CN111884191B - 一种停电保护电路及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种停电保护电路及其应用，包括主电路、电源电路、检测电路和逻辑控制电路，主电路为带光电隔离器U4的双向可控硅开关电路；电源电路为半波整流电路；电源电路与检测电路之间设有开关SW1，检测电路包括延时电路和开关状态检测电路，可实现对电网和开关SW1的状态检测；逻辑控制电路包括与非逻辑控制器U1、U2、U3，控制U4的输入脚2电平，从而控制U4“1”和“2”脚之间的电压差实现对双向可控硅的控制。当工作电路运行时突然停电，电网和开关检测信号异常，电路停止运行，开关SW1未断开；上电后电网检测正常，但检测到开关处于闭合状态，逻辑控制电路不会输出触发信号，启动主电路，需对开关进行断开再闭合操作才可正常运行。

Description

一种停电保护电路及其应用

技术领域

本发明属于电力电子保护技术领域，特别涉及一种停电保护电路及其应用。

背景技术

常见家用电器如电热炉、电灯、电动工具等采用普通通断开关作为电路接通与闭合的主要元件，在遇突然停电后再次上电时，电路会自动重启，对于电炉、电动工具等存在较大安全隐患，对于照明电路而言则会造成电能的浪费；因此，需要设计一种具有停电保护功能的新型电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种停电保护电路及其应用，解决了断电后电路自动重启的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种停电保护电路，包括电源电路、检测电路、逻辑控制电路和主电路；

电源电路，用于将交流电转换为直流电；

电源电路与检测电路之间设有开关SW1，检测电路包括延时电路和开关状态检测电路，延时电路用于对电网的状态进行检测，开关状态检测电路用于对开关SW1的状态进行检测；

逻辑控制电路包括与非逻辑控制器U1、与非逻辑控制器U2和与非逻辑控制器U3，与非逻辑控制器U1包括输入脚1、输入脚2和输出脚3，与非逻辑控制器U2包括输入脚4、输入脚5和输出脚6，与非逻辑控制器U3包括输入脚9、输入脚10和输出脚11；

开关SW1通过开关状态检测电路与输入脚4和输入脚9连接，延时电路与输入脚2连接，输出脚3和输入脚5连接，输入脚1和输出脚6连接，输入脚10和输出脚6连接；

主电路为带驱动的双向可控硅电路，主电路的一个输入端与与电源电路的输出端连接，另一个输入端与与非逻辑控制器U3的输出脚11连接，当输出脚11输出高电平时，双向可控硅电路不导通；当输出脚11输出低电平时，双向可控硅电路导通，用于为负载供电。

进一步，当开关SW1处于断开状态时，开关状态检测电路输出低电平，输入脚4和输入脚9处于低电平；当SW1处于闭合状态时，开关状态检测电路输出高电平，输入脚4和输入脚9处于高电平；

当电源电路的输入端未接入电网时，输入脚2处于低电平，当电源电路的输入端接入电网后，输入脚2处于高电平。

进一步，电源电路包括二极管D1、电阻R1、稳压二极管D2和电容C1，二极管D1、电阻R1和电容C1依次连接，稳压二极管D2与电容C1并联设置；

二极管D1用于将交流电转化为直流电，电阻R1与电路自身内阻构成分压电路，电容C1用于滤波，稳压二极管D2用于保护后级电路。

进一步，主电路包括光电隔离器U4和双向可控硅TRIAC1，光电隔离器U4的输入脚1通过电阻R5与电源电路的输出端连接，光电隔离器U4的输入脚2与与非逻辑控制器U3的输出脚11连接；

光电隔离器U4的输出脚4通过电阻R7与双向可控硅TRIAC1一端连接，光电隔离器U4的输出脚6与双向可控硅TRIAC1的另一端连接；

电阻R5、光电隔离器U4及电阻R7组成双向可控硅TRIAC1的驱动电路。

进一步，双向可控硅TRIAC1的型号为BAT06-600。

进一步，延时电路包括电阻R4与电容C3，电阻R4输入端与电源电路的输出端连接，电阻R4输出端分别与电容C3的一端和U1的输入脚2连接，电容C3的另一端接电源负极。

进一步，开关状态检测电路包括二极管D3、电阻R3、电容C2和电阻R6，二极管D3、电阻R3和电阻R6依次连接，电阻R6与电容C2并联设置，电阻R3的输出端与U2的输入脚4和U3的输入脚9连接；

二极管D3用于将交流电转化为直流电，电阻R3与电阻R6构成分压电路；电容C2用于滤波，得到平直的开关信号。

进一步，与非逻辑控制器U1、与非逻辑控制器U2和与非逻辑控制器U3均采用施密特与非门。

本发明还公开了所述的停电保护电路的应用，开关SW1作为电器的控制开关来控制电器的电路通断。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开了一种停电保护电路，包括主电路、电源电路、检测电路和逻辑控制电路，主电路为带驱动的双向可控硅电路，检测电路包括延时电路和开关状态检测电路，可实现对电网和开关SW1的状态检测；逻辑控制电路包括与非逻辑控制器U1、U2和U3，根据U1、U2、U3各引脚的高低电平信号决定其工作模态。当U3的输出脚11输出高电平时，双向可控硅不导通；当U3的输出脚11输出低电平时，双向可控硅导通，用于为负载供电。当工作电路运行时突然停电，电网和开关检测信号异常，电路停止运行，开关SW1未断开；上电后电网检测正常，但检测到开关处于闭合状态，逻辑控制电路不会输出触发信号，启动主电路，需对开关进行断开再闭合操作才可正常运行。

进一步，主电路包括光电隔离器U4和双向可控硅TRIAC1，光电隔离器的两个输入脚一个连接电源电路，另一个连接与非逻辑控制器U3的输出脚，通过控制U4的两个输入脚之间的电压差实现对双向可控硅的控制。

进一步，二极管D1将交流电转化为直流电，电网电压经过二极管D1将交流电转化为直流电；由于电网电压整流后幅值较高，使用分压电路降低电压，分压电路由电阻R1与电路自身内阻构成，电阻R1与电路自身的内阻进行分压得到所需要的电压等级；经整流后的直流电为脉动的直流电，电路的稳定运行需要波动较小的直流电，电容C1为滤波电路，减小直流电的脉动；经过电容C1滤波，得到平直的直流电，为了防止电网电压的浪涌突变，使用稳压二极管D2保护后级电路，使得在电路瞬时过压可以保护后级电路，稳压二极管D2是防止电网浪涌的过压保护。

本发明还公开了上述停电保护电路的应用，能够实现家用电器或电路的安全、稳定及节能。

附图说明

图1为发明的停电保护电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，本发明公开的一种停电保护电路，包括主电路、电源电路、检测电路和逻辑控制电路。主电路为带驱动的双向可控硅电路；电源电路为半波整流电路，用于将交流电转换为直流电；电源电路与检测电路之间设有开关SW1，检测电路包括延时电路和开关状态检测电路，延时电路用于对电网的状态进行检测，开关状态检测电路用于对开关SW1的状态进行检测；逻辑控制电路包括三个与非逻辑控制器，通过三个与非逻辑控制器的连接来控制光电隔离器U4的“2”脚电平，从而控制U4“1”和“2”脚之间的电压差实现对双向可控硅的控制。

主电路包括光电隔离器U4和双向可控硅TRIAC1，光电隔离器U4的输入脚1与电源电路连接，光电隔离器U4的输入脚2与与非逻辑控制器U3的输出脚11连接，光电隔离器U4的输出脚与双向可控硅TRIAC1连接。光电隔离器U4作为驱动器件，通过三个与非逻辑控制器的连接来控制光电隔离器U4的“2”脚电平，从而控制U4“1”和“2”脚之间的电压差实现对双向可控硅的控制。

具体地，逻辑控制电路包括与非逻辑控制器U1、与非逻辑控制器U2和与非逻辑控制器U3，与非逻辑控制器U1包括输入脚1、输入脚2和输出脚3，与非逻辑控制器U2包括输入脚4、输入脚5和输出脚6，与非逻辑控制器U3包括输入脚9、输入脚10和输出脚11。

具体地，电源电路包括二极管D1、电阻R1、稳压二极管D2和电容C1，二极管D1、电阻R1和电容C1依次连接，稳压二极管D2与电容C1并联设置；该电路工作需要直流电源，所以通过二极管D1、电阻R1、稳压二极管D2、电容C1构成交、直转换电路，为系统提供直流电源。供电电源电路的整流部分使用最为简单的半波整流电路，其中，二极管D1将交流电转化为直流电，电网电压经过二极管D1将交流电转化为直流电；由于电网电压整流后幅值较高，使用分压电路降低电压，分压电路由电阻R1与电路自身内阻构成，电阻R1与电路自身的内阻进行分压得到所需要的电压等级；经整流后的直流电为脉动的直流电，电路的稳定运行需要波动较小的直流电，电容C1为滤波电路，减小直流电的脉动；经过电容C1滤波，得到平直的直流电，为了防止电网电压的浪涌突变，使用稳压二极管D2保护后级电路，使得在电路瞬时过压可以保护后级电路，稳压二极管D2是防止电网浪涌的过压保护。

如图1所示，电阻R4与电容C3组成的延时电路，电阻R4输入端与电阻R1的输出端连接，电阻R4输出端分别与电容C3的一端和U1的输入脚2连接，电容C3的另一端接电源负极。在交流输入端接入电网后，直流电源输出稳定的直流的电源，既可以为系统提供直流电源，而且由于直流电源不受开关SW1的控制，只要停电保护电路接入市电即可工作，所以通过电阻R4与电容C3组成的延时电路检测直流电源输出即可判断电网工作状态(正常供电或者是停电状态)，当电网正常供电时，在电阻R4与电容C3构成的延时电路完成充电后，U1的输入脚2将处于高电平，反之在电网停电时，U1的输入脚2将处于低电平。

二极管D3、电阻R3、电容C2及电阻R6组成的开关状态检测电路，当开关SW1处于断开状态时，开关状态检测电路将输出低电平，即U2的输入脚4将处于低电平。当SW1处于闭合状态时，开关状态检测电路将输出高电平，即U2的输入脚4将处于高电平。

与电源电路类似，二极管D3、电阻R3、电容C2、电阻R6组成的开关状态检测电路，使用半波整流电路将交流电转化为直流电，其主要部分为二极管D3，使用分压电路降低电压等级，分压电路由电阻R3和引脚的等效电阻R6组成，为了减小电压的波动，使用电容C2进行滤波，得到较为平直的开关信号，当开关SW1处于断开状态时，开关状态检测电路将输出低电平，即U2的输入脚4将处于低电平。当SW1处于闭合状态时，开关状态检测电路将输出高电平，即U2的输入脚4将处于高电平。

电阻R5、光电隔离器U4、电阻R7组成双向可控硅驱动电路，U4的输入脚1通过电阻R5与电阻R1连接，U4的输出脚4通过电阻R7与双向可控硅TRIAC1一端连接，U4的输出脚6与双向可控硅TRIAC1的另一端连接；U4的输入脚2与U3的输出脚11相连，U4的输出脚6与双向可控硅的脚3相连接。电阻R7一端与双向可控硅的2脚相连，另一端与U4的输出脚4相连。

当U4的2脚为高电平时，U4内的发光二极管不导通，U4内部与U4的6脚和4脚相连的受控二极管不导通，无法触发双向可控硅TRIAC1导通，反之如果U4的2脚为低电平，双向可控硅TRIAC1就会导通。R7为限流电阻防止U4内部受控二极管导通时导通电流过大。双向可控硅TRIAC1的3脚为双向可控硅的门极，只要是U4的2脚为低电平，双向可控硅TRIAC1的3脚就会有触发信号，双向可控硅TRIAC1的1脚和2脚就是导通的，如果U4的2脚为高电平，则双向可控硅TRIAC1的3脚没有触发信号，则双向可控硅的1脚和2脚是断开的。

U1、U2、U3组成停电保护电路的逻辑控制电路。通过U1的2脚的高低电平状态来判断电网供电状态；通过判断U2的4脚高低电平状态来判度开关SW1的开关状态。

假设1代表高电平，0代表低电平。有如下工作模态，表1-表7为各工作状态下电路U1、U2、U3和U4各引脚电平。

模态I：当停电保护电路输入端接入电网，且开关SW1处于断开状态。此时由于电阻R4与电容C3组成延时电路，在电容C3的电压没有达到U1的阈值电压前，U1的2脚处于低电平。同时由于开关SW1处于断开状态，所以U2的4脚也处于低电平。因此U1的3脚与U2的6脚都输出高电平，U1的1脚与U2的6脚连接，U1的1脚也为高电平。由于U3的9脚与U2的4脚相连，所以U3的11脚也输出高电平。因此U4的2脚处于高电平，U4内部的发光二极管不能导通，双向可控硅TRIAC1处于断开状态，无法为负载供电。U1、U2、U3管脚真值表如表1所示。

表1模态I时的U1、U2、U3管脚真值表

模态II：当停电保护电路的输入端接入电网，且开关SW1仍然处于断开状态。此时由与电阻R4与电容C3组成的延时电路已经完成充电过程，即电容C3上的电压已经达到了U1的阈值电压，U1的2脚处于高电平。由于此时U1的1脚也处于电平，所以此时U1的3脚输出低电平。由于U2的5脚与U1的3脚相连接，所以U2的5脚也为低电平；由于开关SW1仍然处于断开状态，所以U2的4脚仍然处于低电平状态，所以U2的6脚输出仍然为高电平。同时U3的9脚与10脚的电平状态也保持不变，所以U3的11脚输出仍然为高电平，U4的体内发光二极管断开。此时U1、U2、U3管脚真值表如表2所示。

表2模态II U1、U2、U3管脚真值表

模态III：在模态II的状态下，闭合开关SW1。由二极管D3、电阻R3、电容C2、电阻R6组成的开关状态检测电路输出高电平，此时U2的4脚与U3的9脚由低电平转化为高电平。U1的状态不变，U2的5脚仍然处于低电平，所以U2的6脚仍然输出高电平，所以U3的10脚仍然为高电平，因此U3的11脚输出低电平。U4的体内发光二极管导通，触发双向可控硅TRIAC1导通，给输出端所接用电负载供电。此时U1、U2、U3管脚真值表如表3所示。

表3模态III U1、U2、U3管脚真值表

模态IV：当电网正常供电，此时断开开关SW1，U1，U2，U3的管脚状态恢复到模态II中的管脚状态，见表4，双向可控硅TRIAC1关断。

表4模态IV U1、U2、U3管脚真值表

V：在模态III的状态下电网突然停电，开关SW1仍处于闭合状态，一段时间后电网恢复供电。由于电网状态检测电路中的延时电路的存在，所以电容C3在没有达到U1的阈值电压之前，U1的2脚仍然保持低电平，因此U1的3脚输出高电平。由于开关检测电路输出高电平，所以U2的4脚为高电平，同时U2的5脚与U1的3脚相连，也处于高电平，所以U2的6脚输出低电平。因此U3的10脚为低电平，U3的11脚输出高电平，U4体内发光二极管不导通，U4不发出触发信号所以双向可控硅TRIAC1不导通。因此即使，开关SW1处于闭合状态也不会给用电负载供电。此时U1、U2、U3管脚真值表如表5所示。

表5模态V U1、U2、U3管脚真值表

模态VI：电容C3充电一段时间后，当电容C3的电压达到U1的阈值电压，U1的2脚由低电平变化为高电平，此时由于U1的1脚仍然处于低电平，U2和U3管脚电平不变化，所以U13脚输出仍然为高电平，U4不导通，双向可控硅TRIAC1仍然关断。此时U1、U2、U3管脚真值表如表6所示。

表6模态VI U1、U2、U3管脚真值表

模态VII：在VI的状态下，开关SW1断开，U2的4脚由高电平转化为低电平，因此U2的6脚输出高电平，U3的9脚由高电平转化为低电平，U3的10脚由低电平转化为高电平，因此U3的11脚依然输出高电平，双向可控硅TRIAC1关断。同时U1的1脚由低电平转化为高电平，U1的2脚仍然为高电平，所以U1的3脚输出低电平，同时U2的5脚也由高电平转变为低电平。此时U1、U2、U3管脚真值表如表7所示。

表7模态VII U1、U2、U3管脚真值表

由表7和表2可以看出状态VII与状态II拥有相同的逻辑状态。所以当开关SW1再次闭合时，停电保护电路的逻辑状态将处于状态III。

由以上分析可知，图1所示停电保护电路具有当电源中断时，再次恢复供电，即使开关或电源插座开关处于闭合状态，也能够切断电源，不向所属用电器供电，只有再次操作开关后才恢复供电的功能。

本发明的各电路元件参数如表8所示：

表8电路元件参数及型号

Claims (5)

1.一种停电保护电路，其特征在于，包括电源电路、检测电路、逻辑控制电路和主电路；

电源电路，用于将交流电转换为直流电；

电源电路与检测电路之间设有开关SW1，检测电路包括延时电路和开关状态检测电路，延时电路用于对电网的状态进行检测，开关状态检测电路用于对开关SW1的状态进行检测；

逻辑控制电路包括与非逻辑控制器U1、与非逻辑控制器U2和与非逻辑控制器U3，与非逻辑控制器U1包括输入脚1、输入脚2和输出脚3，与非逻辑控制器U2包括输入脚4、输入脚5和输出脚6，与非逻辑控制器U3包括输入脚9、输入脚10和输出脚11；

开关SW1通过开关状态检测电路与输入脚4和输入脚9连接，延时电路与输入脚2连接，输出脚3和输入脚5连接，输入脚1和输出脚6连接，输入脚10和输出脚6连接；

主电路为带驱动的双向可控硅电路，主电路的一个输入端与与电源电路的输出端连接，另一个输入端与与非逻辑控制器U3的输出脚11连接，当输出脚11输出高电平时，双向可控硅电路不导通；当输出脚11输出低电平时，双向可控硅电路导通，用于为负载供电；

电源电路包括二极管D1、电阻R1、稳压二极管D2和电容C1，二极管D1、电阻R1和电容C1依次连接，稳压二极管D2与电容C1并联设置；二极管D1用于将交流电转化为直流电，电阻R1与电路自身内阻构成分压电路，电容C1用于滤波，稳压二极管D2用于保护后级电路；

主电路包括光电隔离器U4和双向可控硅TRIAC1，光电隔离器U4的输入脚1通过电阻R5与电源电路的输出端连接，光电隔离器U4的输入脚2与与非逻辑控制器U3的输出脚11连接；光电隔离器U4的输出脚4通过电阻R7与双向可控硅TRIAC1一端连接，光电隔离器U4的输出脚6与双向可控硅TRIAC1的另一端连接；电阻R5、光电隔离器U4及电阻R7组成双向可控硅TRIAC1的驱动电路；

延时电路包括电阻R4与电容C3，电阻R4输入端与电源电路的输出端连接，电阻R4输出端分别与电容C3的一端和U1的输入脚2连接，电容C3的另一端接电源负极；

开关状态检测电路包括二极管D3、电阻R3、电容C2和电阻R6，二极管D3、电阻R3和电阻R6依次连接，电阻R6与电容C2并联设置，电阻R3的输出端与U2的输入脚4和U3的输入脚9连接；

二极管D3用于将交流电转化为直流电，电阻R3与电阻R6构成分压电路；电容C2用于滤波，得到平直的开关信号。

2.根据权利要求1所述的停电保护电路，其特征在于，当开关SW1处于断开状态时，开关状态检测电路输出低电平，输入脚4和输入脚9处于低电平；当SW1处于闭合状态时，开关状态检测电路输出高电平，输入脚4和输入脚9处于高电平；

当电源电路的输入端未接入电网时，输入脚2处于低电平，当电源电路的输入端接入电网后，输入脚2处于高电平。

3.根据权利要求1所述的停电保护电路，其特征在于，双向可控硅TRIAC1的型号为BAT06-600。

4.根据权利要求1所述的停电保护电路，其特征在于，与非逻辑控制器U1、与非逻辑控制器U2和与非逻辑控制器U3均采用施密特与非门。

5.权利要求1-4任意一项所述的停电保护电路的应用，其特征在于，开关SW1作为电器的控制开关来控制电器的电路通断。