CN108123420A - 一种直流和交流电源报警保护电路及方法 - Google Patents

一种直流和交流电源报警保护电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种直流和交流电源报警保护电路及方法,通过使用可编程并联稳压二极管、光隔离晶体管、电压比较器和电位器等器件构建直流和交流电源报警保护电路。电路实现的功能为调节待测电源,要求工作电压控制在交流160V‑220V之间,当电压输入低于160V时,电源报警;对待测电源的输出进行测试,要求工作电压控制在直流4.5V‑5V之间,当电压输出低于4.5V时,电源报警;当电源断电后,约有100mS的放电时间。报警信号由报警保护电路输出,CPU接收。利用放电时间对用户数据进行存储。本发明可以准确实时的监测输入电压值和输出电压值,校验电源模块是否正常工作。可以有效的避免电压断电导致用户数据丢失。本发明可以用在直流和交流电源的输出端,有效的保护用户数据。

Description

一种直流和交流电源报警保护电路及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及硬件保护电路领域,具体的说是一种直流和交流电源报警保护电路及 方法。
背景技术
[0002] 传统的电源报警保护电路主要分为带有UPS (不间断电源)的电源报警保护电路和 不带有UPS的电源报警保护电路。因UPS价格昂贵,故带有UPS的电源报警保护电路一般应用 于航天、国防和医院等高精领域,目前不具备一般适用性。不带有UPS的电源报警保护电路 应用更为广泛,包括企业产品,个人电脑等都有应用,但存在线路复杂,不可调节,精度低等 缺点。
发明内容
[0003] 针对现有技术中存在的上述不足之处,本发明要解决的技术问题是提供一种直流 和交流电源报警保护电路,其目的是解决传统电源报警保护电路价格昂贵,电路复杂和灵 活性差等缺点。
[0004] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种直流和交流电源报警保护电 路,包括:
[0005] 交流报警保护电路,用于通过内部电路判断电源模块输入电压是否在160V至220V 之间,若不在160V至220V之间则输出报警信号给CPU;CPU接收到报警信号后,将用户数据存 储在闪存盘里;
[0006] 直流报警保护电路,用于通过内部电路判断电源模块输出电压是否在4.5V至5V之 间,若不在4 • 5V至5V之间则输出报警信号给CPU; CPU接收到报警信号后,将用户数据存储在 闪存盘里。
[0007] 所述交流报警保护电路包括:交流报警保护开关电路、交流报警保护工作电路;
[0008] 所述交流报警保护开关电路为:PE端依次连接整流电路、分压电阻R11、电位器P1、 分压电阻R13、再反向连接可控稳压管U2的参考端,至开关电路输出端,可控稳压管U2的参 考端连接电位器P1调节端;可控稳压管U2通过调节电位器P1实现可控稳压管两端的电压的 调节,从而控制开关电路输出端电压;
[0009] 当开关电路的输入端电压在220V至160V之间时可控稳压管U2的参考端电压彡 2.5V,可控稳压管U2不导通,开关电路输出端彡0.7V;当开关电路输入端电压下降至160V以 下时可控稳压管U2的参考端电压< 2.5 V,可控稳压管U2导通,开关电路输出端<〇.7V;
[0010] 所述交流报警保护工作电路包括:开关电路的输出端连接光隔离晶体管U1输入 端;光隔离晶体管U1发射极连接电压比较器U4A的正向输入端,电压比较器U4A的反向输入 端连接一个稳压值为2.5V的稳压管Z1;
[0011]当光隔离晶体管U1输入端电压彡0.7V时,电压比较器U4A的正向输入端彡2.5V,电 压比较器U4A的输出端输出彡2 • 5V;当光隔离晶体管U1输入端电压<〇 • 7V时,电压比较器 U4A的输出端输出约为〇V;
[0012] 电压比较器U4A的输出端连接电压比较器U4B的反向输入端,电压比较器U4B的正 向输入端连接一个稳压值为2 • 5V的稳压管Z1,获得2 • 5V的电压;电压比较器U4B的输出端连 接NPN三极管Q2的基极;
[0013] 当电压比较器U4A的输出端输出彡2.5V时,电压比较器U4B的输出端约为0V;当电 压比较器U4A的输出端输出<2.5V时,电压比较器U4B的输出端彡2.5V;当NPN三极管Q2的基 极彡0.7V时,NPN三极管Q2导通,NPN三极管Q2的集电极输出报警信号给CPU非屏蔽中断接 口;当NPN三极管Q2的基极C0.7V时,NPN三极管Q2不导通,NPN三极管Q2的集电极不输出报 警信号。
[0014] 所述直流报警保护电路包括:直流报警保护调节电路、直流报警保护工作电路;
[0015] 所述直流报警保护调节电路包括:电源模块输出5V直流电压依次连接分压电阻 R20、电位器P2、分压电阻R22、接地;电位器P2的调节端连接电压比较器U4B的反向输入端; 电压比较器U4B的正向输入端连接一个稳压值为2 • 5V的稳压管,获得2 • 5V的电压;电压比较 器U4B的输出端连接NPN三极管Q2的基极;
[0016] 调节电源模块输出直流电压在4 • 5 V时,调节P2使得电压比较器U4B的反向输入端 为2.5V;
[0017] 所述直流报警保护工作电路包括:电源模块输出5V直流电压,连接分压电阻R15、 PNP三极管Q1基极;PNP三极管Q1集电极输出报警信号给CPU非屏蔽中断接口;
[0018] 当电源模块输出直流电压在4.5V至5V之间时,PNP三极管Q1基极电压彡0.7V,PNP 三极管Q1导通,不输出报警信号;当电源模块输出直流电压<4.5V时,PNP三极管Q1基极电 压<0.7V,PNP三极管Q1不导通,输出报警信号给CPU非屏蔽中断接口;CPU接收到报警信号 后,闪存盘存储用户数据。
[0019] —种直流和交流电源报警保护方法,包括以下步骤:
[0020] 步骤 1:
[0021]调试交流信号的步骤为:使用电源自动测试仪,调节电源模块的ADJ接口,校准电 源模块的输入端220V电压。调节电源模块ADJ接口,输入端电压在220V至160 V之间时,可控 稳压管U2的参考端电压>2.5V,可控稳压管U2不导通,开关电路输出端多0.7V;当光隔离晶 体管U1输入端电压彡〇_7V时,电压比较器U4A的正向输入端彡2.5V,电压比较器U4A的输出 端输出彡2 • 5V;当电压比较器U4A的输出端输出彡2 • 5V时,电压比较器U4B的输出端约为0V; 当NPN三极管Q2的基极<0.7V时,NPN三极管Q2不导通,NPN三极管Q2的集电极不输出报警信 号;当开关电路的输入端电压下降至160V以下时,可控稳压管U2的参考端电压<2.5V,可控 稳压管U2导通,开关电路输出端<0 • 7V;当光隔离晶体管U1输入端电压<0.7V时,电压比较 器U4A的输出端输出约为0V;当电压比较器U4A的输出端输出<2.5V时,电压比较器U4B的输 出端彡2 • 5V;当NPN三极管Q2的基极彡0 • 7V时,NPN三极管Q2导通,NPN三极管Q2的集电极输 出报警信号给CPU非屏蔽中断接口,从而进行数据存储;
[0022]步骤 2:
[0023] 调试直流信号的步骤为:
[0024]将5V直流信号接入直流报警保护电路的调节电路,调节电源模块ADJ接口,
[0025] 当电源模块输出直流电压在4.5V至5V之间时,PNP三极管Q1基极电压彡0.7V,PNP 三极管Q1导通,不输出报警信号;当电源模块输出直流电压<4.5V时,PNP三极管Q1基极电 压<0.7V,PNP三极管Q1不导通,输出报警信号给CPU非屏蔽中断接口;CRJ接收到报警信号 后,存储用户数据。
[0026] 本发明具有以下有益效果及优点:
[0027] 在保证放电时间和报警灵敏度基础上,报警保护电路未使用UPS,节约了成本。使 用可编程并联稳压二极管,调节参考电压端的电位器,可以改变临界电压值,确保了报警电 路的灵活性,同时简化了电路。使用光隔离晶体管和电压比较器可以提升电路的灵敏度。
附图说明
[0028] 图1为本发明保护电路示意图;
[0029]图2为交流报警保护电路开关电路;
[0030] 图3为交流报警保护电路工作电路和直流报警保护电路。
具体实施方式
[0031] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[°032] 如图1所示,为本发明保护电路示意图;一种直流和交流电源报警保护电路,包括: 交流报警保护电路,用于通过内部电路判断电源模块输入电压是否在160V至220V之间,若 不在160V至220V之间则输出报警信号给CPU;CPU接收到报警信号后存储用户数据在工业闪 存盘里;直流报警保护电路,用于通过内部电路判断电源模块输出电压是否在4.5V至5V之 间,若不在4.5V至5V之间则输出报警信号给CPU;CPU接收到报警信号后存储用户数据在工 业闪存盘里。
[0033] 1.交流报警保护电路工作原理
[0034]首先搭建交流电源报警保护电路,使用电源自动测试仪NHR5600,校准电压,使输 入电压值为220V,此时报警保护电路处于正常工作状态。如图2所示为交流电源报警保护电 路的开关电路部分,作用是判断光隔离晶体管U1是否导通。PE端是一个交流信号,跟输入电 压成正比例关系,由电源模块的ADJ端输出。PE信号进入电路后经过整流得到一个5V有效值 的直流电压。调节电位器P1,利用电阻分压,使可控稳压管TL431,即U2的参考端为2.5V,可 控稳压管U2不导通。此时交流开关电路的输出A、K两端压降为1.11V。
[0035]如图3所示,当A、K两端端压降大于〇. 7 V时,光隔离晶体管U1的NPN端集电极和发射 极导通。此时5V电压输入给电压比较器LM:393 U4A部分的同相输入引脚,电压比较器U4A反 相输入引脚为2.5V齐纳二极管的齐纳电压值,即2.5V。经过电压比较,电压比较器U4A输出 高电平。
[0036]经过电阻分压,得到的2.7V电压输入给电压比较器U4B部分的反相输入端。此时反 相输入电压大于同相输入电压,电压比较器U4B输出低电平,经过测量约为0V。这个电压输 入给NPN三极管Q2的基极。因为Q2的基极和发射极压降小于〇.7V,故此时q2处于截止状态。 PNP三极管Q1的EB (发射极和基极)两端电压大于〇.7V,此时Q1导通。所以当交流输入电压为 220V时,报警信号ALI0N对地为5V,不报警。
[0037]调节电源自动测试仪NHR5600,减小输入电压。如图1,在220V-160V之间,可控稳压 管U2的参考电压值随输入电压减小而减小,但一直保持在2.5V参考值以上。当交流输入低 于临界值160V时,可控稳压管U2的参考端电压低于2.5V,此时可控稳压管U2反向击穿,即可 控稳压管U2维持齐纳电压值,约为5V。开关电路输出A、K两端压降约为0V。
[0038] 如图3所示,光隔离晶体管U1的A、K两端电压小于0.7V时,输出端集电极、发射极不 导通,发射极压降为0V。连接到电压比较器U4A的同相输入端电压为0V,此时电压比较器U4A 同相输入端电压值小于反相输入端电压值,故电压比较器U4A输出端输出低电平。
[0039] 此时电压比较器U4B的反相输入端约为0V,电压比较器U4B同相输入端为齐纳二极 管Z1的齐纳电压2.5V,电压比较器U4B反向输入端低于同相输入端,故电压比较器U4B输出 高电平。NPN三极管Q2导通,报警信号ALI0N被拉低,电路报警。
[0040] (PU接收到报警信号,利用电源内部储能电容放电的时间,约为100mS时间,进行用 户数据存储,存储在工业闪存盘内。
[0041] 2.直流报警保护电路工作原理
[0042] 直流报警电路如图3所示,当直流供电5V-4.5V时,经过电阻R15分压,PNP三极管Q1 发射极和基极之间压降大于开启电压〇.?V,PNP三极管Q1导通,此时报警信号ALI0N被拉高, 电路不进行报警。
[0043] 当直流信号低于4.5V时,PNP三极管Q1的发射极和基极之间压降小于0• 7V,PNP三 极管Q1不导通,报警信号ALI0N被拉低,电路进入报警状态。CPU接收到报警信号,利用电源 内部储能电容放电的时间,约为1 〇〇mS时间,进行用户数据存储在工业闪存盘内。
[0044] 本发明设计合理,效果明显利于在电源报警领域推广应用。

Claims (4)

1. 一种直流和交流电源报警保护电路,其特征在于,包括: 交流报警保护电路,用于通过内部电路判断电源模块输入电压是否在160V至220V之 间,若不在ieov至22〇v之间则输出报警信号给cpu; cpu接收到报警信号后,将用户数据存储 在闪存盘里; 直流报警保护电路,用于通过内部电路判断电源模块输出电压是否在4.5V至5V之间, 若不在4 • 5V至5V之间则输出报警信号给CPU; CPU接收到报警信号后,将用户数据存储在闪 存盘里。
2. 根据权利要求1所述的一种直流和交流电源报警保护电路,其特征在于,所述交流报 警保护电路包括:交流报警保护开关电路、交流报警保护工作电路; 所述交流报警保护开关电路为:PE端依次连接整流电路、分压电阻R11、电位器P1、分压 电阻R13、再反向连接可控稳压管U2的参考端,至开关电路输出端,可控稳压管U2的参考端 连接电位器P1调节端;可控稳压管U2通过调节电位器P1实现可控稳压管两端的电压的调 节,从而控制开关电路输出端电压; 当开关电路的输入端电压在220V至160V之间时可控稳压管U2的参考端电压彡2.5V,可 控稳压管U2不导通,开关电路输出端彡0.7V;当开关电路输入端电压下降至160V以下时可 控稳压管U2的参考端电压<2.5V,可控稳压管U2导通,开关电路输出端〈0.7V; 所述交流报警保护工作电路包括:开关电路的输出端连接光隔离晶体管U1输入端;光 隔离晶体管U1发射极连接电压比较器U4A的正向输入端,电压比较器U4A的反向输入端连接 一个稳压值为2.5V的稳压管Z1; 当光隔离晶体管U1输入端电压彡0.7V时,电压比较器U4A的正向输入端彡2.5V,电压比 较器U4A的输出端输出多2.5V;当光隔离晶体管U1输入端电压<0.7V时,电压比较器U4A的输 出端输出约为0V; 电压比较器U4A的输出端连接电压比较器U4B的反向输入端,电压比较器U4B的正向输 入端连接一个稳压值为2 • 5V的稳压管Z1,获得2.5V的电压;电压比较器U4B的输出端连接 NPN三极管Q2的基极; 当电压比较器U4A的输出端输出彡2.5V时,电压比较器U4B的输出端约为0V;当电压比 较器U4A的输出端输出<2.5V时,电压比较器U4B的输出端彡2.5V;当NPN三极管Q2的基极彡 0.7V时,NPN三极管Q2导通,NPN三极管Q2的集电极输出报警信号给CPU非屏蔽中断接口;当 NPN三极管Q2的基极<0.7V时,NPN三极管Q2不导通,NPN三极管Q2的集电极不输出报警信号。
3. 根据权利要求1所述的一种直流和交流电源报警保护电路,其特征在于,所述直流报 警保护电路包括:直流报警保护调节电路、直流报警保护工作电路; 所述直流报警保护调节电路包括:电源模块输出5V直流电压依次连接分压电阻R20、电 位器P2、分压电阻R22、接地;电位器P2的调节端连接电压比较器U4B的反向输入端;电压比 较器U4B的正向输入端连接一个稳压值为2.5V的稳压管,获得2.5V的电压;电压比较器U4B 的输出端连接NPN三极管Q2的基极; 调节电源模块输出直流电压在4.5V时,调节P2使得电压比较器U4B的反向输入端为 2.5V; 所述直流报警保护工作电路包括:电源模块输出5V直流电压,连接分压电阻R15、PNP三 极管Q1基极;PNP三极管Q1集电极输出报警信号给CPU非屏蔽中断接口; 当电源楨块输出直流电压在4.5V至5V之间时,PNP三极管Q1基极电压彡〇.7V,PNP三极 管Q1导通,不输出报警信号;当电源模块输出直流电压<4.5V时,PNP三极管Q1基极电压< 〇.7V,PNP三极管Q1不导通,输出报警信号给cpu非屏蔽中断接口;cpu接收到报警信号后,闪 存盘存储用户数据。
4. 一种直流和交流电源报警保护方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1: 调试交流信号的步骤为:使用电源自动测试仪,调节电源模块的ADJ接口,校准电源模 块的输入端220V电压。调节电源模块AD J接口,输入端电压在220V至160V之间时,可控稳压 管U2的参考端电压彡2.5V,可控稳压管U2不导通,开关电路输出端多0.7V;当光隔离晶体管 U1输入端电压彡0.7V时,电压比较器U4A的正向输入端彡2.5V,电压比较器U4A的输出端输 出彡2 • 5V;当电压比较器U4A的输出端输出彡2 • 5V时,电压比较器U4B的输出端约为0V;当 NPN三极管Q2的基极<〇.7V时,NPN三极管Q2不导通,NPN三极管Q2的集电极不输出报警信号; 当开关电路的输入端电压下降至ieov以下时,可控稳压管U2的参考端电压〈2.5V,可控稳压 管U2导通,开关电路输出端<0.7V;当光隔离晶体管U1输入端电压<〇.7V时,电压比较器U4A 的输出端输出约为0V;当电压比较器U4A的输出端输出<2.5V时,电压比较器U4B的输出端彡 2.5V;当NPN三极管Q2的基极多0 • 7V时,NPN三极管Q2导通,NPN三极管Q2的集电极输出报警 信号给CPU非屏蔽中断接口,从而进行数据存储; 步骤2: 调试直流信号的步骤为: 将5V直流信号接入直流报警保护电路的调节电路,调节电源模块ADj接口,当电源模块 输出直流电压在4.5V至5V之间时,PNP三极管Q1基极电压彡〇.7V,PNP三极管Q1导通,不输出 报警信号;当电源模块输出直流电压<4_5V时,PNP三极管Q1基极电压<〇.7V,PNP三极管Q1不 导通,输出报警信号给CPU非屏蔽中断接口;CPU接收到报警信号后,存储用户数据。
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