专利名称：电网电压检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电网电压检测装置，特别涉及一种不用变压器来测量电网电压的实时检测装置。
背景技术：
世界各国的电网电压有很多都不一样，因此很多电子产品需要针对各种电网电压进行不同的对策使之能够正常工作。其中首要的问题是检测电网电压。目前的电网电压检测，一般是采用变压器，使高的交流电压转换并隔离成低的电压，然后再用A/D采集和单片机进行测量。如图1所示，交流电网电压101输入变压器102 的初级端，因为初级绕组匝数比较多，次级绕组匝数比较小，这样的话可以隔离并产生低电压，经过二极管103整流和电容104滤波后，会变成一比较平滑的直流电压，然后经过电阻 105和106分压后输给A/D采样电路107，最后输给单片机108进行检测。上述电网电压检测电路存在的问题是，变压器的价格相对昂贵，体积也较大。同时，这样的方法不能测出电网电压的频率，具有一定的局限性。另外，使用变压器实时检测电压，消耗在变压器上的功耗也比较大。
实用新型内容本实用新型针对上述现有技术的缺陷，提供一种既能实现电压隔离，又能省去大体积的变压器，从而实现低成本实现电网电压检测的电网电压检测装置。为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为一种电网电压检测装置， 包括整流电路、零点检测电路、分压电路、单稳态脉冲触发电路以及处理单元，整流电路将交流电网电压转换为直流电压波形；零点检测电路连接该整流电路，检测该交流电网电压的零点并据此输出零点脉冲；分压电路连接该整流电路，将该直流电压波形按比例缩小至逻辑电路的低电压波形；单稳态脉冲触发电路连接该分压电路，接收该低电压波形，并在该低电压波形上电压达到一参考电平的时刻产生单稳态脉冲，其中该单稳态脉冲与该零点脉冲之间具有时间差；处理单元连接该零点检测电路及该单稳态脉冲触发电路，根据该单稳态脉冲和零点脉冲之间的时间差以及该单稳态脉冲产生时刻的交流电网瞬时电压计算出该交流电网电压的电压值。优选地，所述零点检测电路与该处理单元之间连接有第一光电隔离电路，所述单稳态脉冲触发电路与该处理单元之间连接有第二光电隔离电路。优选地，该整流电路为全波整流电路。 优选地，该处理单元为单片机。本实用新型的电网电压检测装置没有采用变压器，能实时监测电网的电压和频率，具有检测准确实时、功耗低，价格低的优点。
图1是现有技术的电网检测电路示意图。图2是本实用新型实施例的电网检测装置的方框图。[0015]图3为本实用新型实施例输入交流电网电压的波形图；图4为本实用新型实施例经过整流后的直流电压波形图；图5为本实用新型实施例经过分压以后的低电压波形图。图6是本实用新型实施例的电网检测装置的零点脉冲与单稳态脉冲波形图。图7是本实用新型实施例的电网检测装置的电路原理图。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型实施例的电网检测装置包括整流电路202、分压电路203、 单稳态脉冲触发电路204、零点检测电路205及运算单元206。 本实施例中，电网检测装置还可包括第一光电隔离电路207及第二光电隔离电路 208。整流电路202输入交流电网201的电压Vin，其电压波形如图3所示，其中交流电网电压可以是IlOV电网电压(如实线所示)，也可以是220V电网电压(如虚线所示)。整流电路202是全波整流电路，本实施例中采用如图7所示的桥式整流器。经过整流电路202 后交流电网电压被转换为直流电压波形，其电压波形如图4所示，然后把电压分成两路分别给零点检测电路205和单稳态脉冲触发电路204。零点检测电路205为本领域所熟知的电路，因此在此不再详细描述。零点检测电路205不仅能提供一个电压过零点的零点脉冲信号I^z (如图6所示)，还可以提供一个逻辑电路的电源电压(参照图7中的VTEMP)，用来给单稳态脉冲触发电路204及光电隔离电路 207、208 供电。分压电路203连接到整流电路202，以将直流电压波形按比例缩小至逻辑电路的低电压波形(如图5所示)。如图7所示，本实施例的分压电路203中，二极管Dl是用来使Rl、R2之间的A点电压不超过6V，使R2、R3之间的B点电压不至于超过后续芯片(如 74HC123)输入脚的最大允许电压，起保护作用。图5所示为分压后B点的低电压波形，此低电压波形输入单稳态脉冲触发电路204。单稳态脉冲触发电路204，连接到分压电路203，单稳态脉冲触发电路204接收图5 的低电压波形，并在该低电压波形上电压达到一参考电平的时刻产生单稳态脉冲Ps，如图 4所示。此参考电平可为逻辑高电平，参考电平与单稳态脉冲I3S产生时刻的交流电网瞬时电压有关。如图7所示，单稳态脉冲触发电路204的单稳态脉冲触发器选用74HC123，其输入端为施密特(khmitt)输入，可提高抗干扰能力。如果输入电压值大于3. 5V的参考电平， 则输入认为高电平，此时会产生一个单稳态脉冲，此脉冲宽度由R4及C3决定，要求既能保证弱电端的单片机可靠及时的检测，同时又不是很长，使光电耦合管U3中的发光二极管不会消耗太多的功耗，VTEMP能够稳定，整个电路的功耗可以很小。然后该单稳态脉冲驱动第一光电隔离电路208中的U3中的发光二极管，经过光电耦合后在弱电压端也出现一个脉冲 Ps信号，即为电压检测的脉冲信号，最后输给作为运算单元206的单片机。回到图2所示，运算单元206连接零点检测电路205及该单稳态脉冲触发电路 204，运算单元206会采集图4所示的零点脉冲I3Z和单稳态脉冲I3S,这两个脉冲之间有一个时间差ts。由二个零点脉冲I3Z之间的时间差可计算出输入交流电网电压的频率f。而当单稳定脉冲触发电路的输入电平达到参考电平而产生单稳态脉冲I3S时，一般地由参考电平大小及分压电路203的分压比能够算出此时电网电压的瞬时电压Vs。若以图7所示的具体电路为例，当B点电压为高电平电压(如3. 5V)时(即产生一脉冲时)，由具体电路能够算出此时电网电压的瞬时电压Vs。运算单元206的一个例子是如图7所示的单片机，运算单元206中可包含预先依据上述参考电平及分压电路的分压比确定(或者进一步考虑具体电路影响)的交流电网瞬时电压值Vs。由于一般电网的电压都是正弦波，V = Vp*sir^23i*f*t)，当t = ts时，V = VsJlJ 电压峰值Vp = VS/Sin(2*Ji*f*tS)，然后可算出即为交流电网输入电压的有效值。由此运算单元206根据单稳态脉冲I3S和零点脉冲I3Z之间的时间差ts以及该单稳态脉冲产生时刻的交流电网瞬时电压Vs，可计算出该交流电网电压的电压值。综合以上所述，本实用新型是把电网进行分压，并在某一特定电压点产生一个脉冲，然后根据此脉冲与零点脉冲的时间间隔算出电网电压。本实用新型还额外获得了电网频率。由于本实用新型的电路中没有采用变压器，因而功耗低、价格低、体积小。以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本实用新型原理的技术方案均属于本实用新型的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理的前提下进行的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种电网电压检测装置，其特征在于它包括 整流电路，将交流电网电压转换为直流电压波形；零点检测电路，连接该整流电路，检测该交流电网电压的零点并据此输出零点脉冲； 分压电路，连接该整流电路，将该直流电压波形按比例缩小至逻辑电路的低电压波形；单稳态脉冲触发电路，连接该分压电路，接收该低电压波形，并在该低电压波形上电压达到一参考电平的时刻产生单稳态脉冲，其中该单稳态脉冲与该零点脉冲之间具有时间差；以及处理单元，连接该零点检测电路及该单稳态脉冲触发电路。
2.如权利要求1所述的电网电压检测装置，其特征在于所述零点检测电路与该处理单元之间连接有第一光电隔离电路，所述单稳态脉冲触发电路与该处理单元之间连接有第二光电隔离电路。
3.如权利要求1所述的电网电压检测装置，其特征在于所述整流电路为全波整流电路。
4.如权利要求1所述的电网电压检测装置，其特征在于所述处理单元为单片机。
专利摘要本实用新型公开一种电网电压检测装置，包括整流电路、零点检测电路、分压电路、单稳态脉冲触发电路以及处理单元。整流电路将交流电网电压转换为直流电压波形；零点检测电路检测该交流电网电压的零点并据此输出零点脉冲；分压电路将该直流电压波形按比例缩小至逻辑电路的低电压波形；单稳态脉冲触发电路接收该低电压波形，并在该低电压波形上电压达到一参考电平的时刻产生单稳态脉冲，其中该单稳态脉冲与该零点脉冲之间具有时间差；处理单元根据该单稳态脉冲和零点脉冲之间的时间差以及该单稳态脉冲产生时刻的交流电网瞬时电压计算出该交流电网电压的电压值。本实用新型不需要采用变压器，具有功耗低，价格低，检测准确实时的优点。
文档编号G01R19/00GK202018472SQ20102066758
公开日2011年10月26日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者张文伟 申请人:上海巍翔电气控制有限公司