CN109839547A - 一种三相电源相序检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于检测电路技术领域，公开了一种三相电源相序检测电路，包括：与所述三相电源连接的中性点设置模块；与所述中性点设置模块连接的输入衰减模块；与所述输入衰减模块连接的差分采样模块；与所述差分采样模块连接的比较器模块；以及与所述比较器模块连接的相序识别模块；所述输入衰减模块包括两个衰减单元；两个所述衰减单元的第一输入端均连接所述三相电源的中性点，两个所述衰减单元的第二输入端分别连接所述三相电源的A相和B相，所述衰减单元的输出端连接所述差分采样模块。本发明可靠性高、抗干扰能力强、适用范围广、电路简洁、不需要软件设计，可灵活应用于各种产品中实现三相电源相序的检测。

Description

一种三相电源相序检测电路

技术领域

本发明属于检测电路技术领域，尤其涉及一种三相电源相序检测电路。

背景技术

目前三相电源的相序检测通用做法有两种，一种是利用软件算法来处理，另一种则是利用厂家自己开发的集成芯片。

现有技术中，利用软件算法来实现相序检测的方法，虽然将三相同步检测的模拟或脉冲信号接至单片机或DSP的输入接口，然后利用软件算法可以实现相序检测，但消耗了单片机或DSP的软硬件资源，不仅增加了数字控制器的负担，且需要软件处理，构建平台，价格高，不适宜推广，响应慢，可靠性差。

而现有的厂家自己开发的集成芯片，市面较少，价格昂贵，不可定制，适应范围窄，且现有的利用集成电路为核心的硬件电路大多利用光耦或稳压管设计，而使用稳压管功耗较大，寿命短，同时光耦采样模拟信号必须工作在线性区，且范围窄，参数设置比较繁琐，对采样电阻的精度要求很高。采样开关量时对原边电流有一定的要求，增加了损耗，不同的光耦其特性也不一致，经常需要调整电路参数。

因此，传统的技术方案中存在三相电源相序检测电路可靠性低、成本高且适应范围窄的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三相电源相序检测电路，解决传统的技术方案中存在的三相电源相序检测电路可靠性低、成本高且适应范围窄的问题。

一种三相电源相序检测电路，包括：与所述三相电源连接，用于设置A相输出端、B相输出端和中性点的中性点设置模块；与所述中性点设置模块连接，用于对输入的交流电进行衰减处理的输入衰减模块；与所述输入衰减模块连接，用于对衰减处理后的所述交流电进行差分采样后输出一对正弦信号的差分采样模块；与所述差分采样模块连接，用于将一对所述正弦信号分别转换为一对方波信号后输出的比较器模块；以及与所述比较器模块连接，用于根据一对所述方波信号对所述三相电源的相序进行识别的相序识别模块；所述输入衰减模块包括两个衰减单元；两个所述衰减单元的第一输入端均连接所述三相电源的中性点，两个所述衰减单元的第二输入端分别连接所述三相电源的A相和B相，所述衰减单元的输出端连接所述差分采样模块。

本发明通过中性点设置模块人为引进中性点，再运用输入衰减模块对输入的交流电进行衰减降压限流，然后利用差分采样模块对衰减处理后的交流电进行差分采样，去除共模干扰，这样后级电路只需要采集两路信号，再经过比较器模块处理后输出方波信号，比较器模块包括滞环处理电路，比较器模块输出稳定的两相电源信号，最后通过可靠的相序识别模块甄别出三相电源的相序，本发明可靠性高、抗干扰能力强、适用范围广、电路简洁、不需要软件设计，可灵活应用于各种产品中实现三相电源相序的检测。

附图说明

图1为本发明一种三相电源相序检测电路的电路模块示意图。

图2为图1所示一种三相电源相序检测电路的中性点设置模块的示例电路原理图。

图3为图1所示一种三相电源相序检测电路的输入衰减模块、差分采样模块和比较器模块的示例电路原理图。

图4为图1所示一种三相电源相序检测电路的相序识别模块的示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明的较佳实施例中一种三相电源相序检测电路，包括：中性点设置模块11、输入衰减模块12、和差分采样模块13、比较器模块14和相序识别模块15。中性点设置模块11与三相电源连接，用于设置A相输出端A1、B相输出端B1和中性点O；输入衰减模块12与中性点设置模块11连接，用于对输入的交流电进行衰减处理；差分采样模块13与输入衰减模块12连接，用于对衰减处理后的交流电进行差分采样后输出一对正弦信号；比较器模块14与差分采样模块13连接，用于将一对正弦信号分别转换为一对方波信号后输出；相序识别模块15与比较器模块14连接，用于根据一对所述方波信号对三相电源的相序进行识别并显示。

其中，输入衰减模块12包括两个衰减单元120，两个衰减单元120的第一输入端均连接三相电源的中性点O，两个衰减单元120的第二输入端分别连接三相电源的A相输出端和B相输出端，衰减单元120的输出端连接差分采样模块13。

本发明通过中性点设置模块11人为引进中性点，再运用输入衰减模块12对输入的交流电进行衰减限流，然后利用差分采样模块13对衰减处理后的交流电进行差分采样，去除共模干扰，这样后级电路只需要采集两路信号，再经过比较器模块14处理后输出方波信号，比较器模块14包括滞环处理电路，电压偏置电路，比较器模块14输出稳定的两相电源信号，最后通过可靠的相序识别模块15甄别出三相电源的相序。

请参阅图2，中性点设置模块11包括第一电阻R1、第二电阻模块112、第三电阻R3、第四电阻模块114、及第六电阻模块116。

第一电阻R1连接在三相电源的A相输入端A和A相输出端A1之间，第二电阻模块112串联在三相电源的A相输出端A1和中性点O之间；第三电阻R3连接在三相电源的B相输入端B和B相输出端B1之间，第四电阻模块114连接在三相电源的B相输出端B1和所述中性点O之间；第五电阻R5和第六电阻模块串联在三相电源的C相和中性点O之间。

在本发明实施例中，第二电阻模块112、第四电阻模块114和第六电阻模块116可由多个电阻串并联构成，第二电阻模块112、第四电阻模块114和第六电阻模块116中的电阻数量相同，大小相等，第一电阻R1、第三电阻R3和第五电阻R5的电阻的大小与第二电阻模块112、第四电阻模块114和第六电阻模块116中的电阻的大小相同，电阻的数量和阻值的大小可以根据需要而选择。

具体地，电阻的数量和阻值大小的选择是根据输入的三相电源的电压大小来决定的，本发明的三相电源相序检测电路可以适用于不同的输入电压，输入电压可以为220V，380V和440V等等。举例来说，当输入的三相电源的线电压大小为380V时，设置第二电阻模块112、第四电阻模块114和第六电阻模块116分别包括3个阻值相同的电阻，电阻的阻值均为100KΩ，第一电阻R1、第三电阻R3和第五电阻R5的阻值也均为100KΩ，两个衰减单元的第二输入端分别通过第一电阻R1和第三电阻R3连接三相电源的A相或B相，这样的设置是为了进一步降低高压，设置合理的参数方便后级采样，当输入电压等级变化时，需要设置不同的电阻参数来满足需求。

请参阅图3，衰减单元120包括第七电阻模块1201和第八电阻模块1202。

第七电阻模块1201的输入端接三相电源的中性点O，第七电阻模块1201的输出端接差分采样模块13；第八电阻模块1202的输入端接A相输出端A1或B相输出端B1，第八电阻模块1202的输出端连接差分采样模块13。

在本发明实施例中，衰减单元120中的各个电阻的阻值相等，电阻参数的设置和电阻的数量根据实际情况选择，举例来说，当输入为380V线电压的三相电源时，第七电阻模块1201和第八电阻模块1202分别包括5个阻值相同的电阻，衰减单元120中的各个电阻的阻值相同，为330KΩ。

差分采样模块13包括两个分别与两个衰减单元120的输出端连接的差分单元130。

差分单元130包括第一运放器U1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11，其中，第一运放器U1为差分放大器。

第一运放器U1的反相输入端接经过衰减处理的中性点信号，所述第一运放器U1的同相输入端接经过衰减处理的A相信号或B相信号，第一电容C1和第九电阻R9并联在第一运放器U1的同相输入端和地之间，第二电容C2和第十电阻R10并联在第一运放器U1的反相输入端和第一运放器U1的输出端之间，第一电容C1和第二电容C2用于滤除高频干扰，第九电阻和第十电阻的阻值大小决定差分单元130的衰减比例，对于第九电阻和第十电阻的数量不做限定，即根据实际需要来选择与第一电容C1和第二电容C2并联的电阻的数量；第十一电阻R11的第一端连接所述第一运放器U1的输出端，第三电容C3串联在第十一电阻R11的第二端和地之间，第十一电阻R11的第二端作为差分单元130的输出端输出正弦信号，第三电容C3和第十一电阻R11构成低通滤波电路，差分单元130输出为峰值电压不超过5V的正弦信号。

进一步地，第一运放器U1使用正负15V电源供电；差分单元130还包括四个钳位二极管，设置在第一运放器U1的电源端，用于限压，起保护作用。

比较器模块14包括基准提供单元141和两个分别与两个差分单元130连接的比较单元140，两个比较单元140还分别与基准提供单元141连接，基准提供单元141用于产生基准电压并输出。

基准提供单元141包括第二运放器U2、第四电容、第十二电阻R12和第十三电阻R13；

第十二电阻R12的第一端连接工作电源+5V，第十二电阻R12的第二端连接第二运放器U2的同相输入端，第十三电阻R13和第四电容C4并联在第二运放器U2的同相输入端和地之间，第二运放器U2的反相输入端与第二运放器U2的输出端连接，第二运放器U2的输出端输出基准电压。

比较单元140包括比较器U3、第五电容C5、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19和第二十电阻R20。

第十四电阻R14的第一端连接工作电源+5V，第十五电阻R15的第一端接正弦信号，第十五电阻R15的第二端连接第十四电阻R14的第二端和第十六电阻R16的第一端，第十六电阻R16的第二端连接比较器U3的同相输入端，第十四电阻R14、第十五电阻R15和第十六电阻R16用于提供偏置电压，第十七电阻R17并联在比较器U3的同相输入端和比较器U3的输出端之间，第十七电阻R17和比较器U3构成滞环处理电路，用于进行滞环处理，抗干扰强，第十八电阻R18的第一端接比较器U3的反相输入端，第十八电阻R18的第二端接基准电压，第十九电阻R19的第一端连接工作电源+5V，第十九电阻R19的第二端连接比较器U3的输出端，第十九电阻R19为上拉电阻，第二十电阻R20的第一端连接比较器U3的输出端，第二十电阻R20的第二端作为比较单元140的输出端输出方波信号，第二十电阻R20为限流电阻，第五电容C5串联在比较单元140的输出端和地之间。

相序识别模块15包括触发指示单元151和隔离控制单元152，触发指示单元151的输入端连接比较器模块14的输出端，隔离控制单元152的输入端连接触发指示单元151的输出端。

触发指示单元包括D触发器U4、发光二极管D1、第二十一电阻R21和第二十二电阻R22。

D触发器U4的时钟引脚CLK脚接其中一个方波信号，D触发器U4的输入引脚D脚接另一个方波信号，D触发器U4的第一输出脚Q脚连接第二十二电阻R22的第一端，第二十二电阻R22的第二端作为触发指示单元151的输出端，D触发器U4的第二输出脚Q非脚连接发光二极管D1的阴极，发光二极管D1的阳极通过第二十一电阻R21连接所述工作电源+5V，D触发器U4的复位脚CLR脚和置位脚PR脚连接工作电源+5V。

在本发明实施例中，D触发器U4为上升沿D触发器，当输入的三相电源为正序时，D触发器U4的输出引脚Q引脚输出高电平，此时，发光二极管D1发光，用于指示输入的三相电源为正序，当输入的三相电源为反序时，发光二极管D1不发光。

隔离控制单元152包括光电耦合器U5、第六电容C6、第七电容C7、第二十三电阻R23和第二十四电阻R24，光电耦合器U5包括发光器和受光器。

第二十三电阻R23和第六电容C6并联在工作电源+5V和触发指示单元151的输出端之间，发光器的阳极连接工作电源，发光器的阴极连接触发指示单元151的输出端Q，第二十四电阻R24串联在负载电源正24V和受光器的输入端之间，第七电容C7串联在受光器的输入端和受光器的输出端之间，受光器的输出端接地，受光器的输入端作为隔离控制单元152的输出端P。

在本发明实施例中，当输入的三相电源为正序时，隔离控制单元152的输出端P输出高电平，当输入的三相电源为反序时，隔离控制单元152的输出端P输出低电平，该电路还可以外加指示装置或蜂鸣器，隔离控制单元152的输出端P可以连接执行机构，实现各种控制。

本发明通过中性点设置模块11人为引进中性点，再运用输入衰减模块12对输入的交流电进行衰减降压限流，然后利用差分采样模块13对衰减处理后的交流电进行差分采样，去除共模干扰，这样后级电路只需要采集两路信号，再经过比较器模块14处理后输出方波信号，比较器模块14包括滞环处理电路，比较器模块14输出稳定的两相电源信号，最后通过可靠的相序识别模块15甄别出三相电源的相序，当输入的三相电源为正序时，指示灯亮，当输入的三相电源为反序时，指示灯不发光。本发明的相序检测电路可用于电力电子中低压电器及工控传动领域，如控制电机的变频器，空压机等不允许反转的特定场合。本发明可靠性高、抗干扰能力强、适用范围广、电路简洁、不需要软件设计，可灵活应用于各种产品中以实现三相电源相序的检测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三相电源相序检测电路，其特征在于，包括：

与所述三相电源连接，用于设置A相输出端、B相输出端和中性点的中性点设置模块；

与所述中性点设置模块连接，用于对输入的交流电进行衰减处理的输入衰减模块；

与所述输入衰减模块连接，用于对衰减处理后的所述交流电进行差分采样后输出一对正弦信号的差分采样模块；

与所述差分采样模块连接，用于将一对所述正弦信号分别转换为一对方波信号后输出的比较器模块；以及

与所述比较器模块连接，用于根据一对所述方波信号对所述三相电源的相序进行识别的相序识别模块；

所述输入衰减模块包括两个衰减单元；

两个所述衰减单元的第一输入端均连接所述三相电源的中性点，两个所述衰减单元的第二输入端分别连接所述三相电源的A相输出端和B相输出端，所述衰减单元的输出端连接所述差分采样模块。

2.如权利要求1所述的三相电源相序检测电路，其特征在于，所述中性点设置模块包括：

第一电阻、第二电阻模块、第三电阻、第四电阻模块、第五电阻和第六电阻模块；

所述第一电阻连接在所述三相电源的A相输入端和A相输出端之间，所述第二电阻模块连接在所述三相电源的A相输出端和所述中性点之间；所述第三电阻连接在所述三相电源的B相输入端和B相输出端之间，所述第四电阻模块连接在所述三相电源的B相输出端和所述中性点之间；所述第五电阻和所述第六电阻模块串联在所述三相电源的C相和所述中性点之间。

3.如权利要求1或2所述的三相电源相序检测电路，其特征在于，所述衰减单元包括：第七电阻模块和第八电阻模块；

所述第七电阻模块的输入端接所述三相电源的中性点，所述第七电阻模块的输出端接所述差分采样模块；所述第八电阻模块的输入端接A相输出端或B相输出端，所述第八电阻模块的输出端接所述差分采样模块。

4.如权利要求1所述的三相电源相序检测电路，其特征在于，所述差分采样模块包括：

两个分别与两个所述衰减单元的输出端连接的差分单元。

5.如权利要求4所述的三相电源相序检测电路，其特征在于，所述差分单元包括：

第一运放器、第一电容、第二电容、第三电容、第九电阻、第十电阻和第十一电阻；

所述第一运放器的反相输入端接经过衰减处理的中性点信号，所述第一运放器的同相输入端接经过衰减处理的A相信号或B相信号，所述第一电容和所述第九电阻并联在所述第一运放器的同相输入端和地之间，所述第二电容和所述第十电阻并联在所述第一运放器的反相输入端和所述第一运放器的输出端之间；所述第十一电阻的第一端连接所述第一运放器的输出端，所述第三电容串联在所述第十一电阻的第二端和地之间，所述第十一电阻的第二端作为所述差分单元的输出端输出所述正弦信号。

6.如权利要求1、4或5所述的三相电源相序检测电路，其特征在于，所述比较器模块包括：

用于产生基准电压并输出的基准提供单元；及

两个分别与两个所述差分单元连接的比较单元，两个所述比较单元还分别与所述基准提供单元连接。

7.如权利要求6所述的三相电源相序检测电路，其特征在于，所述基准提供单元包括：

第二运放器、第四电容、第十二电阻和第十三电阻；

所述第十二电阻的第一端连接工作电源，所述第十二电阻的第二端连接所述第二运放器的同相输入端，所述第十三电阻和所述第四电容并联在所述第二运放器的同相输入端和地之间，所述第二运放器的反相输入端与所述第二运放器的输出端连接，所述第二运放器的输出端输出所述基准电压。

8.如权利要求6所述的三相电源相序检测电路，其特征在于，所述比较单元包括：

一比较器、第五电容、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻和第二十电阻；

所述第十四电阻的第一端连接所述工作电源，所述第十五电阻的第一端接所述正弦信号，所述第十五电阻的第二端连接所述第十四电阻的第二端和所述第十六电阻的第一端，所述第十六电阻的第二端连接所述比较器的同相输入端，所述第十七电阻并联在所述比较器的同相输入端和所述比较器的输出端之间，所述第十八电阻的第一端接所述比较器的反相输入端，所述第十八电阻的第二端接所述基准电压，所述第十九电阻的第一端连接所述工作电源，所述第十九电阻的第二端连接所述比较器的输出端，所述第二十电阻的第一端连接所述比较器的输出端，所述第二十电阻的第二端作为所述比较单元的输出端输出所述方波信号，所述第五电容串联在所述比较单元的输出端和地之间。

9.如权利要求1所述的三相电源相序检测电路，其特征在于，所述相序识别模块包括触发指示单元，所述触发指示单元包括：

一D触发器、一发光二极管、第二十一电阻和第二十二电阻；

所述D触发器的时钟引脚CLK脚接其中一个所述方波信号，所述D触发器的输入引脚D脚接另一个所述方波信号，所述D触发器的第一输出脚Q脚连接所述第二十二电阻的第一端，所述第二十二电阻的第二端作为所述触发指示单元的输出端，所述D触发器的第二输出脚Q非脚连接所述发光二极管的阴极，所述发光二极管的阳极通过所述第二十一电阻连接所述工作电源，所述D触发器的复位脚CLR脚和置位脚PR脚连接所述工作电源。

10.如权利要求9所述的三相电源相序检测电路，其特征在于，所述相序识别模块还包括与所述触发指示单元连接的隔离控制单元；

所述隔离控制单元包括：

一光电耦合器、第六电容、第七电容、第二十三电阻和第二十四电阻，所述光电耦合器包括发光器和受光器；

所述第二十三电阻和所述第六电容并联在所述工作电源和所述触发指示单元的输出端Q之间，所述发光器的阳极连接所述工作电源，所述发光器的阴极连接所述触发指示单元的输出端，所述第二十四电阻串联在负载电源和所述受光器的输入端之间，所述第七电容串联在所述受光器的输入端和所述受光器的输出端之间，所述受光器的输出端接地，所述受光器的输入端作为所述隔离控制单元的输出端。