CN221078780U - 交流电压的有效值检测电路、装置和家用电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种交流电压的有效值检测电路、装置和家用电器，其中，包括：采样电阻网络；偏置电路，其输入端用于接入直流电源，其接地端用于接强电地，偏置电路还用于对直流电源进行限流处理，并输出对应的偏置电压；差分电路，其正相输入端分别与偏置电路的输出端及采样电阻网络的第一输出端连接，其反相输入端与采样电阻网络的第二输出端连接，其接地端用于接强电地，差分电路用于在偏置电压的作用下，对分压后的两相输入电压进行差分处理，输出对应的线电压检测信号；本实用新型技术方案旨在降低交流电压的有效值检测电路的设计成本。

Description

交流电压的有效值检测电路、装置和家用电器

技术领域

本实用新型涉及交流电压检测技术领域，特别涉及一种交流电压的有效值检测电路、装置和家用电器。

背景技术

目前，在对交流电压的有效值进行检测时，通常采用线性光电耦合器，或者霍尔电压传感器进行采样，这两种采样方式虽然响应速度较快，但介于其采用的器件，导致在设置有效值检测电路时，成本较高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种交流电压的有效值检测电路、装置和家用电器，旨在降低交流电压的有效值检测电路的设计成本。

为实现上述目的，本实用新型提出的交流电压的有效值检测电路，包括：

采样电阻网络，具有第一输入端及第二输出端，以及与所述第一输入端对应的第一输出端，及与所述第二输入端对应的第二输出端，所述第一输入端及所述第二输入端分别用于接入交流电源的任意两相输出端，以分别接入对应的输入电压，进行限流处理后分别由所述第一输出端及所述第二输出端输出；

偏置电路，其输入端用于接入直流电源，其接地端用于接强电地，所述偏置电路还用于对所述直流电源进行限流处理，并输出对应的偏置电压；

差分电路，其正相输入端分别与所述偏置电路的输出端及所述采样电阻网络的第一输出端连接，其反相输入端与所述采样电阻网络的第二输出端连接，其接地端用于接强电地，所述差分电路用于在所述偏置电压的作用下，对分压后的两相所述输入电压进行差分处理，输出对应的线电压检测信号。

在一些实施例中，所述采样电阻网络包括：

多个第一采样电阻，多个所述第一采样电阻依次串联于交流电源的一相输出端与所述差分电路的正相输入端之间；

多个第二采样电阻，多个所述第二采样电阻依次串联于交流电源的另一相输出端与所述差分电路的反相输入端之间。

在一些实施例中，所述差分电路包括：

运算放大器，其正相输入端分别与所述偏置电路的输出端及所述采样电阻网络的第一输出端连接，其反相输入端与所述采样电阻网络的第二输出端连接，其电源端用于接入直流电源，其接地端用于接强电地，其输出端为所述差分电路的输出端；

第一电阻及第二电阻，所述第一电阻及所述第二电阻分别并联于所述运算放大器的反相输入端及所述运算放大器的输出端之间；

第一电容，所述第一电容串联于所述运算放大器的正相输入端与地之间；

第二电容，所述第二电容并联于所述运算放大器的反相输入端及所述运算放大器的输出端之间；

第三电容及第四电容，所述第三电容的第一端用于接入直流电源，所述第三电容的第二端接地，所述第四电容并联于所述第三电容两端。

在一些实施例中，所述交流电压的有效值检测电路还包括：

静电管，所述静电管并联于所述采样电阻网络的第一输出端与第二输出端之间，用于对所述采样电阻网络的差模浪涌进行泄放。

在一些实施例中，所述交流电压的有效值检测电路还包括：

模数转换模块，其输入端与所述差分电路的输出端连接，所述模数转换模块包括多个采样通道，多个所述采样通道分别对所述差分电路输出的线电压检测信号的电压值进行采集，所述模数转换模块还用于将采集到的多个电压值进行去极值处理后，进行模数转换，输出对应的数字检测信号。

在一些实施例中，所述交流电压的有效值检测电路还包括：

滤波电路，所述滤波电路串联于所述差分电路的输出端及所述模数转换模块的输入端之间，用于对所述差分电路输出的线电压检测信号进行滤波处理后，输出至所述模数转换模块。

本实用新型还提出一种交流电压的有效值检测装置，所述有效值检测装置包括控制器及上述的交流电压的有效值检测电路；其中，所述交流电压的有效值检测电路的数量为两个；

两个所述交流电压的有效值检测电路的受控端及输出端均分别与所述控制器电连接。

在一些实施例中，所述交流电压的有效值检测装置还包括：

定时器，所述定时器的输出端与所述控制器连接，所述定时器用于向所述控制器输出周期定时信号；

所述控制器还用于根据所述周期定时信号，控制所述交流电压的有效值检测电路的采样周期。

在一些实施例中，所述采样周期为工作频率为50Hz及60Hz的交流电的半个工作周期的公倍数。

本实用新型还提出一种家用电器，包括上述的交流电压的有效值检测装置，或者包括上述的交流电压的有效值检测电路。

本实用新型技术方案通过设置采样电阻网络、偏置电路及差分电路，通过电阻、运算放大器等低成本小型器件对交流电压的有效值检测电路进行设计，电阻网络在对交流电源的任意两相输入电压进行采样后，将其进行限流处理，并输出至差分电路中，通过差分电路对两相所述输入电压进行差分处理，而偏置电路能够输出偏置电压，将差分电路输出的线电压检测信号始终维持在正向电压值，从而使后续控制器能够实时识别到线电压检测信号的电压值，从而本实用新型能够在降低交流电压的有效值检测电路的设计成本的同时，完成对交流电源的线电压检测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型交流电压的有效值检测电路一实施例的电路结构图；

图2为本实用新型交流电压的有效值检测电路另一实施例的电路结构图；

图3为本实用新型交流电压的有效值检测电路又一实施例的电路结构图；

图4为本实用新型家用电器一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型交流电压的有效值检测电路一实施例的具体电路图；

图6为本实用新型中模数转换模块一实施例的示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				110	采样电阻网络	U1	运算放大器
120	偏置电路	DZ1	静电管
				130	差分电路	C1～C5	第一电容～第五电容
140	模数转换模块	RL1	第一采样电阻
				150	滤波电路	RL2	第二采样电阻
200	控制器	R1～R5	第一电阻～第五电阻
				300	定时器

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而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。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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种交流电压的有效值检测电路。

参照图1，在一实施例中，所述交流电压的有效值检测电路包括：

采样电阻网络110，具有第一输入端及第二输出端，以及与所述第一输入端对应的第一输出端，及与所述第二输入端对应的第二输出端，所述第一输入端及所述第二输入端分别用于接入交流电源的任意两相输出端，以接入对应的输入电压，进行限流处理后分别由所述第一输出端及所述第二输出端输出；

偏置电路120，其输入端用于接入直流电源，其接地端用于接强电地，所述偏置电路120还用于对所述直流电源进行限流处理，并输出对应的偏置电压；

差分电路130，其正相输入端分别与所述偏置电路120的输出端及所述采样电阻网络110的第一输出端连接，其反相输入端与所述采样电阻网络110的第二输出端连接，其接地端用于接强电地，所述差分电路130用于在所述偏置电压的作用下，对分压后的两相所述输入电压进行差分处理，输出对应的线电压检测信号。

在本实施例中，所述偏置电路120包括两个分压电阻，即串联于直流电源与地之间的第三电阻R3及第四电阻R4；所述采样电阻网络110包括多个采样电阻；所述差分电路130包括运算放大器U1，以及多个电阻、电容等器件组成的外围电路。

具体地，在所述交流电压的有效值检测电路工作时，电阻网络分别接入三相交流电源中的任意两相火线的输出端，将两相输入电压接入，以分别对两路所述输入电压进行分压处理及限流处理，防止强电电流对后续电路造成电流冲击。在所述输入电压被限流后，分别输出至差分电流的正相输入端及反相输入端，由差分电路130将两相输入电压进行差分处理，获得该两相输入电压对应的两相火线之间的线电压检测信号，以三相四线交流电为例，三相火线分别为R相火线、S相火线及T相火线，在进行检测时，Urt＝Vr-Vt，从而能够获得R相火线与T相火线之间的线电压。

此外，在差分电路130对接入的两相输入电压进行差分处理时，由于该输入电压为交流电，因此在输入电压的负半轴时，差分电路130输出的线电压检测信号的电压值为负，无法被后续的控制器200进行识别，因此在所述交流电压的有效值检测电路工作时，偏置电路120还需要通过两个阻值相等的分压电阻将接入的直流电源进行分压，从而将分压后的直流电源作为偏置电源输出至所述差分放大器的正相输入端，例如，在380V～-380V的线电压对应的线电压检测信号的电压值在1.65V～-1.65V之间时，通过对3.3V的直流电源进行分压处理，输出1.65V的偏置电压至差分电路130中，能够将380V～-380V的线电压对应的线电压检测信号偏置在3.3V～0V之间，从而使后续控制器200能够实时识别到线电压检测信号的电压值。

需要说明的是，本实用新型方案在应用于如小型洗衣机、车载冰箱等家用电器时，后续的控制器200会根据接收到的线电压检测信号对电源控制模块等功能负载进行控制，而从输出信号的电压差上来讲，控制器200及差分电路130输出的信号通常仅有5V左右，而输入的交流电压的线电压却通常有380V的电压差，然而，若采用光耦隔离将差分电路130、控制器200等弱电器件与采样电阻网络110输入的强电进行隔离，这无疑会增加检测电路的体积以及成本，不仅会压缩其他功能模块的设计空间，而且不利于家用电器小型化、低成本的发展。

因此，本实施例中还将偏置电路120的接地端、差分电路130的接地端以及后续控制器200的接地端均接入热地，其中，热地是带电的地线，不能够被直接触摸，从而将偏置电路120、差分电路130及后续控制器200均与强电共地，无需设置隔离电路，进一步减小了检测电路的成本。

本实用新型技术方案通过设置采样电阻网络110、偏置电路120及差分电路130，通过电阻、运算放大器U1等低成本小型器件对交流电压的有效值检测电路进行设计，电阻网络在对交流电源的任意两相输入电压进行采样后，将其进行限流处理，并输出至差分电路130中，通过差分电路130对两相所述输入电压进行差分处理，而偏置电路120能够输出偏置电压，将差分电路130输出的线电压检测信号始终维持在正向电压值，从而使后续控制器200能够实时识别到线电压检测信号的电压值，从而本实用新型能够在降低交流电压的有效值检测电路的设计成本的同时，完成对交流电源的线电压检测。

参照图1及图5，在一实施例中，所述采样电阻网络110包括：

多个第一采样电阻RL1，多个所述第一采样电阻RL1依次串联于交流电源的一相输出端与所述差分电路130的正相输入端之间；

多个第二采样电阻RL2，多个所述第二采样电阻RL2依次串联于交流电源的另一相输出端与所述差分电路130的反相输入端之间。

考虑到采样电阻的功率、耐压、散热及价格，在本实施例中，采样电阻网络110的第一输入端到第一输出端之间，依次串联多个第一采样电阻RL1，采样电阻网络110的第二输入端到第二输出端之间，依次串联多个第二采样电阻RL2。通过设计多个采样电阻，降低对每一个采样电阻的功率要求，使得电阻网络能够在低于大功率电阻的成本下对交流电源的任意两项输入电压进行采样，并且采样电阻的功率被分散后，其散热面积也增加，进而减少了交流电压的有效值检测电路的功率密度。

参照图1及图5，在一实施例中，所述差分电路130包括：

运算放大器U1，其正相输入端分别与所述偏置电路120的输出端及所述采样电阻网络110的第一输出端连接，其反相输入端与所述采样电阻网络110的第二输出端连接，其电源端用于接入直流电源，其接地端用于接强电地，其输出端为所述差分电路130的输出端；

第一电阻R1及第二电阻R2，所述第一电阻R1及所述第二电阻R2分别并联于所述运算放大器U1的反相输入端及所述运算放大器U1的输出端之间；

第一电容C1，所述第一电容C1串联于所述运算放大器U1的正相输入端与地之间；

第二电容C2，所述第二电容C2并联于所述运算放大器U1的反相输入端及所述运算放大器U1的输出端之间；

第三电容C3及第四电容C4，所述第三电容C3的第一端用于接入直流电源，所述第三电容C3的第二端接地，所述第四电容C4并联于所述第三电容C3两端。

在本实施例中，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3及第四电容C4均为滤波电容，所述第三电容C3及第四电容C4用于对为运算放大器U1供电的直流电源进行滤波。

在限流后的输入电压流入差分电路130时，运算放大器U1的正相输入端及反相输入端分别用于接入两相输入电压，在运算放大器U1及第一电阻R1、第二电阻R2两个反馈电阻的共同作用下，将两相输入电压进行差分处理，获得该两相输入电压对应的两相火线之间的线电压检测信号。

同时，在所述运算放大器U1工作时，其正相输入端还用于接入偏置电路120输出的偏置电源，以将线电压检测信号的电压值始终保持为正，从而使后续控制器200能够实时识别到线电压检测信号的电压值。

参照图1及图5，在一实施例中，所述交流电压的有效值检测电路还包括：

静电管DZ1，所述静电管DZ1并联于所述采样电阻网络110的第一输出端与第二输出端之间，用于对所述采样电阻网络110的差模浪涌进行泄放。

在交流电压的有效值检测电路工作时，很容易由于电网干扰使接入的两相输入电压之间产生差模浪涌，在本实施例中，将一个双向二极管组成的静电管DZ1并联于所述采样电阻网络110的第一输出端与第二输出端之间，当运算放大器U1的正相输入端及反相输入端的电压差超过二极管的压降范围时，电流将从静电管DZ1流过，将接入采样电阻网络110的差模浪涌进行泄放，从而减小异常电压降对后级电路的影响，提高电路可靠性。

参照图2及图6，在一实施例中，所述交流电压的有效值检测电路还包括：

模数转换模块140，其输入端与所述差分电路130的输出端连接，所述模数转换模块140包括多个采样通道，多个所述采样通道分别对所述差分电路130输出的线电压检测信号的电压值进行采集，所述模数转换模块140还用于将采集到的多个电压值进行去极值处理后，进行模数转换，输出对应的数字检测信号。

在本实施例中，模数转换模块140的硬件电路示意图如图2所示，所述模数转换模块140可以集成与控制芯片中，也可以作为模数转换电路单独设置。

所述模数转换模块140中设置有多个采样通道，在线电压检测信号输入时，多个采样通道同时被触发，输出多路采样电压值，并对采样到的多路线电压检测信号的电压值进行电压处理，将采样电压最大值及采样电压最小值去除后取平均值，从而减少由于采样通道中存在干扰导致采样的电压值存在偏差的问题。

参照图3及图5，在一实施例中，所述交流电压的有效值检测电路还包括：

滤波电路150，所述滤波电路150串联于所述差分电路130的输出端及所述模数转换模块140的输入端之间，用于对所述差分电路130输出的线电压检测信号进行滤波处理后，输出至所述模数转换模块140。

在本实施例中，所述滤波电路150为RC滤波电路150，包括第五电阻R5及第五电容C5，所述第五电容C5串联于所述差分电路130的输出端及所述模数转换模块140的输入端之间，所述第五电容C5串联于所述模数转换模块140的输入端与地之间，用于对所述差分电路130输出的线电压检测信号进行滤波处理。

参照图4，在一实施例中，本实用新型还提出一种交流电压的有效值检测装置，所述有效值检测装置包括控制器200及上述的交流电压的有效值检测电路；其中，所述交流电压的有效值检测电路的数量为两个；

两个所述交流电压的有效值检测电路的受控端及输出端均分别与所述控制器200电连接。

在本实施例中，两路交流电压的有效值检测电路的结构相同，接入信号不同，例如，以三相交流电源包括R相火线、S相火线及T相火线为例，一个有效值检测电路用于检测S相火线与T相火线之间的线电压Ust时，其正相输入端接入S相火线，其反相输入端接入T相火线；另一个有效值检测电路用于检测R相火线与T相火线之间的线电压Ust时，其正相输入端接入R相火线，其反相输入端接入T相火线。

进一步地，由于所述交流电压的有效值检测电路的后续接入了控制器200，因此可以由现有公式Urs＝Urt-Ust，得到R相火线与S相火线之间的线电压，以及利用现有公式Urn＝(2*Urt-Ust)/3、Usn＝(2Ust-Urt)/3、Utn＝-Urn-Usn，获得RST各相火线的相电压有效值Urn、Usn、Utn。

参照图4，在一实施例中，所述交流电压的有效值检测装置还包括：

定时器300，所述定时器300的输出端与所述控制器200连接，所述定时器300用于向所述控制器200输出周期定时信号；

所述控制器200还用于根据所述周期定时信号，控制所述交流电压的有效值检测电路的采样周期。

在本实施例中，所述采样周期为工作频率为50Hz及60Hz的交流电的半个工作周期的公倍数。

具体的，由于全球交流电工频均为50或60Hz，对交流电的半个周期1/100s和1/120s求取其最小公倍数：为1/20，并以1/20秒为有效值公有计算周期。采样最小公倍数为一个计算周期可以防止不同频率交流电非整数周期有效值计算的抖动，例如，在以0.05s的为采样周期时，其对50Hz交流电可准确计算，而对60Hz交流电为非周期性采样，无法准确计算每一交流周期的有效电压值，并且选用最小公倍数，能够避免一次有效值的采样时间过长，有利于提高控制器200的计算速度，避免程序中变量的数据溢出。

本实用新型能够对各国半个交流电周期最小公倍数进行周期采样，可以以较少的算法量实现对畸变的源电压或受周期性干扰的电压信号进行准确地有效值计算，从而克服采样电压本身存在畸变或高频干扰大导致的电压采样不准而影响电压有效值准确计算的技术问题/缺陷。

本实用新型还提出一种家用电器，该家用电器包括上述的交流电压的有效值检测装置，或者包括上述的交流电压的有效值检测电路，该交流电压的有效值检测电路的具体结构参照上述实施例，由于本有效值检测装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种交流电压的有效值检测电路，其特征在于，包括：

采样电阻网络，具有第一输入端及第二输入端，以及与所述第一输入端对应的第一输出端、与所述第二输入端对应的第二输出端，所述第一输入端及所述第二输入端分别用于接入交流电源的任意两相输出端，以接入对应的输入电压，进行限流处理后分别由所述第一输出端及所述第二输出端输出；

偏置电路，其输入端用于接入直流电源，其接地端用于接强电地，所述偏置电路还用于对所述直流电源进行限流处理，并输出对应的偏置电压；

差分电路，其正相输入端分别与所述偏置电路的输出端及所述采样电阻网络的第一输出端连接，其反相输入端与所述采样电阻网络的第二输出端连接，其接地端用于接强电地，所述差分电路用于在所述偏置电压的作用下，对分压后的两相所述输入电压进行差分处理，输出对应的线电压检测信号。

2.如权利要求1所述的交流电压的有效值检测电路，其特征在于，所述采样电阻网络包括：

多个第一采样电阻，多个所述第一采样电阻依次串联于交流电源的一相输出端与所述差分电路的正相输入端之间；

多个第二采样电阻，多个所述第二采样电阻依次串联于交流电源的另一相输出端与所述差分电路的反相输入端之间。

3.如权利要求1所述的交流电压的有效值检测电路，其特征在于，所述差分电路包括：

运算放大器，其正相输入端分别与所述偏置电路的输出端及所述采样电阻网络的第一输出端连接，其反相输入端与所述采样电阻网络的第二输出端连接，其电源端用于接入直流电源，其接地端用于接强电地，其输出端为所述差分电路的输出端；

第一电阻及第二电阻，所述第一电阻及所述第二电阻分别并联于所述运算放大器的反相输入端及所述运算放大器的输出端之间；

第一电容，所述第一电容串联于所述运算放大器的正相输入端与地之间；

第二电容，所述第二电容并联于所述运算放大器的反相输入端及所述运算放大器的输出端之间；

第三电容及第四电容，所述第三电容的第一端用于接入直流电源，所述第三电容的第二端接地，所述第四电容并联于所述第三电容两端。

4.如权利要求1所述的交流电压的有效值检测电路，其特征在于，所述交流电压的有效值检测电路还包括：

静电管，所述静电管并联于所述采样电阻网络的第一输出端与第二输出端之间，用于对所述采样电阻网络的差模浪涌进行泄放。

5.如权利要求1所述的交流电压的有效值检测电路，其特征在于，所述交流电压的有效值检测电路还包括：

模数转换模块，其输入端与所述差分电路的输出端连接，所述模数转换模块包括多个采样通道，多个所述采样通道分别对所述差分电路输出的线电压检测信号的电压值进行采集，所述模数转换模块还用于将采集到的多个电压值进行去极值处理后，进行模数转换，输出对应的数字检测信号。

6.如权利要求5所述的交流电压的有效值检测电路，其特征在于，所述交流电压的有效值检测电路还包括：

滤波电路，所述滤波电路串联于所述差分电路的输出端及所述模数转换模块的输入端之间，用于对所述差分电路输出的线电压检测信号进行滤波处理后，输出至所述模数转换模块。

7.一种交流电压的有效值检测装置，其特征在于，所述有效值检测装置包括控制器及如权利要求1-6任意一项所述的交流电压的有效值检测电路；其中，所述交流电压的有效值检测电路的数量为两个；

两个所述交流电压的有效值检测电路的受控端及输出端均分别与所述控制器电连接。

8.如权利要求7所述的交流电压的有效值检测装置，其特征在于，所述交流电压的有效值检测装置还包括：

定时器，所述定时器的输出端与所述控制器连接，所述定时器用于向所述控制器输出周期定时信号；

所述控制器还用于根据所述周期定时信号，控制所述交流电压的有效值检测电路的采样周期。

9.如权利要求8所述的交流电压的有效值检测装置，其特征在于，所述采样周期为工作频率为50Hz及60Hz的交流电的半个工作周期的公倍数。

10.一种家用电器，其特征在于，包括如权利要求7所述的交流电压的有效值检测装置，或者包括如权利要求1-6任意一项所述的交流电压的有效值检测电路。