CN217561597U - 一种直流分量检测电路 - Google Patents

Abstract

一种直流分量检测电路，包括：运放单元，具有第一交流信号输入端、第一直流信号输出端，第一交流信号输入端用于接入待检测的交流电压信号，运放单元用于将交流电压信号抬升为直流电压信号；采集控制单元，内置有ADC采集通道，与第一直流信号输出端连接；受控通断单元，具有第二交流信号输入端、受控端、第一交流信号输出端，第二交流信号输入端与第一交流信号输入端连接，受控端与采集控制单元连接；采集控制单元用于调整第二交流信号输入端与第一交流信号输出端之间的通断状态；供电单元，用于为运放单元、采集控制单元、受控通断单元提供工作电压。减少了纯模拟电路干扰电路工作的产生，使工作控制更加高效。

Description

一种直流分量检测电路

技术领域

本实用新型属于直流分量检测技术领域，具体涉及一种直流分量检测电路。

背景技术

直流分量检测在生活中许多方面都有重要的应用，例如医疗，可以通过检测直流分量确定氧输送参数。直流分量检测的重要程度大到高压直流输电系统，小到各个应用电路，直流分量检测电路起到了重要的保护监测作用，因此应用广泛。一般的直流分量监测控制电路是采用纯模拟电路进行直流分量的检测从而来控制信号输入设备与否，如果环境或者设备干扰比较严重，纯模拟电路不能有效控制输入信号，这样很容易造成设备毁坏，这样造成的设备损失比较大，妨碍用户的使用效率。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种直流分量检测电路，所述直流分量检测电路解决了纯模拟电路不能有效检测直流分量且不能有效控制输入信号的问题。

根据本实用新型实施例的直流分量检测电路，包括：

运放单元，具有第一交流信号输入端、第一直流信号输出端，所述第一交流信号输入端用于接入待检测的交流电压信号，所述运放单元用于将所述交流电压信号抬升为直流电压信号；

采集控制单元，内置有ADC采集通道，所述ADC采集通道与所述第一直流信号输出端连接；

受控通断单元，具有第二交流信号输入端、受控端、第一交流信号输出端，所述第二交流信号输入端与所述第一交流信号输入端连接，所述受控端与所述采集控制单元连接，所述第一交流信号输出端用于连接外部设备；所述采集控制单元用于调整所述第二交流信号输入端与所述第一交流信号输出端之间的通断状态；

供电单元，用于为所述运放单元、所述采集控制单元、所述受控通断单元提供工作电压。

根据本实用新型实施例的直流分量检测电路，至少具有如下技术效果：运放单元起到将接入的待检测的交流电压信号进行整体抬升放大成直流电压信号的作用，然后通过第一直流信号输出端输入至采集控制单元内置的ADC采集通道中进行检测。采集控制单元还和受控通断单元通过受控端连接，直流分量未出现异常时，第二交流信号输入端和第一交流信号输出端正常导通工作；否则会断开第二交流信号输入端与第一交流信号输出端，停止向外部设备输出信号。另外，整个电路由供电单元进行工作电压的提供。本实用新型采用模拟电路和数字电路组合的方式，通过ADC采样相应的输入信号，在数字电路中计算相应的直流分量，减少了纯模拟电路干扰情况使电路工作情况的产生。并且各项参数可设，使工作控制更加高效智能化。并且本实用新型采用模块化设计，方便在其他设计中应用。

根据本实用新型的一些实施例，所述供电单元包括：

稳压器，具有输入端、输出端与接地端，所述输入端用于连接直流电源，输出端与所述采集控制单元、所述运放单元以及所述受控通断单元连接；

第一电阻，其一端与所述稳压器的接地端连接，另一端接地；

第一电容，其一端与所述第一电阻的一端连接，另一端接地；

第二电阻，其一端与所述第一电容的所述一端连接，另一端与所述输出端连接；

第二电容，其一端与所述输出端连接，另一端接地。

根据本实用新型的一些实施例，所述运放单元包括：

第一分压电阻，其一端用于接入交流电压信号；

第二分压电阻，其一端接地，另一端与所述第一分压电阻的另一端连接；

第一稳压管，其负极与所述第一分压电阻的所述另一端连接；

第二稳压管，其正极与所述第一稳压管的正极连接，其负极接地；

第一放大器，具有正输入端、负输入端和输出端，所述负输入端与所述稳压器的所述输出端连接；

第三电阻，其一端与所述第一放大器的所述正输入端连接，另一端接地；

第二放大器，具有正输入端、负输入端和输出端，其正输入端与所述第一分压电阻的所述另一端连接，负输入端与所述第一放大器的输出端连接，输出端与所述采集控制单元连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述受控通断单元包括：

第四电阻，其一端与所述稳压器的所述输出端连接；

三极管，其基极与所述第四电阻的另一端连接，发射极接地；

第五电阻，其一端与所述三极管的集电极连接；

第三稳压管，其正极与所述第五电阻的另一端连接，负极用于连接所述直流电源；

继电器，其具有第一连接端、第二连接端、第三连接端、第四连接端；所述第一连接端用于连接外部设备，所述第二连接端与所述第五电阻的所述另一端连接，所述第三连接端与所述第三稳压管的所述负极连接，所述第四连接端用于接入所述交流电压信号。

根据本实用新型的一些实施例，所述受控通断单元还包括保险丝，所述保险丝一端与所述继电器的所述第四连接端连接，另一端用于接入所述交流电压信号。

根据本实用新型的一些实施例，上述直流分量检测电路还包括模拟信号接口，所述模拟信号接口具有第三交流信号输入端、第二交流信号输出端、第二直流信号正输出端以及第二直流信号负输出端，所述第三交流信号输入端与所述运放单元、所述受控通断单元连接，所述第二交流信号输出端与所述受控通断单元连接；所述第二直流信号正输出端与所述供电单元、所述运放单元以及所述受控通断单元连接；所述第二直流信号负输出端与所述运放单元连接。

根据本实用新型的一些实施例，上述直流分量检测电路还包括数字信号接口，所述数字信号接口具有第一反馈端和第二反馈端，所述第一反馈端和第二反馈端均与所述采集控制单元连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述采集控制单元还包括反馈接口，所述反馈接口包括第一接收端和第二接收端，所述第一接收端与所述第一反馈端连接；所述第二接收端与所述第二反馈端连接。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例的运放单元的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的采集控制单元的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的受控通断单元的结构示意图；

图4是本实用新型实施例的供电单元的结构示意图；

图5是本实用新型实施例的模拟信号接口的结构示意图；

图6是本实用新型实施例的数字信号接口的结构示意图；

图7是本实用新型实施例的直流分量检测电路的框图。

附图标记：

运放单元100、

采集控制单元200、反馈接口210、

受控通断单元300、

供电单元400、

模拟信号接口500、

数字信号接口600。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1至图7描述根据本实用新型实施例的直流分量检测电路。

根据本实用新型实施例的直流分量检测电路，包括：

运放单元100，具有第一交流信号输入端、第一直流信号输出端，第一交流信号输入端用于接入待检测的交流电压信号，运放单元100用于将交流电压信号抬升为直流电压信号；

采集控制单元200，内置有ADC采集通道，ADC采集通道与第一直流信号输出端连接；

受控通断单元300，具有第二交流信号输入端、受控端、第一交流信号输出端，第二交流信号输入端与第一交流信号输入端连接，受控端与采集控制单元200连接，第一交流信号输出端用于连接外部设备；采集控制单元200用于调整第二交流信号输入端与第一交流信号输出端之间的通断状态；

供电单元400，用于为运放单元100、采集控制单元200、受控通断单元300提供工作电压。

参考图1至图4以及图7，运放单元100通过第一交流信号输入端接入的待检测交流电压信号为-3～3V，经过运放单元100的放大和转换，将整体电压-3～3V的交流电压信号抬升至0～4V的直流电压信号。放大后的直流电压信号接入采集控制单元200的ADC采集通道中，采集输入信号的实际范围值，计算直流分量的相关参数。当计算的直流分量等相关参数超过预设值时，采集控制单元200会通过受控通断单元300的受控端进行信号传输，使得受控通断单元300的第二交流信号输入端与第一交流信号输出端断开；当计算的直流分量等相关参数未超过预设值时，则两个端口导通，正常输出信号。

根据本实用新型实施例的直流分量检测电路，运放单元100起到将接入的待检测的交流电压信号进行整体抬升放大成直流电压信号，然后通过第一直流信号输出端输入至采集控制单元200内置的ADC采集通道中进行检测。采集控制单元200还和受控通断单元300通过受控端连接，直流分量未出现异常时，第二交流信号输入端和第一交流信号输出端正常导通工作；否则会断开第二交流信号输入端与第一交流信号输出端，停止向外部设备输出信号。另外，整个电路由供电单元400进行工作电压的提供。本实用新型采用模拟电路和数字电路组合的方式，通过ADC采样相应的输入信号，在数字电路中计算相应的直流分量，减少了纯模拟电路干扰情况使电路工作情况的产生。并且各项参数可设，使工作控制更加高效智能化。并且本实用新型采用模块化设计，方便在其他设计中应用。

在本实用新型的一些实施例中，还可以采用比较器代替ADC采集通道，通过比较器对输入的交流电压信号的峰值进行比较输出高低电平，从而控制继电器的通断，进而控制第二交流信号输入端与第一交流信号输出端的通断。

在本实用新型的一些实施例中，采集控制单元200采用的芯片型号为STC15W404AS-SOP16。

在本实用新型的一些实施例中，供电单元400包括：稳压器、第一电阻、第一电容、第二电阻、第二电容。稳压器，具有输入端、输出端与接地端，输入端用于连接直流电源，输出端与采集控制单元200、运放单元100以及受控通断单元300连接；第一电阻，其一端与稳压器的接地端连接，另一端接地；第一电容，其一端与第一电阻的一端连接，另一端接地；第二电阻，其一端与第一电容的一端连接，另一端与输出端连接；第二电容，其一端与输出端连接，另一端接地。参考图4，稳压器U1的输入端连接直流电源，经过稳压器U1将电压稳定至5V通过输出端输出至采集控制单元200、运放单元100以及受控通断单元300，为采集控制单元200、运放单元100以及受控通断单元300提供工作电压。第一电阻R4的一端和稳压器U1的接地端连接，另一端接地；第一电容C4与第一电阻R4并联；第二电阻R6一端与第一电容C4连接，另一端与稳压器U1的输出端连接；第二电容C5连接于稳压器U1的输出端与地之间。

在本实用新型的一些实施例中，稳压器U1的型号为LM317AT-TO220AB。

在本实用新型的一些实施例中，运放单元100包括：第一分压电阻、第二分压电阻、第一稳压管、第二稳压管、第一放大器、第三电阻、第二放大器。第一分压电阻，其一端用于接入交流电压信号；第二分压电阻，其一端接地，另一端与第一分压电阻的另一端连接；第一稳压管，其负极与第一分压电阻的另一端连接；第二稳压管，其正极与第一稳压管的正极连接，其负极接地；第一放大器，具有正输入端、负输入端和输出端，负输入端与稳压器的输出端连接；第三电阻，其一端与第一放大器的正输入端连接，另一端接地；第二放大器，具有正输入端、负输入端和输出端，其正输入端与第一分压电阻的另一端连接，负输入端与第一放大器的输出端连接，输出端与采集控制单元200连接。

参考图1，第一分压电阻R1的一端接入交流信号，第二分压电阻R2的一端与第一分压电阻R1连接，另一端接地。第一分压电阻R1和第二分压电阻R2将输入信号-3～3V分压产生-2～2V的信号。第一稳压管D01的负极与第一分压电阻R1的另一端连接，第二稳压管D02的正极与第一稳压管D01的正极连接，负极接地，第一稳压管D01和第二稳压管D02是用来防止分压后的信号超过-2～2V。第一放大器和第二放大器共同工作，也就是图1中所示的U2，第一放大器为靠右边的放大器，其正输入端与第三电阻R10连接，负输入端与稳压器U1的输出端连接，输出端则与第二放大器的负输入端连接。第一放大器先产生一个-2V的参考电压，作为第二放大器运放的参考，辅助第二放大器将-3～3V转换为0～4V的ADC采样信号。第三电阻R10的另一端接地。第二放大器的正输入端与第一分压电阻R1的另一端连接，输出端与采集控制单元200连接，向采集控制单元200输出直流检测信号。

在本实用新型的一些实施例中，受控通断单元300包括：第四电阻、三极管、第五电阻、第三稳压管、继电器。第四电阻，其一端与稳压器的输出端连接；三极管，其基极与第四电阻的另一端连接，发射极接地；第五电阻，其一端与三极管的集电极连接；第三稳压管，其正极与第五电阻的另一端连接，负极用于连接直流电源；继电器，其具有第一连接端、第二连接端、第三连接端、第四连接端；第一连接端用于连接外部设备，第二连接端与第五电阻的另一端连接，第三连接端与第三稳压管的负极连接，第四连接端用于接入交流电压信号。参考图3，第四电阻R11与稳压器U1的输出端连接，接入工作电压5V；三极管T3的基极与第四电阻R11的另一端连接，同时，基极还伸出一个端口为受控端SSHUT_CTR，该端口与采集控制单元200连接，受控端SSHUT_CTR置低则关闭继电器输出，置高则正常输出；三极管T3的发射极接地，集电极与第五电阻R3的一端连接，第五电阻R3的另一端与第三稳压管D03的正极连接，负极用于连接直流电源。图3中所示J4为继电器连接端子，J4外接继电器，继电器连接端子J4的第一连接端7用于向外部设备提供输入信号；第二连接端5与第五电阻R3的另一端连接，第三连接端3与第三稳压管D03的负极连接，第四连接端1接入交流电压信号。

在本实用新型的一些实施例中，受控通断单元300还包括保险丝，保险丝一端与继电器的第四连接端1连接，另一端用于接入交流电压信号。保险丝U3为贴片自恢复保险丝，贴片自恢复保险丝恢复时间短，耐冲击，可以多次使用。本实施例采用的保险丝U3的型号为MINISMDC260F-2 1812，但本实施例对此不做限定，起到相同效果即可。

在本实用新型的一些实施例中，上述直流分量监测电路还包括模拟信号接口500，模拟信号接口500具有第三交流信号输入端、第二交流信号输出端、第二直流信号正输出端以及第二直流信号负输出端，第三交流信号输入端与运放单元100、受控通断单元300连接，第二交流信号输出端与受控通断单元300连接；第二直流信号正输出端与供电单元400、运放单元100以及受控通断单元300连接；第二直流信号负输出端与运放单元100连接。参考图5，模拟信号接口500在图中示为J1，J1包括输入第三交流信号输入端sin、第二交流信号输出端sout、第二直流信号正输出端PWRP以及第二直流信号负输出端PWRN(电源输入范围为±6.5V～12V)。第二直流信号正输出端PWRP以及第二直流信号负输出端PWRN为放大器U2、继电器和稳压器U1提供电源输入。通过稳压器U1将输入的正电源PWRP转换为VCC5V为采集控制单元200主控芯片U4提供电源。

在本实用新型的一些实施例中，上述直流分量监测电路还包括数字信号接口600，数字信号接口600具有第一反馈端和第二反馈端，第一反馈端和第二反馈端均与采集控制单元200连接。参考图6，数字信号接口600与采集控制单元200连接，通过第一反馈端MCU_TXD_P31和第二反馈端MCU_RXD_P30向上位机反馈直流信号。

在本实用新型的一些实施例中，采集控制单元200还包括反馈接口210，反馈接口210包括第一接收端和第二接收端，第一接收端与第一反馈端连接；第二接收端与第二反馈端连接。主控芯片U4还包括反馈接口210，即如图2所示的反馈接口210部分的串口9、10，串口9、10分别对应第二反馈端MCU_RXD_P30和第一反馈端MCU_TXD_P31。串口9、10可以向上位机报告错误信息，并且上位机可通过串口9、10读取采集的输入信号信息。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上述结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种直流分量检测电路，其特征在于，包括：

运放单元(100)，具有第一交流信号输入端、第一直流信号输出端，所述第一交流信号输入端用于接入待检测的交流电压信号，所述运放单元(100)用于将所述交流电压信号抬升为直流电压信号；

采集控制单元(200)，内置有ADC采集通道，所述ADC采集通道与所述第一直流信号输出端连接；

受控通断单元(300)，具有第二交流信号输入端、受控端、第一交流信号输出端，所述第二交流信号输入端与所述第一交流信号输入端连接，所述受控端与所述采集控制单元(200)连接，所述第一交流信号输出端用于连接外部设备；所述采集控制单元(200)用于调整所述第二交流信号输入端与所述第一交流信号输出端之间的通断状态；

供电单元(400)，用于为所述运放单元(100)、所述采集控制单元(200)、所述受控通断单元(300)提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的直流分量检测电路，其特征在于，所述供电单元(400)包括：

稳压器，具有输入端、输出端与接地端，所述输入端用于连接直流电源，输出端与所述采集控制单元(200)、所述运放单元(100)以及所述受控通断单元(300)连接；

第一电阻，其一端与所述稳压器的接地端连接，另一端接地；

第一电容，其一端与所述第一电阻的一端连接，另一端接地；

第二电阻，其一端与所述第一电容的所述一端连接，另一端与所述输出端连接；

第二电容，其一端与所述输出端连接，另一端接地。

3.根据权利要求2所述的直流分量检测电路，其特征在于，所述运放单元(100)包括：

第一分压电阻，其一端用于接入所述交流电压信号；

第二分压电阻，其一端接地，另一端与所述第一分压电阻的另一端连接；

第一稳压管，其负极与所述第一分压电阻的所述另一端连接；

第二稳压管，其正极与所述第一稳压管的正极连接，其负极接地；

第一放大器，具有正输入端、负输入端和输出端，所述负输入端与所述稳压器的所述输出端连接；

第三电阻，其一端与所述第一放大器的所述正输入端连接，另一端接地；

第二放大器，具有正输入端、负输入端和输出端，其正输入端与所述第一分压电阻的所述另一端连接，负输入端与所述第一放大器的输出端连接，输出端与所述采集控制单元(200)连接。

4.根据权利要求2所述的直流分量检测电路，其特征在于，所述受控通断单元(300)包括：

第四电阻，其一端与所述稳压器的所述输出端连接；

三极管，其基极与所述第四电阻的另一端连接，发射极接地；

第五电阻，其一端与所述三极管的集电极连接；

第三稳压管，其正极与所述第五电阻的另一端连接，负极用于连接所述直流电源；

继电器，其具有第一连接端、第二连接端、第三连接端、第四连接端；所述第一连接端用于连接外部设备，所述第二连接端与所述第五电阻的所述另一端连接，所述第三连接端与所述第三稳压管的所述负极连接，所述第四连接端用于接入所述交流电压信号。

5.根据权利要求4所述的直流分量检测电路，其特征在于，所述受控通断单元(300)还包括保险丝，所述保险丝一端与所述继电器的所述第四连接端连接，另一端用于接入所述交流电压信号。

6.根据权利要求1所述的直流分量检测电路，其特征在于，还包括模拟信号接口(500)，所述模拟信号接口(500)具有第三交流信号输入端、第二交流信号输出端、第二直流信号正输出端以及第二直流信号负输出端，所述第三交流信号输入端与所述运放单元(100)、所述受控通断单元(300)连接，所述第二交流信号输出端与所述受控通断单元(300)连接；所述第二直流信号正输出端与所述供电单元(400)、所述运放单元(100)以及所述受控通断单元(300)连接；所述第二直流信号负输出端与所述运放单元(100)连接。

7.根据权利要求1所述的直流分量检测电路，其特征在于，还包括数字信号接口(600)，所述数字信号接口(600)具有第一反馈端和第二反馈端，所述第一反馈端和第二反馈端均与所述采集控制单元(200)连接。

8.根据权利要求7所述的直流分量检测电路，其特征在于，所述采集控制单元(200)还包括反馈接口(210)，所述反馈接口(210)包括第一接收端和第二接收端，所述第一接收端与所述第一反馈端连接；所述第二接收端与所述第二反馈端连接。

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