CN114076856A - 一种负载类型检测电路、负载类型检测装置及家用设备 - Google Patents

Abstract

本申请属于线路保护技术领域，提供了一种负载类型检测电路、负载类型检测装置及家用设备，通过电压转换电路将所述交流电源提供的交流电信号转换为对应的电压转换信号，电流转换电路对所述交流电源输出的电流进行采样，并将采样电流转换为对应的电流转换信，然后由信号鉴相电路根据所述电压转换信号和所述电流转换信号确定所述电压转换信号和所述电流转换信号之间的信号时间差，并根据所述时间差确定负载的类型，从而解决了产品误接负载或者负载类型不匹配，导致线路起火冒烟、电器设备烧毁、甚至对人身安全产生危害的问题。

Description

一种负载类型检测电路、负载类型检测装置及家用设备

技术领域

本申请属于线路保护技术领域，尤其涉及一种负载类型检测电路、负载类型检测装置及家用设备。

背景技术

电器负载的类型包括容性负载、感性负载以及阻性负载等，目前现有家用开关线路(插座、开关等)一般不具备检测所接负载类型。

然而，用户在使用过程中，可能因为产品误接负载或者负载类型不匹配，导致线路起火冒烟、电器设备烧毁、甚至对人身安全产生危害。

发明内容

本申请的目的在于提供一种负载类型检测电路、负载类型检测装置及家用设备，旨在解决产品误接负载或者负载类型不匹配，导致线路起火冒烟、电器设备烧毁、甚至对人身安全产生危害的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种负载类型检测电路，所述负载类型检测电路包括：

电压转换电路，与交流电源连接，用于将所述交流电源提供的交流电信号转换为对应的电压转换信号，其中，所述电压转换信号为方波信号；

电流转换电路，与所述交流电源连接，用于对所述交流电源输出的电流进行采样，并将采样电流转换为对应的电流转换信号；

信号鉴相电路，分别与所述电压转换电路和所述电流转换电路连接，用于根据所述电压转换信号和所述电流转换信号确定所述电压转换信号和所述电流转换信号之间的信号时间差，并根据所述时间差确定负载的类型。

可选的，所述负载类型检测电路还包括：

继电器开关，设于所述电流转换电路与所述交流电源之间，用于根据用户操作控制所述电流转换电路与所述交流电源之间的连接状态。

可选的，所述电压转换电路包括：

第一开关切换单元，与所述交流电源连接，用于将所述交流电信号转换为直流电信号；

第二开关切换单元，与所述第一开关切换单元连接，用于将所述直流电信号转换为对应的电压转换信号。

可选的，所述第一开关切换单元包括：第一电阻、第二电阻、第一二极管、第一开关管、第三电阻、第四电阻以及第一电容；

所述第一电阻的第一端与所述交流电源的火线连接，所述第一电阻第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端、所述第一二极管的阴极以及所述第一开关管的控制端连接，所述第一开关管的电流输入端、所述第一电容的第一端、所述第三电阻的第一端以及所述第四电阻的第一端共接，所述第三电阻的第二端与直流电源连接，所述第一开关管的电流输出端与所述第一二极管的阳极共接于地，所述第一电容的第二端接地，所述第四电阻的第二端与所述第二开关切换单元连接。

可选的，所述第二开关切换单元包括：第二开关管、第二电容、第五电阻以及第六电阻；

所述第二开关管的控制端与所述第一开关切换单元连接，所述第二开关管的电流输入端、所述第五电阻的第一端、所述第六电阻的第一端以及所述第二电容的第一端共接，所述第五电阻的第二端与直流电源连接，所述第二开关管的电流输出端接地，所述第二电容的第二端接地，所述第六电阻的第二端与所述信号鉴相电路连接。

可选的，所述电流转换电路包括：第十一电阻、第十二电阻、第七电阻、第八电阻、第五电容、第三开关管、第四开关管、第九电阻、第三电容、第三二极管、第四电容以及第十电阻；

所述第十一电阻的第一端、所述第十二电阻的第一端、所述第七电阻的第一端共接于所述交流电源的零线，所述第十一电阻的第二端、所述第五电容的第一端、所述第三开关管的电流输出端共接，所述第十二电阻的第二端、所述第五电容的第二端、所述第三开关管的控制端、所述第四开关管的电流输出端以及所述第八电阻的第一端共接，所述第八电阻的第二端与所述第七电阻的第二端共接，所述第四开关管的控制端、所述第三开关管的电流输入端以及所述第九电阻的第一端共接，所述第四开关管的电流输入端、所述第九电阻的第二端、所述第三电容的第一端以及所述第三二极管的阴极共接，所述第三电容的第二端接地，所述第三二极管的阳极、所述第四电容的第一端以及所述第十电阻的第一端共接于所述信号鉴相电路，所述第十电阻的第二端与直流电源连接，所述第四电容的第二端接地。

可选的，所述第五电阻的阻值范围为1mΩ-10mΩ。

可选的，所述第三开关管为NPN三极管，所述第四开关管为PNP三极管。

本申请第二方面还提供了一种负载类型检测装置，所述负载类型检测装置包括如上述任一项所述的负载类型检测电路。

本申请第三方面还提供了一种家用设备，包括如上述任一项所述的负载类型检测电路。

本申请实施例提供了一种提供了一种负载类型检测电路、负载类型检测装置及家用设备，通过电压转换电路将所述交流电源提供的交流电信号转换为对应的电压转换信号，电流转换电路对所述交流电源输出的电流进行采样，并将采样电流转换为对应的电流转换信，然后由信号鉴相电路根据所述电压转换信号和所述电流转换信号确定所述电压转换信号和所述电流转换信号之间的信号时间差，并根据所述时间差确定负载的类型，从而解决了产品误接负载或者负载类型不匹配，导致线路起火冒烟、电器设备烧毁、甚至对人身安全产生危害的问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种负载类型检测电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种负载类型检测电路的应用示意图；

图3为本申请实施例提供的电压转换电路的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的电流转换电路的结构示意图；

图5为本实施例提供的一种负载类型检测电路的信号综合处理示意图；

图6为本申请实施例提供的信号鉴相电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请实施例提供了一种负载类型检测电路，参见图1所示，本实施例中的负载类型检测电路包括电压转换电路20、电流转换电路30以及信号鉴相电路40；具体的，电压转换电路20与交流电源10连接，用于将交流电源10提供的交流电信号转换为对应的电压转换信号，其中，电压转换信号为方波信号；电流转换电路30，与交流电源10连接，用于对交流电源10输出的电流进行采样，并将采样电流转换为对应的电流转换信号；信号鉴相电路40，分别与电压转换电路20和电流转换电路30连接，用于根据电压转换信号和电流转换信号确定电压转换信号和电流转换信号之间的信号时间差，并根据时间差确定负载的类型。

在本实施例中，电压转换电路20将交流电源10提供的交流电信号转换为单片机可读的直流电平(即电压转换信号)，例如，通过电源转换电路从交流电源10的火线取电，并将获取的直流电压转换为对应的方波信号，从而完全将交流电源10输入的信号转换为直流信号，完成电压检测。电流转换电路30对负载输出的电流信号进行电流采样，并将采样电流转换为对应的电流转换信号，例如，通过电流检测电阻作为电流采样器对采样电流进行采集，然后转换为对应的低电压信号(即电流转换信号)，从而输出与电流对应的直流波形，信号鉴相电路40根据电压转换信号和电流转换信号确定电压转换信号和电流转换信号之间的信号时间差，并根据时间差确定负载的类型。

在一个具体应用实施例中，现有的负载类型分类有纯阻性(电热棒、电饭锅等)、感性负载(电风扇、电动机等)、容性负载(电脑、电视等)。根据其特有的电压电流特性，来判断所连接的负载类型。例如，感性负载：电流方向滞后电压90°，容性负载：电流方向超前电压90°，阻性负载：电流和电压方向一致，因此，通过信号鉴相电路40计算其电压转换信号和电流转换信号之间的信号时间差，即可根据检测电流和电压的方向来判断负载类型，从而执行相对应的保护措施。

在一个实施例中，参见图2所示，本实施例中的负载类型检测电路还包括：继电器开关50，设于电流转换电路30与交流电源10之间，用于根据用户操作控制电流转换电路30与交流电源10之间的连接状态。

在本实施例中，继电器开关50可以根据用户操作控制电流转换电路30与交流电源10之间的连接状态，从而控制信号采集的过程。

在一个实施例中，参见图3所示，电压转换电路20包括第一开关切换单元21、第二开关切换单元22，具体的，第一开关切换单元21，与交流电源10连接，用于将交流电信号转换为直流电信号；第二开关切换单元22，与第一开关切换单元21连接，用于将直流电信号转换为对应的电压转换信号V_DET。

在一个实施例中，参见图3所示，第一开关切换单元21包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1、第一开关管Q1、第三电阻R3、第四电阻R4以及第一电容C1；

第一电阻R1的第一端与交流电源10的火线L连接，第一电阻R1第二端与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端、第一二极管D1的阴极以及第一开关管Q1的控制端连接，第一开关管Q1的电流输入端、第一电容C1的第一端、第三电阻R3的第一端以及第四电阻R4的第一端共接，第三电阻R3的第二端与直流电源VDD连接，第一开关管Q1的电流输出端与第一二极管D1的阳极共接于地，第一电容C1的第二端接地，第四电阻R4的第二端与第二开关切换单元22连接。

在一个实施例中，第一开关管Q1为NPN型三极管。

在本实施例中，交流电源10提供的电流电压信号首先由第一电阻R1和第二电阻R2进行降压，由于第一开关管Q1在达到导通电压时才会导通，此时由第一开关管Q1使交流电信号转换为方波信号，从而完成了交流电源10输出的电流电信号的相位的检测。

在一个实施例中，第二开关切换单元22包括：第二开关管Q2、第二电容C2、第五电阻R5以及第六电阻R6；第二开关管Q2的控制端与第一开关切换单元21连接，第二开关管Q2的电流输入端、第五电阻R5的第一端、第六电阻R6的第一端以及第二电容C2的第一端共接，第五电阻R5的第二端与直流电源VDD连接，第二开关管Q2的电流输出端接地，第二电容C2的第二端接地，第六电阻R6的第二端与信号鉴相电路40连接。

在本实施例中，直流电源VDD提供高电平信号，当第二开关管Q2关断时，电压转换信号V_DET为高电平，当第二开关管Q2导通时，直流电源VDD接地，电压转换信号V_DET为低电平。

在一个实施例中，第二开关管Q2为NPN型三极管。

在本实施例中，由第二开关管Q2对第一开关切换单元21输出的方波信号进行二次转换。

在一个实施例中，电流转换电路30的目的也是将流过负载的电流信号转换成单片机可识别的信号，例如，通过接入电流检测电阻与负载串联，所有电流会经过电流检测电阻，电流检测电阻两端会产生一个电压值，电流采样器将采样电流进行收集，后经过信号处理器将电流信号转换为对应的低电压信号，这样输出端产生对应于电流的直流波形，方便下一步信号处理。

在一个实施例中，参见图4所示，电流转换电路30包括：第十一电阻R11、第十二电阻R12、第七电阻R7、第八电阻R8、第五电容C5、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第九电阻R9、第三电容C3、第三二极管D3、第四电容C4以及第十电阻R10；第十一电阻R11的第一端、第十二电阻R12的第一端、第七电阻R7的第一端共接于交流电源10的零线N，第十一电阻R11的第二端、第五电容C5的第一端、第三开关管Q3的电流输出端共接，第十二电阻R12的第二端、第五电容C5的第二端、第三开关管Q3的控制端、第四开关管Q4的电流输出端以及第八电阻R8的第一端共接，第八电阻R8的第二端与第七电阻R7的第二端共接，第四开关管Q4的控制端、第三开关管Q3的电流输入端以及第九电阻R9的第一端共接，第四开关管Q4的电流输入端、第九电阻R9的第二端、第三电容C3的第一端以及第三二极管D3的阴极共接，第三电容C3的第二端接地，第三二极管D3的阳极、第四电容C4的第一端以及第十电阻R10的第一端共接于信号鉴相电路40，第十电阻R10的第二端与直流电源VDD连接，第四电容C4的第二端接地。

在本实施例中，第五电阻R5为电流检测电阻，负载端通电后，所有电流会经过第五电阻R5，第五电阻R5的阻值较小，当有电流流过时，第五电阻R5的两端会产生一个电压值，后级的第三开关管Q3和第四开关管Q4将电压值进行处理，使电流转换信号I_DET产生对应于电流的直流波形，方便信号鉴相电路40信号处理。

进一步的，还可以在交流电源10的火线L上接入电流转换电路30形成对称。

在一个实施例中，第五电阻R5的阻值范围为1mΩ-10mΩ。

在本实施例中，第五电阻R5的阻值较小，当继电器开关50接通时，所有电流都会经过第五电阻R5，从而基于第五电阻R5两端的电压以及第五电阻R5的阻值即可得到线路中流过负载的电流。

在一个实施例中，第三开关管Q3为NPN三极管，第四开关管Q4为PNP三极管。

在一个实施例中，图5为本实施例提供的一种负载类型检测电路的信号综合处理示意图，a为电路中采集的电压信号，b为电路中采集的电流信号，c为电压转换信号，d为电流转换信号，e为电压转换信号与电流转换信号之间的时间差，通过时间差即可判断电压信号和电流信号的方向，从而判定负载特性。

在一个实施例中，图6为一种信号鉴相电路40的结构示意图，采用图5中的电路结构，即可输出波形e。

在一个实施例中，参见图6所示，芯片U1和芯片U2为D类触发器，芯片U1的引脚CD与芯片U2的引脚Q连接，芯片U1的引脚Q^与芯片U2的引脚CD连接，芯片U1的引脚D、引脚SD与芯片U2的引脚D、引脚SD与供电端VDD连接。

在一个具体应用中，将电压信号a输出至U2的CLK脚，电流信号b输出至U1的CLK引脚，假设a信号比b信号提前，则U2的引脚CLK检测一个上升沿电平，那么U2的引脚Q输出一个高电平，继而U1的CD引脚接收到高电平信号，接着电流信号b上升沿到来，则U1的引脚Q输出高电平，其引脚Q^的信号就为低电平。这样在out端就有了高低电平的切换，通过对其out端信号的电平进行分析，即可识别出电压超前还是滞后电流，从而判断负载的类型。

本申请实施例还提供了一种负载类型检测装置，所述负载类型检测装置包括如上述任一项所述的负载类型检测电路。

本申请实施例还提供了一种家用设备，包括如上述任一项所述的负载类型检测电路。

本申请从线路中增加相应的功能，能够检测所连接的负载类型(容性、感性、阻性)，当误接或者负载过载时，设备检测到误区，就会通过智能模块上报给客户应用端进行警示，甚至在未收到用户处理时，直接将设备进行关断，这样实现过载、负载不匹配的保护，满足用户的人身安全和设备不被烧毁。

本申请实施例提供了一种提供了一种负载类型检测电路、负载类型检测装置及家用设备，通过电压转换电路将所述交流电源提供的交流电信号转换为对应的电压转换信号，电流转换电路对所述交流电源输出的电流进行采样，并将采样电流转换为对应的电流转换信，然后由信号鉴相电路根据所述电压转换信号和所述电流转换信号确定所述电压转换信号和所述电流转换信号之间的信号时间差，并根据所述时间差确定负载的类型，从而解决了产品误接负载或者负载类型不匹配，导致线路起火冒烟、电器设备烧毁、甚至对人身安全产生危害的问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负载类型检测电路，其特征在于，所述负载类型检测电路包括：

电压转换电路，与交流电源连接，用于将所述交流电源提供的交流电信号转换为对应的电压转换信号，其中，所述电压转换信号为方波信号；

电流转换电路，与所述交流电源连接，用于对所述交流电源输出的电流进行采样，并将采样电流转换为对应的电流转换信号；

信号鉴相电路，分别与所述电压转换电路和所述电流转换电路连接，用于根据所述电压转换信号和所述电流转换信号确定所述电压转换信号和所述电流转换信号之间的信号时间差，并根据所述时间差确定负载的类型。

2.如权利要求1所述的负载类型检测电路，其特征在于，所述负载类型检测电路还包括：

继电器开关，设于所述电流转换电路与所述交流电源之间，用于根据用户操作控制所述电流转换电路与所述交流电源之间的连接状态。

3.如权利要求1所述的负载类型检测电路，其特征在于，所述电压转换电路包括：

第一开关切换单元，与所述交流电源连接，用于将所述交流电信号转换为直流电信号；

第二开关切换单元，与所述第一开关切换单元连接，用于将所述直流电信号转换为对应的电压转换信号。

4.如权利要求3所述的负载类型检测电路，其特征在于，所述第一开关切换单元包括：第一电阻、第二电阻、第一二极管、第一开关管、第三电阻、第四电阻以及第一电容；

所述第一电阻的第一端与所述交流电源的火线连接，所述第一电阻第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端、所述第一二极管的阴极以及所述第一开关管的控制端连接，所述第一开关管的电流输入端、所述第一电容的第一端、所述第三电阻的第一端以及所述第四电阻的第一端共接，所述第三电阻的第二端与直流电源连接，所述第一开关管的电流输出端与所述第一二极管的阳极共接于地，所述第一电容的第二端接地，所述第四电阻的第二端与所述第二开关切换单元连接。

5.如权利要求3所述的负载类型检测电路，其特征在于，所述第二开关切换单元包括：第二开关管、第二电容、第五电阻以及第六电阻；

所述第二开关管的控制端与所述第一开关切换单元连接，所述第二开关管的电流输入端、所述第五电阻的第一端、所述第六电阻的第一端以及所述第二电容的第一端共接，所述第五电阻的第二端与直流电源连接，所述第二开关管的电流输出端接地，所述第二电容的第二端接地，所述第六电阻的第二端与所述信号鉴相电路连接。

6.如权利要求1所述的负载类型检测电路，其特征在于，所述电流转换电路包括：第十一电阻、第十二电阻、第七电阻、第八电阻、第五电容、第三开关管、第四开关管、第九电阻、第三电容、第三二极管、第四电容以及第十电阻；

所述第十一电阻的第一端、所述第十二电阻的第一端、所述第七电阻的第一端共接于所述交流电源的零线，所述第十一电阻的第二端、所述第五电容的第一端、所述第三开关管的电流输出端共接，所述第十二电阻的第二端、所述第五电容的第二端、所述第三开关管的控制端、所述第四开关管的电流输出端以及所述第八电阻的第一端共接，所述第八电阻的第二端与所述第七电阻的第二端共接，所述第四开关管的控制端、所述第三开关管的电流输入端以及所述第九电阻的第一端共接，所述第四开关管的电流输入端、所述第九电阻的第二端、所述第三电容的第一端以及所述第三二极管的阴极共接，所述第三电容的第二端接地，所述第三二极管的阳极、所述第四电容的第一端以及所述第十电阻的第一端共接于所述信号鉴相电路，所述第十电阻的第二端与直流电源连接，所述第四电容的第二端接地。

7.如权利要求6所述的负载类型检测电路，其特征在于，所述第五电阻的阻值范围为1mΩ-10mΩ。

8.如权利要求7所述的负载类型检测电路，其特征在于，所述第三开关管为NPN三极管，所述第四开关管为PNP三极管。

9.一种负载类型检测装置，其特征在于，所述负载类型检测装置包括如权利要求1-8任一项所述的负载类型检测电路。

10.一种家用设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的负载类型检测电路。

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