，也可以 采用软件功能模块的形式实现，例如通过处理器执行存储于存储器中的程序/ 指令来实现其相应功能。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而 采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员， 在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进 行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所 界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种供电电源，用于向用电设备供电，包括：接收市电交流电信号并将其转换成直流电信号输出的交流电AC/直流电DC转换器，其特征在于，所述供电电源还包括：充电器、二极管和储能元件；其中：
所述AC/DC转换器，其正输出端与所述用电设备电源的正连接端、所述充电器的正输入端连接，其负输出端与所述用电设备电源的负连接端、所述充电器的负输入端连接；
所述充电器，接收市电的能量并向所述储能元件供电，其正输出端、负输出端分别与所述储能元件的正连接端、负连接端连接；
所述二极管，其正极与所述储能元件的正连接端连接，负极与所述AC/DC转换器的正输出端连接。
2.如权利要求1所述的供电电源，其特征在于，所述充电器包括：开关管(K)、电感(L)、第一比较器(U1)、第一分压电阻(R1)、第二分压电阻(R2)、及第三电阻(R3)；其中，所述开关管(K)的输入端与所述充电器的正输入端连接，其输出端与所述电感(L)的第一端连接；第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)组成的串联电路一端与所述电感(L)的第二端连接，另一端通过所述第三电阻(R3)与所述充电器的负输入端连接；所述第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)的串联连接点与第一比较器(U1)的反相输入端连接，第一比较器(U1)的正相输入端与预先设定的参考电压源相连；所述第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)所构成的串联电路的两端分别与所述充电器的正输出端和负输出端连接。
3.如权利要求2所述的供电电源，其特征在于，所述开关管(K)为场效应管。
4.如权利要求1所述的供电电源，其特征在于，所述储能元件所存储的电压值低于所述用电设备的额定工作电压值，但是高于所述用电设备可以工作的最低电压。
5.如权利要求1中所述的供电电源，其特征在于，所述储能元件为：若干个法拉电容串联组成的法拉电容串联组。
6.如权利要求5所述的供电电源，其特征在于，所述法拉电容串联组中的每个法拉电容分别设置有用于防止单个法拉电容电压过高的均压电路，且所述均压电路的正连接端和负连接端分别与所述单个法拉电容的正极和负极连接。
7.如权利要求6所述的供电电源，其特征在于，所述的均压电路包括：第三分压电阻(R11)、第四分压电阻(R12)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)，第一稳压管(Z1)、第二比较器(U2)和第一晶体管(Q1)，其中，所述第三分压电阻(R11)和第四分压电阻(R12)形成的串联电路两端分别与所述均压电路的正连接端和负连接端连接，其串联连接点与所述第二比较器(U2)的正相输入端连接，所述第二比较器(U2)的反相输入端与第一稳压管(Z1)的负极连接，并通过所述第五电阻(R5)与所述均压电路的正连接端连接，输出端通过第六电阻(R6)与所述第一晶体管(Q1)的控制端连接，所述第一晶体管(Q1)的输入端通过第七电阻(R7)与所述均压电路的正连接端连接，输出端与所述均压电路的负连接端连接；所述第一稳压管(Z1)的负极与所述均压电路的负连接端连接；
所述的第一晶体管(Q1)为三极管。
8.如权利要求5所述的供电电源，其特征在于，所述均压电路包括：第二晶体管(Q2)、第四电阻(R4)、第二稳压管(Z2)，其中，所述第二晶体管(Q2)的输入端通过第四电阻(R4)与均压电路的正连接端连接，输出端与所述均压电路的负连接端连接，控制端与所述第二稳压管(Z2)的正极连接，所述第二稳压管(Z2)的负极与均压电路的正连接端连接。
9.如权利要求8所述的供电电源，其特征在于，所述的第二晶体管(Q2)为三极管。
10.一种闸机设备，其特征在于，包括如权利要求1-9中任何一项所述的供电电源。
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