CN1283271A - 用于监测交变电压型信号的确定幅度阈值的方法及电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监测交变电压型信号的确定幅度阈值(L)的方法及用于实施该方法的装置。为此,该方法具有以下方法步骤:a)消除负的信号半坡;b)使剩余的正信号半波的电位降低;c)检验电位降低的正信号半波的值是否超过或低于该阈值(L),并据此产生出第一2进制信号(S₁);d)在步骤a)至c)的同时,监测一个交变电压型参考信号,并据此产生出第二2进制信号(S₂);e)通过将第二信号(S₂)延时一个确定的时延(T_V)这样地产生出第三信号(S₃),即在正信号半波的相应峰点的时刻上进行第三信号(S₃)的状态改变;及f)决定正信号半波的值是否超过或低于确定阈值(L),其中通过在第三信号(S₃)状态改变的时刻对第一信号(S₁)的求值产生第四2进制信号(S₄)。

Description

用于监测交变电压型信号的确 定幅度阈值的方法及电路装置

本发明涉及一种用于监测交变电压型信号的确定幅度阈值的方法及电路装置，该交变电压型信号尤其为电子控制装置如可存储器编程的控制器或逻辑继电器的交变电压型输入信号或电源部件的交变电压型输入电压。

识别作为这种控制装置的输入信号的AC信号对于区分或识别一定限值或阈值的是绝对必要的。这种确定阈值的精确及快速检测对于不同的应用特别有利。用于检测一个确定阈值交变电压型信号的不足或超出的一般公知原理表示在图3中，及在于：将AC输入电压转换为DC输入电压及然后测量其电平。为此，使用了一个电路，它由一个半波或全波整流器，一个置低电位装置(分压器)，一个滤波器(电容器)及一个比较器组成。该方案的缺点在于，在输入回路中必需用RC滤波环节的滤波导致过长的接通及断开延时。对于一个通用的115／230V(50Hz)的控制器根据技术标准EN61131其电平被规定为：V_H=79V_eff及V_L=40V_eff。在两个半波之间的时间中(半波整流为20ms；全波整流为10ms)电容放电因此必需小于(V_H-V_L)_eff*对此必要的放电时间常数τ=R*C将导致，在最大输入电压(U+10％)1．1*240* $\sqrt{2}=375V$ 时，输入端从高信号向低信号的转换直至电容电压达到下阈值 $\√2*40V$ 时持续得相应地长。反向的过程，即在最大输入电压时输入端从低向高信号的电容器充电也持续得相应地长。实践中该延时约至少为50-100ms。

此外，根据标准EN61131(6．3．7．3)用于可存储器编程的控制器或类似装置的交流电压电源部分将接受这样的不敏感性试验，即在低于确定输入电压限值时，该控制器必需取得一个确定状态(例如关断)。相反地，当电源电压返回时必需可靠地接通。为此对这种电源部件输入电压待监测阈值的可靠测量是必不可少的。

在传统的电源部件上，电源部件的供电电压通常在所进行的整流及平波后被抽取及监测(见图1点a及b)，及当一旦低于或超过一个确定电压阈值时，将一个信号传送给中央单元。尤其是在小控制器或逻辑继电器的电源部件的情况下，其中由于可提供的安装位置及成本不可能使用大的平波电容器，该方法仅是不充分地实现。在由于不同数目的接通或关断输出端(例如具有相应大电流用电的继电器输出端)产生的大电流耗电量差别的情况下，传统方法将产生问题，即高于一定的负载时将不再能保证规定的开或关。在电压高于导通阈值时接通供电电压及闭合输出端的情况下供电电压的滤波将这样地变坏，即又将低于阈值，负荷下降及平波又被改善，由此阈值又被超出，及输出端又被接通，如此等等，该作用不断重复，直到供电电压对相应阈值具有足够的间隔或具有小负荷为止。

本发明的任务在于，给出一种方法及电路装置，通过它们可以可靠及快速地检测出交变电压型信号的确定幅度阈值的不足或超出。

根据本发明该任务将通过独立权利要求的特征来解决。其中根据本发明，通过对最好具有与待监测交变电压型信号(AC信号)相同频率的参照信号的过零点的检测，持续地检测待监测信号半波的峰点，与一个阈值相比较，并当低于及超出该阈值时产生一个逻辑信号。最好由过零点检测所获得的信号用于中断一个微处理机，并由该微处理机进一步处理。借助本发明的对象将创立一种阈值的检测方式，它能作到尽可能地在短时间内可靠输出待监测AC信号的幅值高度。这里监测时间仅与AC信号的周期T有关，其中在半波整流时该检测时间等于周期T及在全波整流时等于半周期T／2。

在根据本发明的对象用于监测电子装置、如可存储器编程的控制器的AC输入电压的情况下，可避免读入不希望的信号状态，例如，由电压消失产生的“逻辑零”，由于及早地识别出电压消失将产生一个信号及这样地继续处理，即防止信号输入端的输入。

此外，在本发明的另一应用中，通过直接监测电源部件的交变电压型供电电压可保证与输出侧负荷无关地对电源部件供电电压的可靠监测及确定地开或关。

本发明的优点包含在从属权利要求及以下对附图的描述中。附图为：

图1：用于监测电源部件的供电电压的电路装置的一个可能的实施例；

图2：根据图1的电路装置的各个输入信号，中间信号及输出信号的状态图；

图3：用于检测交变电压型输入信号的一种传统电路装置；

图4：用于实施本发明方法(这里为检测AC输入信号)的根据本发明的电路装置的一种可能实施例的概示图；及

图5：根据图4的电路装置的各个输入信号，中间信号及输出信号的状态图。

图1表示用于对一个用电器供电的电源部件2及根据本发明的用于监测电源部件2供电电压的确定阈值L的电路装置。该图示的电路装置基本上由一个整流器4，一个分压器6及一个比较器8的串联电路构成。这里在图示的实施例中整流器4以一个二极管的形式构成，其中它的阳极由供电电压(连接到L1)供电，及其阴极对由两个电阻R1，R2组成的分压器6供电。连接其后的比较器8的第一输入端与一个确定阈值相连接，而其第二输入端(比较输入端)与电阻R1及R2之间的抽头相连接。该比较器8的输出端与一个脉冲边缘控制的触发器14的状态控制输入端相连接。

此外，该电路装置具有一个过零点检测器10及一个延时级12。其中过零点检测器10用其监测输入端与一个参考信号(这里为供电电压L1)相连接。过零点检测器10的输出端连接到延时级12的输入端，后者用其输出端与触发器14的脉冲边缘控制输入端相连接。

图4表示根据本发明用于监测控制装置、如可存储器编程的控制器或类似装置的交变电压型输入信号(I₁…I_n)的电路装置。该图示的电路装置基本上与图1中所示及上述的装置相同地构成。这里在该图所示的实施例中整流器4同样是以一个二极管的形式构成的，其中它们的阳极不是直接与供电电压L1，而是与输入信号I连接。

为了监测电子控制装置的确定幅度阈值的交变电压型信号(AC信号)，还应用了一种根据本发明的方法。因为尤其是比较器8根据其特性不能承受这样高的负信号，在第一步骤中借助整流器4消除负的AC信号半波。在给出的电路装置中譬如使用HC型的C-MOS门作为比较器8。在此情况下，比较阈值L预定为C-MOS门的供电电压的一半，这里例如为5V／2=2．5V。等效交变型输入信号所需的各阈值通过分压器6的相应分压比来实现。根据确定阈值L的不足或超出，比较器8的输出端上将产生第一2进制信号S₁，它被连接到触发器14的状态控制输入端。在图示例中，使用D触发器，其中比较器8的输出信号连接到D触发器的D输入端输入端。触发器14的脉冲边缘控制的T输入端将输入由过零点检测器10及后置的延时级12形成的信号。在此情况下，过零点检测器10监测一个最好与被监测AC信号同相及相同频率的参考信号并通过检测每个过零点构成第二2进制信号S₂。该信号S₂接着通过延时级12这样地延迟一个时延T_V，即在AC信号幅值的相应峰点上产生状态改变(边缘信号)，并构成第三2进制信号。在此情况下时延TV最好为参考信号周期T的四分之一。借助于比较器8及延时级12的输出端构成的信号S₁及S₃，触发器14被触发并构成第四2进制信号S₄。该信号S₄则构成决定阈值L是否不足或被超出的标记。相应的开关过程或措施在该位置上可借助信号S4来导出。在该电路装置的一个优选实施例中，至少延时级12及触发器14在一个微处理机中以硬件和／或软件的形式实现。

有利的是，一方面整流器4及比较器8，及另一方面过零点检测器10均以C-MOS门形式实现，其中最好改用地使用集成C-MOS门的保护二极管来实现整流器4，使其具有整流作用。在该实施形式中，不需要如图1及图4所示地，将整流器4串联在分压器6的前面。这里整流器4则并联在分压器6的与接地点相连接的电阻上，其中整流器4的阳极也与接地点相连接，及其阴极与分压器6的中抽点及后级比较器8的比较输入端相连接。在该实施形式中整流器从图2所示的位置上取消。

有利地，在所有已描述的根据本发明电路装置的实施形式中，使用了抗高信号电平(输入电压＞比较器8的供电电压)的附加保护电路。对此最好使用另一个二极管，其阳极与比较器8的输入端相连接及其阴极与比较器8的正供电端子相连接。在一个特别优选的实施形式中，不但整流用的二极管(整流器4)而且过电压保护用的二极管(未示出)均集成在C-MOS比较器8上。

以上所述的过零点检测器10与由整流器4，分压器6及比较器8组成的输入电路等同地构成。与其的区别在于，过零点检测器10上所使用的分压器这样地定参数，即对于比较器输入端的(电压)分配比约为1∶1，及与地电位连接的电阻R2被选择得很大或干脆去掉。如果相应的微处理机具有带集成保护二极管的C-MOS输入端，可想象，可取消单独的C-MOS HC反相器，及比较器8和过零点检测器10用微处理机的集成部件来实现。

在图2中以时间顺序表示了在根据图1的电路装置中构成的信号S₁-S₄及一个待监测的电源部件的交变电压型供电电压。其中可以看到，当高于待监测的供电电压的阈值L时，在比较器8的输出端产生出信号S₁，与此同时，通过参考信号峰点上的信号S3产生出一个边缘信号-用于询问比较器输出端的状态，由此构成了第四信号S₄。该信号可以用来：在低于或超出电源电路确定阈值的情况下保证可靠的电路状态和／或发出相应状态的信号(警报输出)。

在图5中以时间顺序表示了在根据图4的电路装置中构成的信号S₁-S₄及一个待监测的控制器的交变电压型输入信号I。其中可以看到，当高于待监测的输入信号的阈值L时，在比较器8的输出端产生出信号S₁，与此同时，通过参考信号峰点上的信号S3产生出一个边缘信号-用于询问比较器输出端的状态，及由此构成了第四信号S₄。

本发明并不被限制在所述的实施例上，而也应包括在发明构思上相同功能的实施形式。因此也可设置一个电路装置，其中AC信号最好通过使用光电耦合器进行电位隔离。为此比较器8将被一个光电耦合器代替。在此情况下，阈值可通过光电耦合器的输入二极管的正向电压来构成。当然也必需-如所述地-在光电耦合器前连接一个分压器6及一个整流器。上述的过零点检测器也可借助光电耦合器来实现。

Claims (10)

1．用于监测交变电压型信号的确定幅度阈值(L)的方法，具有以下方法步骤：

a)消除负的信号半波，

b)使剩余的正信号半波的电位降低，

c)检验电位降低的正信号半波的值是否超过或低于该阈值(L)，并据此产生出第一2进制信号(S₁)，

d)在步骤a)至c)的同时，监测一个交变电压型参考信号，并据此产生出第二2进制信号(S₂)，

e)通过将第二信号(S₂)延时一个确定的时延(T_v)这样地产生出第三信号(S₃)，即在正信号半波的相应峰点的时刻上进行第三信号(S₃)的状态改变，及

f)决定正信号半波的值是否超过或低于确定阈值(L)，其中通过在第三信号(S₃)状态改变的时刻对第一信号(S₁)的求值产生第四2进制信号(S₄)。

2．根据权利要求1的方法，其特征在于：交变电压型信号及参考信号的频率及相位相同，及时延(T_v)为周期(T)的四分之一。

3．根据权利要求1或2的方法，其特征在于：待监测的电源部件的交变型供电电压构成参考电压，及时延(T_v)为参考信号周期(T)的四分之一。

4．用于监测交变电压型信号的确定幅度阈值(L)的装置，它具有：

-由一个整流器(4)，一个分压器(6)及一个比较器(8)的串联电路构成的串联电路，其中整流器(4)用其阳极与待监测的信号连接，及其阴极对由至少两个电阻(R1，R2)组成的并设在整流器(4)的阳极及地电位之间的分压器(6)供电，及分压器(6)的抽头与比较器(8)的比较输入端连接，以使得比较器输出端产生第一2进制信号(S₁)，

-一个过零点检测器(10)它的监测输入端与一个参考信号相连接，用于构成第二2进制信号(S₂)，

-一个连接在过零点检测器(10)后的延时级(12)，用于构成在时间上被限位的第三2进制信号(S₃)，

-至少一个边缘信号控制的触发器(14)，

-其中比较器输出端与触发器(14)的状态控制输入端、及延时级(12)的输出端与触发器(14)的边缘信号控制输入端这样地相连接，即在触发器(14)的输出端产生一个区分状态的第四信号(S₄)。

5．用于监测交变电压型信号的确定幅度阈值(L)的装置，它具有：

-一个设在待监测信号及地电位之间的分压器(6)，一个与分压器(6)的连接于地电位的电阻相并联的整流器(4)，其中整流器(4)用其阳极连接到地电位，及一个连接其后的比较器(8)，它的比较输入端与整流器(4)的阴极连接点相连接，其中比较器输出端产生第一2进制信号(S₁)，

-一个过零点检测器(10)它的监测输入端与一个参考信号相连接，用于构成第二2进制信号(S₂)，

-一个连接在过零点检测器(10)后的延时级(12)，用于构成在时间上被限位的第三2进制信号(S₃)，

-至少一个边缘信号控制的触发器(14)，

-其中比较器输出端与触发器(14)的状态控制输入端、及延时级(12)的输出端与触发器(14)的边缘信号控制输入端这样地相连接，即在触发器(14)的输出端产生一个区分状态的第四信号(S₄)。

6．根据权利要求4或5的电路装置，其特征在于：触发器(4)是一个D触发器。

7．根据权利要求4至6中一项的电路装置，其特征在于：该／每个触发器(14)通过一个微处理机中的软件来实现。

8．根据权利要求4至7中一项的电路装置，其特征在于：延时级(12)通过一个微处理机中的软件来实现。

9．根据权利要求4至8中一项的电路装置，其特征在于：整流器(4)及比较器(8)以一个C-MOS门的方式实现，其中一个集成保护二极管用作整流器(4)。

10．根据权利要求4至9中一项的电路装置，其特征在于：整个电路装置或分压器(6)通过一个微处理机中的软件来实现。

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