應急電源市電高速監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種應急電源市電高速監測系統，包括：市電整流單元，用于接收市電電壓信號，并將市電電壓信號經整流得到脈動直流電電壓信號；市電電壓采樣單元，用于將脈動直流電電壓信號經電壓采樣得到采樣的脈動直流電電壓信號；同步輔助電源單元，用于接收脈動直流電電壓信號經穩壓處理得到穩定的脈動直流電電壓信號；信號功放隔離單元，用于將采樣的脈動直流電壓信號經功率放大隔離處理，得到功率放大隔離后的脈動直流電壓信號，并將功率放大隔離后的脈動直流電壓信號輸出。本實用新型應急電源市電高速監測系統采用了同步輔助電源單元的設計，將市電經同步輔助電源單元直接對信號功放隔離單元進行供電，電路結構簡單，連接簡單。
【專利說明】
應急電源市電高速監測系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及電子領域，尤其涉及市電監測系統領域。
【背景技術】
[0002]電能是一種方便的能源，它的廣泛應用形成了人類近代史上第二次技術革命。有力地推動了人類社會的發展，給人類創造了巨大的財富，改善了人類的生活。隨著電網的普及，現在每家每戶都使用上了家用電器，給人類的生活帶來了很大的變化。
[0003]然而隨著用電量的不斷增加，市電難免會出現因負荷量過大或供電線路老化等原因造成供電不穩定，從而影響家用電器的正常使用，甚至影響到使用壽命。因此目前人們通常使用市電監測系統來監測市電的變化，然而目前的市電監測系統主要由市電整流單元、市電電壓采樣單元、信號功放隔離單元組成，其中，信號功放隔離單元通常由系統的其他單元供電，電路結構復雜，且對于市電的監控，監測的是經過信號功放隔離后的市電電壓，影響監測速度，不能及時切換到應急電源，會造成緊急情況下的財產損失和人員傷亡。
[0004]因此，現有技術中的缺陷是，市電監測系統中的信號功放隔離單元通常由系統的其他單元供電，電路結構復雜，連線復雜。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型要解決的技術問題是提供一種應急電源市電高速監測系統，采用了同步輔助電源單元的設計，將市電經同步輔助電源單元直接對信號功放隔離單元進行供電，電路結構簡單，連接簡單。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型提供的技術方案是:
[0007]本實用新型提供一種應急電源市電高速監測系統，包括:
[0008]市電整流單元，用于接收市電電壓信號，并將所述市電電壓信號經整流得到脈動直流電電壓信號；
[0009]市電電壓采樣單元，用于接收所述脈動直流電電壓信號，并將所述脈動直流電電壓信號經電壓采樣得到采樣的脈動直流電電壓信號；
[0010]同步輔助電源單元，用于接收所述脈動直流電電壓信號，經穩壓處理得到穩定的脈動直流電電壓信號；
[0011]信號功放隔離單元，用于接收所述采樣的脈動直流電壓信號，將所述穩定的脈動直流電電壓信號作為供電電源，將所述采樣的脈動直流電壓信號經功率放大隔離處理，得到功率放大隔離后的脈動直流電壓信號，并將所述功率放大隔離后的脈動直流電壓信號輸出。
[0012]本實用新型的技術方案為先通過市電整流單元，接收市電電壓信號，并將所述市電電壓信號整流，得到脈動直流電電壓信號;然后通過市電電壓采樣單元，接收所述脈動直流電電壓信號，并將所述脈動直流電電壓信號進行電壓采樣，得到采樣的脈動直流電電壓信號;再通過同步輔助電源單元，接收所述脈動直流電電壓信號，穩壓處理得到穩定的脈動直流電電壓信號;此脈動直流電電壓信號就作為信號功放隔離單元的供電電源;最后通過信號功放隔離單元，接收所述采樣的脈動直流電壓信號，將所述采樣的脈動直流電壓信號經功率放大隔離處理，得到功率放大隔離后的脈動直流電壓信號，并將所述功率放大后的脈動直流電壓信號輸出。
[0013]本實用新型應急電源市電高速監測系統采用同步輔助電源單元的設計，將市電經同步輔助電源單元直接對信號功放隔離單元進行供電，電路結構簡單，連接簡單。同時可直接監測市電電壓，可監測每個周期的市電電壓異常，提高了應急電源的切換速度。由于一般輸出的電壓需要帶動負載，因此輸出前要對電壓信號放大，且輸出電壓的電壓相差不能太大，否則會影響整個系統的穩定性，因此最后脈動直流電壓經過隔離放大后才輸出，輸出的電壓可以傳給處理單元或控制單元進行相應的應急處理，避免斷電時造成的財產損失及人身安全危害;市電電壓監測信號的隔離能提高系統的可靠性和安全性。
[0014]進一步地，所述市電整流單元包括整流電路，所述整流電路為全波整流電路或半波整流電路。整流電路是將市電的交流電轉換成直流電的電路，因交流電流動方向是反復交替變化的電流，而直流電是單方向流動，人們就利用二極管單向導電性將電流轉換為一個方向的電流，半波整流用一個二極管，所以出來的電流一半有一半沒有稱半波整流，用在對直流電要求不是很嚴格的場合。而用四個二極管，可以實現將交流電所有波型全部轉換成單一方向的電流，所以叫全波整流。一般后面還需要加一個濾波電容，去除整流后的雜波即可，極性不能反了。全波整流的電路在通常變壓器中常被采用。
[0015]進一步地，所述全波整流電路為橋式整流電路。全波整流電路只用兩只二極管，就可以實現全波整流，但需要變壓器二次線圈是雙繞組的。也就是有中心抽頭的。二極管承受的最大反向電壓要求很高。橋式整流電路，需要四只二極管，才可以實現全波整流，變壓器二次線圈單繞組就可以。二極管承受的最大反向電壓只要大于變壓器二次電壓即可。
[0016]進一步地，所述橋式整流電路由四個二極管兩兩串聯，然后并聯組成四個連接端，所述橋式整流電路中的第一連接端和第三連接端接市電電壓，所述橋式整流電路的第四連接端接地，所述橋式整流電路的第二連接端輸出脈動直流電電壓。四個二極管兩兩串聯，再進行并聯組成橋式整流電路，橋式整流電路輸出波形脈動較小，輸出電壓高，對二極管的要求低。
[0017]進一步地，所述市電電壓采樣單元包括電壓采樣電路，所述電壓采樣電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容、第二電容和第一穩壓管，所述第一電阻的第一端與所述橋式整流電路第二連接端連接，所述第一電阻的第二端與所述第二電阻的第一端連接，所述第二電阻的第二端與所述第三電阻的第一端連接，所述第三電阻的第二端接地，所述第一電容并聯在所述第三電阻兩端，所述第一穩壓管的正極與所述第一電容的第一端連接，所述第一穩壓管的負極與所述第四電阻的第一端連接，所述第四電阻的第二端接地，所述第二電容并聯在所述第四電阻兩端。
[0018]電壓采樣電路中采用將第一電容和第二電容并聯的形式，因為電容兩端的電壓不能突變，并且關聯電壓相同；所以它對脈動直流電電壓有一定的緩沖作用，能夠保證在一定時間內電壓保持變化得不大，即保證采樣時電壓的穩定。
[0019]進一步地，所述同步輔助電源單元包括同步輔助電源電路，所述同步輔助電源電路包括第五電阻、第六電阻、第二穩壓管和第三電容，所述第五電阻的第一端與所述第一電阻的第一端連接，所述第五電阻的第二端與所述第六電阻的第一端連接，所述第六電阻的第二端與所述第二穩壓管的正極連接，所述第二穩壓管的負極接地，所述第三電容并聯在所述第二穩壓管兩端。
[0020]本實用新型中的輔助電源電路是同步的，當市電電壓通過市電整流單元時，市電電壓同時為信號功放隔離單元提供電源，還可實現對市電電壓的監測，輔助電源電路只包括四個電器元件，連接簡單，且實現功能強大。
[0021]進一步地，所述信號功放隔離單元包括功率放大隔離電路，所述功率放大隔離電路包括第七電阻、三極管和光耦，所述光耦內部電路是由光敏三極管和發光二極管組合成一個電子元件，所述發光二極管正極與所述同步輔助電源電路中的第三電容的第一端相連接，所述發光二極管的負極與所述第七電阻的第一端連接，所述第七電阻的第二端與所述三極管的集電極相連，所述三極管的發射極接地，所述三極管的基極與所述電壓采樣電路中的第二電容的第一端相連。
[0022]功率放大隔離電路是對市電電壓采樣單元輸出的采樣后的脈動直流電電壓進行功率放大處理和信號隔離處理，該電路中采用光耦進行電壓信號隔離處理，光耦具有信號單向傳輸、輸出信號對輸入端無影響、抗干擾能力強、工作穩定、無觸點、使用壽命長、傳輸效率高等特點，且光耦的信號傳遞采取電-光-電的形式，能夠避免輸出端對輸入端可能產生的反饋和干擾，因此在本實用新型的功率放大隔離電路采用光耦實現信號的隔離。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本實用新型【具體實施方式】或現有技術中的技術方案，下面將對【具體實施方式】或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
[0024]圖1示出了現有應急電源市電高速監測系統的結構框圖；
[0025]圖2示出了本實用新型第一實施例所提供的應急電源市電高速監測系統的結構框圖；
[0026]圖3示出了本實用新型第一實施例所提供的應急電源市電高速監測系統的電路原理圖；
[0027]圖4示出了本實用新型第一實施例所提供的應急電源市電高速監測系統中整流電路圖；
[0028]圖5示出了本實用新型第一實施例所提供的應急電源市電高速監測系統中電壓采樣電路圖；
[0029]圖6示出了本實用新型第一實施例所提供的應急電源市電高速監測系統中同步輔助電源電路圖；
[0030]圖7示出了本實用新型第一實施例所提供的應急電源市電高速監測系統中功率放大隔離電路圖。
【具體實施方式】
[0031]下面將結合附圖對本實用新型技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，因此只是作為示例，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
[0032]實施例一
[0033]圖1示出了本實用新型第一實施例所提供的現有應急電源市電高速監測系統10的結構框圖。如圖1所示，現有技術中輔助電源設置在控制單元中，控制單元一般都是經過隔離的低壓電源，而信號功放隔離單元104需要的電源是非隔離高壓電源，因此要對輔助電源的電路進行將低電壓變成高電壓的隔離設計，增加了控制單元的復雜性。
[0034]圖2示出了本實用新型第一實施例所提供的應急電源市電高速監測系統10的結構框圖；如圖2所示，根據本實用新型第一實施例的應急電源市電高速監測系統10包括:
[0035]市電整流單元101，用于接收市電電壓信號，并將市電電壓信號經整流得到脈動直流電電壓信號；
[0036]市電電壓采樣單元102，用于接收脈動直流電電壓信號，并將脈動直流電電壓信號經電壓采樣得到采樣的脈動直流電電壓信號；
[0037]同步輔助電源單元103，用于接收脈動直流電電壓信號，經穩壓處理得到穩定的脈動直流電電壓信號；
[0038]信號功放隔離單元104，用于接收采樣的脈動直流電壓信號，將穩定的脈動直流電電壓信號作為供電電源，將采樣的脈動直流電壓信號經功率放大隔離處理，得到功率放大隔離后的脈動直流電壓信號，并將功率放大隔離后的脈動直流電壓信號輸出。
[0039]本實用新型的技術方案為先通過市電整流單元101，接收市電電壓信號，并將市電電壓信號經整流得到脈動直流電電壓信號;然后通過市電電壓采樣單元102，接收脈動直流電電壓信號，并將脈動直流電電壓信號經電壓采樣得到采樣的脈動直流電電壓信號;再通過同步輔助電源單元103，接收脈動直流電電壓信號，經穩壓處理得到穩定的脈動直流電電壓信號;此脈動直流電電壓信號；就作為信號功放隔離單元104的供電電源;最后通過信號功放隔離單元104，接收采樣的脈動直流電壓信號，將采樣的脈動直流電壓信號經功率放大隔離處理，得到功率放大隔離后的脈動直流電壓信號，并將功率放大后的脈動直流電壓信號輸出。
[0040]本實用新型應急電源市電高速監測系統10采用同步輔助電源單元103的設計，將市電經同步輔助電源單元103直接對信號功放隔離單元104進行供電，電路結構簡單，連接簡單。同時可直接監測市電電壓，可監測每個周期的市電電壓異常，提高了應急電源的切換速度。由于一般輸出的電壓需要帶動負載，因此輸出前要對電壓信號放大，且輸出電壓的電壓相差不能太大，否則會影響整個系統的穩定性，因此最后脈動直流電壓經過隔離放大后才輸出，輸出的電壓可以傳給處理單元或控制單元進行相應的應急處理，避免斷電時造成的財產損失及人身安全危害;市電電壓監測信號的隔離能提高系統的可靠性和安全性。[0041 ]市電整流單元1I還可以包括信號濾波電路，在市電接入整流電路之前，先對電壓信號進行濾波處理，得到沒有干擾的電壓信號，便于整流電路對其進行整流處理。同樣本實用新型應急電源市電高速監測系統中的每個單元都可以根據需求增加不同的電路設計，實現不同的功能。
[0042]參見圖3，為本實用新型第一實施例所提供的應急電源市電高速監測系統的電路原理圖；分為整流電路、電壓采樣電路、同步輔助電源電路和功率放大隔離電路四部分，可實現對市電電源的監測，當市電電源突然斷電時，通過本實用新型應急電源市電高速監測系統的電路進行緊急處理，防止因突然斷電導致的意外情況。
[0043]具體地，整流電路為全波整流電路或半波整流電路。整流電路是將市電的交流電轉換成直流電的電路，因交流電流動方向是反復交替變化的電流，而直流電是單方向流動，我們就利用二極管單向導電性將電流轉換為一個方向的電流，半波整流用一個二極管，所以出來的電流一半有一半沒有稱半波整流，用在對直流電要求不是很嚴格的場合。而用四個二極管，可以實現將交流電所有波型全部轉換成單一方向的電流，所以叫全波整流。一般后面還需要加一個濾波電容，去除整流后的雜波即可，極性不能反了。全波整流的電路在通常變壓器中常被采用。
[0044]具體地，全波整流電路為橋式整流電路。市電整流單元中還包括變壓器，全波整流電路只用兩只二極管，就可以實現全波整流，但需要變壓器二次線圈是雙繞組的。也就是有中心抽頭的，二極管承受的最大反向電壓要求很高。橋式整流電路，需要四只二極管，才可以實現全波整流，變壓器二次線圈單繞組就可以。二極管承受的最大反向電壓只要大于變壓器二次電壓即可。
[0045]參見圖4，為本實用新型第一實施例所提供的應急電源市電高速監測系統中整流電路圖；橋式整流電路由四個二極管兩兩串聯，然后并聯組成四個連接端，橋式整流電路中的第一連接端A和第三連接端C接市電電壓，橋式整流電路的第四連接端D接地，橋式整流電路的第二連接端B輸出脈動直流電電壓。四個二極管兩兩串聯，再進行并聯組成橋式整流電路，橋式整流電路輸出波形脈動較小，輸出電壓高，對二極管的要求低。
[0046]參見圖5，為本實用新型第一實施例所提供的應急電源市電高速監測系統中電壓采樣電路圖；電壓采樣電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R6、第四電阻R7、第一電容Cl、第二電容C3和第一穩壓管ZDl，第一電阻Rl的第一端與橋式整流電路第二連接端B連接，第一電阻Rl的第二端與第二電阻R2的第一端連接，第二電阻R2的第二端與第三電阻R6的第一端連接，第三電阻R6的第二端接地，第一電容Cl并聯在第三電阻R6兩端，第一穩壓管ZDl的正極與第一電容Cl的第一端連接，第一穩壓管ZDl的負極與第四電阻R7的第一端連接，第四電阻R7的第二端接地，第二電容C3并聯在第四電阻R7兩端。
[0047]參見圖5，為本實用新型第一實施例所提供的應急電源市電高速監測系統中電壓采樣電路圖；電壓采樣電路中采用將第一電容Cl和第二電容C3并聯的形式，因為電容兩端的電壓不能突變，并且關聯電壓相同；所以它對脈動直流電電壓有一定的緩沖作用，能夠保證在一定時間內電壓保持變化得不大，即保證采樣時電壓的穩定。
[0048]參見圖6，為本實用新型第一實施例所提供的應急電源市電高速監測系統中同步輔助電源電路圖；同步輔助電源電路包括第五電阻R3、第六電阻R4、第二穩壓管ZD2和第三電容C2，第五電阻R3的第一端與第一電阻Rl的第一端連接，第五電阻R3的第二端與第六電阻R4的第一端連接，第六電阻R4的第二端與第二穩壓管ZD2的正極連接，第二穩壓管ZD2的負極接地，第三電容C2并聯在第二穩壓管ZD2兩端。電路中只包含電阻、電容和穩壓管，電路設計簡單，連接方便，將電路的輸出端直接連接到功率放大隔離電路的輸入端，對信號功放隔離單元直接進行供電，同時實現了對市電電壓的快速檢測。
[0049]參見圖7，為本實用新型第一實施例所提供的應急電源市電高速監測系統中功率放大隔離電路圖；本實用新型中的輔助電源電路是同步的，當市電電壓通過市電整流單元1I時，市電電壓同時為信號功放隔離單元104提供電源，還可實現對市電電壓的監測，輔助電源電路只包括四個電器元件，連接簡單，且實現功能強大。
[0050]具體地，功率放大隔離電路包括第七電阻R5、三極管Ql和光耦，光耦內部電路是由光敏三極管UlB和發光二極管UlA組合成一個電子元件，發光二極管UlA正極與同步輔助電源電路中的第三電容C2的第一端相連接，發光二極管UlA的負極與第七電阻R5的第一端連接，第七電阻R5的第二端與三極管Ql的集電極相連，三極管Ql的發射極接地，三極管Ql的基極與電壓采樣電路中的第二電容C3的第一端相連。
[0051 ]功率放大隔離電路是對市電電壓采樣單元102輸出的采樣后的脈動直流電電壓進行功率放大處理和信號隔離處理，該電路中采用光耦進行電壓信號隔離處理，光耦具有信號單向傳輸、輸出信號對輸入端無影響、抗干擾能力強、工作穩定、無觸點、使用壽命長、傳輸效率高等特點，因此在本實用新型的功率放大隔離電路采用光耦實現信號的隔離。
[0052]光耦屬于固態繼電器，繼電器常用于驅動大型設備。在設計繼電器時，要考慮繼電器的驅動線圈有一定的電感，在關斷瞬間可能會產生較大的電壓，因此在對繼電器的驅動電路上常常反接一個保護二極管用于反向放電，不同的繼電器，允許的驅動電流也不一樣，在電路設計時可適當加一限流電阻R5，而在某些需較大驅動電流的場合，則可在光隔與繼電器之間再接一級三極管Ql以增加驅動電流。
[0053]本實用新型的優點為:可監測每個市電周期的電壓和同步的輔助電源，未經過濾波的市電電壓經取樣，由信號功放隔離單元和輔助電源單元傳送至控制系統，從而使系統可以更快速的做出反應。如某礦用的高壓金屬鹵化物燈(HID燈)應急照明電源系統由于燈的固有特性，市電突然斷電時需要高速的切換至應急電源供電狀態，從而快速的進入緊急照明模式;如果切換速度稍慢就會引燈管的斷弧重啟問題(需燈管溫度降下來后才能正常重啟)，這樣就會造成幾分鐘的緊急照明間斷，這將嚴重影響工作人員作業及撤離，甚至危及工作人員生命等安全問題。
[0054]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求和說明書的范圍當中。
【主權項】
1.應急電源市電高速監測系統，其特征在于，包括: 市電整流單元，用于接收市電電壓信號，并將所述市電電壓信號經整流得到脈動直流電電壓信號； 市電電壓采樣單元，用于接收所述脈動直流電電壓信號，并將所述脈動直流電電壓信號經電壓采樣得到采樣的脈動直流電電壓信號； 同步輔助電源單元，用于接收所述脈動直流電電壓信號，經穩壓處理得到穩定的脈動直流電電壓信號； 信號功放隔離單元，用于接收所述采樣的脈動直流電壓信號，將所述穩定的脈動直流電電壓信號作為供電電源，將所述采樣的脈動直流電壓信號經功率放大隔離處理，得到功率放大隔離后的脈動直流電壓信號，并將所述功率放大隔離后的脈動直流電壓信號輸出。2.根據權利要求1所述應急電源市電高速監測系統，其特征在于， 所述市電整流單元包括整流電路，所述整流電路為全波整流電路或半波整流電路。3.根據權利要求2所述應急電源市電高速監測系統，其特征在于， 所述全波整流電路為橋式整流電路。4.根據權利要求3所述應急電源市電高速監測系統，其特征在于， 所述橋式整流電路由四個二極管兩兩串聯，然后并聯組成四個連接端，所述橋式整流電路中的第一連接端和第三連接端接市電電壓，所述橋式整流電路的第四連接端接地，所述橋式整流電路的第二連接端輸出脈動直流電電壓。5.根據權利要求4所述應急電源市電高速監測系統，其特征在于， 所述市電電壓采樣單元包括電壓采樣電路，所述電壓采樣電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容、第二電容和第一穩壓管，所述第一電阻的第一端與所述橋式整流電路第二連接端連接，所述第一電阻的第二端與所述第二電阻的第一端連接，所述第二電阻的第二端與所述第三電阻的第一端連接，所述第三電阻的第二端接地，所述第一電容并聯在所述第三電阻兩端，所述第一穩壓管的正極與所述第一電容的第一端連接，所述第一穩壓管的負極與所述第四電阻的第一端連接，所述第四電阻的第二端接地，所述第二電容并聯在所述第四電阻兩端。6.根據權利要求5所述應急電源市電高速監測系統，其特征在于， 所述同步輔助電源單元包括同步輔助電源電路，所述同步輔助電源電路包括第五電阻、第六電阻、第二穩壓管和第三電容，所述第五電阻的第一端與所述第一電阻的第一端連接，所述第五電阻的第二端與所述第六電阻的第一端連接，所述第六電阻的第二端與所述第二穩壓管的正極連接，所述第二穩壓管的負極接地，所述第三電容并聯在所述第二穩壓管兩端。7.根據權利要求6所述應急電源市電高速監測系統，其特征在于， 所述信號功放隔離單元包括功率放大隔離電路，所述功率放大隔離電路包括第七電阻、三極管和光耦，所述光耦內部電路是由光敏三極管和發光二極管組合成一個電子元件，所述發光二極管正極與所述同步輔助電源電路中的第三電容的第一端相連接，所述發光二極管的負極與所述第七電阻的第一端連接，所述第七電阻的第二端與所述三極管的集電極相連，所述三極管的發射極接地，所述三極管的基極與所述電壓采樣電路中的第二電容的第一端相連。
【文檔編號】H02M7/217GK205693431SQ201620541848
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月3日 公開號201620541848.X, CN 201620541848, CN 205693431 U, CN 205693431U, CN-U-205693431, CN201620541848, CN201620541848.X, CN205693431 U, CN205693431U
【發明人】袁彥濤
【申請人】深圳市英朗光電有限公司