基于超級(jí)電容的車載設(shè)備用斷電延時(shí)保護(hù)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于超級(jí)電容的車載設(shè)備用斷電延時(shí)保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置分別與車載設(shè)備、車輛供電系統(tǒng)連接，所述的保護(hù)裝置包括超級(jí)電容充電電路、超級(jí)電容放電電路和充放電控制電路，所述的充放電控制電路分別與超級(jí)電容充電電路、超級(jí)電容放電電路連接，所述的超級(jí)電容充電電路電壓輸入端與車輛供電系統(tǒng)連接，超級(jí)電容放電電路電壓輸出端、充放電控制電路的工作狀態(tài)輸出端分別與車載設(shè)備連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有安全可靠、環(huán)保高效、維護(hù)方便、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于超級(jí)電容的車載設(shè)備用斷電延時(shí)保護(hù)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種斷電延時(shí)保護(hù)電路，尤其是涉及一種基于超級(jí)電容的車載設(shè)備用斷電延時(shí)保護(hù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]軌道交通車載設(shè)備一般處在惡劣的環(huán)境條件和電氣條件下工作，因此，在設(shè)計(jì)車載系統(tǒng)設(shè)備時(shí)必須考慮機(jī)車內(nèi)復(fù)雜環(huán)境對(duì)電氣設(shè)備造成的影響。軌道交通列車監(jiān)控系統(tǒng)是車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，它主要由視頻服務(wù)器及系統(tǒng)主機(jī)等計(jì)算機(jī)通信類設(shè)備構(gòu)成。當(dāng)這些設(shè)備遭遇瞬間斷電時(shí)，硬盤系統(tǒng)會(huì)由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)力不足使磁頭摩擦盤片，長(zhǎng)期下來就會(huì)造成磁道的物理性損壞。并且，瞬間斷電時(shí)計(jì)算機(jī)內(nèi)存里的數(shù)據(jù)無法及時(shí)地動(dòng)態(tài)刷新，正在運(yùn)行的程序和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)會(huì)由于被迫中斷而造成程序破壞和數(shù)據(jù)丟失，帶來損失。
[0003]為避免以上問題，一般會(huì)考慮系統(tǒng)中增加UPS(不間斷電源)提供設(shè)備保護(hù)。UPS系統(tǒng)是由蓄電池和電源逆變轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。一般的UPS系統(tǒng)不適用于車載設(shè)備保護(hù)，以下做具體分析。在列車斷電的最初幾秒到幾分鐘內(nèi)起決定作用，需要蓄電池在這段時(shí)間提供電能，蓄電池自身的缺點(diǎn)(需定期維護(hù)、壽命短)使UPS在運(yùn)行時(shí)需要時(shí)刻檢測(cè)蓄電池的狀態(tài)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，需UPS提供的時(shí)間相對(duì)很短，而蓄電池的大部分能量沒有被應(yīng)用，如果選擇低容量的蓄電池則不具備強(qiáng)大的放電能力。更重要的是蓄電池對(duì)維護(hù)的要求較高，使用壽命較短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種安全可靠、環(huán)保高效、免維護(hù)、適用范圍廣的基于超級(jí)電容的車載設(shè)備用斷電延時(shí)保護(hù)裝置。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]一種基于超級(jí)電容的車載設(shè)備用斷電延時(shí)保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置分別與車載設(shè)備、車輛供電系統(tǒng)連接，其特征在于，所述的保護(hù)裝置包括超級(jí)電容充電電路、超級(jí)電容放電電路和充放電控制電路，所述的充放電控制電路分別與超級(jí)電容充電電路、超級(jí)電容放電電路連接，所述的超級(jí)電容充電電路電壓輸入端與車輛供電系統(tǒng)連接，超級(jí)電容放電電路電壓輸出端、充放電控制電路的工作狀態(tài)輸出端分別與車載設(shè)備連接。該保護(hù)裝置具體包括電壓輸入端口、工作狀態(tài)端口、電壓輸出端口、三極管D1、二極管D2、電阻R1、電阻R2、超級(jí)電容組、三極管D3和繼電器Jl，所述的電壓輸入端口正極分別與工作狀態(tài)端口正極、三極管Dl的集電極連接，所述的三極管的基極分別與電阻R2、二極管D2負(fù)極、繼電器連接，所述的電阻R2另一端與超級(jí)電容組正極連接，所述的二極管D2正極通過電阻Rl與三極管D3的基極連接，所述的三極管D3的集電極與繼電器連接，所述的繼電器與電壓輸出端口正極連接，所述的電壓輸入端口負(fù)極、超級(jí)電容組負(fù)極、三極管D3的發(fā)射極、工作狀態(tài)端口負(fù)極、電壓輸出端口負(fù)極均接地。
[0007]所述的三極管Dl由第一二極管和第二二極管反向串聯(lián)而成，第一二極管正極與電壓輸入端口正極連接，第一二極管負(fù)極分別與第二二極管負(fù)極、電阻R2 —端、二極管D2負(fù)極連接，所述的第二二極管正極與超級(jí)電容組正極連接。
[0008]所述的超級(jí)電容組通過多個(gè)超級(jí)電容依次串接。
[0009]所述的超級(jí)電容組的容量根據(jù)車載設(shè)備的電氣狀態(tài)數(shù)據(jù)決定，具體為:
[0010]C= ((Vwork+Vmin) XIXt)/ (Vwork2-Vmin2)
[0011]其中C為超級(jí)電容組的容量，Vwork為車載設(shè)備正常工作電壓，Vmin為車載設(shè)備截止工作電壓，I為車載設(shè)備正常工作電流，t為延時(shí)工作時(shí)間。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、本發(fā)明設(shè)計(jì)的超級(jí)電容設(shè)備應(yīng)用在軌道交通車載設(shè)備上，與傳統(tǒng)蓄電池式的UPS設(shè)備相比，它具有安全可靠、環(huán)保高效、維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì):
[0014](I)超級(jí)電容具有非常高的功率密度，與傳統(tǒng)的電容器和電池相比，其電容器儲(chǔ)存電荷的能力高，充電速度快，使用效率高，安全可靠；
[0015](2)超級(jí)電容的質(zhì)量和體積較小，循環(huán)使用壽命長(zhǎng)達(dá)500000次，適合在電氣環(huán)境惡劣的軌道交通車輛中應(yīng)用；
[0016](3)超級(jí)電容超級(jí)電容器使用的材料安全、無毒、環(huán)保，并且免維護(hù)。而蓄電池需要經(jīng)常維護(hù)，廢棄的蓄電池對(duì)環(huán)境帶來很大危害。
[0017]2、本發(fā)明應(yīng)用于軌道交通車輛上，可以為車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備提供延時(shí)關(guān)機(jī)的功能，從而保護(hù)設(shè)備增加系統(tǒng)可靠性；當(dāng)車載設(shè)備上電后，超級(jí)電容進(jìn)入充電狀態(tài)，同時(shí)會(huì)輸出正常電壓供車載設(shè)備使用，整個(gè)充電過程持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，功耗也十分低，對(duì)后端設(shè)備不會(huì)造成影響；當(dāng)瞬時(shí)斷電時(shí)，車載設(shè)備不會(huì)直接停止工作，因?yàn)?，本發(fā)明中超級(jí)電容進(jìn)入放電狀態(tài)，車載設(shè)備輸入電壓會(huì)慢慢的降低，直到電壓小于工作電壓而停止工作，在延長(zhǎng)關(guān)機(jī)的這段時(shí)間內(nèi)可以保證設(shè)備內(nèi)部完成讀寫操作而不丟失數(shù)據(jù)。
[0018]3、適用范圍廣，本發(fā)明的超級(jí)電容的容量可根據(jù)車載設(shè)備的電氣狀態(tài)進(jìn)行增加或減少即可。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的具體電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022]實(shí)施例
[0023]如圖1所示，一種基于超級(jí)電容的車載設(shè)備用斷電延時(shí)保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置I與車載設(shè)備2連接，所述的保護(hù)裝置I包括超級(jí)電容充電電路11、超級(jí)電容放電電路12和充放電控制電路13，所述的充放電控制電路分13別與超級(jí)電容充電電路11、超級(jí)電容放電電路12連接，所述的超級(jí)電容充電電路11輸入端、超級(jí)電容放電電路輸出端12、充放電控制電路13檢測(cè)端分別與車載設(shè)備連接。
[0024]如圖2所示，本發(fā)明具體電路包括電壓輸入端口、工作狀態(tài)端口、電壓輸出端口、三極管D1、二極管D2、電阻R1、電阻R2、超級(jí)電容組、三極管D3和繼電器J1，所述的電壓輸入端口正極分別與工作狀態(tài)端口正極、三極管Dl的集電極連接，所述的三極管的基極分別與電阻R2、二極管D2負(fù)極、繼電器連接，所述的電阻R2另一端與超級(jí)電容組正極連接，所述的二極管D2正極通過電阻Rl與三極管D3的基極連接，所述的三極管D3的集電極與繼電器連接，所述的繼電器與電壓輸出端口正極連接，所述的電壓輸入端口負(fù)極、超級(jí)電容組負(fù)極、三極管D3的發(fā)射極、工作狀態(tài)端口負(fù)極、電壓輸出端口負(fù)極均接地。
[0025]所述的三極管Dl由第一二極管和第二二極管反向串聯(lián)而成，第一二極管正極與電壓輸入端口正極連接，第一二極管負(fù)極分別與第二二極管負(fù)極、電阻R2 —端、二極管D2負(fù)極連接，所述的第二二極管正極與超級(jí)電容組正極連接。
[0026]所述的超級(jí)電容組通過多個(gè)超級(jí)電容依次串接。
[0027]所述的超級(jí)電容組的容量根據(jù)車載設(shè)備的電氣狀態(tài)數(shù)據(jù)決定，具體為:
[0028]C = ((Vwork+Vmin) XIXt)/ (Vwork2-Vmin2)
[0029]其中C為超級(jí)電容組的容量，Vwork為車載設(shè)備正常工作電壓，Vmin為車載設(shè)備截止工作電壓，I為車載設(shè)備正常工作電流，t為延時(shí)工作時(shí)間。
[0030]在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中，車載設(shè)備正常工作電壓Vwork = DC12V，工作的最低電壓Vmin=7V，正常工作電流為I = 2.5A，延時(shí)工作時(shí)間t = 14S，按照超級(jí)電容容量的計(jì)算公式C =((Vwork+Vmin) XIXt)/ (Vwork2-Vmin2)計(jì)算，得到C = 7F,即所需的超級(jí)電容容量為7F。
[0031]其次，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。單個(gè)超級(jí)電容的額定電壓為2.5V?2.7V，因此，具體應(yīng)用要使用多個(gè)超級(jí)電容單元串聯(lián)來滿足電壓的需求。實(shí)際使用的超級(jí)電容總的容量為7法拉，電壓為12V，因此，可以用5個(gè)2.5V，35F的超級(jí)電容串聯(lián)使用以滿足要求。
[0032]通過圖2來具體分析延時(shí)電路的工作過程。其中，端口定義如下:
[0033]Xl (DC IN):延時(shí)電路電壓輸入端口。
[0034]X2 (KEY OUT):延時(shí)電路工作狀態(tài)端口。
[0035]X3 (DC OUT):延時(shí)電路的電壓輸出端口。
[0036]首先，上電后Xl端和X2端有電壓輸出，電流經(jīng)過電阻R2和三極管Dl的I腳、2腳后給超級(jí)電容充電，同時(shí)，電流經(jīng)過二極管D2和電阻Rl后到三極管D3。由圖2可知，三極管D3的基極為高電平，三極管D3導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)繼電器Jl開啟。此時(shí)，X3端子輸出電壓。超級(jí)電容可以在數(shù)十秒內(nèi)完成充電過程。
[0037]當(dāng)瞬間斷電時(shí)，Xl和X3端子無輸出，此刻變?yōu)槌?jí)電容放電過程。超級(jí)電容放電，由圖2可知，放電電流經(jīng)過三極管Dl的3腳、2腳后，經(jīng)過二極管D2和電阻Rl到三極管D3。此時(shí)，三極管D3的基極仍為高電平，三極管D3導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)繼電器Jl開啟，X3端子仍輸出電壓。但隨著超級(jí)電容的放電，電壓逐漸降低，當(dāng)達(dá)到7V時(shí)，二極管D2反向截止，三極管D3基極為低電平，三極管D3截止使繼電器Jl關(guān)閉。此時(shí)，X3端子無輸出。通過延時(shí)的時(shí)間來保護(hù)車載設(shè)備正常完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和關(guān)機(jī)動(dòng)作。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超級(jí)電容的車載設(shè)備用斷電延時(shí)保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置分別與車載設(shè)備、車輛供電系統(tǒng)連接，其特征在于，所述的保護(hù)裝置包括超級(jí)電容充電電路、超級(jí)電容放電電路和充放電控制電路，所述的充放電控制電路分別與超級(jí)電容充電電路、超級(jí)電容放電電路連接，所述的超級(jí)電容充電電路電壓輸入端與車輛供電系統(tǒng)連接，超級(jí)電容放電電路電壓輸出端、充放電控制電路的工作狀態(tài)輸出端分別與車載設(shè)備連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超級(jí)電容的車載設(shè)備用斷電延時(shí)保護(hù)裝置，其特征在于，該保護(hù)裝置具體包括電壓輸入端口、工作狀態(tài)端口、電壓輸出端口、三極管Dl、二極管D2、電阻R1、電阻R2、超級(jí)電容組、三極管D3和繼電器J1，所述的電壓輸入端口正極分別與工作狀態(tài)端口正極、三極管Dl的集電極連接，所述的三極管的基極分別與電阻R2、二極管D2負(fù)極、繼電器連接，所述的電阻R2另一端與超級(jí)電容組正極連接，所述的二極管D2正極通過電阻Rl與三極管D3的基極連接，所述的三極管D3的集電極與繼電器連接，所述的繼電器與電壓輸出端口正極連接，所述的電壓輸入端口負(fù)極、超級(jí)電容組負(fù)極、三極管D3的發(fā)射極、工作狀態(tài)端口負(fù)極、電壓輸出端口負(fù)極均接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超級(jí)電容的車載設(shè)備用斷電延時(shí)保護(hù)裝置，其特征在于，所述的三極管Dl由第一二極管和第二二極管反向串聯(lián)而成，第一二極管正極與電壓輸入端口正極連接，第一二極管負(fù)極分別與第二二極管負(fù)極、電阻R2 —端、二極管D2負(fù)極連接，所述的第二二極管正極與超級(jí)電容組正極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超級(jí)電容的車載設(shè)備用斷電延時(shí)保護(hù)裝置，其特征在于，所述的超級(jí)電容組通過多個(gè)超級(jí)電容依次串接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于超級(jí)電容的車載設(shè)備用斷電延時(shí)保護(hù)裝置，其特征在于，所述的超級(jí)電容 組的容量根據(jù)車載設(shè)備的電氣狀態(tài)數(shù)據(jù)決定，具體為:
C = ((Vwork+Vmin) XIXt)/ (Vwork2-Vmin2) 其中C為超級(jí)電容組的容量，Vwork為車載設(shè)備正常工作電壓，Vmin為車載設(shè)備截止工作電壓，I為車載設(shè)備正常工作電流，t為延時(shí)工作時(shí)間。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103457321SQ201310386151
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】李慧鵬, 楊永銘, 何俊杰, 張蕾, 王莉, 許妍琳, 戴悅, 朱娜, 朱坤, 陳亮亮 申請(qǐng)人:上海鐵路通信有限公司