低功耗电容型交流电压信号转换电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种低功耗电容型交流电压信号转换电路，包括光耦合器、连接在交流电源和光耦合器的输入端元件之间的输入侧电路以及连接到光耦合器的输出端元件的输出侧电路，所述输入侧电路包括与所述光耦合器的输入端元件串联的电阻单元和电容。本实用新型的低功耗电容型交流电压信号转换电路，大幅降低电路功耗。
【专利说明】低功耗电容型交流电压信号转换电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电路设计领域，特别涉及一种低功耗电容型交流电压信号转换电路。
【背景技术】
[0002]工业领域中经常有对交流电压相位检测的需求:例如电网大型设备启动需要在交流电压过零时刻附近合闸并网，以防止瞬间大电流导致的电弧打火等现象。对于某些特定的需要在过零点附近通信的电力线载波通信系统，也需要系统有办法得到当前电网交流电压的实际相位。这就需要一种电路将高电压交流信号转换成可以用单片机检测的低电压信号。
[0003]如图1所示，传统的交流电压转换电路是电阻型的。图1中的左侧为强电压输入端，通过若干高阻值的电阻，强电压在光耦器件Ul的原边产生一个毫安级的“通-断-通-断”状态不断转换的电流，由于光耦器件的性质，使得Ul的副边实际处于“导通-关断-导通-关断”不断转换的状态中，由于上拉电阻R7的作用，使得在输出端产生了一个与原电压VAC同步的交流信号VAC’，VAC’的电压范围为VDD到OV之间，可以用单片机检测.这样就实现了将强电压交流信号VAC转换成弱电压交流信号VAC’的过程。
[0004]这个电路的实际功耗主要发生在Ul的原边侧，约等于VAC2/(R1+R2+R3+...)，其中分母等于所有串联电阻的阻值。实际串联电阻的阻值和个数由需要转换的强电压信号VAC的电压等级决定，设计的原则是使得电流达到光耦合器的工作电流范围，一般为2mA?3mA左右.以VAC为220V有效值电压，光耦合器的工作电流为2mA为例，可计算得出此时电阻的阻值为IlOk欧姆左右，代入上面的计算公式，可以知道此时的原边功耗为0.44W。电阻型电压转换电路的转换前的电压信号VAC与转换后的电压VAC’的相位关系示意图如图2所示。
[0005]由于图1所示的电阻型电压转换电路的功耗比较大，且功耗完全转换为热能，既增加了设备功耗，又使得电阻时刻处于发热状态，不利于设备的长期稳定运行。
实用新型内容
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种低功耗电容型交流电压信号转换电路，大幅降低电路功耗。
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种低功耗电容型交流电压信号转换电路，包括光耦合器、连接在交流电源和光耦合器的输入端元件之间的输入侧电路以及连接到光耦合器的输出端元件的输出侧电路，所述输入侧电路包括与所述光耦合器的输入端元件串联的电阻单元和电容。
[0008]作为优选，所述光耦合器的输入端元件串联有滤波电阻，所述输入侧电路还包括与所述光稱合器的输入端兀件和滤波电阻并联的第一滤波电容。
[0009]作为优选，所述电阻单元包括多个串联的电阻。[0010]作为优选，所述光耦合器的输入端元件为一发光二极管，所述输入侧电路还包括与所述第一滤波电容并联且其导通方向与所述发光二极管导通方向相反的限压二极管。
[0011]作为优选，所述输出侧电路包括上拉电阻、第二滤波电容和负载电阻，所述光耦合器的输出端元件的一端通过所述上拉电阻连接到开关电源并通过所述负载电阻引出所述低功耗电容型交流电压信号转换电路的输出信号，所述输出端元件的另一端接地，所述输出端元件与所述滤波电容并联。
[0012]与现有技术相比，本实用新型的低功耗电容型交流电压信号转换电路能够将高电压的交流电信号转换成可以用单片机等逻辑器件检测相位的低电压交流电信号，从而获得诸如当前电网电压相位，过零点时刻等信息。与现有技术的电阻型电压信号转换电路相t匕，本实用新型的低功耗电容型交流电压信号转换电路具有以下显著优点:
[0013]1.低功耗:以220V，50Hz交流电压转换为例，电阻型转换电路的功耗为500mW左右，而本实用新型的电容型转换电路的功耗低于1mW ；
[0014]2.可靠性好:由于功耗低，电路发热量小，有利于电路长时间稳定工作；
[0015]3.一致性好:本电路对所使用的电阻电容等元器件的精度要求低，对于批量生产的电路产品可以以较低成本实现良好的一致性；
[0016]4.结构简单，实现成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为现有技术的电阻型电压转换电路的电路结构示意图；
[0018]图2为现有技术的电阻型电压转换电路的转换前的电压信号VAC与转换后的电压VAC’的相位关系不意图；
[0019]图3为本实用新型的实施例的低功耗电容型交流电压信号转换电路的电路结构示意图；
[0020]图4为本实用新型的实施例的低功耗电容型交流电压信号转换电路的转换前的电压信号VAC与转换后的电压VAC’的相位关系示意图；
[0021]图5为示波器在本实用新型的实施例的低功耗电容型交流电压信号转换电路上测量的VAC与VAC’的波形图；
[0022]图6为本实用新型的另一个实施例的低功耗电容型交流电压信号转换电路的电路结构不意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本实用新型的实施例的低功耗电容型交流电压信号转换电路作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
[0024]图3为本实用新型的实施例的低功耗电容型交流电压信号转换电路的电路结构示意图；图4为本实用新型的实施例的低功耗电容型交流电压信号转换电路的转换前的电压信号VAC与转换后的电压VAC’的相位关系示意图；图5为示波器在本实用新型的实施例的低功耗电容型交流电压信号转换电路上测量的VAC与VAC’的波形图。
[0025]如图3-5所示，本实用新型的实施例的低功耗电容型交流电压信号转换电路，包括光耦合器U1、连接在交流电源和光耦合器的输入端元件之间的输入侧电路以及连接到光率禹合器的输出端兀件的输出侧电路，输入侧电路包括与光I禹合器的输入端兀件串联的电阻单元R和电容C。本实用新型在电阻型电压转换电路的基础上做了改进，在保持光耦合器工作电流不变的基础上，将原电阻电路换成以一个电容C为核心器件的电容型负载电路。该电路在工作时，电容C始终处于“充电-放电-充电”的过程，这个充电电流使光耦合器Ul产生与之相应的通/断的动作，其作用使得光耦合器Ul右侧产生同样的与原VAC同步但相差90度的交流信号。同时，光耦合器Ul原边的充电电流与VAC电压始终呈90度相移关系，不产生实际的有功功率，而电路的主要功耗都耗散在充电电路的电阻单元R上，将功耗大幅度降低。
[0026]如图6所示为本实用新型的另一个实施例的低功耗电容型交流电压信号转换电路的电路结构示意图。作为本实施例的优选方案，光耦合器的输入端元件串联有滤波电阻R2,输入侧电路还包括与光稱合器的输入端兀件和滤波电阻R2并联的第一滤波电容Cl,对电流波形进行滤波。电阻单元R包括多个串联的电阻，用于增加爬电距离，减少浪涌电流对电路的冲击。多个串联的电阻在图6中分别示为电阻Rl、R5、R6以及R7，电阻阻值可根据实际电气要求配置。
[0027]作为一种改进，光稱合器的输入端兀件为一发光二极管，输入侧电路还包括与第一滤波电容并联且其导通方向与发光二极管导通方向相反的限压二极管D1，以提高电路效倉泛。
[0028]作为另一种改进，输出侧电路包括上拉电阻、第二滤波电容和负载电阻，光耦合器Ul的输出端元件的一端通过上拉电阻R4连接到开关电源VDD (例如为5伏)并通过负载电阻R3引出本实用新型的实施例的低功耗电容型交流电压信号转换电路的输出信号，输出端元件的另一端接地GND，并且输出端元件的两端(例如三极管的e极和c极之间)并联有第二滤波电容C2。第二滤波电容C2对光耦合器U2的电流信号起到滤波作用，使得产生的转换电压信号更光滑陡峭，如图4和图5所示。
[0029]本实用新型的低功耗电容型交流电压信号转换电路对使用的电阻电容等元器件精度要求较低，所以本实用新型的低功耗电容型交流电压信号转换电路的电阻电容元器件参数并不限于附图中所示的电阻值和电容值，可根据实际电路设计要求配置优选的器件参数，以达到实际电气要求所需要的功耗要求。
[0030]以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种低功耗电容型交流电压信号转换电路，包括光耦合器、连接在交流电源和光耦合器的输入端元件之间的输入侧电路以及连接到光耦合器的输出端元件的输出侧电路，其特征在于，所述输入侧电路包括与所述光耦合器的输入端元件串联的电阻单元和电容。
2.根据权利要求1所述的低功耗电容型交流电压信号转换电路，其特征在于，所述光耦合器的输入端元件串联有滤波电阻，所述输入侧电路还包括与所述光耦合器的输入端元件和滤波电阻并联的第一滤波电容。
3.根据权利要求1所述的低功耗电容型交流电压信号转换电路，其特征在于，所述电阻单元包括多个串联的电阻。
4.根据权利要求2所述的低功耗电容型交流电压信号转换电路，其特征在于，所述光耦合器的输入端元件为一发光二极管，所述输入侧电路还包括与所述第一滤波电容并联且其导通方向与所述发光二极管导通方向相反的限压二极管。
5.根据权利要求1所述的低功耗电容型交流电压信号转换电路，其特征在于，所述输出侧电路包括上拉电阻、第二滤波电容和负载电阻，所述光耦合器的输出端元件的一端通过所述上拉电阻连接到开关电源并通过所述负载电阻引出所述低功耗电容型交流电压信号转换电路的输出信号，所述输出端元件的另一端接地，所述输出端元件与所述滤波电容并联。
【文档编号】H02M5/06GK203827190SQ201320855873
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】吕海峰, 张大语 申请人:上海贝岭股份有限公司