技术领域
[0001] 本实用新型涉及
电子技术领域，更具体的说，它涉及一种基于智慧路灯的不间断供电系统。
背景技术
[0002] 1、随着5G技术的发展，5G技术数据传输速率很快、响应延迟更低、数据吞吐量更高，基站
覆盖范围较小，几百米需要一个基站，而且要求覆盖面广，所以需要布局安装大量的基站，5G时代最大的挑战是，如何能高效率，低成本的建设5G网络变得非常关键，要想建好5G基站的话，5G基站的建设少不了高压供电。由此可见，高
密度大范围布局和高压供电是5G基站建设的必要条件。现今城市土地资源紧缺，要想高密度建设5G基站和高压供
电网，成本会相当高。
[0003] 2、随着智慧城市的发展，各种无线通信技术被广泛应用，而通信基站或通信设备的建设变的十分关键。
[0004] 路灯杆覆盖范围广，密度大，而且供电网络完善，很适合作为通信设备(如5G基站、WIFI基站、LoRa基站、其他小型基站、其他通信设备等)的载体。
[0005] 随着智慧路灯杆的发展，很多厂商的智慧灯杆具有装载微基站等通信设备的功能。所以，利用智慧灯杆作为搭载微基站等通信设备的载体，是一个不错的选择，但是智慧灯杆有如下问题：
[0006] 1、造价很高，大规模替换传统的路灯杆，不易实现。
[0007] 2、智慧灯杆使用原有路灯的供电系统，面临白天路灯电网没电的问题。
[0008] 传统的路灯系统通常采用如图1所示的供电方案，通过
断路器实现白天断电、晚上通电。如果作为微基站等通信设备的载体，也面临白天路灯电网没电的问题。
[0009] 而如何解决路灯电网的24小时用电是目前所面临的问题。
[0010] 一种现有的解决方案是改造路灯系统的接线方式如图2，使
电缆中一部分线路始终通电为通信设备供电。另一部分线路按照传统方案连接至断路器，为路灯供电。这样就解决了通信设备白天用电的问题。然而这种方案的问题是需要改造原有的路灯电网，这样成本过高，且会对电
力设施影响很大。
[0011] 另一种现有的解决方案是传统方案中的断路器常闭合，见图3，将系统道路电缆始终连接至市电，这样通信设备就24小时都有正常的工作
电压。白天通过位于路灯内部的路灯
控制器控制路灯的关灯，而这种方案对路灯控制器的可靠性要求非常高。以目前的技术
水平和对成本的控制，在大规模应用中实现的效果不好。
[0012] 还有一种解决方案如图4，对路灯系统电网在白天断路器断开时对路灯电缆进行低压供电，这个电低压不足以使灯负载工作。晚上切回正常的220V高压电，供路灯和通信设备用电。此方案的工作原理为，线路控制器按照设定的时间规律产生控制
信号CTRL1和CTRL2。
[0013] 在第一时间段(例如下午18：00到次日早上6：00)，线路控制器402发送信号CTRL1将断路器401闭合，市电电压Vac输出到路灯电缆上，为灯负载和通信设备供电。此时，辅助供电
电路没有
输出电压到路灯电缆上。
[0014] 第二时间段(早上6：00～下午18：00)，线路控制器402将断路器401关断，并发送信号CTRL2控制辅助供电电路开始输出电压到路灯电缆上。由于辅助供电电路输出的是低压电，不足以使路灯负载工作。此时，低压电输出到通信设备。
[0015] 这种方案很好的弥补了之前两种方案的不足，但是存在如下问题：
[0016] 1、在强弱电切换之间有个间隙。这个间隙产生的原因有如下两种情况：
[0017] 第一种情况，在晚上断路器是闭合的，路灯电缆上是的市电电压为路灯负载供电也为通信设备供电。当到了白天需要由辅助供电电路为路灯电缆供电时，线路控制器先将断路器关断，然后，线路控制器再控制辅助供电电路输出低压电到电缆上。在线路控制器控制断路器关断到控制辅助供电电路输出电压的这个时间段，路灯电缆是没电的。
[0018] 第二种情况，在白天断路器是关断的，辅助供电电路输出的低压电到路灯电缆上。当到了晚上路灯电缆需要输出高压电的时候，线路控制器先发送信号将辅助输出供电电路关断。然后，控制断路器闭合，电缆线上输出高压电。在这个期间路灯电缆是没有电的。
[0019] 以上两种情况下产生的电缆没电的这个时间段有可能是毫秒级也有可能是秒级。但是通信设备需要24小时不间断用电，不能掉电，这是需要改进的地方。
[0020] 2、通信设备的供电标准一般都是市电，而辅助供电设备输出的是低压电，不能满足供电要求。所以，需要一个低压到高压的设备，确保通信设备的工作电压是高压。
发明内容
[0021] 本实用新型克服了
现有技术的不足，提供了一种基于智慧路灯的不间断供电系统。
[0022] 本实用新型的技术方案如下：
[0023] 基于智慧路灯的不间断供电系统，包括断路器、线路控制器、辅助供电电路、断路检测电路、不间断供电电路、通信设备、灯负载；
[0024] 辅助供电电路并联在断路器的两端，辅助供电电路的输入端、断路器的一端与市电连接，辅助供电电路的输出端、断路器的另一端与路灯电缆连接，辅助供电电路输出为低压电；辅助供电电路与线路控制器相连，断路检测电路与路灯电缆连接；断路检测电路与辅助供电电路的一端相连；线路控制器与断路器相连；不间断供电电路、灯负载与路灯电缆连接，不间断供电电路输出端与通信设备连接；
[0025] 断路器的关断信号包括两种方式产生；第一种方式，由断路检测电路产生，基于流过断路器的
电流、断路器第二端的电压，来产生检测信号CTRL3并发送到辅助供电电路；第二种方式，由线路控制器直接发送断路器已关断的信号CTRL4到辅助供电电路；
[0026] 当辅助供电电路收到断路器要闭合的信号时，停止输出低压电到路灯电缆上，线路控制器控制断路器闭合；
[0027] 不间断供电电路用于为通信设备供电，在断路器闭合期间，不间断供电电路输入的是市电，不间断供电电路的输出端输出220V交流电压或350V的直流电；当断路器断开且辅助供电电路无输出低压电到路灯电缆线时，不间断供电电路直接为通信设备提供220V的交流电或320V的直流电；当断路器断开且辅助供电电路输出低压电到路灯电缆线时，不间断供电电路将低压电变换为220V的交流或350V的直流电为通信设备提供电力。
[0028] 进一步的，辅助供电电路输出到路灯电缆上的低压电包括低压交流电、低压直流电中的一种。
[0029] 进一步的，不间断供电电路包括输出交流电、输出直流电中的一种；
[0030] 进一步的，辅助供电电路包括自耦
变压器、
开关和控制电路；
自耦变压器的输入和输出共用同一线圈，线圈的一端耦接市电电压，线圈的另一端接地；线圈中间处设置第三端提供辅助供电电压Vaux；控制电路与开关连接，且开关的闭合由控制电路决定。
[0031] 进一步的，辅助供电电路包括滤波电路、AC/DC电路、DC/DC电路、DC/AC电路、辅助电源、控制电路、第一开关和第二开关；
[0032] 滤波电路输出端与AC/DC电路、辅助电源连接；AC/DC电路与DC/DC电路、DC/AC电路连接；DC/DC电路与第一开关连接，第一开关另一端与路灯电缆连接；DC/AC电路一端与第二开关连接，第二开关一端与路灯电缆连接；辅助电源与控制电路连接，控制电路与DC/DC电路、DC/AC电路、第一开关、第二开关连接。
[0033] 进一步的，滤波电路对交流电进行滤波；AC/DC电路用于将交流转换为直流；DC/DC电路是将直流变换为直流；DC/AC电路是将直流变换为交流；辅助电源为各部分电路的控
制芯片提供稳定的工作电压；控制电路控制DC/DC变换电路、DC/AC变换电路、第一开关、第二开关；第一开关和第二开关采用继电器、MOS管或可控
硅中的一种；第二开关的输出端设置有市电倒灌保护电路。
[0034] 进一步的，断路检测电路包括整流电路、分压电路、比较电路、计时电路、和
逻辑电路；
[0035] 整流电路具有输入端和输出端，其中输入端与断路器的一端相连，整流电路的输出端与分压电路连接，分压电路的输出端与比较电路的第一输入端连接，比较电路的第二输入端与
阀值电压信号连接，比较电路的输出端与计时电路的输入端、逻辑电路的第一输入端连接，计时电路的输出端与逻辑电路的第二输入端连接；逻辑电路的输出端与辅助供电电路连接。
[0036] 进一步的，整流电路采用半波整流电路、全波整流电路或桥式整流电路。
[0037] 进一步的，不间断供电电路包括输入滤波电路、AC/DC电路、充电电路、第一
二极管、逆变电路、输出滤波电路、
电池组、电池
升压电路、第二二极管、驱动电路、控制电路、A/D转换电路；
[0038] 输入滤波电路的输入端连接路灯电缆，滤波电路的输出端与AC/DC电路、充电电路连接；充电电路与电池组、控制电路连接；AC/DC电路的另一端与第一二极管的正极连接，第一二极管的负极与第二二极管的负极、逆变电路连接；逆变电路与输出滤波电路连接；第二二极管的正极与电池升压电路连接；电池升压电路与控制电路、电池组连接；控制电路与驱动电路、A/D转换电路连接；驱动电路与逆变电路连接，A/D转换电路与输出滤波电路的输出端连接。
[0039] 进一步的，不间断供电电路包括滤波电路、AC/DC电路、充电电路、电池组、电池升压电路、第一二极管、第二二极管；
[0040] 输入滤波电路的输入端连接路灯电缆，滤波电路的输出端与AC/DC电路输入端连接；AC/DC电路的输出端与第一二极管连接；充电电路输入端与路灯电缆连接；充电电路的输出端与电池组连接，电池组与电池升压电路输入端连接；电池升压电路的输出端与第二二极管连接；第一二极管的负极和第二二极管的负极连接。
[0041] 本实用新型的优点在于：本方案不用改造原有路灯线路和设备，只需外加线路控制器、辅助供电电路和断路检测电路以及在通信设备的电源端增加一个不间断供电电路即可。
[0042] 本方案的优点可如图6所示，进行全时段不间断信号覆盖。其中图6为各个电路的
波形，具体如下。
[0043] 在t1～t2时间段(例如下午18：01～次日上午6：00)，线路控制器控制断路器闭合，路灯电缆上的电压是市电电压。路灯电缆线上的市电在为灯负载供电的同时，经过不间断供电电路输出220V交流或350V直流电为通信设备进行供电。并对不间断供电电路中的电池进行充电。
[0044] 在t2～t3时间段，一般这个时间段是秒级或毫秒级(例如早上6：00～6：01)。线路控制器将断路器关断，在断路检测电路检测到断路器关断或接收到线路控制器发送的断路器关断的信号的时间段辅助供电电路还没有输出电压到路灯电缆上。这个时间段路灯电缆是空闲状态，没有电压。此时由不间断供电电路通过内部的电池为通信设备提供220V交流电或320V直流电。
[0045] 在t3～t4时间段，(例如早上6：01～下午18：00)，断路器是关断的，辅助供电电路输出低压电到路灯电缆上，不间断供电电路将这个低压电转换为220V的交流电或350V的直流电为通信设备供电。此时的路灯负载不会工作。
[0046] 在t4～t5时间段，(下午18：00～18：01)，线路控制器发送信号给辅助供电电路停止输出低压电。这个时间段，路灯电缆是空闲状态，没有电压。此时不间断供电电源通过内部的电池为通信设备供电提供220V的交流电或320V的直流电。
附图说明
[0047] 图1为传统路灯供电系统为通信设备供电的示意
框图；
[0048] 图2为采用专用线路为通信设备供电的示意框图；
[0049] 图3为断路器常闭合的供电方式为通信设备供电的示意框图；
[0050] 图4为晚上高压、白天低压为通信设备供电的示意框图；
[0051] 图5为24H不间断供电系统为通信设备高压供电的示意框图；
[0052] 图6为本实用新型各电路波形图；
[0053] 图7为一种辅助供电设备的原理框图；
[0054] 图8为另一种辅助供电设备的原理框图；
[0055] 图9为断路检测电路的原理框图；
[0056] 图10为一种不间断供电电路原理框图；
[0057] 图11为另一种不间断供电电路原理框图。
具体实施方式
[0058] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。应当理解，此处所描述的具体
实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，本方案中未明确具体电路设计的电路均采用常规设计，如AC/DC电路、DC/DC电路、DC/AC电路、倒灌保护电路等。
[0059] 如图所示，基于照明路灯的不间断通信设备供电系统，包括线路控制器、断路器、辅助供电电路、断路检测电路、不间断供电电路、通信设备、灯负载。
[0060] 辅助供电电路并联在断路器的两端，辅助供电电路的输入端、断路器的一端与市电Vac连接，即输入端连接市电Vac。辅助供电电路的输出端、断路器的另一端与路灯电缆连接，辅助供电电路输出为低压电；辅助供电电路与线路控制器相连，断路检测电路与路灯电缆连接；断路检测电路与辅助供电电路的一端相连，断路检测电路与路灯电缆连接。线路控制器与断路器相连，线路控制器与辅助供电电路连接。不间断供电电路、灯负载与路灯电缆连接，不间断供电电路输出端与通信设备连接。
[0061] 辅助供电电路并联在断路器的两端，辅助供电电路的输入端、断路器的一端与市电Vac连接。辅助供电电路的输出端、断路器的另一端与路灯电缆连接，辅助供电电路输出为低压电。
[0062] 其中断路检测电路根据路灯电缆上的电压或电流信号来判断断路器的关断，控制辅助供电电路输出低压电到路灯电缆线上时，此时的辅助供电电路输出的电压根据需要可以是交流电也可以是直流电。
[0063] 断路检测电路检测断路器的关断，并将信息CTRL3反馈给辅助供电电路，用于判断路灯电缆是否断电。或者线路控制器将断路器的关断信息CTRL4发送到辅助供电电路。
[0064] 不间断供电电路用于为通信设备供电，在断路器闭合时，不间断供电电路输入的是市电Vac，不间断供电电路的输出端输出220V的交流电压或350V的直流电。当断路器断开且辅助供电电路还没有输出低压电到路灯电缆线时，不间断供电电路直接为通信设备提供220V的交流电或320V的直流电。当断路器断开且辅助供电电路输出低压电到路灯电缆线时，不间断供电电路将低压电变换为220V的交流电或350V的直流电为通信设备提供电力。
从而实现，通信设备二十四小时有电。
[0065] 图7所示为辅助供电电路包括自耦变压器、开关、控制电路。自耦变压器的输入和输出共用一组线圈，该绕组的线圈一端耦接到市电电压Vac，另一端耦接至参考地。该绕组的线圈中间抽出第三端提供辅助供电电压Vaux，通过开关接到路灯电缆上，开关的闭合由控制电路决定。控制电路一端与开关连接。控制电路通过接
收线路控制器发送的断路器开关状态信号或断路检测电路发送的断路器关断信号来控制开关。
[0066] 图8所示，为另一种辅助供电电路包括滤波电路、AC/DC电路、DC/DC电路、DC/AC电路、辅助电源、控制电路、第一开关和第二开关。
[0067] 滤波电路输出端与AC/DC电路、辅助电源连接；AC/DC电路与DC/DC电路、DC/AC电路连接；DC/DC电路与第一开关连接，第一开关另一端与路灯电缆线连接；DC/AC电路一端与第二开关连接，第二开关一端与路灯电缆连接；辅助电源与控制电路连接，控制电路与DC/DC电路、DC/AC电路、第一开关、第二开关连接。
[0068] 滤波电路，对输入电压电流进行滤波。
[0069] AC/DC电路，用于将交流转换为直流。
[0070] DC/DC电路，是将直流变换为直流。
[0071] DC/AC电路，是将直流变换为交流。
[0072] 辅助电源，为各部分电路的控制芯片提供稳定的工作电压。
[0073] 控制电路，控制DC/DC变换电路、DC/AC变换电路、第一开关和第二开关。
[0074] 第一开关和第二开关采用继电器、MOS管或可控硅中的一种；第一开关和第二开关的连接处设置有市电倒灌保护电路(图中未画出，其采用常规设计)。
[0075] 图9所示，为断路检测电路包括整流电路、分压电路、比较电路、计时电路和逻辑电路。
[0076] 整流电路具有输入端和输出端，其中输入端与断路器的一端相连，整流电路的输出端与分压电路连接。分压电路的输出端与比较电路的第一输入端连接，比较电路的第二输入端与阀值电压信号连接，比较电路的输出端与计时电路的输入端、逻辑电路的第一输入端连接，计时电路的输出端与逻辑电路的第二输入端连接；逻辑电路的输出端与辅助供电电路连接。
[0077] 整流电路对路灯电缆上的电压进行整流，在整流电路的输出端产生整流信号Vrec。整流电路可以为半波、全波或桥式整流电路。
[0078] 分压电路的输入端接在整流电路的输出端，对整流信号Vrec进行分压，在输出端产生分压信号Vdiv。一般通过
电阻分压器即可实现。
[0079] 比较电路包括第一输入端、第二输入端、输出端，其中第一输入端接在分压电路的输出端。第二输入端接受阀值电压信号Vth。比较电路将分压信号Vdiv和阀值电压信号Vth进行比较，在输出端提供比较信号CMP。
[0080] 计时器电路输入端接在比较电路的输出端，基于比较信号CMP进行计时。将计时时间与预设时间阀值TTH比较，在输出端产生信号T0。计时电路可以采用电阻电容电路或者直接连接数字计时器实现。
[0081] 逻辑电路包括第一输入端、第二输入端、输出端。其中第一输入端接在比较电路的输出端，第二个输入端接在计时电路的输出端。逻辑电路是根据比较信号CMP和计时信号T0,在输出端产生控制辅助供电电路的
控制信号。
[0082] 图10所示，为不间断供电电路包括输入滤波电路、AC/DC电路、充电电路、第一二极管、逆变电路、输出滤波电路、电池组、电池升压电路、第二二极管、驱动电路、控制电路、A/D转换电路。
[0083] 输入滤波电路的输入端连接路灯电缆，滤波电路的输出端与AC/DC电路、充电电路连接；充电电路与电池组、控制电路连接；AC/DC电路的另一端与第一二极管的正极连接，第一二极管的负极与第二二极管的负极、逆变电路连接；逆变电路与输出滤波电路连接；第二二极管的正极与电池升压电路连接；电池升压电路与控制电路、电池组连接；控制电路与驱动电路、A/D转换电路连接；驱动电路与逆变电路连接，A/D转换电路与输出滤波电路的输出端连接。
[0084] 充电电路的输入端连接在输入滤波电路的输出端。充电电路的输出端连接在电池组的输入端。充电电路主要作用是为电池组充电。充电电路常用的有反激式、BOOST升压式和半桥式，其中任何一种都可。若采用大电流充电电路中，则可采用单管IGBT，用于功率控制，可以取得很高的效率和较大的充电电流。
[0085] 电池升压电路的输入端接在电池组的输出端，电池升压电路的输出端接在第二二极管的正极。
[0086] 控制电路连接充电电路、电池升压电路、A/D转换电路、驱动电路。控制电路由
单片机及其他辅助电路组成，主要负责
脉宽调制波的产生、输出
正弦波与市电同步、UPS管理以及报警和保护。
[0087] A/D转换电路，采集不间断供电电路的输出端的电压和电流信号。然后，反馈到控制电路。
[0088] 输出滤波电路的输入端和逆变电路连接，其输出端连接在通信设备。
[0089] 图11所示，为另一种不间断供电电路包括滤波电路、AC/DC电路、充电电路、电池组、电池升压电路、第一二极管、第二二极管。
滤波器的输入端、充电电路的输入端和路灯电缆连接。充电电路的输出端和电池组连接。电池组的输出端和升压电路连接，电池升压电路的输出端和第二二极管的正极连接。滤波器的输出端和AC/DC电路的输入端连接，AC/DC电路的输出端和第一二极管的正极连接。第二二极管的负极和第二二极管的负极连接。
[0090] 滤波器的输入端可输入36～265V的交流电或直流电。
[0091] 充电电路，为电池组充电。
[0092] 第一二极管、第二二极管为隔离二极管。
[0093] AC/DC电路，为交流直流变换器，输出为恒定的直流电。
[0094] 电池升压电路，将电池组的直流升压为320V的直流电。
[0095] 当路灯电缆上的电压是市电时，市电经过滤波电路然后经过AC/DC电路变换为350V的直流电，经过隔离二极管输出。此时，市电经过充电电路为电池充电，而电池升压电路输出320V的直流电。由于第一二极管的负极输出的是350V的高压电，所以此时第二二极管是截止的。为通信设备的供电电压是350V的直流电。
[0096] 当路灯电缆上没有电压时，电池升压电路将电池组的电压转化为320V的直流电经过第二二极管为通信设备供电。
[0097] 当路灯电缆上的电压是低压电时，AC/DC电路经过隔离二极管输出350V的直流电为通信设备供电。此时，由于第二二极管的负极电压为350V，正极的电压为320V，所以第二二极管截止。此时的充电电路不工作。
[0098] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型保护范围内。
