CN208537628U - 电源频率检测电路、空调和并网系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电源频率检测电路、空调和并网系统，包括依次连接的差分抗扰电路、迟滞校准电路和处理器，差分抗扰电路用于接入市电，差分抗扰电路用于对接入的正弦电压信号进行隔离处理，将隔离处理后的正弦电压信号转换为方波电压信号发送至迟滞校准电路；迟滞校准电路用于对接收的方波电压信号的频率进行校准并控制在预设精度范围内后发送至处理器；处理器根据接收的处理后的方波电压信号得到电源频率。通过差分抗扰电路，对接入的市电进行差分运算消除干扰，实现电压正弦波到方波的精准转换，通过迟滞校准电路校准方波信号的频率，使频率在预设精度范围内并发送至处理器进行检测，提高了电源频率检测的精准性，保障了待控对象的正常运行。
Description
技术领域
本申请涉及电源频率检测技术领域，特别是涉及一种电源频率检测电路、空调和并网系统。
背景技术
当电源频率超出规定的频率范围时，对应控制的器件的工作状态也会发生对应变化，如当电源频率在A范围内时，对应控制的器件可正常运行，当频率超出A范围内时，对应控制的器件停止工作。
常规电源频率检测电路因为各种外界因素的影响，在采样过程中极易受到干扰，使采样的电源频率不准确，容易因为外界干扰原因导致对应控制的器件出现停机保护的现象，影响待控对象的正常运行，传统的电源频率检测电路检测精度低。
实用新型内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种检测精度高的电源频率检测电路、空调和并网系统。
一种电源频率检测电路，包括依次连接的差分抗扰电路、迟滞校准电路和处理器，所述差分抗扰电路用于接入市电，
所述差分抗扰电路用于对接入的正弦电压信号进行隔离处理，将隔离处理后的正弦电压信号转换为方波电压信号，并将所述方波电压信号发送至所述迟滞校准电路；
所述迟滞校准电路用于接收所述方波电压信号，对所述方波电压信号的频率进行校准并控制在预设精度范围内，将处理后的方波电压信号发送至所述处理器；
所述处理器根据接收的所述处理后的方波电压信号得到电源频率。
一种空调，包括空调机组和上述所述的电源频率检测电路。
一种并网系统，包括电网、空调机组和上述所述的电源频率检测电路。
上述电源频率检测电路、空调和并网系统，差分抗扰电路用于对接入的正弦电压信号进行隔离处理，将隔离处理后的正弦电压信号转换为方波电压信号，并将方波电压信号发送至迟滞校准电路；迟滞校准电路用于接收方波电压信号，对方波电压信号的频率进行校准并控制在预设精度范围内，将处理后的方波电压信号发送至处理器；处理器根据接收的处理后的方波电压信号得到电源频率。通过差分抗扰电路，对接入的市电进行差分运算消除干扰，实现电压正弦波到方波的精准转换，通过迟滞校准电路校准方波信号的频率，使频率在预设精度范围内并发送至处理器进行检测，提高了电源频率检测的精准性，保障了待控对象的正常运行。
附图说明
图1为一个实施例中电源频率检测电路结构框图；
图2为另一个实施例中电源频率检测电路结构框图；
图3为一个实施例中差分运算放大电路结构示意图；
图4为另一个实施例中差分运算放大电路结构示意图；
图5为又一个实施例中差分运算放大电路结构示意图；
图6为一个实施例中正弦波转化方波电路结构示意图；
图7为另一个实施例中正弦波转化方波电路结构示意图；
图8为又一个实施例中正弦波转化方波电路结构示意图；
图9为一个实施例中迟滞校准电路结构示意图；
图10为一个实施例中频率精度带宽示意图；
图11为另一个实施例中迟滞校准电路结构示意图；
图12为一个实施例中正弦波转化方波电路和迟滞校准电路结构示意图。
具体实施方式
本申请的一应用场景为：光伏空调电源频率超出GB/T15945规定的频率范围时，机组的工作状态应能满足表1的要求。当因为频率响应的问题逆变器切出电网后，在电网频率恢复到允许运行的电网频率时，逆变器能重新启动运行。
表1
| 频率范围 | 逆变器响应 |
| 低于48Hz | 0.2s内停止运行 |
| 48～49.5Hz | 运行10min后停止运行 |
| 49.5～50.2Hz | 正常运行 |
| 50.2～50.5Hz | 运行2min后停止运行，此时处于停运状态，不得并网 |
| 高于50.5Hz | 0.2s内停止向电网供电，此时处于停运状态，不得并网 |
根据上述标准要求，光伏空调上电后，系统进入初始化模式，会一开始进入电网频率检测任务，当频率超出49.5～50.2Hz范围，将会停止工作。因此，一种高精度的电源频率检测电路设计非常关键。
在一个实施例中，如图1所示，一种电源频率检测电路，包括依次连接的差分抗扰电路110、迟滞校准电路120和处理器130，差分抗扰电路110用于接入市电，差分抗扰电路110用于对接入的正弦电压信号进行隔离处理，将隔离处理后的正弦电压信号转换为方波电压信号，并将方波电压信号发送至迟滞校准电路120；迟滞校准电路120用于接收方波电压信号，对方波电压信号的频率进行校准并控制在预设精度范围内，将处理后的方波电压信号发送至处理器130；处理器130根据接收的处理后的方波电压信号得到电源频率。
具体地，在本实施例中，以光伏空调电源为例进行说明，预设精度范围为0.01Hz，电源频率检测电路实现高精度检测，主要由两部分组成：差分抗扰电路在强耦合电场条件下，实现电压正弦波到方波的精准转换，迟滞校准电路实现电源频率自动校准，使频率在预设精度范围内并发送至处理器进行检测，可以实现光伏空调电源频率的准确响应，满足光伏空调频率49.5～50.2Hz检测范围，避免光伏空调因频率检测不准，出现频率误保护，其频率精度高达0.01Hz，相对于传统的电源频率检测电路精度提高10倍。
上述电源频率检测电路，差分抗扰电路用于对接入的正弦电压信号进行隔离处理，将隔离处理后的正弦电压信号转换为方波电压信号，并将方波电压信号发送至迟滞校准电路；迟滞校准电路用于接收方波电压信号，对方波电压信号的频率进行校准并控制在预设精度范围内，将处理后的方波电压信号发送至处理器；处理器根据接收的处理后的方波电压信号得到电源频率。通过差分抗扰电路对接入的市电进行差分运算，消除干扰，实现电压正弦波到方波的精准转换，通过迟滞校准电路校准方波信号的频率，使频率在预设精度范围内并发送至处理器进行检测，提高了电源频率检测的精准性，可以实现待控对象电源频率的准确响应，避免待控对象因频率检测不准，出现频率误保护，保障了待控对象的正常运行。
在一个实施例中，如图2所示，差分抗扰电路包括差分运算放大电路112和正弦波转化方波电路114，差分运算放大电路112连接正弦波转化方波电路114，正弦波转化方波电路114连接迟滞校准电路，差分运算放大电路112用于对接入的正弦电压信号进行隔离处理，并将隔离处理后的正弦电压信号发送至正弦波转化方波电路114；正弦波转化方波电路114用于接收隔离处理后的正弦电压信号，将隔离处理后的正弦电压信号转换为方波电压信号并发送至迟滞校准电路。
具体地，差分抗扰电路由两级负反馈运算电路组成，差分运算放大电路对接入的正弦电压信号进行差分运算，消除干扰，实现220V正弦电压信号的隔离、调理作用，解耦高压，增强电信号，增强其抗扰能力。正弦波转化方波电路实现220V正弦电压信号转化作用，便于后续处理器的频率检测。
在一个实施例中，差分运算放大电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一负反馈电阻，第一电阻、第二电阻和第三电阻串联接入市电零线，第一运算放大器的同相输入端连接市电火线和第一偏置电源，第一负反馈电阻的第一端连接第一运算放大器的反相输入端，第一负反馈电阻的第二端连接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端连接正弦波转化方波电路，第三电阻连接第一负反馈电阻的第一端。
具体地，如图3所示，第一级负反馈运算电路即差分运算放大电路由第一运算放大器U1、第一电阻R51、第二电阻R50、第三电阻R49、第一负反馈电阻R28和第一偏置电源1.5v组成，第一电阻R51的第一端接入市电零线VN，第一运算放大器的管脚10为同相输入端，管脚9为反相输入端，管脚8为输出端，第一运算放大器的同相输入端管脚10连接市电火线VL和第一偏置电源V1.5V，在本实施例中，第一运算放大器的型号为U2-C，差分运算放大电路的传递函数为：
通过以上传递函数实现零线、火线电压的差分运算，消除干扰，记分压系数电源VLN＝VPPsin(ωt+θ)，其中，VPP指正弦电压的峰值电压，则VAD_V_RB＝1.5+KVPPsin(ωt+θ)，实现220V正弦电压信号的隔离、调理作用，解耦高压，增强电信号，增强其抗扰能力。
在一个实施例中，差分运算放大电路还包括串联的第一平衡电阻、第二平衡电阻和第三平衡电阻，第一平衡电阻的另一端连接市电火线，第三平衡电阻的另一端连接第一运算放大器的同相输入端。
具体地，如图4所示，第一平衡电阻为R96，第二平衡电阻为R95，第三平衡电阻为R94，第一平衡电阻、第二平衡电阻和第三平衡电阻用于使第一运算放大器两端负载对称，减小零漂等误差，提高信号输出精度。
在一个实施例中，差分运算放大电路还包括第一上拉电阻和第一电容，第一上拉电阻和第一电容并联且一端共同连接第一运算放大器的同相输入端，另一端连接第一偏置电源。
具体地，如图5所示，在第一运算放大器的同相输入端接入第一偏置电源，可以使输出电压为正电压，增强电信号，第一上拉电阻R27和第一电容C33并联用于滤除第一偏置电源中的杂波，进一步消除外界的干扰，保障输入信号的稳定性。
在一个实施例中，差分运算放大电路还包括第二电容，第二电容与第一负反馈电阻并联。具体地，增加一个与第一负反馈电阻R28并联的第二电容C34作为超前补偿，可以消除自激振荡。
在一个实施例中，如图6所示，正弦波转化方波电路包括第二运算放大器、第二负反馈电阻和第四电阻，第二负反馈电阻的第一端连接第二运算放大器的反相输入端，第二负反馈电阻的第二端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端连接迟滞校准电路，第四电阻的第一端接地，第四电阻的第二端连接第二运算放大器的反相输入端，第二运算放大器的同相输入端连接差分运算放大电路。
具体地，第二运算放大器的同相输入端连接第一运算放大电路的输出端，第二级负反馈运算电路即正弦波转化方波电路由第二运算放大器U2、第二负反馈电阻R60和第四电阻R47组成，第二运算放大器U15的管脚1为输出端，管脚2为反相输入端，管脚3为正相输入端，管脚8用于接入外部电源，管脚4接地，在本实施例中，第二运算放大器的型号为U15-A，正弦波转化方波电路的传递函数为：
通过正弦波转化方波电路实现220V正弦电压信号转化成方波电压信号作用，便于处理器的频率检测。
在一个实施例中，如图7所示，正弦波转化方波电路还包括第二上拉电阻和第三电容，第二上拉电阻和第三电容并联且一端连接第二运算放大器的同相输入端，另一端接地。
具体地，第二上拉电阻R52和第三电容C50并联用于滤除差分运算放大电路输出电压中的杂波，进一步消除干扰，保障输入信号的稳定性。
进一步地，如图8所示，正弦波转化方波电路还包括第一限流电阻R48，第一限流电阻R48的第一端连接差分运算放大电路，第一限流电阻R48的第二端连接第二运算放大器的同相输入端，第一限流电阻R48用以限制所在支路电流的大小，以防电流过大烧坏所串联的元器件，提高正弦波转化方波电路的安全性。
在一个实施例中，如图8所示，正弦波转化方波电路还包括第四电容，第四电容与第二负反馈电阻并联。具体地，增加一个与第二负反馈电阻R60并联的第四电容C41作为超前补偿，可以消除自激振荡。
在一个实施例中，如图9所示，迟滞校准电路包括第三运算放大器、第五电阻和正反馈电阻，第五电阻的第一端连接正弦波转化方波电路，第五电阻的第二端连接第三运算放大器的同相输入端，第三运算放大器的反相输入端连接第二偏置电源，正反馈电阻的第一端连接第三运算放大器的同相输入端，正反馈电阻的第二端连接第三运算放大器的输出端，第三运算放大器的输出端连接处理器。
具体地，第五电阻的第一端连接正弦波转化方波电路的第二运算放大器的输出端，迟滞校准电路采用正相输入正反馈迟滞上下门限比较设计，实时校准方波电压信号频率偏移和波形整形，使之频率精度校准在0.01Hz以内。迟滞校准电路由第三运算放大器U3、第五电阻R65和正反馈电阻R14组成，第三运算放大器U503的管脚5为同相输入端，管脚6为反相输入端，管脚7为输出端，在本实施例中，第三运算放大器的型号为U503-B，其传递函数为：
根据输出电压VOUT的不同值(VOH或VOL)可以分别求出上门限电压VT+和下门限电压VT-分别为：
频率精度由如图10的迟滞带宽确定，当频率f0大于(f0+0.005)Hz时，运放U503-B输出高电平，当频率f0小于(f0-0.005)Hz时，运放U503-B输出低电平，整形的方波频率精度在0.01Hz以内自动调整，使之满足高精度要求。并且第三运算放大器接入第二偏置电源，使方波高低电平幅值采用1.5V偏置，使之在0～3V范围，满足处理器电压输入范围。
进一步地，如图11所示，迟滞校准电路还包括第二限流电阻R61，第二限流电阻R61的第一端接入第二偏置电源，第二限流电阻R61的第二端连接第三运算放大器的反相输入端，第二限流电阻R61用以限制所在支路电流的大小，以防电流过大烧坏所串联的元器件，提高迟滞校准电路的安全性。
进一步地，如图11所示，迟滞校准电路还包括第三上拉电阻R16，第三上拉电阻R16的第一端连接第三运算放大器的输出端，第三上拉电阻R16的第二端接入外部电源，上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，电阻同时起限流作用。
在一个详细的实施例中，如图12所示，为正弦波转化方波电路和迟滞校准电路连接的结构示意图，具体的元器件组成和连接关系已在上面的内容中阐述清楚，在此不再赘述。
上述电源频率检测电路，可实现光伏空调频率在49.5～50.2Hz范围内，实时校准、检测，将精度控制在0.01Hz，相对于传统的电源频率检测电路,精度提高10倍，满足光伏空调标准要求。
在一个实施例中，一种空调，包括空调机组和上述电源频率检测电路。
具体地，电源频率检测电路的输出端连接空调机组，空调机组根据电源频率-机组响应对应关系和电源频率检测电路得到的电源频率进行对应响应，在本实施例中，以空调为光伏空调为例进行说明，电源频率-机组响应对应关系如上表1所示，满足光伏空调标准要求。
上述空调，通过差分抗扰电路对接入的市电进行差分运算，消除干扰，实现电压正弦波到方波的精准转换，通过迟滞校准电路校准方波信号的频率，使频率在预设精度范围内并发送至处理器进行检测，提高了电源频率检测的精准性，可以实现空调机组的准确响应，避免空调因频率检测不准，出现频率误保护，保障了空调的正常运行。
在一个实施例中，一种并网系统，包括电网、空调机组和上述电源频率检测电路。
具体地，电源频率检测电路的输出端连接空调机组，空调机组连接电网，空调机组根据电源频率-机组响应对应关系和电源频率检测电路得到的电源频率进行对应响应，根据响应情况对应并入或者切出电网。
上述并网系统，通过差分抗扰电路对接入的市电进行差分运算，消除干扰，实现电压正弦波到方波的精准转换，通过迟滞校准电路校准方波信号的频率，使频率在预设精度范围内并发送至处理器进行检测，提高了电源频率检测的精准性，可以实现空调机组的准确响应，避免空调因频率检测不准，出现频率误保护，保障了空调的正常运行，使空调能准确根据自身运行情况对应并入或者切出电网。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种电源频率检测电路，其特征在于，包括依次连接的差分抗扰电路、迟滞校准电路和处理器，所述差分抗扰电路用于接入市电，
所述差分抗扰电路用于对接入的正弦电压信号进行隔离处理，将隔离处理后的正弦电压信号转换为方波电压信号，并将所述方波电压信号发送至所述迟滞校准电路；
所述迟滞校准电路用于接收所述方波电压信号，对所述方波电压信号的频率进行校准并控制在预设精度范围内，将处理后的方波电压信号发送至所述处理器；
所述处理器根据接收的所述处理后的方波电压信号得到电源频率。
2.根据权利要求1所述的电源频率检测电路，其特征在于，所述差分抗扰电路包括差分运算放大电路和正弦波转化方波电路，所述差分运算放大电路连接所述正弦波转化方波电路，所述正弦波转化方波电路连接所述迟滞校准电路，
所述差分运算放大电路用于对接入的正弦电压信号进行隔离处理，并将隔离处理后的正弦电压信号发送至所述正弦波转化方波电路；
所述正弦波转化方波电路用于接收所述隔离处理后的正弦电压信号，将所述隔离处理后的正弦电压信号转换为方波电压信号并发送至所述迟滞校准电路。
3.根据权利要求2所述的电源频率检测电路，其特征在于，所述差分运算放大电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一负反馈电阻，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻串联接入市电零线，所述第一运算放大器的同相输入端连接市电火线和第一偏置电源，所述第一负反馈电阻的第一端连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第一负反馈电阻的第二端连接所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端连接所述正弦波转化方波电路，所述第三电阻连接所述第一负反馈电阻的第一端。
4.根据权利要求3所述的电源频率检测电路，其特征在于，所述差分运算放大电路还包括串联的第一平衡电阻、第二平衡电阻和第三平衡电阻，所述第一平衡电阻的另一端接入连接火线，第三平衡电阻的另一端连接所述第一运算放大器的同相输入端。
5.根据权利要求3或4所述的电源频率检测电路，其特征在于，所述差分运算放大电路还包括第一上拉电阻和第一电容，所述第一上拉电阻和所述第一电容并联且一端连接所述第一运算放大器的同相输入端，另一端连接所述第一偏置电源。
6.根据权利要求3所述的电源频率检测电路，其特征在于，所述差分运算放大电路还包括第二电容，所述第二电容与所述第一负反馈电阻并联。
7.根据权利要求2所述的电源频率检测电路，其特征在于，所述正弦波转化方波电路包括第二运算放大器、第二负反馈电阻和第四电阻，所述第二负反馈电阻的第一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第二负反馈电阻的第二端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端连接所述迟滞校准电路，所述第四电阻的第一端接地，所述第四电阻的第二端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的同相输入端连接所述差分运算放大电路。
8.根据权利要求7所述的电源频率检测电路，其特征在于，所述正弦波转化方波电路还包括第二上拉电阻和第三电容，所述第二上拉电阻和所述第三电容并联且一端连接所述第二运算放大器的同相输入端，另一端接地。
9.根据权利要求8所述的电源频率检测电路，其特征在于，所述正弦波转化方波电路还包括第四电容，所述第四电容与所述第二负反馈电阻并联。
10.根据权利要求2所述的电源频率检测电路，其特征在于，所述迟滞校准电路包括第三运算放大器、第五电阻和正反馈电阻，所述第五电阻的第一端连接所述正弦波转化方波电路，所述第五电阻的第二端连接所述第三运算放大器的同相输入端，所述第三运算放大器的反相输入端连接第二偏置电源，所述正反馈电阻的第一端连接所述第三运算放大器的同相输入端，所述正反馈电阻的第二端连接所述第三运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的输出端连接所述处理器。
11.一种空调，其特征在于，包括空调机组和如权利要求1-10任一项所述的电源频率检测电路。
12.一种并网系统，其特征在于，包括电网、空调机组和如权利要求1-10任一项所述的电源频率检测电路。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201821296688.2U CN208537628U (zh) | 2018-08-13 | 2018-08-13 | 电源频率检测电路、空调和并网系统 |
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| CN208537628U true CN208537628U (zh) | 2019-02-22 |
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Cited By (1)
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| CN109030937A (zh) * | 2018-08-13 | 2018-12-18 | 珠海格力电器股份有限公司 | 电源频率检测电路、空调和并网系统 |
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2018
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| CN109030937B (zh) * | 2018-08-13 | 2024-02-06 | 珠海格力电器股份有限公司 | 电源频率检测电路、空调和并网系统 |
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