CN214591106U

CN214591106U - 基于交流电压的直流分量信号提取电路及电源设备

Info

Publication number: CN214591106U
Application number: CN202120418816.1U
Authority: CN
Inventors: 王雷; 陈熙
Original assignee: Ecoflow Technology Ltd
Current assignee: Ecoflow Technology Ltd
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2031-02-25

Abstract

本申请实施例提供了一种基于交流电压的直流分量信号提取电路及电源设备，该直流分量信号提取电路包括：第一滤波电路、信号放大电路及第二滤波电路，其中，第一滤波电路的输入端接交流电压、输出端接所述信号放大电路的输入端；信号放大电路的输出端接第二滤波电路的输入端，第二滤波电路的输出端输出直流分量信号。具体的，第一滤波电路用于对交流电压进行滤波处理获得初始直流分量信号，信号放大电路用于对初始直流分量信号进行放大处理，第二滤波电路用于对已进行放大处理后的初始直流分量信号进行滤波处理并输出。与相关技术相比，本申请实施例能够提高提取到的直流分量信号的精度。

Description

基于交流电压的直流分量信号提取电路及电源设备

技术领域

本申请涉及信号提取技术领域，尤其涉及一种基于交流电压的直流分量信号提取电路及电源设备。

背景技术

对于交流电源设备而言，其输出电能的质量受到直流分量的影响，因此为了确保输出电能的质量，需提取出直流分量信号并根据该直流分量信号做相应的调整。但在相关技术中，提取到的直流分量信号存在精度较差的问题。

实用新型内容

基于此，本申请实施例提供了一种基于交流电压的直流分量信号提取电路及电源设备，以提高提取到的直流分量信号的精度。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于交流电压的直流分量信号提取电路，包括：第一滤波电路、信号放大电路及第二滤波电路；

所述第一滤波电路的输入端接交流电压、输出端接所述信号放大电路的输入端；

所述信号放大电路的输出端接所述第二滤波电路的输入端，所述第二滤波电路的输出端输出直流分量信号；

所述第一滤波电路用于对所述交流电压进行滤波处理获得初始直流分量信号，所述信号放大电路用于对所述初始直流分量信号进行放大处理，所述第二滤波电路用于对已进行放大处理后的初始直流分量信号进行滤波处理并输出。

第二方面，本申请实施例提供了一种电源设备，包括：交流电源模块以及如第一方面所述的直流分量信号提取电路；所述交流电源模块用于向所述直流分量信号提取电路输出交流电压。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的电源设备的一种电路结构示意图；

图2为本申请实施例中直流分量信号提取电路的一种电路结构示意图；

图3为本申请实施例中第一滤波电路的一种电路结构示意图；

图4为本申请实施例中第一滤波器和第二滤波器的一种电路结构示意图；

图5为本申请实施例中信号放大电路的一种电路结构示意图；

图6为本申请实施例中差分放大电路的一种电路结构示意图；

图7为本申请实施例中差分放大电路的另一种电路结构示意图；

图8为本申请实施例中第二滤波电路的一种电路结构示意图；

图9为本申请实施例中电压上抬电路的一种电路结构示意图；

图10为本申请实施例中电压上抬电路的另一种电路结构示意图；

图11为本申请实施例中直流电压源的一种电路结构示意图；

图12为本申请实施例中直流电压源的另一种电路结构示意图；

图13为一具体实施例中的直流分量信号提取电路的电路示意图；

图14为图13所示的电路接220V交流电压后输出直流分量信号的一种波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当理解，本申请的说明书、权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

由于控制电路、信号传递电路和驱动电路等存在差异，因此交流电源设备输出的交流电压中通常存在直流分量，因此，为了确保电源设备输出电能的质量，需进行直流分量信号的提取并做相应的调整，以减少交流电压中的直流成分。在相关技术中，直流分量信号的提取通常如下：先将电源设备输出的交流电压进行大幅度衰减，例如采用差分信号衰减电路对交流电压进行大幅度衰减，以使衰减后的交流电压能够匹配低压控制电路，接着过滤交流电压中的交流分量，最后将交流电压中的直流分量进行放大，如此即可得到直流分量信号。由此可知，相关技术中先将交流电压进行大幅度衰减，这虽然能够大幅度衰减交流电压中的交流分量，但同时也大幅度衰减了交流电压中的直流分量，换言之，此时交流电压中的直流分量被大幅度衰减成一个微弱的信号，因此极易受到干扰，如此可能会导致提取到的直流分量信号的精度较差。

为此，本申请实施例提供一种电源设备，该电源设备包括交流电源模块以及直流分量信号提取电路。交流电源模块用于输出交流电压，直流分量信号提取电路则用于对该交流电压中的直流分量进行提取，进而对输出进行控制以提高输出的交流电压的品质。其中，交流电源模块可以直接采用交流电源来实现，也即其自身产生的就是交流电。可以理解，交流电源模块也可以通过直流电源进行转换得到，也即如图1所示。

如图1所示，该电源设备包括电池包10、逆变器20以及直流分量信号提取电路30，其中，电池包10与逆变器20连接，逆变器20与直流分量信号提取电路30连接。在本实施例中，电池包10可以包括锂电池包等等，其用于向逆变器20输出直流电压。逆变器20可以包括DC/AC电压变换器等等，其用于将电池包10输出的直流电压转换为交流电压，以及向直流分量信号提取电路30输出该交流电压，如此，直流分量信号提取电路30可以基于该交流电压提取出直流分量信号，在一实施方式中，直流分量信号提取电路30可以将此直流分量信号输出至控制电源设备的控制电路，而由于所提取到的直流分量信号的精度较高，因此控制电路可以根据此直流分量信号做更精准地调整，以提高电源设备输出电能的质量。

本申请实施例中的直流分量信号提取电路30，如图2所示，该电路包括第一滤波电路301、信号放大电路302及第二滤波电路303，其中，第一滤波电路301的输入端连接交流电压(例如连接逆变器20的输出端)、输出端连接信号放大电路302的输入端；信号放大电路302的输出端连接第二滤波电路303的输入端，且第二滤波电路303的输出端输出直流分量信号。基于此，第一滤波电路301用于对交流电压进行滤波处理获得初始直流分量信号，信号放大电路302用于对该初始直流分量信号进行放大处理，第二滤波电路303用于对已进行放大处理后的初始直流分量信号进行滤波处理并输出。

在本实施例中，第一滤波电路301能够过滤交流电压中的部分交流分量，因此第一滤波电路301对交流电压的衰减为小比例的衰减(可以理解为弱衰减)，换言之，交流电压中的直流分量也为弱衰减，因此直流分量不会被大幅度衰减成一个微弱的信号，从而增强了此信号的抗干扰能力，进而提高了后续提取到的直流分量信号的精度。此后，第一滤波电路301向信号放大电路302输出初始直流分量信号，因此，信号放大电路302能够放大初始直流分量信号，例如放大至能够匹配控制电路，而需要说明的是，由于第一滤波电路301对交流电压的衰减为弱衰减，因此与相关技术相比，本实施例降低了信号放大电路302的放大倍数，从而降低了生产成本。最后，信号放大电路302向第二滤波电路303输出已放大处理后的初始直流分量信号，第二滤波电路303能够对该信号进行过滤，可以理解为对交流电压的二次过滤，以输出纯度较高的直流分量信号。

在一实施例中，如图3所示，第一滤波电路301包括第一滤波器3011和第二滤波器3012，其中，第一滤波器3011设置在输出交流电压的火线上，例如设置在逆变器20输出端的火线上，而第二滤波器3012设置在输出交流电压的零线上，例如设置在逆变器20输出端的零线上。在通常情况下，信号放大电路需要两路电压信号输入，因此在本实施例中，在输出交流电压的火线和零线上各设置一个滤波器，以向信号放大电路302输出两路电压信号。示例性的，第一滤波器3011和第二滤波器3012可以为滤波系数相同(例如截止频率相同)的滤波器，因此第一滤波电路301能够向信号放大电路302输出对称的两路电压信号。

在一实施方式中，如图4所示，第一滤波器3011包括第一电阻R1和第一电容C1，二者构成一阶滤波器，其中，第一电阻R1的第一端连接输出交流电压的火线(例如连接逆变器20的火线输出端)、第二端连接信号放大电路的反相输入端，第一电容C1的第一端连接第一电阻R1的第二端、第一电容C1的第二端接地。

在一实施方式中，第二滤波器3012包括第二电阻R2和第二电容C2，其中，第二电阻R2的第一端连接输出交流电压的零线(例如连接逆变器20的零线输出端)、第二端连接信号放大电路的正相输入端，第二电容C2的第一端连接第二电阻R2的第二端、第二电容C2的第二端接地。在本实施方式中，第一滤波器3011可以过滤交流电压中频率大于其截止频率的交流分量，即过滤交流电压中部分交流分量；且在滤波处理后，第一滤波器3011可以将初始直流分量信号输入至信号放大电路302的反相输入端；相似的，第二滤波器3012可以过滤交流电压中预设频率的交流分量，即过滤交流电压中部分交流分量；且在滤波处理后，第二滤波器3012可以将初始直流分量信号输入至信号放大电路302的正相输入端。另外，需要说明的是，第一电阻R1、第一电容C1、第二电阻R2以及第二电容C2可以根据实际情况合理选择。

在一实施例中，如图5所示，信号放大电路302包括差分放大电路3021，其中，差分放大电路3021的反相输入端可以与第一滤波器3011的输出端连接，正相输入端可以与第二滤波器3012的输出端连接，差分放大电路3021的输出端与第二滤波电路302连接。另外，需要说明的是，差分放大电路3021的放大倍数可以根据实际情况合理设置，例如根据控制电源设备的控制电路设置。

在一实施方式中，如图6所示，差分放大电路3021包括运算放大器、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5及第六电阻R6，具体的，运算放大器的反相输入端通过第三电阻R3连接第一滤波器3011的输出端、正相输入端通过第四电阻R4连接第二滤波器3012的输出端、且运算放大器的输出端连接第二滤波电路303的输入端，并且，运算放大器的反相输入端还通过第五电阻R5连接运算放大器的输出端，同时运算放大器的正相输入端还通过第六电阻R6接地；另外需要说明的是，运算放大器、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5及第六电阻R6可以根据实际情况合理设置。可选的，如图7所示，信号放大电路302还包括第三电容C3，第三电容C3与第五电阻R5并联。第三电容C3可以加快电路的响应速度，简单理解即加快直流分量信号提取电路输出直流分量信号。

在一实施方式中，信号放大电路302还包括第四电容C4，第四电容C4与第六电阻R6并联。第四电容C4能够稳定信号放电电路302的同相输入端的电压。

在一实施例中，如图8所示，第二滤波电路303包括第七电阻R7和第五电容C5，其中，第七电阻R7的第一端连接信号放大电路302的输出端、第二端输出直流分量信号；第五电容C5的第一端连接第七电阻R7的第二端、第二端接地。另外需要说明的是，第七电阻R7和第五电容C5可以根据实际情况合理设置。

在一实施例中，直流分量信号提取电路还包括电压上抬电路304，具体的，如图9所示，电压上抬电路304设置于信号放大电路302的接地端。在另一实施例中，电压上抬电路304也可以设置于第二滤波电路303的接地端，如图10所示。在本实施例中，电压上抬电路304可以抬高信号的电压幅值，具体而言，当电压上抬电路304设置于信号放大电路302的接地端时，电压上抬电路304可以将初始直流分量信号的电压幅值抬高，举例而言，记第一滤波电路301输出的初始直流分量信号的电压幅值为V₀，则经过电压上抬电路302的抬高，初始直流分量信号的电压幅值将会在V₀的基础上抬高Vm，例如在V₀＝1.65V的基础上抬高Vm＝1.65V(即抬高后的电压幅值为3.3V)；相似的，当电压上抬电路304设置于第二滤波电路303的接地端时，电压上抬电路304可以将放大后的初始直流分量信号的电压幅值抬高。可以理解，经过电压上抬后提取到的直流分量信号，能够匹配控制电源设备的控制电路，提高了电路的可靠性。

可选的，电压上抬电路304包括直流电压源，直流电压源的输出电压可以合理设置，例如采用1.65V直流电压源。在一实施方式中，直流电压源的正极可以连接信号放大电路302的接地端，负极接地，示例性的，如图11所示，直流电压源的正极可以连接第六电阻R6，负极接地。在其他实施方式中，直流电压源的正极可以连接第二滤波电路303的接地端，负极接地，示例性的，如图12所示，直流电压源的正极可以连接第五电容C5，负极接地。

图13为一具体实施例中的直流分量信号提取电路的电路示意图。在本案中，第一滤波电路和第二滤波电路均采用一阶滤波器，且先通过一阶滤波后对信号放大后再对放大后的信号进行一阶滤波，可以避免在电路中形成微弱的直流分量信号，进而能够提高整个电路的抗干扰性并提高电路的提取精度。传统的直流分量提取电路中，直接对交流电压进行较大倍数的滤波衰减，然后再进行较大倍数的放大，因此在衰减完成后电路中会存在一个微弱的直流信号，从而容易受到信号放大电路中的运放采样精度以及系统干扰信号的影响，导致采样精度欠缺。本案中则能够有效避免该问题的出现。示例性的，如图14所示，本具体实施例中的直流分量信号提取电路可以接220V交流电压(图中Vin)输入，依次通过第一滤波电路、信号放大电路和第二滤波电路的处理后，输出如图所示的直流分量信号(图中Vout)，且该信号的电压幅值约为3.3V。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种基于交流电压的直流分量信号提取电路，其特征在于，包括：第一滤波电路、信号放大电路及第二滤波电路；

2.根据权利要求1所述的直流分量信号提取电路，其特征在于，所述第一滤波电路包括第一滤波器和第二滤波器；所述第一滤波器设置在输出所述交流电压的火线上；所述第二滤波器设置在输出所述交流电压的零线上。

3.根据权利要求2所述的直流分量信号提取电路，其特征在于，所述第一滤波器包括第一电阻和第一电容；所述第一电阻的第一端连接输出所述交流电压的火线、第二端连接所述信号放大电路的反相输入端；所述第一电容的第一端连接所述第一电阻的第二端、所述第一电容的第二端接地；和/或

所述第二滤波器包括第二电阻和第二电容；所述第二电阻的第一端连接输出所述交流电压的零线、第二端连接所述信号放大电路的正相输入端；所述第二电容的第一端连接所述第二电阻的第二端、所述第二电容的第二端接地。

4.根据权利要求2所述的直流分量信号提取电路，其特征在于，所述信号放大电路包括差分放大电路。

5.根据权利要求4所述的直流分量信号提取电路，其特征在于，所述差分放大电路包括运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻及第六电阻；

所述运算放大器的反相输入端通过所述第三电阻连接所述第一滤波器的输出端、正相输入端通过所述第四电阻连接所述第二滤波器的输出端、且所述运算放大器的输出端连接所述第二滤波电路的输入端；

所述运算放大器的反相输入端还通过所述第五电阻连接所述运算放大器的输出端，并且，所述运算放大器的正相输入端还通过所述第六电阻接地。

6.根据权利要求5所述的直流分量信号提取电路，其特征在于，所述信号放大电路还包括第三电容；所述第三电容与所述第五电阻并联；和/或，

所述信号放大电路还包括第四电容，所述第四电容与所述第六电阻并联。

7.根据权利要求1所述的直流分量信号提取电路，其特征在于，所述第二滤波电路包括第七电阻和第五电容；

所述第七电阻的第一端连接所述信号放大电路的输出端、第二端输出所述直流分量信号；所述第五电容的第一端连接所述第七电阻的第二端、所述第五电容的第二端接地。

8.根据权利要求1-7任一项所述的直流分量信号提取电路，其特征在于，还包括电压上抬电路；所述电压上抬电路设置于所述信号放大电路的接地端，或者所述电压上抬电路设置于所述第二滤波电路的接地端。

9.根据权利要求8所述的直流分量信号提取电路，其特征在于，所述电压上抬电路包括直流电压源；所述直流电压源的正极连接所述信号放大电路的接地端，负极接地；或者，所述直流电压源的正极连接所述第二滤波电路的接地端，负极接地。

10.一种电源设备，其特征在于，包括：交流电源模块以及如权利要求1-9任一项所述的直流分量信号提取电路；所述交流电源模块用于向所述直流分量信号提取电路输出交流电压。