CN105958630B - 应急电源市电高速监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应急电源市电高速监测系统，包括：市电整流单元，用于接收市电电压信号，并将市电电压信号经整流得到脉动直流电电压信号；市电电压采样单元，用于将脉动直流电电压信号经电压采样得到采样的脉动直流电电压信号；同步辅助电源单元，用于接收脉动直流电电压信号经稳压处理得到稳定的脉动直流电电压信号；信号功放隔离单元，用于将采样的脉动直流电压信号经功率放大隔离处理，得到功率放大隔离后的脉动直流电压信号，并将功率放大隔离后的脉动直流电压信号输出。本发明应急电源市电高速监测系统采用了同步辅助电源单元的设计，将市电经同步辅助电源单元直接对信号功放隔离单元进行供电，电路结构简单，连接简单。

Description

应急电源市电高速监测系统

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其涉及市电监测系统领域。

背景技术

电能是一种方便的能源，它的广泛应用形成了人类近代史上第二次技术革命。有力地推动了人类社会的发展，给人类创造了巨大的财富，改善了人类的生活。随着电网的普及，现在每家每户都使用上了家用电器，给人类的生活带来了很大的变化。

然而随着用电量的不断增加，市电难免会出现因负荷量过大或供电线路老化等原因造成供电不稳定，从而影响家用电器的正常使用，甚至影响到使用寿命。因此目前人们通常使用市电监测系统来监测市电的变化，然而目前的市电监测系统主要由市电整流单元、市电电压采样单元、信号功放隔离单元组成，其中，信号功放隔离单元通常由系统的其他单元供电，电路结构复杂，且对于市电的监控，监测的是经过信号功放隔离后的市电电压，影响监测速度，不能及时切换到应急电源，会造成紧急情况下的财产损失和人员伤亡。

因此，现有技术中的缺陷是，市电监测系统中的信号功放隔离单元通常由系统的其他单元供电，电路结构复杂，连线复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应急电源市电高速监测系统，采用了同步辅助电源单元的设计，将市电经同步辅助电源单元直接对信号功放隔离单元进行供电，电路结构简单，连接简单。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

本发明提供一种应急电源市电高速监测系统，包括：

市电整流单元，用于接收市电电压信号，并将所述市电电压信号经整流得到脉动直流电电压信号；

市电电压采样单元，用于接收所述脉动直流电电压信号，并将所述脉动直流电电压信号经电压采样得到采样的脉动直流电电压信号；

同步辅助电源单元，用于接收所述脉动直流电电压信号，经稳压处理得到稳定的脉动直流电电压信号；

信号功放隔离单元，用于接收所述采样的脉动直流电压信号，将所述稳定的脉动直流电电压信号作为供电电源，将所述采样的脉动直流电压信号经功率放大隔离处理，得到功率放大隔离后的脉动直流电压信号，并将所述功率放大隔离后的脉动直流电压信号输出。

本发明的技术方案为先通过市电整流单元，接收市电电压信号，并将所述市电电压信号整流，得到脉动直流电电压信号；然后通过市电电压采样单元，接收所述脉动直流电电压信号，并将所述脉动直流电电压信号进行电压采样，得到采样的脉动直流电电压信号；再通过同步辅助电源单元，接收所述脉动直流电电压信号，稳压处理得到稳定的脉动直流电电压信号；此脉动直流电电压信号就作为信号功放隔离单元的供电电源；最后通过信号功放隔离单元，接收所述采样的脉动直流电压信号，将所述采样的脉动直流电压信号经功率放大隔离处理，得到功率放大隔离后的脉动直流电压信号，并将所述功率放大后的脉动直流电压信号输出。

本发明应急电源市电高速监测系统采用同步辅助电源单元的设计，将市电经同步辅助电源单元直接对信号功放隔离单元进行供电，电路结构简单，连接简单。同时可直接监测市电电压，可监测每个周期的市电电压异常，提高了应急电源的切换速度。由于一般输出的电压需要带动负载，因此输出前要对电压信号放大，且输出电压的电压相差不能太大，否则会影响整个系统的稳定性，因此最后脉动直流电压经过隔离放大后才输出，输出的电压可以传给处理单元或控制单元进行相应的应急处理，避免断电时造成的财产损失及人身安全危害；市电电压监测信号的隔离能提高系统的可靠性和安全性。

进一步地，所述市电整流单元包括整流电路，所述整流电路为全波整流电路或半波整流电路。整流电路是将市电的交流电转换成直流电的电路，因交流电流动方向是反复交替变化的电流，而直流电是单方向流动，人们就利用二极管单向导电性将电流转换为一个方向的电流，半波整流用一个二极管，所以出来的电流一半有一半没有称半波整流，用在对直流电要求不是很严格的场合。而用四个二极管，可以实现将交流电所有波型全部转换成单一方向的电流，所以叫全波整流。一般后面还需要加一个滤波电容，去除整流后的杂波即可，极性不能反了。全波整流的电路在通常变压器中常被采用。

进一步地，所述全波整流电路为桥式整流电路。全波整流电路只用两只二极管，就可以实现全波整流，但需要变压器二次线圈是双绕组的。也就是有中心抽头的。二极管承受的最大反向电压要求很高。桥式整流电路，需要四只二极管，才可以实现全波整流，变压器二次线圈单绕组就可以。二极管承受的最大反向电压只要大于变压器二次电压即可。

进一步地，所述桥式整流电路由四个二极管两两串联,然后并联组成四个连接端，所述桥式整流电路中的第一连接端和第三连接端接市电电压，所述桥式整流电路的第四连接端接地，所述桥式整流电路的第二连接端输出脉动直流电电压。四个二极管两两串联，再进行并联组成桥式整流电路，桥式整流电路输出波形脉动较小，输出电压高，对二极管的要求低。

进一步地，所述市电电压采样单元包括电压采样电路，所述电压采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和第一稳压管，所述第一电阻的第一端与所述桥式整流电路第二连接端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地，所述第一电容并联在所述第三电阻两端，所述第一稳压管的正极与所述第一电容的第一端连接，所述第一稳压管的负极与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端接地，所述第二电容并联在所述第四电阻两端。

电压采样电路中采用将第一电容和第二电容并联的形式，因为电容两端的电压不能突变，并且关联电压相同；所以它对脉动直流电电压有一定的缓冲作用，能够保证在一定时间内电压保持变化得不大，即保证采样时电压的稳定。

进一步地，所述同步辅助电源单元包括同步辅助电源电路，所述同步辅助电源电路包括第五电阻、第六电阻、第二稳压管和第三电容，所述第五电阻的第一端与所述第一电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端与所述第二稳压管的正极连接，所述第二稳压管的负极接地，所述第三电容并联在所述第二稳压管两端。

本发明中的辅助电源电路是同步的，当市电电压通过市电整流单元时，市电电压同时为信号功放隔离单元提供电源，还可实现对市电电压的监测，辅助电源电路只包括四个电器元件，连接简单，且实现功能强大。

进一步地，所述信号功放隔离单元包括功率放大隔离电路，所述功率放大隔离电路包括第七电阻、三极管和光耦，所述光耦内部电路是由光敏三极管和发光二极管组合成一个电子元件，所述发光二极管正极与所述同步辅助电源电路中的第三电容的第一端相连接，所述发光二极管的负极与所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端与所述三极管的集电极相连，所述三极管的发射极接地，所述三极管的基极与所述电压采样电路中的第二电容的第一端相连。

功率放大隔离电路是对市电电压采样单元输出的采样后的脉动直流电电压进行功率放大处理和信号隔离处理，该电路中采用光耦进行电压信号隔离处理，光耦具有信号单向传输、输出信号对输入端无影响、抗干扰能力强、工作稳定、无触点、使用寿命长、传输效率高等特点，且光耦的信号传递采取电-光-电的形式，能够避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰，因此在本发明的功率放大隔离电路采用光耦实现信号的隔离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示出了现有应急电源市电高速监测系统的结构框图；

图2示出了本发明第一实施例所提供的应急电源市电高速监测系统的结构框图；

图3示出了本发明第一实施例所提供的应急电源市电高速监测系统的电路原理图；

图4示出了本发明第一实施例所提供的应急电源市电高速监测系统中整流电路图；

图5示出了本发明第一实施例所提供的应急电源市电高速监测系统中电压采样电路图；

图6示出了本发明第一实施例所提供的应急电源市电高速监测系统中同步辅助电源电路图；

图7示出了本发明第一实施例所提供的应急电源市电高速监测系统中功率放大隔离电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一

图1示出了本发明第一实施例所提供的现有应急电源市电高速监测系统10的结构框图。如图1所示，现有技术中辅助电源设置在控制单元中，控制单元一般都是经过隔离的低压电源，而信号功放隔离单元104需要的电源是非隔离高压电源，因此要对辅助电源的电路进行将低电压变成高电压的隔离设计，增加了控制单元的复杂性。

图2示出了本发明第一实施例所提供的应急电源市电高速监测系统10的结构框图；如图2所示，根据本发明第一实施例的应急电源市电高速监测系统10包括：

市电整流单元101，用于接收市电电压信号，并将市电电压信号经整流得到脉动直流电电压信号；

市电电压采样单元102，用于接收脉动直流电电压信号，并将脉动直流电电压信号经电压采样得到采样的脉动直流电电压信号；

同步辅助电源单元103，用于接收脉动直流电电压信号，经稳压处理得到稳定的脉动直流电电压信号；

信号功放隔离单元104，用于接收采样的脉动直流电压信号，将稳定的脉动直流电电压信号作为供电电源，将采样的脉动直流电压信号经功率放大隔离处理，得到功率放大隔离后的脉动直流电压信号，并将功率放大隔离后的脉动直流电压信号输出。

本发明的技术方案为先通过市电整流单元101，接收市电电压信号，并将市电电压信号经整流得到脉动直流电电压信号；然后通过市电电压采样单元102，接收脉动直流电电压信号，并将脉动直流电电压信号经电压采样得到采样的脉动直流电电压信号；再通过同步辅助电源单元103，接收脉动直流电电压信号，经稳压处理得到稳定的脉动直流电电压信号；此脉动直流电电压信号；就作为信号功放隔离单元104的供电电源；最后通过信号功放隔离单元104，接收采样的脉动直流电压信号，将采样的脉动直流电压信号经功率放大隔离处理，得到功率放大隔离后的脉动直流电压信号，并将功率放大后的脉动直流电压信号输出。

本发明应急电源市电高速监测系统10采用同步辅助电源单元103的设计，将市电经同步辅助电源单元103直接对信号功放隔离单元104进行供电，电路结构简单，连接简单。同时可直接监测市电电压，可监测每个周期的市电电压异常，提高了应急电源的切换速度。由于一般输出的电压需要带动负载，因此输出前要对电压信号放大，且输出电压的电压相差不能太大，否则会影响整个系统的稳定性，因此最后脉动直流电压经过隔离放大后才输出，输出的电压可以传给处理单元或控制单元进行相应的应急处理，避免断电时造成的财产损失及人身安全危害；市电电压监测信号的隔离能提高系统的可靠性和安全性。

市电整流单元101还可以包括信号滤波电路，在市电接入整流电路之前，先对电压信号进行滤波处理，得到没有干扰的电压信号，便于整流电路对其进行整流处理。同样本发明应急电源市电高速监测系统中的每个单元都可以根据需求增加不同的电路设计，实现不同的功能。

参见图3，为本发明第一实施例所提供的应急电源市电高速监测系统的电路原理图；分为整流电路、电压采样电路、同步辅助电源电路和功率放大隔离电路四部分，可实现对市电电源的监测，当市电电源突然断电时，通过本发明应急电源市电高速监测系统的电路进行紧急处理，防止因突然断电导致的意外情况。

具体地，整流电路为全波整流电路或半波整流电路。整流电路是将市电的交流电转换成直流电的电路，因交流电流动方向是反复交替变化的电流，而直流电是单方向流动，我们就利用二极管单向导电性将电流转换为一个方向的电流，半波整流用一个二极管，所以出来的电流一半有一半没有称半波整流，用在对直流电要求不是很严格的场合。而用四个二极管，可以实现将交流电所有波型全部转换成单一方向的电流，所以叫全波整流。一般后面还需要加一个滤波电容，去除整流后的杂波即可，极性不能反了。全波整流的电路在通常变压器中常被采用。

具体地，全波整流电路为桥式整流电路。市电整流单元中还包括变压器，全波整流电路只用两只二极管，就可以实现全波整流，但需要变压器二次线圈是双绕组的。也就是有中心抽头的，二极管承受的最大反向电压要求很高。桥式整流电路，需要四只二极管，才可以实现全波整流，变压器二次线圈单绕组就可以。二极管承受的最大反向电压只要大于变压器二次电压即可。

参见图4，为本发明第一实施例所提供的应急电源市电高速监测系统中整流电路图；桥式整流电路由四个二极管两两串联,然后并联组成四个连接端，桥式整流电路中的第一连接端A和第三连接端C接市电电压，桥式整流电路的第四连接端D接地，桥式整流电路的第二连接端B输出脉动直流电电压。四个二极管两两串联，再进行并联组成桥式整流电路，桥式整流电路输出波形脉动较小，输出电压高，对二极管的要求低。

参见图5，为本发明第一实施例所提供的应急电源市电高速监测系统中电压采样电路图；电压采样电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R6、第四电阻R7、第一电容C1、第二电容C3和第一稳压管ZD1，第一电阻R1的第一端与桥式整流电路第二连接端B连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与第三电阻R6的第一端连接，第三电阻R6的第二端接地，第一电容C1并联在第三电阻R6两端，第一稳压管ZD1的正极与第一电容C1的第一端连接，第一稳压管ZD1的负极与第四电阻R7的第一端连接，第四电阻R7的第二端接地，第二电容C3并联在第四电阻R7两端。

参见图5，为本发明第一实施例所提供的应急电源市电高速监测系统中电压采样电路图；电压采样电路中采用将第一电容C1和第二电容C3并联的形式，因为电容两端的电压不能突变，并且关联电压相同；所以它对脉动直流电电压有一定的缓冲作用，能够保证在一定时间内电压保持变化得不大，即保证采样时电压的稳定。

参见图6，为本发明第一实施例所提供的应急电源市电高速监测系统中同步辅助电源电路图；同步辅助电源电路包括第五电阻R3、第六电阻R4、第二稳压管ZD2和第三电容C2，第五电阻R3的第一端与第一电阻R1的第一端连接，第五电阻R3的第二端与第六电阻R4的第一端连接，第六电阻R4的第二端与第二稳压管ZD2的正极连接，第二稳压管ZD2的负极接地，第三电容C2并联在第二稳压管ZD2两端。电路中只包含电阻、电容和稳压管，电路设计简单，连接方便，将电路的输出端直接连接到功率放大隔离电路的输入端，对信号功放隔离单元直接进行供电，同时实现了对市电电压的快速检测。

参见图7，为本发明第一实施例所提供的应急电源市电高速监测系统中功率放大隔离电路图；本发明中的辅助电源电路是同步的，当市电电压通过市电整流单元101时，市电电压同时为信号功放隔离单元104提供电源，还可实现对市电电压的监测，辅助电源电路只包括四个电器元件，连接简单，且实现功能强大。

具体地，功率放大隔离电路包括第七电阻R5、三极管Q1和光耦，光耦内部电路是由光敏三极管U1B和发光二极管U1A组合成一个电子元件，发光二极管U1A正极与同步辅助电源电路中的第三电容C2的第一端相连接，发光二极管U1A的负极与第七电阻R5的第一端连接，第七电阻R5的第二端与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极与电压采样电路中的第二电容C3的第一端相连。

功率放大隔离电路是对市电电压采样单元102输出的采样后的脉动直流电电压进行功率放大处理和信号隔离处理，该电路中采用光耦进行电压信号隔离处理，光耦具有信号单向传输、输出信号对输入端无影响、抗干扰能力强、工作稳定、无触点、使用寿命长、传输效率高等特点，因此在本发明的功率放大隔离电路采用光耦实现信号的隔离。

光耦属于固态继电器，继电器常用于驱动大型设备。在设计继电器时，要考虑继电器的驱动线圈有一定的电感，在关断瞬间可能会产生较大的电压，因此在对继电器的驱动电路上常常反接一个保护二极管用于反向放电，不同的继电器，允许的驱动电流也不一样，在电路设计时可适当加一限流电阻R5，而在某些需较大驱动电流的场合，则可在光隔与继电器之间再接一级三极管Q1以增加驱动电流。

本发明的优点为：可监测每个市电周期的电压和同步的辅助电源，未经过滤波的市电电压经取样，由信号功放隔离单元和辅助电源单元传送至控制系统，从而使系统可以更快速的做出反应。如某矿用的高压金属卤化物灯(HID灯)应急照明电源系统由于灯的固有特性，市电突然断电时需要高速的切换至应急电源供电状态，从而快速的进入紧急照明模式；如果切换速度稍慢就会引灯管的断弧重启问题(需灯管温度降下来后才能正常重启)，这样就会造成几分钟的紧急照明间断，这将严重影响工作人员作业及撤离，甚至危及工作人员生命等安全问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (3)

1.应急电源市电高速监测系统，其特征在于，包括：

市电整流单元，用于接收市电电压信号，并将所述市电电压信号经整流得到脉动直流电电压信号；

市电电压采样单元，用于接收所述脉动直流电电压信号，并将所述脉动直流电电压信号经电压采样得到采样的脉动直流电电压信号；

同步辅助电源单元，用于接收所述脉动直流电电压信号，经稳压处理得到稳定的脉动直流电电压信号；

信号功放隔离单元，用于接收所述采样的脉动直流电电压信号，将所述稳定的脉动直流电电压信号作为供电电源，将所述采样的脉动直流电电压信号经功率放大隔离处理，得到功率放大隔离后的脉动直流电压信号，并将所述功率放大隔离后的脉动直流电压信号输出；

所述电压采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第一稳压管，所述第一电阻的第一端与桥式整流电路的第二连接端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地，所述第一电容并联在所述第三电阻两端，所述第一稳压管的正极与所述第一电容的第一端连接，所述第一稳压管的负极与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端接地，所述第二电容并联在所述第四电阻两端；

所述同步辅助电源电路包括第五电阻、第六电阻和第二稳压管，所述第五电阻的第一端与所述第一电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端与所述第二稳压管的正极连接，所述第二稳压管的负极接地，所述第三电容并联在所述第二稳压管两端；

所述信号功放隔离单元包括功率放大隔离电路，所述功率放大隔离电路包括第七电阻、三极管和光耦，所述光耦的内部电路是由光敏三极管和发光二极管组合成一个电子元件，所述同步辅助电源单元包括同步辅助电源电路，所述同步辅助电源电路包括第三电容，所述发光二极管正极与所述第三电容的第一端相连接，所述发光二极管的负极与所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端与所述三极管的集电极相连，所述三极管的发射极接地，所述市电电压采样单元包括电压采样电路，所述电压采样电路包括第二电容，所述三极管的基极与所述第二电容的第一端相连。

2.根据权利要求1所述应急电源市电高速监测系统，其特征在于，

所述市电整流单元包括整流电路，所述整流电路为全波整流电路或半波整流电路。

3.根据权利要求2所述应急电源市电高速监测系统，其特征在于，

所述全波整流电路为桥式整流电路。