宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统及方法与流程

本发明涉及电源管理，具体为宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统及方法。

背景技术：

1、直流电源掉电检测是电子设备电源管理模块中的基础功能，主要用于在外部供电异常时触发设备内部的保护机制。现有的掉电检测方案通常采用固定的分压电阻网络配合固定阈值的电压比较器或微控制器的模数转换引脚来实现。这种采用固定硬件参数与单一软件阈值的架构在面对不同电压等级的输入电源时，必须人为更换分压电阻的阻值或重新修改程序中的判定阈值。该设计无法自适应宽泛的输入电压范围，增加了设备在多电压应用场景下的物料设置与维护工作量。

2、在复杂的电气环境中，供电网络常伴随高频瞬态电磁干扰或短暂的电压跌落尖峰。现有的检测方案多依赖采集到的实时电压值直接与设定阈值进行比对，缺乏对瞬态干扰的软硬件协同处理机制。当输入端出现短暂的瞬态尖峰时，检测引脚的电压容易跌破固定阈值，导致系统产生误判并触发不必要的停机动作，影响设备运行的连续性。此外，当真实的掉电事件发生时，系统输入端电压衰减迅速，而常规检测电路通常未设置供电隔离与延时维持机制。微控制器在检测到电压跌落后，会很快失去工作电压，无法在断电前完成当前运行数据的固化存储以及向外围发送通信告警，容易导致设备的关键状态数据丢失。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统及方法，解决了现有直流电源掉电检测方案无法自适应宽电压输入，且缺乏抗瞬态干扰与断电延时机制，容易引发掉电误判并导致关键运行数据丢失的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、本发明第一方面提供一种宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统，包括分压模块、隔离延时模块和微控制器模块。

4、直流电源掉电检测系统的系统主输入端接入涵盖宽幅波动的随机输入直流电源。系统主输入端与内部降压模块的输入端之间串联有防倒灌二极管，内部降压模块的输入端并联有储能滤波电容，储能滤波电容的另一端连接系统地；防倒灌二极管用于在主供电跌落时阻断内部储能电荷向输入端的反向流失，储能滤波电容用于维持内部降压模块及微控制器模块在掉电后延时期间的运行供电。分压模块连接在系统主输入端与防倒灌二极管之间，其输出端连接至隔离延时模块，隔离延时模块的输出端连接至微控制器模块的模数转换引脚；微控制器模块的信号控制引脚分别连接至外部的无线通信模块与外部的负载模块。

5、其中，所述分压模块通过串联的第一电阻与第二电阻对系统主输入端电压进行阻抗比例衰减并形成分压节点；隔离延时模块包含单向隔离器件、信号滤波电容和放电调节电阻，单向隔离器件对分压节点处的电压进行单向导通并产生正向压降，信号滤波电容与放电调节电阻调节采样节点的充放电速率，以滤除输入端的瞬态尖峰。微控制器模块在上电后暂缓开启外部的负载模块，连续采集多组电压采样数据，通过对数据进行极差或方差运算监测电压波动幅度。

6、当极差或方差小于预设的硬件容忍阈值时，微控制器模块对多组数据求取算术平均值，将其作为稳态模数转换基准值。微控制器模块结合阻值比例参数、正向压降参数以及稳态模数转换基准值，计算物理输入电压值并记录于内部存储空间。进而，微控制器模块以稳态模数转换基准值为检索条件，对非易失性存储器中预先固化的映射关系查找表进行内存寻址读取，其中所述映射关系查找表预先划分有多个宽压工作区域，并为每个所述宽压工作区域绑定有经过离线预计算的跌落触发模数转换阈值，提取与当前电压区域对应的跌落触发模数转换阈值并写入内部阈值寄存器。

7、在系统运行阶段，微控制器模块定期读取隔离延时模块的实时模数转换数值，并执行去极值平均滤波运算获取滤波采样基准值。微控制器模块将滤波采样基准值与内部阈值寄存器中的跌落触发模数转换阈值进行整数比对运算。当滤波采样基准值低于所述跌落触发模数转换阈值时，微控制器模块触发掉电保护中断。在储能滤波电容提供的延时供电期间，微控制器模块输出关断信号至外部的负载模块，驱动外部的无线通信模块发送离线告警报文，并将运行状态数据固化至非易失性存储器中。

8、本发明第二方面提供一种宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测方法，应用于前述的直流电源掉电检测系统。

9、微控制器模块在系统接入涵盖宽幅波动的随机输入直流电源并上电后暂缓开启外部的负载模块，通过模数转换引脚获取隔离延时模块输出的多组电压采样数据。微控制器模块对该多组电压采样数据执行极差或方差运算，当极差或方差小于预设的硬件容忍阈值时，计算多组电压采样数据的平均值作为稳态模数转换基准值。依据分压模块的阻值比例参数、隔离延时模块的正向压降参数以及稳态模数转换基准值，微控制器模块计算物理输入电压值并将其存入内部存储空间。微控制器模块利用稳态模数转换基准值对内部非易失性存储器中预先固化的映射关系查找表进行内存寻址读取，其中所述映射关系查找表预先划分有多个宽压工作区域，并为每个所述宽压工作区域绑定有经过离线预计算的跌落触发模数转换阈值，获取与当前电压区域对应的所述跌落触发模数转换阈值，并写入内部阈值寄存器中。

10、在系统进入运行阶段后，微控制器模块定期获取隔离延时模块输出的实时模数转换读数。微控制器模块对实时模数转换读数执行去极值平均滤波运算获取滤波采样基准值，并将滤波采样基准值与内部阈值寄存器中的跌落触发模数转换阈值进行整数比对运算。当滤波采样基准值低于所述跌落触发模数转换阈值时，微控制器模块触发掉电保护中断，输出关断信号至外部的负载模块，驱动外部的无线通信模块发送离线告警报文，并将运行状态数据固化至非易失性存储器中。

11、本发明提供了宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统及方法。具备以下有益效果：

12、1、本发明通过微控制器模块在上电阶段采集多组数据并计算极差或方差以获取稳态模数转换基准值，进而通过非易失性存储器中的映射关系查找表，动态提取与当前物理输入电压相匹配的跌落触发模数转换阈值，该设计使系统能够直接接入不同电压等级的直流电源而无需更改硬件分压参数，实现了检测阈值随输入电压域的自适应整定，避免了单一固定阈值在宽压输入环境下的误判或漏判。

13、2、本发明在硬件思路上通过隔离延时模块中的单向隔离器件、信号滤波电容和放电调节电阻协同作用，平滑分压节点处的充放电斜率以滤除高频瞬态电磁干扰；在软件思路上通过微控制器模块执行去极值平均滤波运算，剔除由于突发干扰引起的采样异常极值，软硬件结合的滤波机制有效防止了电网波动或瞬态尖峰造成的掉电误触发，提高了系统运行的稳定性。

14、3、本发明利用防倒灌二极管在主供电跌落时阻断电荷向输入端的反向泄漏，并依靠并联的储能滤波电容为内部降压模块及微控制器模块提供掉电后的延时供电窗口，在此延时窗口内，微控制器模块有充足的时间响应掉电保护中断，依次完成切断负载模块、发送离线通信告警以及将运行状态数据固化至非易失性存储器的操作，实现了系统的有序停机，防止了关键运行数据的丢失。

1.宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统，其特征在于，包括分压模块、隔离延时模块和微控制器模块；

2.根据权利要求1所述的宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统，其特征在于，所述防倒灌二极管的阳极连接所述系统主输入端，所述防倒灌二极管的阴极连接所述内部降压模块的输入端，所述储能滤波电容在电路上设置于所述防倒灌二极管的阴极与所述内部降压模块之间。

3.根据权利要求1所述的宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统，其特征在于，所述分压模块包括串联连接的第一电阻与第二电阻；

4.根据权利要求3所述的宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统，其特征在于，所述隔离延时模块在物理电路上包括单向隔离器件、信号滤波电容和放电调节电阻；

5.根据权利要求4所述的宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统，其特征在于，所述微控制器模块用于在所述直流电源掉电检测系统上电后暂缓开启所述负载模块，通过所述模数转换引脚连续采集所述隔离延时模块输出的多组电压采样数据；

6.根据权利要求5所述的宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统，其特征在于，所述微控制器模块用于根据所述稳态模数转换基准值、所述分压模块的阻值比例参数以及所述隔离延时模块的正向压降参数计算物理输入电压值，并将所述物理输入电压值存入所述微控制器模块的内部存储空间。

7.根据权利要求5所述的宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统，其特征在于，所述微控制器模块用于利用所述稳态模数转换基准值对所述微控制器模块内部的非易失性存储器中预先固化的映射关系查找表进行内存寻址读取，其中所述映射关系查找表预先划分有多个宽压工作区域，并为每个所述宽压工作区域绑定有经过离线预计算的跌落触发模数转换阈值；

8.根据权利要求7所述的宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统，其特征在于，所述微控制器模块用于在所述直流电源掉电检测系统进入运行阶段后定期获取所述隔离延时模块输出的实时模数转换读数；

9.根据权利要求8所述的宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统，其特征在于，所述微控制器模块用于当所述滤波采样基准值低于所述跌落触发模数转换阈值时，触发掉电保护中断，输出关断信号至外部的负载模块，驱动所述外部的无线通信模块发送离线告警报文，并将所述微控制器模块的运行状态数据固化至所述非易失性存储器中。

10.宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测方法，应用于权利要求1-9任一项所述的宽压自适应与抗瞬态干扰的直流电源掉电检测系统，其特征在于，包括以下步骤：