電壓幅值檢測電路及方法

2023-05-16 19:55:46

電壓幅值檢測電路及方法
【專利摘要】本發明公開了一種電壓幅值檢測電路及方法，其中電路包括：鉗位電路，用於對被測交流信號進行電壓鉗位；分流電路，與鉗位電路並聯，用於對被測交流信號進行分流；觸發電路，與鉗位電路連接，用於在電壓鉗位後的被測交流信號達到預定的觸發電壓時，觸發強弱電隔離電路運行；強弱電隔離電路，與觸發電路連接，用於在被觸發電路觸發後，輸出用於電壓幅值檢測的信號。本發明與現有技術相比，電路造價較低，且電路所佔用的PCB空間較小，佔用I/O口資源較少。
【專利說明】電壓幅值檢測電路及方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電路【技術領域】，尤其涉及電壓幅值檢測電路及方法。
【背景技術】
[0002]現有技術採用線型變壓器將AC (Alternating Current,交流電)強電信號轉為弱電信號，引出一路作為頻率檢測，另一路通過整流濾波電壓值輸入運放或者單片機進行計算，從而查表得到相對應供電電壓。ECO檢測(確定提供被測交流信號的迴路的通斷)採用單獨光耦採集檢測電路。
[0003]然而，現有技術因採用變壓器組合，使得電路造價較高，電路所佔用PCB (PrintedCircuit Board,印刷電路板)空間較大，且對於頻率、電壓和ECO通斷分別通過不同I/O (Input/Output，輸入/輸出)口檢測，佔用I/O 口資源較多。

【發明內容】

[0004]本發明實施例提供一種電壓幅值檢測電路，用以降低電路造價，減少電路所佔用的PCB空間和I/O 口資源，該電路包括:
[0005]鉗位電路，用於對被測交流信號進行電壓鉗位；
[0006]分流電路，與鉗位電路並聯，用於對被測交流信號進行分流；
[0007]觸發電路，與鉗位電路連接，用於在電壓鉗位後的被測交流信號達到預定的觸發電壓時，觸發強弱電隔離電路運行；
[0008]強弱電隔離電路，與觸發電路連接，用於在被觸發電路觸發後，輸出用於電壓幅值檢測的信號。
[0009]一個實施例中，所述鉗位電路包括串聯連接的穩壓二極體和電阻。
[0010]一個實施例中，所述分流電路包括電阻。
[0011]一個實施例中，所述觸發電路包括MOS (Metal-Oxide-Semiconductor,金屬氧化物半導體)管、場效應管、三極體、或施密特觸發器。
[0012]一個實施例中，所述強弱電隔離電路包括光耦。
[0013]本發明實施例還提供一種利用上述電壓幅值檢測電路進行電壓幅值檢測的方法，用以降低電路造價，減少電路所佔用的PCB空間和I/O 口資源，該方法包括:
[0014]採集所述用於電壓幅值檢測的信號；
[0015]確定被測交流信號輸入所述電壓幅值檢測電路後觸發輸出所述用於電壓幅值檢測的信號的觸發時長，根據所述觸發時長確定被測交流信號的電壓幅值。
[0016]一個實施例中，按如下公式，根據所述觸發時長確定被測交流信號的電壓幅值:
[0017]T = 2*arcSin [VO/ (V*1.414) ] / ω +1/120 ；
[0018]其中，T為所述觸發時長，VO為所述觸發電壓，V為被測交流信號的電壓幅值，ω=2 31 f, f為頻率。
[0019]一個實施例中，所述的電壓幅值檢測方法還包括:[0020]根據所述用於電壓幅值檢測的信號確定提供被測交流信號的迴路的通斷。
[0021]一個實施例中，根據所述用於電壓幅值檢測的信號確定提供被測交流信號的迴路的通斷，包括:
[0022]控制所述觸發電壓小於正常工作最低電壓，當所述用於電壓幅值檢測的信號為高電平的時長大於閾值時確定提供被測交流信號的迴路斷開；當所述用於電壓幅值檢測的信號為方波時確定提供被測電壓交流信號的迴路接通。
[0023]本發明實施例中，電壓幅值檢測電路採用鉗位電路對被測交流信號進行電壓鉗位，分流電路對被測交流信號進行分流，觸發電路在電壓鉗位後的被測交流信號達到預定的觸發電壓時，觸發強弱電隔離電路運行，強弱電隔離電路在被觸發電路觸發後，輸出用於電壓幅值檢測的信號，與現有技術相比，電路中無需採用線性變壓器，可以節省很大開支，降低電路造價，且電路所佔用的PCB空間較小，並且該電路可以實現電壓幅值檢測，佔用I/O 口資源較少。進一步的，在實施例中，該電壓幅值檢測電路不但可以實現電壓幅值檢測，還可以確定提供被測交流信號的迴路的通斷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中:
[0025]圖1為本發明實施例中電壓幅值檢測電路的結構框圖；
[0026]圖2為本發明實施例中電壓幅值檢測電路的具體實例圖；
[0027]圖3為本發明實施例中電壓幅值檢測電路的工作原理示例圖；
[0028]圖4為本發明實施例中電壓幅值檢測方法的示意圖；
[0029]圖5為本發明實施例中電壓幅值檢測的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖對本發明實施例做進一步詳細說明。在此，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，但並不作為對本發明的限定。
[0031 ] 為了降低電路造價，減少電路所佔用的PCB空間和I/O 口資源，本發明實施例中提供一種電壓幅值檢測電路，圖1為本發明實施例中電壓幅值檢測電路的結構框圖，如圖1所示，在該電壓幅值檢測電路中包括:
[0032]鉗位電路101，用於對被測交流信號進行電壓鉗位；
[0033]分流電路102，與鉗位電路101並聯，用於對被測交流信號進行分流；
[0034]觸發電路103，與鉗位電路101連接，用於在電壓鉗位後的被測交流信號達到預定的觸發電壓時，觸發強弱電隔離電路104運行；
[0035]強弱電隔離電路104，與觸發電路103連接，用於在被觸發電路103觸發後，輸出用於電壓幅值檢測的信號。
[0036]具體實現上述電壓幅值檢測電路時，可以採用多種形式。例如，鉗位電路可以由串聯連接的穩壓二極體和電阻來實現，或者也可以利用穩壓模塊、運放等來實現，在後面的實施例中以鉗位電路包括串聯連接的穩壓二極體和電阻為例進行說明，實施時穩壓模塊和運放的造價要比穩壓二極體和電阻的組合要高。進一步的，分流電路例如可以由電阻等來實現。觸發電路例如可以由MOS管、場效應管、三極體、或施密特觸發器等來實現。強弱電隔離電路可以由光耦等來實現。
[0037]實施例中可以通過調整分流電路的電阻阻值，使得大部分電流流經分流電路；通過鉗位電路和分流電路，可以讓觸發電路隨溫度不同產生的壓降變化反應在鉗位電路上，使觸發電壓的溫漂降低。
[0038]下面舉一具體實例說明本發明實施例中的電壓幅值檢測電路。
[0039]圖2為本例中電壓幅值檢測電路的結構圖。如圖2所示，本例中，鉗位電路包括串聯連接的穩壓二極體D28和電阻R22 ;分流電路包括電阻RllO ;觸發電路包括MOS管Q17 ；強弱電隔離電路包括光稱U5。
[0040]圖3為本例中電壓幅值檢測電路的工作原理示例圖,如圖3所示，本例中被測交流信號AC輸入至穩壓二極體D28和電阻R22進行鉗位，並由電阻RllO分流，在被測交流信號達到觸發電壓後MOS管Q17觸發，之後光耦U5觸發，光耦U5輸出用於電壓幅值檢測的信號，例如輸出一弱電信號供電壓幅值檢測，例如該弱電信號可以被MCU (Micro Control Unit,單片機)採集，MCU採集到弱電信號後可進行電壓幅值檢測。
[0041]如圖2所示，實施例中，電壓幅值檢測電路還可以包括降壓電阻，對被測交流信號進行降壓。降壓電阻、鉗位電路、分流電路、觸發電路和強弱電隔離電路的具體形式可以根據實際需要確定，這些電路元件之間的具體連接方式也可以根據實際需要確定，能夠實現相應的功能即可。
[0042]例如，降壓電阻可以是多個串聯或並聯的電阻的組合。在圖2中，降壓電阻包括依次串聯的電阻Rl 12、電阻Rl 11、電阻R20和電阻R21 ;其中電阻Rl 12的輸入端接被測交流信號AC_P0WER_INPUT，電阻R21的輸出端接穩壓二極體D28的陰極。
[0043]圖2所示的實例中，鉗位電路包括串聯連接的穩壓二極體D28和電阻R22 ;分流電路包括電阻RllO ;觸發電路包括MOS管Q17 ;強弱電隔離電路包括光耦U5 ;其中，穩壓二極體D28的陰極接電阻R21的輸出端，穩壓二極體D28的陽極接MOS管Q17的柵極G ；M0S管Q17的源極S接地，漏極D接光耦U5的輸入端1、2。穩壓二極體D28的陽極還連接電阻R22的第一端；穩壓二極體D28的陰極還連接電阻RllO的第一端；電阻RllO的第二端和電阻R22的第二端均接地。實施例中，電路中還可以根據實際需要增加電阻、開關二極體等元件。例如，在圖2所示的實例中，穩壓二極體D28的陰極還連接開關二極體D29的陰極；開關二極體D29的陽極接地。
[0044]實施例中，在MOS管與光耦連接的電路中，也可以根據實際需要增加電阻和開關二極體等元件。例如，在圖2所示的實例中，MOS管Q17的漏極D連接開關二極體D17的陽極，開關二極體D17的陰極連接電阻R23的第一端，電阻R23的第二端接強電側穩定電平VCC ;開關二極體D17的陰極還連接光耦U5的第一輸入端I ;M0S管Q17的漏極還連接光耦U5的第二輸入端2。
[0045]實施例中，光耦輸出端的電路也可以根據實際需要增加電阻和電容等元件。例如，在圖2所示的實例中，光耦U5的第一輸出端3接地；光耦U5的第二輸出端4連接電阻R24的第一端和電阻R25的第一端；電阻R24的第二端接正5伏電平；電阻R25的第二端提供弱電信號VOLTAGE_DETECT1N_DIG_IN ；電阻R25的第二端還經電容C31接地。光耦U5起強弱電隔離作用，VOLTAGE_DETECT1N_DIG_IN輸出埠例如可以接到MCU的弱電採集輸入端。
[0046]本發明實施例中，利用上述電壓幅值檢測電路進行電壓幅值檢測。圖4為本發明實施例中電壓幅值檢測方法的示意圖，如圖4所示，該方法可以包括:
[0047]步驟401、採集所述用於電壓幅值檢測的信號；
[0048]步驟402、確定被測交流信號輸入所述電壓幅值檢測電路後觸發輸出所述用於電壓幅值檢測的信號的觸發時長，根據所述觸發時長確定被測交流信號的電壓幅值。
[0049]圖4所示方法可以由能夠實現其功能的裝置實施，例如該裝置可以是MCU等信號處理裝置，實施例中以該裝置是MCU為例進行詳細說明。例如圖2所示的實例中，當被測電壓AC_P0WER_INPUT達到觸發值VO以後，穩壓二極體D28導通，從而Q17導通，光耦被觸發，MCU可以採集到V0LTAGE_DETECT10N_DIG_IN埠返回的信號。
[0050]具體的，在本發明實施例的電壓幅值檢測電路中，直接將L線(如圖2所示)通過電阻降壓連接到交流地，當L入線電壓超過一定值時MOS管導通，進而光耦導通，不同的輸入電壓對應MOS管開關時長不同，單片機可以根據導通時長或者關斷時長來判斷AC電壓值大小，其中穩壓二極體及電阻的組合可以最大限度降低溫漂對測試帶來的影響。圖5為本發明實施例中電壓幅值檢測的原理示意圖。如圖5所示，對於不同的外部輸入電壓Vl和V2時，測得的觸發時間Tl和T2也不同，基於一定的算法可以計算出輸入電壓Vl和V2的大小。
[0051]以圖2所示電路為例，圖2中穩壓二極體D28可以是一個齊納二極體，當輸入電壓達到18V時被雪崩擊穿，並且將電壓穩定在18V，隨著輸入電壓上升至20V或更高，穩壓二極體D28和MOS管Q17將導通，單片機獲得一零信號，此時的觸發電壓假定可以為:
[0052]VO = (20/R110+2/R22) * (Rl 11+R20+R21) +20 = 132.4 HgSVgs = 2V)；
[0053]該觸發電壓的值是固定的，如圖5所示，可以得出不同輸入電壓對應的不同觸發時間。
[0054]當輸入電壓為240V/60HZ時，觸發時間計算如下:
[0055]VO = 240*1.414*Sin [ ω (Τ2-1/ (2*60) )/2];其中 ω = 2 π f, f 為頻率；
[0056]Sin [ ω (T2-1/ (2*60)) /2] = VO/ (240*1.414)；
[0057]ω (Τ2-1/(2*60))/2 = arcSin[VO/(240*1.414)]；
[0058]Τ2 = 2*arcSin[VO/(240*1.414)]/ω+1/120
[0059]= 0.0104608632721551s ；
[0060]= 10.4608632721551ms
[0061]當輸入電壓為180V/60Hz時，觸發時間如下:
[0062]Tl = 2*arcSin[VO/(180*1.414)]/ω+1/120
[0063]= 0.011237427382717s ；
[0064]= 11.237427382717ms
[0065]以此類推可以得到每個電壓對應的時間，也就是相應AD值。
[0066]由此得知，可以按如下公式，根據所述觸發時長確定被測交流信號的電壓幅值:
[0067]T = 2*arcSin[VO/(V*1.414)]/ω+1/120 ；[0068]其中，T為所述觸發時長，VO為所述觸發電壓，V為被測交流信號的電壓幅值，ω=2 31 f, f為頻率。
[0069]本發明實施例的電壓幅值檢測電路在檢測電壓的同時還可以作為頻率檢測使用。在進行頻率檢測時，可以根據採集到的用於電壓幅值檢測的信號(前述弱電信號)的電平轉換，確定被測交流信號的頻率。具體的，可以將弱電信號從首次(MCU輸入時)跳轉為高電平至下一次跳轉為高電平的時長確定為被測交流信號的一個周期。
[0070]本發明實施例的電壓幅值檢測電路還可以作為ECO檢測使用。實施時可以實現185V低壓報警，經過單片機處理可以將報警點電壓精度控制在±1V。實施時可以根據採集的用於電壓幅值檢測的信號確定提供被測交流信號的迴路的通斷。具體實現過程例如可以包括:控制觸發電壓小於正常工作最低電壓，當所述用於電壓幅值檢測的信號為高電平的時長大於閾值時確定提供被測交流信號的迴路斷開；當所述用於電壓幅值檢測的信號為方波時確定提供被測電壓交流信號的迴路接通。例如圖2所示的實例中，通過調整參數使得觸發電壓VO小於正常工作最低電壓，當V0LTAGE_DETECT10N_DIG_IN埠一直輸出為高電平則說明被測AC信號迴路被斷開，如果接收到的是方波則表示被測AC信號為接通。
[0071]綜上所述，電壓幅值檢測電路採用鉗位電路對被測交流信號進行電壓鉗位，分流電路對被測交流信號進行分流，觸發電路在電壓鉗位後的被測交流信號達到預定的觸發電壓時，觸發強弱電隔離電路運行，強弱電隔離電路在被觸發電路觸發後，輸出用於電壓幅值檢測的信號，與現有技術相比，電路中無需採用線性變壓器，可以節省很大開支，降低電路造價，且電路所佔用的PCB空間較小，並且該電路可以實現電壓幅值檢測，佔用I/O 口資源較少。進一步的，在實施例中，該電壓幅值檢測電路不但可以實現電壓幅值檢測，還可以確定提供被測交流信號的迴路的通斷。
[0072]本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本發明可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁碟存儲器、CD-ROM、光學存儲器等)上實施的電腦程式產品的形式。
[0073]本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0074]這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
[0075]這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0076]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種電壓幅值檢測電路，其特徵在於，包括: 鉗位電路，用於對被測交流信號進行電壓鉗位； 分流電路，與鉗位電路並聯，用於對被測交流信號進行分流； 觸發電路，與鉗位電路連接，用於在電壓鉗位後的被測交流信號達到預定的觸發電壓時，觸發強弱電隔離電路運行； 強弱電隔離電路，與觸發電路連接，用於在被觸發電路觸發後，輸出用於電壓幅值檢測的信號。
2.如權利要求1所述的電壓幅值檢測電路，其特徵在於，所述鉗位電路包括串聯連接的穩壓二極體和電阻。
3.如權利要求1所述的電壓幅值檢測電路，其特徵在於，所述分流電路包括電阻。
4.如權利要求1所述的電壓幅值檢測電路，其特徵在於，所述觸發電路包括金屬氧化物半導體MOS管、場效應管、三極體、或施密特觸發器。
5.如權利要求1所述的電壓幅值檢測電路，其特徵在於，所述強弱電隔離電路包括光率禹。
6.一種利用權利 要求1至5任一所述電壓幅值檢測電路進行電壓幅值檢測的方法，其特徵在於，包括: 採集所述用於電壓幅值檢測的信號； 確定被測交流信號輸入所述電壓幅值檢測電路後觸發輸出所述用於電壓幅值檢測的信號的觸發時長，根據所述觸發時長確定被測交流信號的電壓幅值。
7.如權利要求6所述的電壓幅值檢測方法，其特徵在於，按如下公式，根據所述觸發時長確定被測交流信號的電壓幅值:
T = 2*arcSin[VO/(V*1.414)]/ω+1/120 ； 其中，T為所述觸發時長，VO為所述觸發電壓，V為被測交流信號的電壓幅值，ω =2 31 f, f為頻率。
8.如權利要求6所述的電壓幅值檢測方法，其特徵在於，還包括: 根據所述用於電壓幅值檢測的信號確定提供被測交流信號的迴路的通斷。
9.如權利要求8所述的電壓幅值檢測方法，其特徵在於，根據所述用於電壓幅值檢測的信號確定提供被測交流信號的迴路的通斷，包括: 控制所述觸發電壓小於正常工作最低電壓，當所述用於電壓幅值檢測的信號為高電平的時長大於閾值時確定提供被測交流信號的迴路斷開；當所述用於電壓幅值檢測的信號為方波時確定提供被測電壓交流信號的迴路接通。
【文檔編號】G01R19/00GK104034942SQ201410273960
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月18日 優先權日:2014年6月18日
【發明者】孫柏峰, 費翔, 季丹 申請人:艾歐史密斯(中國)熱水器有限公司