借助多功能电源快速实施智能消防安全和安防系统

来源：DigiKey
作者：Art Pini

现代化建筑（尤其是高层建筑）的设计人员必须提供可靠的消防和安防报警系统、火灾控制、应急响应通信中继器、应急照明和门禁系统。这些系统越来越智能化，需要稳定的电源，即使在线路供电中断或受到影响的情况下，也必须继续工作并保持状态通信。电源还须具有成本效益，并可在各种应用中进行扩展，以满足不断变化的设计需求。

为了帮助应对这些挑战，设计人员可以借助现成即用的 DIN 导轨安装式数字安全电源，这种电源集成了标准 AC-DC 电源、电池充电器、直流不间断电源 (DC UPS) 以及 Modbus 或 CAN 总线通信。这些元件交互工作，即使在遭到严重破坏的情况下也能确保系统正常运行。这种电源可提供 12 V、24 V、36 V 或 48 V 直流输出版本，以适应各种安防系统配置。电源状态可通过 LED 指示灯本地报告，也可通过继电器触点闭合进行远程报告。

本文将讨论设计人员在现代建筑设计中面临的电力安全挑战。随后，本文将以 MEAN WELL 的产品为例介绍智能安全电源系统，并展示如何将其应用于多个应急备用系统。

安防系统电源

建筑的安防系统包括防火、门禁、报警、应急照明和应急通信系统。这些系统的用途是在发生灾难性事件时确保建筑内人员和急救人员的安全。建筑和消防安全法规要求这些关键系统配备两个或更多电源，其中一个应为充电电池。此外，安防系统的电源应是不间断电源。因此，安防系统的电源需要包括电源、DC UPS 和电池充电器。如果应用于偏远位置，该系统还需要报告状态，以提醒用户注意任何异常情况。

针对这些需求，MEAN WELL 提供了一种独特的解决方案，即一体化智能安防电源 DRS-240/480 系列。该系列电源（如 DRS-480-24 24 V 480 W 输出版本）是一体化多功能装置，在一个 DIN 导轨安装模块中集成了 AC-DC 电源、电池充电器和 DC UPS，从而简化了系统设计。这些电源连同备用电池组和报警控制模块构成了基本安防火灾报警控制系统的基础（图 1）。


图 1：基本安防火灾报警控制系统，包括一个 DRS-480-24 电源、一个备用电池组和一个报警控制模块，所有这些组件都包含在火灾报警系统控制柜内。（图片来源：MEAN WELL）

DRS-480-24 电源的工作电压为 90 至 305 VAV 或 127 至 431 VDC。该模块尺寸为 110 mm× 125.2 mm × 150.7 mm（宽 × 高 × 深）。能效高达 93.5%，可在 -30°C 至 +70°C 的环境温度下以自由空气对流冷却方式运行。该电源具有电流过载、过压和电池反接保护功能。还具有低电量断开功能。

DRS-240/480 系列的输出功率为 240 或 480 W，输出电压为 12、24、36 或 48 V。电源尺寸因额定功率而异。DRS-240 比前面提到的 DRS-480 稍小一些，其尺寸为 85.5 mm × 125.2 mm × 129.2 mm（宽 × 高 × 深）。

该电源可安装在 DIN 导轨 TS-35/7.5 或 15 上。采用 DIN 安装可允许多个模块相邻放置，从而节省空间。由于采用 DIN 安装方式，因此可从前面板轻松完成继电器状态和 Modbus 或 CAN 总线串行通信等连接布线（图 2）。


图 2：通过前面板上的接线触点，可以轻松完成与电源的连接，例如继电器状态和 Modbus 或 CAN 总线通信。（图片来源：MEAN WELL）

除了输入和输出电源连接外，该电源还具有 C 型单刀双掷 (SPDT) 继电器触点，用于指示交流电失效、直流电正常、电池电量低/异常/断开或充电器故障状态。RJ-45 通信端口提供一个串行数据接口，用于通过 Modbus 或 CAN 总线进行监测和控制。这些总线用于传送输出电压、电流或温度的状态更新，以及控制该装置，包括设备开/关、设置输出电压/电流水平。它们还用于设置电池充电参数，包括恒定电流、恒定电压、浮充电压、锥度电流、电池温度补偿和充电时间。

左上象限的 DIP 开关还允许手动设置充电器的特性，以匹配采用两段式（恒定电流后恒定电压）或三段式（恒定电流后恒定电压后浮充）充电的多种类型锂电池或铅酸电池（图 3）。


图 3：电池充电曲线可通过 DIP 开关选择两段式或三段式。（图片来源：MEAN WELL）

充电曲线还可使用选配的 SBP-001 智能电池充电编程器来进行编程。

该电源采用经典的脉冲宽度调制 (PWM) 开关电源设计，并添加了其他元件，以智能化控制其电源监视器、电池充电器和 UPS 等其他功能（图 4）。在核心电源前进行功率因数校正 (PFC) 和电磁干扰 (EMI) 滤波。


图 4：该框图显示了 DRS-240/480 系列智能安防多功能电源模块，包括电池充电、UPS 功能、PFC 和电源监视。（图片来源：MEAN WELL）

开关占空比的 PWM 控制基于电压和电流反馈。设计中需要注意过压保护 (OVP)、过载 (OVL) 电流和过温保护 (OTP) 规定。微控制器单元 (MCU) 提供电池充电、电池监视和通信的多模式控制。

DRS-240/480 智能安防电源的应用

根据建筑和消防法规规定，许多消防、安防和安全系统在市电中断时应使用备用电源运行。其中一个此类系统是双向放大器 (BDA)，可为在无线通信困难的建筑物内工作的救援人员提供主动通信支持（图 5）。该器件充当中继器，来放大并转发来自救援人员无线电设备的信号。


图 5：BDA 可充当中继器，放大和转发建筑内救援人员无线电设备发出的信号。（图片来源：MEAN WELL）

BDA 和关联天线对于大型高层建筑尤其有用，它们分布在其中多个楼层中。这些系统还能将 BDA 与建筑外的应答信号连接起来，并在内部进行转发。即使在正常市电断电时，BDA 也需要电源。DRS-240/480 电源及其关联电池可在市电断电时恢复到电池供电的 DC UPS 模式，从而保证供电。如果 120 V 线路的交流市电电压降至 79 至 89 VAC 电压范围以下，或 220 V 线路的交流市电电压降至 132 至 187 VAC 电压范围以下，DC UPS 功能将启动，电源将切换至备用电池。

应急电源系统还为引导和帮助居民和救援人员撤离建筑物的系统提供备用电源。例如照明出口标志、撤离通道地面灯和应急照明系统（图 6）。


图 6：智能照明控制系统，使用 DRS-240 电源作为备用电源，在紧急情况下为照明和应急标志供电。（图片来源：MEAN WELL）

在该照明控制系统中，DRS-240-12 可提供备用电源，以便在市电故障时维持关键应急灯和标志供电。该电源额定电压 12 V，功率 240 W，最大供电电流为 20 A。

智能安防电源的其他应用包括火灾报警和火灾探测系统，帮助报告和跟踪建筑物内的火灾。这些系统可为消防员提供有关火灾位置和范围的重要信息。

DRS-240/480 系列智能安防电源系列

MEAN WELL 的 DR-240/480 系列电源有 7 种型号，最大输出功率为 240 或 480 W。最大输出功率包括所有负载、主输出和电池充电的输出功率。请注意，电池充电电流会根据初级输出电流自动调整，以防过载。该系列包括 12 V、24 V、36 V 或 48 V 输出电压（表 1）。


表 1：MEAN WELL 的 DRS-240/480 系列安防电源的特性。（表来源：Art Pini）

这些智能电源的功能增强意味着它们需要比传统电源更多的安全认证。这些电源符合全球强制要求的安防系统标准和建筑规范，包括：

· 美国：Underwriters Lab UL2524 - 建筑内部双向紧急无线电通信增强系统标准（2019 年版）
· 美国：国家防火协会 NFPA 1221 - 应急服务通信系统的安装、维护和使用（2019 年版）
· 欧洲：标准化委员会 (CEN) EN 54-4：火灾探测和火灾报警系统第 4 部分：供电设备（1997 年版）
· 英国：BS EN. 54-4 火灾探测和火警系统供电设备（1998 年版）
· 中国：GB 17945-2010 - 消防应急照明和疏散指示系统 2009

总结

MEAN WELL 的 DRS-240/480 一体化多功能安防电源将电源、DC UPS 和电池充电器集成于一个紧凑型 DIN 导轨模块中。该系列电源具有全面的电压、电流和温度过载保护，并内置状态报告功能，可快速集成到智能建筑的各种智能安防和消防系统中。