CN111095001A - 用于监控交变电压形式信号的电路装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监控交变电压形式信号(I_k)的电路装置，具有：比较器(8)，待监控的信号(I_k)能被输送至比较器以便与定义的幅度阈值(A)比较，从而能产生第一输出信号(S1)；过零探测器(10)，参考信号能被输送至过零探测器，从而能产生第二输出信号(S2)；连接在下游的用于产生第一和第二时钟信号(S3a、S3b)的第一和第二时间元件(12a、12b)，第二时钟信号(S3b)不同于第一时钟信号(S3a)；及边缘控制的第一和第二触发器(14a、14b)。比较器(8)的输出端相应地与第一触发器(14a)或第二触发器(14b)的状态控制的输入端(D)连接。第一时间元件(12a)的输出端和第二时间元件(12b)的输出端分别与触发器(14a、14b)的边缘控制的输入端连接，这样使得在触发器(14a、14b)的输出端上产生第一和第二状态信号(S4a、S4b)。

Description

用于监控交变电压形式信号的电路装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于监控交变电压形式(AC)信号的电路装置和方法以及一种相应的软件产品，所述交变电压形式信号尤其是电子控制器、例如可编程逻辑控制器(SPS)或可编程逻辑继电器的AC输入信号或者是类似设备的AC输入信号或输入电压。

背景技术

小型可编程控制器、例如SPS或可编程逻辑继电器通常提供被供以交变电压(大多为85至264VAC的范围)的并且具有相应的AC输入端的变型方案。为了识别用于这种控制器的AC输入信号，特定界限值或阈值的区分或识别是绝对必要的。准确且快速地检测该定义的阈值对于不同应用来说是特别有利的。

一种传统的方法，为了将AC输入信号作为逻辑信号提供给处理微控制器使用，将交变电压整流并且平整(滤波)，以便产生准DC信号。然后，从该准DC信号中通过相应的减小(Herunterteilen)和比较来产生逻辑信号。然而，该准DC信号仍然具有特定的波纹(残余波纹)。该提及的波纹是DC信号质量(越平整则所述比较越好且越没有问题)与快速性之间的妥协。因为滤波得越好，例如以越大的电容器进行滤波，则当在输入端切断信号时该电容器放电得越慢。较复杂的电路能够优化该结果。

由EP 0935758B1已知一种电路装置和一种方法，其消除了所述传统解决方案的缺点，其方式不是对AC输入信号进行滤波，而是仅转换成相应的脉冲。在此，从设备的供应电压产生过零电压并且在延时四分之一周期持续时间(90°或π/2相角)之后，亦即在供应电压的峰值(Scheitelpunkt)处对数字输入端进行读取。所呈现的方法以从同一相(L1或L2或L3)中引出输入信号、如设备的供应电压为前提。因此，借助该方法仅能够实现监控一个相。

然而，由实践可知，需要监控如下AC输入信号，所述AC输入信号不仅来源于一个相、尤其是同一相，如供应电压，而且也来源于供电网的多个相、优选所有三个相。

发明内容

因此，本发明的任务是，揭示一种开头提及类型的电路装置和方法，其能够实现监控来自多个相的AC输入信号并且仍然具有高的处理速度以及能简单实施。

该任务在第一方面通过一种按照专利权利要求1的用于监控交变电压形式信号的电路装置来解决。

所述电路装置具有一个或多个比较器，待监控的交变电压形式信号或由此获得的信号能相应地在第一比较输入端被输送至所述一个或多个比较器，以便与存在于第二比较输入端上的定义的幅度阈值进行比较，从而在输出端能产生第一输出信号。所述待监控的交变电压形式信号要么可以直接被馈入到所述一个或多个比较器中，要么可以被事前预处理，从而由此获得的信号能被输送至所述一个或多个比较器。相应的预处理可以包括通过整流器的整流(例如用于半波整流)或通过降压变换器的降压变换。所述待监控的交变电压形式信号例如可以是三相供电网的一个相的电压信号。

所述电路装置还具有过零探测器，参考信号或由此获得的信号能在监控输入端被输送至所述过零探测器，从而在过零探测器的输出端能产生第二输出信号。参考信号例如可以是其中应用了在此阐述的电路装置的电子设备(例如SPS、逻辑继电器或类似设备)的供应电压。参考信号要么可以直接被馈入到所述过零探测器中，要么可以被事前预处理，从而由此获得的信号能被输送至所述过零探测器。与以上提及的措施类型地，相应的预处理可以包括通过整流器的整流(有利地为半波整流)。可选地，所述预处理附加地也可以包括通过电阻的限流或通过降压变换器的降压变换。

所述电路装置还具有连接在所述过零探测器下游的用于根据所述第二输出信号产生第一时钟信号的第一时间元件，和连接在所述过零探测器下游的用于根据所述第二输出信号或根据所述第一时钟信号产生第二时钟信号的第二时间元件。第二时钟信号不同于第一时钟信号。

所述电路装置还具有边缘控制的第一触发器和边缘控制的第二触发器。所述一个或多个比较器的输出端分别与所述第一触发器或所述第二触发器的状态控制的输入端连接。所述第一时间元件的输出端与所述第一触发器的边缘控制的输入端连接。所述第二时间元件的输出端与所述第二触发器的边缘控制的输入端连接。以该方式，在所述第一触发器的输出端能产生第一状态信号以及在所述第二触发器的输出端能产生第二状态信号。

因此，所述交变电压形式信号相对于所述定义的幅度阈值被监控。所述定义的幅度阈值可以被预先确定并且是恒定的。

因此，所阐述类型的电路装置能够以简单的方式实现对不同AC输入信号的监控，所述不同AC输入信号是彼此异相的，即可以源自一个供电网的不同相。所述电路装置被设计用于相对于所述幅度阈值监控不同AC输入信号。例如可以监控与参考信号同频率且同相位的第一AC输入信号，以及监控关于第一AC输入信号或参考信号异相的第二AC输入信号。

因此，所述交变电压形式信号可以实现为AC输入信号。

通过设置产生不同时钟信号的两个时间元件和由不同时钟信号控制的两个触发器，能够相对于所述定义的幅度阈值监控至少两个时间上错位的AC输入信号的幅度值。因此能简单地实施所述电路装置并且允许高的处理速度。

在所述电路装置的各种不同实施方式中，所述第一时间元件设置用于通过所述第二输出信号触发以产生所述第一时钟信号。因此，所述第二输出信号释放所述第一时钟信号。

在所述电路装置的各种不同实施方式中，所述第二时间元件连接在所述第一时间元件下游并且设置用于通过所述第一时钟信号触发以产生所述第二时钟信号。因此，所述第一时钟信号释放所述第二时钟信号。

这些实施方案的一种组合也规定，所述第二输出信号释放所述第一时钟信号，而所述第一时钟信号又释放所述第二时钟信号。以该方式，根据所述第二输出信号释放所述第一时钟信号和所述第二时钟信号，所述第二输出信号自身从所述参考信号产生。因此，所述参考信号用作产生所述第一时钟信号和所述第二时钟信号的参考。

在各种不同实施方式中，所述电路装置此外具有连接在所述过零探测器下游的第三时间元件，用于根据所述第二输出信号或根据所述第一时钟信号或根据所述第二时钟信号产生第三时钟信号。所述第三时钟信号不同于所述第一时钟信号和所述第二时钟信号。在这些实施方式中，所述电路装置此外具有边缘控制的第三触发器。所述一个或多个比较器的输出端与所述第三触发器的状态控制的输入端连接。所述第三时间元件的输出端与所述第三触发器的边缘控制的输入端这样连接，使得在所述第三触发器的输出端能产生第三状态信号。在这些实施方式中，通过设置分别产生不同时钟信号的三个时间元件和由所述不同时钟信号控制的三个触发器，能够相对于所述定义的幅度阈值监控三个时间上错位的AC输入信号的幅度值。因此，所述电路装置在该情况下允许监控一个三相供电网的全部相的AC输入信号。

所述第三时间元件有利地连接在所述第二时间元件下游并且设置用于通过所述第二时钟信号触发以产生所述第三时钟信号。因此，所述第二时钟信号释放所述第三时钟信号。这些实施方案与上述实施方案的一种组合规定，所述第二输出信号释放所述第一时钟信号，所述第一时钟信号又释放所述第二时钟信号，而所述第二时钟信号又释放所述第三时钟信号。以该方式，根据所述第二输出信号释放所述第一时钟信号、所述第二时钟信号和所述第三时钟信号，所述第二输出信号自身从所述参考信号获得。因此，所述参考信号用作用于产生所述第一时钟信号、所述第二时钟信号和所述第三时钟信号的参考。

在所述电路装置的各种不同实施方式中，所述触发器和/或所述时间元件通过软件在微控制器内实现。以该方式能够特别简单地在软件中实施所述电路装置或所述电路装置的部件。

在各种不同的实施方式中，所述电路装置进一步具有用于至少从所述第一状态信号和所述第二状态信号中产生总状态信号的或门。所述总状态信号可以被考虑用作用于进一步控制其中使用所述电路装置的电子设备的(数字的)输入信号。在具有第三时间元件和第三触发器用于产生以上所阐述类型的第三状态信号的实施方式中，所述或门可以设置用于从所述第一状态信号、所述第二状态信号和所述第三状态信号中产生总状态信号。

上述任务在第二方面通过按照专利权利要求5的用于监控交变电压形式信号的方法来解决。

所述方法包括下列方法步骤：

a)检测待监控的交变电压形式信号，

b)检查所检测的交变电压形式信号或由此获得的信号的幅度值是大于还是小于定义的幅度阈值，并且据此产生第一输出信号，

c)监控交变电压形式参考信号或由此获得的信号的过零并且据此产生第二输出信号，

d1)根据所述第二输出信号产生第一时钟信号，以及

d2)根据所述第二输出信号或根据所述第一时钟信号产生第二时钟信号，其中，所述第一时钟信号至少通过定义的状态变换的时刻而不同于所述第二时钟信号，以及

f)通过分析在所述第一时钟信号的状态变换的时刻或在所述第二时钟信号的状态变换的时刻的第一输出信号，产生第一状态信号或第二状态信号。

因此，这样的方法能够实现以简单的方式相对于所述定义的幅度阈值监控不同AC输入信号的幅度值，所述不同AC输入信号是彼此异相的，即可以来源于一个供电网的不同相。例如可以监控与参考信号同频率且同相位的第一AC输入信号，以及监控关于第一AC输入信号或参考信号异相的第二AC输入信号。通过分析在第一和第二时钟信号的定义的状态变换的不同时刻的第一输出信号，针对彼此异相的不同AC输入信号可以判断幅度值是大于还是小于所述定义的幅度阈值。所检测的交变电压形式信号或交变电压形式参考信号的可能预处理可以应用结合以上阐述的电路装置所呈现的措施和手段来实现。

在一种进一步扩展方案中，所述方法包括：

-根据所述第二输出信号或根据所述第二时钟信号产生第三时钟信号。在此，所述第三时钟信号至少通过定义的状态变换的时刻而不同于所述第一时钟信号和所述第二时钟信号。

-通过分析在所述第三时钟信号的状态变换的时刻的第一输出信号，产生第三状态信号。

在所述方法的各种不同实施方案中，所述第一时钟信号通过第一时间元件产生，该第一时间元件通过所述第二输出信号触发以产生所述第一时钟信号，而所述第二时钟信号通过第二时间元件产生，该第二时间元件通过所述第一时钟信号触发以产生所述第二时钟信号。以该方式，根据所述第二输出信号释放所述第一时钟信号和所述第二时钟信号，所述第二输出信号自身从所述参考信号中获得。因此，所述参考信号用作用于产生所述第一时钟信号和所述第二时钟信号的参考。

在所述方法的各种不同实施方案中，所述第一时间元件和所述第二时间元件软件控制地或软件实施地在微控制器内实现。在这些实施方案中可以执行下列方法步骤：

-通过所述第二输出信号在所述微控制器中产生第一中断，

-在出现所述第一中断时，启动所述微控制器的第一计时器，以实现所述第一时间元件，

-在所述第一计时器运行结束时，在所述微控制器中产生第二中断，

-在出现所述第二中断时，启动所述第一计时器或所述微控制器的第二计时器，以实现所述第二时间元件，

-读取并存储所述第一输出信号在出现所述第二中断时存在的值作为第一状态信号，

-在所述第一或第二计时器运行结束时，在所述微控制器中产生第三中断，

-读取并存储所述第一输出信号在出现所述第三中断时存在的值作为第二状态信号。这些措施能够实现特别简单且快速地将所检测的AC输入信号处理成用于电子设备内进一步(逻辑)处理的相应状态信号，在所述电子设备中实施所述方法。

在一种进一步扩展方案中，所述方法包括：在出现所述第三中断时，启动所述第一或第二计时器或所述微控制器的第三计时器，并且在所启动的计时器运行结束时在所述微控制器中产生第四中断。

在一种进一步扩展方案中，读取所述第一输出信号在出现所述第四中断时存在的值并将该值作为第三状态信号存储。

在一种实施方式中，在出现所述第二中断时第二次启动所述第一计时器。所述第三中断在所述微控制器中在所述第一计时器运行结束时产生。在第一次启动和第二次启动所述第一计时器时，优选设定不同的延时。因此有利地，所述微控制器使用同一计时器，该同一计时器每次以相应的延时值被编程。在一种进一步扩展方案中，为了在出现所述第三中断时实现所述第三时间元件，可以第三次启动所述第一计时器，其中，然后在所述第一计时器运行结束时产生第四中断。在第二次启动和第三次启动所述第一计时器时，优选设定相同的延时。因此链式地产生所述中断。

在一种备选的实施方式中，所述微控制器具有第一计时器和第二计时器。在出现所述第二中断时，启动所述第二计时器。所述第三中断在所述微控制器中在所述第二计时器运行结束时产生。所述第一和第二计时器具有不同的延时。在一种进一步扩展方案中，为了在出现所述第三中断时实现所述第三时间元件，第二次启动所述第一计时器或第二次启动所述第二计时器或第一次启动所述微控制器的第三计时器。在相应的计时器运行结束时产生所述第四中断。

在一种备选的实施方式中，所述微控制器具有第一和第二计时器。

执行下列方法步骤：

-通过所述第二输出信号在所述微控制器中产生第一中断，

-在出现所述第一中断时启动所述第一和第二计时器，

-在所述第一计时器运行结束时，在所述微控制器中产生第二中断，

-读取并存储所述第一输出信号在出现所述第二中断时存在的值作为第一状态信号，

-在所述第二计时器运行结束时，在所述微控制器中产生第三中断，

-读取并存储所述第一输出信号在出现所述第三中断时存在的值作为第二状态信号。

在此，所述第二计时器的延时大于所述第一计时器的延时。在一种进一步扩展方案中，所述微控制器可以包括第三计时器，该第三计时器在出现所述第一中断时启动，其中，在所述第三计时器运行结束时产生所述第四中断。因此单独实现所述三个计时器。所述三个计时器同时启动、并行工作并且相继结束。

在所述方法的不同实施方案中，所述第一时钟信号的状态变换的时刻与定义的第一交变电压形式信号的峰值的时刻相关联，其中，所述第二时钟信号的状态变换的时刻与定义的第二交变电压形式信号的峰值的时刻相关联，所述第二交变电压形式信号相对于所述第一交变电压形式信号是异相的。以该方式能够在AC输入信号的各自峰值中实现检测不同的彼此异相的AC输入信号的幅度值。这意味着，确保非常准确地检测幅度值并且确保判断相应的幅度值是大于还是小于所述定义的幅度阈值。

例如，所述交变电压形式参考信号和所述定义的第一交变电压形式信号是彼此同频率并且同相位的，其中，所述第一时钟信号的状态变换时刻位于所述参考信号的过零之后的四分之一周期持续时间处，而所述第二时钟信号的状态变换时刻位于所述第一时钟信号的状态变换时刻之后的三分之一周期持续时间处。以该方式能够区分两个相的AC输入信号，所述两个相的AC输入信号的相位相差其周期持续时间的三分之一。

在所述方法的各种不同实施方案中，执行进一步的下列方法步骤：

d3)根据所述第二输出信号或根据所述第一时钟信号或根据所述第二时钟信号产生第三时钟信号，

其中，所述第三时钟信号至少通过定义的状态变换的时刻而不同于所述第一时钟信号和所述第二时钟信号，其中，在上述步骤f)中，通过分析在所述第三时钟信号的状态变换的时刻的所述第一信号，产生第三状态信号。在所述方法的这些实施方案中，可以相对于所述定义的幅度阈值监控三个时间上错位的AC输入信号的幅度值。因此，所述方法在该情况下允许监控一个三相供电网的全部相的AC输入信号。

所述第三时钟信号有利地通过第三时间元件产生，该第三时间元件通过所述第二时钟信号触发以产生所述第三时钟信号。所述第三时钟信号的状态变换的时刻可以与第三交变电压形式信号的峰值的时刻相关联，所述第三交变电压形式信号与所述第一交变电压形式信号和所述第二交变电压形式信号是异相的。

例如，在所述交变电压形式参考信号与所述第一交变电压形式信号是同频率且同相位的情况下，所述第三时钟信号的状态变换的时刻位于所述第二时钟信号的状态变换的时刻之后的三分之一周期持续时间处。

所述方法可以部分地或全部地在软件中实施，所述软件设置在微控制器中运行并且在其运行时执行相应的方法。所述微控制器实时检测所述第一和所述第二输出信号。所述软件实时运行。

在一种实施方式中，所述电路装置和所述方法设计用于相对于所述定义的幅度阈值监控交变电压形式信号，其中，所述交变电压形式信号和所述参考信号可以从不同的相中截取和/或引出，或者可以从同一相中截取和/或引出。

在一种实施方式中，所述电路装置和所述方法设计用于相对于所述定义的幅度阈值监控多个交变电压形式信号，其中，所述多个交变电压形式信号从不同的相中截取和/或引出。

以上所阐述的电路装置的全部方面、措施和特征可以在以上所阐述的方法的方面、措施和特征中得以体现，反之亦然。

有利地，以上所阐述的类型的电路装置或方法应用于电子设备中，尤其是应用于可编程的逻辑控制器、逻辑继电器或类似设备中。

其他有利方面在所属的从属权利要求中公开。

附图说明

下面借助多个附图更详细地描述本发明。

其中：

图1A和1B示出一种电路装置的实施方式，

图2示出一个AC供电的三相，

图3示出对从第一相引出的输入信号的处理，

图4示出对从第二相引出的输入信号的处理，

图5示出对从第三相引出的输入信号的处理，以及

图6示出对输入信号的软件控制的处理的示意流程图。

具体实施方式

在图1A中，原则上示出一种电路装置，该电路装置能够实现对源自供电网的任一相的AC输入信号进行处理。通过过零探测器10从设备的供应电压中产生第二输出信号或过零信号S2。从哪一相实现基本上没有影响。三个相在图1A中称为La、Lb和Lc。其中，这可以是任意顺序L1、L2、L3或L2、L3、L1或L3、L1、L2。N是中性线。过零探测器10在图1A中构造为比较器的形式，该比较器将供应电压与接地电势GND(零位参考)或大致接地电势进行比较。以该方式能够探测供应电压的过零。例如，按照图1A的过零探测器10与La相连接。在La相上的供应电压首先被整流，然后其被馈入到零位探测器10中。这在图1A中示意性地以二极管3的形式阐示。在二极管3与零位探测器10之间可以布置有电阻5。二极管3例如实施半波整流，从而能够从由此获得的信号中通过过零探测器10产生过零信号S2。过零探测器10实施为比较器。

对AC输入信号的处理基于三相供电的结构，如图2所示。在图2中，电压U作为时间t的函数示出。涉及三个正弦形式电压，其相位分别错开三分之一周期持续时间T或120°或者说2π/3：

L1：u₁(t)＝U_1max·sin(ωt)

可选地，幅度U_1max、U_2max、U_3max具有相同的值。AC输入信号应该基本上在峰值处、例如在正峰值处测得，以便正确地求取其幅度。从L1出发，如图2所示，L1在T/4或者说90°或π/2之后达到该峰值。L2的正峰值紧接着在三分之一周期T/3或者说120°或2π/3之后。在进一步的三分之一周期T/3或者说120°或2π/3之后，紧接着的是L3的正峰值。

回到图1A，AC输入信号——代表性地示出AC输入信号I_k——(通过整流器)被整流、(通过降压变换器6，在此以简单的具有两个电阻R1、R2的分压器的形式)被减小以及与预定义的幅度阈值A(通过比较器8)进行比较并且因此被“数字化”为第一输出信号S1。AC输入信号I_k是电压信号。整流器具有二极管4，该二极管可以实现为离散型的。在图1A中未示出的参考电压源提供幅度阈值A。幅度阈值A例如可以是恒定的。第一输出信号S1在三个触发器14a、14b、14c的数据输入端D上被馈入。时钟输入Clk由不同的信号控制。这些信号如下地产生(图1A与图3至5比较)

从过零信号S2出发，第一时间元件Tv1、12a产生第一时钟信号S3a作为用于触发器14a的时钟。第一时钟信号S3a具有定义的状态变换(时钟下降沿)，该状态变换在延时T/4(90°或π/2)之后出现。这相当于“供电相”、在此为La(例如L1)的正峰值。第一时钟信号S3a触发第二时间元件Tv2、12b。该第二时间元件产生第二时钟信号S3b作为用于触发器14b的时钟。第二时钟信号S3b具有定义的状态变换(时钟下降沿)，该状态变换在进一步延时T/3(120°或2π/3)之后出现。这相当于紧接着的相、在此为Lb(例如L2)的正峰值。第二时钟信号S3b触发第三时间元件Tv3、12c。该第三时间元件产生第三时钟信号S3c作为用于触发器14c的时钟。第三时钟信号S3c具有定义的状态变换(时钟下降沿)，该状态变换在进一步延时T/3(120°或2π/3)之后出现。这相当于下一个第三相、在此为Lc(例如L3)的正峰值。

以该方式，边缘控制的触发器14a、14b、14c通过在其时钟输入端Clk的相应时钟信号S3a、S3b和S3c来操控，其中，在相应的状态变换(时钟下降沿)的相应时刻，采用在触发器14a、14b、14c的数据输入端D上的第一输出信号S1的值并且因此在触发器14a、14b、14c的相应输出端上产生三个状态信号S4a、S4b和S4c。备选地，在合适地设计时钟信号S3a、S3b、S3c和触发器14a、14b、14c的情况下，也可以使用时钟上升沿取代时钟下降沿。最后，将在触发器14a、14b、14c的输出端上的状态信号S4a、S4b和S4c输送至具有三个输入端的或模块15或以硬件或软件实现或功能的单元，在所述或模块或者所述单元的输出端上产生最终的数字输入信号S4作为总状态信号。该总状态信号S4例如可以被输送至电子设备内部进行进一步逻辑处理，在所述电子设备中使用所述电路装置。这样的电子设备例如是可编程的逻辑控制器、逻辑继电器或类似设备。

如果AC输入信号I_k等于零(开关17被断开)，则比较器8的第一输出信号S1始终为“0”并且在所有三个触发器14a、14b、14c中在任意时刻存储“0”值。因此，在或门15的输出端上，S4也等于“0”。而如果存在超过比较器8的比较阈值(幅度阈值A)的有效信号，则在第一输出信号S1上产生脉冲，该脉冲集中在所使用的相La、Lb或Lc的峰值附近，并且该脉冲的宽度取决于AC输入信号I_k的实际幅度，即，所述幅度越高，第一输出信号S1的脉冲越宽。因为时钟信号S3a、S3b、S3c在时间上对应于三个相的正峰值，所以在第一输出信号S1上的正脉冲存储在所述三个触发器之一中，当从La、Lb或Lc产生AC输入信号I_k时相应地存储在触发器14a、14b或14c中。因此，状态信号S4a、S4b或S4c之一等于“1”，其他两个保持为“0”。然后，通过或门15，总状态信号S4等于“1”，无论三个输入端中的哪个具有“1”值。

图1B示出所述电路装置的一种备选实施方式，该实施方式是图1A所示的实施方式的进一步扩展方案。与图1A不同的是，在图1B中，AC输入信号I_k首先被输送至降压变换器6。降压变换器6的输出信号通过第一和第二二极管4a、4b整流。第一二极管4a将比较器8的输入端与供应电压接头连接。在供应电压接头上存在供应电压Vdd。第一二极管4a被这样极化，使得在比较器8的输入端上的电压小于供应电压Vdd(加上第一二极管4a的阈电压)。第二二极管4b将比较器8的输入端与接地接头连接，在该接地接头上存在接地电势GND。第二二极管4b被这样极化，使得在比较器8的输入端上的电压大于接地电势GND(减去第二二极管4b的阈电压)。

比较器8可以实现为双极比较器。比较器8根据在比较器8的输入端上的电压与幅度阈值A的比较而产生第一输出信号S1。第一输出信号S1是脉冲状的。第一输出信号S1的脉冲由微控制器16按时间检测。

备选地，比较器8可以实施为逆变器。二极管4a、4b例如可以被集成在该逆变器中。二极管4a、4b可以实现为保护二极管。逆变器具有“嵌入的”幅度阈值A。第一和第二二极管4a、4b可选地可以与逆变器一起被集成在半导体主体上(例如HC04类型的CMOS逆变器；CMOS是互补型金属氧化物半导体的简称，英语为complementary metal-oxide-semiconductor)。

为了产生第二输出信号S2，一个相的电压首先被输送至电阻5并且然后通过第一和第二二极管3a、3b进行整流。第一二极管3a将过零探测器10的输入端与供应电压接头连接。第一二极管3a被这样极化，使得在过零探测器10的输入端上的电压小于供应电压Vdd(加上第一二极管3a的阈电压)。第二二极管3b将过零探测器10的输入端与接地接头连接。第二二极管3b被这样极化，使得在过零探测器10的输入端上的电压大于接地电势GND(减去第二二极管3b的阈电压)。第二输出信号S2是脉冲状的。

过零探测器10可以实现为双极比较器。

备选地，过零探测器10可以实施为逆变器。二极管3a、3b例如可以被集成在该逆变器中。二极管3a、3b可以实现为保护二极管。逆变器具有“嵌入的”幅度阈值A。因为被输送至过零探测器10的电压未被减小，所以电压上升迅速。因此，在相电压的过零与过零探测器10的接通之间的时间错位非常小并且可以忽略。

过零探测器10的阈值可以是0V(亦即接地电势)或不同于0V的电压，例如小的正电压(例如2V)。

在一些备选的未示出的实施方式中，比较器8和/或过零探测器10可以实现为CMOS门、例如HC类型的CMOS门，或者实现为晶体管。在晶体管的情况下，幅度阈值A例如可以是这样的基射极间电压，自该基射极间电压起电流流过晶体管(例如Ube＝约0.65V)。降压变换器6的电阻R1、R2的电阻值然后被相应地确定大小。然后可以仅设有第二二极管4b或3b。可以省去第一二极管4a或3a。

比较器8可以构造为如下模块，二极管4a、4b作为保护二极管从外部连接在该模块上游，或者构造为集成有二极管4a、4b的模块(例如具有保护二极管的CMOS逆变器，例如HC04)。

过零探测器10可以如下模块，二极管3a、3b作为保护二极管从外部连接在该模块上游，或者构造为集成有二极管3a、3b的模块(例如具有保护二极管的CMOS逆变器，例如HC04)。保护二极管可以是防止静态放电的保护二极管，简称ESD保护二极管。

预处理(整流，降压)在图1A和1B中仅示例性地示出并且也可以以备选的电路实现。整流同样可以取消。所述预处理被设计用于保护比较器8和/或过零探测器10以防超压(输入>正供电+公差)和欠压(输入<负供电，必要时为接地电势GND-公差)。该功能可选地也可以采用用于(负的)欠压的整流二极管3b、4b，必要时可以设置附加保护以防超压。

在图3中示例性地阐示了当参考相L1且AC输入信号I_k也从L1引出(I_k_L1)时全部信号的时间变化曲线。对于三个周期借助信号S1以“1”(幅度超过幅度阈值A)并且对于进一步的两个周期以“0”(幅度小于幅度阈值A)示出输入I_k_L1。在该情况下，信号S4a从信号S1——通过时钟信号S3a的时钟下降沿来控制——相应地接收为“1”或“0”，S4b和S4c保持为“0”。在输出端，S4等于信号S4a并且以相应的延时(T/4)再现输入I_k_L1的状态。

在图4中，对于AC输入信号I_k从L2中引出(I_k_L2)的情况阐示了全部信号的时间变化曲线。对于三个周期借助信号S1以“1”(幅度超过幅度阈值A)并且对于进一步的两个周期以“0”(幅度小于幅度阈值A)示出输入I_k_L2。在该情况下，信号S4b从信号S1——通过时钟信号S3b的时钟下降沿来控制——相应地接收为“1”或“0”，S4a和S4c保持为“0”。在输出端，S4等于信号S4b并且以相应的延时(T/4+T/3＝7T/12)再现输入I_k_L2的状态。

在图5中，对于AC输入信号I_k从L3中引出(I_k_L3)的情况阐示了全部信号的时间变化曲线。对于三个周期借助信号S1以“1”(幅度超过幅度阈值A)并且对于进一步的两个周期以“0”(幅度小于幅度阈值A)示出输入I_k_L2。在该情况下，信号S4c从信号S1——通过时钟信号S3c的时钟下降沿来控制——相应地接收为“1”或“0”，S4a和S4b保持为“0”。在输出端，S4等于信号S4c并且以相应的延时(T/4+2T/3＝11T/12)再现输入I_k_L3的状态。

已知所述方法能够实现在一个周期T内(亦即，例如在50Hz的情况下在最晚20ms之后)检测相应的输入信号I_k_L1、I_k_L2、I_k_L3。

优选地，在图1A和1B的右边小框中标记的元件(时间元件12a、12b、12c，触发器14a、14b、14c，或门15)中的一些元件或全部元件在微控制器16中实施。输入信号S1(一个或多个)作为正常输入端接入。过零信号S2在中断输入端上接入。或门15可以作为或功能在软件中通过微控制器16实现。

图6原则上示出如何能够在软件中实现处理。下面从多个待监控的AC输入信号I_k出发。在微控制器16的中断程序中，通过第二输出信号S2的中断(在此称为暂停)释放，以T/4值启动第一计时器以实现第一时间元件12a，其在结束时(在其运行结束之后)产生另一中断。在该时刻读取第一输出信号S1并且相应地在存储器中保存第一状态信号S4a。同时，以T/3值再次启动第一计时器以实现第二时间元件12b。在时间运行结束之后产生另一中断、重新读取第一输出信号S1并且在存储器中保存第二状态信号S4b。同时，再次以T/3启动第一计时器以实现第三时间元件12c。在时间运行结束之后产生另一中断，最后重新读取第一输出信号S1并且在存储器中保存第三状态信号S4c。状态信号S4a、S4b和S4c的全部暂存值用或逻辑连接。此时获得数字化的输入值S4作为结果。因此，第一计时器实现第一、第二和第三时间元件12a、12b、12c。计时器也可以称为定时器。中断也可以称为暂停。

为了求取周期T，在接通和初始化微控制器16或设备时在时间上测定过零信号S2。经由计时器测定两个彼此相继的脉冲之间的时间间隔。通常由此区分50Hz与60Hz，但也可以支持其他频率。接着计算计时器值：

-在50Hz的情况下：T＝20ms，T/4＝5ms，T/3＝6.666ms

-在60Hz的情况下:T＝16.666ms，T/4＝4.166ms，T/3＝5.555ms。

备选地，第一、第二和第三时间元件12a、12b、12c可以通过链式启动的第一、第二和第三计时器或定时器实现。同样地，延时值为T/4、T/3和T/3。

在一种备选的在图6中未示出的实施方式中，第一、第二和第三时间元件12a、12b、12c通过在由第二输出信号S2中断之后并行启动的第一、第二和第三计时器或定时器实现。然后，第一计时器、第二计时器和第三计时器的延时值为T/4、T·7/12和T·11/12。

所示出的实施方式仅是示例性的。在在图1A和1B中借助点表示的备选的未示出的实施方式中，至少一个另外的AC输入信号I_k'可以被输送至所述电路装置。所述另外的AC输入信号I_k'也可以在相La、Lb或Lc之一上截取。因此，所述电路装置可以包括至少一个另外的比较器和连接在下游的三个另外的触发器。过零探测器10和时间元件12a、12b、12c的信号适合用于监控所述另外的AC输入信号I_k'的幅度是否大于幅度阈值A。可以任意在三个不同的相之一L1、L2或L3上截取的n个AC输入信号被引入至所述电路装置并被检测。在此，n可以等于1或等于2或大于2。

附图标记列表

3、3a、3b 二极管

4、4a、4b 二极管

5 电阻

6 降压变换器

8 比较器

10 过零探测器

12a、12b、12c 时间元件

14a、14b、14c 触发器

15 或门

16 微控制器

17 开关

A 幅度阈值

D 触发器的数据输入端

Clk 触发器的时钟输入端

I_k、I_k_L1 AC输入信号

I_k_L2、I_k_L3 AC输入信号

GND 接地电势

La、Lb、Lc 相

L1、L2、L3 相

N 中性线

S1 第一输出信号

S2 第二输出信号

S3a、S3b、S3c 时钟信号

S4a、S4b、S4c 状态信号

S4 总状态信号

U 电压

Vdd 供应电压

T 周期持续时间

t 时间

Claims (11)

1.一种用于监控交变电压形式信号(I_k)的电路装置，具有：

-一个或多个比较器(8)，待监控的交变电压形式信号(I_k)或由此获得的信号能分别在第一比较输入端上被输送至所述一个或多个比较器，以便与存在于第二比较输入端上的定义的幅度阈值(A)进行比较，从而在输出端上能产生第一输出信号(S1)，

-过零探测器(10)，参考信号或由此获得的信号能在监控输入端上被输送至所述过零探测器，从而在过零探测器(10)的输出端上能产生第二输出信号(S2)，

-连接在所述过零探测器(10)下游的用于根据所述第二输出信号(S2)产生第一时钟信号(S3a)的第一时间元件(12a)，

-连接在所述过零探测器(10)下游的用于根据所述第二输出信号(S2)或根据所述第一时钟信号(S3a)产生第二时钟信号(S3b)的第二时间元件(12b)，其中，所述第二时钟信号(S3b)不同于所述第一时钟信号(S3a)，

-边缘控制的第一触发器(14a)，和

-边缘控制的第二触发器(14b)，

其中，所述一个或多个比较器(8)的输出端分别与所述第一触发器(14a)或所述第二触发器(14b)的状态控制的输入端(D)连接，以及

其中，所述第一时间元件(12a)的输出端与所述第一触发器(14a)的边缘控制的输入端连接，而所述第二时间元件(12b)的输出端与所述第二触发器(14b)的边缘控制的输入端连接，这样使得在所述第一触发器(14a)的输出端上能产生第一状态信号(S4a)并且在所述第二触发器(14b)的输出端上能产生第二状态信号(S4b)。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其中，所述第二时间元件(12b)连接在所述第一时间元件(12a)下游并且设置通过所述第一时钟信号(S3a)触发以产生所述第二时钟信号(S3b)。

3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其中，所述触发器(14a、14b)和/或所述时间元件(12a、12b)通过软件在微控制器(16)内部实现。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电路装置，进一步具有用于从所述第一状态信号(S4a)和所述第二状态信号(S4b)中产生总状态信号(S4)的或门。

5.用于监控交变电压形式信号(I_k)的方法，具有下列方法步骤：

a)检测待监控的交变电压形式信号(I_k_L1、I_k_L2)，

b)检查所检测的交变电压形式信号(I_k_L1、I_k_L2)或由此获得的信号的幅度值是大于还是小于定义的幅度阈值(A)，并且据此产生第一输出信号(S1)，

c)监控交变电压形式参考信号或由此获得的信号的过零并且据此产生第二输出信号(S2)，

d1)根据所述第二输出信号(S2)产生第一时钟信号(S3a)，以及

d2)根据所述第二输出信号(S2)或根据所述第一时钟信号(S3a)产生第二时钟信号(S3b)，其中，所述第一时钟信号(S3a)至少通过定义的状态变换的时刻而不同于所述第二时钟信号(S3b)，以及

f)通过分析在所述第一时钟信号(S3a)的状态变换的时刻或在所述第二时钟(S3b)的状态变换的时刻的第一输出信号(S1)，产生第一状态信号(S4a)或第二状态信号(S4b)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一时钟信号(S3a)通过第一时间元件(12a)产生，该第一时间元件通过所述第二输出信号(S2)触发以产生所述第一时钟信号(S3a)，以及

其中，所述第二时钟信号(S3b)通过第二时间元件(12b)产生，该第二时间元件通过所述第一时钟信号(S3a)触发以产生所述第二时钟信号(S3b)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一时间元件(12a)和所述第二时间元件(12b)软件控制地在微控制器(16)中实现，并且执行下列方法步骤：

-在所述微控制器(16)中通过所述第二输出信号(S2)产生第一中断，

-在出现所述第一中断时，启动所述微控制器(16)的第一计时器，以实现所述第一时间元件(12a)，

-在所述第一计时器运行结束时，在所述微控制器(16)中产生第二中断，

-在出现所述第二中断时，启动所述第一计时器或启动所述微控制器(16)的第二计时器，以实现所述第二时间元件(12b)，

-读取并存储所述第一输出信号(S1)在出现所述第二中断时存在的值作为第一状态信号(S4a)，

-在所述第一计时器或所述第二计时器运行结束时，在所述微控制器(16)中产生第三中断，以及

-读取并存储所述第一输出信号(S1)在出现所述第三中断时存在的值作为第二状态信号(S4b)。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，所述第一时钟信号(S3a)的状态变换的时刻与定义的第一交变电压形式信号(I_k_L1)的峰值的时刻相关联，而所述第二时钟信号(S3b)的状态变换的时刻与定义的第二交变电压形式信号(I_k_L2)的峰值的时刻相关联，所述第二交变电压形式信号与所述第一交变电压形式信号(I_k_L1)是异相的。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述交变电压形式参考信号和所述定义的第一交变电压形式信号(I_k_L1)是同频率且同相位的，并且所述第一时钟信号(S3a)的状态变换的时刻处于所述参考信号的过零之后的四分之一周期持续时间(T)处，而所述第二时钟信号(S3b)的状态变换的时刻处于所述第一状态信号(S3a)的状态变换的时刻之后的三分之一周期持续时间(T)处。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的犯法，包括：

-根据所述第二输出信号(S2)或根据所述第二时钟信号(S3b)产生第三时钟信号(S3c)，其中，所述第三时钟信号(S3c)至少通过定义的状态变换的时刻而不同于所述第一时钟信号(S3a)和所述第二时钟信号(S3b)，以及

-通过分析在所述第三时钟信号(S3c)的状态变换的时刻的第一输出信号(S1)，产生第三状态信号(S4c)。

11.一种软件产品，该软件产品设置用于在微控制器(16)内部运行，并且该软件产品在其运行时执行根据权利要求5至10中任一项所述的方法。

Images