专利名称：一种负载开路检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种强电环境下的负载开路检测电路。
背景技术：
现有强电环境下，对负载开路进行检测时，通常利用电流互感器、放大器以及带A/D转换功能的单片机实现开路检测。电流互感器对负载支路上的电流进行检测取样，输出相应的电压信号，经过放大器放大后输入带A/D转换功能的单片机中，将放大后的模拟电压信号转换为数字信号后由单片机进行识别检测，判读负载是否开路。上述检测电路中，电流互感器以及带A/D转换功能的单片机的价格均较昂贵，导致整个电路成本较高。同时电流互感器的体积也较大，占用空间较大，使得检测电路的体积较大。另外，带A/D转换功能的单片机，对模拟信号进行转换需要耗费一段时间，且对转换后的信号进行识别不是很灵敏准确，导致整个检测电路的开路检测效果并不是很好。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的不足，提出一种负载开路检测电路，电路成本较低。本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决
一种负载开路检测电路，包括电压取样电路，限流电路，整流电路，上拉电路和单片机控制电路；所述电压取样电路与待检测的负载串联连接，所述电压取样电路的输出端通过所述限流电路连接所述整流电路的输入端，所述整流电路的输出端与所述上拉电路的输出端，所述单片机控制电路的信号输入端连接在一起，所述单片机控制电路根据输入端接收的方波信号中出现了影响周期规律的高电平信号时判断所述待检测负载开路。本发明与现有技术对比的有益效果是
本发明的负载开路检测电路，通过电压取样电路对待检测的负载支路进行取样检测，整流电路对取样电压进行整流转换，单片机控制电路信号输入端连接上拉电路的输出和整流电路的输出，单片机平时接收方波信号，当方波信号中出现影响周期规律的高电平信号即可判断负载开路了。整个电路，通过简单的电压取样，以及普通的不带A/D转换功能的单片机均可实现电路，因此电路成本较低。单片机通过对方波信号中出现的影响周期规律的高电平即可识别检测出开路，检测过程较现有技术也较准确。另外，电压取样通过简单的电路实现，例如取样电阻实现，不必通过电流互感器检测电路电流，从而电路的体积也较小。
图1是本发明具体实施方式
一的负载开路检测电路的电路结构示意 图2是本发明具体实施方式
一的负载开路检测电路工作过程中取样电压的波形图和单片机控制电路输入端信号的波形图3是本发明具体实施方式
二的负载开路检测电路增设二极管的一种连接示意图； 图4是本发明具体实施方式
二的负载开路检测电路增设二极管的另一种连接示意图； 图5是本发明具体实施方式
三的负载开路检测电路的电路结构示意 图6是本发明具体实施方式
三的负载开路检测电路增设二极管的一种连接示意 图7是本发明具体实施方式
三的负载开路检测电路增设二极管的另一种连接示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
并对照附图对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
一
如图1所示，为本具体实施方式
中负载开路检测电路的电路结构示意图。负载开路检测电路包括电压取样电路100，限流电路200，整流电路300，上拉电路400和单片机控制电路 500。其中，待检测的负载R串联在交流电输入的火线L和零线N之间。检测电路中，电压取样电路100与待检测的负载R串联连接，电压取样电路100的输出端通过限流电路200连接整流电路300的输入端，整流电路300的输出端与上拉电路400的输出端，单片机控制电路500的信号输入端in连接在一起，单片机控制电路500根据输入端接收的方波信号中出现了影响周期规律的高电平信号时判断待检测负载开路。本具体实施方式
中，电压取样电路100包括取样电阻R4，取样电阻R4的第一端与待检测的负载R的一端连接，作为电压取样电路100的输出端，取样电阻R4的第二端接地，待检测的负载R的另一端连接交流电源输出端。图中所示为待检测的负载R的另一端通过开关S连接交流电源的L线。取样电阻R4的阻值和功率根据待检测的负载R支路流过的电流的大小进行选取。限流电路200包括限流电阻R3。取样电阻R4的第一端通过限流电路R3后连接整流电路300的输入端。整流电路300为三极管TR1，三极管TRl的基极作为整流电路300的输入端，连接取样电阻R4的一端，三极管TRl的发射极接地，三极管TRl的集电极作为整流电路300的
输出端。上拉电路400包括第一电阻Rl和电压源VI。第一电阻Rl的第一端为上拉电路100的输出端，第一电阻Rl的第二端连接电压源Vl的输出端。单片机控制电路500的信号输入端in连接三极管TRl的集电极和第一电阻Rl的
笛一雜兎顧。工作时，待检测的负载R支路上，闭合开关S，则正弦交流电流过负载R，负载正常工作。检测电路中取样电阻R4对负载R支路上的电流取样转化为电压，电压取样电路100输出端的电压波形如图2中的Ul所示，该电压经过限流电阻R3后，输入三极管TRl的基极。当正弦波的电压幅值大于三极管TRl的导通电压(一般为0. 7V)时，则三极管TRl导通，单片机控制电路500的信号输入端in即与地接通，为低电平。如图2中第一个周期T中时刻t0至时刻tl所示，此时间段内取样电路100输出的电压Ul的幅值大于导通电压，单片机控制电路500接收的信号Uin即为低电平信号。当正弦波的电压幅值小于三极管的TRl的导通电压时或者电压反向时，三极管TRl不导通，单片机控制电路500的信号输入端in即被上拉电路400上拉，接收的信号Uin为高电平。如图2中第一个周期T中时刻tl至时刻t2所示，此时间段内取样电路100输出的电压Ul的幅值小于导通电压或者处于反向，单片机控制电路500接收的信号Uin即为高电平。从上述分析，负载正常工作时，单片机控制电路500的信号输入端波形根据交流正弦输入的频率(如为市电，则为50/60HZ)，会产生一个相同频率的方波信号，单片机检测到电平信号的规律变化，即可认为负载R工作正常。当负载R某一时刻开路后，如图2中所示，为时刻t’。则在t3时刻，前一周期结束的时刻，单片机控制电路500如按正常周期工作应该进入下一周期转变为低电平信号。然而，时刻t’后，负载开路，取样电路100输出的电压Ul始终为0，三极管TRl将无法再导通，单片机控制电路500在时刻t3后仍然是接收高电平信号，也即单片机控制电路500输入端接收的方波信号中出现了影响周期规律的高电平信号(当前时刻，本应为方波中的低电平信号却出现了高电平信号)，从而可判断待检测的负载R支路出现开路现象，后续进行故障处理。由上述检测电路的工作过程可知，本具体实施方式
的检测电路，通过简单的电压取样电路，以及不带A/D转换功能的普通单片机即可实现对强电环境下的负载开路的检测，相对于现有的通过电流互感器以及带A/D转换功能的单片机实现检测的电路而言，本具体实施方式
的检测电路成本较低，电路的体积也较小。单片机通过对方波信号中出现的影响周期规律的高电平即可识别检测出开路，检测过程较现有技术也较准确，可避免误测。优选地，本具体实施方式
的负载开路检测电路还包括滤波电路600，滤波电路600连接在整流电路300的输出端和单片机控制电路500的信号输入端之间。通过增设滤波电路，从而滤除整流电路300输出电压信号的噪声，使单片机控制电路500接收的信号较准确。本具体实施方式
中，滤波电路600包括第二电阻R2和电容C ;第二电阻R2的第一端作为滤波电路600的输入端，连接整流电路300的输出端，即三极管TRl集电极；第二电阻R2的第二端与电容C的第一端相连后作为滤波电路的600输出端，连接单片机控制电路500的信号输入端；电容C的第二端接地。通过电阻和电容组成的RC电路实现滤波。
具体实施方式
二
本具体实施方式
与实施方式一的不同之处在于本具体实施方式
中，负载检测电路还包括二极管D，通过二极管D的连接使得三极管TRl中只流过正向交流电流，即从三极管TRl的基极到发射极，从而避免反向电流流过三极管TRl导致三极管TRl被烧坏。如图3所示，为本具体实施方式
中负载开路检测电路负载开路检测电路增设二极管的一种连接示意图。负载开路检测电路包括电压取样电路100，限流电路200，二极管D，整流电路300，上拉电路400和单片机控制电路500。其中，电压取样电路100，限流电路200，整流电路300，上拉电路400和单片机控制电路500的连接和工作过程均同实施方式一中相同，在此不重复说明。不同的是，电路中增设二极管D，二极管D的阳极连接限流电路200的输出端，阴极连接三极管TRl的基极。按图3所示增设二极管D后，当前级正弦交流输入为负半周时，无法形成反向回路，三极管TRl中不会流过反向电流，从而可避免三极管TRl被反向击穿。如图4所示，为本具体实施方式
中负载开路检测电路负载开路检测电路增设二极管的另一种连接示意图。电路中增设的二极管D的阳极接地，阴极连接三极管TRl的基极。按图4所示增设二极管D后，当前级正弦交流输入为负半周时，反向电流从二极管D流过，三极管TRl中不会流过反向电流，从而可避免三极管TRl被反向击穿。
具体实施方式
三
本具体实施方式
与实施方式一的不同之处在于本具体实施方式
中，整流电路300为光耦隔离器OPl。如图5所示，为本具体实施方式
中负载开路检测电路的电路结构示意图。负载开路检测电路包括电压取样电路100，限流电路200，整流电路300，上拉电路400和单片机控制电路500。其中，电压取样电路100，限流电路200，整流电路300，上拉电路400和单片机控制电路500的连接均同实施方式一中相同，在此不重复说明。不同的是，整流电路300的组成。整流电路300为光耦隔离器0P1，光耦隔离器OPl的正极输入端作为整流电路300的输入端，通过限流电路200连接电压取样电路100的输出端，光耦隔离器OPl的正极输出端作为整流电路300的输出端，光耦隔离器OPl的负极输入端和负极输出端接地。工作时，待检测的负载R支路上，闭合开关S，则正弦交流电流过负载R，负载正常工作。同样地，检测电路中取样电阻R4对负载R支路上的电流取样转化为电压，经过限流电阻R3后，输入光耦隔离器OPl的正极输入端。当正弦波的电压幅值大于光耦隔离器OPl的导通电压(一般为IV或2V)时，则光耦隔离器OPl导通，单片机控制电路500的信号输入端in即与地接通，为低电平。当正弦波的电压幅值小于光耦隔离器OPl的导通电压时或者电压反向时，光耦隔离器OPl不导通，单片机控制电路500的信号输入端in即被上拉电路400上拉，接收的信号Uin为高电平。从上述分析，负载正常工作时，单片机控制电路500的信号输入端波形同样是根据交流正弦输入的频率产生一个相同频率的方波信号，单片机检测到电平信号的规律变化，即可认为负载R工作正常。当负载R某一时刻开路后，取样电路100输出的电压为0,光f禹隔离器OPl不导通，单片机控制电路500的信号输入端被上拉为高电平。如负载正常没有开路，当前时刻是对应单片机控制电路500输入端为低电平信号，则单片机控制电路500输出端出现了影响方波周期规律的高电平信号。如负载正常没有开路，当前时刻是对应单片机控制电路500输入端为高电平信号，则等到下一周期开始单片机控制电路500输入端应为低电平信号时仍然会保持为高电平信号，则单片机控制电路500输出端出现了影响方波周期规律的高电平信号。因此，无论在何时出现开路，单片机控制电路500均是根据接收的方波信号中出现了影响周期规律的高电平信号(当前时刻，本应为方波中的低电平信号却出现了高电平信号)，可判断出待检测的负载R支路出现了开路现象，从而指导后续进行故障处理。由上述检测电路的工作过程可知，本具体实施方式
的检测电路，虽然由光耦隔离器OPl组成整流电路300，但检测电路工作时，仍然可根据单片机输入端接收的方波信号中出现了影响周期规律的高电平信号判断出负载开路。与具体实施方式
一相同，本具体实施方式
通过简单的电压取样电路，以及不带A/D转换功能的普通单片机即可实现对强电环境下的负载开路的检测，同样电路成本较低，电路的体积也较小，且检测过程较现有技术也较准确，可避免误测。优选地，本具体实施方式
的负载开路检测电路还包括滤波电路600，滤波电路600的组成及其与整流电路300和单片机控制电路500的连接均与具体实施方式
一中相同，在此不重复说明。
具体实施方式
四
本具体实施方式
与实施方式三的不同之处在于本具体实施方式
中，负载检测电路还包括二极管D，通过二极管D的连接使得光耦隔离器OPl中只流过正向交流电流，即从光耦隔离器OPl的正极输入端到负极输入端，从而避免反向电流流过光耦隔离器OPl导致光耦隔离器OPl被烧坏。如图6所示，为本具体实施方式
中负载开路检测电路负载开路检测电路增设二极管的一种连接示意图。负载开路检测电路包括电压取样电路100，限流电路200，二极管D，整流电路300，上拉电路400和单片机控制电路500。其中，电压取样电路100，限流电路200，整流电路300，上拉电路400和单片机控制电路500的连接和工作过程均同实施方式三中相同，在此不重复说明。不同的是，电路中增设二极管D，二极管D的阳极连接限流电路200的输出端，阴极连接光耦隔离器OPl的正极输入端。按图6所示增设二极管D后，当前级正弦交流输入为负半周时，无法形成反向回路，光耦隔离器OPl中不会流过反向电流，从而可避免光耦隔离器OPl被反向击穿。如图7所示，为本具体实施方式
中负载开路检测电路负载开路检测电路增设二极管的另一种连接示意图。电路中增设的二极管D的阳极接地，阴极连接光耦隔离器OPl的正极输入端。按图7所示增设二极管D后，当前级正弦交流输入为负半周时，反向电流从二极管D流过，光耦隔离器OPl中不会流过反向电流，从而可避免光耦隔离器OPl被反向击穿。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种负载开路检测电路，其特征在于包括电压取样电路(100)，限流电路(200)，整流电路(300 )，上拉电路(400 )和单片机控制电路(500 );所述电压取样电路(100 )与待检测的负载(R)串联连接，所述电压取样电路(100)的输出端通过所述限流电路(200)连接所述整流电路(300)的输入端，所述整流电路(300)的输出端与所述上拉电路(400)的输出端，所述单片机控制电路(500 )的信号输入端连接在一起，所述单片机控制电路(500 )根据输入端接收的方波信号中出现了影响周期规律的高电平信号时判断所述待检测负载开路。
2.根据权利要求1所述的负载开路检测电路，其特征在于所述整流电路(300)为三极管(TRl)，所述三极管(TRl)的基极作为所述整流电路(300 )的输入端，所述三极管(TRl)的发射极接地，所述三极管(TRl)的集电极作为所述整流电路(300)的输出端。
3.根据权利要求1所述的负载开路检测电路，其特征在于所述整流电路(300)为光耦隔离器(OP1)，所述光耦隔离器(OPl)的正极输入端作为所述整流电路(300)的输入端，所述光耦隔离器(OPl)的正极输出端作为所述整流电路(300)的输出端，所述光耦隔离器(OPl)的负极输入端和负极输出端接地。
4.根据权利要求2或3所述的负载开路检测电路，其特征在于还包括二极管(D)，所述二极管(D )的阳极连接所述限流电路(200 )的输出端，阴极连接所述三极管(TRl)的基极或所述光耦隔离器(OPl)的正向输入端。
5.根据权利要求2或3所述的负载开路检测电路，其特征在于还包括二极管(D)，所述二极管(D)的阳极接地，阴极连接所述三极管(TRl)的基极或所述光耦隔离器(0P1)的正向输入端。
6.根据权利要求1所述的负载开路检测电路，其特征在于所述电压取样电路(100)包括取样电阻(R4)，所述取样电阻(R4)的第一端与所述待检测的负载(R)的一端连接，作为所述电压取样电路(100)的输出端；所述取样电阻(R4)的第二端接地，所述待检测的负载(R)的另一端连接交流电源输出端。
7.根据权利要求1所述的负载开路检测电路，其特征在于所述限流电路(200)包括限流电阻(R3)。
8.根据权利要求1所述的负载开路检测电路，其特征在于所述上拉电路(400)包括第一电阻(Rl)和电压源(VI);所述第一电阻(Rl)的第一端为所述上拉电路(100)的输出端，所述第一电阻(Rl)的第二端连接所述电压源(Vl)的输出端。
9.根据权利要求1所述的负载开路检测电路，其特征在于还包括滤波电路(600)，所述滤波电路(600)连接在所述整流电路(300)的输出端和所述单片机控制电路(500)的信号输入端之间。
10.根据权利要求9所述的的负载开路检测电路，其特征在于所述滤波电路(600)包括第二电阻(R2)和电容(C);所述第二电阻(R2)的第一端作为所述滤波电路(600)的输入端，连接所述整流电路(300)的输出端；所述第二电阻(R2)的第二端与所述电容(C)的第一端相连后作为所述滤波电路的(600)输出端，连接所述单片机控制电路(500)的信号输入端；所述电容(C)的第二端接地。
全文摘要
本发明公开了一种负载开路检测电路，包括电压取样电路，限流电路，整流电路，上拉电路和单片机控制电路；所述电压取样电路与待检测的负载串联连接，所述电压取样电路的输出端通过所述限流电路连接所述整流电路的输入端，所述整流电路的输出端与所述上拉电路的输出端，所述单片机控制电路的信号输入端连接在一起，单片机控制电路根据输入端接收的方波信号中出现了影响周期规律的高电平信号时判断所述待检测负载开路。本发明的负载开路检测电路，通过简单的电压取样，以及普通的不带A/D转换功能的单片机均可实现电路，因此电路成本较低。单片机通过对方波信号中出现的影响周期规律的高电平即可识别检测出开路，检测过程较现有技术也较准确。
文档编号G01R31/02GK103063979SQ20131000089
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月4日 优先权日2013年1月4日
发明者徐天麒, 徐志英 申请人:合肥市英唐科技有限公司