CN114689926A - 掉电检测方法、装置及具有其的用电设备 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种电路系统的掉电检测方法，包括：在第一时间点获取第一交流采样电压和第一直流采样电压；通过所述第一交流采样电压和所述第一直流采样电压，计算得到交直流电压关系式；在第二时间点获取第二交流采样电压和第二直流采样电压；通过所述第二时间点、所述第二直流采样电压和所述交直流电压关系式，计算得到第二交流标准电压；若所述第二交流采样电压的值与所述第二交流标准电压不处于一定误差范围，则输出掉电信号。本发明提供的掉电检测方法，能够有效检测交流电压波动情况，通过交流和直流电压分别采样，计算其是否符合交直流电压关系式，进而准确判断系统是否发生掉电。

Description

掉电检测方法、装置及具有其的用电设备

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种掉电检测方法、装置及具有其的用电设备。

背景技术

在运用交流电进行供电的设备中，在输入电源发生掉电时，需要设置掉电检测装置对设备输入电压进行检测，判断设备供电情况，从而使得当出现断电等异常工况时，设备能够根据需要进行断电或其他操作，进一步地，通过将掉电信号发送至工作台，从而使得工作人员知晓设备掉电情况，及时进行调整，以免影响正常的生产作业。

现有技术中提供一种掉电检测方法，通过对交流电进行采样，得到两个电压值和他们之间的时间差，再利用所得数据计算斜率，并根据交流电电压遵循正弦波动的特性进行判断，当斜率小于正弦波动最大斜率1时，即认定尚未发生掉电，但此种方法判断依据过于模糊，且结果并不准确，实用性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掉电检测方法，能够解决现有技术中交流掉电判断不准确，效率低下的技术问题。

本发明的目的之一在于提供一种掉电检测装置。

本发明的目的之一在于提供一种具有掉电检测装置的用电设备。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种电路系统的掉电检测方法，包括：在第一时间点获取第一交流采样电压和第一直流采样电压；通过所述第一交流采样电压和所述第一直流采样电压，计算得到交直流电压关系式；在第二时间点获取第二交流采样电压和第二直流采样电压；通过所述第二时间点、所述第二直流采样电压和所述交直流电压关系式，计算得到第二交流标准电压；若所述第二交流采样电压的值与所述第二交流标准电压不处于一定误差范围，则输出掉电信号。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法还包括：若所述第一交流采样电压与所述第二交流采样电压均为零，则输出掉电信号。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述交直流电压关系式包括：所述第一交流采样电压等于所述第一直流采样电压与所述第一时间点所处第一相位的正弦值的积；所述第二交流标准电压等于所述第二直流采样电压与所述第二时间点所处第二相位的正弦值的积。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述误差范围为±2％。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述在第一时间点获取第一交流采样电压和第一直流采样电压，具体包括：在第一时间点获取第一交流采样电压和第一直流采样电压，并开始计时；所述在第二时间点获取第二交流采样电压和第二直流采样电压，具体包括：当计时时间等于预设的标准时间时，在第二时间点获取第二交流采样电压和第二直流采样电压，其中第二时间点的值等于所述第一时间点和所述标准时间之和。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种掉电检测装置，包括储能电路、处理器、采样电路，所述处理器与所述储能电路和所述采样电路分别具有电性连接，所述采样电路，用于对所述电路系统的电压进行采样，所述处理器，用于获取采样电压，以及判断采样电压是否符合交直流电压关系式，所述掉电检测装置用于根据上述任一种技术方案所述的掉电检测方法进行电路系统掉电检测。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述采样电路采样过程具有总采样时间，所述处理器信号处理过程具有处理时间和信号传输时间，所述储能电路的放电时间大于所述总采样时间、所述处理时间以及所述信号传输时间之和。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述采样电路包括直流采样电路和交流采样电路，所述直流采样电路和所述交流采样电路分别与所述处理器具有电性连接。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述掉电检测装置还包括设置于所述储能电路和所述处理器之间的降压电路。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种用电设备，设置有所述电路系统，所述电路系统包括电源输入装置、工作装置、主控装置和上述任一种技术方案所述的掉电检测装置。

与现有技术相比，本发明的掉电检测方法，通过对电路系统进行直流和交流采样，得到采样电压并检验其是否符合交直流电压关系式，从而得出掉电与否的结论，相比于单次测量电压而言，检测效率和准确度更高，而相比通过检测斜率从而判定是否掉电而言，具有更好的检测效果和更简单的运算过程。

附图说明

图1是本发明一实施方式中掉电检测装置的结构示意图；

图2是本发明一实施方式中掉电检测装置的部分电路结构示意图；

图3是本发明一实施方式中掉电检测方法的流程示意图；

图4是本发明一实施方式中掉电检测方法的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明一实施方式中，提供一种用电设备，可以是冰箱、空调、空气净化器等家用电器，也可以是其他领域的用电设备。其中，用电设备设置有电路系统，电路系统具体包括电源输入装置、工作装置、主控装置以及掉电检测装置，更进一步地，电源输入装置通过掉电检测装置与工作装置连接，从而为工作装置提供电能，主控装置与工作装置也具有电性连接，从而控制工作装置运作。在一种实施方式中，该用电设备是冰箱，工作装置为冰箱内部的压缩机，在电源输入装置和压缩机之间供电关系异常时，能够通过掉电检测装置检测掉电，并将信号发送至主控装置或其他终端，从而辅助工作人员或用户及时调整设备状态。

对于上述掉电检测装置，如图1所示，在本实施方式中包括储能电路11、处理器12、采样电路13，其中，处理器12与储能电路11和采样电路13分别具有电性连接，更具体地，采样电路13用于对电路系统进行采样，而处理器12则用于获取采样电压，以及判断采样电压是否符合交直流电压关系式。从而，能够实现在掉电状况下，通过储能电路11为掉电检测装置，或在其他实施方式中为电路系统进行续流，使得处理器12在掉电情况下仍能够继续工作并输出掉电信号，同时，由于掉电检测装置处于掉电状态下，整体供电完全依靠储能电路11，而储能电路11放电持续消耗电能，从而导致其电压下降，因而可以通过检测此时电路系统的电压情况，也即此时储能电路11的电压情况，从而更精准的判断电路状态，防止因供电电压正常波动，导致处理器12误判电路系统掉电，进而影响其精确程度，这也是本发明提供的掉电检测方法的整体思路。

同时，由于储能电路11和处理器12的自身性质及连线方式为本领域技术人员惯用手段，因此不做详细阐述。

应当说明地，在现有技术中，多数用电设备对电能的质量要求较高，为了削弱交流供电的波动对用电设备的影响，上述掉电检测装置中，在本实施方式下，电路系统还包括整流器14和逆变器15，其中整流器14设置于掉电检测装置的前端，一端与储能电路11连接，另一端连接于市电10，而逆变器15则设置于掉电检测装置后端，与储能电路11电性连接。进一步地，对于上述采样电路13，实际上有更为具体的结构设计，也即采样电路13包括直流采样电路131和交流采样电路132，直流采样电路131和交流采样电路132分别于处理器12具有电性连接，更具体地，直流采样电路131一端连接处理器12，另一端连接储能电路11，如此可以通过检测经过储能电路11中经过整流的直流电，得到电路系统的直流电压情况，当然根据电路原理，直流采样电路131未与处理器12连接的一端，还可以具有其他实施方式，均为本领域技术人员根据专业知识不付出创造性劳动即可做出的变形；而对于交流采样电路132，其一端连接于处理器12，另一端连接于市电10，如此可以检测市电10的变化情况，从而与直流采样电路131检测得到的直流电压信号进行比对，从而判定是否掉电，也即为后续掉电检测方法提供硬件基础。

如此，对于电能的流向，市电10一方面通过交流采样电路132进行电压采样，另一方面通过整流器14被整流成直流电后，进入储能电路11被其部分存储，接着，电能继续通过储能电路11分别传输至逆变器15、处理器12以及直流采样电路132，此时大部分电能通过逆变器15逆变成交流电后为后端如冰箱的压缩机等工作装置19供电，而小部分电能则一方面通过直流采样电路131得到直流电压信号并传输至处理器12，另一方面通过处理器12，从而为其的动作进行供电，也即此时处理器12在来自储能电路11提供的电能的支持下，处理来自直流采样电路131的直流电压信号。

但在实际操作过程中，经过反复试验我们得知，在选用市面上常规型号的处理器12组装掉电检测装置的情况下，将为后端工作装置19如压缩机供电的电压，经过整流后直接加在处理器12为其供电的技术方案实际上是较难实现的，市面上常见的处理器12能接受的供电电压实际上是处于交底范围内的，因此在储能电路11和处理器12之间，在本实施方式中还设置有降压电路16，从而将前端输入的电流降压至能够提供给处理器12的电压大小。

而对于处理器12运算后得到的掉电与否的结论究竟应传输至何处，在本发明中并未进行限制，但本发明提供了一种实施方式，也即掉电检测装置还包括信号传输模块17和上位机18，其中信号传输模块17与处理器12具有电性连接，上位机18与信号传输模块17具有通讯连接，信号传输模块17配置为接收来自处理器12的掉电信号，并将掉电信号发送至上位机18，如此，在处理器12通过运算得出掉电结论后，信号传输模块17将信号传输至上位机18，工作人员即可通过上位机18监控用电设备的掉电情况，以便及时进行检修。

为了支持上述掉电信号能够顺利从处理器12通过我信号传输模块17传输至上位机18，采样电路13、处理器12、传输模块17以及储能电路11具有如下配置：采样电路13的采样过程具有总采样时间ti，处理器12的信号处理过程具有处理时间tc，信号传输模块17具有信号传输时间ts，储能电路11具有放电时间tp，进一步地，放电时间tp大于总采样时间ti、处理时间tc和信号传输时间ts的和。也即：

tp>K(ti+tc+ts)；

同时，经过反复试验，在本发明提供的实施方式中，放电时间tp大于五倍的总采样时间ti、处理时间tc和信号传输时间ts之和时，也即上式中K≥5时，能够保证在任何工况下都能够有效传输掉电信号。当然本发明并不局限于此倍数或此种时间计算方式。

对于掉电检测装置内部元器件配置情况，则如图2所示，在本实施方式中，整流器14包括整流桥，降压电路16包括开关电源，工作装置19如冰箱内的压缩机；直流采样电路131包括相互串并联的电容或电阻，利用电容防止电压波动，并利用电阻检测施加在其上的电压，从而实现直流电压采样；交流采样电路132包括相互串并联的电容和电阻、差分运放电路以及接在放大器正相输入端以及反相输入端之间相互反向并联的二极管，其中电容起滤波作用，电阻起分压作用，二极管起到保护差分放大电路的作用，而差分运放电路则用于将交流采样信号降压至处理器12能够处理的电压大小；储能电路11包括并联在电路中的大电解电容，由于大电解电容具有单位体积下电容量大的特点，能够为掉电检测装置提供更长时间的续流。

更进一步地，在本实施方式中，直流采样电路131通过第一接口121与处理器12连接，交流采样电路132通过第二接口122与处理器12连接，但可以理解地，上述连接方式以及上述掉电检测装置中的元器件之间的位置关系，并不是限制本发明保护范围的必要技术特征，能够实现对应功能的任一种实施方式或元器件的位置安排，均在本发明的保护范围内。

对于掉电检测装置中实现其功能的掉电检测方法，本发明主要通过对电路系统进行直流和交流电压采样，进一步通过计算直流电压和交流电压之间的关系是否符合交直流电压关系式，从而判断电路系统是否发生掉电，基于本思路，本发明提供了以下实施方式。

根据上述思路，本发明提供一实施方式，如图3所示，包括如下步骤：

步骤21，在第一时间点t1获取第一交流采样电压Vt1和第一直流采样电压Um1；

在本实施方式中，处理器12分别通过直流采样电路131和交流采样电路132获取电路系统在第一时间点t1的采样电压，并将其分别标记为第一直流采样电压Um1和第一交流采样电压Vt1进行储存，需要说明地，此处第一时间点t1、第一交流采样电压Vt1和第一直流采样电压Um1均非特指，处理器12、直流采样电路131和交流采样电路132持续处于工作状态，并依照预设的时间间隔对电路系统进行采样。

步骤22，通过第一交流采样电压Vt1和第一直流采样电压Um1，计算得到交直流电压关系式；

交直流电压关系式，实际上取决于交流电压波形的变化规律，对于一般市电而言，其交流电压波形一般遵循正弦变化，因此在本实施方式中，将针对交直流电压关系式符合正弦变化的实施方式进行具体介绍，但可以理解地，此处交直流电压关系式可根据市电变化规律的变动进行适应性调整。

根据本领域技术人员惯用手段和公知常识，当市电严格符合正弦变化时，根据正弦交流电基本公式，在t时刻下，交流电Vt的变化满足：

Vt＝Um·sin(ωt)；

其中Um实际上为交流电依照正弦规律变化下的幅值，而ωt则是在t时刻下正弦波对应的相位。但是实际上，Um相当于t时刻下电路系统经过整流后得到的直流电压的值，因此在本实施方式中，可以通过对整流后的电路系统上的直流电压进行采样，从而获取Um的值；而对于ωt，根据公式：

ωt＝2πft；

但上式中，根据我国市电标准，频率f为固定值(一般为50Hz)，圆周率π同样为固定值，因此相位ωt在已知时间t的情况下能够计算得出。而本发明正是利用上述原理进行掉电检测。

当处理器12通过采样得到第一直流采样电压Um1和第一交流采样电压Vt1后，不论第一时间点t1时电路是否发生掉电，均先假定第一直流采样电压Um1和第一交流采样电压Vt1符合正弦交流电基本公式，也即交直流电压关系式，则有：

Vt1＝Um1·sin(ωt1)；

上式表达了交直流电压关系式在第一时间点t1处的形式，也即第一交流采样电压Vt1等于第一直流采样电压Um1与第一时间点t1所处第一相位ωt1的正弦值的积。基于此，由于上式中第一交流采样电压Vt1和第一直流采样电压Um1已知，因此可以求得第一时间点t1的值，也即得到了第一时间点t1所处的第一相位ωt1的值。但应当注意地，此处所述第一时间点t1的值，并非实际意义上第一时间点t1的值，而是第一时间点t1在正弦函数意义上经过换算得到的理论值。

步骤23，在第二时间点t2获取第二交流采样电压Vt2和第二直流采样电压Um2；

步骤24，通过第二时间点t2、第二直流采样电压Um2和交直流电压关系式，计算得到第二交流标准电压Vth2；

对于具体的计算过程，实际上是基于交直流电压关系式的基本内容，也即第二交流标准电压Vth2等于第二直流采样电压Um2与第二时间点t2所处第二相位ωt2的正弦值的积这一基本原理，具体而言：

Vth2＝Um2·sin(ωt2)；

步骤25，若第二交流采样电压Vt2的值与第二交流标准电压Vth2不处于一定误差范围，则输出掉电信号。

计算得到第二交流标准电压Vth2并将其与第二交流采样电压Vt2进行比较，由于考虑到正常市电10会存在一定波动，从而影响第二交流采样电压Vt2的值，使其在电路系统未发生掉电的情况下，仍与第二交流标准电压Vth2存在一定偏差，因此需要预留一定的误差范围，从而保证系统不发生误判，经过反复试验，该误差范围在本实施方式中定为±2％，也即若

0.98Vth2≤Vt2≤1.02Vth2；

则判定电路系统尚未发生掉电，此时，系统继续执行步骤21以及后续步骤，进行新一轮的掉电检测，但若第二交流采样电压Vt2与第二交流标准电压Vth2的关系不处于上述的误差范围内，则输出掉电信号。

进一步地，通过限定第一时间点t1和第二时间点t2之间的时间差，使其相位差不等于正弦交流电变化的半个周期的整数倍，则可以等出结论：两次进行交流电压采样，得到的第一交流采样电压Vt1和第二交流采样电压Vt2的值不可能均为零，由此可以进一步得到掉电检测更为快捷的判断方法，即：

若第一交流采样电压Vt1和第二交流采样电压Vt2均为零，则输出掉电信号。

其背后的原理在于，正弦交流电采样得到电压为零的情况，是正弦波形处于“过零点”的位置，但“过零点”根据正弦波形的性质，每半个周期出现一次，当采样时间间隔不等于半个正弦交流电周期的整数倍时，不可能发生两次采样均为零的情况，除非电路系统发生掉电。

应当理解地，在本实施方式中，上述所提供的技术方案是根据采样得到的交流电压和直流电压，通过代入交直流电压关系式反推采样的理论时间，从而便于后续的计算，而对于直接在电路系统启动时即令计时模块动作，并记录电路系统实际工作时间和相应的采样电压的技术方案，虽然只需要采样一次，根据公式Vth＝Um·sin(ωt)计算交流标准电压值，并将结果与实际采样得到的交流采样电压值，即可判断是否发生掉电，但此种方式存在两个问题：

第一，电路系统通电后，采样电路13和计时模块并不能保证同时动作，如果发生动作时间上的偏差，则直接导致后续计算结果不可采信；

第二，电路系统的工作需要持续较长时间，计时模块持续工作后得到的数据较大，用此数据进行计算会增加处理器12的运算负担，如若设置固定周期后清零的程序，虽然能够改善上述代入公式的计算负担，但仍然增加了处理器12的工作量。

因此在本发明提供的实施方式中，采取反推时间并记录两次采样之间时间差的方案进行交流标准电压和交流采样电压值的比对，从而得出掉电结论，具体如下。

本发明基于上述思路以及实施方式，提供一实施例，包括如下步骤：

步骤31，在第一时间点t1获取第一交流采样电压Vt1和第一直流采样电压Um1，并开始计时；

步骤32，通过第一交流采样电压Vt1和第一直流采样电压Um1，计算得到交直流电压关系式；

步骤33，当计时时间等于预设的标准时间td时，在第二时间点t2获取第二交流采样电压Vt2和第二直流采样电压Um2；

步骤34，通过第二时间点t2、第二直流采样电压Um2和交直流电压关系式，计算得到第二交流标准电压Vth2；

步骤35，若第二交流采样电压Vt2的值与第二交流标准电压Vth2不处于一定误差范围，则输出掉电信号。

对于此过程，详细说明如下：

在第一时间点t1下采样得到第一交流采样电压Vt1和第一直流采样电压Um1后，代入公式：

Vt1＝Um1·sin(ωt1)；

计算得到第一相位ωt1以及第一时间点t1的值；

计时经过标准时间td后，采样得到第二时间点t2下的第二交流采样电压Vt2和第二直流采样电压Um2，此时可以理解地，第二时间点t2的值等于第一时间点t1与标准时间td的和，也即：

t2＝t1+td；

如此，可以计算得到第二时间点t2的值，进一步将第二时间点t2和第二直流采样电压Um2作为已知，代入公式计算得到第二交流标准电压Vth2：

Vth2＝Um2·sin(ωt2)；

最后再将第二交流标准电压Vth2与第二交流采样电压Vt2进行比对，从而判定电路系统是否发生掉电。

更进一步地，虽然在本发明中，采样均以两次进行表述，但实际上应当理解地，本发明提供的实施方式中，在保持处理器能够将掉电信号发送至上位机的前提下，采样次数越多，掉电检测的准确性就越强，因此并不能认为第一采样、第二采样即代表本发明仅适用于采样两次的情况。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电路系统的掉电检测方法，其特征在于，包括：

在第一时间点(t1)获取第一交流采样电压(Vt1)和第一直流采样电压(Um1)；

通过所述第一交流采样电压(Vt1)和所述第一直流采样电压(Um1)，计算得到交直流电压关系式；

在第二时间点(t2)获取第二交流采样电压(Vt2)和第二直流采样电压(Um2)；

通过所述第二时间点(t2)、所述第二直流采样电压(Um2)和所述交直流电压关系式，计算得到第二交流标准电压(Vth2)；

若所述第二交流采样电压(Vt2)的值与所述第二交流标准电压(Vth2)不处于一定误差范围，则输出掉电信号。

2.根据权利要求1所述的掉电检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述第一交流采样电压(Vt1)与所述第二交流采样电压(Vt2)均为零，则输出掉电信号。

3.根据权利要求1所述的掉电检测方法，其特征在于，所述交直流电压关系式包括：

所述第一交流采样电压(Vt1)等于所述第一直流采样电压(Um1)与所述第一时间点(t1)所处第一相位(ωt1)的正弦值的积；

所述第二交流标准电压(Vth2)等于所述第二直流采样电压(Um2)与所述第二时间点(t2)所处第二相位(ωt2)的正弦值的积。

4.根据权利要求1所述的掉电检测方法，其特征在于，所述误差范围为±2％。

5.根据权利要求1所述的掉电检测方法，其特征在于，所述在第一时间点(t1)获取第一交流采样电压(Vt1)和第一直流采样电压(Um1)，具体包括：

在第一时间点(t1)获取第一交流采样电压(Vt1)和第一直流采样电压(Um1)，并开始计时；

所述在第二时间点(t2)获取第二交流采样电压(Vt2)和第二直流采样电压(Um2)，具体包括：

当计时时间等于预设的标准时间(td)时，在第二时间点(t2)获取第二交流采样电压(Vt2)和第二直流采样电压(Um2)，

其中第二时间点(t2)的值等于所述第一时间点(t1)和所述标准时间(td)之和。

6.一种掉电检测装置，其特征在于，包括储能电路(11)、处理器(12)、采样电路(13)，所述处理器(12)与所述储能电路(11)和所述采样电路(13)分别具有电性连接，

所述采样电路(13)，用于对所述电路系统的电压进行采样，所述处理器(12)，用于获取采样电压，以及判断采样电压是否符合交直流电压关系式，

所述掉电检测装置用于根据权利要求1-5任意一项所述的掉电检测方法进行电路系统掉电检测。

7.根据权利要求6所述的掉电检测装置，其特征在于，所述采样电路(13)采样过程具有总采样时间，所述处理器(12)信号处理过程具有处理时间和信号传输时间，所述储能电路(11)的放电时间大于所述总采样时间、所述处理时间以及所述信号传输时间之和。

8.根据权利要求6所述的掉电检测装置，其特征在于，所述采样电路(13)包括直流采样电路(131)和交流采样电路(132)，所述直流采样电路(131)和所述交流采样电路(132)分别与所述处理器(12)具有电性连接。

9.根据权利要求6所述的掉电检测装置，其特征在于，所述掉电检测装置还包括设置于所述储能电路(11)和所述处理器(12)之间的降压电路(16)。

10.一种用电设备，其特征在于，设置有所述电路系统，所述电路系统包括电源输入装置、工作装置(19)、主控装置和权利要求6所述的掉电检测装置。

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