CN105515171B - 自适应电源监测切换电路及其使用控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自适应电源监测切换电路及其使用控制方法，涉及电源监测切换技术领域，该电路能始终让微控制单元一直处于有电状态。常闭开关的控制端电连接在微控制单元上，常闭开关的电源输入端电连接在市电接口上，常闭开关的电源输出端、市电监测单元的电源输入端和主用电源单元的电源输入端分别电连接在一号接口上，市电监测单元的高电平输出端电连接在MOS管开关的栅极G上，备用电源单元的正极电压输出端电连接在MOS管开关的源极S上，主用电源单元的正极电源输出端电连接在二极管D2的负极上，直流传感器的电流输入端电连接在MOS管开关的漏极D上，直流传感器的电流输出端、二极管D2的正极和微控制单元的正极电源输入端分别电连接在二号节点上。

Description

自适应电源监测切换电路及其使用控制方法

技术领域

本发明涉及电源监测切换技术领域，具体涉及一种自适应电源监测切换电路及其使用控制方法。

背景技术

随着智能电能表的应用和功能的不断提升，在电网掉电时，需要及时存储大量的数据，但是否能及时准确地判断是掉电还是电网干扰抖动是目前电能表设计的一大缺陷和难点，往往由于电网抖动导致的电网掉电误操作，即往往把电网抖动当做电网掉电来处理，导致误操作的出现，从而给供电系统造成了较大的损失。

目前的市电监测切换电路，在检测到市电掉电后再发信号给MCU，再通过MCU发出控制信号给电源切换控制器切换成备用电源供电，实时性较差，致使市电监测切换电路不能一直处于有电状态，从而导致市电监测切换电路没有电来处理需要及时处理的数据信息。因此，设计一种自适应电源监测切换电路显得很必要。

发明内容

本发明是为了解决现有市电监测切换电路存在实时性较差，致使市电监测切换电路不能一直处于有电状态，从而导致市电监测切换电路没有电来处理需要及时处理的数据信息的不足，提供一种电源切换的实时性及时高效，可靠性高，能始终让微控制单元一直处于有电状态，从而让微控制单元能有电来处理需要及时处理的数据信息，并能自动检测当前是市电供电还是备用电源单元供电，并且能自动检测当前备用电源单元是否有电，还能自动检测备用电源单元在市电掉电时是否能为微控制单元提供电源的自适应电源监测切换电路及其使用控制方法。

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：

自适应电源监测切换电路，包括市电接口、常闭开关、一号节点、市电监测单元、MOS管开关、二号节点、微控制单元、备用电源单元、主用电源单元、二极管D2、直流传感器和公共地GND；所述常闭开关的控制端电连接在微控制单元的一号指令输出端上，所述常闭开关的电源输入端电连接在市电接口上，所述常闭开关的电源输出端、市电监测单元的电源输入端和主用电源单元的电源输入端分别电连接在一号节点上，所述市电监测单元的高电平输出端电连接在MOS管开关的栅极G上，所述备用电源单元的正极电压输出端电连接在MOS管开关的源极S上，所述主用电源单元的正极电源输出端电连接在二极管D2的阳极上，所述直流传感器的电流输入端电连接在MOS管开关的漏极D上，所述直流传感器的电流输出端、二极管D2的阴极和微控制单元的正极电源输入端分别电连接在二号节点上，所述直流传感器的控制端电连接在微控制单元的二号指令输出端上，所述市电监测单元的接地端、主用电源单元的接地端、备用电源单元的接地端和微控制单元的接地端分别与公共地GND电连接。

一种适用于自适应电源监测切换电路的使用控制方法，使用控制方法如下：

把市电接口接在市电上，常闭开关闭合；

当市电未掉电时，流入到一号节点处的市电分为两路市电传输，一路市电依次经过主用电源单元、二极管D2和二号节点后为微控制单元供电，另一路市电由市电监测单元实时连续监测，在市电监测单元对市电进行实时连续监测时，市电监测单元的高电平输出端会同时向MOS管开关的栅极G输出高电平信号；由于MOS管开关的栅极G为高电平信号时有MOS管开关的源极S和MOS管开关的漏极D之间的电路处于断开状态，此时只有市电为微控制单元供电，而备用电源单元不向微控制单元供电；

当市电掉电时，市电监测单元会监测到无市电输入，同时微控制单元也无市电输入；在市电监测单元无市电输入时，市电监测单元的高电平输出端也无高电平信号输出，此时MOS管开关的栅极G就收不到高电平信号，即此时MOS管开关的栅极G的电平信号为低电平信号；由于MOS管开关的栅极G为低电平信号时有MOS管开关的源极S和MOS管开关的漏极D之间的电路处于导通状态，此时市电不向微控制单元供电，而只有备用电源单元为微控制单元供电；

在微控制单元的控制下，直流传感器也实时连续的对MOS管开关的漏极D与二号节点之间线路上的电流进行检测，若把直流传感器所检测到的MOS管开关的漏极D与二号节点之间线路上的电流记为电流TA，并把所检测到的电流TA上传给微控制单元；

当备用电源单元为微控制单元供电时，直流传感器此时所检测到的电流TA大于零，直流传感器把检测到的电流TA大于零的信号传给微控制单元，微控制单元则判断此时为市电掉电状态，微控制单元根据市电掉电的判断结果作出相应数据信息处理；

当市电从掉电后又来电时，市电监测单元又立即监测到有市电输入，市电监测单元的高电平输出端又有高电平信号输出， 此时MOS管开关的栅极G又收到市电监测单元传来的高电平信号，从而使得MOS管开关的源极S和MOS管开关的漏极D之间又处于断开状态；

当MOS管开关的源极S和MOS管开关的漏极D之间处于断开状态时，微控制单元又由市电供电；

当市电为微控制单元供电时，直流传感器此时所检测到的电流TA等于零，直流传感器把检测到的电流TA等于零的信号传给微控制单元，微控制单元则判断此时为市电供电状态，微控制单元根据市电供电的判断结果作出相应数据信息处理；

当要检测备用电源单元是否有电或者要检测备用电源单元在市电掉电时是否能为微控制单元提供电源的检测过程是：由微控制单元向常闭开关发出断开常闭开关的指令，常闭开关随即断开，若此时直流传感器所检测到的电流TA大于零，则说明备用电源单元能在市电掉电时能为微控制单元提供电源，若此时直流传感器所检测到的电流TA等于零，则说明此时微控制单元正由备用电源单元供电，从而说明此时备用电源单元不仅有电，而且还说明此时备用电源单元在市电掉电时是能为微控制单元提供电源的；

当有市电时微控制单元由市电供电，当无市电时微控制单元由备用电源单元供电，循环往复，始终让微控制单元一直处于有电状态，从而让微控制单元能有电来处理需要及时处理的数据信息。

本方案电源切换的实时性及时高效，可靠性高，能始终让微控制单元一直处于有电状态，从而让微控制单元能有电来处理需要及时处理的数据信息，并能自动检测当前是市电供电还是备用电源单元供电，并且能自动检测当前备用电源单元是否有电，还能自动检测备用电源单元在市电掉电时是否能为微控制单元提供电源。

作为优选，市电监测单元包括降压变压器、整流器、电源监测芯片、电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4、电容器C5、电阻R1和电阻R2；所述降压变压器的输入端电连接在一号节点上，所述降压变压器的输出端电连接在整流器的输入端上，所述整流器的输出端、电容C1的一端和电容C2的一端分别电连接在电源监测芯片的VDD端上，所述电源监测芯片的OUT端电连接在电阻R1的一端上，所述电阻R1的另一端、电容器C3的一端、电容器C4的一端、电容器C5的一端和电阻R2的一端分别电连接在MOS管开关的栅极G上，所述电容器C1的另一端、电容器C2的另一端、电源监测芯片的NC端、电源监测芯片的VSS端、电源监测芯片的DS端、电容器C3的另一端、电容器C4的另一端、电容器C5的另一端和电阻R2的另一端分别电连接在公共地GND上。

作为优选，备用电源单元包括备用电源监测端口、电池、低压差线性稳压器、电容器C6、电容器C7、电容器C8、电阻R3、电阻R4、电阻R5和二极管D1；所述电容器C6的一端和电阻R3的一端分别电连接在备用电源监测端口上；所述电阻R3的另一端和电阻R4的一端分别电连接在电阻R5的一端上；所述低压差线性稳压器的VIN端、电阻R4的另一端和电容器C7的一端分别电连接在电池的正极端上；所述低压差线性稳压器的OUT端和电容器C8的一端分别电连接在二极管D1的正极上；所述二极管D1的负极电连接在MOS管开关的源极S上，所述电池的负极端、电容器C6的另一端、电阻R5的另一端、电容器C7的另一端、低压差线性稳压器的VSS端和电容器C8的另一端分别电连接在公共地GND上。

作为优选，还包括分别与微控制单元电连接的地址编码器M1、无线模块M2、存储器M3、显示屏M4和GPS定位器M5。

作为优选，所述常闭开关为常闭的继电器开关，并且继电器开关的控制端电路由市电供电，所述继电器开关的控制端电路的通断电控制端与微控制单元的一号指令输出端电连接。这种电路结构的常闭开关便于对备用电源单元是否有电和是否能在市电掉电的情况下为微控制单元供电进行检测，可靠性高。

本发明能够达到如下效果：

1、本发明当有市电时微控制单元由市电供电，当无市电时微控制单元由备用电源单元供电，循环往复，始终让微控制单元一直处于有电状态，电源切换的实时性及时高效，可靠性高，能始终让微控制单元一直处于有电状态，从而让微控制单元能有电来处理需要及时处理的数据信息。

2、本发明能自动检测当前是市电供电还是备用电源单元供电，并且能自动检测当前备用电源单元是否有电，还能自动检测备用电源单元在市电掉电时是否能为微控制单元提供电源。

附图说明

图1为本发明的一种电路原理连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

实施例，自适应电源监测切换电路，参见图1所示，包括市电接口10、常闭开关11、一号节点12、市电监测单元13、MOS管开关17、二号节点18、微控制单元19、备用电源单元20、主用电源单元24、二极管D2、直流传感器25和公共地GND；常闭开关的控制端a3电连接在微控制单元的一号指令输出端e3上，常闭开关的电源输入端a1电连接在市电接口上，常闭开关的电源输出端a2、市电监测单元的电源输入端和主用电源单元的电源输入端分别电连接在一号节点上，市电监测单元的高电平输出端电连接在MOS管开关的栅极G上，备用电源单元的正极电压输出端电连接在MOS管开关的源极S上，主用电源单元的正极电源输出端电连接在二极管D2的阳极上，直流传感器的电流输入端b1电连接在MOS管开关的漏极D上，直流传感器的电流输出端b2、二极管D2的阴极和微控制单元的正极电源输入端e1分别电连接在二号节点上，直流传感器的控制端b3电连接在微控制单元的二号指令输出端e2上，市电监测单元的接地端、主用电源单元的接地端、备用电源单元的接地端和微控制单元的接地端分别与公共地GND电连接。

市电监测单元包括降压变压器14、整流器15、电源监测芯片16、电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4、电容器C5、电阻R1和电阻R2；降压变压器的输入端电连接在一号节点上，降压变压器的输出端电连接在整流器的输入端上，整流器的输出端、电容C1的一端和电容C2的一端分别电连接在电源监测芯片的VDD端上，电源监测芯片的OUT端电连接在电阻R1的一端上，电阻R1的另一端、电容器C3的一端、电容器C4的一端、电容器C5的一端和电阻R2的一端分别电连接在MOS管开关的栅极G上，电容器C1的另一端、电容器C2的另一端、电源监测芯片的NC端、电源监测芯片的VSS端、电源监测芯片的DS端、电容器C3的另一端、电容器C4的另一端、电容器C5的另一端和电阻R2的另一端分别电连接在公共地GND上。市电监测单元的这种结构具有较大抵抗电网干扰抖动的能力，大大降低了电网抖动导致的掉电误操作。

备用电源单元包括备用电源监测端口21、电池22、低压差线性稳压器23、电容器C6、电容器C7、电容器C8、电阻R3、电阻R4、电阻R5和二极管D1；电容器C6的一端和电阻R3的一端分别电连接在备用电源监测端口上；电阻R3的另一端和电阻R4的一端分别电连接在电阻R5的一端上；低压差线性稳压器的VIN端、电阻R4的另一端和电容器C7的一端分别电连接在电池的正极端上；低压差线性稳压器的OUT端和电容器C8的一端分别电连接在二极管D1的正极上；二极管D1的负极电连接在MOS管开关的源极S上，电池的负极端、电容器C6的另一端、电阻R5的另一端、电容器C7的另一端、低压差线性稳压器的VSS端和电容器C8的另一端分别电连接在公共地GND上。备用电源单元单元的这种结构提高了可靠性。

常闭开关为常闭的继电器开关，并且继电器开关的控制端电路由市电供电，继电器开关的控制端电路的通断电控制端与微控制单元的一号指令输出端电连接。

还包括分别与微控制单元电连接的地址编码器M1、无线模块M2、存储器M3、显示屏M4和GPS定位器M5。在微控制单元的控制下，通过无线模块可以把自适应电源监测切换电路检测到市电或者备用电源单元的数据信息上传到电网监控中心的服务器，并同时把该自适应电源监测切换电路所在处的地址信息和GPS定位信息上传到电网监控中心的服务器，便于电网监控人员处理。存储器便于自适应电源监测切换电路及时存储数据，显示屏便于用户查看数据信息。

常闭开关为常闭的继电器开关，并且继电器开关的控制端电路由市电供电，继电器开关的控制端电路的通断电控制端与微控制单元的一号指令输出端电连接。这种电路结构的常闭开关便于对备用电源单元是否有电和是否能在市电掉电的情况下为微控制单元供电进行检测，可靠性高。

一种适用于自适应电源监测切换电路的使用控制方法，使用控制方法如下：

把市电接口接在市电上，常闭开关闭合；

当市电未掉电时，流入到一号节点处的市电分为两路市电传输，一路市电依次经过主用电源单元、二极管D2和二号节点后为微控制单元供电，另一路市电由市电监测单元实时连续监测，在市电监测单元对市电进行实时连续监测时，市电监测单元的高电平输出端会同时向MOS管开关的栅极G输出高电平信号；由于MOS管开关的栅极G为高电平信号时有MOS管开关的源极S和MOS管开关的漏极D之间的电路处于断开状态，此时只有市电为微控制单元供电，而备用电源单元不向微控制单元供电；

当市电掉电时，市电监测单元会监测到无市电输入，同时微控制单元也无市电输入；在市电监测单元无市电输入时，市电监测单元的高电平输出端也无高电平信号输出，此时MOS管开关的栅极G就收不到高电平信号，即此时MOS管开关的栅极G的电平信号为低电平信号；由于MOS管开关的栅极G为低电平信号时有MOS管开关的源极S和MOS管开关的漏极D之间的电路处于导通状态，此时市电不向微控制单元供电，而只有备用电源单元为微控制单元供电；

在微控制单元的控制下，直流传感器也实时连续的对MOS管开关的漏极D与二号节点之间线路上的电流进行检测，若把直流传感器所检测到的MOS管开关的漏极D与二号节点之间线路上的电流记为电流TA，并把所检测到的电流TA上传给微控制单元；

当备用电源单元为微控制单元供电时，直流传感器此时所检测到的电流TA大于零，直流传感器把检测到的电流TA大于零的信号传给微控制单元，微控制单元则判断此时为市电掉电状态，微控制单元根据市电掉电的判断结果作出相应数据信息处理；

当市电从掉电后又来电时，市电监测单元又立即监测到有市电输入，市电监测单元的高电平输出端又有高电平信号输出， 此时MOS管开关的栅极G又收到市电监测单元传来的高电平信号，从而使得MOS管开关的源极S和MOS管开关的漏极D之间又处于断开状态；

当MOS管开关的源极S和MOS管开关的漏极D之间处于断开状态时，微控制单元又由市电供电；

当市电为微控制单元供电时，直流传感器此时所检测到的电流TA等于零，直流传感器把检测到的电流TA等于零的信号传给微控制单元，微控制单元则判断此时为市电供电状态，微控制单元根据市电供电的判断结果作出相应数据信息处理；

当要检测备用电源单元是否有电或者要检测备用电源单元在市电掉电时是否能为微控制单元提供电源的检测过程是：由微控制单元向常闭开关发出断开常闭开关的指令，常闭开关随即断开，若此时直流传感器所检测到的电流TA大于零，则说明备用电源单元能在市电掉电时能为微控制单元提供电源，若此时直流传感器所检测到的电流TA等于零，则说明此时微控制单元正由备用电源单元供电，从而说明此时备用电源单元不仅有电，而且还说明此时备用电源单元在市电掉电时是能为微控制单元提供电源的；

当有市电时微控制单元由市电供电，当无市电时微控制单元由备用电源单元供电，循环往复，始终让微控制单元一直处于有电状态，从而让微控制单元能有电来处理需要及时处理的数据信息。

本实例电源切换的实时性及时高效，可靠性高，能始终让微控制单元一直处于有电状态，从而让微控制单元能有电来处理需要及时处理的数据信息，并能自动检测当前是市电供电还是备用电源单元供电，并且能自动检测当前备用电源单元是否有电，还能自动检测备用电源单元在市电掉电时是否能为微控制单元提供电源。

上面结合附图描述了本发明的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。

Claims (5)

1.一种自适应电源监测切换电路，其特征在于，包括市电接口（10）、常闭开关（11）、一号节点（12）、市电监测单元（13）、MOS管开关（17）、二号节点（18）、微控制单元（19）、备用电源单元（20）、主用电源单元（24）、二极管D2、直流传感器（25）和公共地GND；所述常闭开关的控制端（a3）电连接在微控制单元的一号指令输出端（e3）上，所述常闭开关的电源输入端（a1）电连接在市电接口上，所述常闭开关的电源输出端（a2）、市电监测单元的电源输入端和主用电源单元的电源输入端分别电连接在一号节点上，所述市电监测单元的高电平输出端电连接在MOS管开关的栅极G上，所述备用电源单元的正极电压输出端电连接在MOS管开关的源极S上，所述主用电源单元的正极电源输出端电连接在二极管D2的阳极上，所述直流传感器的电流输入端（b1）电连接在MOS管开关的漏极D上，所述直流传感器的电流输出端（b2）、二极管D2的阴极和微控制单元的正极电源输入端（e1）分别电连接在二号节点上，所述直流传感器的控制端（b3）电连接在微控制单元的二号指令输出端（e2）上，所述市电监测单元的接地端、主用电源单元的接地端、备用电源单元的接地端和微控制单元的接地端分别与公共地GND电连接；

市电监测单元包括降压变压器（14）、整流器（15）、电源监测芯片（16）、电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4、电容器C5、电阻R1和电阻R2；所述降压变压器的输入端电连接在一号节点上，所述降压变压器的输出端电连接在整流器的输入端上，所述整流器的输出端、电容C1的一端和电容C2的一端分别电连接在电源监测芯片的VDD端上，所述电源监测芯片的OUT端电连接在电阻R1的一端上，所述电阻R1的另一端、电容器C3的一端、电容器C4的一端、电容器C5的一端和电阻R2的一端分别电连接在MOS管开关的栅极G上，所述电容器C1的另一端、电容器C2的另一端、电源监测芯片的NC端、电源监测芯片的VSS端、电源监测芯片的DS端、电容器C3的另一端、电容器C4的另一端、电容器C5的另一端和电阻R2的另一端分别电连接在公共地GND上。

2.根据权利要求1所述的自适应电源监测切换电路，其特征在于，备用电源单元包括备用电源监测端口（21）、电池（22）、低压差线性稳压器（23）、电容器C6、电容器C7、电容器C8、电阻R3、电阻R4、电阻R5和二极管D1；所述电容器C6的一端和电阻R3的一端分别电连接在备用电源监测端口上；所述电阻R3的另一端和电阻R4的一端分别电连接在电阻R5的一端上；所述低压差线性稳压器的VIN端、电阻R4的另一端和电容器C7的一端分别电连接在电池的正极端上；所述低压差线性稳压器的OUT端和电容器C8的一端分别电连接在二极管D1的正极上；所述二极管D1的负极电连接在MOS管开关的源极S上，所述电池的负极端、电容器C6的另一端、电阻R5的另一端、电容器C7的另一端、低压差线性稳压器的VSS端和电容器C8的另一端分别电连接在公共地GND上。

3.根据权利要求1所述的自适应电源监测切换电路，其特征在于，还包括分别与微控制单元电连接的地址编码器M1、无线模块M2、存储器M3、显示屏M4和GPS定位器M5。

4.根据权利要求1所述的自适应电源监测切换电路，其特征在于，所述常闭开关为常闭的继电器开关，并且继电器开关的控制端电路由市电供电，所述继电器开关的控制端电路的通断电控制端与微控制单元的一号指令输出端电连接。

5.一种适用于权利要求1所述的自适应电源监测切换电路的使用控制方法，其特征在于，使用控制方法如下：

把市电接口接在市电上，常闭开关闭合；

当市电未掉电时，流入到一号节点处的市电分为两路市电传输，一路市电依次经过主用电源单元、二极管D2和二号节点后为微控制单元供电，另一路市电由市电监测单元实时连续监测，在市电监测单元对市电进行实时连续监测时，市电监测单元的高电平输出端会同时向MOS管开关的栅极G输出高电平信号；由于MOS管开关的栅极G为高电平信号时有MOS管开关的源极S和MOS管开关的漏极D之间的电路处于断开状态，此时只有市电为微控制单元供电，而备用电源单元不向微控制单元供电；

当市电掉电时，市电监测单元会监测到无市电输入，同时微控制单元也无市电输入；在市电监测单元无市电输入时，市电监测单元的高电平输出端也无高电平信号输出，此时MOS管开关的栅极G就收不到高电平信号，即此时MOS管开关的栅极G的电平信号为低电平信号；由于MOS管开关的栅极G为低电平信号时有MOS管开关的源极S和MOS管开关的漏极D之间的电路处于导通状态，此时市电不向微控制单元供电，而只有备用电源单元为微控制单元供电；

在微控制单元的控制下，直流传感器也实时连续的对MOS管开关的漏极D与二号节点之间线路上的电流进行检测，若把直流传感器所检测到的MOS管开关的漏极D与二号节点之间线路上的电流记为电流TA，并把所检测到的电流TA上传给微控制单元；

当备用电源单元为微控制单元供电时，直流传感器此时所检测到的电流TA大于零，直流传感器把检测到的电流TA大于零的信号传给微控制单元，微控制单元则判断此时为市电掉电状态，微控制单元根据市电掉电的判断结果作出相应数据信息处理；

当市电从掉电后又来电时，市电监测单元又立即监测到有市电输入，市电监测单元的高电平输出端又有高电平信号输出， 此时MOS管开关的栅极G又收到市电监测单元传来的高电平信号，从而使得MOS管开关的源极S和MOS管开关的漏极D之间又处于断开状态；

当MOS管开关的源极S和MOS管开关的漏极D之间处于断开状态时，微控制单元又由市电供电；

当市电为微控制单元供电时，直流传感器此时所检测到的电流TA等于零，直流传感器把检测到的电流TA等于零的信号传给微控制单元，微控制单元则判断此时为市电供电状态，微控制单元根据市电供电的判断结果作出相应数据信息处理；

当要检测备用电源单元是否有电或者要检测备用电源单元在市电掉电时是否能为微控制单元提供电源的检测过程是：由微控制单元向常闭开关发出断开常闭开关的指令，常闭开关随即断开，若此时直流传感器所检测到的电流TA大于零，则说明备用电源单元能在市电掉电时能为微控制单元提供电源，若此时直流传感器所检测到的电流TA等于零，则说明此时微控制单元正由备用电源单元供电，从而说明此时备用电源单元不仅有电，而且还说明此时备用电源单元在市电掉电时是能为微控制单元提供电源的；

当有市电时微控制单元由市电供电，当无市电时微控制单元由备用电源单元供电，循环往复，始终让微控制单元一直处于有电状态，从而让微控制单元能有电来处理需要及时处理的数据信息。