CN220419437U - 一种交流检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电器测控领域，公开了一种交流检测电路，包括采样电阻、运放电路、开关电源电路、单片机和负载端；采样电阻的输入端与零线连接，采样电阻的输出端与运放电路连接，用于将采样信号发送给运放电路；运放电路与单片机连接，用于将接收到的采样电阻发出的采样信号进行运算放大，并发送给单片机进行信号处理；开关电源电路的第一输入端与火线连接，第二输入端通过采样电阻与零线连接，用于为运放电路和单片机供电；负载端的第一端与火线连接，负载端的第二端通过采样电阻与零线连接。采用简单直观的单路运放芯片结构，简化电路降低成本，保持工作稳定性的同时还实现了采样信号精度和准确性的提升。

Description

一种交流检测电路

技术领域

本实用新型涉及电器测控领域，尤其涉及一种交流检测电路。

背景技术

现代家用电器中，交流电检测用于实时监测和控制电器设备中的电流。目前，现有的交流电流检测方法主要采用电流互感器方式，其中互感器的初级线圈串接在火(或零)线上，次级线圈通过整流和滤波处理，将电流转换为小电压信号后传输给单片机或其他处理设备；然而，这种传统的交流电流检测方案采用的互感器往往为尺寸较大的设备，且制造成本较高，增加了产品的体积和成本；此外，互感器受高低电压变化影响，电流检测值的差异误差较大，还存在检测精度不高的问题。

因此，为了解决上述问题，我们提出一种交流检测电路。

实用新型内容

针对现有技术中所存在的不足，本实用新型提供了一种交流检测电路，其解决了现有技术中存在的传统互感器进行交流电检测检时，受高低电压变化影响，检测结果误差较大，以及检测精度不高的问题。

本实用新型的实施例提供了一种交流检测电路，其包括：采样电阻、运放电路、开关电源电路、单片机和负载端；

所述采样电阻的输入端与零线连接，所述采样电阻的输出端与运放电路连接，用于将采样信号发送给运放电路；

所述运放电路与单片机连接，用于将接收到的采样电阻发出的采样信号进行运算放大，并发送给单片机进行信号处理；

所述开关电源电路的第一输入端与火线连接，第二输入端通过采样电阻与零线连接，用于为运放电路和单片机供电；

所述负载端的第一端与火线连接，所述负载端的第二端通过采样电阻与零线连接。

优选地，所述运放电路包括：输入电阻、滤波器、滤波电容、输入偏置电阻、模数转换器、运放芯片、二极管以及运放反馈电阻；

所述输入电阻包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，

所述第一电阻输入端与采样电阻输出端连接，所述第一电阻输出端与所述第四电阻输入端连接，所述第四电阻输出端与所述运放反馈电阻输入端连接；所述第二电阻输入端与采样电阻的输入端连接并接地，所述第二电阻输出端与所述第三电阻输入端连接，所述第三电阻输出端与所述输入偏置电阻输入端连接；

所述滤波电容包括第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容、第四滤波电容和第五滤波电容，

所述第一滤波电容第一端与所述第二滤波电容第一端连接后，还与所述第二电阻输出端和第三电阻输入端连接，所述第二滤波电容第二端接地；所述第一滤波电容第二端与所述第三滤波电容第一端连接后，还与所述第一电阻输出端和第四电阻输入端连接，所述第三滤波电容第二端接地；

所述输入偏置电阻包括第五电阻和第六电阻，

所述第五电阻输入端与所述第三电阻输出端并第六电阻输入端连接，所述第五电阻输出端与所述第五滤波电容第一端连接，所述第五滤波电容第二端与所述第六电阻输出端连接后均接地；

所述运放反馈电阻输入端与第四电阻输出端连接，所述运放反馈电阻输出端与滤波器输入端连接；

所述滤波器包括第七电阻和第七滤波电容，所述第七电阻输入端作为滤波器的输入端，所述第七电阻输出端作为滤波器的输出端，

所述第七电阻输入端与运放反馈电阻输出端共同连接后，还与运放芯片输出端连接；所述第七电阻输出端与第七滤波电容第一端共同连接后，还与二极管第一端连接；所述第七滤波电容第二端接地；

所述二极管第二端与第四滤波电容第一端共同连接后，还与运放芯片电源端连接，所述第四滤波电容第二端接地；

所述模数转换器输入端与滤波器输出端连接，模数转换器用于将滤波器的输出信号进行模数转换后，再将数字信号发送给单片机；

所述运放芯片的电源端与开关电源电路共同连接后，还与第四滤波电容第一端连接；所述第四滤波电容第二端接地；所述运放芯片的接地端接地。

优选的，所述运放芯片采用SGM721型号进行设置。

优选的，所述开关电源电路还包括次级一路，所述开关电源电路第一输入端接收第一输入电流，所述开关电源电路第二输入端接收第二输入电流，所述开关电源电路次级一路分别连接运放电路和单片机，用于为运放电路和单片机供应电压；所述开关电源电路次级一路还与第六滤波电容第一端连接，所述第六滤波电容第二端接地。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本方案采用单路运放芯片结构，其设计简单直观，使整个电路的结构更加简化。电路设计中选用了基本的电子元件，与复杂的电流互感器结构相比成本相对较低，进一步优化了整体方案的成本效益；同时，通过运放芯片进行电流检测，实现电流信号的运算放大，确保了电流检测的准确性和稳定性，电流检测值不受高低电压变化的影响，从而提高了采样信号的精度和准确性；还采用开关电源电路为运放电路和单片机供电，提供稳定的电源电压，保持电路的工作稳定性，相比传统电流互感器，本方案能够实时监测和控制交流信号。

综上所述，本实用新型所提出的交流检测电路方案，具有电路简单、成本低、检测精度高、不受电压变化影响和实时性强等优势，在家用电器上具有很大的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型实施例所提供的一种交流检测电路示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的一种交流检测电路中的运放电路的示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例一

图1为本实用新型的实施方式中提供的一种交流检测电路示意图，如图1所示，包括采样电阻100、运放电路200、开关电源电路300、单片机400和负载端500；

采样电阻100的输入端与零线连接，采样电阻100的输出端与运放电路200连接，用于将采样信号发送给运放电路200；

运放电路200与单片机400连接，用于将接收到的采样电阻100发出的采样信号进行运算放大，并发送给单片机400进行信号处理；

开关电源电路300的第一输入端与火线连接，第二输入端通过采样电阻100与零线连接，用于为运放电路200和单片机400供电；

负载端500的第一端与火线连接，负载端500的第二端通过采样电阻100与零线连接。

本实施例的工作原理为：采样电阻100为电流采样电阻，串接在零线上，测量零线上的电流获取交流信号的信息，采样电阻100的输出信号经过运放电路200的运放放大，将电流信号转换并放大为更高的电压信号，放大后的信号经过运放电路200后，进一步传递到单片机400进行处理；开关电源电路300向运放电路200和单片机400提供电源供应，其中，开关电源电路300连接到主电源，通过电源转换和调节功能提供所需的稳定电压和电流，以保证运放电路200和单片机400的正常运行。

实施例二

图2为本实用新型的实施方式中提供的一种交流检测电路中的运放电路200的示意图，如图2所示，运放电路200包括：输入电阻、RC滤波器、滤波电容、输入偏置电阻、模数转换器ADC、运放芯片D5、二极管VD9以及运放反馈电阻R95；

输入电阻包括第一电阻R89、第二电阻R90、第三电阻R91和第四电阻R92，

第一电阻R89输入端与采样电阻100输出端连接，第一电阻R89输出端与第四电阻R92输入端连接，第四电阻R92输出端与运放反馈电阻R95输入端连接；第二电阻R90输入端与采样电阻100的输入端连接并接地，第二电阻R90输出端与第三电阻R91输入端连接，第三电阻R91输出端与输入偏置电阻输入端连接；

滤波电容包括第一滤波电容C37、第二滤波电容C43、第三滤波电容C44、第四滤波电容C24和第五滤波电容C46，

第一滤波电容C37第一端与第二滤波电容C43第一端连接后，还与第二电阻R90输出端和第三电阻R91输入端连接，第二滤波电容C43第二端接地；第一滤波电容C37第二端与第三滤波电容C44第一端连接后，还与第一电阻R89输出端和第四电阻R92输入端连接，第三滤波电容C44第二端接地；

输入偏置电阻包括第五电阻R93和第六电阻R94，

第五电阻R93输入端与第三电阻R91输出端并第六电阻R94输入端连接，第五电阻R93输出端与第五滤波电容C46第一端连接，第五滤波电容C46第二端与第六电阻R94输出端连接后均接地；

运放反馈电阻R95输入端与第四电阻R92输出端连接，运放反馈电阻R95输出端与RC滤波器输入端连接；

RC滤波器包括第七电阻R87和第七滤波电容C19，第七电阻R87输入端作为RC滤波器的输入端，第七电阻R87输出端作为RC滤波器的输出端，

第七电阻R87输入端与运放反馈电阻R95输出端共同连接后，还与运放芯片D5输出端连接；第七电阻R87输出端与第七滤波电容C19第一端共同连接后，还与二极管VD9第一端连接；第七滤波电容C19第二端接地；

二极管VD9第二端与第四滤波电容C24第一端共同连接后，还与运放芯片D5电源端连接，第四滤波电容C24第二端接地；

模数转换器ADC输入端与RC滤波器输出端连接，模数转换器ADC用于将RC滤波器的输出信号进行模数转换后，再将数字信号发送给单片机400；

运放芯片D5的电源端与开关电源电路300共同连接后，还与第四滤波电容C24第一端连接；第四滤波电容C24第二端接地；运放芯片D5的接地端接地。

优选地，运放芯片D5采用SGM721型号进行设置。

优选地，开关电源电路300的第一输入端接收第一输入电流，所述开关电源电路300第二输入端接收第二输入电流，所述开关电源电路300次级输出端分别连接运放电路200和单片机400，用于为运放电路200和单片机400供应5V电压；所述开关电源电路300次级输出端还与第六滤波电容第一端连接，所述第六滤波电容第二端接地。

需要说明的是，本方案选用的运放芯片为单路运放芯片，其中只有一个独立的放大器单元，相较于多路运放芯片，结构相对简单直观，使得整个电路的设计更加简化；同时，单路运放芯片的成本相对较低，从而优化了整体方案的成本效益，兼顾了电路的功能需求和经济性。

本方案采用模数转换器将RC滤波器的模拟输出信号转换为数字信号，并发送给单片机进行处理；模数转换器ADC快速对模拟信号进行采样和转换，发送给单片机之后实现实时的信号处理。

同时，本方案选用运放电路进行电流检测，有效地抑制来自电源电压变化的干扰，能够对输入信号进行放大、滤波和精确的电压转换，从而减小了受电压变化影响的误差；通过RC滤波器的设置，进一步滤除高频噪声和纹波；此外，开关电源电路的次级输出端为运放电路和单片机提供其所需的5V电源电压，确保芯片能够正常运行，并提供较好的稳定性和精确度，能够提供稳定的电压输出，减少电源电压的变化对检测电流值的影响，更进一步助于减小误差，使得本方案检测电流时检测精度高、不受高低电压变化影响、实时性强；本方案经过上述设计，在一个具体的实施例中：

R1＝0.005Ω；

R89＝R90＝R91＝R92＝750Ω；

R93＝R94＝30KΩ；

R95＝15KΩ；

C37＝C43＝C44＝100PF；

R87＝510Ω；

C19＝1000PF

其中，第一滤波电容C37、第二滤波电容C43、第三滤波电容C44以及RC滤波器中的第七滤波器C19和第七电阻R87的具体参数根据实际需求进行调整，具体说明如下，

A、检测精度高：

本方案所提出的电流检测电路采用了运放芯片，并根据如下公式进行电流值的计算：

若R1上流过的电流为X，则：

AD_IAC＝2.5+0.05X；

其中，AD_IAC表示检测电流值，2.5表示偏置电压，0.05表示采样电阻经运算放大10倍后的值，X表示电流值；

该运放芯片具有高增益(较高放大倍数，适合小信号放大)、输入阻抗高(对输入信号影响小)、输出阻抗低(对后级影响小)、共模抑制比高、抗干扰能力强以及温度特性好的特点；根据公式可知：电流检测AD值只跟偏置电压、放大倍数、电阻阻值及流过电流值相关，其中偏置制电压为整流稳压后分压电压精度在1％左右、运放放大倍数为固定值(比如10倍)、电阻阻值可选1％以上精度，并考虑杂波影响及器件综合偏差；可以实现高达5％以上的电流检测精度，比一般的电流互感器检测精度更高。

B、不受高低电压变化影响：

电流互感器实际上为简单线性变压器的，其受高低电压变化明显，根据上述公式可知，在本方案中，检测电流值只跟偏置电压、放大倍数、电阻阻值及流过电流值相关，因此高低电压的变化不会影响检测值的准确性，明显区别于电流互感器。

C、实时性强：

本实用新型选用型号为SGM721的运放芯片，其具有较高的电压转换速率(压摆率为8.5V/μs)和运放反应速度在μs级别；结合电流检测公式，整个电流检测反应时间也是在μs级别，因此具有实时性强的特点。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种交流检测电路，其特征在于，包括采样电阻、运放电路、开关电源电路、单片机和负载端；

所述采样电阻的输入端与零线连接，所述采样电阻的输出端与运放电路连接，用于将采样信号发送给运放电路；

所述运放电路与单片机连接，用于将接收到的采样电阻发出的采样信号进行运算放大，并发送给单片机进行信号处理；

所述开关电源电路的第一输入端与火线连接，第二输入端通过采样电阻与零线连接，所述开关电源电路的输出端分别与所述运放电路和单片机连接，用于为运放电路和单片机供电；

所述负载端的第一端与火线连接，所述负载端的第二端通过采样电阻与零线连接。

2.根据权利要求1所述的一种交流检测电路，其特征在于，所述运放电路包括：输入电阻、滤波器、滤波电容、输入偏置电阻、模数转换器、运放芯片、二极管以及运放反馈电阻；

所述输入电阻包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，

所述第一电阻输入端与采样电阻输出端连接，所述第一电阻输出端与所述第四电阻输入端连接，所述第四电阻输出端与所述运放反馈电阻输入端连接；所述第二电阻输入端与采样电阻的输入端连接并接地，所述第二电阻输出端与所述第三电阻输入端连接，所述第三电阻输出端与所述输入偏置电阻输入端连接；

所述滤波电容包括第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容、第四滤波电容和第五滤波电容，

所述第一滤波电容第一端与所述第二滤波电容第一端连接后，还与所述第二电阻输出端和第三电阻输入端连接，所述第二滤波电容第二端接地；所述第一滤波电容第二端与所述第三滤波电容第一端连接后，还与所述第一电阻输出端和第四电阻输入端连接，所述第三滤波电容第二端接地；

所述输入偏置电阻包括第五电阻和第六电阻，

所述第五电阻输入端与所述第三电阻输出端并第六电阻输入端连接，所述第五电阻输出端与所述第五滤波电容第一端连接，所述第五滤波电容第二端与所述第六电阻输出端连接后均接地；

所述运放反馈电阻输入端与第四电阻输出端连接，所述运放反馈电阻输出端与滤波器输入端连接；

所述滤波器包括第七电阻和第七滤波电容，所述第七电阻输入端作为滤波器的输入端，所述第七电阻输出端作为滤波器的输出端，

所述第七电阻输入端与运放反馈电阻输出端共同连接后，还与运放芯片输出端连接；所述第七电阻输出端与第七滤波电容第一端共同连接后，还与二极管第一端连接；所述第七滤波电容第二端接地；

所述二极管第二端与第四滤波电容第一端共同连接后，还与运放芯片电源端连接，所述第四滤波电容第二端接地；

所述模数转换器输入端与滤波器输出端连接，模数转换器用于将滤波器的输出信号进行模数转换后，再将数字信号发送给单片机；

所述运放芯片的电源端与开关电源电路共同连接后，还与第四滤波电容第一端连接；所述第四滤波电容第二端接地；所述运放芯片的接地端接地。

3.根据权利要求2所述的一种交流检测电路，其特征在于，所述运放芯片采用SGM721型号进行设置。

4.根据权利要求1所述的一种交流检测电路，其特征在于，所述开关电源电路还包括次级一路和第六滤波电容，所述开关电源电路第一输入端接收第一输入电流，所述开关电源电路第二输入端接收第二输入电流，所述开关电源电路次级一路分别连接运放电路和单片机，用于为运放电路和单片机供应电压；所述开关电源电路次级一路还与第六滤波电容第一端连接，所述第六滤波电容第二端接地。