一种交流故障检测电路及其检测方法与流程

本发明涉及电学电路领域，尤其涉及一种交流故障检测电路及其检测方法。

背景技术：

交流电源供电应用在各行各业包括工业生产、家庭供电等等，交流电源供电，会因各种原因造成断电故障，，在断电故障发生时，如不及时检测和处理，有时会造成火灾，损坏用电设备，威胁人身安全等各种不可预测的灾害。目前，人们仍在不断寻求交流供电的稳定控制，对交流电源的故障检测，要么结构复杂，成本高，实现困难，要么检测电路本身消耗很大的功耗，在正常的运行中造成更多的损耗。其中使用较多的是在交流电源进入电气设备前，安装熔断设备如保险丝，但都是治标不治本的被动保护措施。

针对上述问题，亟需找到一种能广泛应用于各行各业的交流电源供电安全的主动检测和解决技术方案。如消除故障发生后的安全隐患，备用电源的切换等。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的缺陷，现提供一种交流故障检测电路及其检测方法，实现了低成本，低损耗，准确、可靠地进行对交流电路进行故障尤其是短路故障检测判断，并输出故障控制信号。而且实现了在交流电路处于故障状态时进行释放处理，保证交流输出安全。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明一种交流故障检测电路，所述交流故障检测电路设置连接有交流信号输入，其特点在于，所述交流故障检测电路包括第一故障检测电路和第二故障检测电路，所述第一故障检测电路的结构和所述第二故障检测电路的结构对称地相同；所述第一故障检测电路包括第一阳极输入端、第一阴极输入端和第一故障控制信号输出端，所述第一故障控制信号输出端输出第一故障控制信号，对称地所述第二故障检测电路包括第二阳极输入端、第二阴极输入端和第二故障控制信号输出端，所述第二故障控制信号输出端输出第二故障控制信号，当所述交流信号输入的两端分别与所述第一阳极输入端和所述第二阳极输入端连接时，所述第一阴极输入端和第二阴极输入端连接；

或者，当所述交流信号输入的两端分别与所述第一阴极输入端和所述第二阴极输入端连接时，所述第一阳极输入端和第二阳极输入端连接。

优选地，所述第一故障检测电路包括第一稳压电路和第一定时控制电路，所述第一稳压电路向所述第一定时控制电路供电，所述第一稳压电路用于使传输到所述第一定时控制电路的第一电压为与被测试的交流信号的频率相对应的50％占空比的稳定电压，当所述第一电压为故障电压时，所述第一故障控制信号相对于所述第一阳极输入端或所述第一阴极输入端的交流信号为高电平信号；所述第二故障检测电路包括第二稳压电路和第二定时控制电路，所述第二稳压电路向所述第二定时控制电路供电，所述第二稳压电路和第二定时控制电路分别与第一稳压电路、第一定时控制电路对称相同，所述第二稳压电路用于使传输到所述第二定时控制电路的第二电压为与被测试的交流信号的频率相对应的50％占空比的稳定电压，当所述第二电压为故障电压时，所述第二故障控制信号相对于所述第二阳极输入端或所述第二阴极输入端的交流信号为高电平信号。

优选地，所述第一定时控制电路的工作电流和所述第二定时控制电路的工作电流小于50ua。

优选地，所述第一稳压电路包括第一耗尽型mos管和第一电容，所述第一耗尽型mos管为自带第一二极管的耗尽型mos管或所述第一耗尽型mos管外接第一二极管，所述第一二极管的阴极和所述第一耗尽型mos管的漏极均连接到所述第一阴极输入端，所述第一耗尽型mos管的栅极、所述第一电容的一端和所述第一定时控制电路的第一端和所述第一二极管的阳极均连接到所述第一阳极输入端；所述第一耗尽型mos管的源极同时连接所述第一电容的另一端和所述第一定时控制电路的第二端；

所述第二稳压电路包括第二耗尽型mos管、第二电容和第二定时控制电路，所述第二耗尽型mos管为自带第二二极管的耗尽型mos管或所述第二耗尽型mos管外接第二二极管，所述第二二极管的阴极和所述第二耗尽型mos管的漏极均连接所述第二阴极输入端，所述第二耗尽型mos管的栅极、所述第二电容的一端、所述第二定时控制电路的第一端和所述第二二极管的阳极均连接到所述第二阳极输入端；所述第二耗尽型mos管的源极同时连接所述第二电容的另一端和所述第二定时控制电路的第二端。

优选地，所述第一故障检测电路还包括第三n型mos管和第四耗尽型mos管，所述第四耗尽型mos管为自带第三二极管的耗尽型mos管或所述第四耗尽型mos管外接第三二极管，所述第三二极管的阴极和所述第四耗尽型mos管的漏极均连接到所述第一阴极输入端，所述第三n型mos管的栅极与所述第一定时控制电路的所述第一故障控制信号输出端连接，所述第三n型mos管的漏极与所述第四耗尽型mos管的源极连接，所述第三n型mos管的源极、所述第四耗尽型mos管的栅极和所述第三二极管的阳极均连接到所述第一阳极输入端；

所述第二故障检测电路还包括第五n型mos管和第六耗尽型mos管，所述第六耗尽型mos管为自带第四二极的耗尽型mos管或所述第六耗尽型mos管外接第四二极管，所述第四二极管的阴极和所述第六耗尽型mos管的漏极均连接到所述第二阴极输入端，所述第五n型mos管的栅极与所述第二定时控制电路的所述第二故障控制信号输出端连接，所述第五n型mos管的漏极与所述第六耗尽型mos管的源极连接，所述第五n型mos管的源极、所述第六耗尽型mos管的栅极和所述第四二极管的阳极均连接到所述第二阳极输入端。

优选地，所述第一定时控制电路包括串接的第一脉冲发生器和第一计数器，所述第一脉冲发生器用于针对所述第一电压产生第一电压脉冲信号，所述第一计数器用于设定第一电压脉冲计数极限值、判断所述第一电压脉冲信号是否超出所述第一电压脉冲计数极限值和输出所述第一故障控制信号；所述第二定时控制电路包括串接的第二脉冲发生器和第二计数器，所述第二脉冲发生器用于针对所述第二电压产生第二电压脉冲信号，所述第二计数器用于设定第二电压脉冲计数极限值、判断所述第二电压脉冲信号是否超出所述第二电压脉冲计数极限值和输出所述第二故障控制信号；

所述第一电压脉冲计数极限值与所述第二电压脉冲计数极限值相等。

优选地，所述第一定时控制电路还包括第一上电复位电路，所述第一上电复位电路同时连接到所述第一计数器、所述第一脉冲发生器；所述第二定时控制电路还包括第二上电复位电路，所述第二上电复位电路同时连接到所述第二计数器、所述第二脉冲发生器。

一种交流故障检测方法，在交流故障检测电路中设置连接交流信号输入和故障控制信号输出和故障处理电路，其特点在于，所述交流故障检测方法还包括以下步骤：

步骤一，在所述交流故障检测电路中设置第一故障检测电路和第二故障检测电路，所述第一故障检测电路的结构和所述第二故障检测电路的结构设置为对称地相同；

步骤二，把所述第一故障检测电路的两端分别设置为第一阳极输入端、第一阴极输入端和第一故障控制信号输出端，设置所述第一故障控制信号输出端输出第一故障控制信号；对称地把所述第二故障检测的两端分别设置为第二阳极输入端、第二阴极输入端和第二故障控制信号输出端，设置所述第二故障控制信号输出端输出第二故障控制信号，

步骤三，将所述交流信号输入的两端分别与所述第一阳极输入端和所述第二阳极输入端设置连接，设置所述第一阴极输入端与所述第二阴极输入端连接；或者，将所述交流信号输入的两端分别与所述第一阴极输入端与所述第二阴极输入端设置连接时，设置所述第一阳极输入端和所述第二阳极输入端连接。

优选地，所述交流故障检测方法还包括步骤：

在所述第一故障检测电路中设置第一稳压电路和第一定时控制电路，设置所述第一稳压电路向所述第一定时控制电路供电，使所述第一稳压电路用于使传输到所述第一定时控制电路的第一电压为与被测试的交流信号的频率相对应的50％占空比的稳定电压，所述第一定时控制电路的输出端设置输出第一故障控制信号，当所述第一电压为故障电压时，设置所述第一故障控制信号相对于所述第一阳极输入端或所述第一阴极输入端为高电平信号；在所述第二故障检测电路设置第二稳压电路和第二定时控制电路，设置所述第二稳压电路向所述第二定时控制电路供电，设置所述第二稳压电路和第二定时控制电路分别与第一稳压电路、第一定时控制电路对称相同，所述第二稳压电路用于使传输到所述第二定时控制电路的第二电压为与被测试的交流信号的频率相对应的50％占空比的稳定电压，在被检测信号正常工作时该50％占空比的稳压电压和50％占空比的第一电压互补；所述第二定时控制电路的输出端设置输出所述第二故障控制信号，当所述第二电压为故障电压时，设置所述第二故障控制信号相对于所述第二阳极输入端或所述第二阴极输入端为高电平信号。

优选地，所述交流故障检测方法还包括步骤：

设置所述第一稳压电路包括第一耗尽型mos管和第一电容，所述第一耗尽型mos管设置为自带第一二极管的耗尽型mos管或设置所述第一耗尽型mos管外接第一二极管，设置所述第一二极管的阴极和所述第一耗尽型mos管的漏极均连接到所述第一阴极输入端，设置所述第一耗尽型mos管的栅极、所述第一电容的一端和所述第一定时控制电路的第一端和所述第一二极管的阳极均连接到所述第一阳极输入端；设置所述第一耗尽型mos管的源极同时连接所述第一电容的另一端和所述第一定时控制电路的第二端；

设置所述第二稳压电路包括第二耗尽型mos管、第二电容和第二定时控制电路，设置所述第二耗尽型mos管为自带第二二极管的耗尽型mos管或所述第二耗尽型mos管外接第二二极管，设置所述第二二极管的阴极和所述第二耗尽型mos管的漏极均连接所述第二阴极输入端，设置所述第二耗尽型mos管的栅极、所述第二电容的一端、所述第二定时控制电路的第一端和所述第二二极管的阳极均连接到所述第二阳极输入端；设置所述第二耗尽型mos管的源极同时连接所述第二电容的另一端和所述第二定时控制电路的第二端。

本发明的积极进步效果在于：

本发明实现了准确、可靠地进行对交流电路进行故障检测判断，并快速地输出交流故障控制信号，这样使得故障发生后得到快速处理，而且实现了在交流电路处于开路故障状态时进行释放处理，保证避免在交流信号发生故障造成的安全隐患；本发明在被检测信号正常工作时该50％占空比的稳定电压和50％占空比的第一电压互补，而且科学合理地利用耗尽型mos管的特性，本发明检测的交流信号的电压可以高达800v以上。

附图说明

图1为本发明的较优的实施例一的第一种结构示意图。

图2为本发明的较优的实施例一的第二种结构示意图。

图3为本发明的较优的实施例二的第一种结构示意图。

图4为本发明的较优的实施例二的第二种结构示意图。

图5为本发明的自带二极管的耗尽型mos管的结构示意图。

图6为本发明的定时控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

请参见图1～4，本发明一种交流故障检测电路连接有交流信号输入12，包括第一故障检测电路和第二故障检测电路，第一故障检测电路的结构和第二故障检测电路的结构对称地相同；第一故障检测电路包括第一阳极输入端5、第一阴极输入端7和第一故障控制信号输出端3，第一故障控制信号输出端3输出第一故障控制信号，对称地第二故障检测电路包括第二阳极输入端6、第二阴极输入端8和第二故障控制信号输出端4，第二故障控制信号输出端4输出第二故障控制信号。其中，第一故障控制信号输出端3和第二故障控制信号输出端4组成的故障控制信号输出端可以连接到显示仪表，也可以连接到信号检测连锁机构。

第一种连接方式，如图1和图3所示，当所述交流信号输入12的两端分别与第一阳极输入端5和第二阳极输入端6连接时，第一阴极输入端7和第二阴极输入端8连接；第二种连接方式，如图2和图4所示，当交流信号输入12的两端分别与第一阴极输入端7和第二阴极输入端8连接时，第一阳极输入端5和第二阳极输入端6连接。

实施例一

请参见图1和图2在上述技术基础上，第一故障检测电路包括第一稳压电路和第一定时控制电路1，第一稳压电路向第一定时控制电路1供电，第一稳压电路用于使传输到第一定时控制电路1的第一电压为与被测试的交流信号的频率相对应的50％占空比的稳定电压，当第一电压为故障电压时，第一故障控制信号相对于第一阳极输入端5或第一阴极输入端7的交流信号为高电平信号；第二故障检测电路包括第二稳压电路和第二定时控制电路2，第二稳压电路向所述第二定时控制电路2供电，第二稳压电路和第二定时控制电路2分别与第一稳压电路、第一定时控制电路1对称相同，第二稳压电路用于使传输到所述第二定时控制电路2的第二电压为与被测试的交流信号的频率相对应的50％占空比的稳定电压，当第二电压为故障电压时，第二故障控制信号相对于第二阳极输入端6或第二阴极输入端8为高电平信号。

因此，本发明采用第一故障检测电路的结构和第二故障检测电路的结构完全相同，在交流输入信号正、负极交替输入时，第一电压只要交流输入信号有故障，第一定时控制器1的输出端和第二定时控制器2的输出端总有一个输出端会输出高电平信号，使第一定时控制器1的输出端和第二定时控制器2的输出端就可以检测到故障信号。

在本方案中，第一电压和第二电压的有效时间是和输入交流信号对应的，正常情况下，根据交流特性有效时间应该为二分之一的交流信号周期，因为交流信号一个周期中，从正到负和负到正各变化一次，所以正常情况下第一电压和第二电压的连续有效时间为二分之一的电源周期。但是，当所述第一电压或所述第二电压时间超过了正常的时间就说明交流电源存在故障而输出故障信号，第一故障控制信号输出端3或第二故障控制信号输出端4只有一端输出故障信号，或是第一故障控制信号输出端3输出故障信号，或是第二故障控制信号输出端4输出故障信号，而不会同时输出的。

更佳地，第一定时控制电路1的工作电流和第二定时控制电路2的工作电流小于50ua。

更佳地，第一稳压电路包括第一耗尽型mos管q1和第一电容c1，第一耗尽型mos管q1为自带第一二极管的耗尽型mos管或第一耗尽型mos管外接第一二极管，第一二极管的阴极和第一耗尽型mos管q1的漏极均连接到第一阴极输入端7，第一耗尽型mos管q1的栅极、第一电容c1的一端和第一定时控制电路1的第一端和第一二极管的阳极均连接到第一阳极输入端5；第一耗尽型mos管q1的源极同时连接第一电容c1的另一端和第一定时控制电路1的第二端；

第二稳压电路包括第二耗尽型mos管q2、第二电容c2和第二定时控制电路2，第二耗尽型mos管q2为自带第二二极管的耗尽型mos管或第二耗尽型mos管q2外接第二二极管，第二二极管的阴极和第二耗尽型mos管q2的漏极均连接第二阴极输入端8，第二耗尽型mos管q2的栅极、第二电容c2的一端、第二定时控制电路2的第一端和第二二极管的阳极均连接到第二阳极输入端6；第二耗尽型mos管q2的源极同时连接第二电容c2的另一端和第二定时控制电路2的第二端。

实施例二

如图3和图4所示，在图1或图2的技术基础上，第一故障检测电路还包括第三n型mos管q3和第四耗尽型mos管q4，第四耗尽型mos管q4为自带第三二极管的耗尽型mos管或第四耗尽型mos管q4外接第三二极管，第三二极管的阴极和第四耗尽型mos管q4的漏极均连接到第一阴极输入端7，第三n型mos管q3的栅极与第一定时控制电路1的第一故障控制信号输出端3连接，第三n型mos管q3的漏极与第四耗尽型mos管q4的源极连接，第三n型mos管q3的源极、第四耗尽型mos管q4的栅极和第三二极管的阳极均连接到第一阳极输入端5；

第二故障检测电路还包括第五n型mos管q5和第六耗尽型mos管q6，第六耗尽型mos管q6为自带第四二极的耗尽型mos管或第六耗尽型mos管q6外接第四二极管，第四二极管的阴极和第六耗尽型mos管q6的漏极均连接到第二阴极输入端，第五n型mos管q5的栅极与第二定时控制电路2的第二故障控制信号输出端4连接，第五n型mos管q5的漏极与第六耗尽型mos管q6的源极连接，第五n型mos管q5的源极、第六耗尽型mos管q6的栅极和第四二极管的阳极均连接到第二阳极输入端6。

本方案中，第三n型mos管q3和第五n型mos管q5为不耐高压mos管，因此分别与第四耗尽型mos管q4和第六耗尽型mos管q6连接，因第四耗尽型mos管q4和第六耗尽型mos管q6自带二极管或外接二极管而耐高压。该设计使得本发明的被检测交流信号的电压可以高达800v以上，科学合理地利用了第四耗尽型mos管q4和第六耗尽型mos管q6的耐压特性决定的。

在实施例一和实施例二中，均应用到第一定时控制电路1和第二定时控制电路。如图6所示，现对定时控制电路的结构进行说明，定时控制电路包括依次连接的脉冲发生器9和计数器10，计数器10输出控制信号，定时控制电路还可包括上电复位电路11，上电复位电路同时与脉冲发生器9和计数器10连接，用于上电复位。

在以上实施例一和实施例二中，第一定时控制电路1包括串接的第一脉冲发生器和第一计数器，第一脉冲发生器用于针对第一电压产生第一电压脉冲信号，第一计数器用于设定第一电压脉冲计数极限值、判断所述第一电压脉冲信号是否超出第一电压脉冲计数极限值和输出第一故障控制信号；第二定时控制电路2包括串接的第二脉冲发生器和第二计数器，第二脉冲发生器用于针对所述第二电压产生第二电压脉冲信号，所述第二计数器用于设定第二电压脉冲计数极限值、判断第二电压脉冲信号是否超出第二电压脉冲计数极限值和输出第二故障控制信号；第一电压脉冲计数极限值与第二电压脉冲计数极限值相等。脉冲计数的数值根据被测交流信号的周期来定，例如使延时控制电路即第一定时控制电路1和第二定时控制电路2的工作时间大于1/2的交流周期时即输出故障信号。

第一定时控制电路1还可包括第一上电复位电路，第一上电复位电路同时连接到第一计数器、第一脉冲发生器；第二定时控制电路2还可包括第二上电复位电路，第二上电复位电路同时连接到第二计数器、第二脉冲发生器。

实施例三

一种交流故障检测方法，在交流故障检测电路中设置连接交流信号输入和故障控制信号输出和故障处理电路，还包括以下步骤：

步骤一，在所述交流故障检测电路中设置第一故障检测电路和第二故障检测电路，第一故障检测电路的结构和第二故障检测电路的结构设置为对称地相同；

步骤二，把第一故障检测电路的两端分别设置为第一阳极输入端5、第一阴极输入端7和第一故障控制信号输出端3，设置第一故障控制信号输出端3输出第一故障控制信号；对称地把第二故障检测的两端分别设置为第二阳极输入端6、第二阴极输入端8和第二故障控制信号输出端4，设置第二故障控制信号输出端3输出第二故障控制信号，

步骤三，将交流信号输入12的两端分别与第一阳极输入端5和第二阳极输入端6设置连接，设置第一阴极输入端7与第二阴极输入端8连接；或者，将交流信号输入12的两端分别与第一阴极输入端7与第二阴极输入端8设置连接时，设置第一阳极输入端5和所述第二阳极输入端6连接。

优选地，本发明交流故障检测方法还包括步骤：

在第一故障检测电路中设置第一稳压电路和第一定时控制电路，设置第一稳压电路向第一定时控制电路1供电，使所述第一稳压电路用于使传输到第一定时控制电路1的第一电压为与被测试的交流信号的频率相对应的50％占空比的稳定电压，第一定时控制电路1的输出端设置输出第一故障控制信号，当第一电压为故障电压时，设置所述第一故障控制信号相对于第一阳极输入端5或第一阴极输入端7为高电平信号；在第二故障检测电路设置第二稳压电路和第二定时控制电路2，设置第二稳压电路向第二定时控制电路2供电，设置第二稳压电路和第二定时控制电路2分别与第一稳压电路、第一定时控制电路1对称相同，第二稳压电路用于使传输到第二定时控制电路2的第二电压为与被测试的交流信号的频率相对应的50％占空比的稳定电压，在被检测信号正常工作时该50％占空比的稳压电压和50％占空比的第一电压互补；第二定时控制电路2的输出端设置输出第二故障控制信号，当第二电压为故障电压时，设置所述第二故障控制信号相对于所述第二阳极输入端6或第二阴极输入端8为高电平信号。

本发明交流故障检测方法还包括步骤：

设置所述第一稳压电路包括第一耗尽型mos管q1和第一电容c1，第一耗尽型mos管q1设置为自带第一二极管的耗尽型mos管或设置第一耗尽型mos管q1外接第一二极管，设置第一二极管的阴极和第一耗尽型mos管q1的漏极均连接到第一阴极输入端7，设置第一耗尽型mos管q1的栅极、第一电容c1的一端和第一定时控制电路1的第一端和第一二极管的阳极均连接到第一阳极输入端5；设置第一耗尽型mos管q1的源极同时连接第一电容c1的另一端和第一定时控制电路1的第二端；

设置所述第二稳压电路包括第二耗尽型mos管q2、第二电容c2和第二定时控制电路2，设置第二耗尽型mos管q2为自带第二二极管的耗尽型mos管或第二耗尽型mos管q2外接第二二极管，设置第二二极管的阴极和第二耗尽型mos管q2的漏极均连接第二阴极输入端8，设置第二耗尽型mos管q2的栅极、第二电容c2的一端、第二定时控制电路2的第一端和第二二极管的阳极均连接到第二阳极输入端6；设置第二耗尽型mos管q2的源极同时连接第二电容c2的另一端和第二定时控制电路2的第二端。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。