基于不间断电源的电子门禁系统论文和设计-占佳锋

全文摘要

本实用新型提供了一种基于不间断电源的电子门禁系统，电子门禁系统的电源电压由不间断电源提供，不间断电源包括法拉电容模块，断电检测模块，蓄电池模块和电源切换模块。在整个掉电切换过程中，由法拉电容模块输出的第一电压提供电源电压，使得电源电压不会受到切换响应延迟的影响，实现了无缝切换。这样，电子门禁系统全程不会发生掉电失效现象，同时也降低了正常工作过程中的能量消耗。

主设计要求

1.一种基于不间断电源的电子门禁系统，包括：门禁识别接口，根据外部输入，生成一个门禁识别信号；门禁控制器，接收所述门禁识别信号，根据所述门禁识别信号，生成门禁控制信号，提示是否开放门禁；门禁动作器，根据所述门禁控制信号，来开关门禁；其中，所述电子门禁系统的电源电压由不间断电源提供，所述不间断电源包括法拉电容模块，断电检测模块，蓄电池模块和电源切换模块，所述不间断电源接收一来自外部的直流电压，其中：所述法拉电容模块具有一个输入端，接收所述直流电压为所述法拉电容模块中的法拉电容充电，并根据所述直流电压，由所述法拉电容在所述法拉电容模块的输出端输出第一电压；所述断电检测模块通过一检测端接收所述直流电压，根据所述直流电压的变化情况，在一信号输出端输出一个断电检测信号，所述断电检测信号提示外部电源是否断电；所述蓄电池模块具有输入端和输出端，所述蓄电池模块的输出端输出一个电池电压；所述电源切换模块具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和一个电压输出端，其中所述第一输入端连接到所述法拉电容模块，接收所述第一电压，所述第二输入端连接到所述蓄电池模块的输出端，接收所述电池电压，所述第三输入端连接到所述断电检测模块的所述信号输出端，接收所述断电检测信号，所述电压输出端根据所述第一电压，所述电池电压和所述断电检测信号，输出所述电源电压，供给负载，所述电源电压进一步由所述蓄电池模块的输入端接收。

设计方案

1.一种基于不间断电源的电子门禁系统，包括：

门禁识别接口，根据外部输入，生成一个门禁识别信号；

门禁控制器，接收所述门禁识别信号，根据所述门禁识别信号，生成门禁控制信号，提示是否开放门禁；

门禁动作器，根据所述门禁控制信号，来开关门禁；

其中，所述电子门禁系统的电源电压由不间断电源提供，所述不间断电源包括法拉电容模块，断电检测模块，蓄电池模块和电源切换模块，所述不间断电源接收一来自外部的直流电压，其中：

所述法拉电容模块具有一个输入端，接收所述直流电压为所述法拉电容模块中的法拉电容充电，并根据所述直流电压，由所述法拉电容在所述法拉电容模块的输出端输出第一电压；

所述断电检测模块通过一检测端接收所述直流电压，根据所述直流电压的变化情况，在一信号输出端输出一个断电检测信号，所述断电检测信号提示外部电源是否断电；

所述蓄电池模块具有输入端和输出端，所述蓄电池模块的输出端输出一个电池电压；

所述电源切换模块具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和一个电压输出端，其中所述第一输入端连接到所述法拉电容模块，接收所述第一电压，所述第二输入端连接到所述蓄电池模块的输出端，接收所述电池电压，所述第三输入端连接到所述断电检测模块的所述信号输出端，接收所述断电检测信号，所述电压输出端根据所述第一电压，所述电池电压和所述断电检测信号，输出所述电源电压，供给负载，所述电源电压进一步由所述蓄电池模块的输入端接收。

2.如权利要求1所述的基于不间断电源的电子门禁系统，其中，在所述断电检测信号提示来自外部的所述直流电压正常时，所述电源切换模块选择所述第一电压作为所述电源电压，在所述断电检测信号提示来自外部的所述直流电压掉压时，所述电源切换模块选择所述蓄电池电压作为所述电源电压。

3.如权利要求1所述的基于不间断电源的电子门禁系统，其中，所述第一电压，所述蓄电池电压和所述电源电压相等，所述直流电压大于所述第一电压，所述蓄电池电压和所述电源电压。

4.如权利要求1所述的基于不间断电源的电子门禁系统，其中，所述法拉电容模块包括：

输入电阻,一端接收所述直流电压；

法拉电容阵列，包括一个或多个法拉电容，具有正极和负极，其中，所述正极耦接到所述输入电阻的另一端，并输出所述第一电压，负极耦接至系统地；

法拉电容保护模块，包括一个或多个法拉电容保护电路，每个法拉电容保护电路同所对应保护的法拉电容并联设置

隔离二极管，所述隔离二极管同所述输入电阻串联，所述隔离二极管的正极同所述直流电压耦接，所述隔离二极管的负极同所述法拉电容阵列的正极相耦接。

5.如权利要求4所述的基于不间断电源的电子门禁系统，其中，所述法拉电容保护电路具有第一输入端，第二输入端，和一个泄放电流输出端，所述法拉电容保护电路的第一输入端耦接对应所保护的法拉电容的电压较高的一端，所述拉法电容保护电路的第二输入端耦接到该法拉电容的电压较低的一端，用以感测当前受保护的法拉电容两端的电压，所述泄放电流输出端通过一个泄流电阻同所述法拉电容保护电路的第二输入端相耦接，当所述法拉电容的两端电压超过预定阈值时，所述泄放电流输出端同所述法拉电容保护电路的第一输入端接通，并同泄流电阻形成泄流回路，使受保护的法拉电容两端短路泄流。

6.如权利要求4所述的基于不间断电源的电子门禁系统，其中，所述法拉电容保护电路具有第一输入端，第二输入端，和一个泄放电流输出端，所述法拉电容保护电路的第一输入端耦接对应所保护的法拉电容的电压较高的一端，所述拉法电容保护电路的第二输入端耦接到该法拉电容的电压较低的一端，用以感测当前受保护的法拉电容两端的电压，所述泄放电流输出端通过一个泄流电阻同系统地相耦接，当所述法拉电容的两端电压超过预定阈值时，所述泄放电流输出端同所述法拉电容保护电路的第一输入端接通，并同泄流电阻形成泄流回路，使受保护的法拉电容两端短路泄流。

7.如权利要求1所述的基于不间断电源的电子门禁系统，其中，所述电源切换模块包括：

切换信号驱动电路，所述切换信号驱动电路具有切换信号输入端和驱动信号输出端，所述切换信号输入端接收来自于所述断电检测模块的所述断电检测信号，根据所述断电检测信号，在驱动信号输出端输出切换驱动信号；

第一切换开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端耦接接收所述电池电压，所述控制端接收所述切换驱动信号；

第二切换开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端耦接到所述第一切换开关的第二端，并输出所述电源电压，所述第二端耦接接收所述第一电压，所述控制端接收切换驱动信号

其中当外部电源正常时，所述切换驱动信号使得所述第一切换开关关断，所述第二切换开关导通，所述电源电压由所述法拉电容模块所提供的第一电压提供；

当外部电源中断时，所述切换驱动信号响应所述断电检测信号，使得所述第一切换开关导通，所述第二切换开关关断，使得所述电源电压由所述电池电压提供。

8.如权利要求1所述的基于不间断电源的电子门禁系统，其中，所述电源切换模块包括继电器和控制开关，所述继电器为一个双掷型继电器，所述继电器控制回路部分同所述控制开关串联耦接在所述电源电压和所述系统地之间，所述继电器的输出回路的一端具有第一触点，连接到所述电源电压，另一端具有第二触点和第三触点，分别连接到所述第一电压和所述电池电压，所述控制开关由所述断电检测信号控制闭合和断开。

9.如权利要求1所述的基于不间断电源的电子门禁系统，其中：

所述门禁控制器为一个微控制器，接收所述门禁识别信号，根据所述门禁识别信号，生成门禁控制信号，提示是否开放门禁；

所述蓄电池模块包括电源输入端，用于接收所述电源电压作为所述蓄电池模块电源，所述蓄电池模块进一步包括直流-直流(DC-DC)电源模块，DC-DC控制信号发生器，DC-DC反馈感测电路，以及蓄电池，所述DC-DC电源模块接收所述电源电压，输出一个充电电压为所述蓄电池充电，所述DC-DC反馈感测电路根据所述蓄电池的充电电压和充电电流，分别生成数字化的电压反馈信号和数字化的电流反馈信号；

所述DC-DC控制信号发生器包括所述微控制器，分别接收并根据所述断电检测信号，所述数字化的电压反馈信号和所述数字化的电流反馈信号，，生成数字化的脉宽调制信号(PWM)，用于控制所述DC-DC电源模块，其中，当所述断电检测信号提示断电后，所述微控制器不再使能输出所述PWM信号，以停止驱动所述DC-DC电源模块，使得所述蓄电池转入放电模式。

10.如权利要求1所述的基于不间断电源的电子门禁系统，其中所述门禁动作器包括继电器，电磁铁和控制开关和限流电阻，其中：

所述继电器为一个双掷型继电器，控制回路部分同所述控制开关串联耦接在所述电源电压和所述系统地之间，所述继电器的输出回路的一端具有第一触点，连接到所述电磁铁的一端，所述继电器的另一端具有第二触点和第三触点，分别连接到所述电源电压和所述系统地，所述电磁铁的另一端通过所述限流电阻连接到所述电源电压，所述控制开关由所述门禁控制信号控制闭合和断开。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，具体而言，涉及一种基于不间断电源的电子门禁及其控制方法。

背景技术

电子门禁相比机械门锁，能够更加适应人员流动量较大环境下的访问控制需求，在学校，企业和宾馆等场合具有广泛的需求。对电子门禁的可靠性和实用性质疑主要来自于当发生突然断电时，电子门禁往往可能发生各种失效问题。基于不间断电源的电子门禁是解决电子门禁当前的断电问题的一个主要思路。

不间断电源(UPS)被广泛应用于各种供电系统中，以避免电路系统在运行时突然断电以及保持电路系统全天候正常工作。目前，通用的直流UPS 电源主要分为在线式和后备式。

直流在线式UPS电源位于负载和电源之间，作为负载的直接电源，多采用AC-DC-DC变换。然而，对于开关电源来说变换次数越多，能量损耗越大，虽然能够无间隙切换，但存在一定的能量损耗。

对于后备式UPS电源来说，只是通过监测到停电，然后触发蓄电池放电，所以这种后备式直流UPS电源在切换时存在一定的延时。在延时期间，负载上的输入电压为零，仍然可能使得电子门禁产生失效问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于不间断电源的电子门禁系统，包括：门禁识别接口，根据外部输入，生成一个门禁识别信号；门禁控制器，接收所述门禁识别信号，根据所述门禁识别信号，生成门禁控制信号，提示是否开放门禁；门禁动作器，根据所述门禁控制信号，来开关门禁；其中，所述电子门禁系统的电源电压由不间断电源提供，所述不间断电源包括法拉电容模块，断电检测模块，蓄电池模块和电源切换模块，所述不间断电源接收一来自外部的直流电压，其中：所述法拉电容模块具有一个输入端，接收所述直流电压为所述法拉电容模块中的法拉电容充电，并根据所述直流电压，由所述法拉电容在所述法拉电容模块的输出端输出第一电压；所述断电检测模块通过一检测端接收所述直流电压，根据所述直流电压的变化情况，在一信号输出端输出一个断电检测信号，所述断电检测信号提示外部电源是否断电；所述蓄电池模块具有输入端和输出端，所述蓄电池模块的输出端输出一个电池电压；所述电源切换模块具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和一个电压输出端，其中所述第一输入端连接到所述法拉电容模块，接收所述第一电压，所述第二输入端连接到所述蓄电池模块的输出端，接收所述电池电压，所述第三输入端连接到所述断电检测模块的所述信号输出端，接收所述断电检测信号，所述电压输出端根据所述第一电压，所述电池电压和所述断电检测信号，输出所述电源电压，供给负载，所述电源电压进一步由所述蓄电池模块的输入端接收。

本实用新型实施例的有益效果包括：在整个掉电切换过程中，由法拉电容模块输出的第一电压提供电源电压，使得电源电压不会受到切换响应延迟的影响，实现了无缝切换。这样，电子门禁系统全程不会发生掉电失效现象，同时也降低了正常工作过程中的能量消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了依据本实用新型一个实施例的不间断电源系统100的系统框架示意图；

图2示出了根据本实用新型一个实施例的法拉电容模块102的电路示意图；

图3示出了根据本实用新型一个实施例的断电检测模块103的电路结构示意图；

图4示出了根据本实用新型一个实施例中的蓄电池模块104的电路结构示意图；

图5A示出了根据本实用新型一个实施例的电源切换模块105的电路结构示意图；

图5B示出了根据本实用新型另一实施例的电源切换模块105的电路结构示意图。

图6示出了本实用新型一个实施例的AC-DC模块101的电路示意图；

图7示出了依据本实用新型一个实施例的基于不间断电源的电子门禁系统700；

图8示出了依据本实用新型一个实施例的门禁控制器702的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“耦接”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1示出了依据本实用新型一个实施例的不间断电源系统100的系统框架示意图。如图1所示，不间断电源系统100接收来自于一交流-直流 (AC-DC)电源101的直流电压VDC，AC-DC电源101具有一个交流输入端1011，交流输入端1011接收交流电压VAC。在图示实施例中，交流电压VAC为市电电压220V，在其它实施例中，交流电压VAC也可以根据应用场景选择其它交流电压值。AC-DC电源101还具有一个直流输出1012，输出直流电压VDC。在图示实施例中VDC为15V。

具体的，不间断电源系统100包括有：法拉电容模块102，断电检测模块103，蓄电池模块104和电源切换模块105。

法拉电容模块102具有一个输入端1021，接收直流电压VDC为法拉电容模块102中的法拉电容充电，并根据直流电压VDC，由内部的法拉电容在输出端1022输出第一电压VCC1。

断电检测模块103通过检测端1031连接到AC-DC电源101，接收输出的直流电压VDC，根据VDC的变化情况，在信号输出端1032输出一个断电检测信号Voff，提示外部电源是否断电。

蓄电池模块104具有输入端1041和输出端1042，输出端1042输出一个电池电压VBAT。

电源切换模块105包括三个输入端和一个电压输出端，第一输入端1051 连接到法拉电容模块102，接收第一电压VCC1，第二输入端1052连接到蓄电池模块104的输出端，接收电池电压VBAT，第三输入端1053连接到断电检测模块103的信号输出端1032，接收断电检测信号Voff。电压输出端1054根据第一电压VCC1，电池电压VBAT和断电检测信号Voff，输出电源电压VCC，供给负载。电源电压VCC进一步由蓄电池模块104的输入端接收。

在一个实施例中，第一电压VCC1，电池电压VBAT和电源电压VCC 相等。直流电压VDC大于第一电压VCC1，电池电压VBAT和电源电压 VCC。

在交流电压VAC正常时，断电检测信号Voff提示外部电源正常，此时，电源切换模块105选择第一电压VCC1作为输出电源电压VCC。当外部发生断电时，交流电压VAC跌落，断电检测信号Voff提示外部电源断电，此时，电源切换模块105选择电池电压VBAT作为电源电压VCC。

法拉电容模块输出的第一电压VCC1由一组法拉电容阵列提供，法拉电容阵列202的正负极之间的电压即为第一电压VCC1。法拉电容阵列可包括一个或多个法拉电容组成。图2示出了根据本实用新型一个实施例的法拉电容模块102的电路示意图。如图2所示，法拉电容模块102包括：输入电阻201,法拉电容阵列202和法拉电容保护模块203。其中，输入电阻 201耦接于直流电压VDC和法拉电容阵列202的正极之间。法拉电容阵列 202包括一个或多个法拉电容，优选的，法拉电容阵列202包括多个彼此串联的法拉电容。例如在图示实施例中，法拉电容阵列202由6个法拉电容串联组成，单个法拉电容耐压为2.7V，容值为500F。在其它实施例中，可以根据第一电压VCC1的实际需要和单个法拉电容的实际耐压值，来决定法拉电容阵列202中法拉电容的数量。法拉电容阵列202的正极输出第一电压VCC1。法拉电容保护模块203可包括一个或多个保护电路，每个保护电路同法拉电容阵列202中所对应保护的法拉电容并联设置，用以防止法拉电容过压或过冲。例如，在图示实施例中，法拉电容模块102具有6个法拉电容保护电路。具体的，法拉电容保护电路可以采用深圳必威尔科技有限公司出品的BW6101型超级电容充电保护芯片。每个法拉电容保护电路具有一个第一输入端PVIN，一个第二输入端PGND，一个泄放电流输出端PIOUT和一个可选的指示端PLED。第一输入端PVIN耦接对应所保护的法拉电容的电压较高的一端，第二输入端PGND耦接到该法拉电容的电压较低的一端，用以感测当前受保护的法拉电容两端的电压。泄放电流输出端IOUT通过一个泄流电阻PR1同第二输入端PGND相耦接，当法拉电容两端电压超过预定阈值时，泄放电流输出端PIOUT同第一输入端PVIN 接通，并泄流电阻PR1形成泄流回路，使受保护的法拉电容两端短路泄流，避免电压继续升高。可选的，指示端PLED可以通过一个发光二极管，耦接至第二输入端PGND，用以指示当前法拉电容的状态。在另一实施例中，泄放电流输入端IOUT还可以通过泄流电阻PR1直接耦接到系统地GND，指示端PLED可以通过一个发光二极管直接耦接至系统地GND。

在一个实施例中，法拉电容模块102进一步包括一个隔离二极管204 同输入电阻201串联。其中隔离二极管204的正极同直流电压VDC耦接，负极同法拉电容阵列202的正极相耦接。隔离二极管204可以在直流电压 VDC掉压时，将法拉电容阵列202所输出的第一电压VCC1同直流电压 VDC隔离开来，防止第一电压VCC1在外部电源断开时逆向补偿直流电压VDC，影响断电检测信号Voff的正确性。

图3示出了根据本实用新型一个实施例的断电检测模块103的电路结构示意图。如图3所示，断电检测模块103包括反馈分压器301，比较器 302，基准电压生成器303和可选的后级信号生成器304。其中反馈分压器 301为一个串联型电阻分压器，耦接于AC-DC电源的直流输出端1012和系统地GND之间，分压输出一个反馈电压VFB。基准电压生成器生成一个基准电压VREF。在图示实施例中，基准电压生成器为一个可调的电阻分压网络，耦接在比较器供电电压(例如12V)同系统地GND之间，包括一个固定电阻REF1和一个变阻器REFV，变阻器REFV的调压端输出基准电压 VREF。比较器302具有正相输入端3021，反相输入端3022和输出端3023，其中，正相输入端3021接收基准电压VREF，反相输入端3022接收反馈电压VFB，输出端输出比较结果信号VH。图示实施例中，比较器302可以采用德州仪器(TexasInstruments)公司生产的LM393型低压比较器。在其它实施例中，本领域技术人员可采用其他类型或型号的比较器并进行相应的连接适配，本文不再赘述。可选的，后级信号生成器304接收比较结果信号VH作为断电检测信号Voff，并可选地将VH进行转换形成数字化的断电检测信号TADC，用于将比较结果适配输入后级数字逻辑电路，例如微控制器(MCU)，数字信号处理器(DSP)，可编程逻辑电路(PLC)或现场可编程门阵列(FPGA)等等。在图示实施例中，后级信号生成器304是一个电阻分压器，由分压端输出转换信号TADC，在其它实施例中，后级信号生成器304也可以采用现有技术中其它常见的模数信号转换电路实现模数转换。

图4示出了根据本实用新型一个实施例中的蓄电池模块104的电路结构示意图。如图4所示，蓄电池模块104包括电源输入端1041，用于接收电源电压VCC作为蓄电池模块电源。蓄电池模块104进一步包括：直流- 直流(DC-DC)电源模块1042，DC-DC控制信号发生器1043，DC-DC反馈感测电路1044，以及蓄电池1045。其中，在图示实施例中，直流直流电源模块1042为一个降压型(Buck)同步整流直流电压转换器，包括主功率开关(即上管)HS和同步整流开关(即下管)LS，以及后级LC滤波器。主功率开关HS具有第一端，第二端和控制端，其中，第一端耦接接收电源电源VCC，控制端连接至DC-DC控制信号发生器1043用于接收上管控制信号HO。同步整流开关LS具有第一端，第二端和控制端，其中，第一端连接到主功率开关HS的第二端，输出斩波信号SW到后级LC滤波器，第二端连接至系统地GND，控制端连接至DC-DC控制信号发生器1043用于接收一个下管控制信号LO。优选的，主功率开关HS和同步整流开关LS 均为金属-氧化物半导体场效应管(MOSFET)。后级LC滤波器可包括一个LC滤波网络，即输出电感Lout和输出电容Cout，接收斩波信号SW，输出充电电压Vch，耦接到蓄电池1045的正极，对蓄电池1045进行充电。蓄电池1045的正极输出电池电压VBAT。DC-DC感测电路1044可包括电压感测电路401和电流感测电路402。其中，电压感测电路401可以为一个电阻分压器耦接于充电电压Vch和系统地之间，感测生成充电电压反馈信号 VADC。在图示实施例中，充电电压反馈信号VADC适配于数字逻辑电路。相近的，电流感测电路402包括一个感测电阻Rsense耦接于充电电压Vch 同蓄电池1045的正极之间，一个感测放大器IAmp，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中，第一输入端和第二输入端分别连接到感测电阻Rsense的两端，输出端输出一个数字化的电流反馈信号IADC。在图示实施例中，感测放大器IAmp可以基于采用由德州仪器公司生产的LM358型集成运算放大器，同外围电阻构成比例放大器来实现。该比例放大器结构为本领域技术人员所公知，故此处不再赘述。在图示实施例中，DC-DC控制信号发生器1043包括一个微控制器MCU，分别接收数字化的断电检测信号TADC，数字化的电压反馈信号UADC和数字化的电流反馈信号IADC，并根据所述三信号，生成数字化的脉宽调制(PWM)信号，输入驱动电路 DR。其中，当断电检测信号TADC提示断电后，微控制器MCU将不再使能输出PWM信号，以停止驱动DC-DC电源模块1042，使得蓄电池1045转入放电模式。当断电检测信号TADC提示未断电时，微控制器MCU将根据数字化的电压反馈信号UADC和数字化的电流反馈信号IADC，来确定数字化的PWM控制信号的占空比，以控制DC-DC电源模块1042正确地对蓄电池1045进行充电或保持电压。驱动电路DR将接收到的PWM信号分别转换成上管控制信号HO和下管控制信号LO，实现对主功率开关 HS和同步整流开关LS的控制。在图示实施例中，微控制器MCU可以采用任何能够实现数字逻辑的芯片实现，例如英特尔(Intel)公司的8051系列MCU芯片，或者意法半导体(ST)公司生产的STM32系列MCU芯片。输入驱动电路DR可以采用国际整流器(IR)公司的IR2104型半桥式驱动芯片实现。在其他实施例中，也可以采用传统的模拟式DC-DC控制器来生成控制信号。例如，可以采用芯源系统有限公司(MPS)生产的MP2905 型DC-DC控制器，来生成PWM控制信号，以替代通过MCU来生成数字 PWM信号。

本领域普通技术人员能够了解，上述实施例仅仅是示例性的而非限制性的。在其他实施例中，DC-DC电源模块1042、DC-DC电源控制信号发生器1043和DC-DC感测电路1044可以根据具体情况，采用同上述实施例不同的拓扑结构、控制方式或者感测方式。例如，在某些实施例中，DC-DC 电源模块可以采用升压变换器(Boost)或者反激式变换器(Fly-back)拓扑来实现，DC-DC电源信号发生器1043可以生成不同于PWM调制的频宽调制(PFM)信号，或者选择采用恒定导通时间(Constant On-time)控制方式实现。上述方案的实现均属于本领域普通技术人员能够掌握的范畴，故此处不再赘述。

图5A示出了根据本实用新型一个实施例的电源切换模块105的电路结构示意图。如图5A所示，电源切换模块105包括切换信号驱动电路501，第一切换开关502和第二切换开关503。在图示实施例中，切换信号驱动电路501具有切换信号输入端IN和驱动信号输出端SOUT。具体的切换信号驱动电路501可以为国际整流器(IR)公司生产的IR2117型单通道驱动电路芯片。切换信号输入端IN接收来自于断电检测模块103的断电检测信号 Voff，驱动信号输出端根据断电检测信号Voff，输出切换驱动信号SDR。第一切换开关502具有第一端，第二端和控制端，其中第一端耦接接收电池电压VBAT，控制端接收切换驱动信号SDR。第二驱动开关503具有第一端，第二端和控制端，其中第一端耦接到第一切换开关502的第二端，并输出电源电压VCC，第二端耦接接收第一电压VCC1，控制端接收切换驱动信号SDR。优选的，第一切换开关502为一个N型场效应管，第二切换开关503为一个P型场效应管。

当市电来源正常时，断电检测信号Voff为低电平，切换驱动信号SDR 使得第一切换开关502关断，第二切换开关503导通，电源电压VCC由法拉电容模块102所提供的第一电压VCC1供电。法拉电容模块102接入到 VDC，持续充电保持第一电压VCC1的稳定。当市电供应中断时，VDC在 AC-DC模块的输出端发生突然下降，断电检测信号Voff响应于VDC的下降从而变为高电平。而在响应延迟的过程中，法拉电容模块102在失去VDC 后，可以仍然在短时间内保持VCC1的暂时稳定。此后，切换驱动信号SDR 响应断电检测信号Voff，使得第一切换开关502导通，第二切换开关503 关断，使得电源电压VCC由蓄电池1045的电压VBAT提供。此时，电源电压VCC又再次对法拉电容模块102充电，使得法拉电容模块的第一电压 VCC1回归原电压值。

图5B示出了根据本实用新型另一实施例的电源切换模块105的电路结构示意图。如图5B所示，电源切换模块105包括有继电器511和控制开关 512。其中，继电器511为一个双掷型继电器，控制回路部分同控制开关512 串联耦接在电源电压VCC和系统地GND之间。继电器511的输出回路的一端的第一触点连接到电源电压VCC，另一端的第二触点和第三触点分别连接到第一电压VCC1和电池电压VBAT。控制开关512由断电检测信号 Voff控制闭合和断开。

当市电正常时，断电检测信号Voff使得控制开关512断开，继电器511 的输入回路上的线圈不通电，使得输出回路上的第一触点连接到第二触点，即电源电压VCC由第一电压VCC1提供。当市电断电时，断电检测信号 Voff使得控制开关512闭合，继电器511的输入回路上的线圈通电，吸附输出回路的第一触点，使得第一触点同第二触点断开，并同第三触点连接。这样，电源电压VCC转为由电池电压VBAT提供。

无论是图5A还是图5B所示的实施例中，在整个掉电切换过程中，由法拉电容模块输出的第一电压VCC1提供电源电压VCC，使得电源电压 VCC不会受到切换响应延迟的影响，同时，在市电正常时，整个不间断电源处于离线状态，蓄电池不接入系统电路进行供电，充电电路也不使能，延长了蓄电池寿命并且提高了系统的效率。

图6示出了本实用新型一个实施例的AC-DC模块101的电路示意图。如图6所示，AC-DC模块101包括变压器601，整流桥602和滤波电路603。其中变压器601的原边作为交流输入端1011耦接到市电网络，接收VAC。副边耦接到整流桥602的两输入端。在图示实施例中，整流桥602是一个全桥整流桥。在其它实施例中，整流桥602也可以采用半桥整流。整流桥 602的一个输出端耦接到滤波电路603的输入端，另一端作为系统地GND。图示实施例中，滤波电路603由两个极性电容和两个无极性电容并联在输入端和系统地之间。滤波电路603的输出端作为AC-DC模块101的输出端 1012，输出VDC。

本领域普通技术人员能够理解，AC-DC模块101并不限于上述举例。在其他实施例中，AC-DC模块101可以具有任何可用的拓扑结构、组成单元和控制方式，而实现VDC的输出。例如，在某些实施例中，AC-DC模块101可以具有主动或被动式功率因数矫正电路(PFC)，以提高功率因数。又例如，AC-DC模块101可以为一个隔离式开关电源，采用正激、反激或半桥拓扑，来实现VDC的输出。

图7示出了依据本实用新型一个实施例的基于不间断电源的电子门禁系统700。如图7所示，电子门禁系统700包括：门禁识别接口701，门禁控制器702和门禁动作器703。其中门禁识别接口701根据外部输入，生成一个门禁识别信号GS。门禁识别接口701可以为任何可以进行门禁信息输入的装置，例如，门禁识别接口701为一个射频识别(RFID)读卡器，通过读取被动式射频标签，生成门禁识别信号GS。门禁识别接口还可以为一个密码键盘输入装置，或者为指纹输入装置，或者人脸识别，虹膜识别的扫描装置等等，本实用新型对此不作限制。

门禁控制器702接收门禁识别信号GS，根据门禁识别信号GS，生成门禁控制信号GC，提示是否开放门禁。如图8所示，门禁控制器702可以采用一个微控制器MCU。优选的，微控制器MCU可以同时作为如图4中所示的DC-DC控制信号发生器1043来生成PWM信号，以及作为门禁控制器702。在图8所示的实施例中，微处理器MCU同时接收信号TADC， IADC和UADC，来生成PWM信号，并接收门禁识别信号GS，来生成门禁控制信号GC。

门禁动作器703根据门禁控制信号GC，来开关门禁。在图示实施例中，门禁动作器703为一个电磁铁门锁，包括继电器731，电磁铁732，控制开关733和限流电阻734。其中，继电器731为一个双掷型继电器，控制回路部分同控制开关733串联耦接在电源电压VCC和系统地GND之间。继电器731的输出回路的一端的第一触点连接到电磁铁732的一端，优选的，另一端的第二触点和第三触点分别连接到电源电压VCC和系统地GND。在另一实施例中，第二触点也可以浮置。电磁铁732的另一端通过限流电阻734连接到电源电压VCC。控制开关733由门禁控制信号GC控制闭合和断开。其中，电源电压VCC由前文中所描述的不间断电源系统100输出提供。这样，由于不间断电源系统能够在整个掉电切换过程中，由法拉电容模块输出的第一电压VCC1提供电源电压VCC，使得电源电压VCC不会受到切换响应延迟的影响，实现了无缝切换，不会导致电子门禁的失效问题。同时，在市电正常时，整个不间断电源处于离线状态，蓄电池不接入系统电路进行供电，充电电路也不使能，延长了蓄电池寿命并且提高了电子门禁系统的效率。

当门禁识别信号GS输入门禁控制器702后，如果门禁控制器702认为识别失败，则输出门禁控制信号GC使得控制开关733断开，继电器731 的输出回路上的第一触点连接到第三触点，即将电磁铁732的一端同系统地GND连通，另一端通过限流电阻734连接到电源电压VCC，形成电流通路。此时有电流流过电磁铁732，产生磁力吸附门禁，使得门禁系统维持门禁关闭。而如果门禁控制器702认为识别成功，则输出门禁控制信号GC 使得控制开关733闭合，继电器731的输出回路上的第一触点连接到第二触点，即将电磁铁732的一端同样连接到电源电压VCC(或浮置)，另一端通过限流电阻734连接到电源电压VCC，此时由于电磁铁732两端不存在电势差(或无闭合回路)，无法建立电流回路，无电流流过电磁铁732，电磁铁的吸附磁力消失，使得门禁系统开启。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

基于不间断电源的电子门禁系统论文和设计

基于不间断电源的电子门禁系统论文和设计-占佳锋

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

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