专利名称：用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路及其检测方法
技术领域：
本发明涉及一种电子领域中的交流电的信号的隔离检测电路及其检 测方法，特别涉及一种用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路及其检 测方法。
背景技术：
目前，对于高压交流电的检测和隔离输出中常用的电路有二种， 一种
是通过变压器1隔离并把高压交流电转变为低压交流电再送给比较器2检
测输出信号的电路，如图1所示为通过变压器1隔离检测的基本电路原理 图，由图1可以看出此电路是利用变压器1隔离变压将高压交流信号转换 为低压信号，然后通过低压的检测电路检测低压信号中的相应点，从而检 测出对应的高压交流电信号。此电路中应用的变压器存在损耗，造成了电 路损耗。第二种方法是把交流的电压信号通过电阻取样变成电流信号，再 通过光耦隔离传输给低压的检测电路对电流信号进行处理和检测，检测出
高压交流过零点信号。如图2所示为通过电阻连接光耦隔离高压交流电， 再通过低压的检测电路3处理变换处理以检测相应的点。此电路中光耦11、 12需要一定电流才能使其传输比例实现线性，即传输比例不变，而此电流 形成则是输入高压通过相应的电阻Rl和R2降压来实现的，所以此电路中 的电阻R1和R2不能取值太小，由欧姆定理得^U/R，所以电阻上的电压 和电流是同相位的，其电流变化趋势跟随电压变化，如图3中电压和电流 的变化曲线所示。所以取样电路中的电流和电压乘积形成的功耗主要由电 阻R1和R2承担，造成了电路的损耗。此方法中由于电压和电流的同相位， 通过电流传输后，光耦11、 12输出电流的检测对应了输入高压交流电的 检测。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于检测高压交 流电的低功耗隔离检测电路及其检测方法，它能降低损耗。
实现上述目的的一种技术方案是 一种用于检测高压交流电的低功耗 隔离检测电路，包括一高压交流信号源、两个并联连接的电流隔离传输模 块及一低压检测模块，还包括一取样电容，该取样电容与所述的两个并联 的电流隔离传输模块串联连接后与高压交流信号源连接，所述低压检测模 块与两个电流隔离传输模块的输出端连接。
上述的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路，其中，所述两个 并联连接的电流隔离传输模块中的一个可以由二极管代替，所述低压检测 模块与另一个电流隔离传输模块的输出端连接。
上述的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路，其中，还包括一 保护电阻，该保护电阻与取样电容及并联连接的电流隔离传输模块和二极 管串联连接后与高压交流信号源连接，所述低压检测模块与电流隔离传输 模块的输出端连接。
上述的任意一种用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路，其中， 所述电流隔离传输模块为一由发光二极管和光敏三极管构成的光耦。
实现上述目的的另一种技术方案是 一种用于检测高压交流电的低功 耗隔离检测的方法，执行于上述的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测 电路，包括以下步骤
转换步骤，将高压交流信号转换为电容电流信号；
传输步骤，将上述电容电流信号传输到低压侧；
处理检测步骤，将上述传输到低压侧的电流信号进行处理并检测。 上述的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测的方法，其中，所述转 换步骤是通过电容负载将交流电压信号转换为电容电流信号；所述传输步 骤是通过电流隔离传输模块将高压侧的电容电流信号传输到低压侧；所述 处理检测步骤是将传输到低压侧的电流信号通过低压检测模块检测并以 此判断高压交流信号的参数。
由于采用了本发明的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路及其检测方法的技术方案，即通过电容负载把高压交流电的电压信号转变为 电容的电流信号，再把这个电流信号通过隔离传输模块把电流信号隔离传 输给低压的信号处理模块，并从中检测出高压交流信号，在这个过程中， 交流电压的电容负载不损耗能量，所以本发明的信号取样电路"电容电流 信号"的获得不需要损耗能量，消除了现有技术中实现交流信号隔离检测 电路的能量损耗，而且检测精确度也得到了提高。
图1为现有技术的一种用于检测高压交流电的隔离检测电路的原理
图2为现有技术的另一种用于检测高压交流电的隔离检测电路的原理
图3为图2中的检测电路检测的电压和电流信号的变化曲线图4为本发明的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路的原理
图5为图4中本发明的检测电路检测的电压和电流信号的变化曲线 图；.
图6为本发明的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路的最佳实 施例的原理图7为本发明的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路的第二种 实施例的原理图8为图6、 7中本发明的检测电路检测的电压和电流信号的变化曲 线图。
具体实施例方式
为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例 并结合附图进行详细地说明
请参阅图4，图中是本发明的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测 电路，包括一被测的高压交流信号源AC、 一取样电容C2、两个电流隔离
5传输模块ll、 12、 一低压检测模块3，取样电容C2、两个电流隔离传输模 块ll、 12、 一低压检测模块3取样电容C2和两个并联连接的电流隔离传 输模块11、 12串联后与高压交流信号源AC连接，低压检测模块3与两个 电流隔离传输模块11、 .12的输出端连接。
电流隔离传输模块11、 12为一由发光二极管和光敏三极管构成的光 耦，还可为其它具有类似隔离和电流传输功能的电路模块。
再请参阅图6，图中是本发明的用于检测高压交流电的低功耗隔离检 测电路的第一个实施例，它将上述电路中的两个并联连接的电流隔离传输 模块ll、 12中的一个电流隔离传输模块12由二极管D1代替。该实施例 的电路包括一被测的高压交流信号源AC、 一取样电容C2、 一个电流隔离 传输模块11、 一个二极管Dl及一低压检测模块3，其中，取样电容C2 与并联连接的电流隔离传输模块11和二极管D1串联连接后与高压交流信 号源AC连接，低压检测模块3与电流隔离传输模块11的输出端连接。
再请参阅图7，图中是本发明的用于检测高压交流电的低功耗隔离检 测电路的第二个实施例，它包括一被测的高压交流信号源AC、 一保护电 阻R1、 一取样电容C2、 一个电流隔离传输模块11、 一个二极管D1及一 低压检测模块3，其中，保护电阻R1与取样电容C2及并联连接的电流隔 离传输模块11和二极管Dl串联连接后与高压交流信号源AC连接，低压 检测模块3与电流隔离传输模块11的输出端连接。保护电阻R1的作用是 保护电路在上电的瞬间可能损坏电路，此保护电阻R1可以缓解上电瞬间 的瞬时高压，在电路正常时由于其阻值小，因此其对电路中AC信号和输 出电流的关系影响非常小，可以忽略不计。
本发明的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路的工作原理是
由图4可以看出，本发明的检测电路中光耦二极管的输入电流是通过与其 串联的电容C2实现的，由于光耦的发光二极管所需的导通电压很小，对 该检测电路中电容C2上的电流信号和交流输入信号的对应关系影响非常 小，可以忽略不记，为分析方便，在分析信号时忽略光耦，那么忽略光耦二极管的导通电压的话，那么设输入电压u，电容的容抗(或称为电抗) 1
为Zc^ JM (其中j为复数表示方法中的虚部单位，a)=27if， f为输入信号 频率，目前国内民用的高压交流电为50HZ)，由欧姆定理得电流 旦
I=^=jcocU，有此电流公式可知输入电压和电流存在90。的相位差，且是 电流超前电压90。，其交流曲线图如图5所示，图中正负表示方向。由图5 得知，当电压由最高点P向零点H变化时，对应的电流由零点P'向最高 点H'变化，即当电压到达过零点H时电流到达最高点H'。由于光耦输 入输出电流趋势一致，所以光耦输出电流超前输入交流电压信号90°，从 而由输出电流相位得到了输入电压信号的相位。而光耦输出电流的频率对 应输入电压信号的频率，即得到了输入电压的频率。设输入电压有效值为 Vin，电容电流即光耦的输入电流为Iin，光耦输出电流为Iout，光耦传输
lout lout
比为CTR，由CTR定义CTR= Iin知，Iin=CTR ，由上述欧姆定理得
lout
Vin=Zc*Iin，从而得到输入交流电压的幅值Vin=CTR*2nfc ，其中f为输入 交流信号的频率，c为取样电容C2的值。因此由光耦输出电流波形信息可 以得到交流输入电压信号的相位、频率和幅值(有效值)，另外，输入交 流信号取样电路是容性负载，不产生损耗，从电流和电压的相位关系看， 电流和电压相位相差90°，其有功功率为零，只有在电压和电流出现交叉 非零值时发生微小的功耗，和现有技术的电路的功耗比几乎可以忽略，这 样本发明电路就可以在取样电路无损耗或微损耗的情况下从隔离后的输 出信号得到输入的高压交流电信号的所有参数幅值、相位和频率。图4中二路并联的电流隔离模块分别传输电容中电流信号的正半周和 负半周，因为交流信号是有规律的，只要有半个周期甚至1/4周期的信号 就能检测出全部信号，本发明的检测电路如图6所示，是通过光耦11将 交流电流隔离传输，检测输入交流电的半个周期一个过零点的一个实例。 图6 二极管Dl作用是为避免交流电反向后光耦11中发光二极管承受的反 向电压太大而击穿提供的反向电流通路，设流过光耦发光二极管的电流为 Id，流过二极管Dl的电流为Idl，如图8所示，当输入电压由C点向D 点变化时，光耦发光二极管中有电流Id流过，其变化趋势如图中C'到D' 的曲线所示，此时二极管D1的电流Idl为0;当输入电压由D点向E点 变化时，二极管D1中有电流Idl流过，其变化趋势如图8中D"到E'' 的曲线所示，此时光耦发光二极管的电流Id为0。 二极管D1和光耦11中 发光二极管在交流输入电压变化的一个周期内交互工作，因此图6所示的 检测电路是单向传输。
图6所示的检测电路中由于二极管D1导通的电压很小，输入电压的 大部分被电容C2分担，而电容C2为非耗能器件，所以交流信号通过光耦 传输的过程中损耗损耗非常小，和目前的检测电路的损耗比可以忽略不 计。
图7是图6电路上的一个改进，也可以在图4的电路上增加这个电阻， 其作用是防止在上电的瞬间高压加到电流模块上面而损坏器件，正常工作 后可以不要这个电阻，实际电路中，这个电阻很小远远小于取样电容C2 的容抗，所以对电路影响非常小，在分析电路时可以忽略不记。
本发明的一种用于检测高压交流电的低功耗隔离检测的方法，执行于 上述的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路，包括以下步骤
转换步骤，是通过电容负载C2将交流电压信号转换为电容电流信号；
传输步骤，是通过电流隔离传输模块11、 12将高压侧的电容电流信 号传输到低压侧；
处理检测步骤，将传输到低压侧的电流信号通过低压检测模块3检测 并以此判断高压交流信号的参数。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围 内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
权利要求
1. 一种用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路，包括一高压交流信号源、两个并联连接的电流隔离传输模块及一低压检测模块，其特征在于，还包括一取样电容，该取样电容与所述的两个并联的电流隔离传输模块串联连接后与高压交流信号源连接，所述低压检测模块与两个电流隔离传输模块的输出端连接。
2. 根据权利要求1所述的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路，其特 征在于，所述两个并联连接的电流隔离传输模块中的一个可以由二极管代替，所述 低压检测模块与另一个电流隔离传输模块的输出端连接。
3. 根据权利要求1或2所述的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路， 其特征在于，还包括一保护电阻，该保护电阻与取样电容及并联连接的电流隔离传 输模块和二极管串联连接后与高压交流信号源连接，所述低压检测模块与电流隔离传输模块的输出端连接。
4. 根据权利要求1或2所述的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路， 其特征在于，所述电流隔离传输模块为一由发光二极管和光敏三极管构成的光耦。
5. 根据权利要求3所述的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路，其特 征在于，所述电流隔离传输模块为一由发光二极管和光敏三极管构成的光耦。
6. —种用于检测高压交流电的低功耗隔离检测的方法，执行于上述的用于检 测高压交流电的低功耗隔离检测电路，包括以下步骤转换步骤，将高压交流信号转换为电容电流信号；传输步骤，将上述电容电流信号传输到低压侧；处理检测步骤，将上述传输到低压侧的电流信号进行处理并检测。
7. 根据权利要求6所述的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测的方法，其 特征在于，所述转换步骤是通过电容负载将交流电压信号转换为电容电流信号；所 述传输步骤是通过电流隔离传输模块将高压侧的电容电流信号传输到低压侧；所述 处理检测步骤是将传输到低压侧的电流信号通过低压检测模块检测并以此判断高 压交流信号的参数。
全文摘要
本发明公开了一种用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路及其检测方法，该电路包括一高压交流信号源、两个并联连接的电流隔离传输模块及一低压检测模块，还包括一取样电容，该取样电容与所述的两个并联的电流隔离传输模块串联连接后与高压交流信号源连接，所述低压检测模块与两个电流隔离传输模块的输出端连接。本发明的用于检测高压交流电的低功耗隔离检测电路通过电容负载把高压交流电的电压信号转变为电容的电流信号，再把这个电流信号通过隔离传输模块把电流信号隔离传输给低压的信号处理模块，并从中检测出高压交流信号，在这个过程中，交流电压的电容负载不损耗能量，所以本发明的信号取样电路为电容电流信号的获得不需要损耗能量。
文档编号G01R15/16GK101452015SQ20071017121
公开日2009年6月10日 申请日期2007年11月29日 优先权日2007年11月29日
发明者任善华, 喻明凡, 林新春 申请人:上海辰蕊微电子科技有限公司