探讨一种新型消防应急电源的设计方法

张金贵

摘要：消防应急电源是消防应急系统的重要组成部分，设计了一种成本低、性能稳定、能耗低的应急电源。应急电源在市电正常时，对市电进行滤波，市电切断时，由电池对用电设备供电，应急切换时间在4ms之内。电池放电有自动模式、手动模式和强制模式。具有完善的电池充放电管理，恒流恒压两段式充电方式，过放电切断保护等功能。具有过流保护、短路保护、电池欠压保护、电池防反接保护、接地保护等功能，可自恢复供电。

关键词：消防应急电源;DC-DC变化器;双向;软开关

随着我国经济的发展，城镇人口密度越来越大，频发的火灾给国家和人员生命安全造成了巨大的损失。消防应急电源是消防设施备用电源和应急照明疏散指示必不可少的装备，在消防灭火和疏散逃生中起着举足轻重的作用。但是，目前消防应急电源因性能不稳定而出现故障无法正常工作的现象时有发生，因此设计一款性能稳定的应急电源迫在眉睫。

1  硬件设计

1.1  电源内部原理

电源内部原理见图1。

1.2  功能简述

当220VAC供电时，220V通过AC-DC1转换，经过切换电路控制直接给负载供电;220V通过AC-DC2转换，给DC-DC和电源信息采集电路供电，同时给电池充电;

当220VAC断电时，经过切换电路控制将电池组的直流电源给负载、电源信息采集电路和DC-DC应急供电。当220V重新供电时，切换电路立即停止电池组应急供电，此时由220V通过AC-DC1转换，经过切换电路控制直接给负载供电，通过AC-DC2转换，给DC-DC和电源信息采集电路供电，给电池充电。

2  产品性能

本产品可工作温度：0℃～40℃，湿度：≤95RH（40℃），

交流输入电压：AC端为187～242V，46～63Hz，输出两路电压24V、输出电流分别为40A和2A。本产品性能有下列特点：

①符合《消防应急照明和疏散指示系统》中对应急照明集中电源的要求[1]。

②满足雷击浪涌、静电放电、电快速瞬变脉冲群干扰、传导辐射、交流电源周波跌落和瞬间掉电等实验要求。

③良好的耐候性和绝缘安全性，满足绝缘耐压和湿热实验的要求[2]。

④状态指示有主电、充电、故障、应急四个状态指示信号。

3  保护功能

本产品保护功能体现在以下几点：

①长期过流、短路保护功能，可自恢复。

②完善的电池充放电管理，均充浮充两段式充电方式，备电过放电保护（非强制模式）。

③备电防反接保护功能、备电单投功能[3]。

④过流保护：输出具有长期过流、短路保护功能，故障解除后自动恢复;输出2短路不影响输出1，输出1短路會影响输出2。

⑤电池欠压保护：备电工作情况下，电池电压降到20.5±1.0V时，电源切断输出电压，同时蜂鸣器告警2h，蜂鸣器告警结束后，对备电进行保护，静态泄放电电流≤500uA，防止电池过放电而损坏。

⑥电池防反接保护：若发生电池极性接反现象，对电池、电源及供电均无影响，正确接线后，电源正常工作。

⑦电池接地保护：当电池正、负端子接电源机壳或大地时，不损坏电池和电源[4]。

⑧充电方式为均充浮充两段式，均充电流为6.3±0.4A，浮充电压为27.2±0.8V。

⑨系统通过RS232与控制器通信，将电源工作状态传输至控制器 。

4  面板设计和界面编排

面板显示采用128×64点阵，视域面积为73.6mm×40.2mm的液晶屏，可显示4行8列的汉字[5]。不进行按键操作时，液晶屏自动休眠。

开机界面如图2所示。

待机界面。正常运行时的待机界面与出现故障时的待机界面如图3所示。

密码录入界面。在待机界面时，按任意键进入密码录入界面，密码录入界面如图4所示。

主菜单界面及级联菜单界面。录入密码后进入主菜单界面，可通过按键进入设置菜单界面或查询菜单界面。设置菜单界面如图5所示。

5  电池管理

5.1  电池充电

输入交流电后，电源本身对负载输出电流，同时为电池进行充电，先以6.3±0.5A恒流方式充电，当电池充电到27.2±0.5V时，电源自动转为恒压浮充电状态，充电结束，此时电源提供浮充电压及电流补充电池的正常自放电[6]。

5.2  主电/应急状态切换

自动模式：电池组电压不低于20.5V时，当出现主电掉电或异常情况，电池组可以自动接入;当主电恢复供电时，系统自动转换到主电工作，并为电池组充电。

手动模式：电池组电压不低于20.5V时，直接切换到电池组供电[7]。

强制模式：直接切换到电池组供电，且不对电池组进行过放电保护。

5.3  电池放电

自动模式：应急状态下，电池组电压低于22.0±1.0V时，输出电池欠压告警信号;当电池组放电到小于20.5±1.0 V时，电源关闭所有负载输出，断开电池组与负载的联系。静态泄放电流小于1mA。

手动模式：电池组电压低于22.0±1.0V时，输出电池欠压告警信号;当电池组放电到20.5±1.0V时，电源关闭所有负载输出，断开电池组与负载的联系。静态泄放电流小于1mA。

强制模式：电池组电压低于22.0±1.0V时，输出电池欠压告警信号;当电池组放电到20.5±1.0V时，电池组继续供电，并输出电池组过放信号。

6  结语

本產品适用于消防应急领域，作为火灾事故情况下消防应急照明专用电源，本产品是一种成本低、性能稳定、能耗低的应急电源，具有长期过流、短路保护等功能，具有完善的电池充放电管理功能。

参考文献：

[1]石磊，陈亚娜.双向全桥DC-DC变换器在船舶应急电源中的应用[J].舰船科学技术，2016，38（10）：58-60.

[2]陈佩，李钦龙.移动应急电源车行业发展探析[J].科技创新与应用，2016（25）：81.

[3]张承辉，刘雄飞，徐遵明.一种高性价比的节能型应急电源的设计[J].电源技术，2015，39（12）：2729-2731.

[4]徐琦，徐文兴.消防应急照明应急电源的选择[J].武汉勘察设计，2015（4）：3.

[5]林卡，李钦海，林富华，邹明霞.基于EPS系统的消防应急电源车设计[J].中国高新技术企业，2016（20）：5-7.

[6]杨春丽.消防设备电源监控系统设计[J].建筑电气，2015，34（4）：6.

[7]袁庆路，吴玲，张宇盟，等.一种基于单片机的智能灭火车[J].信息通信，2015（1）：76.

Discuss the design method of

a new type of fire emergency power supply

Zhang Jingui

（Jincheng Municipal Fire and Rescue Brigade，Shanxi  Jincheng  048000）

Abstract：Fire emergency power supply is an important part of the fire emergency system. The paper designs an emergency power supply with low cost， stable performance， and low energy consumption. When the emergency power supply is normal in the municipal electricity， the municipal electricity is filtered. When the municipal power is cut off， the battery supplies power to the electrical equipment， and the emergency switching time is within 4 ms. Battery discharge has automatic mode， manual mode and mandatory mode. It has perfect battery charge and discharge management， constant current and constant voltage two-stage charging mode， over-discharge cut-off protection and other functions. It has functions such as overcurrent protection， short-circuit protection， battery under pressure protection， battery anti-counter-connection protection， grounding protection， etc.， and it can restore power supply by itself.

Keywords：fire emergency power supply; DC-DC variable; two-way; soft switch