CN106645996A - 三相电缺相检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三相电缺相检测电路，所述三相电缺相检测电路包括整流模块、比较模块及输出模块。所述整流模块通过所述比较模块与所述输出模块相连。所述整流模块包括第一至第三光耦单元及第一至第三二极管。当所述第一至第三光耦单元的第一输出端均无输出时，所述比较模块输出第一比较结果给所述输出模块，所述输出模块根据所述第一比较结果输出缺相信号。上述三相电缺相检测电路能快速检测出三相交流电是否缺相。

Description

三相电缺相检测电路

【技术领域】

本发明涉及检测电路技术领域，尤其涉及一种三相电缺相检测电路。

【背景技术】

在电力系统中，三相交流电已成为主要的电源为越来越多的设备供电。当三相交流电发生缺相故障时，如果不能及时检测出来并进行维护，缺相的三相交流电会对用电设备造成损坏。

【发明内容】

鉴于以上内容，有必要提供一种能快速检测出三相交流电是否缺相的三相电缺相检测电路。

为了实现上述目的，本发明提供一种三相电缺相检测电路，所述三相电缺相检测电路，包括整流模块、比较模块及输出模块，所述整流模块通过所述比较模块与所述输出模块相连，所述整流模块包括第一至第三光耦单元及第一至第三二极管，所述第一光耦单元的第一输入端接收第一相交流电，并与所述第一二极管的阴极相连，所述第一光耦单元的第二输入端与所述第一二极管的阳极相连，所述第二光耦单元的第一输入端接收第二相交流电，并与所述第二二极管的阴极相连，所述第二光耦单元的第二输入端与所述第二二极管的阳极相连，所述第三光耦单元的第一输入端接收第三相交流电，并与所述第三二极管的阴极相连，所述第三光耦单元的第二输入端与所述第三二极管的阳极相连，所述第一至第三二极管的阳极相连，所述第一至第三光耦单元的第一输出端与所述比较模块相连，所述第一至第三光耦单元的第二输出端接地，当所述第一至第三光耦单元的第一输出端均无输出时，所述比较模块输出第一比较结果给所述输出模块，所述输出模块根据所述第一比较结果输出缺相信号。

相比于现有技术，本发明通过所述整流模块对三相交流电进行整流，并通过所述比较模块在所述整流模块无输出时输出第一比较结果，且通过所述输出模块根据所述第一比较结果输出缺相信号，从而实现了快速检测三相交流电是否缺相的功能。本发明还利用所述第一至第三光耦单元的电气隔离功能提高了电路中信号的稳定性、抗干扰能力及精确度。另外，本发明采用纯硬件的检测方式，电路简单、成本低、响应迅速，可简单、快速的检测出电源缺相故障，从而避免了因缺相导致的用电设备的损坏。

【附图说明】

图1为本发明实施方式提供的三相电缺相检测电路的原理框图。

图2为图1中整流模块12的电路图。

图3为图1中比较模块16的电路图。

图4为图1中输出模块18的电路图。

图5为本发明实施方式提供的三相交流电的波形图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

当一个元件被认为与另一个元件“相连”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，图1为本发明实施方式提供的三相电缺相检测电路10的原理框图。所述三相电缺相检测电路10包括整流模块12、比较模块16及输出模块18。所述整流模块12通过所述比较模块16与所述输出模块18相连。所述整流模块12用于对三相交流电进行整流，并将整流结果输出给所述比较模块16。所述比较模块16将所述整流结果与参考信号进行比较，并将比较结果输出给所述输出模块18。所述输出模块18根据接收到的比较结果输出相应的侦测结果，所述侦测结果包括缺相信号及不缺相信号。

请参阅图2，图2为本发明实施方式提供的整流模块12的电路图。所述整流模块12包括第一光耦单元122、第二光耦单元126、第三光耦单元128及第一至第三二极管D1-D3。所述第一光耦单元122的第一输入端接收第一相交流电A，并与所述第一二极管D1的阴极相连。所述第一光耦单元122的第二输入端与所述第一二极管D1的阳极相连。所述第二光耦单元126的第一输入端接收第二相交流电B，并与所述第二二极管D2的阴极相连。所述第二光耦单元126的第二输入端与所述第二二极管D2的阳极相连。所述第三光耦单元128的第一输入端接收第三相交流电C，并与所述第三二极管D3的阴极相连。所述第三光耦单元128的第二输入端与所述第三二极管D3的阳极相连。所述第一至第三二极管D1-D3的阳极相连。所述第一光耦单元122的第一输出端O1、所述第二光耦单元126的第一输出端O2及所述第三光耦单元128的第一输出端O3均与所述比较模块16相连。所述第一光耦单元122、所述第二光耦单元126及所述第三光耦单元128的第二输出端均接地。

所述第一光耦单元122包括第一发光元件LED1及第一受光元件Q1，所述第二光耦单元126包括第二发光元件LED2及第二受光元件Q2，所述第三光耦单元128包括第三发光元件LED3及第三受光元件Q3。所述第一发光元件LED1的第一端作为所述第一光耦单元122的第一输入端，所述第一发光元件LED1的第二端作为所述第一光耦单元122的第二输入端，所述第一受光元件Q1的第一端作为所述第一光耦单元122的第一输出端O1，所述第一受光元件Q1的第二端作为所述第一光耦单元122的第二输出端。所述第二发光元件LED2的第一端作为所述第二光耦单元126的第一输入端，所述第二发光元件LED2的第二端作为所述第二光耦单元126的第二输入端，所述第二受光元件Q2的第一端作为所述第二光耦单元126的第一输出端O2，所述第二受光元件Q2的第二端作为所述第二光耦单元126的第二输出端。所述第三发光元件LED3的第一端作为所述第三光耦单元128的第一输入端，所述第三发光元件LED3的第二端作为所述第三光耦单元128的第二输入端，所述第三受光元件Q3的第一端作为所述第三光耦单元128的第一输出端O3，所述第三受光元件Q3的第二端作为所述第三光耦单元128的第二输出端。

在本实施方式中，所述第一至第三发光元件LED1-LED3均为发光二极管，所述第一至第三发光元件LED1-LED3的第一端及第二端分别对应于所述发光二极管的阳极及阴极。所述第一至第三受光元件Q1-Q3均为光敏三极管，所述第一至第三受光元件Q1-Q3的第一端及第二端分别对应于所述光敏三极管的集电极及发射极。

所述整流模块12还包括第一至第三电阻R1-R3。所述第一光耦单元122的第一输入端通过所述第一电阻R1接收所述第一相交流电A，所述第二光耦单元126的第一输入端通过所述第二电阻R2接收所述第二相交流电B，所述第三光耦单元128的第一输入端通过所述第三电阻R3接收所述第三相交流电C。

请参阅图3，图3为本发明实施方式提供的比较模块16的电路图。所述比较模块16包括比较单元162及开关单元166。所述比较单元162与所述第一光耦单元122的第一输出端O1、所述第二光耦单元126的第一输出端O2及所述第三光耦单元128的第一输出端O3相连，并通过所述开关单元166与所述输出模块18相连。当所述第一光耦单元122的第一输出端O1、所述第二光耦单元126的第一输出端O2及所述第三光耦单元128的第一输出端O3均无输出时，所述比较单元162输出所述第一比较结果，并将所述第一比较结果通过所述开关单元166给所述输出模块18，所述输出模块18根据所述第一比较结果输出所述缺相信号。当所述第一光耦单元122的第一输出端O1、所述第二光耦单元126的第一输出端O2及所述第三光耦单元128的第一输出端O3输出整流信号时，所述比较单元162输出第二比较结果，并将所述第二比结果通过所述开关单元166输出给所述输出模块18，所述输出模块18根据所述第二比较结果输出不缺相信号。

所述比较单元162包括第一至第三比较器U1-U3及第四至第九电阻R9。所述第一比较器U1的同相输入端与所述第一光耦单元122的第一输出端O1相连，并通过所述第四电阻R4与第一电源V1相连。所述第一比较器U1的反相输入端通过所述第五电阻R5与所述第一电源V1相连，并通过所述第六电阻R6接地。所述第一比较器U1的输出端与所述开关单元166相连，并通过所述第七电阻R7与所述第一电源V1相连。所述第二比较器U2的同相输入端与所述第二光耦单元126的第一输出端O2相连，并通过所述第八电阻R8与第一电源V1相连。所述第二比较器U2的反相输入端与所述第一比较器U1的反相输入端相连。所述第二比较器U2的输出端与所述第一比较器U1的输出端相连。所述第三比较器U3的同相输入端与所述第三光耦单元128的第一输出端O3相连，并通过所述第九电阻R9与第一电源V1相连。所述第三比较器U3的反相输入端与所述第一比较器U1的反相输入端相连。所述第三比较器U3的输出端与所述第一比较器U1的输出端相连。所述第五电阻R5与所述第六电阻R6之间的节点O5输出所述参考信号给所述第一至第三比较器U1-U3的反相输入端。

所述开关单元166包括第一电子开关T1、第二电子开关T2、第一二极管D1及第十至第十二电阻R10-R12。所述第一电子开关T1的第一端与所述第一至第三比较器U1-U3的输出端相连，所述第一电子开关T1的第二端通过所述第十电阻R10与所述第二电子开关T2的第一端相连，所述第一电子开关T1的第三端接地。所述第二电子开关T2的第二端作为所述开关单元166的输出端O4与所述输出模块18相连，并通过所述第十一电阻R11接地。所述第二电子开关T2的第三端通过所述第十二电阻R12与所述第一电源V1相连。所述第一二极管D1的阳极与所述第一电源V1相连，所述第一二极管D1的阴极与所述第二电子开关T2的第一端相连。

在本实施方式中，所述第一电子开关T1为NPN型三极管，所述第一电子开关T1的第一端、第二端及第三端分别对应于NPN型三极管的基极、集电极及发射极。所述第二电子开关T2为PNP型三极管，所述第二电子开关T2的第一端、第二端及第三端分别对应于PNP型三极管的基极、集电极及发射极。在其它实施方式中，所述第一电子开关T1可为具有类似功能的其它开关，如NMOS场效应管及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等。所述第二电子开关T2可为具有类似功能的其它开关，如PMOS场效应管及IGBT等。

所述开关单元166还包括第二二极管D2及第三二极管D3。所述第二二极管D2的阳极与所述第一电源V1相连，所述第二二极管D2的阴极与所述第一二极管D1的阳极相连。所述第三二极管D3的阳极与所述第二电子开关T2的第二端相连，所述第三二极管D3的阴极与所述第一电源V1相连。

请参阅图4，图4为本发明实施方式提供的输出模块18的电路图。所述输出模块18包括第四比较器U4、第四光耦单元182、第十三电阻R13及第十四电阻R14。所述第四光耦单元182包括第四发光元件LED4及第四受光元件Q4。所述第四比较器U4的同相输入端与所述第一比较器U1的反相输入端相连，所述第四比较器U4的反相输入端与所述第二电子开关T2的第二端相连，所述第四比较器U4的输出端与所述第四发光元件LED4的第一端相连，并通过所述第十三电阻R13与所述第一电源V1相连。所述第四发光元件LED4的第二端通过所述第十四电阻R14与所述第一电源V1相连。所述第四受光元件Q4的第一端与第二电源V2相连，所述第四受光元件Q4的第二端输出侦测结果D，所述侦测结果D包括缺相信号及不缺相信号。

在本实施方式中，所述第四发光元件LED4为发光二极管，所述第四发光元件LED4的第一端及第二端对应于所述发光二极管的阴极及阳极。所述第四受光元件Q4为光敏三极管，所述第四受光元件Q4的第一端及第二端分别对应于所述光敏三极管的集电极及发射极。

在本实施方式中，所述比较单元162还包括第一电容C1及第二电容C2，所述开关单元166还包括第三电容C3，所述输出模块18还包括第四电容C4。所述第一电源V1通过所述第一电容C1接地，所述第五电阻R5及所述第六电阻R6之间的节点O5通过所述第二电容C2接地，所述开关单元166的输出端O4通过所述第三电容C3接地，并通过所述第四电容C4接地。所述第一至第四电容C1-C4均起到滤波的作用，所述第一电容C1用于滤除所述第一电源V1中的杂讯，所述第二电容C2用于滤除所述参考信号中的杂讯，所述第三电容C3及所述第四电容C4用于滤除所述开关单元166的输出端O4输出的比较结果中的杂讯。在其它实施方式中，所述第一至第四电容C1-C4可以省略。

下面将所述三相电缺相检测电路10的工作原理进行说明。

请参阅图5，图5为本发明实施方式提供的三相电的波形图。在图5中，LA代表所述第一相交流电A的波形，LB代表所述第二相交流电B的波形，LC代表所述第三相交流电C的波形，UA代表所述第一相交流电A的电压，UB代表所述第二相交流电B的电压，UC代表所述第三相交流电C的电压，三相交流电的周期T被等分为六个区间T1-T6。

当三相交流电正常输出(即不缺相)时，在区间T1内，UA>UC>UB，所述第一光耦单元122及所述第二二极管D2导通，所述第二光耦单元126、所述第三光耦单元128、所述第一二极管D1及所述第三二极管D3均截止。所述第一光耦单元122的第一输出端O1输出整流信号给所述第一比较器U1的同相输入端，所述第二光耦单元126的第一输出端O2及所述第三光耦单元128的第一输出端O3均无输出。所述第一比较器U1的输出端输出低电平信号，所述第二比较器U2及所述第三比较器U3的输出端均输出高电平信号，所述比较单元162输出的比较结果为低电平信号(即第二比较结果)。所述第一电子开关T1的第一端接收到所述比较单元162输出的低电平信号，所述第一电子开关T1截止，所述第二电子开关T2的第一端接收到高电平信号，所述第二电子开关T2截止，所述开关单元166输出低电平信号(即第二比较结果)。所述第四比较器U4的反相输入端接收到所述开关单元166输出的低电平信号后，所述第四比较器U4的输出端输出高电平信号，所述第四发光元件LED4不发光，所述第四受光元件Q4截止，所述第四受光元件Q4的第二端输出低电平信号(即不缺相信号)。

所述三相电缺相检测电路10在区间T2-T6内的工作过程与在区间T1内工作过程类似，在此不一一赘述。由所述三相电缺相检测电路10在区间T1-T6的工作过程可知，当三相交流电正常输出时，所述第一光耦单元122的第一输出端O1、所述第二光耦单元126的第一输出端O2及所述第三光耦单元128的第一输出端O3轮流输出整流信号，所述比较单元162输出的低电平信号(即第二比较结果)，并将所述低电平信号通过所述开关单元166输出给所述输出模块18，所述输出模块18接收到所述低电平信号后输出低电平信号(即不缺相信号)。

当三相交流电缺一相，例如缺第三相交流电C时，若UA＝UB(即UAB＝0)，则所述第一光耦单元122的第一输出端O1、所述第二光耦单元126的第一输出端O2及所述第三光耦单元128的第一输出端O3均无输出。当三相交流电缺两相时，所述第一光耦单元122的第一输出端O1、所述第二光耦单元126的第一输出端O2及所述第三光耦单元128的第一输出端O3均无输出。即，只要三相交流电出现缺相的状况，所述整流模块12就会出现所述第一光耦单元122的第一输出端O1、所述第二光耦单元126的第一输出端O2及所述第三光耦单元128的第一输出端O3均无输出的情况。

当所述第一光耦单元122的第一输出端O1、所述第二光耦单元126的第一输出端O2及所述第三光耦单元128的第一输出端O3均无输出时，所述第一至第三比较器U1-U3的输出端均输出高电平信号，所述比较单元162输出高电平信号(即第一比较结果)。当所述第一电子开关T1的第一端接收到高电平信号时，所述第一电子开关T1导通，所述第二电子开关T2的第二端接收到低电平信号，所述第二电子开关T2导通，所述开关单元166输出高电平信号。所述第四比较器U4的反相输入端接收到所述开关单元166输出的高电平信号后，所述第四比较器U4的输出端输出低电平信号，所述第四发光元件LED4发光，所述第四受光元件Q4导通，所述第四受光元件Q4的第二端输出高电平信号(即缺相信号)。

在本实施方式中，所述第一比较结果为高电平信号，所述第二比较结果为低电平信号，所述缺相信号为高电平信号，所述不缺相信号为低电平信号。在其它实施方式中，所述第一比较结果、所述第二比较结果、所述缺相信号及所述不缺相信号的电位可根据实际情况进行相应调整。

本发明通过所述整流模块12对三相交流电进行整流，并通过所述比较模块16在所述整流模块12无输出时输出第一比较结果，在所述整流模块12输出整流信号时输出第二比较结果，且通过所述输出模块18根据所述第一及第二比较结果输出缺相信号及不缺相信号，从而实现了快速检测三相交流电是否缺相的功能。本发明还利用所述第一光耦单元122、所述第二光耦单元126、所述第三光耦单元128及所述第四光耦单元182的电气隔离的功能提高了所述三相电缺相检测电路10中信号的稳定性、抗干扰能力及精确度。另外，本发明采用纯硬件的检测方式，电路简单、成本低、响应迅速，可简单、快速的检测出电源缺相故障，从而避免了因缺相导致的用电设备的损坏。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种三相电缺相检测电路，包括整流模块、比较模块及输出模块，所述整流模块通过所述比较模块与所述输出模块相连，所述整流模块包括第一至第三光耦单元及第一至第三二极管，所述第一光耦单元的第一输入端接收第一相交流电，并与所述第一二极管的阴极相连，所述第一光耦单元的第二输入端与所述第一二极管的阳极相连，所述第二光耦单元的第一输入端接收第二相交流电，并与所述第二二极管的阴极相连，所述第二光耦单元的第二输入端与所述第二二极管的阳极相连，所述第三光耦单元的第一输入端接收第三相交流电，并与所述第三二极管的阴极相连，所述第三光耦单元的第二输入端与所述第三二极管的阳极相连，所述第一至第三二极管的阳极相连，所述第一至第三光耦单元的第一输出端与所述比较模块相连，所述第一至第三光耦单元的第二输出端接地，当所述第一至第三光耦单元的第一输出端均无输出时，所述比较模块输出第一比较结果给所述输出模块，所述输出模块根据所述第一比较结果输出缺相信号。

2.如权利要求1所述的三相电缺相检测电路，其特征在于：所述第一光耦单元包括第一发光元件及第一受光元件，所述第二光耦单元包括第二发光元件及第二受光元件，所述第三光耦单元包括第三发光元件及第三受光元件，所述第一发光元件的第一端作为所述第一光耦单元的第一输入端，所述第一发光元件的第二端作为所述第一光耦单元的第二输入端，所述第一受光元件的第一端作为所述第一光耦单元的第一输出端，所述第一受光元件的第二端作为所述第一光耦单元的第二输出端，所述第二发光元件的第一端作为所述第二光耦单元的第一输入端，所述第二发光元件的第二端作为所述第二光耦单元的第二输入端，所述第二受光元件的第一端作为所述第二光耦单元的第一输出端，所述第二受光元件的第二端作为所述第二光耦单元的第二输出端，所述第三发光元件的第一端作为所述第三光耦单元的第一输入端，所述第三发光元件的第二端作为所述第三光耦单元的第二输入端，所述第三受光元件的第一端作为所述第三光耦单元的第一输出端，所述第三受光元件的第二端作为所述第三光耦单元的第二输出端。

3.如权利要求2所述的三相电缺相检测电路，其特征在于：所述第一至第三发光元件均为发光二极管，所述第一至第三发光元件的第一端及第二端分别对应于所述发光二极管的阳极及阴极，所述第一至第三受光元件均为光敏三极管，所述第一至第三受光元件的第一端及第二端分别对应于所述光敏三极管的集电极及发射极。

4.如权利要求1所述的三相电缺相检测电路，其特征在于：所述整流模块还包括第一至第三电阻，所述第一光耦单元的第一输入端通过所述第一电阻接收所述第一相交流电，所述第二光耦单元的第一输入端通过所述第二电阻接收所述第二相交流电，所述第三光耦单元的第一输入端通过所述第三电阻接收所述第三相交流电。

5.如权利要求1所述的三相电缺相检测电路，其特征在于：所述比较模块包括比较单元及开关单元，所述比较单元与所述第一至第三光耦单元的第一输出端相连，并通过所述开关单元与所述输出模块相连，当所述第一至第三光耦单元的第一输出端均无输出时，所述比较单元输出所述第一比较结果，并将所述第一比较结果通过所述开关单元给所述输出模块，所述输出模块根据所述第一比较结果输出所述缺相信号，当所述第一至第三光耦单元的第一输出端输出整流信号时，所述比较单元输出第二比较结果，并将所述第二比结果通过所述开关单元输出给所述输出模块，所述输出模块根据所述第二比较结果输出不缺相信号。

6.如权利要求5所述的三相电缺相检测电路，其特征在于：所述比较单元包括第一至第三比较器及第四至第九电阻，所述第一比较器的同相输入端与所述第一光耦单元的第一输出端相连，并通过所述第四电阻与第一电源相连，所述第一比较器的反相输入端通过所述第五电阻与所述第一电源相连，并通过所述第六电阻接地，所述第一比较器的输出端与所述开关单元相连，并通过所述第七电阻与所述第一电源相连，所述第二比较器的同相输入端与所述第二光耦单元的第一输出端相连，并通过所述第八电阻与第一电源相连，所述第二比较器的反相输入端与所述第一比较器的反相输入端相连，所述第二比较器的输出端与所述第一比较器的输出端相连，所述第三比较器的同相输入端与所述第三光耦单元的第一输出端相连，并通过所述第九电阻与第一电源相连，所述第三比较器的反相输入端与所述第一比较器的反相输入端相连，所述第三比较器的输出端与所述第一比较器的输出端相连。

7.如权利要求6所述的三相电缺相检测电路，其特征在于：所述开关单元包括第一电子开关、第二电子开关、第一二极管及第十至第十二电阻，所述第一电子开关的第一端与所述第一至第三比较器的输出端相连，所述第一电子开关的第二端通过所述第十电阻与所述第二电子开关的第一端相连，所述第一电子开关的第三端接地，所述第二电子开关的第二端与所述输出模块相连，并通过所述第十一电阻接地，所述第二电子开关的第三端通过所述第十二电阻与所述第一电源相连，所述第一二极管的阳极与所述第一电源相连，所述第一二极管的阴极与所述第二电子开关的第一端相连。

8.如权利要求7所述的三相电缺相检测电路，其特征在于：所述开关单元还包括第二二极管及第三二极管，所述第二二极管的阳极与所述第一电源相连，所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阳极相连，所述第三二极管的阳极与所述第二电子开关的第二端相连，所述第三二极管的阴极与所述第一电源相连。

9.如权利要求7所述的三相电缺相检测电路，其特征在于：所述输出模块包括第四比较器、第四光耦单元、第十三电阻及第十四电阻，所述第四光耦单元包括第四发光元件及第四受光元件，所述第四比较器的同相输入端与所述第一比较器的反相输入端相连，所述第四比较器的反相输入端与所述第二电子开关的第二端相连，所述第四比较器的输出端与所述第四发光元件的第一端相连，并通过所述第十三电阻与所述第一电源相连，所述第四发光元件的第二端通过所述第十四电阻与所述第一电源相连，所述第四受光元件的第一端与第二电源相连，所述第四受光元件的第二端输出所述缺相信号及所述不缺相信号。

10.如权利要求9所述的三相电缺相检测电路，其特征在于：所述第四发光元件为发光二极管，所述第四发光元件的第一端及第二端对应于所述发光二极管的阴极及阳极，所述第四受光元件为光敏三极管，所述第四受光元件的第一端及第二端分别对应于所述光敏三极管的集电极及发射极。