一种电压突变检测电路的制作方法

本实用新型属于电压突变检测技术领域，具体涉及一种电压突变检测电路。

背景技术：

无源的感性器件包括电感、变压器等，广泛应用于各种电路中，当含有这些感性器件的电路中的连接点发生分断故障时，将会在回路的分断处产生电压突变，并可能引起电弧或者瞬时高压，此时，如果不采用一定的保护措施，将有可能损坏回路中的重要器件，甚至危害周围的人身安全，因此对感性器件的两端电压进行电压突变检测很有必要。

目前实现电压突变检测的方式有：①基于高速A/D采样芯片与微处理器的设计，其主要工作原理是在一定的时间内，根据前后两次采样电压变化的幅度是否超过设定的阈值来实现检测；②通过微分和积分模拟信号处理电路分为两路信号进行比较，实现电压斜率变化较快时刻的检测，其主要工作原理是根据微分电路输出电压与输入电压的时间变化率成比例，积分电路的输出电压延后输入电压，将处理的输入电压信号进行比较，从而确定电压突变的时刻。采用方式①的设计，虽然其对电压突变的检测精度高，响应速度快，但其需要微处理器的程序设计，设计复杂度高，且成本较高，对应用者多有不便；采用方式②的设计，其工作原理简单，实现成本较低，应用方便，但是检测精度不高，且电路参数的选取较为不易。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电压突变检测电路，其电路结构简单，设计合理，实现方便且成本低，能够快速、有效地检测电路中两点间的电压突变的情况，实用性强，适用范围广，具有良好的推广应用价值。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种电压突变检测电路，其特征在于：包括依次连接的电压信号处理电路、分相延缓电路和比较输出电路，所述电压信号处理电路包括仪用放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R10和稳压二极管D1，所述电阻R1的一端为电压信号处理电路的取样点负极电压输入端VIN-，所述电阻R3的一端为电压信号处理电路的取样点正极电压输入端VIN+，取样点负极电压由串联的电阻R1和电阻R2构成的分压电阻网络连接到地，所述电阻R1和电阻R2的连接端与仪用放大器U1的反相输入端连接，取样点正极电压由串联的电阻R3和电阻R4构成的分压电阻网络连接到地，所述电阻R3和电阻R4的连接端与仪用放大器U1的同相输入端连接，所述仪用放大器U1的两个增益电阻连接端之间接有增益调节电阻RG，所述稳压二极管D1的阳极接地，所述稳压二极管D1的阴极与仪用放大器U1的电压参考端连接，所述仪用放大器U1的电压参考端还通过电阻R10与外部供电电源的输出端VCC连接；所述分相延缓电路包括电容C1，由电阻R5和电阻R7组成的第一比例电阻网络，以及由电阻R6和电阻R8组成的第二比例电阻网络；所述电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8的阻值满足关系式所述电阻R5的一端与仪用放大器U1的输出端连接，所述电阻R5的另一端通过电阻R7接地，所述电阻R6的一端与仪用放大器U1的输出端连接，所述电阻R6的另一端通过电阻R8接地，所述电容C1的一端与电阻R6和电阻R8的连接端连接，所述电容C1的另一端接地；所述比较输出电路包括比较器U2和电阻R11，所述比较器U2的同相输入端与电阻R5和电阻R7的连接端连接，所述比较器U2的反相输入端与电阻R6和电阻R8的连接端连接，所述比较器U2的输出端为比较输出电路的输出端OUT且通过电阻R11与外部供电电源的输出端VCC连接。

上述的一种电压突变检测电路，其特征在于：所述仪用放大器U1的型号为AD623。

上述的一种电压突变检测电路，其特征在于：所述稳压二极管D1的型号为1N5222。

上述的一种电压突变检测电路，其特征在于：所述比较器U2的型号为LM2903。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的电路结构简单，设计合理，实现方便且成本低。

2、与现有技术相比，本实用新型既无需进行编程设计，又无需进行复杂的电路参数选择设计，能够可靠的检测电路中两点间的电压突变。

3、本实用新型通过改变分相延缓电路的参数，能够实现对电路中两点间电压突变宽范围的检测，适用范围广。

4、本实用新型通过选用合适的仪用放大器，就能够对电路中任意两点之间的电压进行取样，且对所采样的电路自身干扰较小，便于获得较为精确的电压突变检测结果。

5、本实用新型选用的仪用放大器和比较器响应速度非常快，能够检测到微秒级别以上的电压突变情况，实时检测效果明显。

6、本实用新型能够适用于各种需要检测电压突变的电路当中，可配合相应的保护电路，其适用范围广，实用性强，具有良好的推广应用价值。

综上所述，本实用新型电路结构简单，设计合理，实现方便且成本低，能够快速、有效地检测电路中两点间的电压突变的情况，实用性强，适用范围广，具有良好的推广应用价值。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型的电路原理图。

图3为将本实用新型应用于电感电路的电压突变检测中的电路原理图。

附图标记说明:

1—电压信号处理电路；2—分相延缓电路；3—比较输出电路；

4—电感电路。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的一种电压突变检测电路，包括依次连接的电压信号处理电路1、分相延缓电路2和比较输出电路3，如图2所示，所述电压信号处理电路1包括仪用放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R10和稳压二极管D1，所述电阻R1的一端为电压信号处理电路1的取样点负极电压输入端VIN-，所述电阻R3的一端为电压信号处理电路1的取样点正极电压输入端VIN+，取样点负极电压由串联的电阻R1和电阻R2构成的分压电阻网络连接到地，所述电阻R1和电阻R2的连接端与仪用放大器U1的反相输入端连接，取样点正极电压由串联的电阻R3和电阻R4构成的分压电阻网络连接到地，所述电阻R3和电阻R4的连接端与仪用放大器U1的同相输入端连接，所述仪用放大器U1的两个增益电阻连接端之间接有增益调节电阻RG，所述稳压二极管D1的阳极接地，所述稳压二极管D1的阴极与仪用放大器U1的电压参考端连接，所述仪用放大器U1的电压参考端还通过电阻R10与外部供电电源的输出端VCC连接；所述分相延缓电路2包括电容C1，由电阻R5和电阻R7组成的第一比例电阻网络，以及由电阻R6和电阻R8组成的第二比例电阻网络；所述电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8的阻值满足关系式所述电阻R5的一端与仪用放大器U1的输出端连接，所述电阻R5的另一端通过电阻R7接地，所述电阻R6的一端与仪用放大器U1的输出端连接，所述电阻R6的另一端通过电阻R8接地，所述电容C1的一端与电阻R6和电阻R8的连接端连接，所述电容C1的另一端接地；所述比较输出电路3包括比较器U2和电阻R11，所述比较器U2的同相输入端与电阻R5和电阻R7的连接端连接，所述比较器U2的反相输入端与电阻R6和电阻R8的连接端连接，所述比较器U2的输出端为比较输出电路3的输出端OUT且通过电阻R11与外部供电电源的输出端VCC连接。具体实施时，所述仪用放大器U1的电源端与外部供电电源的输出端VCC连接，所述仪用放大器U1的接地端接地；所述比较器U2的电源端与外部供电电源的输出端VCC连接，所述比较器U2的接地端接地。所述外部供电电源的输出端VCC输出的电压为5V。

本实施例中，如图2所示，所述仪用放大器U1的型号为AD623。型号为AD623的仪用放大器U1的引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端，引脚1和引脚8为两个增益电阻连接端，引脚5为电压参考端，引脚4为接地端，引脚7为电源端，引脚6为输出端。

本实施例中，所述稳压二极管D1的型号为1N5222。

本实施例中，所述比较器U2的型号为LM2903。

采用本实用新型进行电压突变检测方法，包括以下步骤：

步骤一、检测电路连接：将需要检测电压突变的电路的取样点正极与电压信号处理电路1的取样点正极电压输入端VIN+连接，将需要检测电压突变的电路的取样点负极与电压信号处理电路1的取样点负极电压输入端VIN-连接；

步骤二、电压信号处理：需要检测电压突变的电路工作过程中，电压信号处理电路1对需要检测电压突变的电路的取样点正极与负极电压的双端输入差分信号进行放大处理后，转换成单端电压信号输出给分相延缓电路2；

步骤三、电压突变判断：当需要检测电压突变的电路正常工作时，即需要检测电压突变的电路的取样点正极与负极之间的电压未发生突变，电压信号处理电路1输出的电压是一个与所述仪用放大器U1的差动输入电压成比例的稳定输入电压，电压信号处理电路1输出的电压分为两路,一路经过所述分相延缓电路2中的第一比例电阻网络分压后输出到比较输出电路3中比较器U2的同相输入端，另一路经过所述分相延缓电路2中的第二比例电阻网络分压后输出到比较输出电路3中比较器U2的反相输入端，由于电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8的阻值满足关系式因此比较器U2的同相输入端的电压小于其反相输入端的电压，比较器U2输出低电平，此时，判断为所述电压信号处理电路1的输入未发生突变；

当需要检测电压突变的电路出现分断故障时，需要检测电压突变的电路的取样点正极与负极之间的电压发生突变，电压信号处理电路1输出的电压也是一个突变的电压信号，电压信号处理电路1输出的电压分为两路,一路经过所述分相延缓电路2中的第一比例电阻网络分压后输出到比较输出电路3中比较器U2的同相输入端，另一路经过所述分相延缓电路2中的第二比例电阻网络分压后输出到比较输出电路3中比较器U2的反相输入端，虽然电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8的阻值满足关系式但由于电容C1延缓了所述第二比例电阻网络分压后输出的电压的变化，使得比较器U2的同相输入端的电压大于其反相输入端的电压，比较器U2输出高电平，此时，判断为所述电压信号处理电路1的输入电压发生了突变。

通过以上检测方法步骤可以看出，根据比较器U2的输出状态变化就能够判定所述电压信号处理电路1的输入电压突变情况。

例如，如图3所示，将本发明的电压突变检测电路及方法应用于电感电路4的电压突变检测中，即需要检测电压突变的电路为电感电路4，所述电感电路4由直流电压源Vi、电感L1和限流电阻R0串接构成，将所述电感L1和限流电阻R0的连接线靠近连接电感L1的一端的一点A定为所述电感电路4的取样点负极，将所述电感L1和限流电阻R0的连接线靠近连接限流电阻R0的一端的一点B定为所述电感电路4的取样点正极，并将所述电感电路4的取样点负极与电压信号处理电路1的取样点负极电压输入端VIN-连接，将所述电感电路4的取样点正极与电压信号处理电路1的取样点正极电压输入端VIN+连接；所述电压突变检测电路中，电阻R10用于限流；为了减小分压电阻网络对所述电感电路4的影响，选取电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的阻值远大于限流电阻R0的阻值。

当所述电感电路4正常工作时，所述电感电路4趋于稳态，此时点A的电压等于点B的电压，比较器U2输出低电平，此时，判断为所述电压信号处理电路1的输入电压未发生突变；

当所述电感电路4由于分断故障导致所述电感L1和限流电阻R0的连接线从位于点A与点B之间的点C断开时，由于电感L1的存在，所述电感电路4的回路电流不会突变，将会在点C处产生较大的感应电压，此时点A的电压远大于点B的电压，比较器U2输出高电平，此时，判断为所述电压信号处理电路1的输入电压发生了突变。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。