1. 前言
　　无人值守电源通常的工作地域都远离市区，工作条件比较差，环境温度范围达－30～＋55℃，电压波动范围在160～300V，而且供电也不正常，这样就给电源提出了苛刻的要求，不但要电源有宽广的温度适应范围，而且需要适应复杂的供电条件。本文介绍一种能在苛刻条件下可靠工作的电源后备功能管理单元，它能保证在正常供电时以理想的充电曲线向电瓶充电，而当交流供电不正常时自动切换到电瓶供电状态，并通过RS－232口输出故障信息。供电恢复正常后又自动转入交流市电供电状态。实际使用证明只要转换电路检测点选择恰当，就不会给输出电路带来冲击，工作可靠稳定，可达到工业级水平。

2. 电路结构
　　电源后备功能管理所设计的电路结构框图如图1所示。交流市电经滤波以后，一路送入交流电压检测与调压控制单元去完成如下工作：判断交流电压是否低于下限电压。若是，则封锁可控硅，关闭交流输入，启动备用电源。若电压偏高，根据电压情况控制可控硅使直流电压调整到适当值；另一路交流输入电压经可控整流滤波单元进行处理后输出高压直流电压，送入DC/DC转换模块，产生符合控制要求的直流电压。同时，该直流电压进入输出电压可控的充电模块。充电模块的工作完全受控制单元的控制，控制单元根据环境温度的变化，被充电瓶电压的变化自动调整充电曲线，使电瓶处在最佳的充电状态，从而提高充电效率，延长了电瓶的使用寿命，保证了电瓶充电的饱满程度。另外，控制单元根据交流电压的变化趋势控制转换器，决定系统工作于交流供电状态，还是工作于后备状态。
3. 自适应充电回路的工作原理
　　充电回路的工作原理如图2所示。图中M3为美国VICOR公司的DC/DC模块VI－26L－CU输出电压可以通过T端进行调整，调整范围为10～50％，其调整原理见图3所示。当误差放大器负端电压低于正端电压时，输出为正，输出调整电压升高；反之，输出调整电压下降。如果将T点电压提高，则输出电压升高，若降低T点电压，则输出电压下降。其调整电路如图4所示，主要由UNITRODE公司生产的专用充电控制IC UC2906控制，以下是其基本功能。

　　UC2906充电控制IC具有浮充、强充、过充等三个工作阶段，各阶段电压由V_OC、V_F、V₁₂、V₃₁等控制，这些值具体可由R_A、R_B、R_C决定，分别适应于电平不同充电阶段。
　　UC2906的最大充电电流I_max由R_S决定，而最小充电电流I_min=1/10I_max是由I_C内部决定的。
　　为适应电瓶在不同温度环境时所需要的充电电压的不同，该芯片内置温度传感器，可自调整芯片内部的基准电压，从而改变各阶段的充电值。UC2906的温度范围为－40～70℃。
　　充电电压及充电电流的调整通过UC2906的16脚进行控制，因此，将UC2906和VI－26L－CU按图2结合，就可设计成一个备用电源系统，具体参数如下(25℃时)：
　　I_max=7.5A，V_DC=30.4V，V_F=27.3V，V_T=21V，适应于24V供电系统。
　　工作时，图2中的UC2906根据电瓶电压的变化以及环境温度的变化情况，自动调整15脚电压，再经M3的T端调整后，使V_OUT达到规定要求，R_S的作用是：
　　● 限制充电电流，使其不超过I_max；
　　● 当电平充满电后，I_S<I_min=1/10I_max，控制电路自动转入浮充状态，电阻R39，R42，R41对应于图4中的R_A(K)，R_A(1－K)，R_B和R_B的取值大小由V_DC、V_F、V_T等决定。
4. 参数的计算
4.1 UC2906外围电阻网络的计算
　　R_S=ΔV/I_max
　　R_B=V_OCV_REF×105/4V_F
　　R_A=V_OC/I_min－R_B
　　R_C=R_A/[(V_OC/V_REF)－1－(R_A/R_B)]
　　K={[(V_S/V_REF）－1][(R_A＋(R_CR_B/R_C＋R_B）]}/V_TR_A/V_REF
　　R_A(K)=KR_A
　　R_A(1－K)=(1－k)R_A
　　其中：ΔV=250mV,V_REF=2.3V。
4.2 VI－26L－CU分压网络的计算
　　参见图2和图3，V_P=5.1V，R38为31kΩ。
　　(1) 求最大提升电压及提升电阻值
　　VI－26L－CU的标称输出电压为28V，当升至V_OC(30.4V)时，其调整率为：
　　η=(V_OC－28)/28=(30.4－28)/28=8.6％
　　因此：V_T=2.5(1＋η)=2.72V
　　I_RS=(2.71－2.5)/10=21μA
　　(2) 求最低输入电压及下拉电阻
　　R₃₆=[(V_P－2.72)/IR₅]－R₅=2.28/21－10=98kΩ
　　η=(28－V_F)/28=2.5％，
　　V_R5=2.5×2.5％=0.1V，
　　因此I_R5=V_R5/R₅=0.1/10k=10μA，
　　R₃₇=(2.5－V_R5)/10=2.4/10－R₃₆=240－R₃₆=130kΩ，
　　调整率可由V_F=27.3V求得。

5. 自动切换原理　
　　自动切换原理图如图5所示，正常供电情况下，24V直流电由VICOR模块VI－26L－CU产生并经D9输出，此时G6导通，使继电器线圈JC1断电，常开触头不闭合，电瓶不供电，保持充电状态。一旦交流电供电不正常(停电、过高或过低)，D8截止。电容C44、C45放电使JC1吸合，J1接通，转入电瓶供电状态。当电瓶电压低于V_T(即亏电状态)时，UC2906输出高电平，使G6导通，JC1失电，使J1断开，终止由电瓶向外供电。在电瓶供电期间或之后，若交流电恢复正常，电路自动恢复交流供电的工作状态。
　　该文介绍的后备供电控制系统，经在GY－Ⅱ型直放电源中长期运行证明：可靠性高，切换灵活，并可使电瓶寿命平均延长70％左右，值得推广使用。