CN106796254B - 供电电压探测装置和用于探测供电电压的方法 - Google Patents

供电电压探测装置和用于探测供电电压的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于尤其至少一个负载的供电电压检测装置(1)，用于监控电网电压供电系统(2)的经整流的电网电压并用于将检测到的电网电压值与预先规定的基准值进行比较，其中当检测到的电网电压值小于基准值时能够通过控制电子系统(3)切换到例如紧急电压供电系统的紧急电压。此外，经整流的电网电压在超过电压限值时能够被输送到光电耦合器(4)，并且对于超过电压限值的持续时间能由光电耦合器传输信号，其中从这个信号的信号持续时间和周期中能够确定与电网电压值有关的占空率。

Description

供电电压探测装置和用于探测供电电压的方法
技术领域
本发明涉及一种用于尤其至少一个负载的供电电压探测装置，该供电电压探测装置用于监控电网电压供电系统的经整流的电网电压。将检测到的电网电压值与预先规定的基准值进行比较，其中当检测到的电网电压值小于基准值的情况下，例如可以通过控制电子系统切换为紧急电压供电系统的紧急电压。
背景技术
从实际应用中已知这种供电电压探测装置，见图1和图2。当在照明设备中电网电压中断并应切换到紧急电压用以对照明设备的至少一些部分继续供电时，例如使用相应的供电电压探测装置。为此检测相应的电网电压值并与预先规定的基准值相比较。如果电网电压值低于基准值，则切换到紧急电压供电模式。还存在如下的可能性，即在重新施加电网电压供电模式并且相应的电网电压值大于预先规定的基准值时，通过相同的控制电子系统从紧急电压供电模式切换回电网电压供电模式。
相应的预先规定的基准值例如通过标准或类似规范预先规定。
图1示出从实际应用中已知的供电电压探测装置1的示例。该供电电压探测装置具有整流器5用于对由电网电压供电系统2输入的电网电压进行整流。经整流的电网电压通过具有电阻14和15的分压器13降低，电容器18和19被设置用于提供相应平滑化的直流电压。这个电压经由输出端21被输送给控制电子系统3。借助于这个控制电子系统检测所施加的电压值并相应地与预先规定的基准值进行比较。负载17也在原理上在图1中示出。
在根据图1示出的电路中不利的是，例如在电网电压供电系统2和控制电子系统3之间不存在电流隔断。此外负载17可以影响在输出端21上检测到的电压值。电容器18和19通常是用于使电压平滑化的电解质电容器。这些电容器是额外必要的。为了精确地测量电网电压值，需要电压的低波纹性，从而提出对电容器18和19的相应要求。
在根据图2的电路中示出另一从实际应用中已知的用于供电电压探测装置1的示例。该供电电压探测装置的构造基本上类似于根据图1的装置，除了在电网电压供电系统2和整流器5之间额外连接有变压器20之外。该变压器20形成电流隔断，其中其它的用于探测电网电压值的步骤和将该电网电压值与基准值比较的步骤如图1进行。
结合图1描述的缺点除了电流隔断外在图2中也要考虑。此外具有小功率的变压器通常具有如下特性，其中施加在输出端21上的电网电压值可能在小的负载变化的情况下具有高的波动。
此外在图2中示出负载17的另一布置结构，参见在电网电压供电系统2和变压器20之间的布置结构。
发明内容
本发明的目的是，进一步改进开头所述类型的供电电压探测装置，使得能够以小的花费具有更高精确度地以更快速和更可靠的方式确定相应的电网电压。
上述目的根据本发明通过权利要求1的特征实现。根据本发明的供电电压探测装置的特征尤其是，经整流的电网电压在超过电压限值/极限电压值的情况下被输送给光电耦合器，对于超过电压限值的持续时间可由光电耦合器传输信号，其中，从信号的信号持续时间和周期中可以求得与电网电压值相关的占空率。
根据本发明不需要用于使电压平滑化的电容器，并且数字地实现电网电压值的检测。通过光电耦合器，提供电流隔断并同时实现将电网电压值转换为具有固定值的信号。只要电网电压值超过确定的电压限值，就激活光电耦合器并通过光电耦合器在超过电压限值所持续的时间内一直传输信号。然后可以借助于控制电子系统从该信号的信号持续时间和信号周期中求得与电网电压值有关的占空率。
由此提高了精确性，并同时以简单的方式实现了电流隔断。虽然应用了光电耦合器作为附加的构件，但是可以取消相应的电容器。如果应用相应的微控制器作为控制电子系统，则可以以高的精度快速地进行电网电压值的探测和与相应的基准值的比较。由此同样可以快速并精确地实现例如从电网电压供电模式到紧急电压供电模式的相应切换，其中这也可以以相反的方式进行，即实现从紧急电压供电模式回切到电网电压供电模式。
在根据本发明的供电电压探测装置中，同样对电网电压进行整流，其中相应的电路具有与电网电压供电系统相连接的整流器。
在根据本发明的电路中，附加地应用电压限值，其中仅在电网电压值超过该电压限值的情况下才激活光电耦合器。由包括至少一个齐纳二极管的齐纳二极管装置给出这个电压限值，该齐纳二极管装置连接在整流器和光电耦合器之间。就是说，由相应的齐纳电压确定该电压限值。
同时，齐纳二极管装置例如通过使用另一齐纳二极管或通过使用多个齐纳二极管而容易地适配于不同的运行条件，从而以这种方式可以实现不同的齐纳电压和进而电压限值用以与电网电压值进行比较。
为了禁止过高的电流进行加载，限流电阻可以与齐纳二极管装置串联。这种限流电阻可以由多个电阻或由仅一个电阻形成。
在光电耦合器的一简单的实施例中，该光电耦合器具有作为光发射器的LED(发光二极管)和作为光接收器的光电晶体管。
该光电晶体管接收来自LED的相应的光，并仅在接收这种光期间是导通的，就是说，在相应的、电网电压值超过电压限值的信号持续期间，光电晶体管是导通的。
为了可以向控制电子系统的相应的脉冲输出端/键控输出端(Tast-Ausgang)输入可以良好再生的并可以良好地区分其电平/电位的信号，该光电晶体管可以驱控电子开关元件，该电子开关元件基本上在信号持续期间是导通的，并在信号持续期间在该脉冲输出端上施加H电平/高电位而在其它时间施加L电平/低电位。相应的电平由控制电子系统检测，并用于获取占空率。
尤其还要再次指出，在电网电压值小于电压限值的情况下得到L电平，并在这种情况下不通过光电耦合器进行信号传输。
为了减小在电子开关元件上的相应的电压，可以为该电子开关元件配备分压器。
已经指出，控制电子系统与脉冲输出端连接，并因此从信号的信号持续时间和周期中得到占空率。为了可以精确地确定相应的电平，控制电子系统可以具有滤波装置。
已经指出，预先规定的基准值用于，在出现电网电压值小于这个基准值时切换到例如紧急电压供电模式。根据本发明，不仅借助于控制电子系统实现这种切换，还可以当电网电压值大于基准值时通过占空率确定相应的电网电压值。这尤其在电压限值小于该基准值时实现。
在一有利的实施例中，在齐纳二极管装置和光发射器之间布置有包括二极管和电阻的串联电路。在此尤其有利的是，通过该串联电路和利用作为分压器的一部分的相应电阻可以对电容器充电。这例如通过相应的电容器和二极管的并联电路而实现。
通过包括二极管和电阻的串联电路，对电容器充电，并且该二极管尤其用于，当供电电压过零时，电容器不必每次都重新放电。通过使二极管相对于电容器并联连接，在此保证了，电容器上的电压具有恒定的值。这尤其导致，光接收器基本上总是以相同的能量运行。
在本发明的至此描述的实施形式中，流过齐纳二极管装置和流过光电耦合器的电流大小相同。这可以在热变化的情况下导致，光电耦合器二极管或者说光学传感器和齐纳二极管装置的相应的正向电压(Fluβ-Spannung)导致占空比的强烈变化。在本发明的另一实施例中，仅光学传感器的相应的基极电流流过齐纳二极管装置，由此导致正向电压几乎不变化。该光接收器因此也近似以恒定的电流运行。由此在另一实施例中，在大的温度范围上得到显著更加稳定的运行。
附图说明
下面根据附图中的示意图详细说明本发明的有利的实施例。
其中示出
图1示出从实际应用中已知的供电电压探测装置的原理图，
图2示出从实际应用中已知的供电电压探测装置的另一示例，
图3示出根据本发明的按照第一实施例的具有电流隔断的供电电压探测装置的原理图，和
图4示出根据本发明的供电电压探测装置的第二实施例。
具体实施方式
根据本发明的供电电压探测装置1(图3)通过整流器5与电网电压供电系统2连接。电网电压经过整流后，该电网电压经过限流电阻8和齐纳二极管装置6、7被输送给光电耦合器4。不需要通过例如电容器、如电解质电容器或类似电容器使电压平滑化。
经整流的电网电压用于致动光电耦合器。在整流器5和光电耦合器4之间连接有齐纳二极管装置6。该齐纳二极管装置具有至少一个齐纳二极管7。仅当电网电压值大于相应的作为极限电压的齐纳电压时，才接通光电耦合器，该光电耦合器相应具有作为光发射器的LED 9和作为光接收器的光电晶体管10。同时，通过由一个或多个电阻组成的限流电阻8能限制电流，其中该限流电阻8串联在齐纳二极管7和整流器5之间。
当电网电压值高于由齐纳电压确定的电压限值时，光电耦合器的光电晶体管10导通。如果光电晶体管10导通，则该光电晶体管驱控电子开关元件11，从而该开关元件同样也是能导通的。相应地，在脉冲输出端12上施加H电平信号。如果电网电压值小于电压限值，则光电耦合器去激活，并且光电晶体管10不导通。因此在脉冲输出端12上施加L电平信号。
还需说明的是，电网电压通常具有50Hz的频率，从而由于电网电压的相应整流而在脉冲输出端12上施加100Hz的相应的信号。相应的占空率或者说占空比为输入-输出-比例或尤其为信号持续时间与信号周期的比例。在此还要注意的是，占空率或占空比与电网电压值的大小有关。如果电网电压小，则H电平信号的持续时间也小，如果电网电压高，则H电平信号的持续时间也大。就是说，通过占空率或占空比产生如下可能性，即推断出电网电压值，这是因为占空率表现出与电网电压值的相关性。
通过控制电子系统3确定H电平信号、L电平信号的持续时间、占空率等，该控制电子系统可以例如设计为微控制器。该微控制器可以包括滤波装置，该滤波装置可以精确地确定相应的电平。这种滤波装置16也可以在微控制器内部以软件方式实现。
图4示出了根据本发明的供电电压探测装置1的另一实施例。相同的部件以与根据图3的第一实施例相同的附图标记表示。
在根据图4的实施例中，尤其在齐纳二极管装置6与光电耦合器或光发射器9之间布置有二极管25和电阻26的串联电路。电流经过该串联电路不仅流向光发射器9的方向，还流向电容器24和齐纳二极管27的并联结构的方向。电阻26是分压器的一部分，该分压器包括在电阻26和光发射器9之间的另一电阻28。由分压器对电容器24和齐纳二极管27的并联结构供电。光接收器这方的构造与根据图3的实施例相同。
在图4中示出的实施例的情况下尤其要注意的是，在确定的电压下光发射器9总是导通的。该确定的电压由具有相应齐纳二极管7的齐纳二极管装置6决定。只要在整流器5之后的电压大于齐纳二极管装置6的相应的值，则光发射器9就是导通的。在整流器5后方存在没有滤波的经整流的电压，就是说，在50Hz的电网电压供电模式的情况下存在100Hz的信号。
然而电网电压供电模式具有过零点，在过零时在光发射器9中出现供电暂停。就是说，在该暂停中不能驱控光电耦合器。在高的输入电压的情况下这种暂停相对短，而输入电压或电网供电电压越小，则暂停越长。
光发射器9根据电网供电电压确定占空比。通过二极管25和电阻26对电容器24充电。二极管25在此阻止了，在上述过零的情况下电容器24每次都要重新放电。通过齐纳二极管27相对于电容器24的并联电路，电容器24上的电压确定为恒定的值，从而光电耦合器总是以相同的能量运行。
在第二实施例中就此另一优点是，在第一实施例的情况下流过齐纳二极管装置的相同的电流也流过光电耦合器。这在热变化时可以导致，光发射器和齐纳二极管装置的正向电压造成占空比的变化。在第二实施例中，仅光发射器的相应的基极电流流经齐纳二极管装置6，这几乎不会导致正向电压的变化。就是说，光接收器10现在以几乎恒定的电流持续运行。这导致供电电压探测装置在大的温度范围上的稳定运行。
因此根据本发明得到具有电流隔断的电路，该电路例如能够以简单而精确的方式确定电网电压值，并能够决定在电网电压供电模式和紧急电压供电模式之间进行切换。信号的相应的波形不会受到不同的负载情况的影响，参见对应于图1和图2的实施方案，并尤其不需要电解质电容器。
因为以非常精确的方式确定电网电压值，所以当然能够实现与预先规定的基准值的相应的精确的比较，以便在可必要时决定在电网电压供电模式和紧急电压供电模式之间进行切换。因此以更加可靠的方式满足了标准或类似规范的相应要求。
另外还要注意的是，可以对应于电压限值的相应预设而选择齐纳二极管装置。已经指出的是，由齐纳电压得到电压限值，并且该电压限值在与电网电压值比较时决定光电耦合器的接通持续时间和断开持续时间。
根据本发明的供电电压探测装置可以应用在紧急照明系统或类似系统中，就是说，用在所有的、例如在电网电压中断时必须由紧急电压供电系统继续运行的装置中。不仅可以根据本发明求取电网电压的相应的值，而且还可以可靠和精确地检测用于切换到紧急电压供电模式或切换回电网电压供电模式的相应的时刻。相应的供电电压探测装置可以视应用领域而定布置在不同的位置上。可以设想，为电网电压供电系统或也为中央蓄电池等配备有提供相应的紧急电压的装置。此外供电电压探测装置还可以多次地、例如尤其结合防爆灯具应用在建筑照明设备中。这通常也适用于防爆电气安装技术，其用于照明，也用于监控、控制、发信号、测量和控制技术以及在有爆炸危险的区域中的电能分配。当然还存在如下应用可能性，即：代替切换到紧急电压供电模式，在确定的电网电压值的情况下可以采取另外的措施，该另外的措施例如涉及防爆或类似情况。此外还存在如下可能性，即：至少在电压限值之上，在电网供电电压的不同值下引起不同的反应，这是因为根据本发明可以快速而精确地检测电网电压值。就是说，还可以将电网电压值与多个预先规定的基准值进行比较，以便视电网电压值的大小而定在相应的基准值下触发不同的反应。

Claims (5)

1.一种用于至少一个负载的供电电压检测装置(1)，用于监控电网电压供电系统(2)的经整流的电网电压并用于将检测到的电网电压值与预先规定的基准值进行比较，其中，当检测到的电网电压值小于基准值时，能通过控制电子系统(3)切换到紧急电压供电系统的紧急电压，其中，经整流的电网电压在超过电压限值时能被输送到光电耦合器(4)，在超过电压限值的持续时间内一直能由光电耦合器传输信号，其中，从这个信号的信号持续时间和周期中能确定与电网电压值有关的占空率，其特征在于，包括至少一个齐纳二极管(7)的齐纳二极管装置(6)串联连接在整流器(5)和光电耦合器(4)之间，其中，由齐纳电压决定电压限值，
其中，该供电电压检测装置具有与电网电压供电系统(2)相连接的整流器(5)，光电耦合器(4)由作为光发射器的至少一个LED(9)和作为光接收器的光电晶体管(10)形成，所述光电晶体管(10)在信号持续期间是导通的，所述光电晶体管(10)驱控电子开关元件(11)，该电子开关元件在信号持续期间是导通的并在脉冲输出端(12)上施加H电平，而在其它情况下施加L电平，L电平在电网电压值小于电压限值时得到，在这种情况下不能由光电耦合器(4)传输信号，控制电子系统(3)与脉冲输出端(12)连接，其中所述电压限值小于或等于基准值。
2.根据权利要求1所述的供电电压检测装置，其特征在于，为电子开关元件(11)配置第一分压器(13、14、15)。
3.根据权利要求1或2所述的供电电压检测装置，其特征在于，限流电阻(8)与齐纳二极管装置(6)串联连接。
4.根据权利要求1或2所述的供电电压检测装置，其特征在于，控制电子系统(3)包括滤波装置(16)。
5.一种利用根据权利要求1至4中任一项所述的供电电压检测装置对用于至少一个照明装置的电网电压供电系统(2)的电网电压进行探测的方法。
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