CN114609430A - 一种交流电方向测试电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流电方向测试电路，包括：采集电路和判断电路，采集电路接收外部输入的待测交流电，基于交流电的方向生成大小变化的第一电压信号和第二电压信号，当交流电方向为第一方向时，第一电压信号大于第二电压信号，当交流电方向为第二方向时，第二电压信号大于第一电压信号；判断电路接收采集电路输出的第一电压信号和第二电压信号，根据第一电压信号和第二电压信号输出判断待测交流电的方向的第三电压信号。本发明实施例提供的交流电方向测试电路，通过设置采集电路和判断电路，采集电路能够连接在交流回路中进行待测交流电方向的检测，解决了现有技术中对于集成电路板无法测试交流电方向的技术问题。

Description

一种交流电方向测试电路

技术领域

本发明涉及交流电检测技术领域，具体涉及一种交流电方向测试电路。

背景技术

目前，在进行交流电测试时，大都采用交流互感器利用互感的原理测量交流电方向；采用这种方式只能通过将互感器套在交流回路中进行测试，而对于电路板上的铜线，由于无法将其中的交流线路穿在交流互感器或者互感设备中，导致无法实现对其的测量。因此，采用交流互感器进行交流电方向测试的方式对于电子电路中测量交流电的方式是不适用的。

并且，采用交流互感器进行测试是基于电磁式互感的原理。采用该方式进行测试会存在一定的误差，且当交流电频率大于市电50hz时，交流互感会存在一定的时间延迟。若交流电改变方向过快，由于交流互感的延迟效应，交流电方向的判断就会出现判断错误的问题。目前在集成电路中，交流电采样方向电路并未开发。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种交流电方向测试电路，以解决现有技术提供的采用交流互感器测量交流电方向无法适用于电子电路测试的技术问题。

本发明实施例提供的技术方案如下：

本发明实施例提供一种交流电方向测试电路，包括：采集电路和判断电路，所述采集电路接收外部输入的待测交流电，基于交流电的方向生成大小变化的第一电压信号和第二电压信号，当交流电方向为第一方向时，第一电压信号大于第二电压信号，当交流电方向为第二方向时，第二电压信号大于第一电压信号；所述判断电路接收所述采集电路输出的第一电压信号和第二电压信号，根据所述第一电压信号和第二电压信号输出判断待测交流电的方向的第三电压信号。

可选地，该交流电方向测试电路还包括：方向输出电路，所述方向输出电路接收所述判断电路输出的第三电压信号，将所述第三电压信号进行稳定处理后输出。

可选地，所述采集电路包括：第一电容、第二电容以及第一电阻，所述第一电容的一端连接外部待测交流电，所述第一电容的另一端连接第一电阻的一端以及所述采集电路的第一输出端，所述第一电阻的另一端连接所述采集电路的第二输出端以及第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接外部待测交流电。

可选地，所述采集电路还包括：第三电容，所述第三电容连接在所述第一电容和待测交流电之间。

可选地，第一电容容值和第二电容容值相等；第三电容容值小于第一电容容值，第三电容容值小于第二电容容值。

可选地，所述判断电路包括：比较器，所述比较器的同相输入端连接所述采集电路的第一输出端，所述比较器的反相输入端连接所述采集电路的第二输出端，所述比较器的输出端连接所述判断电路的输出端。

可选地，所述判断电路还包括：依次连接的隔离电路和降压电路，所述隔离电路将所述比较器的同相输入端和反相输入端进行隔离，所述降压电路将所述采集电路输出的电压信号降压后输入至所述比较器。

可选地，所述隔离电路包括第二电阻和第三电阻，所述降压电路包括第四电阻和第五电阻，所述第二电阻的一端外接电源，所述第二电阻的另一端连接所述采集电路的第一输出端以及所述第四电阻的一端，所述第三电阻的一端接地，所述第三电阻的另一端连接所述采集电路的第二输出端以及所述第五电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接所述比较器的同相输入端，所述第五电阻的另一端连接所述比较器的反相输入端。

可选地，所述方向输出电路包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻以及第一三极管，所述第六电阻的一端连接所述判断电路的输出端，所述第六电阻的另一端连接所述第七电阻的一端以及所述第一三极管的基极，所述第七电阻的另一端连接所述第一三极管的发射极并接地，所述第一三极管的集电极连接所述第八电阻的一端以及所述方向输出电路的输出端，所述第八电阻的另一端外接电源。

可选地，所述采集电路串联连接在待测交流电的交流回路中；或者，当待测交流电的交流回路包含电容时，所述采集电路并联连接在所述电容两端。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的交流电方向测试电路，设置采集电路基于交流电方向的变化产生大小变化的第一电压信号和第二电压信号，同时设置判断电路连接采集电路，进行第一电压信号和第二电压信号大小的识别，从而实现待测交流电方向的判断。该交流电方向测试电路通过设置采集电路和判断电路，采集电路能够连接在交流回路中进行待测交流电方向的检测，解决了现有技术中对于集成电路板无法测试交流电方向的技术问题。

本发明实施例提供的交流电方向测试电路，通过设置电子元器件搭建采集电路、判断电路以及方向输出电路，能够快速且准确的检测跟踪待测交流电电流的方向，解决了采用互感器测试时存在延迟的问题。同时通过电路中各个元器件的设置，该交流电方向测试电路可以采集400Hz以内频率的交流电，有着采样频率带宽的特点。并且，该交流电方向测试电路中采用的电路元器件少且常见，降低了电路设计的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本发明实施例中交流电方向测试电路的结构框图；

图2为本发明实施例中采集电路的原理框图；

图3为本发明实施例中判断电路的原理框图；

图4为本发明实施例中方向输出电路的原理框图；

图5为本发明实施例中交流电方向测试电路的原理框图；

图6为本发明另一实施例中交流电方向测试电路的原理框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供了一种交流电方向测试电路，如图1所示，该电路包括：采集电路10和判断电路20，所述采集电路10接收外部输入的待测交流电，基于交流电的方向生成大小变化的第一电压信号和第二电压信号，当交流电方向为第一方向时，第一电压信号大于第二电压信号，当交流电方向为第二方向时，第二电压信号大于第一电压信号；所述判断电路20接收所述采集电路10输出的第一电压信号和第二电压信号，根据所述第一电压信号和第二电压信号输出判断待测交流电的方向的第三电压信号。

本发明实施例提供的交流电方向测试电路，设置采集电路基于交流电方向的变化产生大小变化的第一电压信号和第二电压信号，同时设置判断电路连接采集电路，进行第一电压信号和第二电压信号的大小识别，从而实现待测交流电方向的判断。该交流电方向测试电路通过设置采集电路和判断电路，采集电路能够连接在交流回路中进行待测交流电方向的检测，解决了现有技术中对于集成电路板无法测试交流电方向的技术问题。

在一实施方式中，如图2所示，所述采集电路10包括：第一电容C1、第二电容C2以及第一电阻R1，所述第一电容C1的一端连接外部待测交流电，所述第一电容C1的另一端连接第一电阻R1的一端以及所述采集电路10的第一输出端，所述第一电阻R1的另一端连接所述采集电路10的第二输出端12以及第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端连接外部待测交流电。

具体地，通过在采集电路10设置第一电容C1和第二电容C2，由于电容具有通交流阻直流的物理特性，所以待测交流电所在交流回路的交流部分不会损耗。同时，在第一电阻R1的两端设置第一电容C1和第二电容C2，当待测交流电从一个方向流入时，第一电容C1和第二电容C2同时充电；当待测交流电从另一个方向流入时，由于第一电容C1和第二电容C2通过之前的充电过程，存储了一定的电荷量，由此另一个方向流入的电流能够快速流过第一电容C1和第二电容C2，使得该采集电路10能够迅速跟随待测交流电的方向，降低时间延迟的影响。

其次，对于第一电容C1和第二电容C2，可以设置其容值相同。例如，第一电容C1和第二电容C2容值均为22uF，此外，第一电容C1和第二电容C2容值也可以是10uF，或者30uF等等，本发明实施例对此不做限定。若第一电容C1和第二电容C2的容值不同，则二者感应电荷的速度不同，即二者的充放电速度不同，由此会导致电流流过的速度不同。因此，当第一电容C1和第二电容C2容值不相同时，可能会影响跟随电流方向的速度。本发明实施例通过设置第一电容C1和第二电容C2容值相同可以在设置第一电容C1和第二电容C2的基础上，进一步提高采集速度，降低时间延迟的影响。

另外，若需要测试的待测交流电的电压较高时，如超过100V，为了避免第一电阻R1承受较大的电压，如图2所示，则可以在采集电路10中设置第三电容C3。所述第三电容C3连接在第一电容C1和待测交流电之间。第三电容C3的容值小于第一电容C1，同时小于第二电容C2。由于第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3串联连接，因此，采用容值较小的第三电容C3，可以将大部分电压分在第三电容C3两端，这样第一电阻R1两端所承受的电压在合理范围内，为判断电路20所能承受的最大压差做电压泄放。

在该采集电路10中设置第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及第一电阻R1，当待测交流电从IN流向OUT时，第一电阻R1上端的电压大于第一电阻R1下端的电压，此时，采集电路10第一输出端11输出的第一电压信号大于第二输出端12输出的第二电压信号。当待测交流电从OUT流向IN时，第一电阻R1上端的电压小于第一电阻R1下端的电压，此时，采集电路10第一输出端11输出的第一电压信号小于第二输出端12输出的第二电压信号。由此，在采集电路10中设置该结构，能够将待测交流电的方向转化为大小不同的电压信号，为之后信号方向的判断有了处理的物理量。

在一实施方式中，如图3所示，所述判断电路20包括：比较器P1，所述比较器P1的同相输入端连接所述采集电路10的第一输出端11，接收第一输出端11输出的第一电压信号，所述比较器P1的反相输入端连接所述采集电路10的第二输出端12，接收第二输出端12输出的第二电压信号，所述比较器P1的输出端连接所述判断电路的输出端，输出第三电压信号。其中，比较器可以采用LM2903QDRQ1型号的比较器，也可以选择其他型号，本发明实施例对此不做限定。

具体地，由于比较器P1具有如下的特性，当正向输入端电压大于反向输入端，输出端1引脚输出高电平(即比较器P1供电电压)；当正向输入端电压小于反向输入端，输出端1引脚输出低电平(0V)。因此，通过在判断电路20中设置比较器P1，将采集电路10得到的第一电压信号和第二电压信号输入至比较器P1中进行比较，能够通过比较器P1输出电平的高低确定第一电压信号和第二电压信号大小，从而确定待测交流电的方向。

其中，当判断电路20中设置比较器P1时，比较器P1的同相输入端和反相输入端之间还需要进行隔离处理，由此可以在判断电路20中设置隔离电路，隔离电路将所述比较器P1的同相输入端和反相输入端之间进行隔离。并且，输入到比较器P1的电压较大时，可能会对比较器P1造成损坏。由此，在判断电路20中设置降压电路将所述采集电路10输出的电压信号降压后输入至所述比较器P1。

具体地，如图3所示，所述隔离电路包括第二电阻R2和第三电阻R3，所述降压电路包括第四电阻R4和第五电阻R5，所述第二电阻R2的一端外接电源，所述第二电阻R2的另一端连接所述采集电路10的第一输出端11以及所述第四电阻R4的一端，所述第三电阻R3的一端接地，所述第三电阻R3的另一端连接所述采集电路10的第二输出端12以及所述第五电阻R5的一端，所述第四电阻R4的另一端连接所述比较器P1的同相输入端，所述第五电阻R5的另一端连接所述比较器P1的反相输入端。

在隔离电路中，为了更好的实现隔离作用，第二电阻R2和第三电阻R3的阻值可以设置较大，例如，第二电阻R2和第三电阻R3均为500K。同时为了实现降压电路的降压作用，第四电阻R4和第五电阻R5的阻值均为10K。需要说明的是，该电阻值只是举例说明，隔离电路和降压电路中的电阻也可以选择其他阻值。

在判断电路20中采用比较器P1进行第一电压信号和第二电压信号的大小，虽然可以通过比较器P1的输出电平确定待测交流电的方向。但是，当待测交流电处于方向变换的时刻时，会出现采集电路10中第一电阻R1两端的第一电压信号和第二电压信号的电压压差很小，则比较器P1输入的压差也会比较小，此时可能会出现比较器P1本身判断失调的现象。即比较器P1的输出端会出现时高时低的现象，这种现象就会导致方向改变的时刻比较器P1判断出现抖动的现象，所以在该交流电测试电路中还可以设置方向输出电路，整理电路并稳定输出波形。

在一实施方式中，交流电方向测试电路还包括：方向输出电路，所述方向输出电路接收所述判断电路20输出的第三电压信号，将所述第三电压信号进行稳定处理后输出。

具体地，如图4所示，所述方向输出电路包括：第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8以及第一三极管Q1，所述第六电阻R6的一端连接所述判断电路20的输出端，所述第六电阻R6的另一端连接所述第七电阻R7的一端以及所述第一三极管Q1的基极，所述第七电阻R7的另一端连接所述第一三极管Q1的发射极并接地，所述第一三极管Q1的集电极连接所述第八电阻R8的一端以及所述方向输出电路的输出端，所述第八电阻R8的另一端外接电源。

通过在方向输出电路中设置第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8以及第一三极管Q1，当比较器P1输出端输出第三电压信号至方向输出电路中时，第六电阻R6和第七电阻R7构成电阻分压电路，分比较器P1输出电压的一半，驱动第一三极管Q1。其中，第一三极管Q1采用第八电阻R8作为上拉电阻的方式，输出电压。当比较器P1的输出端出现电压抖动时，此时，第一三极管Q1的基极电压也会发生抖动，而抖动时间较短时，第一三极管Q1无法导通。即比较器P1的抖动现象不会通过第一三极管Q1输出。因此，本发明实施例通过设置方向输出电路，避免了当待测交流电在电流方向发生偏转的时刻，比较器P1输出电压发生抖动，影响测试结果准确性的问题。

在一实施方式中，对于采集电路10在采集待测交流电的交流方向时，如图5所示，可以直接将采集电路10串联连接在待测交流电的交流回路中；或者，如图6所示，当待测交流电的交流回路包含电容C时，所述采集电路10并联连接在所述电容C两端。

具体地，当交流回路不存在电容时，可以直接将采集电路10串联在交流回路中，感知待测交流电的方向。当交流回路中存在电容C时，若还是直接将采集电路10串联在交流回路中，过多的电容会提到电路中的功耗，此时，可以采用将采集电路10并联在电容两端感应待测交流电的方向，从而减小功耗。

其中，当采集电路10和交流回路中的电容并联时，当有待测交流电流入，电流会经过该电容，同时也会经过采集电路10中的电容，并且经过两个支路电容的电流方向是完全同相位方向一致的，并且容值较大的电容会分得大电流，小容值的电容分得小的电流，这样采用并联的方式，同时采集电路10采用比交流回路电容更小的电容就不会有很大的损耗。

对于该交流电方向测试电路，当电流方向自IN流向OUT，此时比较器P1输出高电平，经过分压电阻驱动第一三极管Q1导通，此时第一三极管Q1上拉位置输出低电平；当电流方向自OUT流向IN时，此时比较器P1输出低电平，此时第一三极管Q1处于关断状态，此时第一三极管Q1上拉位置输出高电平。由此，通过第一三极管Q1上拉电平的高低即可判断待测交流电电流的流向。

本发明实施例提供的交流电方向测试电路，通过设置电子元器件搭建采集电路、判断电路以及方向输出电路，能够快速且准确的检测跟踪待测交流电电流的方向，解决了采用互感器测试时存在延迟的问题。同时通过电路中各个元器件的设置，该交流电方向测试电路可以采集400Hz以内频率的交流电，有着采样频率带宽的特点。并且，该交流电方向测试电路中采用的电路元器件少且常见，降低了电路设计的成本。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下对这些实施例进行各种变化、替换和修改，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (10)

1.一种交流电方向测试电路，其特征在于，包括：采集电路和判断电路，

所述采集电路接收外部输入的待测交流电，基于交流电的方向生成大小变化的第一电压信号和第二电压信号，当交流电方向为第一方向时，第一电压信号大于第二电压信号，当交流电方向为第二方向时，第二电压信号大于第一电压信号；

所述判断电路接收所述采集电路输出的第一电压信号和第二电压信号，根据所述第一电压信号和第二电压信号输出判断待测交流电的方向的第三电压信号。

2.根据权利要求1所述的交流电方向测试电路，其特征在于，还包括：方向输出电路，

所述方向输出电路接收所述判断电路输出的第三电压信号，将所述第三电压信号进行稳定处理后输出。

3.根据权利要求1所述的交流电方向测试电路，其特征在于，所述采集电路包括：第一电容、第二电容以及第一电阻，

所述第一电容的一端连接外部待测交流电，所述第一电容的另一端连接第一电阻的一端以及所述采集电路的第一输出端，所述第一电阻的另一端连接所述采集电路的第二输出端以及第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接外部待测交流电。

4.根据权利要求3所述的交流电方向测试电路，其特征在于，所述采集电路还包括：第三电容，所述第三电容连接在所述第一电容和待测交流电之间。

5.根据权利要求3所述的交流电方向测试电路，其特征在于，

第一电容容值和第二电容容值相等；

第三电容容值小于第一电容容值，第三电容容值小于第二电容容值。

6.根据权利要求1所述的交流电方向测试电路，其特征在于，所述判断电路包括：比较器，所述比较器的同相输入端连接所述采集电路的第一输出端，所述比较器的反相输入端连接所述采集电路的第二输出端，所述比较器的输出端连接所述判断电路的输出端。

7.根据权利要求6所述的交流电方向测试电路，其特征在于，所述判断电路还包括：依次连接的隔离电路和降压电路，

所述隔离电路将所述比较器的同相输入端和反相输入端进行隔离，所述降压电路将所述采集电路输出的电压信号降压后输入至所述比较器。

8.根据权利要求7所述的交流电方向测试电路，其特征在于，所述隔离电路包括第二电阻和第三电阻，所述降压电路包括第四电阻和第五电阻，

所述第二电阻的一端外接电源，所述第二电阻的另一端连接所述采集电路的第一输出端以及所述第四电阻的一端，所述第三电阻的一端接地，所述第三电阻的另一端连接所述采集电路的第二输出端以及所述第五电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接所述比较器的同相输入端，所述第五电阻的另一端连接所述比较器的反相输入端。

9.根据权利要求2所述的交流电方向测试电路，其特征在于，所述方向输出电路包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻以及第一三极管，

所述第六电阻的一端连接所述判断电路的输出端，所述第六电阻的另一端连接所述第七电阻的一端以及所述第一三极管的基极，所述第七电阻的另一端连接所述第一三极管的发射极并接地，所述第一三极管的集电极连接所述第八电阻的一端以及所述方向输出电路的输出端，所述第八电阻的另一端外接电源。

10.根据权利要求1所述的交流电方向测试电路，其特征在于，

所述采集电路串联连接在待测交流电的交流回路中；或者，

当待测交流电的交流回路包含电容时，所述采集电路并联连接在所述电容两端。

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