CN109713799B - 市电监控单元 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种市电监控单元，包括整流器、比较器、第一定时器和输出控制器；被监控交流电连接所述整流器的输入端，所述整流器将交流电的正弦波整流成半波，所述整流器的输出端连接比较器的第一输入端，所述比较器的第二输入端连接参考电压输出端，所述比较器的输出端连接第一定时器输入端，所述第一定时器输出端连接所述输出控制器，所述输出控制器输出端与备用电源开关的控制端连接，控制所述备用电源开关的启、闭。该市电监控单元无需将交流电转换成直流电，直接对交流电峰值进行比较，大幅提高了响应速度，只要交流电源有半个周期出现异常，该市电监控单元则可以立即做出响应。

Description

市电监控单元

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种市电监控单元。

背景技术

目前对电网的检测技术有很多，大部分都是将交流电整流滤波成直流电，然后对其进行比较，直流电压比参考电压低则启动备用电源；又或者使用微处理器以微秒级的速度对交流信号进行高速采样，然后将采样到的成百上千的数据进行数据处理，然后与设定阈值进行比较，小于阈值，则启动备用电源。

将交流电整流滤波成直流电，然后对其进行比较，滤波都离不开电容器，当市电停电时，滤波的电容放电，两端电压缓慢降低，严重影响了市电检测响应速度，血液净化设备工作电流大，稳定性要求高，如果市电断电时不能及时检测并切换到备用电源，会导致血液净化设备关机、重启或复位，给患者带来生命威胁。

使用微处理器对交流信号进行高速采样，然后进行数据处理，虽然响应速度满足了要求，但是需要1片微处理器单独采样和数据处理，如果系统还有其他功能需要用到微处理器，以保证响应速度，则只能另外添加1个处理器，导致系统电路复杂和成本高等缺点。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种能快速对市电电压进行监控的市电监控单元。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种市电监控单元，包括整流器、比较器、第一定时器和输出控制器；

被监控交流电连接所述整流器的输入端，所述整流器将交流电的正弦波整流成半波，所述整流器的输出端连接比较器的第一输入端，所述比较器的第二输入端连接参考电压输出端，所述比较器的输出端连接第一定时器输入端，当比较器的第一输入端输入的电压低于参考电压时，第一定时器开始计时，当比较器的第一输入端输入的电压高于参考电压时，第一定时器计时清零，所述第一定时器输出端连接所述输出控制器，所述输出控制器输出端与备用电源开关的控制端连接，控制所述备用电源开关的启、闭。

该市电监控单元无需将交流电转换成直流电，直接对交流电峰值进行比较，大幅提高了响应速度，只要交流电源有半个周期出现异常，该市电监控单元则可以立即做出响应。

进一步的，还包括备用电源延迟断开计时器，所述备用电源延迟断开计时器输入端连接所述第一定时器输出端，所述备用电源延迟断开计时器输出端连接所述输出控制器输入端。当市电恢复正常后，由于电源适配器内部的滤波电容需要充电，不能立即输出稳定的直流电，本发明在检测到交流电恢复正常后采用备用电源延迟断开计时器延迟一段时间后再断开备用电源，保证了用电设备供电的稳定性。

进一步的，所述参考电压由滞回可调基准源提供，所述第一定时器输出端还连接至所述滞回可调基准源输入端。滞回可调基准源有两个功能，第一个功能是基准电压可调，通过调整基准电压实现备用电源的启动电压调节，第二个功能是通过第一定时器的输出电平的变化实现对基准电压进行固定调节，实现启动备用电源时对应的交流电压与关闭备用电源时对应的交流电压值不同，以防止交流电压在备用电源启动的临界点时，备用电源反复启动和关闭，即滞回。

进一步的，所述输出控制器还与用电设备的主控系统连接，所述用电设备的主控系统向所述输出控制器发送用电设备工作状态。

进一步的，所述第一定时器包括定时芯片、定时电阻、定时电容和第二PNP型三极管；

所述比较器输出端连接所述定时芯片的触发端，所述定时芯片的放电端和门限值端均连接至所述定时电阻的第一端、定时电容的第一端，所述定时电阻的第二端连接至5V电源，所述定时电容的第二端接地，所述第二PNP型三极管的发射极连接所述定时电容的第一端，所述第二PNP型三极管的集电极连接所述定时电容的第二端，所述第二PNP型三极管的基极连接所述比较器的输出端，所述定时芯片的输出端连接至所述输出控制器。该第一定时器电路结构简单，生产成本低。

进一步的，所述备用电源延迟断开计时器包括第五电阻、第二电容、和第三PNP型三极管；

所述第一定时器输出端连接所述第三PNP型三极管的基极，所述第三PNP型三极管的集电极接地，其发射极连接所述第二电容的一端以及第五电阻的一端，所述第二电容的另一端接地，所述第五电阻的另一端连接5V电源，所述第三PNP型三极管的发射极还连接至所述输出控制器。该备用电源延迟断开计时器电路结构简单，生产成本低。

进一步的，所述输出控制器包括与非门；

所述第一定时器输出端连接所述与非门的第一输入端，所述第三PNP型三极管的发射极连接所述与非门的第二输入端，所述与非门的输出端连接备用电源开关的控制端。采用一个与非门实现对备用电源开关启闭的控制，使得电路更简洁，且成本低廉。

进一步的，所述输出控制器还包括与门，所述与非门的输出端连接所述与门的第一输入端，所述与门的第二输入端连接用电设备的主控系统的用电设备工作状态输出端，所述与门的输出端连接备用电源开关的控制端。当用电设备，如血液净化设备，处于睡眠或待机状态，市电停电时，不需要启动备用电源。本发明通过将与门的第二输入端与用电设备的主控系统连接，向与门发送用电设备的工作状态，实现是否启动备用电源由主控控制。

进一步的，所述滞回可调基准源包括基准稳压源、二极管、可调变阻器和第一NPN型三极管；

所述基准稳压源的阴极连接所述比较器的正相端，所述比较器的正相端还连接有第三电阻，所述第三电阻连接至5V电源，所述基准稳压源的阳极分别连接所述二极管的正极、所述可调变阻器的线圈一端、所述第一NPN型三极管的集电极；所述基准稳压源的参考极连接所述可调变阻器的调节端，所述可调变阻器的线圈另一端连接所述比较器的正相端，所述第一NPN型三极管的基极连接所述第一定时器的输出端，所述第一NPN型三极管的发射极和二极管的负极接地。采用该滞回可调基准源电路，一旦市电低于设定的基准值，触发并启动了备用备用电源后，将自动将基准值升高，防止反复开关，防止被监控的交流电压在备用电源启动的临界点时，备用电源反复开关。

本发明的有益效果是：该市电监控单元无需将交流电转换成直流电，直接对交流电峰值进行比较，大幅提高了响应速度，只要交流电源有半个周期出现异常，则可以立即做出响应，相较于微处理器采样的方式，本发明电路更简洁，且成本低廉。

3、本发明还设计了基准调节电路，实现对启动备用电源的设定值可调。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明的电路原理图；

图3是交流电的整流、比较波形图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本发明提供了一种市电监控单元，包括整流器D1、比较器U2A、第一定时器和输出控制器。

被监控交流电连接所述整流器D1的输入端，所述整流器D1将交流电的正弦波整流成半波，所述整流器D1的输出端连接比较器U2A的第一输入端，所述比较器U2A的第二输入端连接参考电压输出端，这里的参考电压由滞回可调基准源提供，所述第一定时器输出端还连接至所述滞回可调基准源输入端。

所述比较器U2A的输出端连接第一定时器输入端，所述第一定时器输出端连接所述输出控制器，所述输出控制器输出端与备用电源开关的控制端连接，控制所述备用电源开关的启、闭。

被监控的交流电连接整流器D1后，如图3所示，整流器D1将被监控交流电的正弦波(A波形)转换成半波(B波形)，整流器D1连接到比较器U2A，比较器U2A对半波与滞回可调基准源(B波形的Ref)进行比较，比较器U2A连接到第一定时器，第一定时器是交流电检测定时器，当取样电压信号大于基准电压信号，比较器U2A输出低电平，反之则输出高电平，如图3的C波形，当比较器U2A输出高电平时，第一定时器开始计时，当比较器U2A输出低电平时，清零第一定时器的计时时间，第一定时器输出高电平给输出控制器，同时第一定时器的输出还连接到滞回可调基准源。

滞回可调基准源有两个功能，第一个功能是基准电压可调，通过调整基准电压实现备用电源的启动电压调节，第二个功能是通过定时器1的输出电平的变化实现对基准电压进行固定调节，实现启动备用电源时对应的交流电压与关闭备用电源时对应的交流电压值不同，以防止交流电压在备用电源启动的临界点时，备用电源反复启动和关闭，即滞回。

当给电源转换器输入220V交流电时，电源转换器内部有很多滤波电容，并不能立即输出稳定的直流电。因此检测到交流电正常后不能立即断开备用电源，需要延迟一段时间后再断开，因此作为本实施例的优选方案，该市电监控单元还包括备用电源延迟断开计时器，即延迟断开备用电源的计时器，以实现备用电源延时断开的目的。

第一定时器的输出端连接到备用电源延迟断开计时器的输入端，所述备用电源延迟断开计时器输出端连接所述输出控制器输入端。当第一定时器计时间达到设定时间时，第一定时器输出变成低电平，低电平信号使备用电源延迟断开计时器输出高电平给到输出控制器，输出控制器控制备用电源开关断开。

输出控制器还与用电设备的主控系统连接，所述用电设备的主控系统向所述输出控制器发送用电设备工作状态，只有用电设备的主控系统发送使能信号，输出控制模块才输出备用电源延迟断开计时器的状态，才能实现启动用电设备的备用电源。当用电设备处于工作状态时，用电设备的主控系统输出使能信号，当用电设备处于睡眠或待机时，用电设备的主控系统不发送使能信号，此时监测到交流电异常时则不启动备用电源。这里的用电设备优选但不限于为血液净化设备。

具体的，如图2所示，被监控交流电由第一连接器J1输入到整流器D1的2、4脚，整流器D1的1脚接地，3脚输出半波，如图3的B波形所示，整流器D1的3脚输出经第一电阻R1、第二电阻R2分压，比例缩小后送入比较器U2A的反相输入端，与同相端的参考电压进行比较，比较器U2A输出端连接第一定时器输入端，比较器U2A优选但不限于为型号为LM393的电压比较器。

这里由滞回可调基准源提供参考电压，该滞回可调基准源包括基准稳压源U1、二极管D2、可调变阻器RP1和第一NPN型三极管Q1，基准稳压源U1优选但不限于为型号为TL431的稳压源。

所述基准稳压源U1的阴极连接所述比较器U2A的正相端，所述比较器U2A的正相端还连接有第三电阻R3，所述第三电阻R3连接至5V电源，所述基准稳压源U1的阳极分别连接所述二极管D2的正极、所述可调变阻器RP1的线圈一端、所述第一NPN型三极管Q1的集电极；所述基准稳压源U1的参考极连接所述可调变阻器RP1的调节端，所述可调变阻器RP1的线圈另一端连接所述比较器U2A的正相端，所述第一NPN型三极管Q1的基极连接所述第一定时器的输出端，所述第一NPN型三极管Q1的发射极和二极管D2的负极接地。

第一定时器包括定时芯片U3、定时电阻R4、定时电容C1和第二PNP型三极管Q2，定时芯片U3优选但不限于为型号为NE555的芯片。

所述比较器U2A输出端连接所述定时芯片U3的触发端，所述定时芯片U3的放电端和门限值端均连接至所述定时电阻R4的第一端、定时电容C1的第一端，所述定时电阻R4的第二端连接至5V电源，所述定时电容C1的第二端接地，所述第二PNP型三极管Q2的发射极连接所述定时电容C1的第一端，所述第二PNP型三极管Q2的集电极连接所述定时电容C1的第二端，所述第二PNP型三极管Q2的基极连接所述比较器U2A的输出端，所述定时芯片U3的输出端连接至所述输出控制器。

所述备用电源延迟断开计时器包括第五电阻R5、第二电容C2、和第三PNP型三极管Q3。

所述第一定时器输出端连接所述第三PNP型三极管Q3的基极，所述第三PNP型三极管Q3的集电极接地，其发射极连接所述第二电容C2的一端以及第五电阻R5的一端，所述第二电容C2的另一端接地，所述第五电阻R5的另一端连接5V电源，所述第三PNP型三极管Q3的发射极还连接至所述输出控制器。

所述输出控制器包括与非门U4A，所述第一定时器输出端连接所述与非门U4A的第一输入端，所述第三PNP型三极管Q3的发射极连接所述与非门U4A的第二输入端，所述与非门U4A的输出端连接备用电源开关控制端或与门U5A的第一输入端，所述与门U5A的第二输入端连接血液净化设备主控系统的血液净化设备工作状态输出端，所述与门U5A的输出端连接备用电源开关的控制端。

5V电源经第三电阻R3限流后给基准稳压源U1供电，基准稳压源U1根据连接在可调变阻器RP1的参考极的电压调整其阴极电压，以供比较器U2A做基准，初始状态时第一NPN型三极管Q1的基极为高电平，第一NPN型三极管Q1呈导通状态，第一NPN型三极管Q1的集电极与发射极的电阻很小，可忽略不计，基准稳压源U1的阳极可视为接地，当比较器U2A反相端的电压比同相端的电压高时，比较器U2A输出低电平，反之则输出高电平。当比较器U2A输出为低电平时，第二PNP型三极管Q2导通，给定时电容C1放电，同时由于比较器U2A输出端还连接双到定时芯片U3的触发端，因此定时芯片U3的触发端被置低，定时芯片U3输出端输出高电平，当比较器U2A输出高电平时，第二PNP型三极管Q2截止，停止对定时电容C1的放电，定时电容C1由+5V电源通过定时电阻R4进行充电，定时电容C1电压充电到设定电压值时，如3.3V，即定时时间到，定时芯片U3的输出端输出低电平，即被监控交流电源电压经比例缩小后，低于设定的基准电压且维持时间超出设定的定时时间。

这里分为两种情况，一种不考虑延时情况，一种是考虑延时情况。

当不考虑延时情况时，定时芯片U3的输出端与输出控制器连接，输出控制器根据定时芯片U3的输出端输出的高、低电平控制备用电源开关的启、闭。

当考虑到延时情况时，定时芯片U3的输出端就与备用电源延迟断开计时器连接。当定时芯片U3的输出端输出低电平时，连接在定时芯片U3输出端的第三PNP型三极管Q3导通，给第二电容C2放电，连接在第三PNP型三极管Q3发射极的与非门U4A的第一输入端为低电平，与非门U4A的第二输入端直接连接在定时芯片U3的输出端上，同样为低电平，与非门U4A的输出端输出高电平。

当与非门U4A的输出端连接备用电源开关控制端时，直接由与非门U4A的输出结果控制备用电源开关的启闭，这里非门U4A的输出端输出高电平，打开备用电源开关。当与门U5A的第一输入端连接与非门U4A的输出端时，这里非门U4A的输出端输出为高电平，与门U5A的第二输入端通过第二连接器J2的连接使能端EN，该使能端由透析机主控系统控制，输出血液净化设备工作状态，如此时使能端EN为高电平，则与门U5A的输出端输出状态根据与非门U4A的输出端变化，输出高电平，通过第二连接器J2的3脚，打开备用电源开关；如此时使能端EN为低电平，则与门U5A的输出端保持输出低电平，无法打开备用电源开关。

同时定时芯片U3的输出端还连接到第一NPN型三极管Q1的基极，定时芯片U3的输出端输出低电平，第一NPN型三极管Q1截止，第一NPN型三极管Q1的集电极与发射极断开，基准稳压源U1的阳极的电流经过二极管D2流向地。二极管D2正向导通时会有一个管压降，该管压降的电压值具体根据二极管D2的类型而定，本实施例中，该管压降的电压值为0.7V，从而基准稳压源U1的阳极电压为0.7V，基准稳压源U1的阴极电压上升0.7V，即基准源电压被抬高0.7V，形成滞回比较。如要关闭备用电源开关，等比例缩小的电压信号必须比启动备用电源时的电压高于该管压降的电压值，这里为0.7V，实现不会因为被监控交流电的电压在启动备用电源设定值的临界点时备用电源往复启动和断开。

当被监控交流电恢复正常，等比例缩小的电压信号比设定的基准电源值高于该管压降的电压值后，比较器U2A输出低电平，清零定时芯片U3定时时间，定时芯片U3的输出端输出高电平。与非门U4A的第一输入端变成高电平，第三PNP型三极管Q3截止，此时第二电容C2上的电压为0V，即与非门U4A的第二输入端为低电平，此时与非门U4A的输出端仍然保持高电平，备用电源仍然持续打开，第二电容C2由5V电源通过第五电阻R5为其充电，当第二电容C2上的电压充到高电平后，与非门U4A的输出端输出变成低电平，与门U5A的输出端输出变成低电平，关闭备用电源开关，实现延时关闭备用电源的目的。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种市电监控单元，其特征在于：包括整流器（D1）、比较器（U2A）、第一定时器和输出控制器；

被监控交流电连接所述整流器（D1）的输入端，所述整流器（D1）将交流电的正弦波整流成半波，所述整流器（D1）的输出端连接比较器（U2A）的第一输入端，所述比较器（U2A）的第二输入端连接参考电压输出端，所述比较器（U2A）的输出端连接第一定时器输入端，当比较器（U2A）的第一输入端输入的电压低于参考电压时，第一定时器开始计时，当比较器（U2A）的第一输入端输入的电压高于参考电压时，第一定时器计时清零，所述第一定时器输出端连接所述输出控制器，所述输出控制器输出端与备用电源开关的控制端连接，控制所述备用电源开关的启、闭；

还包括备用电源延迟断开计时器，所述备用电源延迟断开计时器输入端连接所述第一定时器输出端，所述备用电源延迟断开计时器输出端连接所述输出控制器输入端；

具体的，所述备用电源延迟断开计时器包括第五电阻（R5）、第二电容（C2）、和第三PNP型三极管（Q3）；

所述第一定时器输出端连接所述第三PNP型三极管（Q3）的基极，所述第三PNP型三极管（Q3）的集电极接地，其发射极连接所述第二电容（C2）的一端以及第五电阻（R5）的一端，所述第二电容（C2）的另一端接地，所述第五电阻（R5）的另一端连接5V电源，所述第三PNP型三极管（Q3）的发射极还连接至所述输出控制器。

2.根据权利要求1所述的市电监控单元，其特征在于：所述参考电压由滞回可调基准源提供，所述第一定时器输出端还连接至所述滞回可调基准源输入端。

3.根据权利要求1所述的市电监控单元，其特征在于：所述输出控制器还与用电设备的主控系统连接，所述用电设备的主控系统向所述输出控制器发送用电设备的工作状态。

4.根据权利要求1所述的市电监控单元，其特征在于：所述第一定时器包括定时芯片（U3）、定时电阻（R4）、定时电容（C1）和第二PNP型三极管（Q2）；

所述比较器（U2A）输出端连接所述定时芯片（U3）的触发端，所述定时芯片（U3）的放电端和门限值端均连接至所述定时电阻（R4）的第一端、定时电容（C1）的第一端，所述定时电阻（R4）的第二端连接至5V电源，所述定时电容（C1）的第二端接地，所述第二PNP型三极管（Q2）的发射极连接所述定时电容（C1）的第一端，所述第二PNP型三极管（Q2）的集电极连接所述定时电容（C1）的第二端，所述第二PNP型三极管（Q2）的基极连接所述比较器（U2A）的输出端，所述定时芯片（U3）的输出端连接至所述输出控制器。

5.根据权利要求1所述的市电监控单元，其特征在于：所述输出控制器包括与非门（U4A）；

所述第一定时器输出端连接所述与非门（U4A）的第一输入端，所述第三PNP型三极管（Q3）的发射极连接所述与非门（U4A）的第二输入端，所述与非门（U4A）的输出端连接备用电源开关的控制端。

6.根据权利要求5所述的市电监控单元，其特征在于：所述输出控制器还包括与门（U5A），所述与非门（U4A）的输出端连接所述与门（U5A）的第一输入端，所述与门（U5A）的第二输入端连接用电设备的主控系统的用电设备工作状态输出端，所述与门（U5A）的输出端连接备用电源开关的控制端。

7.根据权利要求2所述的市电监控单元，其特征在于：所述滞回可调基准源包括基准稳压源（U1）、二极管（D2）、可调变阻器（RP1）和第一NPN型三极管（Q1）；

所述基准稳压源（U1）的阴极连接所述比较器（U2A）的正相端，所述比较器（U2A）的正相端还连接有第五电阻（R5），所述第五电阻（R5）连接至5V电源，所述基准稳压源（U1）的阳极分别连接所述二极管（D2）的正极、所述可调变阻器（RP1）的线圈一端、所述第一NPN型三极管（Q1）的集电极；所述基准稳压源（U1）的参考极连接所述可调变阻器（RP1）的调节端，所述可调变阻器（RP1）的线圈另一端连接所述比较器（U2A）的正相端，所述第一NPN型三极管（Q1）的基极连接所述第一定时器的输出端，所述第一NPN型三极管（Q1）的发射极和二极管（D2）的负极接地。