CN205246764U - 一种多相电源的缺相检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多相电源的缺相检测电路，其检测信号完整，检测精细，稳定性强，寿命长。其包括：差分电路，用于采集多相电源线电压和相电压的差分电压；抬升放大电路，输入端与差分电路输出端的各差分电压连接，用于对采集到的差分电压进行放大；控制电路，输入端连接抬升放大电路的输出端，用于对放大后的差分电压进行发送前的预处理；发送电路，输入端连接控制电路的输出端，用于给远程控制中心发送经过预处理后的信号。通过电阻网络组成的差分电路，可以有效的降低电路电流，所需电流低于1mA，相比于光耦所需的5mA，功耗只为光耦电路的二十五分之一，大大降低功耗和发热，有效提高稳定性和寿命。

Description

一种多相电源的缺相检测电路

技术领域

本实用新型涉及检测设备技术领域，具体为一种多相电源的缺相检测电路。

背景技术

三相电是一组幅值相等、频率相等、相位互相差120°的三相交流电源，由有三个绕组的三相发电机产生，是工业上常用的电源。一般是三相四线制供电。三相电缺相就是在供电线路当中，其中的一路或两路电源线无电压或电压低，或供电线路断路。如果没有缺相检测和保护装置，缺相的后果是十分严重的。具体表现为电机抖动不能正常工作，或转动无力且噪音大。控制器在缺相状态下工作是很容易烧毁的。所以缺相检测在工业电源使用中是必不可少的。但随着工业化程度的不断深入，工业用三相电源的电压等级越来越高，从而对检测电路的隔离耐压提出了更为苛刻的要求；伴随着信息化网络化远程化的不断发展，对缺相信号的远程监测、长距离传输以及互联网互联总控室控制也提出了新的要求；为了准确定位缺相相位线路和幅值，对缺相信号进行完整性、精细化测量也成了缺相检测的必然趋势；寿命和稳定性是电路应用的一个永恒话题，减少发热是提高电路稳定性和寿命的一个重要措施。

传统缺相检测电路，如图1所示。ABC三相交流电源经整流桥VC1整流、C1滤波后成为平稳的直流电源。直流电源经电阻R1、电阻R2分压限流后进入光耦U1的原边；若三相电源正常，在三相电源的整个正弦周期里光耦U1完全导通，控制芯片U2接收到低电平；电阻R3为光耦U1副边OC输出的上拉电阻。若三相电源有缺相情况，整流后不是幅值不变的平稳直流电源，而是单一方向有波谷凹坑的直流电源。从而在三相电源的一个周期内，光耦U1有不导通的时刻，最终控制芯片U2接收到电平是有持续不变的低电平，而是有高电平。据此，控制芯片U2并作出缺相判断。根据缺相判断控制芯片U2进行相应的报警、断电等处理措施。

传统缺相电路有以下不足：隔离耐压不高，不便于远距离传输，检测信号不完整、不精细的问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种多相电源的缺相检测电路，其检测信号完整，检测精细，稳定性强，寿命长。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种多相电源的缺相检测电路，包括：差分电路，用于采集多相电源线电压和相电压的差分电压；抬升放大电路，输入端与差分电路输出端的各差分电压连接，用于对采集到的差分电压进行放大；控制电路，输入端连接抬升放大电路的输出端，用于对放大后的差分电压进行发送前的预处理；发送电路，输入端连接控制电路的输出端，用于给远程控制中心发送经过预处理后的信号。

优选的，多相电源为三相电源；所述差分电路包括：第一差分电路，用于采集所述三相电源中A相B相线电压的差分电压；第二差分电路，用于采集所述三相电源中B相C相线电压的差分电压；第三差分电路，用于采集所述三相电源中C相O线相电压的差分电压。

进一步，控制电路为至少具有三个输入端的控制芯片；所述抬升放大电路包括：第一放大电路输入端与第一差分电路的输出端连接，输出端与控制电路的第一输入端连接，用于对第一差分电路采集到的A相和B相线电压的差分电压进行放大；第二放大电路，其输入端与所述第二差分电路的输出端连接，其输出端与所述控制电路的第二输入端连接，用于对第二差分电路采集到的B相和C相线电压的差分电压进行放大；第三放大电路，其输入端与所述第三差分电路的输出端连接，其输出端与所述控制电路的第三输入端连接，用于对第三差分电路采集到的C相O线相电压的差分电压进行放大。

进一步，还包括由电容和过压保护器件TVS并联组成的滤波保护电路；所述的滤波保护电路包括第一滤波保护电路、第二滤波保护电路和第三滤波保护电路；所述第一滤波保护电路设置在第一差分电路与第一放大电路之间；所述第二滤波保护电路设置在第二差分电路与第二放大电路之间；所述第三滤波保护电路设置在第三差分电路与第三放大电路之间。

进一步，还包括由至少两个二极管串联构成的钳位电路，所述的钳位电路包括第一钳位电路、第二钳位电路和第三钳位电路；所述第一钳位电路设置在第一放大电路的输出端上；所述第二钳位电路设置在第二放大电路的输出端上；所述第三钳位电路设置在第三放大电路的输出端上。

进一步，还包括由电阻和电容组成的滤波电路，所述的滤波电路包括第一滤波电路、第二滤波电路和第三滤波电路；所述第一滤波电路设置在第一放大电路的输出端上；所述第二滤波电路设置在第二放大电路的输出端上；所述第三滤波电路设置在第三放大电路的输出端上。

优选的，还包括驱动电路，输入端与控制电路的输出端连接，输出端与发送电路的输入端连接，用于驱动发送电路的启动。

优选的，差分电路由多个电阻构成的电阻网络组成。

进一步，差分电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；第一电阻一端接入采集差分电压的一相电源，另一端与第二电阻的一端连接；第二电阻的另一端与抬升放大电路的负输入端连接；第三电阻一端接入采集差分电压的另一相电源，另一端与第四电阻的一端连接；第四电阻的另一端与抬升放大电路的正输入端连接；第五电阻并联在抬升放大电路的正输入端和负输入端之间。

再进一步，还包括负反馈电阻和第六电阻；负反馈电阻一端与抬升放大电路的负输入端连接，另一端与抬升放大电路的输出端连接，用于控制抬升放大电路的放大比例；

第六电阻一端接在抬升放大电路的正输入端，另一端接入参考电压。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型所提出的缺相筛选方法检测电路，通过电阻网络组成的差分电路，可以有效的降低电路电流，所需电流低于1mA，相比于光耦所需的5mA，功耗只为光耦电路的二十五分之一，大大降低功耗和发热，有效提高稳定性和寿命。另外，对三相电源分别测量A相B相线电压、B相C相线电压、C相O线相电压，并将测量后的数值直接进入控制芯片，可以有效确定电压幅值、缺相相序。再者，检测到的缺相信号经过控制芯片预后通过光纤远距离传输，方便远程控制与联网。通过光电信号转换，实现更高的电压隔离。

附图说明

图1是现有技术中检测电路的结构示意图；

图2是本实用新型实例中所述检测电路的结构示意图。

图中：差分电路1，抬升放大电路2，控制电路3，发送电路4，滤波保护电路5，钳位电路6，滤波电路7，驱动电路8，第一差分电路101，第二差分电路102，第三差分电路103，第一放大电路201，第二放大电路202，第三放大电路203，第一滤波保护电路501，第二滤波保护电路502，第三滤波保护电路503，第一钳位电路601，第二钳位电路602，第三钳位电路603，第一滤波电路701，第二滤波电路702，第三滤波电路703。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

如图2所示，本实用新型公开了一种多相电源的缺相检测电路，包括：差分电路1，用于采集多相电源线电压和相电压的差分电压；抬升放大电路2，其输入端与所述差分电压的输出端连接，用于对采集到的多相电源每两相线电压的所述差分电压进行放大；控制电路3，其输入端与所述抬升放大电路的输出端连接，用于对放大后的所述差分电压进行发送前的预处理；发送电路4，与所述控制电路的输出端连接，用于发送经过预处理后的信号，在远程控制中心进行远程分析、控制。

在一些说明性实施例中，所述控制电路进行预处理，即将电信号转换成可以发送的数据，通过目前的FPGA或DSP芯片即可实现上述预处理。

本实用新型通过所提出的缺相筛选方法检测电路，通过电阻网络组成的差分电路，可以有效的降低电路电流，所需电流低于1mA，相比于光耦所需的5mA，功耗只为光耦电路的二十五分之一，大大降低功耗和发热，有效提高稳定性和寿命。另外，对三相电源分别测量A相B相线电压、B相C相线电压和C相O线相电压，并将测量后的数值直接进入控制芯片，可以有效确定电压幅值、缺相相序。再者，检测到的缺相信号经过控制芯片编码后通过光纤远距离传输，方便远程控制与联网。通过光电信号转换，实现更高的电压隔离。

在一些说明性实施例中，所述多相电源为三相电源。

在一些说明性实施例中，所述差分电路1包括：第一差分电路101，用于采集所述三相电源的A相B相线电压的差分电压；第二差分电路102，用于采集所述三相电源的B相C相线电压的差分电压；第三差分电路103，用于采集所述三相电源的C相O线相电压的差分电压。

在一些说明性实施例中，所述控制电路3为至少具有三个输入端、一个输出端的控制芯片U4。

在一些说明性实施例中，所述抬升放大电路2包括：第一放大电路201，其输入端与所述第一差分电路101的输出端连接，其输出端与所述控制电路3的第一输入端连接，用于对第一差分电路采集到的A相B相线电压的差分电压进行放大；第二放大电路202，其输入端与所述第二差分电路102的输出端连接，其输出端与所述控制电路3的第二输入端连接，用于对第二差分电路采集到的B相C相线电压的差分电压进行放大；第三放大电路203，其输入端与所述第三差分电路103的输出端连接，其输出端与所述控制电路的第三输入端连接，用于对第三差分电路采集到的C相O线相电压的差分电压进行放大。

在一些说明性实施例中，所述检测电路还包括：由电容和过压保护器件TVS组成滤波保护电路5，具体为第一滤波保护电路501、第二滤波保护电路502、第三滤波保护电路503；所述第一滤波保护电路501，设置在所述第一差分电路101与所述第一放大电路201之间；所述第二滤波保护电路502，设置在所述第二差分电路102与所述第二放大电路202之间；所述第三滤波保护电路503，设置在所述第三差分电路103与所述第三放大电路203之间。

进一步的，第一滤波保护电路501采用并联在第一放大电路201的两个输入端上的电容C1和过压保护器件ZD1组成，第二滤波保护电路502采用并联在第二放大电路202的两个输入端上的电容C2和过压保护器件ZD2组成；第三滤波保护电路503采用并联在第三放大电路203的两个输入端上的电容C3和过压保护器件ZD3组成。

在一些说明性实施例中，所述检测电路还包括：由至少两个二极管串联构成的钳位电路6，具体为第一钳位电路601、第二钳位电路602和第三钳位电路603；所述第一钳位电路601，设置在所述第一放大电路201的输出端上；所述第二钳位电路602，设置在所述第二放大电路202的输出端上；所述第三钳位电路603，设置在所述第三放大电路203的输出端上。

进一步的，第一放大电路201上的钳位电路601由两个串联的二极管D1组成，其中，二极管的正极接地为低电平，二极管的负极接工作电压为高电平；第二放大电路202上的钳位电路602由两个串联的二极管D2组成，其中，二极管的正极接地，二极管的负极接工作电压；第三放大电路203上的钳位电路603由两个串联的二极管D3组成，其中，二极管的正极接地，二极管的负极接工作电压。

在一些说明性实施例中，所述检测电路还包括：由电阻和电容组成的滤波电路7，具体为第一滤波电路701、第二滤波电路702和第三滤波电路703；所述第一滤波电路701，设置在所述第一放大电路201的输出端上；所述第二滤波电路702，设置在所述第二放大电路202的输出端上；所述第三滤波电路703，设置在所述第三放大电路203的输出端上。

进一步的，第一滤波电路701采用电阻R18和接地电容C4；第二滤波电路702采用电阻R19和接地电容C5；第三滤波电路703采用电阻R20和接地电容C6。优选的，钳位电路6和滤波电路7依次连接在对应抬升放大电路2的输出端。

在一些说明性实施例中，所述检测电路还包括：驱动电路8，其输入端与所述控制电路3的输出端连接，其输出端与所述发送电路4的输入端连接，用于驱动所述发送电路4启动。

在一些说明性实施例中，发送电路4采用光纤发送模块FT1。

在一些说明性实施例中，驱动电路采用驱动电路芯片U5。

在一些说明性实施例中，所述差分电路1由多个电阻构成的电阻网络组成。在一些说明性实施例中，所述采集多相电源两相线电压的差分电压1的差分电路，包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；所述第一电阻，其一端接入所述多相电源的一相电源，其另一端与所述第二电阻的一端连接；所述第二电阻，其另一端与所述抬升放大电路2的负输入端连接；所述第三电阻，其一端接入所述多相电源的另一相电源，其另一端与所述第四电阻的一端连接；所述第四电阻，其另一端与所述抬升放大电路2的正输入端连接；所述第五电阻，其并联在所述抬升放大电路2的正输入端和负输入端之间。

进一步的，如图2所示，第一差分电路101、第二差分电路102和第三差分电路103分别由多个电阻构成的电阻网络组成；其中，第一差分电路101由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R9组成，其中，电阻R1和R2串联，其一端作为第一差分电路101的第一输入端接入三相电源的A相，其另一端作为第一差分电路101的第一输出端；电阻R3和电阻R4串联，其一端作为第一差分电路101的第二输入端接入三相电源的B相，其另一端作为第一差分电路101的第二输出端，电阻R9并联在第一差分电路101的第一输出端和第二输出端上；第二差分电路102利用电阻R3和R4，再加上电阻R5、电阻R6和电阻R12组成；电阻R3和电阻R4串联，其一端作为第二差分电路102的第一输入端接入三相电源的B相，其另一端作为第二差分电路102的第一输出端；电阻R5和电阻R6串联，其一端作为第二差分电路102的第二输入端接入三相电源的C相，其另一端作为第二差分电路102的第二输出端；第三差分电路103与第二差分电路102的组成原理相同，利用电阻R5、电阻R6和新加入的电阻R7、电阻R8和电阻R15组成。

在一些说明性实施例中，所述检测电路还包括：负反馈电阻、第六电阻；所述负反馈电阻，其一端与所述抬升放大电路2的负输入端连接，其另一端与所述抬升放大电路2的输出端连接，用于控制所述抬升放大电路2的放大比例；所述第六电阻，其一端接在所述抬升放大电路2的正输入端，其另一端接入参考电压Vref。

进一步的，如图2所示，第一放大电路201上采用负反馈电阻R10以及匹配电阻R11，电阻R10的一端接在第一放大电路201的负输入端上，电阻R10的另一端接在第一放大电路201的输出端上；电阻R11一端接在第一放大电路201的正输入端，电阻R11的另一端接参考电压Vref。

第二放大电路202采用负反馈电阻R13以及匹配电阻R14，第三放大电路203采用负反馈电阻R16以及匹配电阻R17；第二放大电路202和第三放大电路203与第一放大电路201上的结构原理相同，负反馈电阻和匹配电阻的结构不再赘述。

进一步的，在此对本实用新型的工作原理进行简单说明，参见图2。

R1、R2、R3、R4、R9组成A相B相线电压的差分网络，R9上的分压即为检测到的A相B相线电压的差分电压，输入到运放U1的反相输入端；参考电源Vref经R11输入到运放U1的同相输入端；差分电压经Vref抬升后经反馈电阻R10比例放大后输出。电容C1在这里起滤波作用；TVS二极管ZD1起过压保护作用，防止差分电压过高损坏运放芯片。运放U1输出的信号经串联二极管D1钳位保护,R18和C4组成的阻容滤波网络滤波后输入给控制芯片U4。

R3、R4、R5、R6、R12组成B相C相线电压的差分网络，R12上的分压即为检测到的B相C相线电压的差分电压，输入到运放U2的反相输入端；参考电源Vref经R14输入到运放U2的同相输入端；差分电压经Vref抬升后经反馈电阻R13比例放大后输出。电容C2在这里起滤波作用；TVS二极管ZD2起过压保护作用，防止差分电压过高损坏运放芯片。运放U2输出的信号经串联二极管D2钳位保护,R19和C5组成的阻容滤波网络滤波后输入给控制芯片U4。

R5、R6、R7、R8、R15组成C相O线相电压的差分网络，R15上的分压即为检测到的C相O线相电压的差分电压，输入到运放U3的反相输入端；参考电源Vref经R17输入到运放U3的同相输入端；差分电压经Vref抬升后经反馈电阻R16比例放大后输出。电容C3在这里起滤波作用；TVS二极管ZD3起过压保护作用，防止差分电压过高损坏运放芯片。运放U3输出的信号经串联二极管D3钳位保护,R20和C6组成的阻容滤波网络滤波后输入给控制芯片U4。

控制芯片U4将接收到的AB、BC、CO检测电压信号经滤波、计算后给驱动器U5，驱动器U5驱动光纤发送器FT1将信号发送到远程控制中心。由远程控制中心进行相应的保护、断电、报警等处理。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种多相电源的缺相检测电路，其特征在于，包括：

差分电路(1)，用于采集多相电源线电压和相电压的差分电压；

抬升放大电路(2)，输入端与差分电路(1)输出端的各差分电压连接，用于对采集到的差分电压进行放大；

控制电路(3)，输入端连接抬升放大电路(2)的输出端，用于对放大后的差分电压进行发送前的预处理；

发送电路(4)，输入端连接控制电路的输出端，用于给远程控制中心发送经过预处理后的信号。

2.根据权利要求1所述的多相电源的缺相检测电路，其特征在于，所述多相电源为三相电源；

所述差分电路(1)包括：

第一差分电路，用于采集所述三相电源中A相B相线电压的差分电压；

第二差分电路，用于采集所述三相电源中B相C相线电压的差分电压；

第三差分电路，用于采集所述三相电源中C相O线相电压的差分电压。

3.根据权利要求2所述的多相电源的缺相检测电路，其特征在于，所述控制电路(3)为至少具有三个输入端的控制芯片；

所述抬升放大电路(2)包括：

第一放大电路输入端与第一差分电路的输出端连接，输出端与控制电路(3)的第一输入端连接，用于对第一差分电路采集到的A相和B相线电压的差分电压进行放大；

第二放大电路，其输入端与所述第二差分电路的输出端连接，其输出端与所述控制电路的第二输入端连接，用于对第二差分电路采集到的B相和C相线电压的差分电压进行放大；

第三放大电路，其输入端与所述第三差分电路的输出端连接，其输出端与所述控制电路的第三输入端连接，用于对第三差分电路采集到的C相O线相电压的差分电压进行放大。

4.根据权利要求3所述的多相电源的缺相检测电路，其特征在于，还包括由电容和过压保护器件TVS并联组成的滤波保护电路(5)；所述的滤波保护电路(5)包括第一滤波保护电路、第二滤波保护电路和第三滤波保护电路；

所述第一滤波保护电路设置在第一差分电路与第一放大电路之间；

所述第二滤波保护电路设置在第二差分电路与第二放大电路之间；

所述第三滤波保护电路设置在第三差分电路与第三放大电路之间。

5.根据权利要求3所述的多相电源的缺相检测电路，其特征在于，还包括由至少两个二极管串联构成的钳位电路(6)，所述的钳位电路(6)包括第一钳位电路、第二钳位电路和第三钳位电路；

所述第一钳位电路设置在第一放大电路的输出端上；

所述第二钳位电路设置在第二放大电路的输出端上；

所述第三钳位电路设置在第三放大电路的输出端上。

6.根据权利要求3所述的多相电源的缺相检测电路，其特征在于，还包括由电阻和电容组成的滤波电路(7)，所述的滤波电路(7)包括第一滤波电路、第二滤波电路和第三滤波电路；

所述第一滤波电路设置在第一放大电路的输出端上；

所述第二滤波电路设置在第二放大电路的输出端上；

所述第三滤波电路设置在第三放大电路的输出端上。

7.根据权利要求1所述的多相电源的缺相检测电路，其特征在于，还包括驱动电路(8)，输入端与控制电路(3)的输出端连接，输出端与发送电路(4)的输入端连接，用于驱动发送电路(4)的启动。

8.根据权利要求1所述的多相电源的缺相检测电路，其特征在于，所述差分电路由多个电阻构成的电阻网络组成。

9.根据权利要求8所述的多相电源的缺相检测电路，其特征在于，所述差分电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

第一电阻一端接入采集差分电压的一相电源，另一端与第二电阻的一端连接；

第二电阻的另一端与抬升放大电路(2)的负输入端连接；

第三电阻一端接入采集差分电压的另一相电源，另一端与第四电阻的一端连接；

第四电阻的另一端与抬升放大电路(2)的正输入端连接；

第五电阻并联在抬升放大电路(2)的正输入端和负输入端之间。

10.根据权利要求9所述的多相电源的缺相检测电路，其特征在于，还包括负反馈电阻和第六电阻；

负反馈电阻一端与抬升放大电路(2)的负输入端连接，另一端与抬升放大电路(2)的输出端连接，用于控制抬升放大电路(2)的放大比例；

第六电阻一端接在抬升放大电路(2)的正输入端，另一端接入参考电压。