CN219978394U - 市电信号采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种市电信号采集电路，包括：限流钳位单元，被配置为对输入的交流市电信号进行限流和钳位，以输出第一电压信号；缓冲单元被配置为对第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，以分别输出第二电压信号和第三电压信号；差分放大单元，差分放大单元的输入端与缓冲单元的输出端相连，被配置为对第二电压信号和第三电压信号进行差分放大，以输出第一放大电压信号；信号处理单元，信号处理单元的输入端与差分放大单元的输出端相连，被配置为对第一放大电压信号进行至少一级限幅和放大处理，以获得待采集信号。该电路能够提高信号的压摆率，并可以消除工频干扰，避免因噪声的影响而造成的误触发。

Description

市电信号采集电路

技术领域

本实用新型涉及电源控制技术领域，尤其涉及一种市电信号采集电路。

背景技术

压摆率是指在单位时间内的电压变化，市电220V、50Hz的电压信号由于频率太低，导致信号的压摆率特别小，且市电噪声比较大，如果对市电信号直接进行采集，会由于噪声的影响而造成信号的误触发。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种市电信号采集电路，在对交流市电信号采集过程中，通过不断地放大信号再对信号进行限幅，能够逐渐提高压摆率，并可以消除工频干扰，避免因噪声的影响而造成的误触发。

为达到上述目的，本实用新型第一方面实施例提出了一种市电信号采集电路，包括：限流钳位单元，被配置为对输入的交流市电信号进行限流和钳位，以输出第一电压信号；缓冲单元，所述缓冲单元的输入端与所述限流钳位单元的输出端相连，被配置为对所述第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，以分别输出第二电压信号和第三电压信号；差分放大单元，所述差分放大单元的输入端与所述缓冲单元的输出端相连，被配置为对所述第二电压信号和所述第三电压信号进行差分放大，以输出第一放大电压信号；信号处理单元，所述信号处理单元的输入端与所述差分放大单元的输出端相连，被配置为对所述第一放大电压信号进行至少一级限幅和放大处理，以获得待采集信号。

根据本实用新型实施例的市电信号采集电路，在进行市电信号采集时，限流钳位单元对输入的交流市电信号进行限流和钳位，以输出第一电压信号，缓冲单元对第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，以分别输出第二电压信号和第三电压信号，差分放大单元对第二电压信号和第三电压信号进行差分放大，以输出第一放大电压信号，信号处理单元第一放大电压信号进行至少一级限幅和放大处理，以获得待采集信号。由此，该电路在对交流市电信号采集过程中，通过不断地放大信号再对信号进行限幅，能够逐渐提高压摆率，并可以消除工频干扰，避免因噪声的影响而造成的误触发。

另外，根据本实用新型上述实施例的市电信号采集电路，还可以具有如下的附加技术特征：

具体地，所述限流钳位单元包括：至少一个第一限流模组，所述第一限流模组的一端适于连接到交流市电的火线端；至少一个第二限流模组，所述第二限流模组的一端适于连接到交流市电的零线端；第一钳位模组，所述第一钳位模组的一端与所述第一限流模组的另一端相连，且具有第一节点，所述第一钳位模组的另一端与所述第二限流模组的另一端相连，且具有第二节点，所述第一节点和所述第二节点作为所述限流钳位单元的输出端。

具体地，所述第一限流模组和所述第二限流模组分别包括并联连接的第一电容和第一限流电阻。

具体地，所述第一钳位模组包括第一肖特基二极管，所述第一肖特基二极管的第一端与所述第一节点相连，所述第一肖特基二极管的第二端与所述第二节点相连。

具体地，所述缓冲单元包括：第一缓冲芯片，所述第一缓冲芯片的正输入端与所述第一节点相连，被配置为对所述第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，以输出所述第二电压信号；第二缓冲芯片，所述第二缓冲芯片的正输入端与所述第二节点相连，被配置为对所述第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，以输出所述第三电压信号。

具体地，所述差分放大单元包括：第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一缓冲芯片的输出端相连；第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第二缓冲芯片的输出端相连；第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第二电阻的另一端相连，且具有第三节点，所述第三电阻的另一端接地；差分放大器，所述差分放大器的正输入端与所述第三节点相连，所述差分放大器的负输入端与所述第一电阻的另一端相连。

具体地，所述信号处理单元包括多级放大模块，每级放大模块包括限流钳位子电路和放大器子电路。

具体地，所述多级放大模块为三级放大模块。

具体地，所述限流钳位子电路包括第二限流电阻和第二肖特基二极管，所述第二限流电阻的一端作为所述限流钳位子电路的输入端，所述第二限流电阻的另一端与所述第二肖特基二极管的第一端相连，且具有第四节点，所述第二肖特基二极管的第二端接地，所述第四节点作为所述限流钳位子电路的输出端。

具体地，所述信号处理单元还包括末端限流钳位模块，所述末端限流钳位模块设置在所述多级放大模块的输出端，以对所述多级放大模块输出的放大电压信号进行限流和钳位限幅处理。

本实用新型附加的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

图1为根据本实用新型实施例的市电信号采集电路的方框示意图；

图2为根据本实用新型一个实施例的市电信号采集电路的硬件拓扑图。

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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例提出的市电信号采集电路。

图1为根据本实用新型实施例的市电信号采集电路的方框示意图。

如图1所示，本实用新型实施例的市电信号采集电路100，可包括：限流钳位单元110、缓冲单元120、差分放大单元130和信号处理单元140。

其中，限流钳位单元110，被配置为对输入的交流市电信号进行限流和钳位，以输出第一电压信号；缓冲单元120的输入端与限流钳位单元110的输出端相连，被配置为对第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，以分别输出第二电压信号和第三电压信号；差分放大单元130的输入端与缓冲单元120的输出端相连，被配置为对第二电压信号和第三电压信号进行差分放大，以输出第一放大电压信号；信号处理单元140的输入端与差分放大单元130的输出端相连，被配置为对第一放大电压信号进行至少一级限幅和放大处理，以获得待采集信号。

具体而言，如图1所示，交流市电信号进入限流钳位单元110后，限流钳位单元110先对交流市电信号进行限流，防止大电流输入缓冲单元120而造成缓冲单元120损坏，然后对交流市电信号进行钳位，将交流市电信号的电压限制在一个较低的电压幅值(如，±300mV)的第一电压信号。第一电压信号经缓冲单元120与后端的差分放大单元130隔离，并进行阻抗变换后输出第二电压信号和第三电压信号。第二电压信号和第三电压信号分别输入差分放大单元130，差分放大单元130对第二电压信号和第三电压信号进行差分放大，从而得到第一放大电压信号。第一放大电压信号输入信号处理单元140后，信号处理单元140对第一放大电压信号进行至少一级限幅和放大处理，即先进行限幅后再进行放大处理，再根据得到的电压信号判断是否需要再进行限幅后再进行放大处理，从而得到待采集信号，根据待采集信号可以得到交流市电信号的相关信息，消除工频干扰。在对交流市电信号采集过程中，通过不断地放大信号再对信号进行限幅，能够逐渐提高压摆率，并可以消除工频干扰，避免因噪声的影响而造成的误触发。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，限流钳位单元110包括：至少一个第一限流模组111，第一限流模组111的一端适于连接到交流市电的火线端；至少一个第二限流模组112，第二限流模组112的一端适于连接到交流市电的零线端；第一钳位模组113，第一钳位模组113的一端与第一限流模组111的另一端相连，且具有第一节点，第一钳位模组113的另一端与第二限流模组112的另一端相连，且具有第二节点，第一节点和第二节点作为限流钳位单元110的输出端。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，第一限流模组111和第二限流模组112分别包括并联连接的第一电容C1和第一限流电阻Rf1。

具体而言，可以根据第一限流电阻Rf1的阻值设置第一限流模组111和第二限流模组112的个数，例如，在图2所示的市电信号采集电路100中，第一限流模组111和第二限流模组112的个数均为两个，其中，第一限流电阻Rf1的阻值可以为200K，第一电容C1的容值可以为10pF。交流市电信号经第一限流模组111和第二限流模组112进行限流，第一电容C1对交流市电信号的高频信号进行过滤。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，第一钳位模组113包括第一肖特基二极管D1，第一肖特基二极管D1的第一端与第一节点相连，第一肖特基二极管D1的第二端与第二节点相连。

具体而言，利用肖特基二极管的特性，可以将限流过的市电信号限幅在±300mV，也即第一电压信号的幅值为±300mV。在本实用新型的一个实施例中，第一肖特基二极管D1的型号可以为BAS70-04LT1G。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，缓冲单元120包括：第一缓冲芯片121，第一缓冲芯片121的正输入端与第一节点相连，被配置为对第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，以输出第二电压信号；第二缓冲芯片122，第二缓冲芯片122的正输入端与第二节点相连，被配置为对第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，以输出第三电压信号。其中，第一缓冲芯片121和第二缓冲芯片122可以为运算放大器。

具体而言，交流市电信号经过限流和钳位以后，得到第一电压信号，第一电压信号的幅值为±300mv，频率为50Hz，但是上升沿缓慢，可能在几十us量级。利用运算放大器的高输入阻抗和低输出阻抗的特性，第一缓冲芯片121对第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，输出第二电压信号；第二缓冲芯片122对第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，输出第三电压信号。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，差分放大单元130包括：第一电阻R1，第一电阻R1的一端与第一缓冲芯片121的输出端相连；第二电阻R2，第二电阻R2的一端与第二缓冲芯片122的输出端相连；第三电阻R3，第三电阻R3的一端与第二电阻R2的另一端相连，且具有第三节点，第三电阻R3的另一端接地；差分放大器131，差分放大器131的正输入端与第三节点相连，差分放大器131的负输入端与第一电阻R1的另一端相连。

具体而言，如图2所示，第二电压信号经第一电阻R1输入差分放大器131的负输入端，第三电压信号经第二电阻R2输入差分放大器131的正输入端。由差分放大器131的原理可知，差分放大器131可以对第三信号与第二信号的差值进行放大，且放大的增益倍数为第三电阻R3与第二电阻R2的比值，以输出第一放大电压信号。因此，可以通过调整第三电阻R3和第二电阻R2的比值选取合适的放大倍数，例如，放大倍数可以为10倍。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，信号处理单元140包括多级放大模块141，每级放大模块141包括限流钳位子电路1411和放大器子电路1412。

进一步地，根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，多级放大模块141为三级放大模块141。

具体而言，差分放大器131输出的第一放大电压信号先经过限流钳位子电路1411进行限流和钳位限幅后，输入放大器子电路1412中第一放大器M1的正输入端，由放大器子电路1412进行放大。当放大模块141为多个时，例如为3个时，如图2所示，三个放大模块141依次串联，第一个放大器子电路1412输出的电压信号输入第二个放大模块141的限流钳位子电路1411进行限流和钳位限幅后，再输入放大器子电路1412中第一放大器M1的正输入端，由放大器子电路1412进行放大，第二个放大器子电路1412输出的电压信号输入第三个放大模块141的限流钳位子电路1411进行限流和钳位限幅后，再输入放大器子电路1412中第一放大器M1的正输入端，由放大器子电路1412进行放大，从而获得待采集信号。

同理，当放大模块141大于3个时，可以依次将多个放大模块141进行串联连接，从而通过多级放大模块141不断地将电压信号进行放大限幅，提升电压信号的压摆率。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，限流钳位子电路1411包括第二限流电阻Rf2和第二肖特基二极管D2，第二限流电阻Rf2的一端作为限流钳位子电路1411的输入端，第二限流电阻Rf2的另一端与第二肖特基二极管D2的第一端相连，且具有第四节点，第二肖特基二极管D2的第二端接地，第四节点作为限流钳位子电路1411的输出端。

具体而言，如图2所示，差分放大器131输出的第一放大电压信号先经过第二限流电阻Rf2进行限流，然后经第二肖特基二极管D2进行钳位限幅后输出至放大子电路，放大子电路对该电压信号进行放大。放大器子电路1412包括第一放大器M1、第五电阻R5和第六电阻R6，其中，第一放大器M1的正输入端与第四节点相连，第五电阻R5的一端与第一放大器M1的负输入端相连，且具有第五节点，第五电阻R5的另一端接地，第六电阻R6的一端与第五节点相连，第六电阻R6的另一端与第一放大器M1的输出端相连。可以理解的是，放大器子电路1412的放大倍数为第六电阻R6与第五电阻R5的比值，例如，当第六电阻R6与第五电阻R5的比值为10时，放大子电路将电压信号放大10倍。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，信号处理单元140还包括末端限流钳位模块142，末端限流钳位模块142设置在多级放大模块141的输出端，以对多级放大模块141输出的放大电压信号进行限流和钳位限幅处理。

具体而言，如图2所示，末端限流钳位模块142包括第三限流电阻Rf3和第三肖特基二极管D3，第三限流电阻Rf3的一端作为末端限流钳位模块142的输入端，第三限流电阻Rf3的另一端与第三肖特基二极管D3的第一端相连，且具有第六节点，第三肖特基二极管D3的第二端接地，第六节点作为末端限流钳位模块142的输出端。多级放大模块141输出的放大电压信号先经过第三限流电阻Rf3进行限流，然后经第三肖特基二极管D3进行钳位限幅后输出，得到待采集信号。由此，市电信号经过不断地放大之后再限幅，能够逐渐提高压摆率，且保持信号的频率仍为50Hz。

综上所述，根据本实用新型实施例的市电信号采集电路，在进行市电信号采集时，限流钳位单元对输入的交流市电信号进行限流和钳位，以输出第一电压信号，缓冲单元对第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，以分别输出第二电压信号和第三电压信号，差分放大单元对第二电压信号和第三电压信号进行差分放大，以输出第一放大电压信号，信号处理单元第一放大电压信号进行至少一级限幅和放大处理，以获得待采集信号。由此，该电路在对交流市电信号采集过程中，通过不断地放大信号再对信号进行限幅，能够逐渐提高压摆率，并可以消除工频干扰，避免因噪声的影响而造成的误触发。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种市电信号采集电路，其特征在于，包括：

限流钳位单元，被配置为对输入的交流市电信号进行限流和钳位，以输出第一电压信号；

缓冲单元，所述缓冲单元的输入端与所述限流钳位单元的输出端相连，被配置为对所述第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，以分别输出第二电压信号和第三电压信号；

差分放大单元，所述差分放大单元的输入端与所述缓冲单元的输出端相连，被配置为对所述第二电压信号和所述第三电压信号进行差分放大，以输出第一放大电压信号；

信号处理单元，所述信号处理单元的输入端与所述差分放大单元的输出端相连，被配置为对所述第一放大电压信号进行至少一级限幅和放大处理，以获得待采集信号。

2.根据权利要求1所述的市电信号采集电路，其特征在于，所述限流钳位单元包括：

至少一个第一限流模组，所述第一限流模组的一端适于连接到交流市电的火线端；

至少一个第二限流模组，所述第二限流模组的一端适于连接到交流市电的零线端；

第一钳位模组，所述第一钳位模组的一端与所述第一限流模组的另一端相连，且具有第一节点，所述第一钳位模组的另一端与所述第二限流模组的另一端相连，且具有第二节点，所述第一节点和所述第二节点作为所述限流钳位单元的输出端。

3.根据权利要求2所述的市电信号采集电路，其特征在于，所述第一限流模组和所述第二限流模组分别包括并联连接的第一电容和第一限流电阻。

4.根据权利要求2所述的市电信号采集电路，其特征在于，所述第一钳位模组包括第一肖特基二极管，所述第一肖特基二极管的第一端与所述第一节点相连，所述第一肖特基二极管的第二端与所述第二节点相连。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的市电信号采集电路，其特征在于，所述缓冲单元包括：

第一缓冲芯片，所述第一缓冲芯片的正输入端与所述第一节点相连，被配置为对所述第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，以输出所述第二电压信号；

第二缓冲芯片，所述第二缓冲芯片的正输入端与所述第二节点相连，被配置为对所述第一电压信号进行缓冲和阻抗变换，以输出所述第三电压信号。

6.根据权利要求5所述的市电信号采集电路，其特征在于，所述差分放大单元包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一缓冲芯片的输出端相连；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第二缓冲芯片的输出端相连；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第二电阻的另一端相连，且具有第三节点，所述第三电阻的另一端接地；

差分放大器，所述差分放大器的正输入端与所述第三节点相连，所述差分放大器的负输入端与所述第一电阻的另一端相连。

7.根据权利要求6所述的市电信号采集电路，其特征在于，所述信号处理单元包括多级放大模块，每级放大模块包括限流钳位子电路和放大器子电路。

8.根据权利要求7所述的市电信号采集电路，其特征在于，所述多级放大模块为三级放大模块。

9.根据权利要求7所述的市电信号采集电路，其特征在于，所述限流钳位子电路包括第二限流电阻和第二肖特基二极管，所述第二限流电阻的一端作为所述限流钳位子电路的输入端，所述第二限流电阻的另一端与所述第二肖特基二极管的第一端相连，且具有第四节点，所述第二肖特基二极管的第二端接地，所述第四节点作为所述限流钳位子电路的输出端。

10.根据权利要求7所述的市电信号采集电路，其特征在于，所述信号处理单元还包括末端限流钳位模块，所述末端限流钳位模块设置在所述多级放大模块的输出端，以对所述多级放大模块输出的放大电压信号进行限流和钳位限幅处理。