一种交流供电电源掉电检测电路及检测方法[发明专利]

*CN103257272A*

(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 103257272 A(43)申请公布日 2013.08.21

(12)发明专利申请

(21)申请号 201310156538.7(22)申请日 2013.05.02

(71)申请人江苏大学

地址212013 江苏省镇江市京口区学府路

301号(72)发明人潘天红 盛占石 陈山

(74)专利代理机构南京知识律师事务所 32207

代理人李媛媛(51)Int.Cl.

G01R 25/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图2页权利要求书1页 说明书3页 附图2页

()发明名称

一种交流供电电源掉电检测电路及检测方法(57)摘要

本发明公开了一种交流供电电源掉电检测电路及检测方法。检测电路包括由限流电阻R1、保护二极管D1与发光二极管D2构成的半波整形电路，限流电阻R1的一端连接交流电源Ui的输入端；另一端与保护二极管D1的阳极相连，保护二极管D1的阴极与发光二极管D2的输入端相连，发光二极管D2的另一端接模拟地；所述光敏三极管T1的发射极接数字地，其集电极连接微处理器MCU的外部中断口INT0，并通过限流电阻R2与直流电源Vcc相连。本发明将交流电源直接施加在限流电阻与发光二极管所构成的串联电路上，可避免传统检测方法受供电交流电源的电压幅值的影响，适用性强。CN 103257272 ACN 103257272 A

权 利 要 求 书

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1.一种交流供电电源掉电检测电路，包括半波整形电路、微处理器MCU、光敏三极管T1和限流电阻R2，其特征在于，所述半波整形电路由限流电阻R1、保护二极管D1与发光二极管D2构成，限流电阻R1的一端连接交流电源Ui的输入端；另一端与保护二极管D1的阳极相连，保护二极管D1的阴极与发光二极管D2的输入端相连，发光二极管D2的另一端接模拟地；所述光敏三极管T1的发射极接数字地，其集电极连接微处理器MCU的外部中断口INT0，并通过限流电阻R2与直流电源Vcc相连。

2. 根据权利要求1所述的一种交流供电电源掉电检测电路，其特征在于，在所述交流电源Ui的正半波，交流电源Ui电压高于发光二极管D2的工作电压时，发光二极管D2发光，光敏三极管T1导通，输出电压Uo通过光敏三极管T1接地，输出低电平；当所述交流电源Ui电压低于发光二极管D2的工作电压时，发光二极管D2不发光，光敏三极管T1截止，输出电压Uo通过限流电阻R2接直流电源Vcc，输出高电平。

3. 利用如权利要求1所述的一种交流供电电源掉电检测电路的检测方法，具体步骤如下：微处理器MCU首先将外部中断口INT0设置为边沿触发方式，并设置定时器T0的响应周期为1ms，设置一个全局变量X=21，然后开放微处理器MCU的中断；若外部中断口INT0产生中断，则微处理器MCU再次设置X=21；若定时器T0口发生中断，则微处理器MCU计算X=X-1；并判断X是否为0，若为0，则表示在20ms内，外部中断口INT0没有产生中断，亦即：供电交流电源在20ms内没有出现过零相位，表示交流电已经掉电，微处理器MCU即可做出相应，保护现场的关键数据。

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CN 103257272 A

说 明 书

一种交流供电电源掉电检测电路及检测方法

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技术领域

本发明涉及一种交流供电电源掉电检测电路及检测方法，应用于仪器仪表与自动

化装置的掉电保护电路中，属于电气工程领域。

[0001]

背景技术

掉电检测频繁应用于仪器仪表与自动化装置中，是提高系统可靠性的一种技术手段。它能够及时捕获系统供电交流电源（Alternating Current, AC）的掉电事件，触发微处理器（MCU）动作，以便将重要的数据保存到非易失性存储器中，从而有效提高系统的可用性，避免由于掉电引起数据丢失。

[0003] 传统的掉电检测方法都是检测整流后的直流电压（Direct Current, DC）幅值变化，当DC的幅值降到系统给定的门限电压后，MCU认为系统发生掉电事件。该方法尽管能够实现掉电检测，但由于检测电路中含有滤波电容，DC下降需要一定的时间，从而导致系统的反应慢；另外门限电压的阈值难以确定，特别是对于AC的供电电压较宽时（如：110V~280V）。

[0004] 申请号为CN201010239594.3公开一种电表系统的掉电检测方法及电路，通过AC转DC电源，在整流、滤波电路处，设置电压比较电路来实现掉电电压检测。该方法尽管可以实现宽电压范围的掉电检测，但需要较多的元器件（如：、整流桥、变压器等）占用较大的PCB空间，导致成本较高，难以在小系统中使用，其系统的响应时间慢。

[0005] 申请号为200910106946.5公开一种交流电掉电检测方法及报警电路，通过整流器将85V~300V、频率为50Hz的AC整流为100Hz的余弦脉冲电压，再通过限幅电路整形成梯形脉冲电压后，送到微处理器的中断进行检测。该电路能够在6毫秒内对掉电事件进行反应，但同样需要整形、调理电路，结构相对复杂，且检测电路没有光电隔离，抗干扰能力弱，可靠性相对较低。

[0002]

发明内容

[0006] 本发明为克服上述现有技术中检测交流电电压幅值范围较窄、电路结构复杂，响应时间较慢、可靠性较低等问题，提出一种通用的交流电掉电检测电路，该电路利用光耦特性，通过检测交流电相位变化，捕获掉电事件，避免供电电源电压幅值范围对检测结果的影响，且响应时间快，抗干扰能力强。本发明的另一个目的是提供这种检测电路的检测方法。[0007] 本发明检测电路采用的技术方案是：

一种交流供电电源掉电检测电路，包括半波整形电路、微处理器MCU、光敏三极管T1和限流电阻R2，所述半波整形电路由限流电阻R1、保护二极管D1与发光二极管D2构成，限流电阻R1的一端连接交流电源Ui的输入端；另一端与保护二极管D1的阳极相连，保护二极管D1的阴极与发光二极管D2的输入端相连，发光二极管D2的另一端接模拟地；所述光敏三极管T1的发射极接数字地，其集电极连接微处理器MCU的外部中断口INT0，并通过限流电阻R2与直流电源Vcc相连。

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CN 103257272 A[0008]

说 明 书

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在所述交流电源Ui的正半波，交流电源Ui电压高于发光二极管D2的工作电压

时，发光二极管D2发光，光敏三极管T1导通，输出电压Uo通过光敏三极管T1接地，输出低电平；当所述交流电源Ui电压低于发光二极管D2的工作电压时，发光二极管D2不发光，光敏三极管T1截止，输出电压Uo通过限流电阻R2接直流电源Vcc，输出高电平。[0009] 本发明检测方法采用如下步骤：微处理器首先将外部中端口INT0设置为边沿触发方式，并设置定时器T0的响应周期为1ms，设置一个全局变量X=21，然后开放微处理器的中断；若外部中断口INT0产生中断，则微处理器再次设置X=21；若定时器T0口发生中断，则微处理器计算X=X-1；并判断X是否为0，若为0，则说明在20ms内，外部中断口INT0没有产生中断，亦即：供电交流电源在20ms内没有出现过零相位，说明交流电已经掉电，微处理器即可做出相应，保护现场的关键数据，为系统的可靠运行提供数据保障。[0010] 本发明具有的有益效果是：

1、将交流电源直接施加在限流电阻与发光二极管所构成的串联电路上，对交流电源的幅值和频率均无要求，对发光二极管的工作电压不作限定；可避免传统检测方法受供电交流电源的电压幅值的影响，适用性强。[0011] 2、通过发光管的发光与熄灭，使得光敏三极管导通与截止，将交流电地正弦波信号直接整形为矩形波信号，节省了传统检测方法中的变压、整形、滤波电路，电路简单，可靠性高，成本较低，维护方便。[0012] 3、由微处理器的定时器T0结合硬件电路实现掉电检测，其响应时间可调，对于50Hz的交流电来说，若设置X=21，则微处理器要求中端口INT0在20ms内产生1次中断（即：20ms内有1个波峰），否则即可判定系统发生掉电事件；若设置X=41，则微处理器要求中端口INT0在40ms内产生2中断，否则也可判定系统发生掉电事件。系统的柔性大，广泛适用于不同系统对掉电响应时间的要求。

附图说明

[0013] 图1 为本发明检测电路的原理图。[0014] 图2 为本发明实施例的电压波形图。[0015] 图3 为本发明检测方法中的算法流程图。

具体实施方式

[0016] 参照图1，限流电阻R1、保护二极管D1与发光二极管D2构成半波整形电路：限流电阻R1的一端连接交流电源Ui的输入端；另一端与保护二极管D1阳极相连，保护二极管D1的阴极与发光二极管D2输入端相连，发光二极管D2的另一端接模拟地；光敏三极管T1的发射极接数字地，其集电极连接微处理器MCU的外部中断口INT0和通过另一个限流电阻R2与直流电源Vcc相连，同时该集电极输出经整形的输出电压Uo，输出电压Uo连接到微处理器MCU的中端口INT0。这样输入、输出信号不共地，完全实现信号隔离，提高电路的可靠性。

[0017] 在交流电源Ui的正半波，当交流电源Ui的电压高于发光二极管D2的工作电压时，发光二极管D2发光，光敏三极管T1导通，输出电压Uo通过光敏三极管T1接地，输出低电平；如图2所示，供电交流电AC的电压Ui在AB时间段，Uo输出低电平；当交流电源Ui的电

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CN 103257272 A

说 明 书

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压低于发光二极管D2的工作电压时，发光二极管D2不发光，光敏三极管T1截止，输出电压Uo通过限流电阻R2接直流电压Vcc，输出高电平；如图2所示，供电交流电AC的电压Ui在BC时间段，Uo输出高电平；微处理器MCU通过中端口INT0捕获Uo的正负电平跳变次数，判断供电电源的相位变化，通过软件计算，捕获系统的掉电事件。[0018] 微处理器MCU掉电检测的步骤参照图3，具体如下：

步骤302：微处理器首先进行系统初始化，设置定时器T0的中断时间为20ms，外部中断口INT0为边沿触发方式，全局变量X=21，开放中断；

步骤304：是否产生INT0中断，若没有发生则跳转到步骤308，否则进行下一步；步骤306：微处理器MCU设置全局变量X=21； 步骤308：是否产生定时器T0中断，若没有则跳转到步骤312，否则进行下一步；步骤310：微处理器MCU计算X=X-1；步骤312：微处理器判定X是否为0，若X≠0，则跳转到步骤304，否则进行下一步；步骤314：微处理器MCU发出掉电信号，系统保存现场关键数据；微处理器MCU通过上述步骤，循环往复，及时捕获掉电事件。

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说 明 书 附 图

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图1

图2

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CN 103257272 A

说 明 书 附 图

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图3

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