CN113252966A - 一种单相交流电源信号检测电路 - Google Patents

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刘湘
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Abstract

本发明涉及一种单相交流电源信号检测电路，包括两个接线端子、四个光耦U1～U4、电阻R3、移相器、中线接点L1；两个接线端子分别用于对接单相交流电源的L线及N线，其中一个接线端子分别连接光耦U1的1脚、光耦U2的2脚，另一个接线端子分别连接光耦U1的2脚、光耦U2的1脚、光耦U3的2脚、光耦U4的1脚；中线接点L1分别连接光耦U3的1脚、光耦U4的2脚；移相器跨接于其中一个接线端子与中线接点L1之间；四个光耦U1～U4的受光器相互并联形成支路，支路串联电阻R3后跨接于VCC与地之间，其中，支路与电阻R3之间的接点作为单相交流电源信号检测电路的信号输出节点DSP‑32。本发明用于解决单相交流电源有无判断不能快速和准确检测的问题。

Description

一种单相交流电源信号检测电路
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种单相交流电源信号检测电路。
背景技术
在电力电子产品中，单相交流电源一般作为系统的控制电源，通过AC/DC转换后给控制系统供电。由于AC/DC中有电感、电容等储能元件的存在，即使单相交流电源断开后控制系统也仍然能工作一小段时间。但单相交流电源发生掉电是十分恶劣的事件，有可能对系统产生严重的影响，影响正常的生产生活，甚至损坏系统，若能在掉电时及时检测到电源的跌落，并将掉电时间、上电时间等系统的重要数据利用AC/DC中储能元件的小段时间保存在由备用电池供电的RAM中，则在供电恢复后可以保证系统的继续正常工作。所以，对单相交流电源掉电的快速和可靠检测变得非常重要。
如图1所示为单相交流电压波形，有效值为AC220V，频率为50Hz，最高电压为311V，最低低压为-311V，中间电压为0V。图中纵坐标为电压，单位为V，横坐标为时间轴，单位为s。在0ms也就是sin0°时电压为0V，在5ms也就是在sin90°时电压为311V，在10ms也就是sin180°时电压为0V，在15ms也就是sin270°时电压为-311V，在20ms时电压为0V。依次类推，每隔10ms都会出现0V电压。
图2为传统的单相交流电源信号检测电路，L、N为单相交流进线端，分别为火线和零线。当火线L的电压比零线N高时(正半周)，即在sin0°～sin180°时，光耦U1的发光二极管发光，内部光敏三极管导通，此时DSP-32端子输出低电平。此时，光耦U2的发光二极管处于反向状态，没法导通发光，内部光敏三极管截止。当火线L的电压比零线N低时，即在sin180°～sin360°时(负半周)，光耦U2的发光二极管发光，内部光敏三极管导通，DSP-32端子输出低电平。此时，U1中发光二极管处于反向状态，没法导通发光。通过上面的分析，在有交流电源时，DSP-32端子输出低电平，在交流电源断开后，两光耦中发光二极管都不会发光，两光敏三极管截止，DSP-32端子输出高电平。控制系统就根据DSP-32端子的高低电平进行判断，在检测到低电平时认为交流电源正常，在检测到高电平时认为交流电源断开。
但是，依据此方法快速判断交流电源的有无容易出现误判，因为交流电源电压波形在正负半周交替时，均有0V电压和较小电压的出现，而光耦不会导通发光，DSP-32端子由于上拉电阻R3的存在输出高电平，导致输出波形图如图3所示，在火线L的电压远高于或远低于零线N时，信号检测电路输出低电平，在火线L与零线N的压差接近或等于0V时，输出高电平，而此时将高电平信号作为交流电源断开的信号显然是不合理的。
由于传统的单相交流电源信号检测电路在没有掉电的正负半周交替时信号检测电路也会出现高电平，所以控制系统没法正确判断单相交流电源掉电的情况。如果控制系统对信号做滤波处理，在检测到高电平时反复检测一段时间后仍然是高电平则认为是已经掉电，开始做掉电处理工作。这样的话，虽然能够避开没有掉电时的正负半周交替时候，也不会出现误报掉电的故障，但在真正掉电时要滞后一段时间后才能检测出掉电的故障。若滤波时间过长，会导致真正掉电时滞后检测时间拉长，若时间过短，可能误报掉电故障。
为解决上述问题，本发明在原有电路基础上采取增加对称电路和电容的方法，从可靠性和快速性出发，根本上解决了单相交流电源有无判断不能快速和准确检测的问题。
发明内容
本发明旨在解决单相交流电源有无判断不能快速和准确检测的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
提供一种单相交流电源信号检测电路，包括两个接线端子、四个光耦U1～U4、电阻R3、移相器、中线接点L1；
所述两个接线端子分别用于对接单相交流电源的L线及N线，其中一个接线端子分别连接光耦U1的1脚、光耦U2的2脚，另一个接线端子分别连接光耦U1的2脚、光耦U2的1脚、光耦U3的2脚、光耦U4的1脚；
所述中线接点L1分别连接光耦U3的1脚、光耦U4的2脚；
所述移相器跨接于其中一个接线端子与中线接点L1之间；
四个光耦U1～U4的受光器相互并联形成支路，所述支路串联电阻R3后跨接于VCC与地之间，其中，支路与电阻R3之间的接点作为单相交流电源信号检测电路的信号输出节点DSP-32。
进一步地，所述移相器用于将电压波形移相90°。
进一步地，所述移相器具体是电容C1。
进一步地，所述移相器连接在用于对接L线的接线端子上。
进一步地，是用于对接L线的接线端子分别连接光耦U1的1脚、光耦U2的2脚；是用于对接N线的接线端子分别连接光耦U1的2脚、光耦U2的1脚、光耦U3的2脚、光耦U4的1脚。
进一步地，用于对接L线的接线端子上串联有电阻R1，中线接点L1上串联有电阻R2。
进一步地，电阻R1与电阻R2阻值相等。
进一步地，移相器一端连接于接线端子与电阻R1之间的节点上，另一端连接于中线接点L1与电阻R2之间的节点上。
进一步地，VCC依次串联电阻R3、所述支路后连接至地。
进一步地，四个光耦U1～U4的受光器相互并联的方式是：四个光耦U1～U4的3脚共接至一起，四个光耦U1～U4的4脚共接至一起。
本发明的信号检测电路，有单相交流电源时，信号检测电路输出低电平，单相交流电源断开时，信号检测电路输出高电平，实现根据单相交流电源的有无，信号检测电路的输出信号快速准确跳变，同时，强弱电光电隔离。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。在附图中：
图1示出了单相交流电源电压波形；
图2示出了传统的单相交流电源信号检测电路的电路图；
图3示出了传统的单相交流电源信号检测电路的输出电压波形；
图4示出了本发明的单相交流电源信号检测电路的电路图；
图5示出了电容C1两端的电压波形。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的单相交流电源信号检测电路如图4所示，包括两个接线端子、四个光耦U1～U4、电阻R3、移相器、中线接点L1。
所述两个接线端子分别用于对接单相交流电源的L线及N线，其中一个接线端子分别连接光耦U1的1脚、光耦U2的2脚，另一个接线端子分别连接光耦U1的2脚、光耦U2的1脚、光耦U3的2脚、光耦U4的1脚；
所述中线接点L1分别连接光耦U3的1脚、光耦U4的2脚；
所述移相器跨接于其中一个接线端子与中线接点L1之间；
四个光耦U1～U4的受光器相互并联形成支路，所述支路串联电阻R3后跨接于VCC与地之间，其中，支路与电阻R3之间的接点作为单相交流电源信号检测电路的信号输出节点DSP-32。
上述方案中，在接线端子加上单相交流电源后，由于移相器的存在，ULN和UL1N的电压波形相互错开，使得在ULN的电压波形接近0V时，UL1N的电压波形不为零，从而保持节点DSP-32输出低电平。因此，只要有单相交流电源，节点DSP-32会一直输出低电平，在交流电源断开后，节点DSP-32才会输出高电平。
作为一种实施方案，所述移相器具体使用为电容C1，实现电路简化，成本控制。
进一步地，电容C1用于将电压波形移相90°，如此，见图5所示，ULN和UL1N的电压波形相互错开90°，在ULN的电压波形接近0V时，UL1N的电压波形正好在最大值(311V)或最小值(-311V)，此时光耦处于最稳定的导通状态。
作为一种实施方案，电容C1连接在用于对接L线的接线端子上。若电容C1连接在用于对接N线的接线端子上，则当单相交流电源开机发送的第一个正半周结束接近0V时，仍会出现高电平，此后才不会有高电平。而若电容C1连接在用于对接L线的接线端子上，则在单相交流电源开机发送的第一个正半周结束时就可消除高电平产生，实现更优化。
进一步地，用对接L线的接线端子L来分别连接光耦U1的1脚、光耦U2的2脚，用对接N线的接线端子N来分别连接光耦U1的2脚、光耦U2的1脚、光耦U3的2脚、光耦U4的1脚。见图5，在ULN为0V或0V附近时，光耦U1和U2的光敏三极管截止，本来节点DSP-32会输出高电平，表示单相交流电源断开。但由于此时UL1N的电压波形正好在最大值或最小值时候，光耦U3或者U4中的光敏三极管导通，DSP-32输出低电平。所以，该电路只要有单相交流电源，节点DSP-32一直输出低电平；在交流电源断开后，光耦U1～U4的光敏三级管都处于截止状态，此时DSP-32才输出高电平。
优选地，接线端子L和中线接点L1上分别串联有电阻R1、电阻R2，实现输入功率保护。其中，电阻R1与电阻R2阻值相等，以保持电路的对称性。
进一步地，电容C1一端连接于接线端子与电阻R1之间的节点上，另一端连接于中线接点L1与电阻R2之间的节点上，形成闭环。
作为一种实施方案，是用VCC依次串联电阻R3、所述支路后连接至地，以实现节点DSP-32的上拉，确保光耦未导通时节点DSP-32的电压稳定。
本发明检测电路的输出信号，控制系统可以直接对其进行判断，高电平表示交流电源断开，低电平表示有交流电源，无需控制系统做滤波或其它特殊处理，达到快速、准确目的。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种单相交流电源信号检测电路，其特征在于：
包括两个接线端子、四个光耦U1～U4、电阻R3、移相器、中线接点L1；
所述两个接线端子分别用于对接单相交流电源的L线及N线，其中一个接线端子分别连接光耦U1的1脚、光耦U2的2脚，另一个接线端子分别连接光耦U1的2脚、光耦U2的1脚、光耦U3的2脚、光耦U4的1脚；
所述中线接点L1分别连接光耦U3的1脚、光耦U4的2脚；
所述移相器跨接于其中一个接线端子与中线接点L1之间；
四个光耦U1～U4的受光器相互并联形成支路，所述支路串联电阻R3后跨接于VCC与地之间，其中，支路与电阻R3之间的接点作为单相交流电源信号检测电路的信号输出节点DSP-32。
2.如权利要求1所述的单相交流电源信号检测电路，其特征在于：所述移相器用于将电压波形移相90°。
3.如权利要求1或2所述的单相交流电源信号检测电路，其特征在于：所述移相器具体是电容C1。
4.如权利要求1所述的单相交流电源信号检测电路，其特征在于：所述移相器连接在用于对接L线的接线端子上。
5.如权利要求4所述的单相交流电源信号检测电路，其特征在于：
是用于对接L线的接线端子分别连接光耦U1的1脚、光耦U2的2脚；
是用于对接N线的接线端子分别连接光耦U1的2脚、光耦U2的1脚、光耦U3的2脚、光耦U4的1脚。
6.如权利要求4所述的单相交流电源信号检测电路，其特征在于：用于对接L线的接线端子上串联有电阻R1，中线接点L1上串联有电阻R2。
7.如权利要求6所述的单相交流电源信号检测电路，其特征在于：电阻R1与电阻R2阻值相等。
8.如权利要求6或7所述的单相交流电源信号检测电路，其特征在于：移相器一端连接于接线端子与电阻R1之间的节点上，另一端连接于中线接点L1与电阻R2之间的节点上。
9.如权利要求1所述的单相交流电源信号检测电路，其特征在于：VCC依次串联电阻R3、所述支路后连接至地。
10.如权利要求1所述的单相交流电源信号检测电路，其特征在于，四个光耦U1～U4的受光器相互并联的方式是：四个光耦U1～U4的3脚共接至一起，四个光耦U1～U4的4脚共接至一起。
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