一种具有防雷功能的电子设施双源集中式供电装置的制作方法

1.本实用新型属于电气电子技术领域，特别涉及一种具有防雷功能的电子设施双源集中式供电装置，与文物保护单位“防火、防盗、防雷”三防措施的数字化、网络化和智能化密切相关。


背景技术：

2.原国家文物局发布了《博物馆和文物保护单位安全防范系统要求》(gb/t16571—2012)标准，规定了博物馆和文物保护单位(古建筑、石窟寺及石刻、古文化遗址、古墓葬等)安全防范系统的人力防范、实体防范、技术防范要求，作为安全防范系统设计、施工、检验和验收的基本依据。为了提升文物建筑安全防范水平，国内诸多物联网科技公司研发了种类繁多的“智慧消防”系统、博物馆智能安防系统等文物建筑安全防范系统，毫无疑问，此类系统必须具备环境适应性和电磁兼容性，尤其是在雷雨气象条件下，也应当能够正常工作。然而，当下通行的“智慧消防”系统中的火灾探测器、智能安防系统中入侵探测器大多采用锂电池供电，这不但会因电量不足而发生不定期漏检现象，而且因需要不定期更换电池而增加额外的系统维护保障支出。不论是从系统运行的可靠性，还是从节省系统维护保障经费的角度来看，作为电子监测设施(固定安装)而非装备(便携式)，只要条件允许，都应尽量采用有线传输信号/有线双电源集中式供电方案。而采用有线集中式供电方案，就必须考虑采用电源抗雷击浪涌的保护措施。众所周知，建筑物避雷针一般用于防护直接雷击，而最常见的电子设施损坏或性能指标下降，并非直接由雷击引起的，而是肇源于电源的雷击浪涌高压或信号传输线所感应的雷击浪涌过流。市电电网绵延数千公里，发生引发雷击浪涌电压/电流的几率是很高的。当几百公里之外发生雷击时，雷击浪涌经电网传输衰减，进入文物建筑安全防范系统中的电子设施时电压仍有上千伏，尽管瞬间高压或瞬间大电流的持续时间往往只有几十到几百个微秒，不足以烧毁电子设施，但是这种现象对电子设施内部半导体元件的损伤却很大，甚至使系统工作状态逐渐变得越来越不稳定。尤其应当指出，电源浪涌(电压/电流)并不仅仅源于雷击，当电力系统出现短路故障、或切换大负荷负载时都会产生电源浪涌。
3.基于以上应用背景和技术缺陷状况，本发明人设计了一种实用化双电源集中式有线供电装置及其抗雷击浪涌保护电路，可作为文物建筑安全防范系统电子设施的双电源有线集中供电设施，本案由此产生。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的，在于提供一种具有防雷功能的电子设施双源集中式供电装置，既可实现对文物建筑智能化安全防范系统中的电子设施实现连续不间断供电，又可降低系统运行维护保障经费支出。
5.为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：
6.一种具有防雷功能的电子设施双源集中式供电装置，包括锂电池组和市电输入的
直流稳压源，所述锂电池组由前述直流稳压源或太阳能充电；直流稳压源的输入端并联有共模防雷保护电路和第一差模防雷保护电路，直流稳压源的输出端经第二差模防雷保护电路连接开关的一端，锂电池组的输出端也连接开关的该端，开关的另一端连接供电设施。
7.上述共模防雷保护电路包括第一陶瓷气体放电管、第二压敏电阻、第三压敏电阻、第二温度保险丝和第三温度保险丝，其中，第二压敏电阻、第二温度保险丝、第三温度保险丝、第三压敏电阻依次串联后，再并联于直流稳压源的输入端；第一陶瓷气体放电管的一端连接在第二温度保险丝、第三温度保险丝之间，另一端接地。
8.上述第一差模防雷保护电路包括第一压敏电阻和第一温度保险丝，第一压敏电阻和第一温度保险丝顺序串联后，再并联于直流稳压源的输入端。
9.上述第二差模防雷保护电路包括第一自恢复保险丝和第四压敏电阻，第一自恢复保险丝与第四压敏电阻串联后，连接于直流稳压源的输出端与地之间，且第一自恢复保险丝与第四压敏电阻的连接点连接开关的一端。
10.上述供电装置还包括第一肖特基二极管、第二肖特基二极管和电容，其中，第一肖特基二极管的正极连接直流稳压源的输出端，第二肖特基二极管的正极连接锂电池组的输出端，第一、第二肖特基二极管的负极连接后，共同连接开关的一端，开关的该端还经电容接地。
11.上述锂电池组由直流稳压源充电时，在直流稳压源与锂电池组之间还连接第三差模防雷保护电路，第三差模防雷保护电路包括第二自恢复保险丝和第五压敏电阻，第二自恢复保险丝与第五压敏电阻串联后，连接于直流稳压源的输出端与地之间，且第二自恢复保险丝与第五压敏电阻的连接点连接至锂电池组的输入端。
12.上述锂电池组由太阳能充电时，锂电池组的输入端与太阳能板的输出端之间并联有第三差模防雷保护电路，第三差模防雷保护电路包括第六压敏电阻、第四温度保险丝和第二陶瓷气体放电管，第六压敏电阻、第四温度保险丝串联后并联于太阳能板的输出端；第二陶瓷气体放电管的一端连接太阳能板的输出端，另一端接地。
13.上述供电装置还包括第三肖特基二极管和超级电容，第三肖特基二极管和超级电容串联后，一端连接太阳能板的输出端，另一端接地。
14.采用上述方案后，本实用新型具有以下改进：
15.(1)不论是从系统运行的可靠性，还是从节省经费的角度来看，作为电子监测设施(固定安装)而非装备(便携式)，只要施工条件允许，都应尽量采用有线传输信号/双电源集中式有线供电方案。采用本实用新型技术——带有双重抗雷击浪涌高压/过流保护电路的双电源供电方案，既可对文物建筑智能化安全防范系统中的电子设施实现连续不间断供电，又可降低系统运行维护保障经费支出；
16.(2)在室内电子设施的双电源供电装置中，在直流稳压源(两路输出：一路用于供电，另一路用于锂电池组充电)的交流输入端口和直流输出端口，均附加了具有防火功能的抗雷击浪涌高压和抑制雷击浪涌过流的防雷保护电路，大大提高了基于直流稳压源和锂电池组的双源供电装置的环境适应性和可靠性；
17.(3)在户外电子设施的双电源供电装置中，市电输入的直流稳压源的防雷保护电路与第(2)点相同，不再赘述；太阳能输入的锂电池组充电器的防雷保护电路，采用具有防火灾功能的抗雷击浪涌高压的防雷器附加在太阳能电池板的输出端口，这不但可利用太阳
能作为安全供电装置，而且也提高了双源供电装置的环境适应性和可靠性；
18.(4)充分应用当代先进的电子元器件技术，使双电源集中式供电装置具有体积小、重量轻和性价比高的特点。
附图说明
19.图1是本实用新型适用于室内电子设施的双源集中式供电装置的电路图；
20.图2是本实用新型适用于户外电子设施的双源集中式供电装置的电路图。
具体实施方式
21.以下将结合附图，对本实用新型的技术方案及有益效果进行详细说明。
22.本实用新型提供一种具有防雷功能的电子设施双源集中式供电装置，作为文物建筑智能化安全防范系统电子设施的集中式有线电源，从而确保不间断连续供电，避免因雷击浪涌高压、过流或市电急剧波动而造成电子设施老化或损坏，所述集中式供电装置包括市电(交流电)输入的直流稳压源，以及由直流稳压源或太阳能充电的锂电池组，其中，为室内电子设施供电时，采用直流稳压源为锂电池组充电，为户外电子设施供电时，锂电池组采用太阳能充电。
23.本实用新型的改进点在于：在直流稳压源的交流输入端口，连接由压敏电阻(rv)、温度保险丝(tf)和陶瓷气体放电管(gdt)组成的防雷击浪涌共模/差模全保护电路；在直流稳压源的输出端，增加连接由自恢复保险丝(ptc)、压敏电阻(rv)组成的防雷保护电路；对于太阳能充电的装置而言，在太阳能电板的直流输出端口增加连接由温度保险丝(tf)、压敏电阻(rv)和陶瓷气体放电管(gdt)组成的防雷保护电路。采用这种输入
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输出端均带有防雷保护电路的双电源供电方案，既可提高文物建筑智能化安全防范系统的环境适应性和可靠性，又可避免当下“智慧消防”/智能安防系统普遍采用的单锂电池或单直流稳压源供电方案的固有弊端——不定期出现断电现象或需要不定期更换电池，进而提高文物建筑智能化安全防范系统的维护保障性。
24.在实际电路中，进行如下改进：
25.(1)在文物建筑安全防范系统中，室内火灾/入侵探测器和其他电子设施的双电源供电装置由市电输入的直流稳压源和市电充电的锂电池组所组成，其中，直流稳压源包含两路输出，一路直流稳压源(12v/3.3a)和锂电池组(12v/10ah)构成双电源供电装置，二者输出用肖特基二极管隔离；另一路直流稳压源(15.1v/2a)作为锂电池组智能充电器电源；在直流稳压源的输入
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输出端口均附加防雷击浪涌保护电路，其中，交流输入端附加具有防火功能的共模、差模防雷击浪涌全保护电路；直流输出端附加具有防火功能的差模防雷击浪涌全保护电路。
26.(2)在文物建筑安全防范系统中，户外入侵探测器/视频监控设施(安装在立杆上)的双电源供电装置由市电输入的直流稳压源和太阳能电池板(17v/20w)充电的锂电池组(12v/10ah)所组成。
27.(3)在直流稳压源的交流输入端口附加了由压敏电阻(rv)、温度保险丝(tf)和陶瓷气体放电管(gdt)组成的共模、差模防雷击浪涌全保护电路，这是一种复合对称的单相并联式防雷电路，可随意连接交流电的l、n输入端；在直流稳压源和锂电池组的输出端口附加
了由自恢复保险丝(ptc)、压敏电阻(rv)组成的防雷击浪涌高压和过流保护电路。
28.(4)在太阳能电池板的直流输出端口附加了由压敏电阻(rv)、温度保险丝(tf)和陶瓷气体放电管(gdt)组成的差模防雷击浪涌全保护电路，使智能锂电池充电装置不至于因雷击浪涌高压而损毁或导致成其性能指标下降。
29.(5)在太阳能电池板输出端通过肖特基二极管并联超级电容，通过预先存储太阳能，以提高太阳能电池板驱动能力。
30.如图1所示，是本实用新型适用于室内电子设施的电路图，其中，双源集中式供电装置由市电输入的直流稳压源和锂电池组构成，直流稳压源的输入
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输出端口均连接有防雷击浪涌保护电路，具体说明如下：
31.(1)在市电输入的差模防雷电路中，利用压敏电阻的非线性特性，当雷击浪涌高压(l端与n端之间，差模)施加在压敏电阻rv1的两极，rv1将l端与n端之间的电压钳位到相对固定的电压值，从而实现对后级直流稳压源的保护。在该保护电路中，引入温度保险丝tf(rv1
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tf1支路)的目的是，当rv1因承载雷击浪涌高压出现过热现象时，tf1将自动熔断以避免火灾的发生。
32.(2)在市电输入的共模防雷电路中，陶瓷气体放电管(gdt1)串接在l端的“rv2
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tf2支路”和n端的“rv3
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tf3支路”的汇合点与大地之间，当l支路/n支路的雷击浪涌高压达到使gdt内部的气体击穿时，gdt由高阻抗变成低阻抗，使浪涌电压迅速短路而接近于零电压，并将过电流释放到大地中，从而对后续直流稳压源起到保护作用。
33.(3)在两路直流稳压源输出端(一路用于供电，另一路用于锂电池组充电)的防雷电路中，当雷击浪涌高压施加在直流稳压源输出端口，压敏电阻rv4/rv5将输出电压钳位到某一相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护；而与rv4/rv5串联的自恢复保险丝ptc1/ptc2则用于抑制雷击浪涌过电流，亦即，当线路发生短路或过载时，流经自恢复保险丝的大电流所产生的热量将使其体积迅速增长而形成高阻状态，从而对后续电路/12v锂电池组智能充电器起到保护作用。
34.(4)直流稳压源的输出与锂电池组的输出通过肖特基二极管sbd1/sbd2隔离；电容c2用于降低交流脉动波纹系数；在直流电源地线与机壳之间串一个y电容c1，将地线感应的雷击高频浪涌电流引入大地。
35.如图2所示，是本实用新型适用于户外电子设施的电路图，其中，由市电输入的直流稳压源和锂电池组构成双电源集中式供电装置；在直流稳压源的输入
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输出端口、太阳能电池板的输出端(接12v锂电池组智能充电器的输入端)均连接有防雷击浪涌保护电路，具体说明如下：
36.(1)在市电输入的差模防雷电路中，利用压敏电阻的非线性特性，当雷击浪涌高压(l端与n端之间，差模)施加在压敏电阻rv1的两极，rv1将l端与n端之间的电压钳位到某一相对固定的电压值，从而实现对后级直流稳压源的保护。将温度保险丝tf1与压敏电阻rv1串联的目的是，当rv1因承载雷击浪涌高压出现过热现象时，tf1将自动熔断以避免火灾的发生。
37.(2)在市电输入的共模防雷电路中，陶瓷气体放电管(gdt)串接在l端的“rv2
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tf2支路”和n端的“rv3
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tf3支路”的汇合点与大地之间，当l支路/n支路的雷击浪涌高压达到使gdt1内部的气体击穿时，gdt1由高阻抗变成低阻抗，使浪涌电压迅速短路而接近于零电压，
并将过电流释放到大地中，从而对后续直流稳压源起到保护作用。
38.(3)在直流稳压源输出端的防雷电路中，当雷击浪涌高压施加在压敏电阻rv4的两极时，rv4将稳压源输出电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护；而与rv4串联的自恢复保险丝ptc1则用于雷击浪涌抑制大电流，亦即，当线路发生短路或过载时，流经自恢复保险丝的大电流所产生的热量将使其体积迅速增长而形成高阻状态，从而对后续电路起到保护作用。
39.(4)在太阳能电池板的输出端口防雷电路中，“rv5
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tf4支路”并联在太阳能电池板的输出端之间，陶瓷气体放电管(gdt)串接在太阳能电池板输出端的地线与大地之间，当雷击浪涌高压达到使gdt2内部的气体击穿时，gdt2由高阻抗变成低阻抗，使浪涌电压迅速短路而接近于零电压，并将过过电流释放到大地中，从而对后续直流稳压源起到保护作用。
40.(5)为了增加太阳能电池板驱动负载能力，通过肖特基二极管sbd3将超级电容sc与太阳能电池板输出端口并联在一起，把太阳能发出的电能预先储存起来。
41.(6)直流稳压源输出端与锂电池组输出端通过肖特基二极管sbd1/sbd2隔离；电容c2用于降低交流脉动波纹系数；在直流电源地线与机壳之间串一个y电容，可将地线所感应的雷击高频浪涌电流引入大地中。
42.以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。