CN108957108B - 一种市电停电检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及停电检测电路技术领域，具体为一种市电停电检测电路，包括电源、高压NMOS管N1、高压NMOS管N2、电阻R1、电阻R2和电容C1，高压NMOS管N1的栅极分别与电阻R1的一端、高压NMOS管N2的栅极、电容C1的一端、比较器的反相输入端连接且接地，源极与电阻R1的另一端连接，漏极作为市电火线连接端，高压NMOS管N2的源极分别与电容C1的另一端、电阻R2的一端和比较器的同相输入端连接，漏极作为市电零线连接端，电阻R2的另一端与电源VCC连接，高压NMOS管N1和高压NMOS管N2的衬底均接地，比较器的输出端作为检测信号输出端。本发明电路结构简单，检测准确度高，易于集成，成本低。

Description

一种市电停电检测电路
技术领域
本发明涉及停电检测电路技术领域，具体为一种市电停电检测电路。
背景技术
在很多的应用场合，我们需要对市电的供电状态进行检测。当停电状况发生时，采取相应的应急措施，以免发生次生事故。例如，在突然停电时，需要切断电设备以防止其在再次来电时重启；停电时，也需要启动应急照明。由于专业的电网监控设备，通常成本偏高，因而不利于普及应用。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种电路结构简单，制造成本低的市电停电检测电路。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种市电停电检测电路，其特征在于：包括电源、高压NMOS管N1、高压NMOS管N2、电阻R1、电阻R2和电容C1，所述高压NMOS管N1的栅极分别与电阻R1的一端、高压NMOS管N2的栅极、电容C1的一端、比较器的反相输入端连接且接地，源极与电阻R1的另一端连接，所述高压NMOS管N2的源极分别与电容C1的另一端、电阻R2的一端和比较器的同相输入端连接，所述电阻R2的另一端与电源VCC连接，所述高压NMOS管N1和高压NMOS管N2的衬底均接地，所述高压NMOS管N1的漏极作为市电火线连接端，所述高压NMOS管N2的漏极作为市电零线连接端，所述比较器的输出端作为检测信号输出端。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明电路结构简单，易于实现，仅在开关S1导通使检测电路接入市电进行检测，并发生市电停电时，比较器的输出逻辑信号才会改变，发出停电警示；在开关S1断开，检测电路未接入市电时不会误报，电路检测准确度高。
2.本发明具体实施时，由于本发明的市电停电检测电路的内部所有器件都可以在集成电路芯片上实现，因此可以将整个电路集成在同一集成电路芯片内，从而可以在实现单颗集成电路芯片上生产出该市电停电检测电路，不仅提高了系统集成度，提高了可靠性，而且降低了电路制造成本。
附图说明
图1是本发明的电路图；
图2是电容C1充电和放电时序示意图；
图3是不停电时电容C1充电路径示意图；
图4是不停电时电容C1放电路径示意图；
图5是停电时电容C1放电路径示意图。
具体实施方式
结合图1至图5，详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
如图1所示，一种市电停电检测电路，包括电源、高压NMOS管N1、高压NMOS管N2、电阻R1、电阻R2和电容C1，高压NMOS管N1的栅极分别与电阻R1的一端、高压NMOS管N2的栅极、电容C1的一端、比较器的反相输入端连接且接地，源极与电阻R1的另一端连接，高压NMOS管N2的源极分别与电容C1的另一端、电阻R2的一端和比较器的同相输入端连接，电阻R2的另一端与电源VCC连接，高压NMOS管N1和高压NMOS管N2的衬底均接地，高压NMOS管N1的漏极作为市电火线连接端，高压NMOS管N2的漏极作为市电零线连接端，所述比较器的输出端作为检测信号输出端，用作停电警示。
本发明的工作原理如下：
市电交流电源通常由配电站经过配电电网连接到各用电场所内的负载。配电电网的电线通常比较长，配电电网的零线和火线之间会存在微弱的漏电，可等效认为零线和火线之间连接着一个阻值较大的电阻R3。
市电接入到各用电场合后，通常会并联连接多路阻性负载，如电动机、灯泡等，可以把这些并联负载等效为电阻R4。
本发明的市电停电检测电路的高压NMOS管N1的漏极的连接端子VN和高压NMOS管N2的漏极的连接端子VL通过开关S1连接在零线和火线之间，可以认为与上述电阻R3和电阻R4并联。开关S1用于控制市电停电检测电路是否接入市电进行检测，当开关S1导通时，市电停电检测电路对市电的供电状态进行检测，并在停电时发出停电警示，当开关S1断开时，市电停电检测电路不会发出停电警示。
对于220V市电，VN和VL之间产生的最高电压为311V，NMOS管N1和N2为高压管，其漏极到源极的击穿电压应该大于311V。对于110V市电，VN和VL之间产生的最高电压为155V，NMOS管N1和N2漏极到源极的击穿电压应该大于155V。以此类推，根据具体的市电参数，选择漏极到源极的击穿电压足够大的高压NMOS管N1和高压NMOS管N2。
二极管D1为高压NMOS管N1的衬底与漏极之间的寄生二极管，N1的衬底连接到检测电路的地线；二极管D2为高压NMOS管N2的衬底与漏极之间的寄生二极管，N2的衬底连接到检测电路的地线。高压NMOS管N1的栅极电压值为VG1，VG1高于N1的开启阈值电压VTH1，使N1处于开启状态。高压NMOS管N2的栅极电压值为VG2，VG2高于N2的开启阈值电压VTH2，使N2处于开启状态。高压NMOS管N1的源极通过电阻R1连接到检测电路的地线，高压NMOS管N2的源极通过电容C1连接到检测电路的地线。高压NMOS管N2的源极与电容C1的连接点的电压信号VC1作为比较器的输入信号，比较器的参考电压信号为VR。比较器对VC1和VR的电压值大小进行比较，并输出逻辑信号。
电阻R2的一端连接检测电路的电源VCC，另一端连接到电容C1。检测电路电源VCC的电压VCC满足VCC＝VG2-VTH2，其中VTH2为N2的开启阈值电压。
如图2所示为当不停电时，一个交流振荡周期内端子VL与端子VN之间的相对电压关系示意图。在t1时间段内，端子VN电压高于端子VL电压；在t2时间段内，端子VN电压低于端子VL电压；在t2时间段内，市电停电，VN和VL之间无外加电压源，所以VN和VL之间的电压近似相等。
交流电源的零线和火线之间的电压差的绝对值为VAC×|sinθ|，其中θ为交流电源相位角，随时间变化。
在t1时间段内，电容C1被充电，充电电流路径如图3所示。电容C1被充电时，充电电流经过NMOS管N1的的寄生二极管D1，高压NMOS管N1的漏极电压为VNt1＝-VD1，其中，VD1为二极管D1正向导通压降；高压NMOS管N2的漏极电压为VLt1＝VAC×|sinθ|-VD1。此时，高压NMOS管N1的漏极和源极之间承受较高的电压。电容C1的充电电流由N2的饱和电流决定，通常该电流很大，所以电容C1被迅速充电。当电容C1电压上升到高于VC1_t1＝VG2-VTH2时，NMOS管N2因为栅极与源极之间电压差低于其阈值电压VTH2而关断，之后电容C1电压保持VC1_t1直至t1时间段结束。电源VCC的电压VCC满足VCC＝VG2-VTH2，因而电阻R2两端之间的电压相等，通过电阻R2的电流可以忽略。
在t2时间段内，电容C1被放电，放电电流路径如图4所示。放电电流经过电阻R1，放电电流值由电阻R1的阻值决定。为了使电容C1慢速放电，R1的阻值需要选择得较大，使得通过电阻R1的电流很小。高压NMOS管N1处于微导通状态，高压NMOS管N1的漏极电压约为VNt2＝VG1-VTH1，高压NMOS管N2的漏极电压为VLt2＝VAC×|sinθ|+VNt2＝VAC×|sinθ|+VG1-VTH1。此时，NMOS管N2的漏极和源极之间承受较高的电压。高压NMOS管N1的源极和漏极之间的电压近似相等，电容C1的放电电流为：通过对电阻R1选择较大的阻值，使得电容C1的放电电流很小，所以在t2时间段内，电容C1的电压仅降低很小的值，可以近似地认为，t2时间段结束时，电容C1的电压等于上述t1时间段结束时的电压。电源VCC的电压VCC满足VCC＝VG2-VTH2，因而电阻R2两端之间的电压相等，通过电阻R2的电流可以忽略。
设置比较器的参考电压VR满足0V＜VR＜VG2-VTH2，则在不停电情况下，电容C1随着交流电周期性地快速充电、慢速放电，电容电压值VC1维持大于比较器参考电压VR，比较器输出为1的逻辑信号，该市电停电检测电路不发出停电警示。
如图5是当交流电停电情况发生时，电容C1的放电路径示意图。当交流电停电情况发生时，电容C1不会被交流电充电。电容C1的放电电流经过检测电路内部的高压NMOS管N1、电阻R1、电容C1、高压NMOS管N2，同时还经过配电电网之间的电阻R3和其它并联负载等效电阻R4。高压NMOS管N1和N2的等效导通电阻与电阻R1相比很小，可以忽略。电阻R1与配电电网之间的电阻R3和其它并联负载等效电阻R4串联。所以电容C1的放电电流为：在此过程中，电容C1的电压值低于检测电路电源VCC的电压Vcc，电容C1会被检测电路的电源VCC充电，充电电流为/>通过给电阻R2选择较大的电阻值，使得交流电停电情况发生时电容C1的充电电流小于放电电流，即则电容C1被持续慢速放电，电容上的电压缓慢下降。当电容C1上的电压下降到低于参考电压VR后，比较器输出的逻辑信号发生改变，由1的逻辑信号变为0的逻辑信号，该市电停电检测电路发出停电警示。
当开关S1断开时，电容C1无放电路径。无论此时市电是否正常供电，经过电阻R2的电流对电容C1缓慢充电，最终使得电容C1上的电压等于VCC。因为VCC＝VG2-VTH2，设置比较器的参考电压VR满足0V＜VR＜VG2-VTH2，VCC的值大于比较器参考电压VR的值，所以比较器输出为1的逻辑信号，该市电停电检测电路不发出停电警示，即在开关S1断开时，无论市电是否正常供电，该市电停电检测电路都不会发出停电警示。
综上所述，本发明所述的市电停电检测电路仅在开关S1导通(即市电停电检测电路接入市电进行检测时)且停电时，输出逻辑信号才会由1变为0，该市电停电检测电路发出停电警示，从而可以应用在应急照明，停电报警等场合。在开关S1断开(即市电停电检测电路未接入市电进行检测)时，无论市电是否正常供电，其输出逻辑仍然维持为1，不会发生误报。
本发明具体实施时，由于本发明的市电停电检测电路的内部所有器件都可以在集成电路芯片上实现，因此可以将整个电路集成在同一集成电路芯片内，从而可以在实现单颗集成电路芯片上生产出该市电停电检测电路，不仅提高了系统集成度，提高了可靠性，而且降低了电路制造成本。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明电路结构简单，易于实现，仅在开关S1导通使检测电路接入市电进行检测，并发生市电停电时，比较器的输出逻辑信号才会改变，发出停电警示；在开关S1断开，检测电路未接入市电时不会误报，电路检测准确度高。
2.本发明具体实施时，由于本发明的市电停电检测电路的内部所有器件都可以在集成电路芯片上实现，因此可以将整个电路集成在同一集成电路芯片内，从而可以在实现单颗集成电路芯片上生产出该市电停电检测电路，不仅提高了系统集成度，提高了可靠性，而且降低了电路制造成本。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种市电停电检测电路，其特征在于：包括电源、高压NMOS管N1、高压NMOS管N2、电阻R1、电阻R2和电容C1；所述高压NMOS管N1的栅极与电源VG1连接，所述高压NMOS管N1的源极与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端接地，所述高压NMOS管N2的源极分别与电容C1的一端、电阻R2的一端和比较器的同相输入端连接，所述高压NMOS管N2的栅极与电源VG2连接，所述电容C1的另一端接地，所述电阻R2的另一端与电源VCC连接，所述高压NMOS管N1和高压NMOS管N2的衬底均接地，所述高压NMOS管N1的漏极作为市电火线连接端，所述高压NMOS管N2的漏极作为市电零线连接端，所述比较器的输出端作为检测信号输出端；所述电源VCC的电压满足VCC＝VG2-VTH2，所述比较器的参考电压VR满足0V＜VR＜VG2-VTH2；其中VG2为高压NMOS管N2的栅极电压值，VTH2为N2的开启阈值电压。
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