专利名称：交流电压欠压检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测电路，更具体的说，是涉及一种交流电压检测电路。
背景技术：
UPS即不间断电源在逆变电压不正常时必须切换到旁路供电以保证负载对电源的要求。逆变电压变化可能从额定值瞬间跌落到很低甚至到零(如1/4周波内降低到零)，也可能缓慢降低(如5-10个周波降低到额定值的70--80％)。对于前者变化，负载要求UPS快速切换，对于后者，负载要求UPS可以经过一定时间后再切换，以消除如负载突变而引起的逆变电压小幅变化但并不需要切换的误动作。通常对不间断电源(UPS)中的电压模拟检测，基本上采用降压-整流-滤波-门限判决的方法。其电路如图1所示逆变电压在降压后经整流、滤波变成纹波系数很小的直流电压U后，送入过压比较器和欠压比较器。分别调整需要的允许上限值和允许下限值。当U1＜U＜U2时，其中U1是过压门槛电压，U是待检测电压经整流滤波后的电压，U2是欠压门槛电压；过压比较器和欠压比较器均输出高电平，则检测输出为“0”，当U超出上述范围时，即无论电压U偏高还是偏低，与非门U1A的输出均为“1”。由于此电路要求直流纹波系数小，故采用RC滤波网络时间长，输出结果有延时。但是逆变器发生故障之后，UPS一般要求在正弦波1/4周期内予以检测出。上述的电压检测电路很难在故障的瞬间检测出电压的变化，切换开关无法立即封锁逆变而切换到旁路电源上去，从而造成负载无法忍受的输出电压中断，造成不必要的损失。目前也有采用将待检测信号与样板正弦电压波形利用数字信号处理的方法进行检测的，但是这方法需要CPU或DSP芯片处理，成本高，复杂。或者利用CPU或DSP对取样正弦波进行周期采样，几个周期(一般为了防止误动作，采样5个左右周期100ms的值再取平均值)才能检测出来，远远不能满足计算机负载的要求。

发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种对交流电压快速大幅跌落进行快速检测及长时间小幅度下降进行慢速检测，确保UPS的逆变器输出电压无论快速下跌或缓慢下降都能提供给负载的交流电源符合要求，而且结构简单，成本低的交流电压欠压检测电路。
本发明通过下述技术方案实现一种交流电压欠压检测电路，包括整流桥，所述整流桥输出分别与快速滤波器的输入和慢速滤波器输入连接，所述快速滤波器的输出与快速检测电路的输入连接，所述快速检测电路的输出与或门的输入连接；所述慢速滤波器的输出与慢速检测电路的输入连接，所述慢速检测电路的输出与或门的输入连接，所述或门的输出与D触发器的D脚连接，所述D触发器的输出Q提供检测结果信号。整流桥将采样到交流整流成脉动直流、快速检测电路和慢速滤波器将交流电压快速大幅跌落进行快速检测及长时间小幅度下降进行慢速检测，确保UPS的逆变器输出电压无论快速下跌或缓慢下降都能提供给负载的交流电源符合要求，或门和D出发器表示快速下跌或慢速下降中只要有一个非正常便输出欠压信号。所述快速滤波器由小容量薄膜电容C1及电阻R1组成阻容滤波网络；所述快速检测电路采用波形门限判决方式，由门限一、门限二、门限三、倒相器、正反馈电路以及电阻R2、电阻R4、电容C3、电阻R5、电容C4组成，所述门限一的反相输入TP1通过电阻R2分别与电容C1、电阻R1连接，所述门限一的同相输入端是一个固定直流门槛电压TP2，所述门限一的输出TP3分别与电阻R4、电容C3以及门限二的反相输入端连接，电阻R4的另一端与控制电源的正VCC连接，电容C3的另一端与控制电源地GND连接；所述门限二的输出端TP5分别与电阻R5、电容C4以及门限三的同相输入端连接，电阻R5的另一端与控制电源的正VCC连接，电容C4的另一端与控制电源地GND连接；所述门限三的输出端TP7与倒相器的输入端连接；所述倒相器的输出TP8分别与或门的输入和正反馈电路的输入连接；所述正反馈电路分别与所述门限二的同相输入端TP4及所述门限三的同相输入端TP6连接。所述慢速滤波器由二极管VD5、电阻R3、电阻R6、电解电容C2组成；所述二极管VD5的阳极与所述门限一的反相输入TP1连接，所述二极管VD5的阴极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端TP9分别与门限四的反相输入端、电阻R6和电容C2并联的一端连接；电阻R6、电容C2并联的另一端与控制电源的地GND连接。所述慢速检测电路由门限四组成；所述门限四的反相输入端与电阻R3的一端TP9连接，一个固定直流门槛电压TP10连接门限四的同相输入端；所述门限四的输出TP11与或门的一个输入端连接。所述门限为开路集电极电路。
本发明具有下述有益效果本发明能对交流电压快速大幅跌落进行快速检测及长时间小幅度下降进行慢速检测，确保UPS的逆变器输出电压无论快速下跌或缓慢下降都能提供给负载的交流电源符合要求，而且结构简单，成本低。


图1为常规交流电压检测电路图；图2为本发明的用于UPS的交流电压欠压检测电路框图；图3为本发明的用于UPS的交流电压欠压检测电路图；图4为本发明检测电路中关键点波形图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图2所示，一种交流电压欠压检测电路，包括整流桥，快速滤波器和快速检测电路、慢速滤波器和慢速检测器电路、或门、D触发器。整流桥将采样到的交流整流成脉动直流、快速检测电路和慢速滤波器将交流电压快速大幅跌落进行快速检测及长时间小幅度下降进行慢速检测，确保UPS的逆变器输出电压无论快速下跌或缓慢下降都能提供给负载的交流电源符合要求，或门和D出发器表示快速下跌或慢速下降中只要有一个非正常便输出欠压信号。整流桥输出分别与快速滤波器的输入和慢速滤波器输入连接，所述快速滤波器的输出与快速检测电路的输入连接，所述快速检测电路的输出与或门的输入连接；所述慢速滤波器的输出与慢速检测电路的输入连接，所述慢速检测电路的输出与或门的输入连接，所述或门的输出与D触发器的D脚连接，所述D触发器的输出Q提供检测结果信号。
具体电路如图3所示，对大幅快速跌落的输入滤波的RC时间常数设计很小，几乎只是滤除高频干扰；对整流半波波形进行门限判决；而对逆变电压的小幅慢速下降的输入滤波RC的时间常数设计较大。其中整流桥由4只二极管VD1、VD2、VD3、VD4组成的一个全桥电路；快速滤波器由小容量薄膜电容C1及电阻R1组成阻容滤波网络；快速检测电路采用波形门限判决方式，由门限一、门限二、门限三、倒相器、正反馈电路以及电阻R2、电阻R4、电容C3、电阻R5、电容C4组成。门限一的反相输入TP1通过电阻R2与电容C1、电阻R1连接，门限一的同相输入端是一个固定直流门槛电压TP2，门限一的输出TP3连接电阻R4、电容C3以及门限二的反相输入端，电阻R4的另一端连接控制电源的正VCC，电容C3的另一端连接控制电源地GND。门限二的输出端TP5连接电阻R5、电容C4以及门限三的同相输入端，电阻R5的另一端连接控制电源的正VCC，电容C4的另一端连接控制电源地GND。门限三的输出端TP7连接倒相器的输入端。倒相器的输出TP8连接或门的输入和正反馈电路的输入。正反馈电路再分别与门限二的同相输入端TP4及门限三的同相输入端TP6连接。
慢速滤波器由二极管VD5、电阻R3、电阻R6、电解电容C2组成。二极管VD5的阳极与TP1连接，VD5的阴极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端TP9与并联的电阻R6、电容C2连接，TP9同时连接门限四的反相输入端。电阻R6、电容C2并联的另一端连接控制电源的地GND。
慢速检测电路由门限四组成。TP9连接门限四的反相输入端，一个固定直流门槛电压TP10连接门限四的同相输入端。门限四的输出TP11连接或门的另一个输入端。
不间断电源(UPS)中的逆变电压经过降压后(电压取样输入)送本发明中的全波整流桥得正弦半波信号，经过高频快速滤波器R1、C1，滤除高频干扰杂波，得到一个相对干净波形，送至后面快速检测电路和慢速检测电路；在快速检测电路中，采用直接对波形进行门限判决的方法，由三个门限和一个倒相器及一个正反馈电路、2个拉电阻R4、R5和2个电容C3、C4构成，门限都是开路集电极电路；整流滤波后的正弦半波TP1与一个设置门槛电压TP2通过门限一进行比较，当TP1大于TP2时，门限一输出低电平，电容C3放电。反之，当TP1小于TP2时，门限输出高，电阻R4给电容C3充电。当R4、C3值给定时，充电时间越长则电容C3上的电压越高。一旦TP1大幅度欠压，则C3的充电时间加长，当C3的电压TP3高于门限二的门限设置时，则门限二输出低电平，则电容C4的电荷迅速通过门限二放掉，当C4上电压低于门限三的电压时则门限3输出低电平TP7，于是通过倒相器后输出一个高信号TP8，通过或门去触发D触发器，从而给出切换信号TP12。发明中采用电容C4而不采用电阻，是可以防止干扰而误动作。
本发明中的正反馈电路，是给被检测电压信号一个滞回，即再切换回来的电压点需高出原来切换过去的电压点。
本发明中波形门限判决电路中的门限设置为门限一以输入电压TP1以额定标准正弦波时，一个周期(10ms)中正弦半波内幅度小于TP2门限设置的区域为小于4ms为宜。门限二根据电阻R4和电容C3来决定，既要使检测快速又要防止干扰造成的误动作。R4*C3的值参考在4ms内充电到1/2VCC为宜。门限三要求不高，设置一个1/2VCC即可，主要对门限二出来的波形进行整形。倒相器是为了控制逻辑的需要。
本发明中对交流电压小幅慢速下降的慢速检测电路与一般的慢速检测电路相似，由二极管VD5、电阻R3、R6、电容C2、门限设置TP10、门限四等组成。UPS中的逆变电压经过降压后全波整流得正弦半波信号，该信号经过二极管隔离后由R3、R6、C2分压滤波成纹波系数较小的直流信号TP9。当该信号低于设置的门限电压TP10时，门限四输出TP11是高电平。门限取值及滤波时间常数R3*C2以正常交流电压的70％--85％维持时间5-10个周期为参考。门限四内有一定的正反馈电阻，给被检测电压一个滞回，即再切换回来的电压点需高出原来切换过去的电压点。
本发明中电阻R7和电容C5为防干扰免误动作作用。快速检测电路输出信号TP8和慢速检测电路输出信号TP11组成“或”的关系，也就是说大幅快速跌落或小幅慢速下降只要有一个被检测出来，则控制UPS进行逆变到旁路的切换。
本发明中的D触发器需要的时钟信号CLK的频率为20kHz左右，可以由外部电路提供或另外设计一个时钟发生电路。
图4为图3中关键点的检测波形，进一步说明本发明的工作原理。
图4中TP1是被检测电压整流后信号，左侧数第4个波头表示瞬间快速下降。右侧表示在一个正常波头后长期慢速下降。
TP2、TP4分别是设置的门槛电压。
TP3在被检测电压正常时是一个较矮小的锯齿波，一旦电压突然大幅下降，则锯齿波超过TP4的门槛电压。在长期慢速下降是一个较大一点的锯齿波，但是没有超过TP4的门槛电压。
TP5在被检测电压正常时高电平，一旦电压快速下降时，电容C4放电到低于TP6门槛电压时，输出TP7是一个高电平。
TP9表示在被检测电压慢速下降几个波后电压低于TP10门槛电压。TP12表示在被检测电压正常时是低电平，当被检测电压异常(包括大幅快速下降和瞬间慢速下降)时，为高电平。
权利要求
1.一种交流电压欠压检测电路，包括整流桥，其特征在于，所述整流桥输出分别与快速滤波器的输入和慢速滤波器输入连接，所述快速滤波器的输出与快速检测电路的输入连接，所述快速检测电路的输出与或门的输入连接；所述慢速滤波器的输出与慢速检测电路的输入连接，所述慢速检测电路的输出与或门的输入连接，所述或门的输出与D触发器的D脚连接，所述D触发器的输出Q提供检测结果信号；所述快速检测电路用于将交流电压快速大幅跌落进行快速检测；所述慢速滤波器用于将长时间小幅度下降进行慢速检测。
2.据权利要求1所述的交流电压欠压检测电路，其特征在于所述快速滤波器由小容量薄膜电容C1及电阻R1组成阻容滤波网络；所述快速检测电路采用波形门限判决方式，由门限一、门限二、门限三、倒相器、正反馈电路以及电阻R2、电阻R4、电容C3、电阻R5、电容C4组成，所述门限一的反相输入TP1通过电阻R2分别与电容C1、电阻R1连接，所述门限一的同相输入端是一个固定直流门槛电压TP2，所述门限一的输出TP3分别与电阻R4、电容C3以及门限二的反相输入端连接，电阻R4的另一端与控制电源的正VCC连接，电容C3的另一端与控制电源地GND连接；所述门限二的输出端TP5分别与电阻R5、电容C4以及门限三的同相输入端连接，电阻R5的另一端与控制电源的正VCC连接，电容C4的另一端与控制电源地GND连接；所述门限三的输出端TP7与倒相器的输入端连接；所述倒相器的输出TP8分别与或门的输入和正反馈电路的输入连接；所述正反馈电路分别与所述门限二的同相输入端TP4及所述门限三的同相输入端TP6连接；所述慢速滤波器由二极管VD5、电阻R3、电阻R6、电解电容C2组成；所述二极管VD5的阳极与所述门限一的反相输入TP1连接，所述二极管VD5的阴极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端TP9分别与门限四的反相输入端、电阻R6和电容C2并联的一端连接；电阻R6、电容C2并联的另一端与控制电源的地GND连接；所述慢速检测电路由门限四组成；所述门限四的反相输入端与电阻R3的一端TP9连接，一个固定直流门槛电压TP10连接门限四的同相输入端；所述门限四的输出TP11与或门的一个输入端连接；所述门限为开路集电极电路。
全文摘要
本发明公开了一种交流电压欠压检测电路，旨在提供一种对交流电压快速大幅跌落进行快速检测及长时间小幅度下降进行慢速检测，确保UPS的逆变器输出电压无论快速下跌或缓慢下降都能提供给负载的交流电源符合要求，而且结构简单，成本低的交流电压欠压检测电路。整流桥输出分别连接快速滤波器的输入和慢速滤波器输入，所述快速滤波器的输出连接快速检测电路的输入，所述快速检测电路的输出连接或门的输入；所述慢速滤波器的输出连接慢速检测电路的输入，所述慢速检测电路的输出连接或门的输入，所述或门的输出连接D触发器的D脚，D触发器的输出Q提供检测结果信号。
文档编号G01R19/00GK1548965SQ0311340
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月7日 优先权日2003年5月7日
发明者谢凤华 申请人:中兴通讯股份有限公司