CN204044238U - 交流电压采样电路 - Google Patents

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CN204044238U CN201420387882.7U CN201420387882U CN204044238U CN 204044238 U CN204044238 U CN 204044238U CN 201420387882 U CN201420387882 U CN 201420387882U CN 204044238 U CN204044238 U CN 204044238U
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张嘉鑫
卓森庆
李发顺
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Abstract

本实用新型公开了一种交流电压采样电路,包括第一采样电路、第二采样电路和比较模块;第一采样电路的输入端与交流电源的相线电连接,第一采样电路的第一输出端与交流电源的零线电连接,用于采集交流电源输出交流电压时的第一电压;第二采样电路的输入端与零线电连接,第二采样电路的第一输出端与相线电连接,用于采集交流电源输出交流电压时的第二电压;比较模块的第一输入端和第二输入端分别与第一采样电路的第二输出端和第二采样电路的第二输出端电连接,根据第一采样电路的第二输出端输出的第一电压和第二采样电路的第二输出端输出的第二电压,得到交流电压。其有效解决了现有的交流电压采样误差较大和采样精度较低的问题。

Description

交流电压采样电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电子领域,特别是涉及一种交流电压采样电路。
背景技术
[0002] 由于交流电压的方向和幅值随时间变化,对交流电压进行采样时通常采用电压互 感器进行隔离降压后,再进行交流电压和相位的采样。但是,电压互感器精度不高,所采集 的交流电压误差较大。
[0003] 采用将交流电压整流后,配合过零信号,进行交流电压和相位的采样的方法,整流 后级需要连接较大负载,以保证整流后的电压能接近零点,但整流二极管的压降导致整流 后的电压无法达到零点,使得通过将交流电压整流并配合过零信号进行交流电压和相位的 采样精度较低。 实用新型内容
[0004] 基于此,有必要针对现有的交流电压采样误差较大和采样精度较低的问题,提供 一种交流电压采样电路。
[0005] 为实现本实用新型目的提供的一种交流电压采样电路,包括第一采样电路、第二 采样电路和比较模块;
[0006] 所述第一采样电路的输入端与交流电源的相线电连接,所述第一采样电路的第一 输出端与所述交流电源的零线电连接,用于采集所述交流电源输出交流电压时的第一电 压;
[0007] 所述第二采样电路的输入端与所述零线电连接,所述第二采样电路的第一输出端 与所述相线电连接,用于采集所述交流电源输出所述交流电压时的第二电压;
[0008] 所述比较模块的第一输入端和第二输入端分别与所述第一米样电路的第二输出 端和所述第二采样电路的第二输出端电连接,根据所述第一采样电路的第二输出端输出 的所述第一电压和所述第二采样电路的第二输出端输出的所述第二电压,得到所述交流电 压。
[0009] 在其中一个实施例中,所述第一米样电路包括第一电阻、第二电阻和第一二极 管;
[0010] 所述第一电阻的一端为所述第一采样电路的输入端,与所述相线电连接;
[0011] 所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端电连接,且所述第一电阻与所述第 二电阻的连接端为所述第一采样电路的第二输出端;
[0012] 所述第二电阻的另一端与所述第一二极管的正极电连接后,耦合至参考电压端;
[0013] 所述第一二极管的负极为所述第一采样电路的第一输出端,与所述零线电连接。
[0014] 在其中一个实施例中,所述第二采样电路包括第三电阻、第四电阻和第二二极 管;
[0015] 所述第三电阻的一端为所述第二采样电路的输入端,与所述零线电连接;
[0016] 所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端电连接,且所述第三电阻与所述第 四电阻的连接端为所述第二采样电路的第二输出端;
[0017] 所述第四电阻的另一端与所述第二二极管的正极电连接后,耦合至所述参考电压 端;
[0018] 所述第二二极管的负极为所述第二采样电路的第一输出端,与所述相线电连接。
[0019] 在其中一个实施例中,所述比较器包括判断模块和第一计算模块;
[0020] 所述判断模块,用于判断所述第一电压和所述第二电压之间的大小关系;
[0021] 当所述判断模块判断出所述第一电压大于或等于所述第二电压时,所 述第一计算模块根据所述第一电压和所述第二电压计算得到所述交流电压为:
Figure CN204044238UD00051
[0022] 其中,uAC表征所述交流电源输出的所述交流电压成表征所述第一电阻的阻值; R 2表征所述第二电阻的阻值;R3表征所述第三电阻的阻值;R4表征所述第四电阻的阻值;Vl 表征所述第一电压;V2表征所述第二电压。
[0023] 在其中一个实施例中,所述比较器还包括第二计算模块;
[0024] 当所述判断模块判断出所述第一电压小于所述第二电压时,所述第 二计算模块根据所述第一电压和所述第二电压计算得到所述交流电压为:
Figure CN204044238UD00052
[0025] 在其中一个实施例中,还包括第三二极管和第四二极管;
[0026] 所述第三二极管的正极与所述交流电源的所述零线电连接,所述第三二极管的负 极耦合至参考电压端;
[0027] 所述第四二极管的正极与所述交流电源的所述相线电连接,所述第四二极管的负 极耦合至所述参考电压端。
[0028] 在其中一个实施例中,还包括第五电阻,所述第五电阻的一端与所述第三二极管 的负极和所述第四二极管的负极电连接,所述第五电阻的另一端耦合至所述参考电压端。
[0029] 在其中一个实施例中,所述比较模块为具有AD接口的微控制单元。
[0030] 上述交流电压采样电路的有益效果:其中交流电压采样电路包括第一采样电路、 第二采样电路和比较模块。通过第一采样电路的输入端与交流电源的相线电连接,第一采 样电路的第一输出端与交流电源的零线电连接,用于采集交流电源输出交流电压时的第一 电压。同时,第二采样电路的输入端与交流电源的零线电连接,第二采样电路的第一输出端 与交流电源的相线电连接,用于采集交流电源输出交流电压时的第二电压。比较模块的第 一输入端和第二输入端分别与第一采样电路的第二输出端和第二采样电路的第二输出端 电连接,用于根据第一采样电路的第二输出端输出的第一电压和第二采样电路的第二输出 端输出的第二电压,计算得到交流电源输出的交流电压。
[0031] 其通过分别采集交流电源输出交流电压时的第一电压和第二电压,根据第一电压 和第二电压的关系计算得到交流电源输出的交流电压,实现对交流电压的采样。不需要电 压互感器进行隔离降低,从而避免了因电压互感器的精度不高导致电压判断误差过大的现 象。并且,也不需要将交流电压整流后,配合过零信号进行采样,避免了整流后的电压无法 达到零点影响采样精度的问题,最终有效解决了现有的交流电压采样误差较大和采样精度 较低的问题。
附图说明
[0032] 图1为交流电压采样电路一具体实施例电路图;
[0033] 图2为交流电压采样电路一具体实施例中交流电源输出的交流电压为正半周时 的工作示意图;
[0034] 图3为交流电压采样电路一具体实施例中交流电源输出的交流电压工作于负半 周时的工作示意图。
具体实施方式
[0035] 为使本实用新型技术方案更加清楚,以下结合附图及具体实施例对本实用新型作 进一步详细说明。
[0036] 作为一具体实施例的交流电压采样电路,包括第一采样电路、第二采样电路和比 较模块。
[0037] 第一米样电路的输入端与交流电源的相线电连接,第一米样电路的第一输出端与 交流电源的零线电连接,用于采集交流电源输出交流电压时的第一电压。
[0038] 第二采样电路的输入端与零线电连接,第二采样电路的第一输出端与相线电连 接,用于采集交流电源输出交流电压时的第二电压。
[0039] 比较模块的第一输入端和第二输入端分别与第一米样电路的第二输出端和第二 采样电路的第二输出端电连接,根据第一采样电路的第二输出端输出的第一电压和第二采 样电路的第二输出端输出的第二电压,得到交流电压。
[0040] 其通过分别采集交流电源输出交流电压时的第一电压和第二电压,根据第一电压 和第二电压的关系计算得到交流电源输出的交流电压,实现对交流电压的采样,有效地解 决了现有的交流电压采样误差较大和采样精度较低的问题。
[0041] 具体的,参见图1,用于采集交流电源输出交流电压时的第一电压的第一采样电路 包括第一电阻RU第二电阻R2和第一二极管D1。
[0042] 第一电阻Rl的一端为第一米样电路的输入端,与相线L电连接。
[0043] 第一电阻Rl的另一端与第二电阻R2的一端电连接,且第一电阻Rl与第二电阻R2 的连接端为第一采样电路的第二输出端。
[0044] 第二电阻R2的另一端与第一二极管Dl的正极电连接后,耦合至参考电压端。参 考电压端可为接地端GND。
[0045] 第一二极管Dl的负极为第一米样电路的第一输出端,与零线N电连接。
[0046] 第一采样电路中的第一电阻Rl和第二电阻R2作为分压电阻,当交流电源输出的 交流电压为正半周时,对流经第一电阻Rl和第二电阻R2的交流电压进行分压,得到交流电 压为正半周时的采集到的第一电压VI。
[0047] 同理,参见图1,用于采集交流电源输出交流电压时的第二电压的第二采样电路包 括第三电阻R3、第四电阻R4和第二二极管D2。
[0048] 第三电阻R3的一端为第二采样电路的输入端,与零线N电连接。
[0049] 第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端电连接,且第三电阻R3与第四电阻R4 的连接端为第二采样电路的第二输出端。
[0050] 第四电阻R4的另一端与第二二极管D2的正极电连接后,耦合至参考电压端GND。 [0051]第二二极管D2的负极为第二采样电路的第一输出端,与相线L电连接。
[0052] 第二采样电路中的第三电阻R3和第四电阻R4同样作为分压电阻,当交流电源输 出的交流电压为负半周时,对流经第三电阻R3和第四电阻R4的交流电压进行分压,得到交 流电压为负半周时的采集到的第二电压V2。
[0053] 在此,需要说明的是,第一二极管Dl和第二二极管D2可为同一型号,其正向压降 均为Ufto。
[0054] 更为具体的,参见图2和图3,对上述具体实施例的交流电压采样电路的工作原理 进行说明:
[0055] 当交流电源输出的交流电压为正半周且大于二极管的正向压降Ufto时,参见图2, 作为一具体实施例的交流电压采样电路在交流电压为正半周时的电流流向示意图。其中, 电流由交流电源的相线L出发,经过第一电阻Rl和第二电阻R2后至接地端。由于第一二 极管Dl的正极与接地端电连接,负极与交流电源的零线N电连接。因此,此时第一二极管 Dl导通,电流流经第一电阻Rl和第二电阻R2至接地端的同时,还经过第一二极管Dl流回 交流电源的零线N。第一电阻Rl和第二电阻R2对流经的交流电压进行分压,得到第一电 压:
Figure CN204044238UD00071
[0056] 同时,由于第三电阻R3的一端与交流电源的零线N电连接,第四电阻R4的另一端 与第一二极管Dl的正极电连接后耦合至参考电压端(即接地端GND)。因此,第三电阻R3 和第四电阻R4连接后的两端电压与第一二极管Dl两端的电压相同。也就是说,第三电阻 R3和第四电阻R4连接后被第一二极管Dl钳位,由此得到第二采样电路的第二输出端(即 第三电阻R3和第四电阻R4的连接端)输出的第二电压:
Figure CN204044238UD00072
[0057] 此时,根据第一电压和第二电压可得到交流电压:
Figure CN204044238UD00073
[0058] 其中,公式中的uAC表征交流电源输出的交流电压成表征第一电阻Rl的阻值;R2 表征第二电阻R2的阻值;R3表征第三电阻R3的阻值;R4表征第四电阻R4的阻值;Vl表征 第一电压;V2表征第二电压。
[0059] 当交流电源输出的交流电压为负半周时,参见图3,作为一具体实施例的交流电 压采样电路在交流电压为负半周时的电流流向示意图。其中,电流由交流电源的零线N流 出,经过第三电阻R3和第四电阻R4后至接地端GND的同时,还经过第二二极管D2流回交 流电源的相线L。第三电阻R3和第四电阻R4对流经的交流电压进行分压,得到第二电压:
Figure CN204044238UD00074
[0060] 同时,由于第一电阻Rl的一端与交流电源的相线L电连接,第二电阻R2的另一端 与第二二极管D2的正极均耦合至参考电压端(即接地端GND)。因此,第一电阻Rl和第二 电阻R2被第二二极管D2钳位,由此得到第一采样电路的第二输出端(即第一电阻Rl和第 二电阻R2的连接端)输出的第一电压为
Figure CN204044238UD00081
[0061] 由此根据第一电压和第二电压可得到交流电压:
Figure CN204044238UD00082
[0062] 根据上述交流电压采样电路的工作原理,通过在比较模块中设置判断模块,用于 判断第一采样电路的第二输出端输出的第一电压和第二采样电路的第二输出端输出的第 二电压的大小关系。
[0063] 当判断模块判断出第一电压大于或等于第二电压时,表明此时交流电源输出的交 流电压为正半周。因此,比较模块中的第一计算模块根据此时采集到的第一电压和第二电 压,按照交流电压为正半周时的交流电压计算公式,计算得到交流电压uAC。
[0064] 当判断模块判断出第一电压小于第二电压时,表明此时交流电源输出的交流电压 为负半周。因此,比较模块中的第二计算模块根据此时采集到的第一电压和第二电压,按照 交流电压为负半周时的交流电压计算公式,计算得到交流电压uA。。
[0065] 其中,比较模块可为具有AD接口的微控制单元(Micro Control Unit,MCU),即单 片机。参见图1,设置第一采样电路的第二输出端和第二采样电路的第二输出端分别与MCU 的主控芯片的第一接口 ADl和第二接口 AD2连接。
[0066] 主控芯片通过第一接口 ADl和第二接口 AD2分别接收第一采样电路的第二输出端 输出的第一电压Vl的模拟量和第二采样电路的第二输出端输出的第二电压V2的模拟量, 并将其均转换为数字信号后,对第一电压Vl和第二电压V2的大小关系进行判断,并根据判 断结果进行相应的计算,最终得到需要采集的交流电压u A。。
[0067] 需要说明的是,作为一具体实施例的交流电压采样电路,还包括第三二极管D3和 第四二极管D4。
[0068]第三二极管D3的正极与交流电源的零线N电连接,第三二极管D3的负极耦合至 参考电压端(即接地端GND)。
[0069] 第四二极管D4的正极与交流电源的相线L电连接,第四二极管D4的负极耦合至 参考电压端。
[0070] 同时,还包括第五电阻R5,第五电阻R5的一端与第三二极管D3的负极和第四二极 管D4的负极电连接,第五电阻R5的另一端耦合至参考电压端。
[0071] 作为一具体实施例的交流电压采样电路,其通过设置第一采样电路和第二采样电 路分别采集交流电源输出的交流电压时的第一电压和第二电压,并根据交流电压为正半周 和负半周时,第一电压与第二电压不同的大小关系计算得到需要采集的交流电压,不需要 电压互感器进行隔离降低,从而避免了因电压互感器的精度不高导致电压判断误差过大的 现象。并且,也不需要将交流电压整流后,配合过零信号进行采样,避免了整流后的电压无 法达到零点影响采样精度的问题,进而有效地提高了交流电压采样的精度。
[0072] 并且,第一采样电路和第二采样电路均由分压电阻和二极管组成,电路成本低且 易于实现。
[0073] 以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细, 但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通 技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属 于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1. 一种交流电压米样电路,其特征在于,包括第一米样电路、第二米样电路和比较模 块; 所述第一采样电路的输入端与交流电源的相线电连接,所述第一采样电路的第一输出 端与所述交流电源的零线电连接,用于采集所述交流电源输出交流电压时的第一电压; 所述第二采样电路的输入端与所述零线电连接,所述第二采样电路的第一输出端与所 述相线电连接,用于采集所述交流电源输出所述交流电压时的第二电压; 所述比较模块的第一输入端和第二输入端分别与所述第一采样电路的第二输出端和 所述第二采样电路的第二输出端电连接,根据所述第一采样电路的第二输出端输出的所述 第一电压和所述第二采样电路的第二输出端输出的所述第二电压,得到所述交流电压。
2. 根据权利要求1所述的交流电压采样电路,其特征在于,所述第一采样电路包括第 一电阻、第二电阻和第一二极管; 所述第一电阻的一端为所述第一采样电路的输入端,与所述相线电连接; 所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端电连接,且所述第一电阻与所述第二电 阻的连接端为所述第一采样电路的第二输出端; 所述第二电阻的另一端与所述第一二极管的正极电连接后,耦合至参考电压端; 所述第一二极管的负极为所述第一采样电路的第一输出端,与所述零线电连接。
3. 根据权利要求2所述的交流电压采样电路,其特征在于,所述第二采样电路包括第 三电阻、第四电阻和第二二极管; 所述第三电阻的一端为所述第二采样电路的输入端,与所述零线电连接; 所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端电连接,且所述第三电阻与所述第四电 阻的连接端为所述第二采样电路的第二输出端; 所述第四电阻的另一端与所述第二二极管的正极电连接后,耦合至所述参考电压端; 所述第二二极管的负极为所述第二采样电路的第一输出端,与所述相线电连接。
4. 根据权利要求3所述的交流电压采样电路,其特征在于,所述比较器包括判断模块 和第一计算模块; 所述判断模块,用于判断所述第一电压和所述第二电压之间的大小关系; 当所述判断模块判断出所述第一电压大于或等于所述第二电压时,所述 第一计算模块根据所述第一电压和所述第二电压计算得到所述交流电压为: uAC=5i±^ivi-^^V2; S2 R-4 其中,uA。表征所述交流电源输出的所述交流电压况表征所述第一电阻的阻值;R2表 征所述第二电阻的阻值;R3表征所述第三电阻的阻值;R4表征所述第四电阻的阻值;VI表 征所述第一电压;V2表征所述第二电压。
5. 根据权利要求4所述的交流电压采样电路,其特征在于,所述比较器还包括第二计 算模块; 当所述判断模块判断出所述第一电压小于所述第二电压时,所述第二计算模块根据所 述第一电压和所述第二电压计算得到所述交流电压为:Uac - VI。
6. 根据权利要求1所述的交流电压采样电路,其特征在于,还包括第三二极管和第 四二极管; 所述第三二极管的正极与所述交流电源的所述零线电连接,所述第三二极管的负极耦 合至参考电压端; 所述第四二极管的正极与所述交流电源的所述相线电连接,所述第四二极管的负极耦 合至所述参考电压端。
7. 根据权利要求6所述的交流电压采样电路,其特征在于,还包括第五电阻,所述第五 电阻的一端与所述第三二极管的负极和所述第四二极管的负极电连接,所述第五电阻的另 一端耦合至所述参考电压端。
8. 根据权利要求1至7任一项所述的交流电压采样电路,其特征在于,所述比较模块为 具有AD接口的微控制单元。
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