[发明专利]基于超级电容的车载设备用断电延时保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种断电延时保护电路，尤其是涉及一种基于超级电容的车载设备用断电延时保护装置。

背景技术

轨道交通车载设备一般处在恶劣的环境条件和电气条件下工作，因此，在设计车载系统设备时必须考虑机车内复杂环境对电气设备造成的影响。轨道交通列车监控系统是车载视频监控系统，它主要由视频服务器及系统主机等计算机通信类设备构成。当这些设备遭遇瞬间断电时，硬盘系统会由于驱动电机动力不足使磁头摩擦盘片，长期下来就会造成磁道的物理性损坏。并且，瞬间断电时计算机内存里的数据无法及时地动态刷新，正在运行的程序和传输的数据会由于被迫中断而造成程序破坏和数据丢失，带来损失。

为避免以上问题，一般会考虑系统中增加UPS(不间断电源)提供设备保护。UPS系统是由蓄电池和电源逆变转换电路构成。一般的UPS系统不适用于车载设备保护，以下做具体分析。在列车断电的最初几秒到几分钟内起决定作用，需要蓄电池在这段时间提供电能，蓄电池自身的缺点(需定期维护、寿命短)使UPS在运行时需要时刻检测蓄电池的状态。在计算机系统中，需UPS提供的时间相对很短，而蓄电池的大部分能量没有被应用，如果选择低容量的蓄电池则不具备强大的放电能力。更重要的是蓄电池对维护的要求较高，使用寿命较短。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全可靠、环保高效、免维护、适用范围广的基于超级电容的车载设备用断电延时保护装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于超级电容的车载设备用断电延时保护装置，该保护装置分别与车载设备、车辆供电系统连接，其特征在于，所述的保护装置包括超级电容充电电路、超级电容放电电路和充放电控制电路，所述的充放电控制电路分别与超级电容充电电路、超级电容放电电路连接，所述的超级电容充电电路电压输入端与车辆供电系统连接，超级电容放电电路电压输出端、充放电控制电路的工作状态输出端分别与车载设备连接。该保护装置具体包括电压输入端口、工作状态端口、电压输出端口、三极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、超级电容组、三极管D3和继电器J1，所述的电压输入端口正极分别与工作状态端口正极、三极管D1的集电极连接，所述的三极管的基极分别与电阻R2、二极管D2负极、继电器连接，所述的电阻R2另一端与超级电容组正极连接，所述的二极管D2正极通过电阻R1与三极管D3的基极连接，所述的三极管D3的集电极与继电器连接，所述的继电器与电压输出端口正极连接，所述的电压输入端口负极、超级电容组负极、三极管D3的发射极、工作状态端口负极、电压输出端口负极均接地。

所述的三极管D1由第一二极管和第二二极管反向串联而成，第一二极管正极与电压输入端口正极连接，第一二极管负极分别与第二二极管负极、电阻R2一端、二极管D2负极连接，所述的第二二极管正极与超级电容组正极连接。

所述的超级电容组通过多个超级电容依次串接。

所述的超级电容组的容量根据车载设备的电气状态数据决定，具体为：

C＝((Vwork+Vmin)×I×t)/(Vwork²-Vmin²)

其中C为超级电容组的容量，Vwork为车载设备正常工作电压，Vmin为车载设备截止工作电压，I为车载设备正常工作电流，t为延时工作时间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明设计的超级电容设备应用在轨道交通车载设备上，与传统蓄电池式的UPS设备相比，它具有安全可靠、环保高效、维护方便等优势：

(1)超级电容具有非常高的功率密度，与传统的电容器和电池相比，其电容器储存电荷的能力高，充电速度快，使用效率高，安全可靠；

(2)超级电容的质量和体积较小，循环使用寿命长达500000次，适合在电气环境恶劣的轨道交通车辆中应用；

(3)超级电容超级电容器使用的材料安全、无毒、环保，并且免维护。而蓄电池需要经常维护，废弃的蓄电池对环境带来很大危害。

2、本发明应用于轨道交通车辆上，可以为车载视频监控系统设备提供延时关机的功能，从而保护设备增加系统可靠性；当车载设备上电后，超级电容进入充电状态，同时会输出正常电压供车载设备使用，整个充电过程持续时间不长，功耗也十分低，对后端设备不会造成影响；当瞬时断电时，车载设备不会直接停止工作，因为，本发明中超级电容进入放电状态，车载设备输入电压会慢慢的降低，直到电压小于工作电压而停止工作，在延长关机的这段时间内可以保证设备内部完成读写操作而不丢失数据。