电压过欠压检测电路的制作方法

1.本实用新型实施例家用电器技术领域，具体涉及一种电压过欠压检测电路。


背景技术：

2.在家用电器应用广泛，但是很多地区尤其是农村乡镇地区的用电环境却不乐观，其中电压不稳定是常见现象。这种情况下家用电器如果在过压或者欠压状况下工作，轻则导致电器产品不能正常使用，重则造成电器产品故障损坏。另外电池类产品使用普遍，如各种便携式电动工具电池模块，电动自行车电池组等，充放电过程中要时刻监护电池电压状况不能过放电也不能过充电。
3.现有技术中，往往通过微控制单元(microcontroller unit，mcu)软件编程，利用带ad功能的引脚对电源电压进行检测实现相关控制，当软件失效时，则无法实现检测和控制。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种电压过欠压检测电路，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题。
5.根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种电压过欠压检测电路，包括：电压采集电路、与所述电压采集电路连接的异常检测电路以及与所述异常检测电路连接的锁存电路；所述电压采集电路用于采集电源电压，所述异常检测电路用于检测采集的所述电源电压是否存在过压或欠压异常；所述锁存电路包括第一比较器和第一二极管，所述第一比较器的同相输入端与所述异常检测电路以及所述第一二极管的阳极连接，所述第一比较器的反相输入端接第一参考电压信号，所述第一二极管的阴极与所述第一比较器的输出端连接，所述锁存电路用于在所述电源电压过压或欠压时锁存异常状态，并通过所述第一比较器输出低电平的控制信号以切断电源。
6.在一种可选的方式中，所述电压采集电路包括：第一电阻、第二电阻以及第三电阻；所述第一电阻的一端接所述电源电压，所述第一电阻的另一端通过所述第二电阻与所述异常检测电路的输入端连接，所述第二电阻的远离所述第一电阻的一端还通过所述第三电阻接地。
7.在一种可选的方式中，所述电压采集电路还包括第一电容，所述第一电容的第一端与所述电压采集电路的输出端连接，所述第一电容的另一端接地。
8.在一种可选的方式中，所述第一电容为电解电容或瓷片电容。
9.在一种可选的方式中，所述异常检测电路包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二比较器以及第三比较器，所述第二比较器的同相输入端通过所述第四电阻接第一电压，所述第二比较器的反相输入端与所述第三比较器的同相输入端以及所述电压采集电路连接，所述第二比较器的同相输入端还通过所述第五电阻与所述第三比较器的反相输入端连接，所述第三比较器的反相输入端还通过所述第六电阻接地，所述第二比较器的输出端和
所述第三比较器的输出端连接，并与所述锁存电路连接。
10.在一种可选的方式中，所述异常检测电路还包括：第七电阻、第二二极管以及第三二极管，所述第七电阻的一端接所述第一电压，所述第七电阻的另一端与所述第二比较器的输出端以及所述第三比较器的输出端连接，所述第二二极管的阴极与所述第二比较器的输出端连接，所述第三二极管的阴极与所述第三比较器的输出端连接，所述第二二极管的阳极与所述第三二极管的阳极连接，并与所述锁存电路连接。
11.在一种可选的方式中，所述锁存电路还包括：第八电阻和第九电阻，所述第一比较器的反相输入端还通过所述第八电阻接第一电压，并通过所述第九电阻接地。
12.在一种可选的方式中，所述锁存电路还包括：第十电阻，所述第十电阻的一端与所述第一比较器的输出端以及所述第一二极管的阴极连接，所述第十电阻的另一端输出所述控制信号。
13.在一种可选的方式中，所述第一比较器的反相输入端还用于接收解锁控制信号以对所述锁存电路进行解锁。
14.在一种可选的方式中，所述电压采集电路的输出端和所述异常检测电路的输出端分别与单片机的不同io口连接。
15.本实用新型实施例的电压过欠压检测电路包括：被测桥堆、转接器电路以及检测设备；电压采集电路、与所述电压采集电路连接的异常检测电路以及与所述异常检测电路连接的锁存电路；所述电压采集电路用于采集电源电压，所述异常检测电路用于检测采集的所述电源电压是否存在过压或欠压异常；所述锁存电路包括第一比较器和第一二极管，所述第一比较器的同相输入端与所述异常检测电路以及所述第一二极管的阳极连接，所述第一比较器的反相输入端接第一参考电压信号，所述第一二极管的阴极与所述第一比较器的输出端连接，所述锁存电路用于在所述电源电压过压或欠压时锁存异常状态，并通过所述第一比较器输出低电平的控制信号以切断电源，能够快速识别过欠压状态并锁存，通过硬件的方式对电源的异常状态进行锁存，可避免因软件失效而带来的无法检测控制的情况出现，实现简单。
16.上述说明仅是本实用新型实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。
附图说明
17.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
18.图1示出了本实用新型实施例提供的电压过欠压检测电路的电路示意图。
具体实施方式
19.下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能
够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。
20.图1示出了本实用新型实施例提供的电压过欠压检测电路的电路示意图。如图1所示，电压过欠压检测电路包括：电压采集电路11、与所述电压采集电路11连接的异常检测电路12以及与所述异常检测电路12连接的锁存电路13。所述电压采集电路11用于采集电源电压v_in，所述异常检测电路12用于检测采集的所述电源电压v_in是否存在过压或欠压异常。所述锁存电路13包括第一比较器u1和第一二极管d1，所述第一比较器u1的同相输入端与所述异常检测电路12以及所述第一二极管d1的阳极连接，所述第一比较器u1的反相输入端接第一参考电压信号v_ref_1，所述第一二极管d1的阴极与所述第一比较器u1的输出端连接，所述锁存电路13用于在所述电源电压v_in过压或欠压时通过第一二极管d1锁存异常状态，并通过所述第一比较器u1输出低电平的控制信号v_h/l以切断电源。如此，能够快速识别过欠压状态并锁存，通过硬件的方式对电源的异常状态进行锁存，可避免因软件失效而带来的无法检测控制的情况出现，实现简单。
21.在本实用新型实施例中，所述电压采集电路11包括：第一电阻r1、第二电阻r2以及第三电阻r3。所述第一电阻r1的一端接所述电源电压v_in，所述第一电阻r1的另一端通过所述第二电阻r2与所述异常检测电路12的输入端连接，所述第二电阻r2的远离所述第一电阻r1的一端还通过所述第三电阻r3接地gnd。第一电阻r1和第二电阻r2用于对电压采集电路11进行限压限流，第一电阻r1、第二电阻r2以及第三电阻r3用于对输入的电源电压v_in进行分压，并在第二电阻r2和第三电阻r3之间输出分压信号v_comp_1，分压信号v_comp_1的电压值等于r3/(r1 r2 r3)v_in。
22.所述电压采集电路11还包括第一电容c1，所述第一电容c1的第一端与所述第二电阻r2的远离所述第一电阻r1的一端连接，所述第一电容c1的另一端接地gnd。第一电容c1用于对输出的分压信号v_comp_1进行滤波。第一电容c1为电解电容或瓷片电容。具体地，电源电压v_in由测量交流电经过桥式整流之后的脉动直流电源提供时，第一电容c1优选为容值为2.2uf
‑
4.7uf的电解电容。电源电压v_in由测量普通直流电源或电池组提供时，第一电容c1优选为容值为0.1uf的瓷片电容。
23.在本实用新型实施例中，所述异常检测电路12包括：第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第二比较器u2以及第三比较器u3。所述第二比较器u2的同相输入端通过所述第四电阻r4接第一电压vcc，所述第二比较器u2的反相输入端与所述第三比较器u3的同相输入端以及所述电压采集电路11连接，所述第二比较器u2的同相输入端还通过所述第五电阻r5与所述第三比较器u3的反相输入端连接，所述第三比较器u3的反相输入端还通过所述第六电阻r6接地gnd，所述第二比较器u2的输出端和所述第三比较器u3的输出端连接，并与所述锁存电路13连接。第四电阻r4、第五电阻r5以及第六电阻r6用于对第一电压vcc进行分压，分别向第二比较器u2和第三比较器u3提供不同的参考电压信号。其中，第二比较器u2的同相输入端连接在第四电阻r4和第五电阻r5之间，用于向第二比较器的同相输入端提供第二参考电压信号v_ref_2。第三比较器u3的反相输入端连接在第五电阻r5和第六电阻r6之间，用于向第三比较器u3的反相输入端提供第三参考电压信号v_ref_3。第二参考电压信号v_ref_2的电平大于第三参考电压信号v_ref_3的电平。第二比较器u2比较电压采集电路11输出的分压信号v_comp_1和第二参考电压信号v_ref_2，判断是否过压，并在输出端输出第一输出信号v_out_1。第三比较器u3比较电压采集电路11输出的分压信号v_comp_1和第三
参考电压信号v_ref_3，判断是否欠压，并在输出端输出第二输出信号v_out_2。
24.异常检测电路12还包括：第七电阻r7、第二二极管d2以及第三二极管d3。所述第七电阻r7的一端接所述第一电压vcc，所述第七电阻r7的另一端与所述第二二极管d2的阳极和所述第三二极管d3的阳极连接。所述第二二极管d2的阴极与所述第二比较器u2的输出端连接，所述第三二极管d3的阴极与所述第三比较器u3的输出端连接，所述第二二极管d2的阳极与所述第三二极管d3的阳极连接还与所述锁存电路13连接。第七电阻r7为上拉电阻，第二二极管d2和第三二极管d3为信号隔离二极管。第一输出信号v_out_1经过第二二极管d2进行信号隔离后与经过第三二极管d3进行信号隔离的第二输出信号v_out_2执行线与功能，即进行逻辑与计算，输出检测信号v_comp_2。
25.所述锁存电路13还包括：第八电阻r8和第九电阻r9，所述第一比较器u1的反相输入端还通过所述第八电阻r8接第一电压vcc，并通过所述第九电阻r9接地gnd。第八电阻r8和第九电阻r9用于对第一电压vcc进行分压，向第一比较器u1提供第一参考电压信号v_ref_1，第一比较器u1将检测信号v_comp_2与第一参考电压信号v_ref_1进行比较，并根据比较结果输出控制信号v_h/l。
26.锁存电路13还包括：第十电阻r10，所述第十电阻r10的一端与所述第一比较器u1的输出端以及所述第一二极管d1的阴极连接，所述第十电阻r10的另一端输出所述控制信号v_h/l。第十电阻r10为输出电阻，优选为300ω
‑
1kω。
27.其中，第一比较器u1、第二比较器u2以及第三比较器u3可以直接使用分立的三个比较器；也可以使用集成的四路差动比较器的集成电路，如型号为lm339的集成电路；或者使用两个分别集成有两个比较器的集成电路，如型号为lm393的集成电路。
28.电压过欠压检测电路的具体工作原理如下：
29.供电电源可以是交流电经过桥式整流之后的脉动直流电源，也可以是普通直流电源或电池组。供电电源正极向电压采集电路11输出电源电压v_in，供电电源负极接地gnd。第一电压vcc为电压过欠压检测电路的工作电压，一般为5v。
30.电源电压v_in处于正常范围时，第三参考电压信号v_ref_3＜分压信号v_comp_1＜第二参考电压信号v_ref_2，第二比较器u2输出的第一输出信号v_out_1与第三比较器u3输出的第二输出信号v_out_2均为高电平，经过逻辑与计算后检测信号v_comp_2为高电平，且检测信号v_comp_2＞第一参考电压信号v_ref_1，因此第一比较器u1输出的控制信号v_h/l为高电平，使电源电压v_in正常供给用电部件(图未示)。其中，该用电部件为用电负载，具体可以是开关器件或其他用电部件。
31.电源电压v_in欠压时，电源电压v_in下降，导致分压信号v_comp_1下降，直到分压信号v_comp_1≤第三参考电压信号v_ref_3，导致第三比较器u3输出的第二输出信号v_out_2翻转，第二输出信号v_out_2变成低电平，因此检测信号v_comp_2也为低电平，检测信号v_comp_2＜第一参考电压信号v_ref_1，导致第一比较器u1输出的控制信号v_h/l翻转，控制信号v_h/l为低电平，使电源电压v_in供给用电部件的电源被切断。
32.电源电压v_in过压时，电源电压v_in升高，导致分压信号v_comp_1升高，直到分压信号v_comp_1≥第二参考电压信号v_ref_2，导致第二比较器u2输出的第一输出信号v_out_1翻转，第一输出信号v_out_1变成低电平，因此检测信号v_comp_2也为低电平，检测信号v_comp_2＜第一参考电压信号v_ref_1，导致第一比较器u1输出的控制信号v_h/l翻转，
控制信号v_h/l为低电平，使电源电压v_in供给用电部件的电源被切断。
33.在电源电压v_in处于欠压或过压的临界状态时，电源电压v_in供电的用电部件或负载电流电压会波动，第二比较器u2输出的第一输出信号v_out_1和第三比较器u3输出的第二输出信号v_out_2会频繁翻转，导致异常检测电路12输出的检测信号v_comp_2时而高电平时而低电平。此时如果没有锁存电路，会导致控制用电部件/负载的开关器件不停的开关开关，从而导致元器件的损坏，而加入锁存电路13后，只要锁存电路13检测到检测信号v_comp_2出现一个低电平脉冲，就将此低电平信号锁定，使控制信号v_h/l一直为低电平，从而持续断开用电部件/负载进行保护。
34.锁存电路13将低电平的控制信号v_h/l锁定原理，只要锁存电路13检测到检测信号v_comp_2出现一个低电平脉冲，第一比较器u1输出的控制信号v_h/l发生翻转后，由于第一二极管d1的作用使得检测信号v_comp_2的电压被钳位到0.7v，0.7v＜第一参考电压信号v_ref_1，因此即便电源电压v_in处于欠压与过压的临界状态时产生的电压波动导致第一输出信号v_out_1或第二输出信号v_out_2发生翻转，也不能使第一比较器u1输出的低电平的控制信号v_h/l发生变化，实现异常状态的锁存，进而控制相关开关元器件，使产品停止工作中断运行，从而提高了产品的安全性能与使用寿命。
35.在本实用新型实施例中，第一比较器u1的反相输入端还用于接收解锁控制信号hardware_reset以对所述锁存电路13进行解锁。如果需要对锁存电路13进行解锁，只需使解锁控制信号hardware_reset传输一个低于0.7v的信号至第一比较器u1的反相输入端即可，此时第一比较器u1的输出端输出高电平的控制信号v_h/l，锁存电路13实现解锁。其中，控制解锁控制信号hardware_reset传输的电路可以是现有的任意能提供低于0.7v的信号的电路，也可以直接提供一个低于0.7v信号的信号源，在此并不作限制。
36.在本实用新型实施例中，电压采集电路11的输出端和所述异常检测电路12的输出端分别与单片机(图未示)的不同io口连接。具体地，电压采集电路11输出的分压信号v_comp_1可以给到单片机中带ad转换的io口进行电压值检测识别，作为软件检测过欠压的依据。而异常检测电路12输出的检测信号v_comp_2可以给到单片机的普通io口进行过欠压检测，作为软件检测过欠压的依据。例如，如果单片机检测到分压信号v_comp_1的电压值较高，且检测信号v_comp_2为低电平时，可以确定电源电压v_in处于过压状态。如果单片机检测到分压信号v_comp_1的电压值较低，且检测信号v_comp_2为低电平时，可以确定电源电压v_in处于欠压状态。如此可以实现软硬件结合的检测，本实用新型实施例的电压过欠压检测电路具有同时软件、硬件检测过欠压及提供保护的功能。
37.本实用新型实施例的电压过欠压检测电路包括：电压采集电路、与所述电压采集电路连接的异常检测电路以及与所述异常检测电路连接的锁存电路；所述电压采集电路用于采集电源电压，所述异常检测电路用于检测采集的所述电源电压是否存在过压或欠压异常；所述锁存电路包括第一比较器和第一二极管，所述第一比较器的同相输入端与所述异常检测电路以及所述第一二极管的阳极连接，所述第一比较器的反相输入端接第一参考电压信号，所述第一二极管的阴极与所述第一比较器的输出端连接，所述锁存电路用于在所述电源电压过压或欠压时锁存异常状态，并通过所述第一比较器输出低电平的控制信号以切断电源，能够快速识别过欠压状态并锁存，并控制产品停止工作。
38.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的
实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
39.类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
40.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
41.应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。