CN104267273B - 一种市电波动快速检测电路及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种市电波动快速检测电路，包括顺次连接的整流单元、隔离单元、模拟信号处理单元、数字处理单元和外接辅助电源，所述外接辅助电源给所述检测电路供电，所述整流单元包括全桥式整流电路，隔离单元包括高精度电流传感器，整流后的市电信号通过高精度电流传感器后输入模拟信号处理单元，所述模拟信号处理单元包括低噪声运算发大器，所述低噪声运算发大器将经过高精度电流传感器处理的交流输入信号进行放大滤波，然后输入至数字处理单元，所述数字处理单元包括DSP。本发明还包括市电波动快速检测电路对应的检测方法。本发明针对瞬时干扰跌落、电压过压等情况有效地进行快速、可靠的检测，同时进行相应的动作，避免影响电子产品的性能。

Description

一种市电波动快速检测电路及其检测方法

技术领域

本发明公开了一种市电波动快速检测电路及其检测方法，涉及电子检测电路技术领域，特别涉及市电信号波动快速检测电路及检测方法。

背景技术

应急电源产品根据国家标准在市电电源为超出正常电压的85%-110%，则需转换到应急状态。随着信息社会的到来，高新技术产品和设备对供电质量要求越来越严格，为了保证对重要负载供电的连续性，快速检测市电输入波动超限越来越重要。现在各种检测电路主要通过检测输入市电信号平均值、有效值，下降到一定值就进行告警，但此方法对于瞬时干扰跌落、电压过压等情况无法快速、可靠的检测，影响电子产品的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，采用模拟电路与数字信号处理相结合的方式提供一种快速、可靠的市电波动检测电路及检测方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种市电波动快速检测电路，包括顺次连接的整流单元、隔离单元、模拟信号处理单元、数字处理单元和外接辅助电源，其中，

所述外接辅助电源给所述检测电路供电，所述整流单元包括全桥式整流电路，将输入的市电信号整流后输入隔离单元，隔离单元包括高精度电流传感器，整流后的市电信号通过高精度电流传感器后输入模拟信号处理单元，所述模拟信号处理单元包括低噪声运算发大器，所述低噪声运算发大器将经过高精度电流传感器处理的交流输入信号进行放大滤波，然后输入至数字处理单元，所述数字处理单元包括DSP，DSP中的ADC模块进行交流输入信号模拟量的采集、运算、判断、控制。

作为本发明的进一步优选方案，所述高精度电流传感器中，传感器原边和副边的输出比为一比一，且相位差小于20弧度 。

作为本发明的进一步优选方案，电器元件包括集成全桥整流电路、第一至第七电阻、高精度电流传感器、第一电容、第二电容、低噪声运算放大器、电压跟随器和钳位二极管，具体的连接方式为：

交流市电信号输入全桥式整流电路的第一引脚和第三引脚，全桥式整流电路的第四引脚和高精度电流传感器的第一接口相连接，全桥式整流电路的第二引脚和第一电阻的一端相连，第一电阻的另一端和第二电阻的一端相连，第二电阻的另一端和高精度电流传感器的第二接口相连接，高精度电流传感器的第三接口和第三电阻的一端相连接并接地，第三电阻的另一端分别和高精度电流传感器的第四接口、第四电阻的一端相连接，第四电阻的另一端分别和第一电容的一端、低噪声运算放大器的正输入端相连接，第一电容的另一端接地，低噪声运算放大器的接地端接地，上拉端接外接辅助电源，低噪声运算放大器的负输入端分别和第五电阻的一端、第六电阻的一端相连接，第五电阻的另一端接地，第六电阻的另一端分别和低噪声运算放大器的输出端、电压跟随器的正输入端相连接，电压跟随器的负输入端分别和电压跟随器的输出端、第七电阻的一端相连接，第七电阻的另一端分别和钳位二极管的正极、第二电容的一端、外接辅助电源相连接，钳位二极管的负极和数字处理单元中的DSP相连接，第二电容的另一端接地。

作为本发明的进一步优选方案，所述钳位二极管的钳位电压为3.3V。

本发明还公开了一种基于所述市电波动快速检测电路的检测方法，具体步骤包括：

步骤一、对输入的市电信号依次进行整流、放大、滤波后，将得出的模拟信号发送至DSP中的ADC采样口；

步骤二、由定时中断事件触发AD采样，定时产生中断并时间间隔均匀的进行采样，每个采样周期中，各采样点i采集的均为正半波信号的同一个位置；

步骤三、创建两组数组，一组数组存放正常市电电压85%时的数据，即欠压组数据；另一组数组存放正常市电电压110%时的数据，即过压组数据；

对第i个采样点，将当前采集数据分别与欠压组和过压组中的第 i个采样点数据进行比较，当数据的差值大于设定的阈值时，对市电欠压故障或者过压故障开始计次；

对第i+1个采样点采集数据，并将其与上一周期第i+1个采样点的数据进行比较，当数据的差值小于设定的阈值时，将市电欠压故障或过压故障的计次数清零，当数据的差值大于设定的阈值时，对欠压故障或过压故障的计次进行累加；

步骤四、当欠压故障或过压故障的计次数大于n时，判定掉电，其中，n为根据实际负载瞬时投切干扰所设定的参数值，当n的取值选取20-30时，将消除检测干扰。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤二中，定时中断的时间间隔为100us，采样周期为10ms。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果： 针对瞬时干扰跌落、电压过压等情况有效地进行快速、可靠的检测，同时可以避免影响电子产品的性能。

附图说明

图1是本发明的电路连接示意图，

其中：I为整流单元，II为隔离单元，III为模拟信号处理单元，BR1为集成全桥整流电路，R1至R7分别为第一至第七电阻，T1为高精度电流传感器，C1、C2分别为第一、第二电容，U1A为低噪声运算放大器，U1B为电压跟随器，D1为钳位二极管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明的电路连接示意图如图1所示，所述市电波动快速检测电路，包括顺次连接的整流单元、隔离单元、模拟信号处理单元、数字处理单元和外接辅助电源，其中，

所述外接辅助电源给所述检测电路供电，所述整流单元包括全桥式整流电路，将输入的市电信号整流后输入隔离单元，隔离单元包括高精度电流传感器，整流后的市电信号通过高精度电流传感器后输入模拟信号处理单元，所述模拟信号处理单元包括低噪声运算发大器，所述低噪声运算发大器将经过高精度电流传感器处理的交流输入信号进行放大滤波，然后输入至数字处理单元，所述数字处理单元包括DSP，DSP中的ADC模块进行交流输入信号模拟量的采集、运算、判断、控制。

本发明的一个具体实施例中，使用的电器元件包括集成全桥整流电路、第一至第七电阻、高精度电流传感器、第一电容、第二电容、低噪声运算放大器、电压跟随器和钳位二极管，具体的连接方式为：

交流市电信号输入全桥式整流电路的第一引脚和第三引脚，全桥式整流电路的第四引脚和高精度电流传感器的第一接口相连接，全桥式整流电路的第二引脚和第一电阻的一端相连，第一电阻的另一端和第二电阻的一端相连，第二电阻的另一端和高精度电流传感器的第二接口相连接，高精度电流传感器的第三接口和第三电阻的一端相连接并接地，第三电阻的另一端分别和高精度电流传感器的第四接口、第四电阻的一端相连接，第四电阻的另一端分别和第一电容的一端、低噪声运算放大器的正输入端相连接，第一电容的另一端接地，低噪声运算放大器的接地端和上拉端均接地，低噪声运算放大器的负输入端分别和第五电阻的一端、第六电阻的一端相连接，第五电阻的另一端接地，第六电阻的另一端分别和低噪声运算放大器的输出端、电压跟随器的正输入端相连接，电压跟随器的负输入端分别和电压跟随器的输出端、第七电阻的一端相连接，第七电阻的另一端分别和钳位二极管的正极、第二电容的一端、外接辅助电源相连接，钳位二极管的负极和数字处理单元中的DSP相连接，第二电容的另一端接地。

作为本发明的进一步优选方案，所述高精度电流传感器中，传感器原边和副边的输出比为一比一。

结合图1，所述整流单元中，采用集成全桥整流电路BR1，所述整流桥为小功率，1脚、3脚接输入市电，将周期为20ms正负对称的市电整流成正电压信号，信号周期为10ms。

所述隔离单元中，T1为高精度电流传感器，相位差小，R1、R2为限流电阻，R3为高精度采样电阻，T1的3脚为参考地，4脚相对于3脚为10ms正半波波形。

所述模拟信号处理单元中，U1为低噪声运算放大器，由隔离单元产生的正半波波形通过R4、C1滤波电路接至运放U1A进行信号放大，U1B为电压跟随器。

D1为钳位二极管，当模拟信号处理单元输出电压高于单片机最高电压时，嵌位到3.3V，然后送至单片机，单片机采用美国TI公司的DSP。

本发明所述市电波动快速检测电路对应的检测方法，具体过程如下：

模拟信号送至DSP的ADC采样口。AD采样由定时中断事件触发，定时100us产生一个中断，一个周期10ms时间中共采样了100个点。定时中断精确为100us，采样点之间时间间隔是相同的，因此每个周期中各个点i采集的是正半波信号的同一个位置。创建长度为100的数组2组，一组数组存放为正常市电电压85%时100个数据，另一组数组存放为正常市电电压110%时100个数据。第i点时，将当前采集数据分别与欠压数组和过压第 i点数据进行比较，如果数据相差很大，则市电欠压故障或者过压故障开始计次；第i+1点时采集数据如果与上一周期第i+1点数据相比较，如果相差很小则欠压或过压故障计次轻零，如果相差很大则欠压或过压故障计次累加。当掉电计次大于n时，则可判断掉电，n值需根据实际负载瞬时投切干扰来取经验值，n选取20-30，即2ms-3ms，可有效的消除检测干扰。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于市电波动快速检测电路的检测方法，所述市电波动快速检测电路包括顺次连接的整流单元、隔离单元、模拟信号处理单元、数字处理单元和外接辅助电源，其中，所述外接辅助电源给所述检测电路供电，所述整流单元包括全桥式整流电路，将输入的市电信号整流后输入隔离单元，隔离单元包括高精度电流传感器，整流后的市电信号通过高精度电流传感器后输入模拟信号处理单元，所述模拟信号处理单元包括低噪声运算发大器，所述低噪声运算发大器将经过高精度电流传感器处理的交流输入信号进行放大滤波，然后输入至数字处理单元，所述数字处理单元包括DSP，DSP中的ADC模块进行交流输入信号模拟量的采集、运算、判断、控制；其特征在于，检测方法具体步骤包括：

步骤一、对输入的市电信号依次进行整流、放大、滤波后，将得出的模拟信号发送至DSP中的ADC采样口；

步骤二、由定时中断事件触发AD采样，定时产生中断并时间间隔均匀的进行采样，每个采样周期中，各采样点i采集的均为正半波信号的同一个位置；

步骤三、创建两组数组，一组数组存放正常市电电压85％时的数据，即欠压组数据；另一组数组存放正常市电电压110％时的数据，即过压组数据；

对第i个采样点，将当前采集数据分别与欠压数组和过压组中的第i个采样点数据进行比较，当数据的差值大于设定的阈值时，对市电欠压故障或者过压故障开始计次；

对第i+1个采样点采集数据，并将其与上一周期第i+1个采样点的数据进行比较，当数据的差值小于设定的阈值时，将市电欠压故障或过压故障的计次数清零，当数据的差值大于设定的阈值时，对欠压故障或过压故障的计次进行累加；

步骤四、当欠压故障或过压故障的计次数大于n时，判定掉电，其中，n为根据实际负载瞬时投切干扰所设定的参数值，当n的取值选取20-30时，将消除检测干扰。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤二中，定时中断的时间间隔为100us，采样周期为10ms。

3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述高精度电流传感器中，传感器原边和副边的输出比为一比一，且相位差小于20弧度。

4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，电器元件包括集成全桥整流电路、第一至第七电阻、高精度电流传感器、第一电容、第二电容、低噪声运算放大器、电压跟随器和钳位二极管，具体的连接方式为：

交流市电信号输入全桥式整流电路的第一引脚和第三引脚，全桥式整流电路的第四引脚和高精度电流传感器的第一接口相连接，全桥式整流电路的第二引脚和第一电阻的一端相连，第一电阻的另一端和第二电阻的一端相连，第二电阻的另一端和高精度电流传感器的第二接口相连接，高精度电流传感器的第三接口和第三电阻的一端相连接并接地，第三电阻的另一端分别和高精度电流传感器的第四接口、第四电阻的一端相连接，第四电阻的另一端分别和第一电容的一端、低噪声运算放大器的正输入端相连接，第一电容的另一端接地，低噪声运算放大器的接地端接地，上拉端接外接辅助电源，低噪声运算放大器的负输入端分别和第五电阻的一端、第六电阻的一端相连接，第五电阻的另一端接地，第六电阻的另一端分别和低噪声运算放大器的输出端、电压跟随器的正输入端相连接，电压跟随器的负输入端分别和电压跟随器的输出端、第七电阻的一端相连接，第七电阻的另一端分别和钳位二极管的正极、第二电容的一端、外接辅助电源相连接，钳位二极管的负极和数字处理单元中的DSP相连接，第二电容的另一端接地。

5.如权利要求4所述的检测方法，其特征在于：所述钳位二极管的钳位电压为3.3V。