实用新型内容
本申请的目的在于提供一种缺相检测电路与电子设备,以解决现有技术中无法同时检测出3条相线与中性线是否缺相的问题。
为解决上述问题,一方面,本申请提供了一种缺相检测电路,所述缺相检测电路包括第一相线、第二相线、第三相线、中性线、关联器件以及缺相检测器,所述第一相线、所述第二相线、所述第三相线以及所述中性线均用于与一电源电连接,所述第一相线、所述第二相线以及所述第三相线均通过所述关联器件与所述中性线电连接,以使所述第一相线、所述第二相线、所述第三相线的电压均与所述中性线的电压关联;
所述缺相检测器包括检测电路与主芯片,所述检测电路的第一端分别与所述第一相线、所述第二相线以及所述第三相线电连接,所述检测电路的第二端与所述中性线电连接,所述检测电路的第三端与所述主芯片电连接,以将所述第一相线、所述第二相线以及所述第三相线的合电压与所述中性线电压比较后生成的信号传输至所述主芯片;其中:
当所述主芯片接收到第一信号时,确定所述第一相线、所述第二相线、所述第三相线以及所述中性线正常工作;
当所述主芯片接收到第二信号时,确定所述第一相线、所述第二相线、所述第三相线以及所述中性线中的至少一个缺相。
由于本申请利用关联器件将3条相线与中性线进行连接,当3条相线与中性线中任意一个出现缺相时,均会对其他线路的电压造成影响,同时,由于缺相检测器利用三条相线的合电压与中性线的电压进行比较,因此其能够当3条相线与中性线中任意一个出现缺相时,三条相线的合电压与中性线的电压差值变化,进而使得主芯片能够接收到不同的信号,实现对电路的缺相检测。
可选地,所述检测电路包括采样模块与比较模块,所述第一相线、所述第二相线以及所述第三相线均分别通过所述采样模块与所述比较模块的第一端电连接,所述比较模块的第二端与所述中性线电连接,所述比较模块的第三端与所述主芯片电连接;
当所述比较模块的第一端的电压大于所述第二端的电压时,所述比较模块向所述主芯片输出低/高电平信号;
当所述比较模块的第一端的电压小于所述第二端的电压时,所述比较模块向所述主芯片输出高/低电平信号。
可选地,采样模块包括第一电阻与二极管,所述电阻与所述二极管的阳极串联,所述二极管的阴极与所述比较模块的第一端电连接。
可选地,所述比较模块包括光耦、第二电阻以及驱动电源,所述光耦包括发光二极管与受光三极管,所述发光二极管的阳极与所述采样模块电连接,所述发光二极管的阴极与所述中性线电连接;所述受光三极管的发射极接地,所述受光三极管的集电极分别与所述第二电阻的一端、所述主芯片电连接,所示第二电阻的另一端与所述驱动电源电连接;
当所述比较模块的第一端的电压大于所述第二端的电压时,所述比较模块向所述主芯片输出低电平信号;
当所述比较模块的第一端的电压小于所述第二端的电压时,所述比较模块向所述主芯片输出高电平信号。
可选地,所述第一相线、所述第二相线、所述第三相线的输出端与一负载电连接,所述缺相检测电路还包括控制电源,所述控制电源的一端与所述中性线电连接,所述控制电源的另一端分别与所述第一相线、所述第二相线或所述第三相线电连接,所示控制电源用于驱动所述负载工作。
可选地,所述关联器件包括电容与电阻,所述第一相线、所述第二相线以及所述第三相线均分别通过所述电容和/或所述电阻与中性线电连接。
可选地,所述缺相检测电路还包括滤波器,所述滤波器包括所述关联器件与线圈,所述线圈设置于所述第一相线、所述第二相线以及所述第三相线上。
可选地,所述缺相检测电路还包括相线开关,所述相线开关安装于所述第一相线、所述第二相线以及所述第三相线上,且所述相线开关与所述主芯片电连接;
当所述主芯片接收到第二信号时,所述主芯片控制所述相线开关断开。
可选地,所述缺相检测电路还包括的整流器与逆变器,所述第一相线、所述第二相线以及所述第三相线的输出端与所述整流器电连接,所述整流器的输出端与所述逆变器电连接,所述逆变器的输出端用于与负载电连接。
另一方面,本申请还提供了一种电子设备,所述电子设备包括负载与上述的缺相检测电路,所述缺相检测电路的输出端与所述负载电连接。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本申请的具体实施例做详细的说明。
三相四线是指由三根火线和一根零线组成的接线方式。其联接有星形接法及三角形接法两种,一般采用星形联接方法。三相对称电源是指能够提供三个大小相等,频率相同、相位互差120°的电动势(或电压)的交流电源。由三相电源供电的电路称为三相电路。
正如背景技术中所述,对于交流3相4线式配电线,现有技术中在进行缺相检测时,仅能检测到中性线是否缺相,或者无法检测出中性线是否缺相,无法同时检测出3条相线与中性线是否缺相。
有鉴于此,本申请提供了一种缺相检测电路,通过设置缺相检测器,并将缺相检测器与3条相线、中性线连接的方式,对3条相线的合电压与中性线电压进行比较,以判断出3条相线与中性线是否存在缺相的情况。
下面对本申请提供的缺相检测电路进行示例性说明:
作为一种可选的实现方式,请参阅图1,该缺相检测电路100包括第一相线110、第二相线120、第三相线130、中性线140、关联器件150以及缺相检测器160,第一相线110、第二相线120、第三相线130以及中性线140均用于与一电源电连接,第一相线110、第二相线120以及第三相线130均通过关联器件150与中性线140电连接,以使第一相线110、第二相线120、第三相线130的电压均与中性线140的电压关联。缺相检测器160包括检测电路与主芯片,检测电路的第一端分别与第一相线110、第二相线120以及第三相线130电连接,检测电路的第二端与中性线140电连接,检测电路的第三端与主芯片电连接,以将第一相线110、第二相线120以及第三相线130的合电压与中性线140电压比较后生成的信号传输至主芯片;当主芯片接收到第一信号时,确定第一相线110、第二相线120、第三相线130以及中性线140正常工作;当主芯片接收到第二信号时,确定第一相线110、第二相线120、第三相线130以及中性线140中的至少一个缺相。
通过本申请设置的缺相检测电路,能够同时对3条相线与中性线140是否缺相进行检测,同时即使在无负载的情况下,也能实现检测,缺相检测的效率更高。
其中,第一相线110、第二相线120以及第三相线130可以分别表征U相、V相以及W相。由于通过关联器件150将3条相线与中性线140连接,因此当中性线140缺相时,中性线140的电压会受第一相线110、第二相线120以及第三相线130的影响。
在电路正常工作时,第一相线110、第二相线120以及第三相线130的总电压一般大于中性线140的电压,而当中性线140缺相时,由于第一相线110、第二相线120以及第三相线130与中性线140之间的关联器件150的影响,中性线140的电压会增大,且在每个电压周期的部分时段会超过第一相线110、第二相线120以及第三相线130的合电压;而当第一相线110、第二相线120以及第三相线130中任一相线缺相时,缺相的相线电压不再有变动,此时中性线140电压也会出现比第一相线110、第二相线120以及第三相线130的合电压大的区间。通过利用检测电路比较第一相线110、第二相线120以及第三相线130的合电压与中性线140电压大小的方式,可以在缺相时使主芯片接收到不同的信号,进而确定电路中是否存在缺相情况。
作为一种实现方式,检测电路包括采样模块与比较模块,第一相线110、第二相线120以及第三相线130均分别通过采样模块与比较模块的第一端电连接,比较模块的第二端与中性线140电连接,比较模块的第三端与主芯片电连接。即本申请中,包括3个采样模块,其中,第一相线110通过一个采样模块与比较模块电连接,第二相线120通过一个采样模块与比较模块电连接,第三相线130通过一个采样模块与比较模块电连接,使得在比较模块的第一端的电压为第一相线110、第二相线120以及第三相线130的合电压,且比较模块的第二端的电压为中性线140的电压。
在此基础上,当比较模块的第一端的电压大于第二端的电压时,比较模块向主芯片输出低/高电平信号,当比较模块的第一端的电压小于第二端的电压时,比较模块向主芯片输出高/低电平信号。
换言之,比较模块将第一端的电压与第二端的电压进行比较,并据此输出相应信号,其中,在比较模块的第一端的电压大于第二端的电压时输出的信号,与在比较模块的第一端的电压小于第二端的电压时输出的信号相反。例如,当比较模块的第一端的电压大于第二端的电压时,比较模块向主芯片输出低电平信号,在此基础上,当比较模块的第一端的电压小于第二端的电压时,比较模块向主芯片输出高电平信号。或者,当比较模块的第一端的电压大于第二端的电压时,比较模块向主芯片输出高电平信号,在此基础上,当比较模块的第一端的电压小于第二端的电压时,比较模块向主芯片输出低电平信号,在此不做限定。
可选地,请参阅图2,采样模块包括第一电阻与二极管,第一电阻与二极管的阳极串联,二极管的阴极与比较模块的第一端电连接。如图2中所示,R1、R2以及R3均为第一电阻,D1、D2以及D3均为二极管。换言之,第一相线110通过一个第一电阻、二极管与中性线140电连接,第二相线120通过一个第一电阻、二极管与中性线140电连接,第三相线130通过一个第一电阻、二极管与中性线140电连接,并在采样模块的第一端进行电压汇合。
作为一种实现方式,比较模块包括光耦PC、第二电阻R4以及驱动电源Vcc,光耦PC包括发光二极管与受光三极管,发光二极管的阳极与采样模块电连接,发光二极管的阴极与中性线140电连接;受光三极管的发射极接地,受光三极管的集电极分别与第二电阻的一端、主芯片电连接,所示第二电阻的另一端与驱动电源电连接。在此基础上,当比较模块的第一端的电压大于第二端的电压时,发光二极管导通发光,使得受光三极管导通,此时将主芯片的电压拉至地,比较模块向主芯片输出低电平信号。而当比较模块的第一端的电压小于第二端的电压时,此时发光二极管处于截止状态,对应地,受光三极管也不会导通,此时比较模块向主芯片输出高电平信号。
由于当第一相线110、第二相线120、第三相线130以及中性线140中的任意一个缺相时,均会出现三条相线的合电压在某一区间小于中性线140电压的情况,因此主芯片接收到高电平信号时,即可确定出第一相线110、第二相线120、第三相线130以及中性线140中的至少一个缺相。
在此基础上,以本实施例为例,第一信号即为持续的低电平信号,第二信号即出现周期性的脉冲信号。
作为本申请另一种可能的实现方式,比较模块也可以为比较器,其中,比较器的正相输入端与对三个采样模块均电连接,比较器的反相输入端与中心线电连接,比较器的输出端与主芯片电连接。进而通过比较器比较第一相线110、第二相线120、第三相线130的合电压与中性线140电压的大小,确定输出至主芯片的信号。
作为一种可能的实现方式,关联器件150包括电容与电阻,第一相线110、第二相线120以及第三相线130均分别通过电容和/或电阻与中性线140电连接。
可选地,缺相检测电路还包括滤波器170,滤波器170的结构如图3所示,滤波器170包括关联器件150与线圈,线圈设置于第一相线110、第二相线120以及第三相线130上。换言之,如图2所示,本申请所述的关联器件150可以为滤波器170的一部分;或者,如图1所示,本申请所述的关联器件也可以独立存在,对此不作限定。需要说明的是,当关联器件为滤波器的一部分时,滤波器中的电容与电感可以实现滤波的功能。
作为一种实现方式,从3相4线式的交流电源向滤波器170输入U,V,W的3相交流线和中性线140N及地线E。滤波器170由数个电容、线圈、电阻等组成,吸收该电路输出的噪声,降低其等级。如图所示,3相线和中性线140及地线之间被设置了电容、电阻的同时,为降低噪声还在各线设定了线圈。通过以上装置,可降低各相线间同相的共模噪声及逆相的常模噪声。此滤波器170因各相间连有电容、电阻等器件,各相间电压的影响被传播。因此,当第一相线110、第二相线120、第三相线130或者中性线140发生缺相时,发生缺相的相也会对其他相产生影响。
可选地,缺相检测电路100还包括的整流器190与逆变器200,第一相线110、第二相线120以及第三相线130的输出端与整流器190电连接,整流器190的输出端与逆变器200电连接,逆变器200的输出端用于与负载电连接。即在缺相检测器160的后端安装有电机及电机驱动用的整流器190和逆变器200。通过滤波器170的交流电源由整流器190转变为直流,再由逆变器200转变为期望频率的交流电,从而实现电机驱动。
此外,缺相检测电路100还包括控制电源,控制电源的一端与中性线140电连接,控制电源的另一端分别与第一相线110、第二相线120或第三相线130电连接,控制电源用于驱动负载工作。由于驱动电源为3相交流中的任一相线和中性线140之间的单相电源获取的。因此,3相交流的负载有在3相间发生不平衡的特性。也即,当发生缺相时3相间会发生电压不平衡的异常状态,实现对是否缺相的判断。
同时,缺相检测电路100还包括相线开关180,相线开关180安装于第一相线110、第二相线120以及第三相线130上,且相线开关180与主芯片电连接;当主芯片接收到第二信号时,主芯片控制相线开关180断开。通过设置相线开关180,可以在当缺相检测器160检测到缺相异常时,将整流器190的电源供给被切断,起到保护整个电路及负载作用。
下面以比较模块包括光耦、第二电阻以及驱动电源,负载为电机为例,对该电路的不同状态进行分析:
其中,第一相线110、第二相线120、第三相线130由3个二极管后输出的合成电压表现了3相交流的各相的最大电压。各相最大电压在正常时比中性线140的电压高,所以在没有缺相正常的情况下,光耦是ON的状态。当主芯片检测光耦的输出是ON时,则输出没有缺相的结果。
图4是正常时的检测动作仿真结果案例,其显示了电机驱动时的3相交流的各线电阻及串联的3个二极管的输出电压合成电压,即3相最大电压、电机驱动装置侧的中性线140电压、光耦的输出检测脉冲、显示了同变换器的输出直流电压的时间推移的仿真结果。
需要说明的是,该仿真结果为基于电源频率为50Hz基础上做出。正常情况下时,3相最大电压及中性线140的电压在电源频率的3倍周期处变动,通常3相最大电压会比中性线140的电压大。由此,缺相检测器160的光耦通常为ON状态,光耦的输出一直为低电平。主芯片检测到光耦的输出通常情况下为持续的低电平,则判定没有缺相并输出判断结果。
图5显示了中性线140缺相时的检测动作仿真结果案例。表现数据同图3相同。当中性线140缺相时,3相最大电压及中性线140电压会因发生缺相产生大幅变动。也就是说,受3相线和中性线140之间的线圈、电容、控制电源的影响中性线140电压变大,3相最大电压比中性线140电压小的区间产生。因缺相检测器160的光耦在电源频率的周期下变为OFF状态,光耦的输出定期变为ON状态。主芯片通过检测光耦的输出中电源频率的脉冲判定缺相并输出判断结果。
图6显示了U相缺相时的检测动作仿真结果案例。表现数据同图3相同。当这种3相线中其中任意一相缺相时,3相最大电压及中性线140电压因为缺相发生,其中1相不再有变动,电源的频率在电源频率2倍周期下大幅变动。而因中性线140的电压为3相电压的平均值、中性线140的电压比3相最大电压的电压大的区间产生。因缺相检测器160的光耦在电源频率的周期下变为OFF状态,光耦的输出定期变为ON状态。主芯片通过检测光耦的输出中电源频率的脉冲判定缺相并输出判断结果。
图7显示了T相缺相时的检测动作仿真结果案例,和图6原理相同可检测缺相。此外,因这个时候变换器的输出直流电压在电源频率2倍周期下时大幅变化,同图4显示的正常时的直流电压相比较,变频器对电机的驱动力不足,无法实现正常驱动。因此,本申请的缺相检测电路100设置有相线开关180,主芯片可控制相线开关180断开,以停止异常运行,实现安全运行。
此外,现有的缺相判定只能在运行状态下进行检测,而本申请的缺相检测电路100是通过3相最大电压(即3相的合电压)和中性线140电压的差来检测判定缺相的,因此即使装置没有负载时也可检测缺相。
可以理解地,本申请提供的缺相检测电路100,不仅能够同时检测出3条相线与中性线140是否缺相,同时还可在无负载、电路搭载滤波器170的情况下实现缺相检测。在进行检测时,通过前述电压合成电路的输出和前述交流电源的中性线140之间连接的光耦的输出侧是否有周期信号来检测是否存在缺相情况。
在此基础上,本申请还提供了一种电子设备,该电子设备包括负载与上述的缺相检测电路100,该缺相检测电路100的输出端与负载电连接。可选地,本申请所述的电子设备,可以为空调等设备。
综上所述,本申请提供了本申请提供了一种缺相检测电路100与电子设备,该缺相检测电路100包括第一相线110、第二相线120、第三相线130、中性线140、关联器件150以及缺相检测器160,第一相线110、第二相线120、第三相线130以及中性线140均用于与一电源电连接,第一相线110、第二相线120以及第三相线130均通过关联器件150与中性线140电连接,以使第一相线110、第二相线120、第三相线130的电压均与中性线140的电压关联;缺相检测器160包括检测电路与主芯片,检测电路的第一端分别与第一相线110、第二相线120以及第三相线130电连接,检测电路的第二端与中性线140电连接,检测电路的第三端与主芯片电连接,以将第一相线110、第二相线120以及第三相线130的合电压与中性线140电压比较后生成的信号传输至主芯片;其中,当主芯片接收到第一信号时,确定第一相线110、第二相线120、第三相线130以及中性线140正常工作;当主芯片接收到第二信号时,确定第一相线110、第二相线120、第三相线130以及中性线140中的至少一个缺相。由于本申请利用关联器件150将3条相线与中性线140进行连接,当3条相线与中性线140中任意一个出现缺相时,均会对其他线路的电压造成影响,同时,由于缺相检测器160利用三条相线的合电压与中性线140的电压进行比较,因此其能够当3条相线与中性线140中任意一个出现缺相时,三条相线的合电压与中性线140的电压差值变化,进而使得主芯片能够接收到不同的信号,实现对电路的缺相检测。
虽然本申请披露如上,但本申请并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本申请的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本申请的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。