CN106597075B - 一种交流电压检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种交流电压检测装置及方法，所述交流电压检测装置包括：电源输入模块、光耦检测模块及控制模块；所述电源输入模块，连接所述光耦检测模块，用于将被测交流电源接入所述光耦检测模块；所述光耦检测模块，连接所述控制模块，用于基于所述被测交流电源控制光耦的导通或关断，并在所述光耦导通时将高电平或低电平接入所述控制模块；所述控制模块，用于根据接收到的所述高电平或低电平，确定所述光耦在多个周期内的导通时间，并获得所述被测交流电源的电压值。本发明利用光耦特性可有效高精度地检测交流电压值，电路简单可靠，且成本低廉。

Description

一种交流电压检测装置及方法

技术领域

本发明涉及电压检测技术领域，尤其涉及一种交流电压检测装置及方法。

背景技术

在电子电路中，各种应用电路均需要检测交流电压，以确认电压是够异常，从而有效保护后级电路或设备及其。

目前电路应用中，比较成熟的交流电压检测电路是使用包括运算放大芯片的比较电路来实现电压的检测。但是该交流电压检测电路的电路结构较为复杂。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种交流电压检测装置及方法，本发明利用光耦特性检测交流电压值，电路简单可靠，能够避免现有的交流电压检测电路的电路结构较为复杂的问题。

第一方面，本发明提供了一种交流电压检测装置，所述交流电压检测装置包括：电源输入模块、光耦检测模块及控制模块；

所述电源输入模块，连接所述光耦检测模块，用于将被测交流电源接入所述光耦检测模块；

所述光耦检测模块，连接所述控制模块，用于基于所述被测交流电源控制光耦的导通或关断，并在所述光耦导通时将高电平或低电平接入所述控制模块；

所述控制模块，用于根据接收到的所述高电平或低电平，确定所述光耦在多个周期内的导通时间，并获得所述被测交流电源的电压值。

可选地，所述光耦检测模块，包括：第一二极管、第一电阻、第二电阻及光耦；所述电源输入模块包括第一电源输入端和第二电源输入端；

所述第一二极管的阳极与所述第一电源输入端连接，所述第一二极管的阴极与所述第一电阻的第一端连接；

所述第一电阻的第二端与所述光耦的第一输入端连接；所述第二电阻并联在所述光耦的第一输入端与第二输入端之间；

所述光耦的第二输入端与所述第二电源输入端连接，所述光耦的第一输出端与高电平连接，所述光耦的第二输出端与所述光耦检测模块的输出端连接。

可选地，所述光耦检测模块还包括：第二二极管；

所述第二二极管的阴极与所述光耦的第一输入端连接，所述第二二极管的阳极与所述光耦的第二输入端连接。

可选地，所述光耦检测模块还包括：滤波单元；

所述滤波单元与所述光耦的第二输出端连接，用于对所述光耦检测模块输出的信号进行滤波。

可选地，所述滤波单元包括：第三电阻、第四电阻及第一电容；

所述第三电阻的第一端与所述光耦的第二输出端连接，所述第三电阻的第二端与地连接；

所述第一电容的第一端与所述光耦的第二输出端连接，所述第一电容的第二端与地连接；

所述第四电阻的第一端与所述光耦的第二输出端连接，所述第四电阻的第二端与所述控制模块连接。

可选地，所述控制模块，具体用于：

获取所述光耦检测模块发送的若干个周期内高电平或低电平的持续时间，并获得所述若干个周期内高电平或低电平的持续时间的加权平均值t；

根据公式一计算得到所述被测交流电源的电压峰峰值Vcc：

Vcc＝V1/sinω(π-t) 公式一

其中，V1为光耦导通电压，ω为频率且ω＝2π/T，T为所述周期。

可选地，所述控制模块为微处理器MCU。

第二方面，本发明提供了一种交流电压检测方法，所述方法包括：

通过被测交流电源控制光耦的导通或关断，以生成包括高电平或低电平的光耦检测信号；

根据所述光耦检测信号，确定所述光耦在多个周期内的导通时间，并获得所述被测交流电源的电压值。

可选地，所述根据所述光耦检测信号，确定所述光耦在多个周期内的导通时间，并获得所述被测交流电源的电压值，包括：

根据所述光耦检测信号获取若干个周期内高电平或低电平的持续时间，并获得所述若干个周期内高电平或低电平的持续时间的加权平均值t；

根据公式一计算得到所述被测交流电源的电压峰峰值Vcc：

Vcc＝V1/sinω(π-t) 公式一

其中，V1为光耦导通电压，ω为频率且ω＝2π/T，T为周期。

可选地，所述方法还包括：

对所述被测交流电源的电压峰峰值进行显示。

由上述技术方案可知，本发明中的一种交流电压检测装置及方法，通过光耦检测模块在所述光耦导通时将高电平或低电平接入控制模块，以供控制模块根据接收到的所述高电平或低电平，确定所述光耦在多个周期内的导通时间，并根据相关算法获得需要检测的交流电压值。如此，本发明利用光耦特性，可有效高精度地检测交流电压值，电路简单可靠，成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种交流电压检测装置的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种交流电压检测装置的电路示意图；

图3是本发明另一实施例提供的一种交流电压检测装置的电路示意图；

图4是本发明一实施例提供的一种交流电压检测方法的流程示意图；

图5是本发明另一实施例提供的一种交流电压检测方法的流程示意图；

图6是本发明另一实施例提供的交流电源电压及光耦导通电压的波形示意图；

图7是本发明另一实施例提供的一种交流电压检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明一实施例中的一种交流电压检测装置的结构示意图，如图1所示，所述交流电压检测装置包括：电源输入模块1、光耦检测模块2及控制模块3。

其中，电源输入模块1，连接所述光耦检测模块2，用于将被测交流电源接入所述光耦检测模块2；所述光耦检测模块2，连接所述控制模块3，用于基于所述被测交流电源控制光耦的导通或关断，并在所述光耦导通时将高电平或低电平接入所述控制模块3；所述控制模块3，用于根据接收到的所述高电平或低电平，确定所述光耦在多个周期内的导通时间，并获得所述被测交流电源的电压值。

可理解地，电源输入模块1即为电源检测端，与被测交流电源及光耦检测模块2分别连接，用于将被测交流电源接入所述光耦检测模块2中。其中，所述控制模块3可为微处理器MCU。

需要说明的是，光耦检测模块2中的光耦导通时可将高电平或者低电平接入控制模块3。若光耦导通时将高电平接入控制模块3，控制模块3则根据高电平对应的时间确定光耦导通时间；若光耦导通时将低电平接入控制模块3，控制模块3则根据低电平对应的时间确定光耦导通时间，本实施例对此不加以限制。

进一步地，控制模块3在接收到光耦检测模块2输出的检测信号后即可根据该检测信号计算出被测交流电源的电压值，具体地，控制模块3接收到多个连续周期中的每个周期出现的高电平或低电平，则根据高电平或低电平持续时间，可确定该多个连续周期中光耦电路的导通时间，因此，根据光耦电路导通电压及导通时间，可根据预设算法求出被测交流电源的电压峰峰值或者有效值。

由此可见，本实施例通过光耦检测模块2在所述光耦导通时将高电平或低电平接入控制模块3，以供控制模块3根据接收到的所述高电平或低电平，确定所述光耦在多个周期内的导通时间，并根据相关算法获得需要检测的交流电压值。如此，本实施例利用光耦特性，能够有效高精度地检测交流电压值，电路简单可靠，成本低廉。

在本发明的一个可选实施例中，所述控制模块3，具体用于：

获取所述光耦检测模块发送的若干个周期内高电平或低电平的持续时间，并获得所述若干个周期内高电平或低电平的持续时间的加权平均值t；

根据式(1)计算得到所述被测交流电源的电压峰峰值Vcc：

Vcc＝V1/sinω(π-t) (1)

其中，V1为光耦导通电压，ω为频率且ω＝2π/T，T为所述周期。需要说明的是，V1为光耦导通电压，而R1选型确定后，可检测获得V1，即V1为已知参数。

本实施例中，控制模块3接收到光耦检测模块2输出的若干个周期内高电平或低电平，则可获得若干个周期内高电平或低电平的持续时间，即为若干个周期内光耦导通时间，并求得加权平均值，该加权平均值即对应光耦在被测交流电压的一个周期内的导通时间。而由于单个周期的高电平或低电平持续时间较短，检测会出现较大的误差，因此求得多个周期内高电平或低电平持续时间的加权平均值，使得计算结果更加准确。

可理解的是，对应于不同的被测交流电源电压值，光耦的到导通时间是不同的，并且有算数规律，因此根据该规律可计算出对应的交流电压值。

在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，所述光耦检测模块2，包括：第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2及光耦IC1。而所述电源输入模块包括第一电源输入端IN1和第二电源输入端IN2。

如图2所示，所述第一二极管D1的阳极与所述第一电源输入端IN1连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第一电阻R1的第一端连接；所述第一电阻R1的第二端与所述光耦IC1的第一输入端连接；所述第二电阻R2并联在所述光耦IC1的第一输入端与第二输入端之间；所述光耦IC1的第二输入端与所述第二电源输入端IN2连接，所述光耦IC1的第一输出端与高电平VCC连接，所述光耦IC1的第二输出端与所述光耦检测模块的输出端连接。

其中，第一二极管D1用于对被测交流电源的电压进行整流，即保证该回路在交流电源的正半周期导通，而在负半周期截止，从而减小大功率电阻R1的的发热，并避免光耦IC1的输入端出现反相压降。第一电阻R1则为限流电阻，且R1为大功率电阻。第二电阻R2，一方面起到分流作用以保护光耦IC1，另一方面通过其选型可控制光耦的导通时间。光耦IC1则起到控制和隔离的作用。

具体地，若R1两侧的电压值低于光耦IC1的正向工作电压，则光耦IC1的第一输入端与第二输入端之间的发光二极管无法导通，则相应地光耦IC1的第一输出端与第二输出端之间的三极管则截止，光耦IC1的第二输出端输出低电平；而若R1两侧的电压值高于光耦IC1的正向工作电压，则光耦IC1的第一输入端与第二输入端之间的发光二极管导通发光，则相应地光耦IC1的第一输出端与第二输出端之间的三极管也导通，则光耦IC1的第二输出端输出高电平。在本实施例中，控制模块3检测高电平的持续时间，以获得光耦导通时间，进而计算得到交流电压值。

需要说明的是，在不同的电路结构中，也可能是光耦检测模块的输出端输出低电平时光耦导通，则通过检测低电平对应的时间获得光耦导通时间，进而计算得到交流电压值。例如，如图3所示，控制模块3与光耦IC1的第一输出端连接，且高电平与光耦IC1的第一输出端之间连接有上拉电阻R5，而光耦IC1的第二输出端与低电平(地)连接。则在光耦IC1导通时光耦检测模块2输出至控制模块3为低电平，而光耦IC2关断时光耦检测模块2输出至控制模块3为高电平。相应地，控制模块3则根据低电平对应的时间获得光耦导通时间，进而计算得到交流电压值。

进一步地，如图2所示，所述光耦检测模块2还包括：第二二极管D2。

所述第二二极管D2的阴极与所述光耦IC1的第一输入端连接，所述第二二极管D2的阳极与所述光耦IC1的第二输入端连接。

本实施例中，第二二极管D2用于保护光耦IC1，防止光耦IC1输入端之间出现反向电压。

进一步地，在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，所述光耦检测模块2还包括：滤波单元21。

其中，所述滤波单元21与所述光耦IC1的第二输出端连接，用于对所述光耦检测模块输出的信号进行滤波。

具体地，如图2所示，所述滤波单元21包括：第三电阻R3、第四电阻R4及第一电容C1。

其中，所述第三电阻R3的第一端与所述光耦IC1的第二输出端连接，所述第三电阻R3的第二端与地连接；所述第一电容C1的第一端与所述光耦IC1的第二输出端连接，所述第一电容C2的第二端与地连接；所述第四电阻R4的第一端与所述光耦IC1的第二输出端连接，所述第四电阻R4的第二端与所述控制模块3连接。

具体地，光耦IC1导通时，控制模块3接收到高电平；而光耦IC2截止时，控制模块3接收到低电平，控制模块3根据多个周期内高电平对应的时间，确定多个周期内光耦IC1的导通时间，并进一步根据导通时间及光耦IC1导通电压获得被测交流电源电压值。如此，本实施例根据控制模块接收到的高电平确定导通时间，计算简单快捷。

图4是本发明一实施例中的一种交流电压检测方法的流程示意图，如图4所示，所述方法包括如下步骤：

S1：通过被测交流电源控制光耦的导通或关断，以生成包括高电平或低电平的光耦检测信号。

S2：根据所述光耦检测信号，确定所述光耦在多个周期内的导通时间，并获得所述被测交流电源的电压值。

具体地，获取到多个连续周期中的每个周期出现的高电平或低电平，则根据多个周期内高电平或低电平持续时间，可确定该多个连续周期中光耦电路的导通时间，进而根据光耦电路导通电压及导通时间，可根据预设算法求出被测交流电源的电压峰峰值或者有效值。

由此可见，本实施例在光耦导通时生成包括高电平或低电平的光耦检测信号，则根据所述高电平或低电平对应的时间，可确定所述光耦在多个周期内的导通时间，并根据相关算法获得需要检测的交流电压值。如此，本实施例利用光耦特性，能够有效高精度地检测交流电压值，电路简单可靠，成本低廉。

在本发明的一个可选实施例中，如图5所示，上述步骤S2，具体包括如下子步骤：

S21：根据所述光耦检测信号获取若干个周期内高电平或低电平的持续时间，并获得所述若干个周期内高电平或低电平的持续时间的加权平均值t。

S22：根据式(1)计算得到所述被测交流电源的电压峰峰值Vcc：

Vcc＝V1/sinω(π-t) (1)

其中，V1为光耦导通电压，ω为频率且ω＝2π/T，T为周期。

举例来说，对于不同的输入交流电源电压Vcc1、Vcc2，其对应的交流电源及光耦导通电压的波形示意图如图6所示。其中：

Vcc1＝V1/sinω(π-t1) (2)

Vcc2＝V1/sinω(π-t2) (3)

由图6可知，对应于不同的被测交流电源电压值Vcc1、Vcc2，光耦的到导通时间t1、t2是不同的，并且有上述式(2)及式(3)所示的算数规律，因此根据该规律可计算出对应的交流电压值。

进一步地，在本发明的一个可选实施例中，如图7所示，所述方法还包括如下步骤：

S3：对所述被测交流电源的电压峰峰值进行显示。

需要说明的是，求出所述被测交流电源的电压峰峰值后，可进一步求出电压有效值，且可对电压有效值进行显示。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种交流电压检测装置，其特征在于，所述交流电压检测装置包括：电源输入模块、光耦检测模块及控制模块；

所述电源输入模块，连接所述光耦检测模块，用于将被测交流电源接入所述光耦检测模块；

所述光耦检测模块，连接所述控制模块，用于基于所述被测交流电源控制光耦的导通或关断，并在所述光耦导通时将高电平或低电平接入所述控制模块；

所述控制模块，用于根据接收到的所述高电平或低电平，确定所述光耦在多个周期内的导通时间，并获得所述被测交流电源的电压值；

其中，所述控制模块，具体用于：

获取所述光耦检测模块发送的若干个周期内高电平或低电平的持续时间，并获得所述若干个周期内高电平或低电平的持续时间的加权平均值t；

根据公式一计算得到所述被测交流电源的电压峰峰值Vcc：

Vcc＝V1/sinω(π-t) 公式一

其中，V1为光耦导通电压，ω为频率且ω＝2π/T，T为所述周期。

2.根据权利要求1所述的交流电压检测装置，其特征在于，所述光耦检测模块，包括：第一二极管、第一电阻、第二电阻及光耦；所述电源输入模块包括第一电源输入端和第二电源输入端；

所述第一二极管的阳极与所述第一电源输入端连接，所述第一二极管的阴极与所述第一电阻的第一端连接；

所述第一电阻的第二端与所述光耦的第一输入端连接；所述第二电阻并联在所述光耦的第一输入端与第二输入端之间；

所述光耦的第二输入端与所述第二电源输入端连接，所述光耦的第一输出端与高电平连接，所述光耦的第二输出端与所述光耦检测模块的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的交流电压检测装置，其特征在于，所述光耦检测模块还包括：第二二极管；

所述第二二极管的阴极与所述光耦的第一输入端连接，所述第二二极管的阳极与所述光耦的第二输入端连接。

4.根据权利要求2所述的交流电压检测装置，其特征在于，所述光耦检测模块还包括：滤波单元；

所述滤波单元与所述光耦的第二输出端连接，用于对所述光耦检测模块输出的信号进行滤波。

5.根据权利要求4所述的交流电压检测装置，其特征在于，所述滤波单元包括：第三电阻、第四电阻及第一电容；

所述第三电阻的第一端与所述光耦的第二输出端连接，所述第三电阻的第二端与地连接；

所述第一电容的第一端与所述光耦的第二输出端连接，所述第一电容的第二端与地连接；

所述第四电阻的第一端与所述光耦的第二输出端连接，所述第四电阻的第二端与所述控制模块连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的交流电压检测装置，其特征在于，所述控制模块为微处理器MCU。

7.一种交流电压检测方法，其特征在于，所述方法包括：

通过被测交流电源控制光耦的导通或关断，以生成包括高电平或低电平的光耦检测信号；

根据所述光耦检测信号，确定所述光耦在多个周期内的导通时间，并获得所述被测交流电源的电压值；

其中，所述根据所述光耦检测信号，确定所述光耦在多个周期内的导通时间，并获得所述被测交流电源的电压值，包括：

根据所述光耦检测信号获取若干个周期内高电平或低电平的持续时间，并获得所述若干个周期内高电平或低电平的持续时间的加权平均值t；

根据公式一计算得到所述被测交流电源的电压峰峰值Vcc：

Vcc＝V1/sinω(π-t) 公式一

其中，V1为光耦导通电压，ω为频率且ω＝2π/T，T为周期。

8.根据权利要求7所述的交流电压检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述被测交流电源的电压峰峰值进行显示。