CN114578116A

CN114578116A - 用于电压测量的测量设备

Info

Publication number: CN114578116A
Application number: CN202111451229.3A
Authority: CN
Inventors: V·卡普赛列亚; J·哈斯; C.豪策内德; S·斯特罗卡
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2022-06-03
Also published as: EP4009058A1; DE102020215171A1

Abstract

本发明涉及一种用于测量AC输入电压（103）的测量设备（110）。测量设备（110）包括第一分压器（211），其构造用于将输入电压（103）的第一极与至少一个测量电阻（215）的第一极耦联，从而缩放电压（202）作为输入电压（103）的缩放版本存在于测量电阻（215）上。此外，测量设备（110）包括偏置单元（213），其设置用于，借助偏置直流电压（203）来推移缩放电压（202），以便提供偏移的电压（204），偏移的电压不具有极性变换。

Description

用于电压测量的测量设备

技术领域

本发明涉及一种设备、尤其是用于测量电压、尤其是交流电压的电路装置。

背景技术

家用器具、例如洗衣机或洗碗机通常具有电网接头、尤其是开关电源（Schaltnetzteil），家用器具可以利用开关电源连接到交流供电网络。由供电网络提供的电网电压可以具有关于电压水平和/或关于频率的波动。这种波动可能导致家用器具中的过压情况和/或功耗波动，并且因此必要时导致损害家用器具的运行。

发明内容

该文献所要解决的技术问题在于，即使在供应电压的波动的情况下也能够实现家用器具的可靠的和稳定的运行。

该技术问题通过独立权利要求的主题解决。有利的实施方式尤其在从属权利要求中定义，在以下的描述中被描述或在附图中示出。

根据本发明的一个方面，描述了一种用于测量AC（交流）输入电压的测量设备。测量设备尤其可以设置用于提供交流输入电压的测量信号，该测量信号可以以可靠的和有效的方式在安全超低电压（SELV）环境中由微处理器读取。例如，交流输入电压可以是230V的供应电压。

测量设备包括第一分压器，其构造用于将输入电压的第一极、例如中性导体或相导体与至少一个测量电阻的第一极耦联。至少一个测量电阻在此可以必要时包括一个或多个分电阻的网络。

测量设备此外可以包括第二分压器，该第二分压器构造用于，将输入电压的第二极（例如以与第一分压器互补的方式）、相导体或中性导体与测量电阻的第二极耦联。

通过使用第一分压器和必要时第二分压器可以导致，缩放电压（skalierteSpannung）作为输入电压的缩放版本存在于测量电阻上。在此，输入电压例如可以具有100V或更大的幅度。另一方面，缩放电压可以具有50V或更小的幅度。随着时间的推移，缩放电压可以相应于输入电压，然而具有与输入电压相比减小的幅度。缩放电压可以是相对于接地部或大地的电压。

第一和/或第二分压器分别可以具有彼此串联布置的第一电阻和第二电阻。必要时，各个分压器可以分别具有两个以上的（串联连接的）电阻。在此，第一电阻和/或第二电阻可以分别具有500 kOhm或更大、尤其1MOhm或更大的电阻值。换句话说，第一电阻和/或第二电阻分别可以具有高的电阻值，从而满足一个或多个SELV要求、尤其是用于保护阻抗的SELV要求。因此，可以以有效的和可靠的方式导致输入电压的缩放。

第一和/或第二分压器可以构造用于，导致输入电压与缩放电压的电流分离。备选地或补充地，第一和/或第二分压器可以构造用于，导致输入电压和缩放电压之间的SELV分离。尤其可以通过分压器的串联连接的电阻导致电流分离和/或SELV分离。在此，电阻值可以是足够高的（例如500kOhm或更大），并且由此导致的电流是足够小的，以便导致电流分离和/或SELV分离。电阻因此可以用作保护阻抗。因此能够实现特别安全的电压测量。

测量设备此外包括偏置单元，该偏置单元设置用于，通过偏置直流电压来推移缩放电压，以便提供偏移的、尤其是升高的电压（作为输入电压的测量信号）。偏移的电压在此可以使得偏移的电压不具有极性变换。换句话说，偏移的电压可以使得偏移的电压（在所有时间点上）要么仅具有正电压值（≥0V）要么仅具有负电压值（≤0V）。因此，偏移的电压可以作为输入电压的测量信号以有效的和可靠的方式传输到微处理器。

偏置单元可以包括运算放大器，该运算放大器具有针对偏置直流电压的第一输入端、尤其是正输入端，并且具有针对缩放电压的第二输入端、尤其是负输入端。因此，可以以特别有效和可靠的方式导致缩放电压的偏移、尤其是升高。

测量设备可以包括比较单元，该比较单元设置用于，比较偏移的电压与参考电压，以便产生比较器信号、尤其是矩形的比较器信号，其作为边沿示出输入电压的过零点（Nulldurchgang）或输入电压的特定的相位或特定的相位角。在此，参考电压可以相应于偏置直流电压（尤其当要识别过零点或零相位或零相位角时）。通常，通过调设参考电压，可以确定输入电压的相位或相位角，该相位或相位角应通过测量设备识别。

比较单元可以包括运算放大器，其具有针对参考电压的第一输入端、尤其是正输入端和具有针对偏移的电压的第二输入端、尤其是负输入端。因此，输入电压的过零点可以以有效的和可靠的方式（在 SELV 范围内）示出。

测量设备可以包括模数转换器，其设置用于，将偏移的电压和/或比较器信号分别处理成数字信号以在微处理器中进行处理。模数转换器可以是微处理器的一部分。因此，可以以有效的且可靠的方式处理关于输入电压的信息。尤其地，基于数字化的偏移的电压（通过微处理器）可以获知输入电压的幅度，和/或可以识别输入电压的一个或多个过零点。这可以在SELV范围内以有效的和安全的方式进行。

根据另一方面，描述了一种家用器具（例如洗衣机、洗碗机、烤箱、炉灶、厨房机、吸尘器、干燥机、冰箱等），其包括在该文献中描述的测量设备。家用器具尤其可以包括用于将家用器具连接到AC供应电压的电网接头。测量设备可以设置用于，基于AC供应电压产生偏移的电压。

家用器具此外可以包括控制单元，该控制单元设置用于根据偏移的电压、尤其根据偏移的电压的幅度来运行家用器具的功能。例如，家用器具的功率控制或调节可以根据偏移的电压的幅度进行。因此，能够实现家用器具的特别安全的和可靠的运行。

要注意的是，在该文献中描述的测量设备的任何方面都可以以多种方式相互组合。尤其地，权利要求的特征可以以多种方式相互组合。

附图说明

此外，本发明根据在附图中示出的实施例详细描述。在此：

图1示出了示例性的家用器具的框图；

图2示出了用于电压测量的示例性的测量设备的框图；并且

图3示出了示例性的随时间的电压走向。

具体实施方式

如开头说明的那样，本文件涉及即使在供应电压波动的情况下也能够以有效的方式实现家用器具的稳定且可靠的运行。在这种关系下，图1示出了示例性的家用器具100、例如洗衣机，其具有电网接头102、尤其具有开关电源，通过该开关电源可以将家用器具100连接到交流电流-供应电压103。家用器具100包括测量设备110，其设置用于检测与供应电压103相关的一个或多个测量信号。一个或多个测量信号可以通过家用器具100的控制单元101（例如通过微处理器）进行评估，尤其以便使家用器具100的运行适配于供应或电网电压103各自当前的特性、例如幅度和/或频率。因此，即使在供应电压103波动的情况下也能够实现家用器具100的稳定且可靠的运行。

图2示出了示例性的测量设备110的电路图。测量设备110在测量设备110的输入端221、222上包括一个或多个分压器211、212，其设置用于将供应电压103的电压水平减小到低电压水平、例如小于50V的水平。尤其地，测量设备110可以包括第一输入节点221（其例如可以与供应电压103的中性导体连接）以及第二输入节点222，其例如可以与供应电压103的相导体连接（或相反）。第一输入节点221可以与第一分压器211连接和/或第二输入节点222可以与第二分压器212连接。分压器211、222的电阻分别可以具有1MOhm的欧姆电阻（在该范围内）。

此外，至少第一分压器211或至少第二分压器212可以与至少一个测量电阻器215耦联，以便提供SELV范围内的缩放电压202。尤其地，两个分压器211、212可以与至少一个测量电阻215或测量电阻215的网络的分别不同的端部或极连接，在该网络中，缩放电压202下降到低电压水平。缩放电压202可以表示供应电压103的缩放的复制。缩放电压202在此可以是相对于接地部或大地的电压。图3示出了具有在高电压范围内的电压幅度301的供应电压103的周期。此外，图3示出了具有低电压范围内的电压幅度302的缩放电压202的相应的周期。

图2中示出的测量设备110能够通过使用分压器211、212实现供应电压103（在竖直的虚线的左侧）和缩放电压202（在竖直的虚线的右侧）的电流分离。测量设备110的布置在竖直的虚线右侧的部分可以是SELV（Safety Extra Low Voltage，安全超低电压）范围。

缩放电压202可以被传导到偏置单元213的输入端、尤其是负输入端。偏置单元213可以设置用于，以一偏置直流电压203为幅度推移缩放电压202，以便提供偏移的、尤其升高的电压204。偏置直流电压203可以位于偏置单元213的另一输入端上、尤其是正输入端上。偏置单元213可以包括运算放大器。图3示出了推移了该偏置直流电压203的缩放电压202，即升高的或偏移的电压204。

升高的电压204可以表示供应电压103的缩放的和推移的版本，其没有符号变换，并且例如仅具有正的电压值。升高的电压204可以以有效的和可靠的方式通过例如微处理器、例如家用器具100的控制单元101的模数转换器被读取并且评估。数字化的升高的电压204则可以由控制单元101评估，例如以便获知供应电压103的幅度和/或以便探测供应电压103的过零点。

测量设备110此外可以包括比较单元214、尤其是比较器，其设置用于比较升高的电压204与参考直流电压205，以便（借助电路元件）探测供应电压103的一个或多个过零点。然后，可以在比较单元214的输出端上输出具有边沿的比较器信号206，如图3所示的那样，其中每个边沿示出供应电压103的过零点。

因此描述了一种测量设备110，其根据电阻（尤其根据保护阻抗）导致输入电压103的电流分离。可以利用运算放大器213处理从输入电压103导出的变换的或缩放的电压202。缩放的AC电压信号202尤其可以借助偏置直流电压203被升高，以便提供升高的电压信号204，电压信号不具有负值并且因此可以以可靠的和精确的方式通过微处理器被读取。

此外，输入电压103的过零点可以在已经电流分离的升高的电压信号204上被检测到，并且通过比较器214被处理为矩形的信号206，矩形的信号可以被传输到微处理器。

在该文献中描述的测量设备110、尤其是所描述的电路能够同时实现多个功能、例如电压测量、在模数转换器(ADC)上提供安全的SELV信号，以及过零点测量（或相位测量或相位角测量）。在此，测量设备100可以通过适配偏置直流电压203和/或参考电压205以有效的方式适配于不同的应用。

在该文献中描述的测量设备110可以使用在具有SELV分离的电子和/或电气装置100中，尤其以便针对微处理器，在SELV侧提供电压测量和/或过零点识别。

通过在该文献中描述的测量设备110可以提供具有高的精度和高的温度稳定性的有效电压和/或过零点测量。此外，所描述的测量设备110具有长的使用寿命。

本发明并不局限于所示的实施例。尤其要注意的是，说明书和附图仅应该说明所提出的测量设备的原理。

Claims

1. 用于测量AC输入电压（103）的测量设备（110）；其中所述测量设备（110）包括：

- 第一分压器（211），其构造用于将输入电压（103）的第一极与至少一个测量电阻（215）的第一极耦联，从而缩放电压（202）作为输入电压（103）的缩放版本存在于测量电阻（215）上；和

- 偏置单元（213），其设置用于，借助偏置直流电压（203）来推移缩放电压（202），以便提供偏移的电压（204），所述偏移的电压不具有极性变换。

2.根据权利要求1所述的测量设备（110），其中所述测量设备（110）包括第二分压器（212），所述第二分压器构造用于，将输入电压（103）的第二极与测量电阻（215）的第二极耦联。

3.根据权利要求2所述的测量设备（110），其中第一和第二分压器（211、212）构造用于，导致输入电压（103）与缩放电压（202）的电流分离。

4. 根据权利要求2至3中任一项所述的测量设备（110），其中第一和第二分压器（211、212）构造用于，导致输入电压（103）与缩放电压（202）之间的安全超低电压分离，简称为SELV分离。

5. 根据前述权利要求中任一项所述的测量设备（110），其中

- 输入电压（103）具有100V或更大的幅度（301）；并且

- 缩放电压（202）具有50V或更小的幅度（302）。

6. 根据权利要求2至5中任一项所述的测量设备（110），其中

- 第一和第二分压器（211、212）分别具有彼此串联布置的第一电阻和第二电阻；并且

- 所述第一电阻和/或所述第二电阻分别具有500 kOhm或更大、尤其1MOhm或更大的电阻值；和/或

- 所述第一电阻和/或所述第二电阻分别具有高的电阻值，从而满足一个或多个用于保护阻抗的SELV要求。

7.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备（110），其中所述偏置单元（213）包括运算放大器，所述运算放大器具有针对偏置直流电压（203）的第一输入端和针对缩放电压（202）的第二输入端。

8.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备（110），其中所述测量设备（110）包括比较单元（214），所述比较单元设置用于，比较偏移的电压（204）与参考电压（205），以便产生比较器信号（206）、尤其是矩形的比较器信号（206），其作为边沿分别示出输入电压（103）的特定的相位或特定的相位角，尤其分别示出过零点。

9.根据权利要求8所述的测量设备（110），其中所述比较单元（214）包括运算放大器，所述运算放大器具有针对参考电压（205）的第一输入端、尤其是正输入端和针对偏移的电压（204）的第二输入端、尤其是负输入端。

10.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备（110），其中所述测量设备（110）包括模数转换器，其设置用于，将偏移的电压（204）处理成数字信号以在微处理器中进行处理。

11.家用器具（100），包括：

- 电网接头（102），用于将家用器具（100）连接到AC供应电压（103）；

- 根据前述权利要求中任一项所述的测量设备（110），其中所述测量设备（110）设置用于，基于AC供应电压（103）产生偏移的电压（204）；和

- 控制单元（101），其设置用于，根据偏移的电压（204）、尤其根据偏移的电压（204）的幅度来运行家用器具（100）的功能。