后备电源的快速自动投入电路

王天正 李鲁祥 刘千 刘泯炼

摘  要：针对现有的继电器电路的物理触电通断时产生电弧以及物理触电易磨损继电器动作时间相对较长等问题，文章将介绍一种基于P沟道绝缘栅型场效应管[1]的断电后应急电源的快速自动启动电路，此电路除克服了继电器电路的物理触电带来的问题外，还具有体积小，缩短了断电后电路动作时间，可靠性高等特点。在理论分析的基础上，进行了电路的仿真。实验结果表明，其工作过程和最终效果与理论分析、仿真结果一致，性能稳定较高，效率良好。

关键词：继电器;P沟道绝缘栅型场效应管;应急电源;快速自动启动

中图分类号：TM53         文献标志码：A             文章编号：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

電能是当今社会生产生活中的主要的能源，并且在许多场合对供电可靠性要求很高，比如医院或者重要的工业场所和信息行业等[2]，短暂的停电将会造成巨大的损失，尤其是在医院，还将有可能造成不可挽回的事故。在这些用电等级较高的场所一般都会设有后备电源，针对后备电源的投切，本篇论文将介绍一种高可靠性的投入和切除电路。

2 电路工作过程

（1）后备式电源在有市电时要进行充电

市电为220V交流电，经整流电路后作为充电时的能量来源，这里不对整流电路进行介绍。本文要介绍的电路主要部分如图1所示。

端口1为直流输入端，整流后的直流电由该端口输入，端口2为蓄电设备的接口，端口三为蓄电设备投入电路后的输出端口。

（2）充电过程

如图2所示，当端口1的电源Us接通后，二极管2正向导通，充电回路由端口1二极管和端口2构成，端口1作为电源，为负载提供电能的同时，还给端口2处的蓄电设备充电。此时电阻R1和R2两端的电位差被二极管钳位在其导通压降Ud（SR560正向导通压降为0.6-0.7V），电阻R1与R2为串联分压的关系，相对于R2，R1的阻值较小，所以MOSFET的Ugs近似等于二极管的钳位电压（测试原理图为0.7V），IRF9540为P沟道的（Uds最大值为100V，若需要增大电压值，可用IRF9640或IRF9840），Ugs负压导通，所以此时MOSFET处于截止状态，蓄电设备的放电回路被切断，至此已实现端口1接入电源时切除蓄电设备，并对蓄电设备进行充电，蓄电设备电压的上限值为Us。

如图3所示，如果端口1处电源切除，二极管2因承受反向电压而截止，充电回路被切断，MOSFET源极（S）电位与蓄电设备的正极相等，栅极（g）电位为零电位，Ugs小于零，P沟道绝缘栅型场效应管因承受负压而导通。R1为栅极限流电阻，R2为MOSFET内部寄生电容的泄放电阻，R3为放电时MOSFET栅极的下拉电阻。此时蓄电设备（端口1），开关，P沟道绝缘栅型场效应管和负载（端口3）构成蓄电设备的放电回路。至此已经实现了端口1断开电源时蓄电设备自动的投入电路，向用电设备供电，当负载需要断电时，只需将机械开关断开即可。

如图4所示，当Uco端接的是阻感性负载时，工作过程中感性原件会储存能量，当负载断电时，由蓄电设备（端口1）二极管D1，D2和负载（端口3）构成的能量回收回路可将感性元件储存的能量回馈给蓄电设备，充分的提高能量的利用效率。

3 仿真效果

充电时，通道A是端口2处的电压整流后的直流电为100V，通道B负载（端口3）处的电压是1.049V（由反向漏电流引起），端口1有输入时放电回路被切断（如图5）。

放电时，通道A是端口2处的蓄电设备电压为100V，通道B是负载（端口3）处的电压为99.988V，端口1无输入时放电回路导通，蓄电设备开始放电（如图6）。

可见仿真结果与理论分析一致。

参考文献：

[1]魏秀芳，张国恒.P沟道增强型MOS管的工作原理及特性曲线[J].甘肃高师学报，2002.

[2]代运滔，安小波，安万，等.一种多后备电源的备用电源自动投入系统[J].广东电力，2018.

[3]朱亚威，马赛，郝建钢.基站自启动技术的原理与设计[J].电子设计工程，2016.