CN113589003A - 电流信号发生电路、装置及电力电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力电子技术领域，公开了一种电流信号发生电路、装置及电力电子设备。所述电流信号发生电路包括：过零检测模块、处理模块及电流信号发生模块；所述过零检测模块，用于在市电交流电过零点时输出过零信号；所述处理模块，用于根据所述过零信号输出控制信号；所述电流信号发生模块，用于根据所述控制信号生成电流信号。通过将交流电的过零点作为时间的基准点，根据这个基准点进行电流信号的输出，从而在时间上能准确控制电路输出电流信号。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电流信号发生电路、装置及电力电子设备。
背景技术
现有的电流信号发生电路网络缺少时间上的基准点，在对电流进行后续分析时，在时间控制上不准确，导致信号的时序不一致，并且存在误控制的问题，使电流参数调试变得困难，同时，电流信号发生电路缺少隔离模块，在具体应用中市场会对线路产生干扰噪声。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电流信号发生电路、装置及电力电子设备，旨在解决现有技术中如何使网络中电流信号发生的时间在时序上具有一致性的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种电流信号发生电路，所述电流信号发生电路包括：过零检测模块、处理模块及电流信号发生模块；其中，所述过零检测模块的输入端与市电连接，所述过零检测的输出端与处理模块的输入端连接，所述处理模块的输出端与所述电流信号发生模块的受控端连接，所述电流信号发生模块的输入端与市电连接，所述市电上携带有电力线宽带载波网络基准时间；
所述过零检测模块，用于在市电交流电过零点时输出过零信号；
所述处理模块，用于根据所述过零信号输出控制信号；
所述电流信号发生模块，用于根据所述控制信号生成电流信号。
可选地，所述过零检测模块包括过零检测单元及光电耦合器；其中，
所述过零检测单元的一输入端与市电零线连接，所述过零检测单元的另一输出端与市电火线连接，所述过零检测单元的输出端与所述光电耦合器的控制端连接，所述光电耦合器的被控端与所述处理模块的输入端连接；
所述过零检测单元，用于在市电交流电过零点时输出导通信号；
所述光电耦合器，用于根据所述导通信号导通，从而输出所述过零信号。
可选地，所述过零检测单元包括第一电阻、第二电阻、第一至第三二极管、第一电容、第二电容及第一三极管；其中，
所述第一二极管的阳极与市电零线连接，所述第一二极管的阴极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述光电耦合器的一控制端连接；
所述第一电容的一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第一电容的另一端与所述市电火线连接；
所述第二二极管的阴极与所述第一电阻的第二端连接，所述第二二极管的阳极与所述第三二极管的阳极连接，所述第二二极管的阳极还与所述第一三极管的发射极连接，所述第三二极管的阴极与所述市电火线连接；
所述第一三极管的集电极与所述光电耦合器的另一控制端连接，所述第一三极管的基极与所述第二电阻的一端连接，所述第一三极管的发射极与基极之间还连接有所述第三电容，所述第二电阻的另一端与所述第三二极管的阴极连接。
可选地，所述第二二极管为肖特基二极管；
所述第二二极管，用于稳定所述第一三极管的发射极电压。
可选地，所述光电耦合器包括光电二极管及光敏三极管；其中，
所述光电二极管的阳极与所述第一电阻的第二端连接，所述光电二极管的阴极与所述第一三极管的集电极连接；
所述光敏三极管的基极与所述光电二极管耦合，所述光敏三极管的集电极与直流电源连接，所述光敏三极管的发射极与所述处理模块的输入端连接。
可选地，所述处理模块包括：模数转换器及处理单元；其中，所述模数转换器的输入端与所述光敏三极管的发射极连接，所述模数转换器的输出端与所述处理单元的输入端连接，所述处理单元的输出端与所述电流信号发生模块连接；
所述模数转换器，用于将所述过零信号转换为数字输入信号；
所述处理单元，用于根据所述数字输入信号输出所述控制信号。
可选地，所述电流信号发生模块包括：第三至第五电阻、N沟道场效应管及熔断器；其中，
所述第三电阻的一端与所述N沟道场效应管的栅极连接，所述第三电阻的另一端与市电零线连接，所述第四电阻的一端与所述处理单元连接，所述第四电阻的另一端与所述N沟道场效应管的栅极连接；
所述N沟道场效应管的源极与市电零线连接，所述N沟道场效应管的漏极与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述熔断器的一端连接，所述熔断器的另一端与市电火线连接。
可选地，所述N沟道场效应管包括第四二极管；其中，所述第四二极管的阳极与所述N沟道场效应管的源极连接，所述第四二极管的阴极与所述N沟道场效应管的漏极连接；
所述第四二极管，用于防止所述N沟道场效应管在电压过大时反向击穿。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种电流信号发生装置，所述电流信号发生装置包括如上所述的电流信号发生电路。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种电力电子设备，所述电力电子设备包括如上所述的电流信号发生电路。
本发明通过设置电流信号发生电路，所述电流信号发生电路包括：过零检测模块、处理模块及电流信号发生模块；其中，所述过零检测模块的输入端与市电连接，所述过零检测的输出端与处理模块的输入端连接，所述处理模块的输出端与所述电流信号发生模块的受控端连接，所述电流信号发生模块的输入端与市电连接，所述市电上携带有电力线宽带载波网络基准时间；所述过零检测模块，用于在市电交流电过零点时输出过零信号；所述处理模块，用于根据所述过零信号输出控制信号；所述电流信号发生模块，用于根据所述控制信号生成电流信号。通过将交流电的过零点作为时间的基准点，根据这个基准点进行电流信号的输出，从而在时间上能准确控制电路输出电流信号。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明电流信号发生电路第一实施例的功能模块示意图；
图2为本发明电流信号发生电路一实施例的过零检测模块的电路结构示意图；
图3为本发明电流信号发生电路一实施例的处理模块的功能模块示意图；
图4为本发明电流信号发生电路一实施例的电流信号发生模块的电路结构示意图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 100 | 过零检测模块 | Q1 | 第一三极管 |
| 200 | 处理模块 | D | 光电二极管 |
| 300 | 电流信号发生模块 | Q2 | 光敏三极管 |
| 110 | 过零检测单元 | 210 | 模数转换器 |
| U1 | 光电耦合器 | 220 | 处理单元 |
| R1～R5 | 第一至第五电阻 | Q3 | N沟道场效应管 |
| D1～D4 | 第一至第四二极管 | F1 | 熔断器 |
| C1 | 第一电容 | VCC | 直流电源 |
| C2 | 第二电容 | L | 火线 |
| N | 零线 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参考图1，图1为本发明电流信号发生电路第一实施例的功能模块示意图；
所述电流信号发生电路包括：过零检测模块100、处理模块200及电流信号发生模块300；其中，所述过零检测模块100的输入端与市电连接，所述过零检测的输出端与处理模块200的输入端连接，所述处理模块200的输出端与所述电流信号发生模块300的受控端连接，所述电流信号发生模块300的输入端与市电连接，所述市电上携带有电力线宽带载波网络基准时间；
所述过零检测模块100，用于在市电交流电过零点时输出过零信号。
可以理解的是，市电交流电分为正半周期和负半周期，过零检测指的是在交流系统中，当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时，系统作出的检测。
需要说明的是，所述过零检测模块100至少包括单向导通电路，该单相导通电路在市电交流电处于正半周期时导通，输出高电平，在市电交流电处于负半周期时断开，输出低电平，通过周期性的导通与断开，输出方波，该方波作为过零信号，实时监测交流电的过零点。
所述处理模块200，用于根据所述过零信号输出控制信号。
需要说明的是，所述处理模块200至少包括微处理器，该处理器的输入端接入方波过零信号，另一端根据所述方波过零信号输出控制信号，所述控制信号在方波过零信号的每个上升沿时输出。
所述电流信号发生模块300，用于根据所述控制信号生成电流信号。
需要说明的是，在载波通信网络中电流信号传输过程中需要有参考的时间基准点，在本实施例中基准点为交流电的过零点的时刻，即方波处于上升沿时，所述电流信号发生模块300生成电流信号。
本实施例提出一种电流信号发生电路，所述电流信号发生电路包括：过零检测模块100、处理模块200及电流信号发生模块300；其中，所述过零检测模块100的输入端与市电连接，所述过零检测的输出端与处理模块200的输入端连接，所述处理模块200的输出端与所述电流信号发生模块300的受控端连接，所述电流信号发生模块300的输入端与市电连接，所述市电上携带有电力线宽带载波网络基准时间；所述过零检测模块100，用于在市电交流电过零点时输出过零信号；所述处理模块200，用于根据所述过零信号输出控制信号；所述电流信号发生模块300，用于根据所述控制信号生成电流信号。通过网络NTB时间控制来产生稳定准确的可靠电流，NTB为电力线宽带载波网络基准时间，在载波通信网络中电流信号传输过程中需要有参考的时间基准点，其基准点为交流电的过零信号，通过NTB的精准对时保证了网络中电流信号发生的时间在时序上的一致性，为电流的后续分析提供了基本时间依据。
参考图2，图2为本发明电流信号发生电路一实施例的过零检测模块100的电路结构示意图；
所述过零检测模块100包括过零检测单元110及光电耦合器U1；其中，
所述过零检测单元110的一输入端与市电零线N连接，所述过零检测单元110的另一输出端与市电火线L连接，所述过零检测单元110的输出端与所述光电耦合器U1的控制端连接，所述光电耦合器U1的被控端与所述处理模块200的输入端连接；
所述过零检测单元110，用于在市电交流电过零点时输出导通信号。
需要说明的是，所述过零检测模块100至少包括开关元件，该开关元件在市电交流电处于正半周期时导通，从而导通电路网络，输出导通信号，在市电交流电处于负半周期时关断，从而断开电路网络，停止输出导通信号。
所述光电耦合器U1，用于根据所述导通信号导通，从而输出所述过零信号。
需要说明的是，所述光电耦合器U1以光为媒介传输电信号，该光电耦合器U1的控制端与被控端之间通过光完成耦合，控制端接收导通信号并输出一定波长的光，被控端探测到光后生成光电流，并将其进行放大然后输出过零信号。
本实施例通过以上电路，根据市电交流电的周期变化，实时输出导通信号，并通过电-光-电的信号转换，过滤了电路中的干扰噪声。
进一步地，继续参考图2；
所述过零检测单元110包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一至第三二极管D1～D3、第一电容C1、第二电容C2及第一三极管Q1；其中，
所述第一二极管D1的阳极与市电零线N连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端与所述光电耦合器U1的一控制端连接。
所述第一电容C1的一端与所述第一电阻R1的第二端连接，所述第一电容C1的另一端与所述市电火线L连接。
所述第二二极管D2的阴极与所述第一电阻R1的第二端连接，所述第二二极管D2的阳极与所述第三二极管D3的阳极连接，所述第二二极管D2的阳极还与所述第一三极管Q1的发射极连接，所述第三二极管D3的阴极与所述市电火线L连接。
所述第一三极管Q1的集电极与所述光电耦合器U1的另一控制端连接，所述第一三极管Q1的基极与所述第二电阻R2的一端连接，所述第一三极管Q1的发射极与基极之间还连接有所述第三电容，所述第二电阻R2的另一端与所述第三二极管D3的阴极连接。
可以理解的是，所述第一电容C1及第二电容C2用于过滤电路中的干扰信号，所述第三二极管D3用于保持所述第一三极管Q1的基极与发射极之间的压降。
需要说明的是，当市电交流电处于正半周期时，第一三极管Q1的基极电压升高，第一三极管Q1导通，从而导通光电耦合器U1。
进一步地，继续参考图2；
所述第二二极管D2为肖特基二极管。
所述第二二极管D2，用于稳定所述第一三极管Q1的发射极电压。
进一步地，继续参考图2；
所述光电耦合器U1包括光电二极管D及光敏三极管Q2；其中，
所述光电二极管D的阳极与所述第一电阻R1的第二端连接，所述光电二极管D的阴极与所述第一三极管Q1的集电极连接。
所述光敏三极管Q2的基极与所述光电二极管D耦合，所述光敏三极管Q2的集电极与直流电源VCC连接，所述光敏三极管Q2的发射极与所述处理模块200的输入端连接。
可以理解的是，在第一三极管Q1导通的情况下，所述光电二极管D满足导通条件，输出一定波长的光，所述光敏三极管Q2的基极在检测到所述光电二极管D输出的光时，光敏三极管Q2导通，通过发射极输出高电平至所述处理模块200(参考AD_IN)，也即输出过零信号，在第一三极管Q1未导通时，所述光电二极管D未导通，光敏三极管Q2接收不到光信号，此时发射极上没有电平输出。
需要说明的是，所述直流电源VCC可以为外部电源，也可以为一个可以输出所需直流电压的外部电路。
参考图3，图3为本发明电流信号发生电路一实施例的处理模块200的功能模块示意图；
所述处理模块200包括：模数转换器210及处理单元220；其中，所述模数转换器210的输入端与所述光敏三极管Q2的发射极连接，所述模数转换器210的输出端与所述处理单元220的输入端连接(参考AD_IN)，所述处理单元220的输出端与所述电流信号发生模块300连接(参考CTRL)；
所述模数转换器210，用于将所述过零信号转换为数字输入信号。
可以理解的是，所述模数转换器210可以是处理器中自带的一个功能模块，该模数转换器210可以将模拟信号转换为数字信号。在本实施例中，所述过零信号并非脉冲信号，而是50Hz的方波信号，需要转换为数字信号才能被处理器处理。
所述处理单元220，用于根据所述数字输入信号输出所述控制信号。
可以理解的是，所述处理单元220可以为处理器中的一个功能模块，其内部存储有预设算法，用于根据数字输入信号输出控制信号。在本实施例中，所述处理单元220在过零信号的上升沿时输出一个高电平，即输出控制信号。
在具体实施中，可以根据实际需求对处理器进行选型，本实施例并不对此作出限制。
参考图4，图4为本发明电流信号发生电路一实施例的电流信号发生模块300的电路结构示意图；
所述电流信号发生模块300包括：第三至第五电阻R3～R5、N沟道场效应管Q3及熔断器F1；其中，
所述第三电阻R3的一端与所述N沟道场效应管Q3的栅极连接，所述第三电阻R3的另一端与市电零线N连接，所述第四电阻R4的一端与所述处理单元220连接(参考CTRL)，所述第四电阻R4的另一端与所述N沟道场效应管Q3的栅极连接。
所述N沟道场效应管Q3的源极与市电零线N连接，所述N沟道场效应管Q3的漏极与所述第五电阻R5的一端连接，所述第五电阻R5的另一端与所述熔断器F1的一端连接，所述熔断器F1的另一端与市电火线L连接。
可以理解的是，所述熔断器F1的作用是保护电流，该熔断器F1由熔体和熔管构成，作为金属导体串联在电路中，当电流超过一定数值时，熔断器F1会产生热量使其熔体熔化，从而断开电流，达到保护电路的效果。
需要说明的是，当有控制信号输出时，所述N沟道场效应管Q3的栅极电压升高，满足导通条件，电路中产生电流信号。在本实施例中，所述N沟道场效应管Q3的漏源极间电阻可以设定为Rds，a、b两点的电压可以记为Uab，则电路中产生的电流大小为I＝Uab/(R5+Rds)。
进一步地，继续参考图4；
所述N沟道场效应管Q3包括第四二极管D4；其中，所述第四二极管D4的阳极与所述N沟道场效应管Q3的源极连接，所述第四二极管D4的阴极与所述N沟道场效应管Q3的漏极连接；
所述第四二极管D4，用于防止所述N沟道场效应管Q3在电压过大时反向击穿。
需要说明的是，所述第四二极管D4可以为N沟道场效应管Q3自带的寄生二极管，该寄生二极管与N沟道场效应管Q3一起封装，可以对N沟道场效应管Q3进行保护，提高电路的可靠性和安全性。
本实施例通过上述电路，准确检测市电交流电的过零时刻，并在过零点时根据经过隔离后的信号产生电流，保证了网络中电流信号发生的时间在时序上的一致性，为电流的后续分析提供了基本时间依据，同时防止了干扰噪声对电路的影响。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种电流信号发生装置，所述电流信号发生装置包括如上所述的电流信号发生电路。
由于电流信号发生装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种电力电子设备，所述电力电子设备包括如上所述的电流信号发生电路。
由于电力电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。
需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。
另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的电流信号发生电路，此处不再赘述。
此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种电流信号发生电路，其特征在于，所述电流信号发生电路包括：过零检测模块、处理模块及电流信号发生模块；其中，所述过零检测模块的输入端与市电连接，所述过零检测的输出端与处理模块的输入端连接，所述处理模块的输出端与所述电流信号发生模块的受控端连接，所述电流信号发生模块的输入端与市电连接，所述市电上携带有电力线宽带载波网络基准时间；
所述过零检测模块，用于在市电交流电过零点时输出过零信号；
所述处理模块，用于根据所述过零信号输出控制信号；
所述电流信号发生模块，用于根据所述控制信号生成电流信号。
2.如权利要求1所述的电流信号发生电路，其特征在于，所述过零检测模块包括过零检测单元及光电耦合器；其中，
所述过零检测单元的一输入端与市电零线连接，所述过零检测单元的另一输出端与市电火线连接，所述过零检测单元的输出端与所述光电耦合器的控制端连接，所述光电耦合器的被控端与所述处理模块的输入端连接；
所述过零检测单元，用于在市电交流电过零点时输出导通信号；
所述光电耦合器，用于根据所述导通信号导通，从而输出所述过零信号。
3.如权利要求2所述的电流信号发生电路，其特征在于，所述过零检测单元包括第一电阻、第二电阻、第一至第三二极管、第一电容、第二电容及第一三极管；其中，
所述第一二极管的阳极与市电零线连接，所述第一二极管的阴极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述光电耦合器的一控制端连接；
所述第一电容的一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第一电容的另一端与所述市电火线连接；
所述第二二极管的阴极与所述第一电阻的第二端连接，所述第二二极管的阳极与所述第三二极管的阳极连接，所述第二二极管的阳极还与所述第一三极管的发射极连接，所述第三二极管的阴极与所述市电火线连接；
所述第一三极管的集电极与所述光电耦合器的另一控制端连接，所述第一三极管的基极与所述第二电阻的一端连接，所述第一三极管的发射极与基极之间还连接有所述第三电容，所述第二电阻的另一端与所述第三二极管的阴极连接。
4.如权利要求3所述的电流信号发生电路，其特征在于，所述第二二极管为肖特基二极管；
所述第二二极管，用于稳定所述第一三极管的发射极电压。
5.如权利要求3所述的电流信号发生电路，其特征在于，所述光电耦合器包括光电二极管及光敏三极管；其中，
所述光电二极管的阳极与所述第一电阻的第二端连接，所述光电二极管的阴极与所述第一三极管的集电极连接；
所述光敏三极管的基极与所述光电二极管耦合，所述光敏三极管的集电极与直流电源连接，所述光敏三极管的发射极与所述处理模块的输入端连接。
6.如权利要求5所述的电流信号发生电路，其特征在于，所述处理模块包括：模数转换器及处理单元；其中，所述模数转换器的输入端与所述光敏三极管的发射极连接，所述模数转换器的输出端与所述处理单元的输入端连接，所述处理单元的输出端与所述电流信号发生模块连接；
所述模数转换器，用于将所述过零信号转换为数字输入信号；
所述处理单元，用于根据所述数字输入信号输出所述控制信号。
7.如权利要求6所述的电流信号发生电路，其特征在于，所述电流信号发生模块包括：第三至第五电阻、N沟道场效应管及熔断器；其中，
所述第三电阻的一端与所述N沟道场效应管的栅极连接，所述第三电阻的另一端与市电零线连接，所述第四电阻的一端与所述处理单元连接，所述第四电阻的另一端与所述N沟道场效应管的栅极连接；
所述N沟道场效应管的源极与市电零线连接，所述N沟道场效应管的漏极与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述熔断器的一端连接，所述熔断器的另一端与市电火线连接。
8.如权利要求7所述的电流信号发生电路，其特征在于，所述N沟道场效应管包括第四二极管；其中，所述第四二极管的阳极与所述N沟道场效应管的源极连接，所述第四二极管的阴极与所述N沟道场效应管的漏极连接；
所述第四二极管，用于防止所述N沟道场效应管在电压过大时反向击穿。
9.一种电流信号发生装置，其特征在于，所述装置包括：如权利要求1至8任一项所述的电流信号发生电路。
10.一种电力电子设备，其特征在于，所述设备基于如权利要求1至8任一项所述的电流信号发生电路。
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