雙24 V開關(guān)電源自動切換電路設(shè)計

王旭

摘要文章介紹了針對門禁系統(tǒng)車站級緊急按鈕模塊供電系統(tǒng)存在的不足所設(shè)計的雙24 V開關(guān)電源自動切換電路，該設(shè)計能實(shí)現(xiàn)雙24 V開關(guān)電源自動切換的功能，有效避免由于門禁緊急按鈕系統(tǒng)因開關(guān)電源故障導(dǎo)致全站門禁設(shè)備斷電的問題，提高地鐵設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞24 V；開關(guān)電源；自動；切換

中圖分類號：TM564 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0059-01

1概述

目前，車站級門禁緊急按鈕是通過24 V開關(guān)電源和兩個繼電器組合，實(shí)現(xiàn)車站全部門禁緊急釋放功能。設(shè)計時出于車站門禁用戶使用的安全要求，為確保該緊急按鈕時刻保持正常工作，避免電路中個別元器件故障，引起車站級門禁緊急按鈕不能正常工作的情況，只要該電路任意元器件出現(xiàn)故障時，門禁系統(tǒng)均會斷電。而此系統(tǒng)中的24 V開關(guān)電源尤為重要，在7*24小時的工作狀態(tài)下，出現(xiàn)欠壓或者無輸出的情況在所難免，全站門禁設(shè)備就會斷電釋放，造成重大故障。

2需解決問題

為提高門禁緊急按鈕系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要組建一套雙開關(guān)電源切換系統(tǒng)，通過硬件判斷主開關(guān)電源與輔開關(guān)電源的電壓情況，實(shí)現(xiàn)當(dāng)主開關(guān)電源供電電壓大于22 V時，由主開關(guān)電壓源供電繼電器，當(dāng)主開關(guān)電源出現(xiàn)低于22 V的供電電壓時，自動切換至輔開關(guān)電源供電，繼續(xù)為繼電器供電，實(shí)現(xiàn)無間斷供電的作用。

3技術(shù)方案

雙電源自動切換電路如圖2所示。它由電壓檢測器MC34064、小功率開關(guān)管2N2222、P溝道功率MOSFET、N溝道功率MOSFET及備用電源V2等組成。

電路原理如下。

1）V1電壓正常（V1>22 V）。

當(dāng)V1大于22 V，經(jīng)TL431及電阻分壓，MC34064檢測到電壓大于4.5 V，其輸出端R輸出5 V電壓，點(diǎn)亮LED1（指示V1正常），并使Q3導(dǎo)通，12 V穩(wěn)壓二極管D1被擊穿，兩端電壓穩(wěn)定在12 V，Q1的G端經(jīng)R5、R6分壓后電壓為6 V，因此，Q1的Vgs=-18 V，Q1導(dǎo)通，同時Q2的G端因Q3導(dǎo)通接地，所以Vgs=0V，Q2截止，V2無輸出，V1為供電開關(guān)電源。

2）V1電壓不正常（V1<22 V包括無輸出）。

當(dāng)V1小于22 V，經(jīng)TL431及電阻分壓，MC34064檢測到電壓小于4.5 V，其輸出端R輸出0 V電壓，LED1熄滅（指示V1異常），并使Q3截止，12 V穩(wěn)壓二極管D1被擊穿，兩端電壓穩(wěn)定在12 V，Q2的G端電位等于V1經(jīng)過D1的電壓為12 V，因此，Q2的Vgs=12 V，Q2導(dǎo)通，導(dǎo)通后V2為Q2提供偏壓，V1無輸出，V2為供電開關(guān)電源。

3）元器件的選擇。

N管與P管選擇IRF9540和IRF540，ID最大電流19 A，Vds最大電壓100 V，Vgs最大電壓20 V，在使用過程中有足夠的電壓與電流空間，因此在使用過程中幾乎無發(fā)熱現(xiàn)象；電壓檢測器選擇MC34064，檢測電壓4.6 V，當(dāng)I端電壓大于4.59 V時，R端輸出電壓4.6-5.0 V，當(dāng)I端電壓小于4.61 V時R端電壓將為0 V；采用TL431可調(diào)輸出基準(zhǔn)電壓源，用一個電位器RP，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)（>2.5 V）。C1選擇47uf的電容，通過示波器觀察，47uf電容滿足在切換過程中保持輸出電壓穩(wěn)定的要求。

圖2雙電源自動切換原理圖

圖3實(shí)物圖

4） 實(shí)驗(yàn)室測試情況。

測試步驟：

①將雙24 V開關(guān)電源接入切換模塊，上電開關(guān)電源，檢測模塊輸出。

②將繼電器接入切換模塊，檢測是否可以正常吸合。

③手動斷開主開關(guān)電源輸入，檢測繼電器、主電源指示燈狀態(tài)。

④恢復(fù)主電源，手動斷開輔開關(guān)電源輸入，檢測繼電器、輔電源指示燈狀態(tài)。

⑤恢復(fù)輔電源，持續(xù)工作10天，檢測繼電器溫度，檢測開關(guān)電源輸出，檢測切換模塊輸出。

測試結(jié)果：

①將雙24 V開關(guān)電源接入切換模塊，上電開關(guān)電源，檢測模塊輸出為24 V。

②將繼電器接入切換模塊，可以正常吸合。

③手動斷開主開關(guān)電源輸入，繼電器無斷電現(xiàn)象，主電源指示燈點(diǎn)亮。

④恢復(fù)主電源，手動斷開輔開關(guān)電源輸入，繼電器無斷電現(xiàn)象，輔電源指示燈點(diǎn)亮。

⑤恢復(fù)輔電源，持續(xù)工作10天，檢測繼電器溫度41.2°，檢測開關(guān)電源輸出24 V，檢測切換模塊輸出24 V。

4結(jié)論

經(jīng)過反復(fù)研究論證，并通過測試和使用，證明改造是成功的。切換模塊可以接入雙24 V開關(guān)電源，并一路輸出給繼電器使用，無論主輔開關(guān)電源任何一個故障無輸出，都可自動切換另一個供電，繼電器無斷電現(xiàn)象，門禁設(shè)備無釋放現(xiàn)象，并有指示燈顯示開關(guān)電源故障，此方案提高系統(tǒng)安全性，提高了門禁系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]戴維德.備用電源自動切換電路[J].無線電，2004（504）.

[2]張衛(wèi)東.雙電源切換電路[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010（20）.

[3]唐蒙，范慧卿.王繼強(qiáng)24 V開關(guān)電源輸出電壓低故障分析與處理[J].內(nèi)燃機(jī)車，2009（12）.

endprint

摘要文章介紹了針對門禁系統(tǒng)車站級緊急按鈕模塊供電系統(tǒng)存在的不足所設(shè)計的雙24 V開關(guān)電源自動切換電路，該設(shè)計能實(shí)現(xiàn)雙24 V開關(guān)電源自動切換的功能，有效避免由于門禁緊急按鈕系統(tǒng)因開關(guān)電源故障導(dǎo)致全站門禁設(shè)備斷電的問題，提高地鐵設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞24 V；開關(guān)電源；自動；切換

中圖分類號：TM564 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0059-01

1概述

目前，車站級門禁緊急按鈕是通過24 V開關(guān)電源和兩個繼電器組合，實(shí)現(xiàn)車站全部門禁緊急釋放功能。設(shè)計時出于車站門禁用戶使用的安全要求，為確保該緊急按鈕時刻保持正常工作，避免電路中個別元器件故障，引起車站級門禁緊急按鈕不能正常工作的情況，只要該電路任意元器件出現(xiàn)故障時，門禁系統(tǒng)均會斷電。而此系統(tǒng)中的24 V開關(guān)電源尤為重要，在7*24小時的工作狀態(tài)下，出現(xiàn)欠壓或者無輸出的情況在所難免，全站門禁設(shè)備就會斷電釋放，造成重大故障。

2需解決問題

為提高門禁緊急按鈕系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要組建一套雙開關(guān)電源切換系統(tǒng)，通過硬件判斷主開關(guān)電源與輔開關(guān)電源的電壓情況，實(shí)現(xiàn)當(dāng)主開關(guān)電源供電電壓大于22 V時，由主開關(guān)電壓源供電繼電器，當(dāng)主開關(guān)電源出現(xiàn)低于22 V的供電電壓時，自動切換至輔開關(guān)電源供電，繼續(xù)為繼電器供電，實(shí)現(xiàn)無間斷供電的作用。

3技術(shù)方案

雙電源自動切換電路如圖2所示。它由電壓檢測器MC34064、小功率開關(guān)管2N2222、P溝道功率MOSFET、N溝道功率MOSFET及備用電源V2等組成。

電路原理如下。

1）V1電壓正常（V1>22 V）。

當(dāng)V1大于22 V，經(jīng)TL431及電阻分壓，MC34064檢測到電壓大于4.5 V，其輸出端R輸出5 V電壓，點(diǎn)亮LED1（指示V1正常），并使Q3導(dǎo)通，12 V穩(wěn)壓二極管D1被擊穿，兩端電壓穩(wěn)定在12 V，Q1的G端經(jīng)R5、R6分壓后電壓為6 V，因此，Q1的Vgs=-18 V，Q1導(dǎo)通，同時Q2的G端因Q3導(dǎo)通接地，所以Vgs=0V，Q2截止，V2無輸出，V1為供電開關(guān)電源。

2）V1電壓不正常（V1<22 V包括無輸出）。

當(dāng)V1小于22 V，經(jīng)TL431及電阻分壓，MC34064檢測到電壓小于4.5 V，其輸出端R輸出0 V電壓，LED1熄滅（指示V1異常），并使Q3截止，12 V穩(wěn)壓二極管D1被擊穿，兩端電壓穩(wěn)定在12 V，Q2的G端電位等于V1經(jīng)過D1的電壓為12 V，因此，Q2的Vgs=12 V，Q2導(dǎo)通，導(dǎo)通后V2為Q2提供偏壓，V1無輸出，V2為供電開關(guān)電源。

3）元器件的選擇。

N管與P管選擇IRF9540和IRF540，ID最大電流19 A，Vds最大電壓100 V，Vgs最大電壓20 V，在使用過程中有足夠的電壓與電流空間，因此在使用過程中幾乎無發(fā)熱現(xiàn)象；電壓檢測器選擇MC34064，檢測電壓4.6 V，當(dāng)I端電壓大于4.59 V時，R端輸出電壓4.6-5.0 V，當(dāng)I端電壓小于4.61 V時R端電壓將為0 V；采用TL431可調(diào)輸出基準(zhǔn)電壓源，用一個電位器RP，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)（>2.5 V）。C1選擇47uf的電容，通過示波器觀察，47uf電容滿足在切換過程中保持輸出電壓穩(wěn)定的要求。

圖2雙電源自動切換原理圖

圖3實(shí)物圖

4） 實(shí)驗(yàn)室測試情況。

測試步驟：

①將雙24 V開關(guān)電源接入切換模塊，上電開關(guān)電源，檢測模塊輸出。

②將繼電器接入切換模塊，檢測是否可以正常吸合。

③手動斷開主開關(guān)電源輸入，檢測繼電器、主電源指示燈狀態(tài)。

④恢復(fù)主電源，手動斷開輔開關(guān)電源輸入，檢測繼電器、輔電源指示燈狀態(tài)。

⑤恢復(fù)輔電源，持續(xù)工作10天，檢測繼電器溫度，檢測開關(guān)電源輸出，檢測切換模塊輸出。

測試結(jié)果：

①將雙24 V開關(guān)電源接入切換模塊，上電開關(guān)電源，檢測模塊輸出為24 V。

②將繼電器接入切換模塊，可以正常吸合。

③手動斷開主開關(guān)電源輸入，繼電器無斷電現(xiàn)象，主電源指示燈點(diǎn)亮。

④恢復(fù)主電源，手動斷開輔開關(guān)電源輸入，繼電器無斷電現(xiàn)象，輔電源指示燈點(diǎn)亮。

⑤恢復(fù)輔電源，持續(xù)工作10天，檢測繼電器溫度41.2°，檢測開關(guān)電源輸出24 V，檢測切換模塊輸出24 V。

4結(jié)論

經(jīng)過反復(fù)研究論證，并通過測試和使用，證明改造是成功的。切換模塊可以接入雙24 V開關(guān)電源，并一路輸出給繼電器使用，無論主輔開關(guān)電源任何一個故障無輸出，都可自動切換另一個供電，繼電器無斷電現(xiàn)象，門禁設(shè)備無釋放現(xiàn)象，并有指示燈顯示開關(guān)電源故障，此方案提高系統(tǒng)安全性，提高了門禁系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]戴維德.備用電源自動切換電路[J].無線電，2004（504）.

[2]張衛(wèi)東.雙電源切換電路[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010（20）.

[3]唐蒙，范慧卿.王繼強(qiáng)24 V開關(guān)電源輸出電壓低故障分析與處理[J].內(nèi)燃機(jī)車，2009（12）.

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摘要文章介紹了針對門禁系統(tǒng)車站級緊急按鈕模塊供電系統(tǒng)存在的不足所設(shè)計的雙24 V開關(guān)電源自動切換電路，該設(shè)計能實(shí)現(xiàn)雙24 V開關(guān)電源自動切換的功能，有效避免由于門禁緊急按鈕系統(tǒng)因開關(guān)電源故障導(dǎo)致全站門禁設(shè)備斷電的問題，提高地鐵設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞24 V；開關(guān)電源；自動；切換

中圖分類號：TM564 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0059-01

1概述

目前，車站級門禁緊急按鈕是通過24 V開關(guān)電源和兩個繼電器組合，實(shí)現(xiàn)車站全部門禁緊急釋放功能。設(shè)計時出于車站門禁用戶使用的安全要求，為確保該緊急按鈕時刻保持正常工作，避免電路中個別元器件故障，引起車站級門禁緊急按鈕不能正常工作的情況，只要該電路任意元器件出現(xiàn)故障時，門禁系統(tǒng)均會斷電。而此系統(tǒng)中的24 V開關(guān)電源尤為重要，在7*24小時的工作狀態(tài)下，出現(xiàn)欠壓或者無輸出的情況在所難免，全站門禁設(shè)備就會斷電釋放，造成重大故障。

2需解決問題

為提高門禁緊急按鈕系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要組建一套雙開關(guān)電源切換系統(tǒng)，通過硬件判斷主開關(guān)電源與輔開關(guān)電源的電壓情況，實(shí)現(xiàn)當(dāng)主開關(guān)電源供電電壓大于22 V時，由主開關(guān)電壓源供電繼電器，當(dāng)主開關(guān)電源出現(xiàn)低于22 V的供電電壓時，自動切換至輔開關(guān)電源供電，繼續(xù)為繼電器供電，實(shí)現(xiàn)無間斷供電的作用。

3技術(shù)方案

雙電源自動切換電路如圖2所示。它由電壓檢測器MC34064、小功率開關(guān)管2N2222、P溝道功率MOSFET、N溝道功率MOSFET及備用電源V2等組成。

電路原理如下。

1）V1電壓正常（V1>22 V）。

當(dāng)V1大于22 V，經(jīng)TL431及電阻分壓，MC34064檢測到電壓大于4.5 V，其輸出端R輸出5 V電壓，點(diǎn)亮LED1（指示V1正常），并使Q3導(dǎo)通，12 V穩(wěn)壓二極管D1被擊穿，兩端電壓穩(wěn)定在12 V，Q1的G端經(jīng)R5、R6分壓后電壓為6 V，因此，Q1的Vgs=-18 V，Q1導(dǎo)通，同時Q2的G端因Q3導(dǎo)通接地，所以Vgs=0V，Q2截止，V2無輸出，V1為供電開關(guān)電源。

2）V1電壓不正常（V1<22 V包括無輸出）。

當(dāng)V1小于22 V，經(jīng)TL431及電阻分壓，MC34064檢測到電壓小于4.5 V，其輸出端R輸出0 V電壓，LED1熄滅（指示V1異常），并使Q3截止，12 V穩(wěn)壓二極管D1被擊穿，兩端電壓穩(wěn)定在12 V，Q2的G端電位等于V1經(jīng)過D1的電壓為12 V，因此，Q2的Vgs=12 V，Q2導(dǎo)通，導(dǎo)通后V2為Q2提供偏壓，V1無輸出，V2為供電開關(guān)電源。

3）元器件的選擇。

N管與P管選擇IRF9540和IRF540，ID最大電流19 A，Vds最大電壓100 V，Vgs最大電壓20 V，在使用過程中有足夠的電壓與電流空間，因此在使用過程中幾乎無發(fā)熱現(xiàn)象；電壓檢測器選擇MC34064，檢測電壓4.6 V，當(dāng)I端電壓大于4.59 V時，R端輸出電壓4.6-5.0 V，當(dāng)I端電壓小于4.61 V時R端電壓將為0 V；采用TL431可調(diào)輸出基準(zhǔn)電壓源，用一個電位器RP，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)（>2.5 V）。C1選擇47uf的電容，通過示波器觀察，47uf電容滿足在切換過程中保持輸出電壓穩(wěn)定的要求。

圖2雙電源自動切換原理圖

圖3實(shí)物圖

4） 實(shí)驗(yàn)室測試情況。

測試步驟：

①將雙24 V開關(guān)電源接入切換模塊，上電開關(guān)電源，檢測模塊輸出。

②將繼電器接入切換模塊，檢測是否可以正常吸合。

③手動斷開主開關(guān)電源輸入，檢測繼電器、主電源指示燈狀態(tài)。

④恢復(fù)主電源，手動斷開輔開關(guān)電源輸入，檢測繼電器、輔電源指示燈狀態(tài)。

⑤恢復(fù)輔電源，持續(xù)工作10天，檢測繼電器溫度，檢測開關(guān)電源輸出，檢測切換模塊輸出。

測試結(jié)果：

①將雙24 V開關(guān)電源接入切換模塊，上電開關(guān)電源，檢測模塊輸出為24 V。

②將繼電器接入切換模塊，可以正常吸合。

③手動斷開主開關(guān)電源輸入，繼電器無斷電現(xiàn)象，主電源指示燈點(diǎn)亮。

④恢復(fù)主電源，手動斷開輔開關(guān)電源輸入，繼電器無斷電現(xiàn)象，輔電源指示燈點(diǎn)亮。

⑤恢復(fù)輔電源，持續(xù)工作10天，檢測繼電器溫度41.2°，檢測開關(guān)電源輸出24 V，檢測切換模塊輸出24 V。

4結(jié)論

經(jīng)過反復(fù)研究論證，并通過測試和使用，證明改造是成功的。切換模塊可以接入雙24 V開關(guān)電源，并一路輸出給繼電器使用，無論主輔開關(guān)電源任何一個故障無輸出，都可自動切換另一個供電，繼電器無斷電現(xiàn)象，門禁設(shè)備無釋放現(xiàn)象，并有指示燈顯示開關(guān)電源故障，此方案提高系統(tǒng)安全性，提高了門禁系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]戴維德.備用電源自動切換電路[J].無線電，2004（504）.

[2]張衛(wèi)東.雙電源切換電路[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010（20）.

[3]唐蒙，范慧卿.王繼強(qiáng)24 V開關(guān)電源輸出電壓低故障分析與處理[J].內(nèi)燃機(jī)車，2009（12）.

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