CN113960341B - 电表及其掉零线检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电表及其掉零线检测电路。掉零线检测电路包括整流电路、分压电路以及检测电路。整流电路的输入端接入三相交流电；分压电路包括第一分压电路以及第二分压电路；第一分压电路连接于交流电的相线与零线之间；第二分压电路连接于整流电路的输出端与地线之间，其中，地线与零线电连接；检测电路与整流电路的输出端连接；在零线断路的情况下，第一分压电路与第二分压电路串联连接于交流电的相线与整流电路的输出端之间；检测电路用于检测整流电路的输出端的电压，以根据整流电路的输出端的电压确定零线的连接状态。本申请提供的电表的掉零线检测电路具有较宽的电压检测范围，因此将不受电网电压波动影响，具有较好的检测可靠性。

Description

电表及其掉零线检测电路

技术领域

本申请涉及电表技术领域，特别涉及一种电表及其掉零线检测电路。

背景技术

电能表的零线掉落，或者被窃电者剪断会造成计量不准确，也可能引起安全隐患。因此，电能表需要零线检测功能以准确判断零线是否掉落。目前，现有的检测方法通过一个比较器判断掉零线前后的整流电路的输出电压，比较器的判断阈值无法根据输入电压动态调整，导致检测的电压范围窄，因此检测的可靠性不高。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本申请的一个目的在于能够检测电表的零线连接状态的电表的掉零线检测电路。

本申请的另一个目的在于提供一种具有零线连接状态检测的电表。

为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

根据本申请的一个方面，本申请提供了一种电表的掉零线检测电路，掉零线检测电路包括整流电路、分压电路以及检测电路。其中，整流电路的输入端接入三相交流电。分压电路包括第一分压电路以及第二分压电路；第一分压电路连接于交流电的相线与零线之间；第二分压电路连接于整流电路的输出端与地线之间，其中，地线与零线电连接；检测电路与整流电路的输出端连接；在零线断路的情况下，第一分压电路与第二分压电路串联连接于交流电的相线与整流电路的输出端之间；检测电路用于检测整流电路的输出端的电压，以根据输出端的电压确定零线的连接状态。

在一个实施例中，检测电路包括第一检测电阻以及第二检测电阻；第一检测电阻与第一检测电阻串联形成第一检测电路；第一检测电路的一端与整流电路的输出端连接，另一端与整流电路的输出参考端连接；第一检测电阻与第一检测电阻之间设有第一检测点，以通过第一检测点的电压确定零线的连接状态。

在一个实施例中，检测电路还包括第一开关电路，第一开关电路包括第一开关管、第一电阻以及第一电源；第一开关管的基极连接第一检测点，集电级通过第一电阻连接第一电源，发射极连接电表的地线；在第一电阻与第一开关管对应的集电级之间设有第二检测点；在第一开关管导通的情况下，第二检测点接地。

在一个实施例中，第一检测电阻以及第二检测电阻的阻值根据第一开关管的导通阈值确定的，以在零线断路的情况下，使第一开关管的导通，并在零线通路的情况下，使第一开关管的断开。

在一个实施例中，检测电路还包括光耦电路；光耦电路与第二检测点电连接；在第一开关管导通的情况下，光耦电路发光。

在一个实施例中，光耦电路包括第二开关管、第二电阻以及第一发光二极管；第二开关管的基极接入第二检测点，发射极接入第一电源，集电极通过第一发光二极管、第二电阻与电表的地线连接；第一发光二极管串联与第二电阻与第二开关管对应的集电极之间。

在一个实施例中，光耦电路还包括第二电源、第三电阻以及第一三级管；第一三级管的集电极通过第三电阻接入第二电源、发射极接地；第一发光二极管的发光强度改变，引起第一三级管中电流改变；第三电阻与第一三级管对应的集电极之间设有第三检测点，以通过第三检测点的输出电压确定零线的连接状态。

在一个实施例中，检测电路还包括辅助整流电路，辅助整流电路接入第一检测点，以使第一检测点的输出稳定的直流。

在一个实施例中，任一相线与零线之间均串联一个第一分压电路；第一分压电路包括串联的第一分压电阻以及第二分压电阻，所述第一分压电阻以及所述第二分压电阻还用于采样所述三相交流电的电压和/电流，以通过所采样的电压和/电流计量所获得的电力。

根据本申请的另一个方面，本申请还提供了一种电表，电表包括如前任一项所描述的电表的掉零线检测电路。

由上述技术方案可知，本申请的有益效果为：

本申请中，检测电路可实现直接根据整流电路的输出端的电压确定零线的连接状态，不受其他例如比较器等检测器件的限制，因此，具有较大的电压检测范围，检测可靠性较高。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1是根据一示例实施方式示出的一种电表的掉零线检测电路10的示意图。

图2是根据另一示例实施方式示出的一种电表的掉零线检测电路10的示意图。

附图标记说明如下：

L1、L2、L3、三相交流电的三个相线；N、三相交流电的零线；102、电表的地线；

10、电表的掉零线检测电路；

11、分压电路；

111、第一分压电路；112、第二分压电路

R1、第一分压电阻；R2、第二分压电阻；R3、第三分压电阻；

12、整流电路；

O1、整流电路的输出端；O2、整流电路的输出参考端；

13、检测电路；

101、第一检测电路；R1’、第一检测电阻；R2’、第二检测电阻；P1、第一检测点；

103、第一开关电路；

Q1、第一开关管；R4、第一电阻；VCC1、第一电源；P2、第二检测点；

104、辅助整流电路；

D1、整流二极管；R7、整流电阻；C1、电容；

105、光耦电路；

Q2、第二开关管；R5、第二电阻；U1、第一发光二极管；VCC2、第二电源；R6、第三电阻；Q3、第一三级管；P3、第三检测点。

具体实施方式

尽管本申请可以容易地表现为不同形式的实施方式，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施方式，同时可以理解的是本说明书应视为是本申请原理的示范性说明，而并非旨在将本申请限制到在此所说明的那样。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本申请的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本申请的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

在附图所示的实施方式中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用于解释本申请的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本申请的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本申请的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

以下结合本说明书的附图，对本申请的较佳实施方式予以进一步地详尽阐述。

图1是根据一示例实施方式示出的一种电表的掉零线检测电路10的示意图。如图1所示，掉零线检测电路10包括分压电路11、整流电路12、以及检测电路13。

其中，整流电路12的输入端接入三相交流电。分压电路11包括第一分压电路111以及第二分压电路112，第一分压电路111连接于交流电的相线L1、L2、L3与零线N之间，第二分压电路112连接于整流电路12的输出端与地线102之间。地线102与零线N电连接。检测电路13与整流电路的输出端O1、输出参考端O2连接。

具体的，整流电路12的输入端接入三相交流电，用于将交流电转变为直流电，并通过输出端O1以及输出参考端O2输出。整流电路12可以为三相全波整流模块，示意性的，该三相全波整流模块可包括四组整流二极管，分别对应交流电源的三相电压和零线N。

如图1所示，当零线N断路时，第一分压电路111与第二分压电路112串联连接于交流电的相线L1、L2、L3与整流电路的输出端O1之间。当零线N为通路时，第二分压电路112串联于整流电路12的输出端O1于电表的地线102之间。因此，在零线N断路时，输出端O1的电压将产生跳变，通过检测输出端O1的电压可获知零线的连接状态。在该实施例中，第一分压电路包括第一分压电阻R1和第一分压电阻R2。第二分压电路包括第三分压电阻R3。

检测电路用于检测输出端O1的电压。在该实施例中，检测电路13包括第一检测电阻R1’以及第二检测电阻R2’。第一检测电阻R1’与第二检测电阻R2’串联形成第一检测电路101。第一检测电路101的一端与整流电路12的输出端O1连接，另一端与整流电路12的输出参考端O2连接。为安全、便捷的检测输出端O1的电压的变化，在第一检测电阻R1’与第二检测电阻R2’之间设有第一检测点P1，通过检测第一检测点P1的电压变化可确定零线N的连接状态。

由此，检测电路13可实现直接根据整流电路12的输出端的电压确定零线的连接状态，不受其他例如比较器等检测器件的限制，本方案具有较大的电压检测范围，能够准确地检测出电表的零线N的连接状态。

图2是根据另一示例实施方式示出的一种电表的掉零线检测电路10的示意图。如图2所示，检测电路13还包括第一开关电路103。第一开关电路103包括第一开关管Q1、第一电阻R4以及第一电源VCC1。

具体的，第一开关管Q1的基极连接第一检测点P1，集电级通过第一电阻R4连接第一电源VCC1，发射极连接电表的地线102。第一开关管Q1为NPN型晶体管。

由此，可根据第一开关管Q1的导通状态便捷、可靠地确定零线的连接状态。

在一个实施例中，可通过选择第一检测电阻R1’以及第二检测电阻R2’的阻值，使第一检测点P1在零线断路的电压高于第一开关管Q1的导通阈值，使第一检测点P1在零线通路的电压低于第一开关管Q1的导通阈值。具体的，第一检测电阻R1’以及第二检测电阻R2’的阻值可根据第一分压电路以及第二分压电路确定。

在电表的零线是通路时，电流自输出端O1、经第二分压电路112、地线102流入零线N。在该实施例中，第二分压电路112包括第三分压电阻R3。

整流电路为三相桥式全控整流电路，三相电压分别为：

VL1＝VA sin ωt (1)

整流电路的输出端O1的电压为ABC电压对零线N的包络线，在一个周期(π/6，13π/6)内，整流输出电压的波形在一个周期内脉动6次，且每次脉动的波形相同，为便于计算，以下对一个脉冲，即1/6周期进行计算。

在三相平衡的情况下，输出端O1与输出参考端O2之间的电压为：

则第一检测点P1与地线之间的电压为：

V_LN＝VH-kV_HG (6)

其中，k＝R1’/(R1’+R2’)，VH的上极限值下极限值为/>

由此，可根据第一开关管的阈值确定第一检测电阻R1’以及第二检测电阻R2’的阻值的第一约束条件，以使在电表通路时，第一开关管Q1不导通。

在电表的零线是断路时，电流自输出端O1、经第二分压电路112、第一分压电路111、电表地线102流回交流电的相线L1、L2、L3。

令第一分压电路111的一个支路的电阻R＝R1+R2。输出端O1与地线之间的电压为：

由此，可根据第二分压电路和第一分压电路的阻抗确定第一检测电阻R1’以及第二检测电阻R2’的阻值的第二约束条件，使零线是断路时，第一开关管Q1导通。

在另外的实施例中，也可以根据第一检测电阻R1’以及第二检测电阻R2’的阻值，以及第一分压电路的阻值确定第三分压电阻的阻值，以使零线是断路时，第一开关管Q1导通。

为了检测更为准确，在一个实施例中，检测电路13还可以包括辅助整流电路104，辅助整流电路104接入第一检测点P1，对第一检测点P1的电流进行整流滤波。具体的，辅助整流电路104至少包括整流二极管D1、整流电阻R7以及电容C1。整流二极管D1的正相输入端连接第一检测点P1，反相输出端通过电阻R7、电容C1接地。当VH_max-kV_HG大于0时，对V_LN整流滤波后可得到一个直流电压，第一开关管Q1导通；若小于0，对V_LN整流滤波则无法得到一个直流电压，第一开关管Q1断开。由此，可过滤干扰，高效、可靠地通过第一开关管Q1的状态确定零线的连接状态。

在一个实施例中，第一分压电路111还可以用于对电表的计量电压进行采样，通过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2实现分压、采样，以获取电力使用情况。

在一个实施例中，检测电路还可以包括光耦电路105。光耦电路105与所述第二检测点P2电连接，以在第一开关管Q1导通时发光，以进一步生成零线断路的提示。

详细地，在一个实施例中，光耦电路包括第二开关管Q2、第二电阻R5以及第一发光二极管U1。第二开关管的基极接入第二检测点P2，发射极接入所述第一电源VCC1，集电极通过第一发光二极管U1、第二电阻R5与电表的地线102连接。其中，第二开关管Q2为PNP型晶体管。第一发光二极管U1串联与第二电阻R5与第二开关管Q2对应的集电极之间。当第一开关管Q1导通时，第二检测点P2接地，引起第二开关管Q2导通，第一发光二极管U1发光。

进一步地，在一个实施例中，光耦电路105还可以包括第二电源VCC2、第三电阻R6以及第一三级管Q3。第一三级管Q3的集电极通过第三电阻R6接入第二电源VCC2，发射极接地。由此，当第一发光二极管U1的发光时，第一三级管Q3导通，产生电流。第三电阻R6与第一三级管Q3对应的集电极之间设有第三检测点P3，通过第三检测点P3的输出电压可准确确定零线的连接状态，同时实现隔离输出，从而使该电表的掉零线检测电路能够适应多种类型的电能表，且能够仅使用一个第一发光二极管即可实现光耦隔离输出，隔离成本较低。进一步地，第三检测点可接入电表的控制芯片，以使控制芯片及时获取零线连接情况，由此，本申请提供的电表的掉零线检测电路具有较大的电压检测范围以及较低成本检测信号的输出。

根据本申请的另一方面，还提供了一种电表。电表包括如上所描述的电表的掉零线检测电路，以对检测该电表的零线连接情况。电表可以使用锰铜作为电流采样器，也可以使用电流互感器作为电流采样器。需要注意的是，若使用锰铜作为电流采样器，则电表的掉零线检测电路中需包含上述光耦电路。

在一个实施例中，电表还可以包括计量芯片以及控制芯片。控制芯片能够及时获取零线连接情况，控制芯片还能够通过计量芯片获取第一分压电路采样获取的电压和/电流，以得到电力的使用情况。

以上电表的发明构思与前述电表的掉零线检测电路的发明构思一致，此处不再赘述。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本申请，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本申请能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电表的掉零线检测电路，其特征在于，所述掉零线检测电路包括：

整流电路，所述整流电路的输入端接入三相交流电；

分压电路，所述分压电路包括第一分压电路以及第二分压电路；所述第一分压电路连接于所述交流电的相线与所述零线之间；所述第二分压电路连接于所述整流电路的输出端与地线之间，其中，所述地线与所述零线电连接；

检测电路，所述检测电路与所述整流电路的输出端连接；在所述零线断路的情况下，所述第一分压电路与所述第二分压电路串联连接于所述交流电的相线与所述整流电路的输出端之间；所述检测电路用于检测所述整流电路的输出端的电压，以根据所述输出端的电压确定所述零线的连接状态。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检测电路包括第一检测电阻以及第二检测电阻；所述第一检测电阻与所述第一检测电阻串联形成第一检测电路；所述第一检测电路的一端与所述整流电路的输出端连接，另一端与所述整流电路的输出参考端连接；所述第一检测电阻与所述第一检测电阻之间设有第一检测点，以通过所述第一检测点的电压确定所述零线的连接状态。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述检测电路还包括第一开关电路，所述第一开关电路包括第一开关管、第一电阻以及第一电源；所述第一开关管的基极连接所述第一检测点，集电级通过所述第一电阻连接所述第一电源，发射极连接所述电表的地线；在所述第一电阻与所述第一开关管对应的集电级之间设有第二检测点；在所述第一开关管导通的情况下，所述第二检测点接地。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第一检测电阻以及第二检测电阻的阻值是根据所述第一开关管的导通阈值、所述第一分压电路的阻抗以及第二分压电路的阻抗确定的，以在所述零线断路的情况下使所述第一开关管的导通，并在所述零线通路的情况下使所述第一开关管的断开。

5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述检测电路还包括光耦电路；所述光耦电路与所述第二检测点电连接；在所述第一开关管导通的情况下，所述光耦电路发光。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述光耦电路包括第二开关管、第二电阻以及第一发光二极管；所述第二开关管的基极接入所述第二检测点，发射极接入所述第一电源，集电极通过所述第一发光二极管、所述第二电阻与所述电表的地线连接；所述第一发光二极管串联与所述第二电阻与所述第二开关管对应的集电极之间。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述光耦电路还包括第二电源、第三电阻以及第一三级管；所述第一三级管的集电极通过所述第三电阻接入所述第二电源、发射极接地；所述第一发光二极管的发光强度改变，引起所述第一三级管中电流改变；所述第三电阻与所述第一三级管对应的集电极之间设有第三检测点，以通过所述第三检测点的输出电压确定所述零线的连接状态。

8.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述检测电路还包括辅助整流电路，所述辅助整流电路接入所述第一检测点，以使所述第一检测点的输出稳定的直流。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，任一相线与零线之间均串联一个所述第一分压电路；所述第一分压电路包括串联的第一分压电阻以及第二分压电阻，所述第一分压电阻以及所述第二分压电阻还用于采样所述三相交流电的电压和/电流，以通过所采样的电压和/电流计量获得的电力。

10.一种电表，其特征在于，所述电表包括如权利要求1-9任一项所述的电表的掉零线检测电路。