CN208984709U - 一种电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种电压检测电路，包括：全波整流电路、分压电路、电压采样电路和过零检测电路；所述全波整流电路，用于对交流电源输出的交流信号进行全波整流，输出脉动直流信号；所述分压电路，用于对所述脉动直流信号进行分压，输出分压信号；所述电压采样电路，用于对所述分压信号进行A/D采样，输出电压值；所述过零检测电路，用于根据所述分压信号检测交流信号的过零点。本文的技术方案能够使得电压采样与过零检测复用电路器件，节省设备成本。

Description

一种电压检测电路

技术领域

本实用新型涉及家用电器技术领域，尤其涉及的是一种电压检测电路。

背景技术

电烹饪器具(比如电磁炉、电饭煲、电陶炉等)的功率控制系统中，一般都有电压采样电路。如图1-a所示的一种电压采样电路中，220V交流电连接变压器的初级线圈，变压器的次级线圈连接半波整流器件和分压电路。如图1-b所示，变压器的次级线圈(A点)输出的交流信号通过半波整流器件进行半波整流，所述半波整流器件是二极管D1，分压电路包括串联的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，以及与所述第二分压电阻R2并联的滤波电容C1，信号通过R1、R2分压及R1、R2、C1滤波后生成脉动很小的分压信号(图1-b中B点波形)送入A/D采样电路进行采样。

为了实现大功率与小功率之间的切换，功率控制系统可以通过丢弃交流电的部分功率来减少输出功率。过零检测电路可以检测交流电正负半周起始点，从而为丢波处理提供时序信号。过零检测电路一般也包括整流电路和分压电路，还包括比较器(或开关器件)。

相关技术中，电压采样电路和过零检测电路分开设置，需要配备两套整流电路和分压电路，增加了设备成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电压检测电路，能够使得电压采样与过零检测复用电路器件，节省设备成本。

本实用新型实施例提供一种电压检测电路，包括：全波整流电路、分压电路、电压采样电路和过零检测电路；所述全波整流电路，用于对交流电源输出的交流信号进行全波整流，输出脉动直流信号；所述分压电路，用于对所述脉动直流信号进行分压，输出分压信号；所述电压采样电路，用于对所述分压信号进行A/D采样，输出电压值；所述过零检测电路，用于根据所述分压信号检测交流信号的过零点。

可选的，所述全波整流电路包括：桥式全波整流电路；所述桥式全波整流电路包括第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3和第四二极管D4；其中，所述第一二极管D1的阳极连接交流电源的火线，所述第一二极管D1的阴极连接第二二极管D2的阴极，所述第二二极管D2的阳极连接交流电源的零线以及第三二极管D3的阴极，所述第三二极管D3的阳极接地以及第四二极管D4的阳极，所述第四二极管D4的阴极连接交流电源的火线；所述第一二极管D1的阴极为所述桥式全波整流电路的输出端。全波整流电路可以利用交流电信号的正半周信号和负半周信号，比半波整流电路效率更高。

可选的，所述分压电路包括：串联的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，以及与所述第二分压电阻R2并联的滤波电容C1；所述第一分压电阻R1的第一端连接全波整流电路的输出端，所述第一分压电阻R1的第二端连接第二分压电阻R2的第一端，所述第二分压电阻R2的第二端接地，所述第二分压电阻R2的第一端为所述分压电路的输出端。

可选的，所述滤波电容C1是容值为100pF～2uF的电容。由于电压采样电路和过零检测电路复用电路元件，为了满足过零检测的需求，所以采用小容值的电容进行滤波。

可选的，所述电压检测电路还包括：限流限幅电路；所述限流限幅电路包括：熔断器和压敏电阻；所述熔断器的第一端连接交流电源的火线，所述熔断器的第二端连接压敏电阻的第一端，所述压敏电阻的第二端连接交流电源的零线，所述压敏电阻的两端还分别连接全波整流电路的两个输入端。通过限流限幅电路能够提高电路抵抗浪涌等强干扰信号的能力。

可选的，所述电压采样电路和所述过零检测电路集成在微控制单元MCU内部。通过MCU实现电压采样和过零检测，集成度高，设计灵活。

可选的，所述过零检测电路包括电压比较器，所述电压比较器包括同相输入端、反相输入端和输出端；所述同相输入端输入分压信号，所述反相输入端输入参考电压信号，或者所述同相输入端输入参考电压信号，所述反相输入端输入分压信号；所述输出端用以输出低电平信号或高电平信号。通过电压比较器实现过零检测，能够根据电路需要设置参考电压，提高过零检测的准确性。

可选的，所述电压采样电路是A/D采样频率为F的电压采样电路，F为市电交流电频率的N倍；其中，N大于或等于100。

可选的，所述电压采样电路的采样周期为一个交流电周期，采样间隔为100微秒至150微秒。电压采样电路的采样周期为一个交流电周期，可减小因电网波动导致半个周期处过零无法到低位，而使得采样到的电压值偏差较大的影响。采样间隔为100微秒至150微秒可使得采样较精准。

可选的，所述电压采样电路包括：A/D转换器、累加器和除法器；所述A/D转换器，用于对电压采样电路输入的分压信号进行采样和模数转换，输出电压值；所述累加器，用于对一个交流电周期内所述A/D转换器输出的N个电压值进行累加，输出电压累加值；所述除法器，用于将所述累加器输出的电压累加值除以N，输出电压平均值作为所述电压采样电路的输出信号。通过对一个交流电周期内的电压采样值进行平均，实现了对电压采样信号的平滑处理，从而消除由于复用过零检测电路而采用小容值滤波电容带来的影响。

可选地，所述电压采样电路包括：A/D转换器、第一累加器、第一除法器、第二累加器、第二除法器和寄存器；所述A/D转换器，用于对电压采样电路输入的分压信号进行采样和模数转换，输出电压值；所述第一累加器，用于对一个交流电周期内所述A/D转换器输出的N个电压值进行累加，输出第一电压累加值；所述第一除法器，用于将所述第一累加器输出的第一电压累加值除以N，输出第一电压平均值；寄存器，用于存储第二电压平均值；第二累加器，用于将上一个交流电周期内存储在所述寄存器中的第二电压平均值与当前交流电周期内所述第一除法器输出的第一电压平均值进行累加，输出第二电压累加值；第二除法器，用于将所述第二累加器输出的第二电压累加值除以2，输出第二电压平均值作为所述电压采样电路的输出信号。例通过对一个交流电周期内的电压采样值进行两次平均，实现了对电压采样信号的加强平滑处理，从而消除由于复用过零检测电路而采用小容值滤波电容带来的影响。

可选地，所述过零检测电路包括电压比较器；所述电压比较器包括同相输入端、反相输入端和输出端；所述同相输入端输入分压信号，所述反相输入端输入参考电压信号，或者所述同相输入端输入参考电压信号，所述反相输入端输入分压信号；所述电压比较器将所述分压信号与所述参考电压信号进行比较，在所述分压信号的电压值低于所述参考电压信号的电压值时输出低电平信号或高电平信号。

本实用新型提供的一种电压检测电路，电压采样与过零检测复用全波整流电路和分压电路，通过采用小容值的贴片电容来降低RC滤波的平坦度，增加直流脉动信号的脉动幅度，使得分压滤波后的脉动信号能够满足过零检测的需求，在电压采样电路中通过数字滤波补偿前级RC滤波的不足(RC滤波由于采用了小容值电容导致信号不够平滑)，节省了设备成本。

附图说明

图1-a为现有技术中的一种电压检测电路的示意图；

图1-b为图1-a中交流信号(A点)和分压信号(B点)的示意图；

图2为本实用新型实施例的一种电压检测电路的示意图；

图3为本实用新型实施例的一种桥式全波整流电路的示意图；

图4为本实用新型实施例的一种分压电路示意图；

图5为本实用新型实施例的一种交流信号(A点)和分压信号(B点)的对比，以及A/D采样频率的示意图；

图6-a为本实用新型实施例中一种电压采样电路的示意图；

图6-b为本实用新型实施例中另一种电压采样电路的示意图；

图6-c为本实用新型实施例中一种过零检测电路的示意图；

图7为本实用新型实施例的一种限流限幅电路示意图；

图8为本实用新型示例1的一种电压检测电路的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

如图2所示，本实用新型实施例提供一种电压检测电路，包括：全波整流电路10、分压电路20、电压采样电路30和过零检测电路40；

所述全波整流电路10，用于对交流电源输出的交流信号进行全波整流，输出脉动直流信号；

分压电路20，用于对所述脉动直流信号进行分压，输出分压信号；

电压采样电路30，用于对所述分压信号进行A/D采样，输出电压值；

过零检测电路40，用于将所述分压信号与参考电压信号进行比较，在所述分压信号的电压值低于所述参考电压信号的电压值时输出低电平信号或高电平信号；

在一种实施方式中，所述全波整流电路10包括：桥式全波整流电路；

如图3所示，一种桥式全波整流电路包括第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3和第四二极管D4；其中，所述第一二极管D1的阳极连接交流电源的第一极(火线(L))，D1的阴极连接第二二极管D2的阴极，D2的阳极连接交流电源的第二极(零线(N))以及第三二极管D3的阴极，D3的阳极接地以及第四二极管D4的阳极，D4的阴极连接交流电源的第一极(L)。所述第一二极管D1的阴极还连接分压电路的输入端，因此是所述桥式全波整流电路的输出端。

在一种实施方式中，如图4所示，所述分压电路包括：串联的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，以及与所述第二分压电阻R2并联的滤波电容C1；

所述第一分压电阻R1的第一端连接全波整流电路的输出端(V+)，R1的第二端连接第二分压电阻R2的第一端，R2的第二端接地(V-)，R2的第一端是所述分压电路的输出端(v_out)。

其中，为了将电压检测(也即电压采样电路)与过零检测(也即电压比较电路)通用，分压信号不能太平滑，所以采用小容值的贴片电容(比如，C201容值小贴片电容(100pf-2uf))来降低RC滤波的平坦度。在图3中，A点是全波整流电路的输入信号(交流信号)。在图4中，B点是采用小容值贴片电容滤波后的分压信号(脉动直流信号)。如图5所示，采用小容值贴片电容滤波后的分压信号的波形起伏比附图1-b中采用大容值电容时增大，因此能够满足检测交流电正负半周起始点的需求。

在一种实施方式中，电压采样电路和过零检测电路可以集成在MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)内部。

在一种实施方式中，如图6-a所示，电压采样电路30包括：A/D转换器301、累加器302和除法器303；

所述A/D转换器，用于对电压采样电路输入的分压信号进行采样和模数转换，输出电压值；

所述累加器，用于对一个交流电周期内所述A/D转换器输出的N个电压值进行累加，输出电压累加值；

所述除法器，用于将所述累加器输出的电压累加值除以N，输出电压平均值作为所述电压采样电路的输出信号；

其中，电压采样电路中采用累加器和除法器，能够实现对采样信号的数字滤波(信号平滑处理)；

在一种实施方式中，如图6-b所示，所述电压采样电路30包括：A/D转换器301、第一累加器302、第一除法器303、第二累加器304、第二除法器305和寄存器306；

所述A/D转换器，用于对电压采样电路输入的分压信号进行采样和模数转换，输出电压值；

所述第一累加器，用于对一个交流电周期内所述A/D转换器输出的N个电压值进行累加，输出第一电压累加值；

所述第一除法器，用于将所述第一累加器输出的第一电压累加值除以N，输出第一电压平均值；

寄存器，用于存储第二电压平均值；

第二累加器，用于将上一个交流电周期内存储在所述寄存器中的第二电压平均值与当前交流电周期内所述第一除法器输出的第一电压平均值进行累加，输出第二电压累加值；

第二除法器，用于将所述第二累加器输出的第二电压累加值除以2，输出第二电压平均值作为所述电压采样电路的输出信号；

其中，电压采样电路中采用两套累加器和除法器，数字滤波(信号平滑处理)的效果会更加显著。

在一种实施方式中，如图6-c所示，所述过零检测电路40包括电压比较器401；

所述电压比较器401包括同相输入端、反相输入端和输出端；

所述同相输入端输入分压信号，所述反相输入端输入参考电压信号，或者所述同相输入端输入参考电压信号，所述反相输入端输入分压信号。

所述电压比较器将所述分压信号与所述参考电压信号进行比较，在所述分压信号的电压值低于所述参考电压信号的电压值时输出低电平信号或高电平信号。

其中，通过将电压比较器的参考电压设置为接近于0v的电压值，能够使过零检测电路40实现交流电的过零检测。

其中，所述电压采样电路是A/D采样频率为F的电压采样电路；F为市电交流电频率的N倍；N可以根据产品需要和器件电气特性设定。N大于100可以获得较高的测量精度。

其中，如图5所示，N＝160，当市电交流电的频率为50Hz(A点波形)时，所述电压采样电路的A/D采样频率是8000Hz。市电交流电经过全波整流、分压和RC滤波后的分压信号(B点波形)是幅度周期性变化的脉动直流信号。

在一种实施方式中，所述电压检测电路还包括：限流限幅电路40；

如图7所示，所述限流限幅电路包括熔断器F1和压敏电阻VDR1；所述熔断器F1的第一端连接交流电源的火线(L)，所述熔断器F1的第二端连接压敏电阻VDR1的第一端，所述压敏电阻VDR1的第二端连接交流电源的零线(N)，所述压敏电阻VDR1的两端还分别连接全波整流电路的两个输入端。

在一种实施方式中，所述全波整流电路的输出端与所述分压电路的输入端之间还串联二极管，所述二极管的阳极与所述全波整流电路的输出端连接，所述二极管的阴极与所述分压电路的输入端连接。所述二极管用于防止分压检测电路及所述分压检测电路之后的电路对所述分压检测电路之前的电路的干扰。

下面通过示例说明本申请的电压检测电路。

示例1

如图8所示，本示例针对220v市电进行电压检测和过零检测。所述电压检测电路包括：桥式全波整流电路10、分压电路20、电压采样电路30、过零检测电路40、限流限幅电路50和二极管60。所述电压采样电路和过零检测电路集成在MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)内部。

其中，所述限流限幅电路50包括熔断器F1和压敏电阻VDR1；所述熔断器F1的第一端连接交流电源的火线(L)，所述熔断器F1的第二端连接压敏电阻VDR1的第一端，所述压敏电阻VDR1的第二端连接交流电源的零线(N)，所述压敏电阻VDR1的两端还分别连接桥式全波整流电路的两个输入端。

其中，所述桥式全波整流电路10包括第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3和第四二极管D4；其中，所述第一二极管D1的阳极连接交流电源的火线，D1的阴极连接第二二极管D2的阴极，D2的阳极连接交流电源的零线以及第三二极管D3的阴极，D3的阳极接地以及第四二极管D4的阳极，D4的阴极连接交流电源的火线；所述第一二极管D1的阴极是所述桥式全波整流电路的输出端。

所述二极管60的阳极与所述桥式全波整流电路的输出端连接，所述二极管的阴极与所述分压电路的输入端连接。所述二极管用于防止分压检测电路及所述分压检测电路之后的电路对所述分压检测电路之前的电路的干扰。

所述分压电路20包括：串联的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，以及与所述第二分压电阻R2并联的滤波电容C1；所述第一分压电阻R1的第一端连接全波整流电路的输出端，R1的第二端连接第二分压电阻R2的第一端，R2的第二端接地，R2的第一端是所述分压电路的输出端。

其中，为了将电压检测与过零检测通用，分压信号不能太平滑，所以采用小容值的贴片电容，比如，采用C201容值小贴片电容(100pf-2uf))来降低RC滤波的平坦度。

如图6-b所示，所述电压采样电路30包括：A/D转换器301、第一累加器302、第一除法器303、第二累加器304、第二除法器305和寄存器306；所述A/D转换器，用于对电压采样电路输入的分压信号进行采样和模数转换，输出电压值；所述第一累加器，用于对一个交流电周期内所述A/D转换器输出的N个电压值进行累加，输出第一电压累加值；所述第一除法器，用于将所述第一累加器输出的第一电压累加值除以N，输出第一电压平均值；寄存器，用于存储第二电压平均值；第二累加器，用于将上一个交流电周期内存储在所述寄存器中的第二电压平均值与当前交流电周期内所述第一除法器输出的第一电压平均值进行累加，输出第二电压累加值；第二除法器，用于将所述第二累加器输出的第二电压累加值除以2，输出第二电压平均值作为所述电压采样电路的输出信号；其中，电压采样电路中采用两套累加器和除法器，数字滤波(信号平滑处理)的效果会更加显著。

其中，所述电压采样电路是A/D采样频率为F的电压采样电路；F为市电交流电频率的N倍；N可以根据产品需要和器件电气特性设定。N大于100可以获得较高的测量精度。比如，可以将N设置为160，当市电交流电的频率为50Hz时，一个采样周期为20ms，所述电压采样电路的A/D采样频率是8000Hz。所述电压采样电路的采样周期为一个交流电周期，即20ms,采样间隔为100微秒至150微秒。例如采样间隔为125微秒，一个采样周期20ms内采样次数为160次。

如图6-c所示，所述过零检测电路40包括电压比较器401；所述电压比较器401包括同相输入端、反相输入端和输出端；所述同相输入端输入分压信号，所述反相输入端输入参考电压信号。所述电压比较器将所述分压信号与所述参考电压信号进行比较，在所述分压信号的电压值低于所述参考电压信号的电压值时输出低电平信号或高电平信号。其中，通过将电压比较器的参考电压设置为接近于0v的电压值，能够使过零检测电路实现交流电的过零检测。

本示例的电压检测电路，电压采样和过零检测可以复用整流电路和分压电路，节省电路器件。并且，通过将电压检测电路和过零检测电路集成在微控制单元(MCU)内部，设备的集成度高。

需要说明的是，本实用新型申请还可有其他多种实施例，在不背离本申请精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本申请作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本申请所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电压检测电路，其特征在于，包括：全波整流电路、分压电路、电压采样电路和过零检测电路；

所述全波整流电路，用于对交流电源输出的交流信号进行全波整流，输出脉动直流信号；

所述分压电路，用于对所述脉动直流信号进行分压，输出分压信号；

所述电压采样电路，用于对所述分压信号进行A/D采样，输出电压值；

所述过零检测电路，用于根据所述分压信号检测交流信号的过零点。

2.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于：

所述全波整流电路包括：桥式全波整流电路；

所述桥式全波整流电路包括第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3和第四二极管D4；

其中，所述第一二极管D1的阳极连接交流电源的火线，所述第一二极管D1的阴极连接第二二极管D2的阴极，所述第二二极管D2的阳极连接交流电源的零线以及第三二极管D3的阴极，所述第三二极管D3的阳极接地以及第四二极管D4的阳极，所述第四二极管D4的阴极连接交流电源的火线；所述第一二极管D1的阴极为所述桥式全波整流电路的输出端。

3.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于：

所述分压电路包括：串联的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，以及与所述第二分压电阻R2并联的滤波电容C1；

所述第一分压电阻R1的第一端连接全波整流电路的输出端，所述第一分压电阻R1的第二端连接第二分压电阻R2的第一端，所述第二分压电阻R2的第二端接地，所述第二分压电阻R2的第一端为所述分压电路的输出端。

4.如权利要求3所述的电压检测电路，其特征在于：

所述滤波电容C1是容值为100pF～2uF的电容。

5.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述电压检测电路还包括：限流限幅电路；

所述限流限幅电路包括：熔断器和压敏电阻；

所述熔断器的第一端连接交流电源的火线，所述熔断器的第二端连接压敏电阻的第一端，所述压敏电阻的第二端连接交流电源的零线，所述压敏电阻的两端还分别连接全波整流电路的两个输入端。

6.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于：

所述电压采样电路和所述过零检测电路集成在微控制单元MCU内部。

7.如权利要求6所述的电压检测电路，其特征在于：

所述过零检测电路包括电压比较器，所述电压比较器包括同相输入端、反相输入端和输出端；所述同相输入端输入分压信号，所述反相输入端输入参考电压信号，或者所述同相输入端输入参考电压信号，所述反相输入端输入分压信号；所述输出端用以输出低电平信号或高电平信号。

8.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于：

所述电压采样电路是A/D采样频率为F的电压采样电路，F为市电交流电频率的N倍；其中，N大于或等于100。

9.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于：

所述电压采样电路的采样周期为一个交流电周期，采样间隔为100微秒至150微秒。

10.如权利要求8或9所述的电压检测电路，其特征在于：

所述电压采样电路包括：A/D转换器、累加器和除法器；

所述A/D转换器，用于对电压采样电路输入的分压信号进行采样和模数转换，输出电压值；

所述累加器，用于对一个交流电周期内所述A/D转换器输出的N个电压值进行累加，输出电压累加值；

所述除法器，用于将所述累加器输出的电压累加值除以N，输出电压平均值作为所述电压采样电路的输出信号。