CN208969167U - 一种基于lm324的相位差检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LM324的相位差检测电路，包括：电压检测电路、电流检测电路、比较电路、反相电路和CPU，电压检测电路和电流检测电路用于与负载连接；电压检测电路和电流检测电路均与比较电路连接，比较电路与反相电路连接，反相电路和CPU连接；所述比较电路包括电阻R1至R7、电位器W1至电位器W3、二极管D1至二极管D5以及运放LM324。本实用新型通过电压互感器和电流互感器采集负载的交流电力信号，通过比较电路进行电压电流信号的比较，计算出两者的相位差。此电路抗干扰能力好，电路简单可靠、方便，能够完成对对输入信号的检测和判断，成本低。

Description

一种基于LM324的相位差检测电路

技术领域

本实用新型涉及电力仪表生产技术领域，具体涉及一种基于LM324的相位差检测电路。

背景技术

随着电力技术的发展，越来越多的用电设备出现在人们的生活当中，大多数的用电设备是感性负载，这样会消耗无功功率，降低电力系统的功率因数，降低用电效率，对电力系统来说是一种浪费。为了提高用电效率，需要一种检测电路对负载的用电效率进行测量，通过电压电流的相位关系，测量两者的相位差，计算出功率因数，方便对设备的无功功率进行补偿。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于LM324的相位差检测电路，本基于LM324的相位差检测电路通过电压互感器和电流互感器采集负载的交流电力信号，通过比较电路进行电压电流信号的比较，计算出两者的相位差。此电路抗干扰能力好，电路简单可靠、方便，能够完成对对输入信号的检测和判断，成本低。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种基于LM324的相位差检测电路，包括：电压检测电路、电流检测电路、比较电路、反相电路和CPU，所述的电压检测电路和电流检测电路用于与负载连接；所述的电压检测电路和电流检测电路均与比较电路连接，所述比较电路与反相电路连接，所述反相电路和CPU连接；

所述比较电路包括电阻R1至R7、电位器W1至电位器W3、二极管D1至二极管D5以及运放LM324，所述电阻R1和电阻R2的一端均与电流检测电路的输出端连接，所述电阻R2的另一端连接地线，所述电阻R1的另一端分别与二极管D1的正极、二极管D2的负极和运放LM324的引脚3连接，所述二极管D1的负极分别与二极管D2的正极、运放LM324的引脚2和电位器W1的可调端连接，所述电位器W1的固定端分别与电源和电位器W3的固定端连接，所述电位器W1的另一固定端和电位器W3的另一固定端均连接地线，所述电位器W3的可调端与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与运放LM324的引脚1连接，电位器W2的固定端与电压检测电路的输出端连接，电位器W2的另一固定端连接地线，电位器W2的可调端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端分别与二极管D4的正极、二极管D5的负极和运放LM324的引脚10连接，二极管D4的负极、二极管D5的正极和运放LM324的引脚9均连接地线，运放LM324的引脚8与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端分别与电阻R6和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端连接地线，电阻R6的另一端与运放LM324的引脚5连接，运放LM324的引脚1与运放LM324的引脚6连接，运放LM324的引脚7与反相电路连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述的电流检测电路采用茶花电流互感器CSM025A，所述茶花电流互感器CSM025A的原边输入端连接火线，原边输出端与负载的一端连接，所述负载的另一端与零线连接，所述茶花电流互感器CSM025A的+15V引脚连接有+15V电源，-15V引脚连接有-15V电源，所述茶花电流互感器CSM025A的输出端M与比较电路的电阻R1的一端连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述的电压检测电路采用茶花电压互感器VSM025A，所述茶花电压互感器VSM025A的正输入端V+通过电阻Rv1分别与负载的一端和茶花电流互感器CSM025A的原边输出端连接，所述茶花电压互感器VSM025A的负输入端V-分别与零线和负载的另一端连接，所述茶花电压互感器VSM025A的+15V引脚连接有+15V电源，-15V引脚连接有-15V电源，所述茶花电压互感器VSM025A的输出端M与比较电路的电位器W2的固定端连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述反相电路包括电位器W4和运放74LS14，所述电位器W4的固定端与比较电路的运放LM324的引脚7连接，电位器W4的另一固定端连接地线，电位器W4的可调端与运放74LS14的引脚3连接，运放74LS14的引脚4与运放74LS14的引脚1连接，运放74LS14的引脚2与CPU连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述CPU采用STC12C5A60S2单片机。

本实用新型的有益效果为：本实用新型通过电压检测电路和电流检测电路采集负载的交流电力信号，通过比较电路进行电压电流信号的比较计算出两者的相位差，通过比较电路将两者的相位差转化为一个高电平信号，通过两级由74LS14组成的反相器，增大信号的驱动能力，同时改善了波形的平滑性，然后送给CPU；通过CPU测量高电平的时间，就可以计算出两者的相位差，进而可以计算出功率因数，方便对设备的无功功率进行补偿。此电路抗干扰能力好，电路简单可靠、方便，能够完成对对输入信号的检测和判断，成本低。对此类新型电容式传感器的应用具有重要意义。

附图说明

图1为本实用新型的电路框图。

图2为本实用新型的电路原理示意图。

具体实施方式

下面根据图1至图2对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：

参见图1，一种基于LM324的相位差检测电路，包括：电压检测电路、电流检测电路、比较电路、反相电路和CPU，所述的电压检测电路和电流检测电路用于与负载连接；所述的电压检测电路和电流检测电路均与比较电路连接，所述比较电路与反相电路连接，所述反相电路和CPU连接。

参见图2，其中比较电路包括电阻R1至R7、电位器W1至电位器W3、二极管D1至二极管D5以及运放LM324，所述电阻R1和电阻R2的一端均与电流检测电路的输出端连接，所述电阻R2的另一端连接地线，所述电阻R1的另一端分别与二极管D1的正极、二极管D2的负极和运放LM324的引脚3连接，所述二极管D1的负极分别与二极管D2的正极、运放LM324的引脚2和电位器W1的可调端连接，所述电位器W1的固定端分别与电源和电位器W3的固定端连接，所述电位器W1的另一固定端和电位器W3的另一固定端均连接地线，所述电位器W3的可调端与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与运放LM324的引脚1连接，电位器W2的固定端与电压检测电路的输出端连接，电位器W2的另一固定端连接地线，电位器W2的可调端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端分别与二极管D4的正极、二极管D5的负极和运放LM324的引脚10连接，二极管D4的负极、二极管D5的正极和运放LM324的引脚9均连接地线，运放LM324的引脚8与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端分别与电阻R6和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端连接地线，电阻R6的另一端与运放LM324的引脚5连接，运放LM324的引脚1与运放LM324的引脚6连接，运放LM324的引脚7与反相电路连接。

本实施例中，参见图2，所述的电流检测电路采用茶花电流互感器CSM025A，所述茶花电流互感器CSM025A的原边输入端连接火线，原边输出端与负载的一端连接，所述负载的另一端与零线连接，所述茶花电流互感器CSM025A的+15V引脚连接有+15V电源，-15V引脚连接有-15V电源，所述茶花电流互感器CSM025A的输出端M与比较电路的电阻R1的一端连接。

本实施例中，参见图2，所述的电压检测电路采用茶花电压互感器VSM025A，所述茶花电压互感器VSM025A的正输入端V+通过电阻Rv1分别与负载的一端和茶花电流互感器CSM025A的原边输出端连接，所述茶花电压互感器VSM025A的负输入端V-分别与零线和负载的另一端连接，所述茶花电压互感器VSM025A的+15V引脚连接有+15V电源，-15V引脚连接有-15V电源，所述茶花电压互感器VSM025A的输出端M与比较电路的电位器W2的固定端连接。

本实施例中，参见图2，所述反相电路包括电位器W4和运放74LS14，所述电位器W4的固定端与比较电路的运放LM324的引脚7连接，电位器W4的另一固定端连接地线，电位器W4的可调端与运放74LS14的引脚3连接，运放74LS14的引脚4与运放74LS14的引脚1连接，运放74LS14的引脚2与CPU连接。

本实施例中，所述CPU采用STC12C5A60S2单片机。

本实施例的相位差检测电路主要通过电压互感器、电流互感器和运算放大器进行设计，如图2所示，通过电压互感器U2（VSM025A）将电压信号转化为0~25mA的电流信号，通过调节电位器W2将电流信号转化为0~4V的交流电压信号，二极管D4、二极管D5起到钳位的作用，然后将交流信号通过一个由LM324（N1C）组成的过零比较器，将正弦信号的上半周全部变为高电平，下半周全部变为低电平，送给下一级比较器（N1B）的同相输入端。电流互感器U1（CSM025A）将电流的大小转化为量程为-0.625V~+0.625V的电压信号，还带有2.5V的直流偏置电压，然后将信号送至由运放LM324（N1A）组成的比较器的同相输入端，二极管D1、二极管D2起到钳位的作用，反相输入端通过电位器W1输入2.5V的直流电压信号，这样可以减掉带有的2.5V直流偏置信号，剩下-0.625~+0.625V的交流信号，与同相输入端的交流信号进行比较后，大于2.5的转化为高电平，小于2.5V的转化为低电平，送给下一级比较器（N1B）的反相输入端。经过（N1B）比较之后，就将电压和电流的相位差对应的时间转化为高电平输出，通过两级由74LS14组成的反相器，增大信号的驱动能力，同时改善了波形的平滑性，然后送给CPU。CPU通过自身的计时器计算时间值从而计算出占整个周期的比例，就可以计算出相位差。经过测试，整个电路电容变化范围宽、抗干扰性好、工作稳定、灵敏度高，具有重要意义。

测试表明，此电路可以对负载的电压电流的相位差进行很好的计算，将相位差转化为对用的时间长短，通过单片机对信号进行处理，计算出时间值，求出占整个周期的比例，就可以计算出相位差，进而计算出功率因数。此电路可应用至电力系统功率因数计算方面，工作原理简单、计算精度高、工作可靠，具有较高的实际应用价值。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于LM324的相位差检测电路，其特征在于，包括：电压检测电路、电流检测电路、比较电路、反相电路和CPU，所述的电压检测电路和电流检测电路用于与负载连接；所述的电压检测电路和电流检测电路均与比较电路连接，所述比较电路与反相电路连接，所述反相电路和CPU连接；

所述比较电路包括电阻R1至R7、电位器W1至电位器W3、二极管D1至二极管D5以及运放LM324，所述电阻R1和电阻R2的一端均与电流检测电路的输出端连接，所述电阻R2的另一端连接地线，所述电阻R1的另一端分别与二极管D1的正极、二极管D2的负极和运放LM324的引脚3连接，所述二极管D1的负极分别与二极管D2的正极、运放LM324的引脚2和电位器W1的可调端连接，所述电位器W1的固定端分别与电源和电位器W3的固定端连接，所述电位器W1的另一固定端和电位器W3的另一固定端均连接地线，所述电位器W3的可调端与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与运放LM324的引脚1连接，电位器W2的固定端与电压检测电路的输出端连接，电位器W2的另一固定端连接地线，电位器W2的可调端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端分别与二极管D4的正极、二极管D5的负极和运放LM324的引脚10连接，二极管D4的负极、二极管D5的正极和运放LM324的引脚9均连接地线，运放LM324的引脚8与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端分别与电阻R6和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端连接地线，电阻R6的另一端与运放LM324的引脚5连接，运放LM324的引脚1与运放LM324的引脚6连接，运放LM324的引脚7与反相电路连接。

2.根据权利要求1所述的基于LM324的相位差检测电路，其特征在于，所述的电流检测电路采用茶花电流互感器CSM025A，所述茶花电流互感器CSM025A的原边输入端连接火线，原边输出端与负载的一端连接，所述负载的另一端与零线连接，所述茶花电流互感器CSM025A的+15V引脚连接有+15V电源，-15V引脚连接有-15V电源，所述茶花电流互感器CSM025A的输出端M与比较电路的电阻R1的一端连接。

3.根据权利要求2所述的基于LM324的相位差检测电路，其特征在于，所述的电压检测电路采用茶花电压互感器VSM025A，所述茶花电压互感器VSM025A的正输入端V+通过电阻Rv1分别与负载的一端和茶花电流互感器CSM025A的原边输出端连接，所述茶花电压互感器VSM025A的负输入端V-分别与零线和负载的另一端连接，所述茶花电压互感器VSM025A的+15V引脚连接有+15V电源，-15V引脚连接有-15V电源，所述茶花电压互感器VSM025A的输出端M与比较电路的电位器W2的固定端连接。

4.根据权利要求1所述的基于LM324的相位差检测电路，其特征在于，所述反相电路包括电位器W4和运放74LS14，所述电位器W4的固定端与比较电路的运放LM324的引脚7连接，电位器W4的另一固定端连接地线，电位器W4的可调端与运放74LS14的引脚3连接，运放74LS14的引脚4与运放74LS14的引脚1连接，运放74LS14的引脚2与CPU连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的基于LM324的相位差检测电路，其特征在于，所述CPU采用STC12C5A60S2单片机。