CN102355046A

CN102355046A - 电压检测和掉电保护装置及其实现方法

Info

Publication number: CN102355046A
Application number: CN2011102673835A
Authority: CN
Inventors: 陈建伟; 曹亮; 王刚
Original assignee: TCL New Technology Huizhou Co Ltd
Current assignee: TCL New Technology Huizhou Co Ltd
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: CN102355046B

Abstract

本发明公开了一种电压检测和掉电保护装置，用于保持负载的电压的稳定，其包括：电压检测模块、稳压电路模块、储能供电模块、控制模块、开关模块和供电切换稳压模块；其中，所述开关模块包括第二开关、第三开关，所述供电电源分别连接第二开关、储能供电模块和电压检测模块的一端，所述第二开关的另一端稳压电路模块的一端，所述储能供电模块的另一端连接第三开关的一端，所述稳压电路模块和第三开关的另一端都通过供电切换稳压模块连接负载，所述控制模块分别连接第二开关、第三开关、电压检测模块和供电切换稳压模块。通过本发明的电压检测和掉电保护装置，能够在供电电源输出不稳定时，保持对负载端的供电电压稳定，不会造成负载端的电压出现波动，从而满足了用户对于负载端电压稳定的需求。

Description

电压检测和掉电保护装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及电源电压控制技术领域，特别涉及一种电压检测和掉电保护装置及其实现方法。

背景技术

对于几乎所有的电子系统和机电一体化设备而言，电源的可靠性都起着至关重要的作用。在开发一个系统时，一开始就必须将电源集成在整个系统中来整体设计，从而实现对负载端良好的供电，同时，还必须考虑到异常情况出现时，保持输出稳定的供电电压。

现有技术中，一般都采用双电源供电来保证电源的可靠性：通过双电源自动转换开关，在某一路电源断电时，自动切换到另外一路。这种方法，在一定程度上可以保证对负载端持续供电。然而，当供电端出现波动时，即电压不稳定时，无法自动判断出电压的异常情况，从而继续输出不稳定的电压，造成负载端的电压出现波动，从而进一步影响用户的使用。

有鉴于此，需要提供一种新的电源电压管理装置。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种电压检测和掉电保护装置及其实现方法，以解决现有技术中的电源电压管理装置中，无法自动判断出电压的异常情况，从而继续输出不稳定的电压，造成负载端的电压出现波动的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种电压检测和掉电保护装置，用于保持负载的电压的稳定，其中，包括：电压检测模块、稳压电路模块、储能供电模块、控制模块、开关模块和供电切换稳压模块；其中，所述开关模块包括第二开关、第三开关，所述供电电源分别连接第二开关、储能供电模块和电压检测模块的一端，所述第二开关的另一端稳压电路模块的一端，所述储能供电模块的另一端连接第三开关的一端，所述稳压电路模块和第三开关的另一端都通过供电切换稳压模块连接负载，所述控制模块分别连接第二开关、第三开关、电压检测模块和供电切换稳压模块。

所述的电压检测和掉电保护装置，其中，

所述电压检测模块用于对供电电源的输入电压信号进行检测和转换，并将转换后的信号反馈给控制模块；

所述稳压电路模块用于对供电电源的电压进行稳压处理；

所述储能供电模块用于存储电能，并根据控制模块的控制对负载供电；

所述开关模块的第二开关和第三开关用于根据控制模块发出的控制信号进行开合；

所述控制模块用于控制第二开关和第三开关的开合；

所述供电切换稳压模块用于在第二开关、第三开关开合切换的过程中，保持向负载供给的电压的稳定。

所述的电压检测和掉电保护装置，其中，所述电压检测模块包括依次连接的电压取样电路、耦合电路、积分电路和波形校正电路。

所述的电压检测和掉电保护装置，其中，

所述电压取样电路包括第一电阻和第二电阻，所述耦合电路包括一光耦芯片，所述积分电路包括：第三电阻、第四电阻和第一电容，所述波形校正电路包括：运放比较器、二极管、第五电阻和第六电阻；

其中，

所述第一电阻的一端与供电电源连接，另一端与电路的工作电源相连，所述第二电阻的一端与供电电源和光耦芯片的第一引脚相连，另一端接地；

所述光耦芯片的第四引脚通过第四电阻连接运放比较器的正向输入端，所述光耦芯片的第三引脚与电路的工作电源相连，所述光耦芯片的第二引脚接地；

所述第三电阻的一端连接光耦芯片的第四引脚，另一端接地，所述第一电容的一端接地，另一端与运放比较器的正向输入端相连；

所述运放比较器的电源端连接电路的工作电源，其反向输入端连接参考电压，所述运放比较器的输出端依次通过二极管、第五电阻与控制模块连接，所述第六电阻连接控制模块和接地。

所述的电压检测和掉电保护装置，其中，所述控制模块为单片机，所述储能供电模块包括依次连接的充电单元和放电单元，所述充电单元为电能存储设备，所述放电单元为电能释放设备。

一种所述的电压检测和掉电保护装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，电压检测模块对供电电源的电压信号进行取样，并将信号传输给控制模块;

S2，控制模块根据电压检测模块传送过来的信号，控制开关模块和供电切换稳压模块按照预先设定的模式工作。

所述的电压检测和掉电保护装置的实现方法，其中，所述步骤S1中，所述电压检测模块将取样到的电压信号经耦合、积分和波形校正之后再传输给控制模块。

所述的电压检测和掉电保护装置的实现方法，其中，所述步骤S2中具体包括：控制模块在周期时间T内以每T/n时间一次的频率检测电压检测模块传送过来的信号，若在时间T内检测到n次高电平时控制第二开关闭合并断开第三开关，使供电电源经过稳压电路模块得稳压处理之后再向负载供电；否则，控制第三开关闭合并断开第二开关，由储能供电模块向负载提供供电电压。

一种网络摄像机，其中，包括所述的电压检测和掉电保护装置。

所述的网络摄像机，其中，还包括一与控制模块连接的报警装置，用于当储能供电模块给网络摄像机供电时发出报警信号。

本发明提供的电压检测和掉电保护装置，用于保持负载的电压的稳定，其包括：电压检测模块、稳压电路模块、储能供电模块、控制模块、开关模块和供电切换稳压模块；其中，所述开关模块包括第二开关、第三开关，所述供电电源分别连接第二开关、储能供电模块和电压检测模块的一端，所述第二开关的另一端稳压电路模块的一端，所述储能供电模块的另一端连接第三开关的一端，所述稳压电路模块和第三开关的另一端都通过供电切换稳压模块连接负载，所述控制模块分别连接第二开关、第三开关、电压检测模块和供电切换稳压模块。通过本发明的电压检测和掉电保护装置，能够在供电电源输出不稳定时，保持对负载端的供电电压稳定，，不会造成负载端的电压出现波动，从而满足了用户对于负载端电压稳定的需求。

附图说明

图1是本发明电压检测和掉电保护装置的结构框图。

图2是本发明电压检测和掉电保护装置的电压检测模块的电路原理图。

图3是本发明电压检测和掉电保护装置在电源电压处于波动状态时的输入输出波形示意图。

图4是本发明电压检测和掉电保护装置的实现方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种电压检测和掉电保护装置及其实现方法。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1是本发明的电压检测和掉电保护装置的结构框图，所述电压检测和掉电保护装置包括：电压检测模块100、储能供电模块200、稳压电路模块300、开关模块、控制模块400和供电切换稳压模块500。所述开关模块包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3，所述第一开关K1连接供电电源10和供电切换稳压模块500，所述供电切换稳压模块500与负载相连，所述第二开关K2连接供电电源10和稳压电路模块300，所述第三开关K3连接储能供电模块200和供电切换稳压模块500，所述供电电源10连接电压检测模块100和供电模块200，所述控制模块400分别连接第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、供电切换稳压模块500和电压检测模块100（在图中用虚线表示，其为数字控制信号）。

在本实施例中，电压检测和掉电保护装置设置在网络摄像机中，供电电源10是电源适配器输出的12V直流电压信号。具体说来，所述电压检测模块100用于对供电电源10的输入电压信号进行检测和转换，并将转换后的信号反馈给控制模块400。所述稳压电路模块300用于对供电电源10的电压进行稳压处理，输出负载20所需的额定电压（12V直流电压），保证负载20的电压稳定。所述储能供电模块200能够进行电能存储，用于在丢失供电电源10的情况下，对负载20持续供电一段时间。所述控制模块400（在本实施例中，控制模块400为单片机）用于根据电压检测模块100反馈的信号信息控制第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3的开合。所述开关模块（第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3）用于根据控制模块400发出的控制信号，进行开合。所述供电切换稳压模块500用于在第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3开合切换的过程中，保持向负载20供给的电压的稳定。

请进一步参阅图1，储能供电模块200包括依次连接的充电单元和放电单元，所述充电单元为电能存储设备，所述放电单元为电能释放设备，其可以采用现有技术中的电能存储设备和电能释放设备，在此不再一一冗述。

请参阅图2，图2是本发明电压检测和掉电保护装置的电压检测模块的电路原理图，所述电压检测模块100包括依次连接的电压取样电路、耦合电路、积分电路和波形校正电路。所述电压取样电路包括第一电阻121和第二电阻122，所述第一电阻121的一端与供电电源10连接，具体是指将电压检测模块100连接到供电电源10，其输入电压为Ui，另一端与数字控制电路的工作电源Vcc相连，所述第二电阻122的一端与供电电源10和光耦芯片123的第一引脚1231相连，另一端接地；所述耦合电路包括光耦芯片123和第三电阻124，所述第三电阻124的一端连接光耦芯片123的第四引脚1234，另一端接地，所述光耦芯片的第四引脚1234通过第四电阻125连接运放比较器127的正向输入端，所述光耦芯片的第三引脚1233与电路的工作电源Vcc相连，所述光耦芯片的第二引脚1232接地；所述积分电路包括：第四电阻125和第一电容126，所述第一电容126的一端接地，另一端与运放比较器127的正向输入端相连。所述波形校正电路包括：运放比较器127、二极管D1、第五电阻128和第六电阻129，所述运放比较器127的电源端连接电路的工作电源Vcc，其反向输入端连接参考电压Vref，所述运放比较器127的输出端依次通过二极管D1、第五电阻128与控制模块400连接，所述第六电阻129的一端分别连接第五电阻128和控制模块400，另一端接地。

请继续参阅图2，下面描述所述电压检测模块的电路运行状态，在电压取样电路部分：利用第一电阻121和第二电阻122的分压，确保在供电电源电压Ui为标准输入电压时，第二电阻122上的电压为0.7V，该标准输入电压是供电电源10的标称值，在本实施例中是指电源适配器输出的12V直流电压信号。0.7V是光耦芯片123中的发光二极管的导通电压，用作高低电平控制的临界点。电源电压Ui的输入状态一般包括以下几种：标准状态、过压状态、欠压状态和波动状态。下面分别就电源电压Ui可能出现的输入情况，讨论电压检测模块100的电路运行状况：

（1）当输入的电源电压等于标准输入电压时，即处于标准状态时，第二电阻122上的电压等于0.7V，耦合电路导通，在第三电阻124上输出高电平，经过积分电路和波形校正电路之后，电压检测模块100最终输出持续高电平给控制模块400；

（2）当输入的电源电压高于标准输入电压（即过压状态）时，第二电阻122上的电压高于0.7V，耦合电路导通，在第三电阻124上输出高电平，经过积分电路和波形校正电路之后，电压检测模块100最终输出持续高电平给控制模块400；

（3）当输入的电源电压低于标准输入电压（即欠压状态）时，第二电阻122上的电压低于0.7V，耦合电路截止，在第三电阻124上输出低电平，最终输出持续低电平给控制模块400，需要注意的是，在本实施例中，无电状态也属于欠压状态的一种；

（4）当输入的电源电压为处于波动状态时，第二电阻122上的电压在0.7V上下波动，耦合电路根据第二电阻122上电压值的变化而开闭，导致在第三电阻124输出脉冲的方波（此时信号如果直接给到控制模块400，则控制模块400会频繁的发出供电切换的控制命令），经过积分电路、波形校正电路后，可使上述脉冲的方波转变成较为简单的控制信号，将其中连续频繁波动的方波转变成一个单一的连续方波（如图3所示）。

在本实施例中，作为控制模块400的单片机对电压检测模块100的输入电压的状态判断机制主要如下：首先，设定一个周期T，在该周期时间T内，控制模块400对与其相连的电压检测模块100的输入输出端口进行n次电压扫描，每次间隔时间为T/n，即控制模块400以每T/n时间一次的频率检测并判断电压检测模块100经上述输入输出端口传输过来的电压信号Uo，具体地，控制模块400在周期时间T内的T/n、2T/n、3T/n……时刻检测电压信号Uo的波形，当在时间T内检测到n次高电平时判断由电压检测模块100输入的电压为持续高电平输入状态，当在时间T内检测到0次高电平时判断由该输入电压为持续低电平输入状态，当在时间T内检测到大于0次而小于n次的高电平时判断该输入电压为不规则输入状态。

在本实施例中，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3在初始阶段都处于断开状态，第一开关K1用于在需要时直接将负载20连接到供电电源10上，控制模块400根据上述对电压检测模块输入电压的判断结果（持续高电平输入状态、持续低电平输入状态和不规则输入状态）来裁决第二开关K2、第三开关K3的通断，具体如下：

（1）对于持续高电平输入状态，控制模块400发出相应的控制信号，使第二开关K2闭合、第三开关K3保持断开状态，供电电源通过稳压电路模块300稳压处理后再提供给负载20。根据电压检测模块100的电路特性，无论供电电源10的输入电压是标准电压还是过电压，在周期时间T内，控制模块400都将检测到n次高电平，控制模块400对此的判断结果都是持续高电平输入状态，输入电压需稳压后才能被使用。

（2）对于持续低电平输入状态，控制模块400发出相应的控制信号，使第三开关K3闭合、第二开关K2保持断开状态，由储能供电模块200向负载20提供供电电压。在此状态下，控制模块400在周期时间T内检测到0次高电平，从而据此判断输入电源电压处于欠压状态或者无电状态，该输入电源无法满足负载20的正常工作需要，因此控制模块400控制开关模块接通储能供电模块200到负载20的电路，通过储能供电模块200给负载20供电。

（3）对于不规则输入状态，控制模块400发出相应的控制信号，使第三开关K3闭合、第二开关K2保持断开状态，由储能供电模块200向负载20提供供电电压。在不规则输入状态下，输入的电源电压为处于波动状态，负载20工作很不稳定，且容易对负载设备的元器件造成损坏。针对此种情况，本实施例中通过储能供电模块200进行供电。

总而言之，在本实施例中，只要在周期T内检测到n次高电平就采用稳压输出，其余情况则采用储能供电。因此，综合上述电压检测模块100的电路运行状况可知：只有输入电压处于过压状态和标准输入状态时，才采用稳压输出，其他情况采用储能供电。

供电电源10的电压Ui的波动情况影响着耦合电路的导通或截止，第三电阻124上的脉冲方波U₁经过由第四电阻125与第一电容126组成的积分电路后，输出锯齿波U₂。脉冲方波U₁和锯齿波U₂的持续时间与Ui的波动情况相关。锯齿波U₂经过运放比较器进行波形校正，当U₂大于参考电压Vref时，输出高电平，反之输出低电平。

请参阅图3，图3是本发明电压检测和掉电保护装置在电源电压处于波动状态时的输入输出波形示意图，本发明电压检测和掉电保护装置通过合理设置积分电路中第四电阻125和第一电容126的参数值，能够使周期T内频繁波动的多个连续脉冲方波U₁通过积分电路转换成单个锯齿波U₂，最后通过波形校正电路输出持续的单个方波控制信号Uo，而对于波动平缓的脉冲方波U₁则输出一个对应的锯齿波U₂，利用这种方式在误差允许范围内保证锯齿波Uo能够以一种简化的方式反映Ui的状态变化。其中，参考电压Vref影响着方波控制信号Uo的持续时间，该参考电压Vref的具体参数可根据测量供电电源10的电压Ui处于波动情况时的波形来定：通过实验，由示波器双踪监控输入电压Ui和积分电路输出的锯齿波U₂，对Uo的峰值电压进行多次波形测量，记录U₂的峰值电压，根据统计，以可以涵盖80%峰值电压记录数据为触发起控电压，即参考电压Vref。根据实验统计，选择Vref=Vcc/3基本可以满足后续波动状态判断的需要。

请参阅图4，本发明还提供了一种上述的电压检测和掉电保护装置的实现方法，包括以下步骤：

S1，电压检测模块100对供电电源10的电压信号Ui进行取样，并经耦合、积分和波形校正之后将信号传输给控制模块400；

S2，控制模块400根据电压检测模块100传送过来的信号Uo，控制开关模块和供电切换稳压模块500按照预先设定的模式工作。

其中，步骤S1之前还包括以下步骤：

S11，预先设置第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3处于断开状态。

步骤S2具体包括以下步骤：控制模块400在周期时间T内以每T/n时间一次的频率检测电压检测模块100传送过来的信号Uo，若在时间T内检测到n次高电平时控制第二开关K2闭合并断开第三开关K3，否则控制第三开关K3闭合并断开第二开关K2。上述在时间T内检测到n次高电平表明供电电源10的电源电压Ui处于持续高电平输入状态，需要经过稳压电路模块300稳压处理后再提供给负载20；而其他情况下，电源电压Ui则处于持续低电平输入状态或者不规则输入状态，直接通过储能供电模块200向负载20提供供电电压。

本发明还提供了一种网络摄像机，包括上述的电压检测和掉电保护装置，能够保证其工作时，不会因为电压不稳而出现问题。进一步地，所述的网络摄像机，还包括一与控制模块连接的报警装置，当储能供电模块给网络摄像机供电时，报警装置发出报警信号，所述报警信号包括发出声音、闪烁信号灯、发送提示信息中的一种或几种。举例来说，当需要报警时，所述单片机通过I2C模式与摄像机DSP模块进行通信和数据传输，在后端监控OSD画面上显示此时供电的模式、供电压差值、以及供电失常预警提示信息，让用户可以直观看到，以采取应对措施。

综上所述，本发明提供的电压检测和掉电保护装置，用于保持负载的电压的稳定，其包括：电压检测模块、稳压电路模块、储能供电模块、控制模块、开关模块和供电切换稳压模块；其中，所述开关模块包括第二开关、第三开关，所述供电电源分别连接第二开关、储能供电模块和电压检测模块的一端，所述第二开关的另一端稳压电路模块的一端，所述储能供电模块的另一端连接第三开关的一端，所述稳压电路模块和第三开关的另一端都通过供电切换稳压模块连接负载，所述控制模块分别连接第二开关、第三开关、电压检测模块和供电切换稳压模块。通过本发明的电压检测和掉电保护装置，能够在供电电源输出不稳定时，保持对负载端的供电电压稳定，，不会造成负载端的电压出现波动，从而满足了用户对于负载端电压稳定的需求。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种电压检测和掉电保护装置，用于保持负载的电压的稳定，其特征在于，包括：电压检测模块、稳压电路模块、储能供电模块、控制模块、开关模块和供电切换稳压模块；其中，所述开关模块包括第二开关、第三开关，所述供电电源分别连接第二开关、储能供电模块和电压检测模块的一端，所述第二开关的另一端稳压电路模块的一端，所述储能供电模块的另一端连接第三开关的一端，所述稳压电路模块和第三开关的另一端都通过供电切换稳压模块连接负载，所述控制模块分别连接第二开关、第三开关、电压检测模块和供电切换稳压模块。

2.根据权利要求1所述的电压检测和掉电保护装置，其特征在于，

所述稳压电路模块用于对供电电源的电压进行稳压处理；

所述控制模块用于控制第二开关和第三开关的开合；

3.根据权利要求2所述的电压检测和掉电保护装置，其特征在于，所述电压检测模块包括依次连接的电压取样电路、耦合电路、积分电路和波形校正电路。

4.根据权利要求3所述的电压检测和掉电保护装置，其特征在于：

其中，

5.根据权利要求1所述的电压检测和掉电保护装置，其特征在于，所述控制模块为单片机，所述储能供电模块包括依次连接的充电单元和放电单元，所述充电单元为电能存储设备，所述放电单元为电能释放设备。

6.一种权利要求1所述的电压检测和掉电保护装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的电压检测和掉电保护装置的实现方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述电压检测模块将取样到的电压信号经耦合、积分和波形校正之后再传输给控制模块。

8.根据权利要求7所述的电压检测和掉电保护装置的实现方法，其特征在于，所述步骤S2中具体包括：控制模块在周期时间T内以每T/n时间一次的频率检测电压检测模块传送过来的信号，若在时间T内检测到n次高电平时控制第二开关闭合并断开第三开关，使供电电源经过稳压电路模块得稳压处理之后再向负载供电；否则，控制第三开关闭合并断开第二开关，由储能供电模块向负载提供供电电压。

9.一种网络摄像机，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的电压检测和掉电保护装置。

10.根据权利要求9所述的网络摄像机，其特征在于，还包括一与控制模块连接的报警装置，用于当储能供电模块给网络摄像机供电时发出报警信号。