CN2844934Y - 电网瞬变检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电网瞬变检测装置，包括：正瞬变采样电路、第一采样保持电路，采样并保持正瞬变电压；负瞬变采样电路、第二采样保持电路，采样并保持负瞬变电压；交流电上升沿采集电路，检测交流电上升沿并输出一第三中断信号；正瞬变检测电路，响应正瞬变输出一第一中断信号；负瞬变检测电路，响应负瞬变输出一第二中断信号；放电电路，接收一第一控制信号而对第一采样保持电路放电；充电电路，接收一第二控制信号而对第二采样保持电路充电；微处理器，响应第一或第二中断信号而从ADC口采样正瞬变电压或负瞬变电压并停止计时，且在采样结束后输出第一或第二控制信号给放电电路或充电电路。本实用新型用于检测并记录脉宽小、幅值高的电网瞬变。

Description

电网瞬变检测装置

技术领域

本实用新型涉及电能质量监控技术，尤其涉及一种电网瞬变检测装置。

背景技术

随着诸如计算机等数字电子产品的大量涌现和使用，大量电子设备使用时不断产生瞬变干扰馈入电网，而电子设备由于电网的瞬变干扰而导致工作失常。因此，电能质量评价中，电网瞬变是一项不可忽略的评价指标，而对电网瞬变的检测是十分必要的。

由于电网瞬变脉冲宽度一般为1～20μS，幅度可高至2500V，如图1所示，因此对检测技术的要求较高。例如当脉冲宽度短至1μS时就要求检测设备能够及时采样瞬变脉冲并储存，在此过程中，高幅度的电压对衰减电路的要求，以及脉冲可能带来的干扰是需要考虑的因素。

现有的电能质量监控产品通常仅能测量电网频率、电压与电流有效值、功率和谐振分析等，并不具有对电网瞬变的检测功能。

发明内容

本实用新型为解决上述技术问题而提供一种可检测脉冲宽度低、电压幅度高的电网瞬变并记录其瞬变极性、瞬变幅度和瞬变相位的电网瞬变检测装置。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种电网瞬变检测装置，包括：

正瞬变采样电路，其输入端与电网相线连接，从电网相线采样正瞬变，对其衰减并输出衰减后的正瞬变电压；

第一采样保持电路，其一端与正瞬变采样电路输出端连接，另一端连接电网中线，用于保持所述衰减后的正瞬变电压；

负瞬变采样电路，其输入端与电网相线连接，从电网相线采样负瞬变，对其衰减并输出衰减后的负瞬变电压；

第二采样保持电路，其一端与负瞬变采样电路输出端连接，另一端连接电网中线，用于保持所述衰减后的负瞬变电压。

交流电上升沿采集电路，其输入端与电网相线连接，用于检测交流电上升沿并据此输出一第三中断信号；

正瞬变检测电路，其输入端与电网相线连接，用于响应所述正瞬变而输出一第一中断信号；

负瞬变检测电路，其输入端与电网相线连接，用于响应所述负瞬变而输出一第二中断信号；

放电电路，连接在所述第一采样保持电路的所述一端与电网中线之间，其接收一第一控制信号而对第一采样保持电路放电；

充电电路，连接在所述第二采样保持电路的所述一端与一正电压之间，其接收一第二控制信号而对第二采样保持电路充电；

微处理器，具有ADC口、I/O口、中断口和计时器，具有其ADC口分别与所述第一采样保持电路的所述一端和所述第二采样保持电路的所述一端连接，其中断口分别与所述交流电上升沿采集电路、正瞬变检测电路以及负瞬变检测电路的输出端连接，其I/O口分别与所述放电电路和充电电路的控制端连接；所述微处理器响应所述第三中断信号而使计时器开始计时，响应所述第一或第二中断信号而从ADC口采样所述正瞬变电压或负瞬变电压并使计时器停止计时，且在采样结束后输出所述第一或第二控制信号给所述放电电路或充电电路。

所述正瞬变采样电路包括互相串联的一电阻、一电容和一正向连接的二极管；所述第一采样保持电路由电容构成。所述负瞬变衰减电路包括互相串联的一电阻、一电容和一反向连接的二极管；所述第二采样保持电路由电容构成。

所述交流电上升沿采集电路包括依次串联在电网相线与电网中线之间的一电阻和一反向连接的稳压管，还包括一第一驱动电路，所述第一驱动电路的输入端与所述交流电上升沿采集电路的电阻与稳压管的连接端连接，所述第一驱动电路的输出端输出所述第三中断信号。

所述正瞬变检测电路包括依次串联在电网相线与电网中线之间的一电容、一正向连接的二极管和一电阻；还包括一第二驱动电路，所述第二驱动电路的输入端与所述正瞬变检测电路的二极管与电阻的连接端连接，所述第二驱动电路的输出端输出所述第一中断信号。

所述交流电上升沿采集电路包括依次串联在电网相线与电网中线之间的一电阻和一反向连接的稳压管；所述正瞬变检测电路包括依次串联在电网相线与电网中线之间的一电容、一正向连接的二极管和一电阻；所述电网瞬变检测装置还包括一共用驱动电路，所述共用驱动电路一输入端与所述交流电上升沿采集电路的电阻与稳压管的连接端连接，所述共用驱动电路另一输入端与所述正瞬变检测电路的二极管与电阻的连接端连接，所述共用驱动电路的输出端输出所述第一中断信号和所述第三中断信号。所述共用驱动电路是异或电路。

所述负瞬变检测电路包括：第一电阻，其一端连接在一恒压源上；反向串联的第一稳压管和第二稳压管，其串联电路的一端与第一电阻的另一端连接，其串联电路的另一端与电网中线连接；依次串联的正向连接的二极管、第二电阻和第三电阻，其串联电路的一端与第一电阻的所述另一端连接，其串联电路的另一端与电网中线连接；依次串联的电容和第四电阻，其串联电路的一端与电网相线连接，其串联电路的另一端与所述第二电阻和第三电阻的连接端连接；反相器，其一端与所述第二电阻和第三电阻的连接端连接，其另一端输出所述第二中断信号。

所述放电电路包括一第一模拟开关，所述第一模拟开关连接在所述第一采样保持电路的所述一端与电网中线之间，其控制端与所述微处理器连接以接收所述第一控制信号。

所述充电电路包括依次连接在所述正电压和所述第二采样保持电路的所述一端之间的一电阻和一第二模拟开关，所述第二模拟开关的控制端与所述微处理器连接以接收所述第二控制信号。

所述的电网瞬变检测装置，还包括一与所述微处理器连接，用以实时计时的时钟芯片；还包括与所述微处理器连接的非易失性存储器。

本实用新型的工作原理如下：微处理器的计时器的计时周期对应于50Hz交流电的一个周期，即20ms，当交流电上升沿来临时，微处理器响应输入中断口的第三中断信号，对计时器清零，使其重新开始计时。当电网中出现正瞬变或负瞬变时，微处理器响应第一中断信号或第二中断信号而从ADC口采样衰减后的正瞬变电压或负瞬变电压，微处理器在响应第一中断信号或第二中断信号时，还停止计时器的计时，记录此时的计时数值，并转换为正瞬变或负瞬变相对于50Hz交流电的相位。同时，微处理器从时钟芯片读取当前时间，连同瞬变的极性(正或负)、瞬变幅值和相位一起存入存储器；或者微处理器也可经由其串行通信口输出这些数据供其他设备使用。采样结束后，微处理器输出一第一控制信号，使第一采样保持电路的电容放电至零电平，或输出第二控制信号，使第二采样保持电路的电容充电至+5V，以等待下次瞬变的来临。

从以上说明可以看出，本实用新型的优点在于，以简单的电路实现脉宽小、幅值高的电网瞬变检测，解决了长期来电能质量检测系统不能对电网瞬变这一十分重要的参数进行检测的缺陷。本实用新型记录电网瞬变的极性、幅值、相角，发生时间等参数以供分析，为改善电网质量提供科学依据。

附图说明

以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式，其中：

图1是电网瞬变波形示意图；

图2是本实用新型电网瞬变检测装置一个实施例的原理框图；

图3是图2所示实施例的电原理图；

图4是本实用新型电网瞬变检测装置另一个实施例的原理框图；

图5是图4所示实施例的电原理图。

图中的相线是指电网的相线，中线是指电网的中线，以下描述中，如无特别说明，也同样如此。

具体实施方式

请同时参阅图2、图3所示实施例。本实用新型电网瞬变检测装置的具体实施例包括微处理器100、正瞬变采样电路110、第一采样保持电路120、负瞬变采样电路130、第二采样保持电路140、交流电上升沿采集电路150、正瞬变检测电路160、负瞬变检测电路170、放电电路180和充电电路190。其中：

正瞬变采样电路110包括互相串联的一电阻111、一电容112和二极管113，用于采用电网中的正瞬变并使其衰减到需要的幅度。电阻111与相线连接以便对瞬变进行衰减，限制瞬变电流。由于电网的正常50Hz交流信号并非采样对象，因此适当选择电容112使正瞬变采样电路110成为高通滤波电路，滤除50Hz交流电。二极管113正向连接在相线与中线之间，只有在正瞬变来临时才导通。第一采样保持电路120由电容121构成，其一端与正瞬变采样电路110的输出端连接，另一端连接中线。在没有正瞬变的情况下，电容121经由放电电路180放电至零电平，正瞬变经由正瞬变采样电路110衰减后对电容121充电并将正瞬变电压保持一段时间，在本实施例中，该时间约为50μS。

类似地，负瞬变采样电路130包括互相串联的一电阻111、一电容112和二极管113。与正瞬变采样电路110不同之处在于，二极管113反向连接在相线与中线之间，只有在负瞬变来临时才导通。第二采样保持电路140由电容141构成，其一端与负瞬变采样电路120的输出端连接，另一端连接中线。在没有负瞬变的情况下，电容141经由充电电路190充电至一高电平，例如+5V。负瞬变经由负瞬变采样电路120衰减后对电容141放电并将负瞬变电压保持一段时间，在本实施例中，该时间约为50μS。

交流电上升沿采集电路150包括依次串联在相线与中线之间的一电阻151、一稳压管152和一第一驱动电路153，用以响应交流电上升沿而输出一第三中断信号15。稳压管152反向连接在相线与中线之间，使得采样的交流电信号正半周期形成方波信号，负半周期截止，经由第二驱动电路153驱动形成第三中断信号15。在某些实施例中，第二驱动电路153可以是例如与门、或门或者两个串联的反相器，因此第三中断信号15与交流电方波信号相位一致，其以上升沿作为第三中断信号。在其他实施例中，第一驱动电路154可以是与非门、或非门或反相器，因此第三中断信号15与交流电方波信号相位相反，其以下降沿作为第三中断信号。

正瞬变检测电路160包括依次串联在相线与中线之间的一电容161、一二极管162、一电阻163和一第一驱动电路164，用于响应正瞬变而输出一第一中断信号16。二极管162正向连接在相线与中线之间以便只通过正瞬变。在某些实施例中，第一驱动电路164可以是例如与门、或门或者两个串联的反相器。当正瞬变来临时，第一驱动电路164产生输出一正跳变的第一中断信号16。在其他实施例中，第一驱动电路164可以是与非门、或非门或反相器，相应地，其输出一负跳变的第一中断信号16。

在图4和图5所示另一个实施例中，为节省中断资源，可使第三中断信号15和第一中断信号16共用一个中断口，方案如下：使交流电上升沿采集电路150和正瞬变检测电路160共用一异或电路155作为共用驱动电路，异或电路155一输入端与交流电上升沿采集电路150的电阻151与稳压管152的连接端连接，另一输入端与正瞬变检测电路160的二极管162与电阻163的连接端连接。当交流电上升沿来临时，异或电路155输出第三中断信号15，当电网中出现正瞬变时，异或电路155输出第一中断信号16。当然，只要能够使第三中断信号15和第一中断信号16区分开，也可采用其他合适的电路作为共用驱动电路，例如同或电路等。由于共用中断信号，因此微处理器还需要有区分两个中断信号15和16的机制，这将在以下说明书中描述。

负瞬变检测电路170响应负瞬变而输出一第二中断信号17，其包括：

第一电阻171，其一端连接在一恒压源上；

反向串联的第一稳压管172和第二稳压管173，其串联电路的一端与第一电阻171的另一端连接，其串联电路的另一端与中线连接；

依次串联的正向连接的二极管174、第二电阻175和第三电阻176，其串联电路的一端与第一电阻171的该另一端连接，其串联电路的另一端与中线连接；

依次串联的电容177和第四电阻178，其串联电路的一端与相线连接，其串联电路的另一端与第二电阻175和第三电阻176的连接端连接；

反相器179，其一端与第二电阻175和第三电阻176的连接端连接，其另一端输出第二中断信号17。

电容177和第四电阻178用于滤除50Hz交流信号。在没有负瞬变时，第一稳压管172和第二稳压管173经由二极管174和第二电阻175和第三电阻176分压，使反相器179的输入端保持恒定的正电压，当电网中出现负瞬变时，负瞬变电压与正电压叠加，在反相器179的输入端产生一负电压，反相器179输出产生正跳变，输出第二中断信号17。当然，负瞬变检测电路170也可输出一负跳变的第二中断信号17，这不应作为本实用新型的限定。

由于电网的瞬变中高次谐波分量大，容易干扰电路中的电子器件，因此上述的二极管113、二极管133、二极管162和二极管174均采用瞬态电压抑制二极管，从而有效地保护电子线路中的器件免受浪涌脉冲冲击和干扰。

放电电路180包括一第一模拟开关181，第一模拟开关181连接在第一采样保持电路120的一端与中线之间，其控制端与微处理器100连接以接收一第一控制信号18。第一控制信号使第一模拟开关181导通，第一采样保持电路120的电容121经由第一模拟开关181放电。

充电电路190包括依次连接在一正电压源和第二采样保持电路140的一端之间的一电阻191和一第二模拟开关192，第二模拟开关192的控制端与微处理器100连接以接收一第二控制信号19。第二控制信号19使第二模拟开关192导通，正电压源经由电阻191和第二模拟开关192对第一采样保持电路140的电容141充电。在本实施例中，该正电压源采用+5V电压源。

本实用新型电网瞬变检测装置还可包括一时钟芯片200，它与微处理器100连接，用以实时计时，记录包括年、月、日、和具体时间，以供微处理器100读取。

本实用新型电网瞬变检测装置还可包括与所述微处理器连接的非易失性存储器210，用以储存和电网瞬变有关的各种数据。

以下结合微处理器100的描述说明本实用新型的工作流程。

微处理器100应具有较高的工作频率，以便能够及时采样瞬变。并且由于瞬变中高次谐波分量大，容易干扰微处理器100，在本实施例中，微处理器100选用了抗干扰能力强的Motorola微处理器，其工作频率为10MHz。

该微处理器100包括一计时器(图中未显示)，该计时器的计时周期对应于50Hz交流电的一个周期，即20ms，当交流电上升沿来临时，微处理器100响应输入中断口INT0的第三中断信号，对计时器清零，使其重新开始计时。当电网中出现正瞬变或负瞬变时，微处理器100响应第一中断信号16(INT1)或第二中断信号17(INT2)而从ADC口采样衰减后的正瞬变电压或负瞬变电压，其中电容121中的正瞬变电压直接对应正瞬变的幅值，而电容141中的负瞬变电压则对应+5V电压经负瞬变放电后的电压幅值，因此在微处理器100中应当做相应的转换以得到负瞬变的幅值。微处理器100在响应第一中断信号16或第二中断信号17时，还停止计时器的计时，记录此时的计时数值，并转换为正瞬变或负瞬变相对于50Hz交流电的相位。同时，微处理器100，从时钟芯片200读取当前时间，连同瞬变的极性(正或负)、瞬变幅值和相位一起存入存储器210；或者微处理器100也可经由其串行通信口输出这些数据供其他设备使用。采样结束后，微处理器100输出一第一控制信号18，使第一采样保持电路120的电容121放电至零电平，或输出第二控制信号19，使第二采样保持电路140的电容141充电至+5V，以等待下次瞬变的来临。

在图4和图5所示实施例中，由于第三中断信号15和第一中断信号16共用中断口(INT0)，因此微处理器100在每次INT0产生中断时，都将采样正瞬变电压的ADC口以据此判断是第三中断信号15还是第一中断信号16。若正瞬变电压的ADC口幅值很小，即没有正瞬变产生，表明此次中断是第三中断信号15，反之则是第一中断信号16。

值得说明的是，虽然上述各实施例的第一中断信号16和第二中断信号17可以是正跳变或负跳变，但微处理器100可一律以上升沿或以下降沿来响应这些中断，因为这些跳变通常为几μS，而采样保持电路的电容可使瞬变电压保持50μS，因此对一个正跳变来说，即使在其下降沿响应中断，其延迟对50μS来说也是可以忽略的。而对交流电上升沿信号，微处理器100及时地响应而产生第三中断信号15。

Claims (10)

1.一种电网瞬变检测装置，其特征在于，包括：

正瞬变采样电路，其输入端与电网相线连接，从电网相线采样正瞬变，对其衰减并输出衰减后的正瞬变电压；

第一采样保持电路，其一端与正瞬变采样电路输出端连接，另一端连接电网中线，用于保持所述衰减后的正瞬变电压；

负瞬变采样电路，其输入端与电网相线连接，从电网相线采样负瞬变，对其衰减并输出衰减后的负瞬变电压；

第二采样保持电路，其一端与负瞬变采样电路输出端连接，另一端连接电网中线，用于保持所述衰减后的负瞬变电压。

交流电上升沿采集电路，其输入端与电网相线连接，用于检测交流电上升沿并据此输出一第三中断信号；

正瞬变检测电路，其输入端与电网相线连接，用于响应所述正瞬变而输出一第一中断信号；

负瞬变检测电路，其输入端与电网相线连接，用于响应所述负瞬变而输出一第二中断信号；

放电电路，连接在所述第一采样保持电路的所述一端与电网中线之间，其接收一第一控制信号而对第一采样保持电路放电；

充电电路，连接在所述第二采样保持电路的所述一端与一正电压之间，其接收一第二控制信号而对第二采样保持电路充电；

微处理器，其ADC口分别与所述第一采样保持电路的所述一端和所述第二采样保持电路的所述一端连接，其中断口分别与所述交流电上升沿采集电路、正瞬变检测电路以及负瞬变检测电路的输出端连接，其I/O口分别与所述放电电路和充电电路的控制端连接；所述微处理器响应所述第三中断信号而开始计时，响应所述第一或第二中断信号而从ADC口采样所述正瞬变电压或负瞬变电压并停止计时，且在采样结束后输出所述第一或第二控制信号给所述放电电路或充电电路。

2.如权利要求1所述的电网瞬变检测装置，其特征在于，所述正瞬变采样电路包括互相串联的一电阻、一电容和一正向连接的二极管；所述第一采样保持电路由电容构成。

3.如权利要求1所述的电网瞬变检测装置，其特征在于，所述负瞬变衰减电路包括互相串联的一电阻、一电容和一反向连接的二极管；所述第二采样保持电路由电容构成。

4.如权利要求1所述的电网瞬变检测装置，其特征在于，所述交流电上升沿采集电路包括依次串联在电网相线与电网中线之间的一电阻和一反向连接的稳压管，还包括一第一驱动电路，所述第一驱动电路的输入端与所述交流电上升沿采集电路的电阻与稳压管的连接端连接，所述第一驱动电路的输出端输出所述第三中断信号。

5.如权利要求1所述的电网瞬变检测装置，其特征在于，所述正瞬变检测电路包括依次串联在电网相线与电网中线之间的一电容、一正向连接的二极管和一电阻；还包括一第二驱动电路，所述第二驱动电路的输入端与所述正瞬变检测电路的二极管与电阻的连接端连接，所述第二驱动电路的输出端输出所述第一中断信号。

6.如权利要求1所述的电网瞬变检测装置，其特征在于，所述交流电上升沿采集电路包括依次串联在电网相线与电网中线之间的一电阻和一反向连接的稳压管；所述正瞬变检测电路包括依次串联在电网相线与电网中线之间的一电容、一正向连接的二极管和一电阻；所述电网瞬变检测装置还包括一共用驱动电路，所述共用驱动电路一输入端与所述交流电上升沿采集电路的电阻与稳压管的连接端连接，所述共用驱动电路另一输入端与所述正瞬变检测电路的二极管与电阻的连接端连接，所述共用驱动电路的输出端输出所述第一中断信号和所述第三中断信号。

7.如权利要求6所述的电网瞬变检测装置，其特征在于，所述共用驱动电路是异或电路。

8.如权利要求1所述的电网瞬变检测装置，其特征在于，所述负瞬变检测电路包括：

第一电阻，其一端连接在一恒压源上；

反向串联的第一稳压管和第二稳压管，其串联电路的一端与第一电阻的另一端连接，其串联电路的另一端与电网中线连接；

依次串联的正向连接的二极管、第二电阻和第三电阻，其串联电路的一端与第一电阻的所述另一端连接，其串联电路的另一端与电网中线连接；

依次串联的电容和第四电阻，其串联电路的一端与电网相线连接，其串联电路的另一端与所述第二电阻和第三电阻的连接端连接；

反相器，其一端与所述第二电阻和第三电阻的连接端连接，其另一端输出所述第二中断信号。

9.如权利要求1所述的电网瞬变检测装置，其特征在于，还包括一与所述微处理器连接，用以实时计时的时钟芯片。

10.如权利要求1所述的电网瞬变检测装置，其特征在于，还包括与所述微处理器连接的非易失性存储器。

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