基于后备电源的消防应急卷帘门控制系统方案设计

杭阿芳

摘？要：基于后备电源的消防应急卷帘门控制系统由主控电路、掉电自动投切控制电路、备用电源调相控制电路和备用控制电路组成。当火灾发生时主控电路失电，掉电自动投切电路中的镍铬电池为备控电路提供能量，实现自动闭门功能。控制系统中充电电路以TEA1523P、PC817、TL431A为核心，达到稳定充电的目的，同时具备过压保护、过流保护、短路保护及过热保护等功能。逆变采用SG3525芯片，其输出动态、稳态特性均较好。2阶定K型归一化低通滤波器和备用电源调相电路结构简单，容易实现。

关键词：后备电源；低通滤波器；逆变

火灾的预防和阻断是一个关乎到生命财产安全的重要问题[1]。消防卷帘门的使用可以大大降低火灾的蔓延，为救援工作争取时间。火灾发生时远程控制信号的丢失将降低系统的可靠性，因此需要设计一款就地控制卷帘门动作的系统，能自动关闭以隔离火源。当火灾发生电网断电时，系统中的后备电源工作，可自动将防火卷帘门关闭，阻断火灾的蔓延。若火灾时有人误被关入，也可通过就地手动控制打开防火卷帘门，门打开到顶后还能自动再关闭，进行火灾的再次阻断。该系统结构明确，就地控制大大提高了系统工作的安全性、可靠性。

1 系统总体方案设计

图1所示为该系统的整体结构框图。它由主控电路、掉电自动投切控制电路、备用电源调相控制电路和备用控制电路组成。没有火灾时，主控电路控制消防卷帘电机作为日常普通卷帘门使用，同时电网给掉电自动投切电路中的镍铬电池充电。当火灾发生时主控电路失电，掉电自动投切电路中的镍铬电池为备控电路提供能量，实现自动闭门功能。

图2所示为掉电自动投切控制电路结构框图。它由EMI（电磁干扰）滤波电路、开关电源电路、充电及自动投切电路、逆变电路和正弦波发生电路组成。EMI滤波电路滤除电路中的差模和共模干扰；开关电源电路输出稳定的直流电源为后续的镍铬电池充电。正常时逆变电路不工作，当发生火灾时电网断电，镍铬电池通过自动投切电路给后续的逆变电路提供能量，并通过正弦波發生电路最终输出380V交流电。

2 整体电路设计

图3为该系统的整体电路图。比如白天的时候商场营业，主控电路工作。合上断路器QS1、QS2，卷帘门电机正常使用。按下SB3按钮，卷帘门电机M反转，卷帘门进入打开的过程，达到上限位SQ2时，电机M停转。晚上的时候，商场关门，按下SB2按钮，卷帘门电机M正转，卷帘门进入关闭的过程，达到下限位SQ1时，电机M停转。期间若断路器QS1一直处于合闸状态，电网电压给掉电自动投切控制电路IC1提供电压，电路中的蓄电池E进行充电，但输出端无输出，后续电路不工作。当白天发生火灾时，电网掉电。掉电自动投切控制电路IC1开始工作，卷帘门电机M由蓄电池E供电，掉电自动投切控制电路IC1从输出端输出的交流电经过备用电源调相电路IC2后，可得到三相电压。由于白天卷帘门已开，上限位开关SQ2一直处于闭合状态，因此，线圈KM4得电，主触点闭合。卷帘门电机M正转，卷帘门进入关闭的过程，达到下限位SQ1时，电机M停转。此时通过防火卷帘门的关闭隔离了火灾。若此时有人被误关入，可通过按下按钮SB5让电机M反转来打开卷帘门。卷帘门上行压到上限位开关SQ2后又将电机M切换为正转，关闭卷帘门。消防卷帘门电机型号为FJJ 412-3P-（SXS）。

3 掉电自动投切电路设计

3.1 EMI滤波电路

该EMI滤波电路[2]滤除电网中的高频干扰信号，同时也保证后续电路产生的高频信号不流入电网中。压敏电阻RV1为MYL1-250型。当电网电压高于250 V时压敏电阻RV1击穿短路。互感滤波器L1和L2消除共模干扰。电容C1、C2、C3、C4为高频滤波电容。电容C1和电容C4滤除差模干扰，电容C2和电容C3滤除共模干扰。互感滤波器L1和L2为磁环电感0.4 mH。EMI滤波电路如图4所示。

3.2 开关电源电路

图5所示为开关电源电路。控制芯片采用TEA1523P，该芯片将PWM（脉冲宽度调制）控制与电力MOSFET管（金属-氧化物半导体场效应晶体管）集成，缩小了开关电源的体积和复杂性[3]。经过EMI滤波的交流电Ui送入整流桥U1进行桥式整流，再经过电容C5滤波后，得到300V左右的直流电。该直流电通过高频变压器T1的1、2脚和电感L3后进入控制电路U2的8脚，电路启动工作，则高频变压器T1的二次侧感应出电压。高频变压器T1的3、4脚感应电压经二极管VD2整流和电阻R5限流及C7电容滤波后，得到20 V电压送入控制电路U2的1脚，并取代8脚的电压，使得电路U2由启动状态进入到正常工作状态。

3.3 充电及自动投切电路

充电及自动投切电路[4]是该系统进行电能切换的枢纽，其电路如图6所示。该电路与后续的电路配合工作，可以完成卷帘门消防隔火的功能，工作原理大致如下：没有火灾时，Uo对镍铬电池E进行充电，VT3截止，镍铬电池E不为其后电路提供量，后续的逆变电路无法工作，高频变压器T2无输出，消防卷帘门电机M不工作。当有火灾时，电网断电，镍铬电池E可以给后续电路供电，VT3导通，后面的逆变电路进行工作，高频变压器T2有输出，消防卷帘门电机M自动工作，隔离火源。当火情消除，电网系统恢复供电，电网上有电压后，VT3又截止，消防卷帘门电机M不工作。

3.4 逆变电路

5 結束语

系统搭建的具有后备电源的消防应急卷帘门控制电路，输入采用EMI滤波，达到抗干扰的目的。充电电路以TEA1523P、PC817、TL431A为核心，达到稳定充电的目的，同时具备过压保护、过流保护、短路保护及过热保护等功能。逆变采用SG3525芯片，其输出动、稳态特性均较好。其中2阶定K型归一化低通滤波器和备用电源调相电路结构简单，容易实现，具有一定的实用价值。

参考文献：

[1] 杨晨，马峻.某大型商业综合体火灾蔓延路径分析与消防应对措施[J].建筑安全， 2021，36（4）：36-40.

[2] 刘春华.经典电子电路300例[M].北京：中国电力出版社，2015.

[3] 黄海宏，王莹，王海欣.基于TEA1523P的开关电源设计[J].电力电子技术，2007，40（6）：65-67.

[4] 刘春华.经典电子电路300例[M].北京：中国电力出版社，2015.

[5] 张德树，吴乃海.基于SG3525A的小功率逆变器的设计与实现[J].长春工程学院学报（自然科学版），2018，19（4）：14-18.

[6] 王天凤.基于SG3525的推挽式逆变电路设计与实现[J].仪表技术，2020，4：4-6.

[7] 刘砚涛，刘玉蓓，尹伟.LC滤波器设计方法介绍及其仿真特性比较[J].电子测量技术，2010，33（5）：17-21.

[8] 林志琦，绍建波，李严军.一种宽范围的移相电路[J].长春工业大学学报，2019，40（1）：20-25.

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