路燈監控終端電源保障系統控制轉換改進

陳 列

為了確保路燈監控終端設備在市電電網非正常狀態下仍能繼續工作,一般是在監控終端設備中增加一組蓄電池作為后備電源。這樣,就由市電電網和蓄電池組成了終端設備的電源保障系統。在監控終端設備的運行過程中,電源保障系統必須具備識別和自動轉換功能,即能夠根據市電電網狀況,自動識別和實現市電和蓄電池之間的供電轉換功能。下面以廣東省茂名路燈監控終端為例。根據我市路燈監控終端電源實際情況,增設繼電器控制轉換裝置,達到市電路蓄電池的識別和自動轉換,大大地提高了全市路燈自動監控的可靠性。

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

圖1中的K1為電源系統控制轉換繼電器,其中觸點1,5和2,6為常閉接點,觸點3,5和4,6為常開接點,7,8接點為繼電器控制線圈接線端。控制信號XQGD控制繼電器動作。當市電電網正常時,XQGD為高電平時(約+12.6 V),繼電器7,8接線端為等電平,線圈沒有電流流過,K1繼電器各觸點保持常開/常閉狀態,開關電源輸出的13.8 V通過二極管D和繼電器常開接點1,5為數傳機供電,同時產生的BATTERY+對蓄電池進行充電,蓄電池處于充電(浮充)狀態。此時監控終端的工作電路通過供電變壓器、整流濾波和集成穩壓電路產生的±5 V,±12 V和+24 V電源供電。當市電電網不正常時(如停電等),XQGD為低電平時(約為0 V),K1繼電器線圈加載12 V電壓,線圈中有電流通過,K1繼電器動作,觸點3,5和4,6閉合,這時數傳機由開關電源供電轉換為蓄電池供電,同時蓄電池還提供維持監控終端工作電路使用的電源CHKY。可見,監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信號的狀態,XQGD信號決定了監控終端電源系統的轉換。XQGD的產生原理見圖2。

圖2是XQGD信號電路原理圖,由晶體管電路組成,用于監視市電狀況。當市電正常時(假設電源變壓器、整流電路正常),電源變壓器次級的一個副繞組產生的8.5 V交流電壓經過D1,D2全波整流,通過偏置電阻 R1加到晶體三極管Q1的基極,以此作為市電狀態的檢測信號。8.5 V交流電壓還經過橋式整流,通過二極管D4和電阻R2加到晶體三極管Q1的集電極,為Q1集電極一發射極提供正向偏置,同時通過D3和 R3為三極管Q2提供基極正向偏置。而開關電源輸出的13.8 V直流電源通過繼電器K1的控制線圈,為Q2提供集電極工作電壓(見圖1)。由于市電正常,Q1基極(B點)加入正向電壓,Q1處于飽和導通狀態,Q1集電極輸出(C點)約為0 V電壓。這個0 V電壓通過D3和R3,使Q2基極處于反向偏置,Q2處于截止狀態。由于Q2集電極加入的是開關電源產生的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。根據對圖的分析,此時K1繼電器不動作,保持了市電為監控終端控制電路提供電源的狀態,同時使監控終端配備的蓄電池處于充電狀態。

當市電不正常(如停電),電源變壓器產生的8.5 V交流電壓消失,Q1基極B點電壓為零,Q1處于反向偏置而截止。此時由于電容器C1的放電作用,通過 R2,R3和D3使Q2基極瞬時處于正向偏置。同時,由于Q2集電極加入的是開關電源輸出的12.6 V電壓,盡管市電停電,開關電源也停止工作,但由于開關電源輸出電路中的濾波電容器的作用,使得開關電源12.6 V輸出不會立即消失,而是通過對電源負載放電逐漸消失。正是這個逐漸消失的過程(根據對開關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由原來的截止狀態迅速轉入飽和導通狀態,開關電源的12.6 V直流電壓通過繼電器K1、晶體三極管Q2和電阻 R4對地形成回路,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,K1繼電器動作,實現了供電電源的轉換,此時的監控終端的工作電路由市電供電狀態轉換到由蓄電池進行供電的狀態。

當市電恢復正常后,根據上述對XQGD信號的電路原理分析,此時三極管Q2處于截止狀態,XQGD信號變為高電平,K1繼電器控制線圈無電流流過,各觸點恢復常開/常閉狀態,監控終端電源系統又轉換到由市電供電的狀態。

此外,當K1繼電器動作,供電系統轉換成蓄電池供電后,通過繼電器4,6觸點閉合,產生一個CHKY電平(見圖1)。這個CHKY電平通過二極管D5產生三個作用(見圖2):1)通過D6產生BCB,BCB的作用是在市電停電狀態下,提供監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下,監控終端仍能繼續正常工作;2)形成P16信號,P16信號經過穩壓變換后發送給主控單片機,主控單片機根據P16信號判斷市電供電是否停電,并通過數傳機向監控中心發送“供電停電”故障報警;3)通過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工作,繼續監視市電電網的運行狀態,隨時發送XQGD控制轉換信號。

最后需要說明的是,+24 V電壓是開/關燈繼電器控制線圈的驅動電源,當市電停電并轉入蓄電池供電狀態后,由于市電已經停電,路燈開/關燈控制已經失去意義,從優化系統設計的角度考慮,因此沒有必要再增加+24 V后備電源和相應的轉換電路。