CN204177858U - 一种三相电检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种三相电检测电路，以三相交流电的一相交流信号为例，交流信号经变压器后输出10V的交流信号，同时交流信号发生了移相，将交流信号通过两个限流电阻后输入至电流型电压互感器，由电流型互感器矫正相位，使得输入至比较器的交流信号与原始的三相电相位同步，比较器将交流信号与地比较，当交流信号的电压大于0时输出高电平；当电压小于0时输出低电平，从而得到一个稳定的方波。本电路利用比较器的比较功能来产生标准的方波，本方案的误差远远低于现有技术中方案的误差时间，所以本实用新型能够精确的确定交流信号中的过零点。

Description

一种三相电检测电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种三相电检测电路。

背景技术

过零信号是指交流系统中电压波形从正半周向负半周(或负半周向正半周)转换时，电压波形经过零点时交流系统送出的特定信号。过零信号是交流系统中重要的时间参照信号，为了实时检测过零信号，需要对交流系统进行过零检测，以便为交流系统提供准确的过零信号。

对过零信号进行检测的电路称为过零检测电路，如图1所示，为现有技术提供的一种过零检测电路，该电路中市电220V经R1、R2、R3电阻分压，当市电电压为正时二极管D1导通，当电压为负时光耦Q1导通，TZA输出端在Q1不导通的时候是高电平，在Q1导通的时候为低电平，将TZA输出端的输出电压由高电平到低电平跳变的下降沿(或由低电平至高电平的上升沿)作为过零点。其中电容C1、C2都是保护耦合、滤波的作用，R4电阻是限流作用。

但是光耦Q1中的电流由0变成导通电流的渐变过程较长，导致光耦特性边缘时间明显，如图2所示为TZA输出端的输出电压波形，由图2中可以明显看出，光耦的边缘特性明显，实际电压波形的零点为A，通过TZA端检测的零点为B，通过光耦不能准确的检测出零点。此外，受光耦导通电流限制，该电路能够检测的交流信号幅度范围较窄。

因此现在需要一种新型的检测电路，能够准确的检测交流信号中的零点，以便为有过零需求的控制系统，提供准确的过零信号。

实用新型内容

本实用新型提供了一种三相电检测电路，本电路能够准确的检测交流信号中的零点，以便为有过零需求的控制系统，提供准确的过零信号。

为了实现上述目的，本实用新型提供了以下技术手段：

一种三相电检测电路，包括：

第一变压器，所述第一变压器初级线圈的同名端与三相电的L3相线相连、异名端与三相电L1相线相连；

第二变压器，所述第二变压器初级线圈的同名端与三相电的L1相线相连、异名端与三相电L2相线相连；

第三变压器，所述第三变压器初级线圈的同名端与三相电的L2相线相连、异名端与三相电L3相线相连；

第一电流型电压互感器，所述第一电流型电压互感器初级线圈的同名端经第一电阻与所述第一变压器次级线圈的同名端相连、异名端经第二电阻与所述第二变压器次级线圈的同名端相连；

并联于所述第一电流型电压互感器次级线圈的同名端和异名端之间的、极性相反第一二极管及第二二极管；

第二电流型电压互感器，所述第二电流型电压互感器初级线圈的同名端经第三电阻与所述第二变压器次级线圈的同名端相连、异名端经第四电阻与所述第三变压器次级线圈的同名端相连；

并联于所述第二电流型电压互感器次级线圈的同名端和异名端之间的、极性相反的第三二极管及第四二极管；

第三电流型电压互感器，所述第三电流型电压互感器初级线圈的同名端经第五电阻与所述第三变压器次级线圈的同名端相连、异名端经第六电阻与所述第一变压器次级线圈的同名端相连；

并联于所述第三电流型电压互感器次级线圈的同名端和异名端之间的、极性相反的第五二极管及第六二极管；

第一比较器，所述第一比较器的反相输入端接地，且与所述第一电流型电压互感器次级线圈的同名端相连、同相输入端与所述第一电流型电压互感器次级线圈的异名端相连，输出端接第一上拉电阻；

第二比较器，所述第二比较器的反相输入端接地，且与所述第二电流型电压互感器次级线圈的同名端相连、同相输入端与所述第二电流型电压互感器次级线圈的异名端相连，输出端接第二上拉电阻；

第三比较器，所述第三比较器的反相输入端接地，且与所述第三电流型电压互感器次级线圈的同名端相连、同相输入端与所述第三电流型电压互感器次级线圈的异名端相连，输出端接第三上拉电阻。

优选的，还包括：

与所述第一比较器、所述第二比较器和所述第三比较器相连的电源。

优选的，所述第一上拉电阻、所述第二上拉电阻和所述第三上拉电阻均与所述电源相连。

优选的，还包括在所述电源与地之间的滤波电容组。

优选的，所述滤波电容组包括：

两个相互并联的第一电容和第二电容。

优选的，所述电源的输出电压为+5V；

所述第一上拉电阻、所述第二上拉电阻和所述第三上拉电阻的阻值均为1K。

优选的，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第五电阻和所述第六电阻均为10K。

优选的，所述第一比较器、第二比较器和所述第三比较器的集成于一个芯片，芯片型号为LM339。

本实用新型提供了一种三相电检测电路，具体原理如下：以三相交流电的一相交流信号为例，交流信号经变压器后输出10V的交流信号，同时交流信号发生了移相，将交流信号通过两个限流电阻后输入至电流型电压互感器，由电流型互感器矫正相位，使得输入至比较器的交流信号与原始的三相电相位同步，比较器将交流信号与地比较，当交流信号的电压大于0时输出高电平；当电压小于0时输出低电平，从而得到一个稳定的方波。

本电路利用比较器的比较功能来产生标准的方波，该方案的时间误差仅取决于比较器电平跳变的响应速度和比较器的差分电平分辨率，LM339是低功耗比较器，偏置电压最大为10mv，比较灵敏度为5mv，5V输出电平跳变响应时间在300ns以内，加上分辨率为asin(10e-3/311)/2//pi/50＝100ns，二者总共相差约400ns，远远低于现有技术中方案的误差时间，所以本实用新型能够精确的确定交流信号中的过零点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为现有技术中的过零检测电路图；

图2为现有技术中的过零检测的波形示意图；

图3为本实用新型实施例公开的一种三相电检测电路的电路图；

图4为本实用新型实施例公开的一种三相电检测电路输出的波形图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图3所示，本实用新型提供了一种三相电检测电路，包括：

初级线圈的同名端1与三相电的L3相线相连、异名端5与三相电L1相线相连的第一变压器11；

初级线圈的同名端1与三相电的L1相线相连、异名端5与三相电L2相线相连的第二变压器12；

初级线圈的同名端1与三相电的L2相线相连、异名端5与三相电L3相线相连的第三变压器13；

初级线圈的同名端1经第一电阻R1与所述第一变压器100次级线圈的同名端7相连、异名端9经第二电阻R2与所述第二变压器200次级线圈的同名端1相连的第一电流型电压互感器14；初级线圈的同名端1经第三电阻R3与所述第二变压器200次级线圈的同名端7相连、异名端9经第四电阻R4与所述第三变压器300次级线圈的同名端1相连的第二电流型电压互感器15；

初级线圈的同名端1经第五电阻R5与所述第三变压器300次级线圈的同名端7相连、异名端9经第六电阻R6与所述第一变压器100次级线圈的同名端1相连的第三电流型电压互感器16；

并联于所述第一电流型电压互感器14次级线圈的同名端7和异名端9之间的、极性相反第一二极管V7及第二二极管V8；

并联于所述第二电流型电压互感器15次级线圈的同名端7和异名端9之间的、极性相反的第三二极管V9及第四二极管V10；

并联于所述第三电流型电压互感器16次级线圈的同名端7和异名端9之间的、极性相反的第五二极管V11及第六二极管V12；

反相输入端接地，且与所述第一电流型电压互感器14次级线圈的同名端7相连、同相输入端IN_A与所述第一电流型电压互感器次级线圈的异名端9相连，输出端接第一上拉电阻R7的第一比较器17；所述第一比较器17的输出端为A*；

反相输入端接地，且与所述第二电流型电压互感器15次级线圈的同名端7相连、同相输入端IN_B与所述第二电流型电压互感器次级线圈的异名端9相连，输出端接第二上拉电阻R8的第二比较器18；所述第一比较器17的输出端为B*；

反相输入端接地，且与所述第三电流型电压互感器16次级线圈的同名端7相连、同相输入端IN_C与所述第三电流型电压互感器次级线圈的异名端9相连，输出端接第三上拉电阻R9的第三比较器19，所述第一比较器17的输出端为C*。

其中，所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第四电阻R4、所述第五电阻R5和所述第六电阻R6的具体值可以依据具体电路结构而定，本实用新型中电阻值均为10K。

本电路中L1相线与L2相线设为A相电、L2相线与L3相线设为B相电、L3相线与L1相线之间设为C相电，A相电、B相电和C相电都是380V的交流电，以A相电为例进行说明，B相电和C相电以A相电类似，不再赘述。

A相电为380V的交流信号其电压较高，为了后续电子器件能够对交流信号进行处理，首先采用第一变压器11对A相电进行降压，由于本电路中三相电源与变压器之间为三角形接法，在对A相降压后会导致A相位电交流信号的相位前移30°，经过电流型电压互感器矫正相位，因此采用第一电流型电压互感器14对A相电的相位进行矫正，通过设定第一电流型电压互感器14的参数，使其后移的相位同样为30°，从而矫正A相电的相位。

为了防止第一变压器11的输出电压击穿第一电流型电压互感器14，在第一变压器11和第一电流型电压互感器14之间设置电阻，来限制经过第一电流型电压互感器14的电流。

本实用新型在实际使用时，经过第一变压器11降压后得到的电压为10V，10V电压相对第一电流型电压互感器14而言较高，因此通过两个限流电阻R1和R2对流经第一电流型电压互感器14的电流进行限流，防止电流击穿第一电流型电压互感器14。

为了保护比较器，防止输入至比较器的电压过大，在矫正A相电相位后将A相电输入至比较器之前，在电流型电压互感器的输出端增加极性相反的两个二极管，来限制输入至比较器的电压，即A相电的交流信号为正电压且大于二极管阈值电压时，其中一个二极管导通，导通后二极管的输出电压为阈值电压，当A相电的交流信号为负电压且大于二极管阈值电压时，其中另外一个二极管导通，导通后二极管的输出电压为阈值电压，假设二极管的阈值为0.7V，则通过双向限压后，输入至第一比较器17的电压最大为0.7V，0.7V的电压相对于比较器而言不大，本电路不会因为电压过大而损坏比较器，从而保护比较器。

在矫正A相电的相位后，将A相电输入第一比较器17的同相输入端，反相输入端接地GND，将A相电与大地电压(大地电压默认为零)进行比较，当A相电的电压为正时，由于第一比较器的输出端有第一上拉电阻R7，所以能够使得第一比较器17输出高电平，当A相电的电压为负时，第一比较器17输出低电平，从而产生与A相电零点相同的方波。

如图3所示三相电检测电路还包括：

与所述第一比较器17、所述第二比较器18和所述第三比较器19相连的电源；

所述第一比较器17的输出端经第一上拉电阻R7与所述电源相连。

所述第二比较器18的输出端经第二上拉电阻R8与所述电源相连；

所述第三比较器19的输出端经第三上拉电阻R9与所述电源相连。

其中，所述电源的输出电压为+5V；所述第一上拉电阻R7、所述第二上拉电阻R8和所述第三上拉电阻R9的阻值均为1K。

此外，三相电检测电路还包括：在所述电源与地之间的滤波电容组滤波电容包括两个并联的第一电容C1和第二电容C2，其中第一电容C1大小为10uF，另外第二电容C2的大小为100uF。

本实用新型中的比较器可以采用单独的比较器也可以是比较器芯片，一般情况下，为了简化电路，将所述第一比较器17、第二比较器18和所述第三比较器19集成至芯片中，优选的可以采用的型号为LM339的比较器芯片。

本技术采用的交流过零检测整体思路为：

三相交流电经变压器输出10V的三相交流信号，同时发生了移相，通过两个保护电流型电压互感器限流电阻，再由电流型电压互感器矫正相位，使得IN_A、IN_B、IN_C与A、B、C三相的相位同步。同步信号IN_*由两个快矫正二极管双向限压，连接到比较器，其中两个二极管可以有效保护比较器，防止电压差太大烧坏比较器。同步信号IN_*是最大值为0.7V的交流电压信号，它们经比较器与地比较，当电压大于零时输出高电平；当电压小于零时输出低电平，得到一个稳定的方波。

利用比较器的比较功能来产生标准的方波，在交流电的正半周比较器输出高电平，在交流电的负半周比较器输出低电平，该方案的时间误差仅取决于比较器电平跳变的响应速度和比较器的差分电平分辨率。LM339是低功耗比较器，偏置电压最大为10mv，比较灵敏度为5mv，5V输出电平跳变响应时间在300ns以内，加上asin(10e-3/311)/2//pi/50＝100ns，二者总共相差约400ns，远低于图1所示的方案，所以本实用新型能够精确的确定过零点。

如图4所示，为使用本实用新型提供的电路测试得到的过零点波形图。由图可看出本实用新型提供的电路能够精确的检测得到交流信号中的零点。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种三相电检测电路，其特征在于，包括：

第一变压器，所述第一变压器初级线圈的同名端与三相电的L3相线相连、异名端与三相电L1相线相连；

第二变压器，所述第二变压器初级线圈的同名端与三相电的L1相线相连、异名端与三相电L2相线相连；

第三变压器，所述第三变压器初级线圈的同名端与三相电的L2相线相连、异名端与三相电L3相线相连；

第一电流型电压互感器，所述第一电流型电压互感器初级线圈的同名端经第一电阻与所述第一变压器次级线圈的同名端相连、异名端经第二电阻与所述第二变压器次级线圈的同名端相连；

并联于所述第一电流型电压互感器次级线圈的同名端和异名端之间的、极性相反第一二极管及第二二极管；

第二电流型电压互感器，所述第二电流型电压互感器初级线圈的同名端经第三电阻与所述第二变压器次级线圈的同名端相连、异名端经第四电阻与所述第三变压器次级线圈的同名端相连；

并联于所述第二电流型电压互感器次级线圈的同名端和异名端之间的、极性相反的第三二极管及第四二极管；

第三电流型电压互感器，所述第三电流型电压互感器初级线圈的同名端经第五电阻与所述第三变压器次级线圈的同名端相连、异名端经第六电阻与所述第一变压器次级线圈的同名端相连；

并联于所述第三电流型电压互感器次级线圈的同名端和异名端之间的、极性相反的第五二极管及第六二极管；

第一比较器，所述第一比较器的反相输入端接地，且与所述第一电流型电压互感器次级线圈的同名端相连、同相输入端与所述第一电流型电压互感器次级线圈的异名端相连，输出端接第一上拉电阻；

第二比较器，所述第二比较器的反相输入端接地，且与所述第二电流型电压互感器次级线圈的同名端相连、同相输入端与所述第二电流型电压互感器次级线圈的异名端相连，输出端接第二上拉电阻；

第三比较器，所述第三比较器的反相输入端接地，且与所述第三电流型电压互感器次级线圈的同名端相连、同相输入端与所述第三电流型电压互感器次级线圈的异名端相连，输出端接第三上拉电阻。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

与所述第一比较器、所述第二比较器和所述第三比较器相连的电源。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，

所述第一上拉电阻、所述第二上拉电阻和所述第三上拉电阻均与所述电源相连。

4.如权利要求2或3所述的电路，其特征在于，还包括：

在所述电源与地之间的滤波电容组。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述滤波电容组包括：

两个相互并联的第一电容和第二电容。

6.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述电源的输出电压为+5V；

所述第一上拉电阻、所述第二上拉电阻和所述第三上拉电阻的阻值均为1K。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第五电阻和所述第六电阻均为10K。

8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一比较器、第二比较器和所述第三比较器的集成于一个芯片，芯片型号为LM339。