交流电压的检测装置的制作方法

本实用新型涉及电压检测技术领域，具体而言，涉及一种交流电压的检测装置。

背景技术：

在空调系统中，为了保证空调器长期可靠运行，需要实时检测电源电压来进行过电压、欠电压保护，以及限制频率运行等一系列控制。

目前，相关技术中对于电压的检测通常是：先采用线性变压器将电源降压，然后整流得出直流电压，最后输入芯片的AD端口通过转换得出实际检测到的电压值。但是，这种检测方式存在以下问题：

1、普通线性变压器的精度有限，只能在有限的范围内保持线性；

2、不同的负载、不同的地区都存在着电源波形的差异，而不同波形的平均值相差很大，导致检测结果的误差很大，实验测试中曾出现高达15V的电压误差。

因此，如何能够准确地对电压进行检测，提高电压检测的精度成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型的目的在于提出了一种交流电压的检测装置，可以有效提高交流电压信号到直流电压信号的转换精度，同时也能够实现在不同地区、不同负载情况下对电压检测精度的控制。

为实现上述目的，根据本实用新型的第一方面的实施例，提出了一种交流电压的检测装置，包括：电压采集模块，用于采集交流电压信号；RMS-DC转换器，连接至所述电压采集模块，用于将所述电压采集模块采集的交流电压信号转换为直流电压信号；处理器，连接至所述RMS-DC转换器，用于接收所述直流电压信号，并根据所述直流电压信号确定检测到的电压值。

根据本实用新型的实施例的交流电压的检测装置，由于RMS(Root Mean Square，均方根)-DC(Direct Current，直流电)转换器能够精确地计算交流波形RMS值的直流等效值，并且能够在很宽的输入电平和温度范围内提供高精度的转换，因此通过设置RMS-DC转换器连接至电压采集模块，以将电压采集模块采集的交流电压信号转换为直流电压信号，使得能够有效提高交流电压信号到直流电压信号的转换精度，同时也能够实现在不同地区、不同负载情况下对电压检测精度的控制，进而使得其它设备(如空调器等)能够根据精确检测到的电压信号来有效地进行过电压、欠电压保护，以及限制频率运行等一系列控制。

根据本实用新型的上述实施例的交流电压的检测装置，还可以具有以下技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述电压采集模块包括电压互感器。

在该实施例中，由于电压互感器的检测误差较小，因此通过电压互感器来检测直流电压信号，能够有效提高检测到的直流电压信号的精度。

根据本实用新型的一个实施例，所述RMS-DC转换器包括：AD8436芯片。

根据本实用新型的一个实施例，所述电压互感器的第一输出端连接至第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接至所述电压互感器的第二输出端和第一电容的第一端，所述第一电容的第二端连接至所述AD8436芯片的FET输入缓冲器同相输入端，所述电压互感器的第二输出端接地；所述AD8436芯片的RMS端通过第二电容连接至所述AD8436芯片的FET输入缓冲器输出端和FET输入缓冲器反相输入端。

在该实施例中，通过设置第一电阻，可以对AD8436芯片起到保护作用，有效防止电网浪涌对芯片造成的影响。其中，第一电容为输入耦合电容，能够实现AD8436芯片近似零输出失调电压的特性，该第一电容的选择需要支持预期的最低工作频率。而通过设置第二电容，可以防止输入缓冲器失调电压传递到输出端，该第二电容可以是低漏电容。AD8436芯片的FET输入缓冲器同相输入端即为“IBUFIN+”端。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一电阻的第二端通过第二电阻连接至所述电压互感器的第二输出端。

在该实施例中，通过设置第二电阻，使得第二电阻能够与第一电阻构成分压电路，进而能够将输入至AD8436芯片的电压信号调整到合适的范围。

根据本实用新型的一个实施例，所述AD8436芯片的FET输入缓冲器同相输入端还连接至第一二极管的阳极和第二二极管的阴极，所述第一二极管的阴极接直流电源，所述第二二极管的阳极接地。

在该实施例中，通过在AD8436芯片的FET输入缓冲器同相输入端连接第一二极管和第二二极管，使得第一二极管和第二二极管能够钳位FET输入缓冲器同相输入端的端口电压。

根据本实用新型的一个实施例，所述AD8436芯片的IGND端通过第三电阻连接至所述FET输入缓冲器同相输入端，并通过第三电容接地。

在该实施例中，通过在AD8436芯片的IGND端和FET输入缓冲器同相输入端之间连接第三电阻，可以提高输入阻抗来防止向信号源提供负载。其中，第三电阻可选用阻值较大的电阻，如10MΩ。同时，AD8436芯片的IGND端通过第三电容接地，可以通过第三电容有效抑制环境噪声。

根据本实用新型的一个实施例，所述AD8436芯片的输出缓冲器同相输入端和OUT端均连接至第四电容的第一端，所述第四电容的第二端接地。

在该实施例中，AD8436芯片的输出缓冲器同相输入端即为“OBUFIN+”端，其中，第四电容在此作为低通滤波器，可以有效滤除由于均方根转换而产生的残留波形。

根据本实用新型的一个实施例，所述AD8436芯片的输入缓冲器电源端、输出缓冲器电源端和VCC端均连接至直流电源，所述AD8436芯片的CAVG端通过第五电容连接至直流电源，所述AD8436芯片的CCF端通过第六电容连接至直流电源，所述AD8436芯片的VCC端还通过第七电容接地。

在该实施例中，AD8436芯片的输入缓冲器电源端即为“IBUFV+”端，输出缓冲器电源端即为“OBUFV+”端。其中，第五电容为均值电容，RMS-DC的转换需要通过该第五电容来提供均方根的平均值，并且RMS的转换精度取决于该第五电容的取值；第六电容为波峰因数电容，主要是应对不同电源波形下有同样测检测精度，其取值优选低于第五电容的10％，以确保两个电容表现为双级点RC低通滤波器；第七电容为供电电源的滤波电容。

根据本实用新型的一个实施例，所述AD8436芯片的输出缓冲器输出端(即“OBUFOUT”端)和输出缓冲器反相输入端(即“OBUFINT-”端)相连，并连接至所述处理器的输入端。

其中，处理器根据输入的端口电压，通过查表的方式来获取检测到的实际电压值。

本实用新型的附加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

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本实用新型的实施例的交流电压的检测装置的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的实施例的AD8436芯片的内部结构示意图；

图3示出了根据本实用新型的实施例的交流电压的检测装置的电路结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本实用新型的实施例的交流电压的检测装置的结构示意图。

如图1所示，根据本实用新型的实施例的交流电压的检测装置，包括：电压采集模块102、RMS-DC转换器104和处理器106。

其中，电压采集模块102用于采集交流电压信号；RMS-DC转换器104连接至所述电压采集模块102，用于将所述电压采集模块102采集的交流电压信号转换为直流电压信号；处理器106连接至所述RMS-DC转换器104，用于接收所述直流电压信号，并根据所述直流电压信号确定检测到的电压值。

具体来说，由于RMS-DC转换器能够精确地计算交流波形RMS值的直流等效值，并且能够在很宽的输入电平和温度范围内提供高精度的转换，因此通过设置RMS-DC转换器连接至电压采集模块，以将电压采集模块采集的交流电压信号转换为直流电压信号，使得能够有效提高交流电压信号到直流电压信号的转换精度，同时也能够实现在不同地区、不同负载情况下对电压检测精度的控制，进而使得其它设备(如空调器等)能够根据精确检测到的电压信号来有效地进行过电压、欠电压保护，以及限制频率运行等一系列控制。其中，处理器106可以是单片机等，比如可以采用89C51单片机芯片等。

在本实用新型的一个实施例中，优选地，所述电压采集模块102包括电压互感器。其中，电压互感器可以采用电力系统行业的互感器，其误差较小(千分之一误差)，并且在0-360V的电压范围内完全线性，满足了额定电源电压为220V的检测，有效保证了在对交流电压进行检测时由强电转换为弱电的精度。

其中，所述的RMS-DC转换器包括：AD8436芯片、AD737芯片、AD736芯片、AD637芯片、AD636芯片等。优选地，可以采用AD8436芯片，该芯片是低成本、低功耗的真RMS-TO-DC转换芯片，它可以精确计算交流波形RMS值的直流等效值，能在很宽的输入电平和温度范围提供高精度转换，可实现小于或等于±0.5％的精度及小于或等于≤10μV的输出失调。

以下以RMS-DC转换器为AD8436芯片为例，详细说明本实用新型的技术方案：

AD8436芯片是一款隐式函数RMS-TO-DC转换器，可依据交流电压的RMS值提供直流电压，除了基本的转换功能外，该芯片还包括两个完全独立的可选放大器和一个精密直流输出缓冲放大器，具体如图2所示，RMS内核包括一个精密电流响应全波整流器和一个对数-反对数晶体管阵列，用于进行电流平方和平方根计算。

如图2和图3所示，AD8436芯片主要包括了以下引脚：

1、SUM：求和放大器输入引脚。

2、DNC：用于工厂测试。

3、RMS：RMS内核的交流输入。

4、IBUFOUT：FET输入缓冲器输出引脚。

5、IBUFIN-：FET输入缓冲器反相输入引脚。

6、IBUFIN+：FET输入缓冲器同相输入引脚。

7、IBUFGN：可选10KΩ精密增益电阻。

8、DNC：用于工厂测试。

9、OGND：内部16KΩ电流转电压电阻。

10、OUT：RMS内核电压或电流输出。

11、VEE：负电源轨。

12、IGND：半电源节点。

13、OBUFIN+：输出缓冲器同相输入引脚。

14、OBUFIN-：输出缓冲器反相输入引脚。

15、OBUFOUT：输出缓冲器输出引脚。

16、OBUFV+：输出缓冲器电源引脚。

17、IBUFV+：输入缓冲器电源引脚。

18、VCC：RMS内核的正电源轨。

19、CCF：波峰因数电容的连接。

20、CAVG：均值电容的连接。

如图3所示，电压互感器T1的第一输出端(即“OUT”端)连接至第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接至电压互感器T1的第二输出端(即“OUT*”端)和第一电容C6的第一端，第一电容C6的第二端连接至AD8436芯片的IBUFIN+端，电压互感器T1的第二输出端接地；所述AD8436芯片的RMS端通过第二电容C5连接至AD8436芯片的FET输入缓冲器输出端(即“IBUFOUT”端)和FET输入缓冲器反相输入端(即“IBUFIN-”端)。

其中，电压互感器T1的两个输入端(即“IN”端和“IN*”端)连接至待检测的交流电源。

在该实施例中，通过设置第一电阻R1，可以对AD8436芯片起到保护作用，有效防止电网浪涌对芯片造成的影响。其中，第一电容C6为输入耦合电容，能够实现AD8436芯片近似零输出失调电压的特性，该第一电容C6的选择需要支持预期的最低工作频率。而通过设置第二电容C5，可以防止输入缓冲器失调电压传递到输出端，该第二电容C5可以是低漏电容。

进一步地，第一电阻R1的第二端通过第二电阻R2连接至电压互感器T1的第二输出端。通过设置第二电阻R2，使得第二电阻R2能够与第一电阻R1构成分压电路，进而能够将输入至AD8436芯片的电压信号调整到合适的范围。

进一步地，AD8436芯片的IBUFIN+端还连接至第一二极管D5的阳极和第二二极管D6的阴极，所述第一二极管D5的阴极接直流电源，所述第二二极管D6的阳极接地。

通过在AD8436芯片的IBUFIN+端连接第一二极管D5和第二二极管D6，使得第一二极管D5和第二二极管D6能够钳位IBUFIN+端的端口电压。

进一步地，AD8436芯片的IGND端通过第三电阻R3连接至IBUFIN+端，并通过第三电容C11接地。

在该实施例中，通过在AD8436芯片的IGND端和IBUFIN+端之间连接第三电阻R3，可以提高输入阻抗来防止向信号源提供负载。其中，第三电阻R3可选用阻值较大的电阻，如10MΩ。

同时，AD8436芯片支持单电源和双电源供电，单电源供电时，与器件进行交流耦合与双电源类似，模拟输入全部偏置到半电源电压，但输出仍然以地为基准，由于AD8436为电流源，因此IGND端需要一个额外的旁路电容C11来抑制环境噪声。

进一步地，AD8436芯片的输出缓冲器同相输入端(即“OBUFIN+”端)和OUT端均连接至第四电容C7的第一端，所述第四电容C7的第二端接地。

在该实施例中，第四电容C7在此作为低通滤波器，可以有效滤除由于均方根转换而产生的残留波形。

进一步地，AD8436芯片的输入缓冲器电源端(即“IBUFV+”端)、输出缓冲器电源端(即“OBUFV+”端)和VCC端均连接至直流电源，AD8436芯片的CAVG端通过第五电容C8连接至直流电源，AD8436芯片的CCF端通过第六电容C9连接至直流电源，AD8436芯片的VCC端还通过第七电容C10接地。

在该实施例中，第五电容C8为均值电容，RMS-DC的转换需要通过该第五电容C8来提供均方根的平均值，并且RMS的转换精度取决于该第五电容C8的取值，第五电容C8的容值需要满足以下要求：能以最低的目标频率对足够多的周期进行平均，从而获得所需的RMS精度，另一方面电容值也不能太大，太大会导致建立时间延长，效益会递减；第六电容C9为波峰因数电容，主要是应对不同电源波形下有同样测检测精度，其取值优选低于第五电容C8的10％，以确保两个电容表现为双级点RC低通滤波器；第七电容C10为供电电源的滤波电容。

进一步地，AD8436芯片的输出缓冲器输出端(即“OBUFOUT”端)和输出缓冲器反相输入端(即“OBUFINT-”端)相连，并连接至所述处理器的输入端。

其中，处理器根据输入的端口电压，通过查表的方式来获取检测到的实际电压值。

上述的交流电压的检测装置可以应用在空调器中，以通过实时检测到的电源电压来进行过电压、欠电压保护，以及限制频率运行等一系列控制。

以上结合附图详细说明了本实用新型的技术方案，本实用新型提出了一种交流电压的检测装置，可以有效提高交流电压信号到直流电压信号的转换精度，同时也能够实现在不同地区、不同负载情况下对电压检测精度的控制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。