一种逻辑检测电源相序的电路系统的制作方法

本实用新型涉及三相电压检测电路领域，具体是一种逻辑检测电源相序的电路系统。

背景技术：

在电子、电力、仪表、自动控制和电力电子等设备中，往往需要检测交流三相电源的相序。特别是在电力电子装置中，由于移相控制中移相角的计算必须要依据电源的相位与相序，因而务必要稳定可靠。而在使用中，一般相序检测电路要么体大笨重，要么易受干扰，因此需要一种结构相对简单且抗干扰能力强的电路，对三相电源的相序进行检测。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种逻辑检测电源相序的电路系统，以解决现有技术相序检测电路存在的结构复杂、易受干扰的问题。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种逻辑检测电源相序的电路系统，其特征在于：包括单片机，由分压电路和比较器构成的相序检测部分，由RC充放电电路和比较器构成的缺相检测部分，以及光电隔离器，相序检测部分中分压电路输入端接入三相电源电压，相序检测部分中分压电路输出端与相序检测部分中比较器输入端连接，相序检测部分中比较器输出端通过光电隔离器接入单片机的数据口，缺相检测部分中RC充放电电路与缺相检测部分中比较器输入端连接，缺相检测部分中RC充放电电路还接入相序检测部分中比较器与光电隔离器之间，缺相检测部分中比较器输出端通过光电隔离器与单片机数据口连接。

所述的一种逻辑检测电源相序的电路系统，其特征在于：所述相序检测部分包括电阻R1-电阻R9构成的分压电路，以及集成比较器LM339中的比较器U1-比较器U3，比较器U1的反相输入端依次通过电阻R4、电阻R1接入三相电源电压其中一相，比较器U2的反相输入端依次通过电阻R5、电阻R2接入三相电源电压另一相，比较器U3的反相输入端依次通过电阻R6、电阻R3接入三相电源电压第三相，比较器U1、比较器U2、比较器U3的同相输入端共接后，再分别通过电阻R7接入电阻R1和电阻R4之间、通过电阻R8接入电阻R5和电阻R2之间、通过电阻R9接入电阻R6和电阻R3之间，比较器U1、比较器U2、比较器U3的输出端分别接入光电隔离器。

所述的一种逻辑检测电源相序的电路系统，其特征在于：所述光电隔离器型号为LP521-1GR，光电隔离器有三组，分别为光电隔离器V1、V2、V3，三组光电隔离器一一对应于三相电源电压，其中光电隔离器V1的2脚（Cathodo）与比较器U1的输出端连接，光电隔离器V2的2脚与比较器U2的输出端连接，光电隔离器V3的2脚与比较器U3的输出端连接，光电隔离器V1的1脚（Anode）通过电阻R14连接外部电压Vcc1，光电隔离器V2的1脚通过电阻R15连接外部电压Vcc2，光电隔离器V3的1脚通过电阻R16连接外部电压Vcc1，光电隔离器V1、V2、V3各自的4脚（Collector）分别连接至单片机的数据口，光电隔离器V1连接至单片机的输出端还通过电阻R17连接外部电压Vcc2，光电隔离器V2连接至单片机的输出端还通过电阻R18连接外部电压Vcc2，光电隔离器V3连接至单片机的输出端还通过电阻R19连接外部电压Vcc2，光电隔离器V1、V2、V3各自3脚（Emitter）还共接后接地。

所述的一种逻辑检测电源相序的电路系统，其特征在于：所述RC充放电电路包括电阻R10-电阻R13、电阻R20-电阻R23、电容C1构成的RC充放电电路，以及二极管D1-二极管D3、比较器U4、型号为LP521-1GR的光电隔离器V4，电阻R10、R12、R20、R21各自一端共接后连接至外部电压Vcc1，电阻R10另一端通过电阻R11接地，电阻R12另一端与电阻R22一端连接，电阻R20另一端与电阻R23一端连接，电阻R21另一端与电阻R13连接，电阻R22、电阻R23、电阻R13各自另一端共接后分为两路，电阻R22、电阻R23、电阻R13各自另一端共接后一路连接至比较器U4的反相输入端，电阻R22、电阻R23、电阻R13各自另一端共接后另一路通过电容C1接地，比较器U4的同相输入端连接至电阻R10和电阻R11之间，二极管D1的阳极接入电阻R12和电阻R22之间，二极管D2的阳极接入电阻R20和电阻R23之间，二极管D3的阳极接入电阻R21和电阻R13之间，二极管D3的阴极接入比较器U1输出端与光电隔离器V1的2脚之间，二极管D2的阴极接入比较器U3输出端与光电隔离器V3的2脚之间，二极管D1的阴极接入比较器U2输出端与光电隔离器V3的2脚对应输入端之间，比较器U4的输出端与光电隔离器V4的2脚连接，光电隔离器V4的1脚通过电阻R24连接外部电压Vcc1，光电隔离器V4的4脚连接至单片机的数据口，光电隔离器V4连接至单片机的输出端还通过电阻R25连接外部电压Vcc2，光电隔离器V4的3脚接地。

所述的一种逻辑检测电源相序的电路系统，其特征在于：所述单片机型号为 INTE L80196KC，各个光电隔离器的输出端分别连接至单片机一个数据口的低位。

由于现今在电子、电力、仪表、自动控制和电力电子等设备中采用以单片机为代表的嵌入式系统作为控制核心已成为普遍发展趋势，因此，本实用新型提出了一种逻辑检测交流三相电源相序的电路，以单片机为控制核心，运用逻辑控制方法，组成的电路结构简单，所用元器件少，可极大地提高检测电路的抗干扰性和检测的准确性。

本实用新型有益效果体现在：

（1）、本实用新型采用数字相位和相频变换来检测相序，以单片机为控制核心，结合单片机的逻辑控制功能，组成的电路结构简单，所用元器件少，可极大地提高检测电路的抗干扰性和检测的准确性。

（2）、对于电网质量较差，空间电磁干扰严重的场合，本实用新型使用效果尤为明显。

附图说明

图1是本实用新型电路原理图

图2是本实用新型实施例中三相电压波形图。

图3是本实用新型实施例中缺相检测电路输出端波形图。

图4是本实用新型实施例中相序检测流程图。

图5是本实用新型实施例中缺相检测流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种逻辑检测电源相序的电路系统，其特征在于：包括单片机，由分压电路和比较器构成的相序检测部分，由RC充放电电路和比较器构成的缺相检测部分，以及光电隔离器，相序检测部分中分压电路输入端接入三相电源电压，相序检测部分中分压电路输出端与相序检测部分中比较器输入端连接，相序检测部分中比较器输出端通过光电隔离器接入单片机的数据口，缺相检测部分中RC充放电电路与缺相检测部分中比较器输入端连接，缺相检测部分中RC充放电电路还接入相序检测部分中比较器与光电隔离器之间，缺相检测部分中比较器输出端通过光电隔离器与单片机数据口连接。

相序检测部分包括电阻R1-电阻R9构成的分压电路，以及集成比较器LM339中的比较器U1-比较器U3，比较器U1的反相输入端依次通过电阻R4、电阻R1接入三相电源电压其中一相，比较器U2的反相输入端依次通过电阻R5、电阻R2接入三相电源电压另一相，比较器U3的反相输入端依次通过电阻R6、电阻R3接入三相电源电压第三相，比较器U1、比较器U2、比较器U3的同相输入端共接后，再分别通过电阻R7接入电阻R1和电阻R4之间、通过电阻R8接入电阻R5和电阻R2之间、通过电阻R9接入电阻R6和电阻R3之间，比较器U1、比较器U2、比较器U3的输出端分别接入光电隔离器。

光电隔离器有三组，分别为光电隔离器V1、V2、V3，三组光电隔离器一一对应于三相电源电压，其中光电隔离器V1的2脚与比较器U1的输出端连接，光电隔离器V2的2脚与比较器U2的输出端连接，光电隔离器V3的2脚与比较器U3的输出端连接，光电隔离器V1的1脚通过电阻R14连接外部电压Vcc1，光电隔离器V2的1脚通过电阻R15连接外部电压Vcc2，光电隔离器V3的1脚通过电阻R16连接外部电压Vcc1，光电隔离器V1、V2、V3各自的4脚分别连接至单片机的数据口，光电隔离器V1连接至单片机的输出端还通过电阻R17连接外部电压Vcc2，光电隔离器V2连接至单片机的输出端还通过电阻R18连接外部电压Vcc2，光电隔离器V3连接至单片机的输出端还通过电阻R19连接外部电压Vcc2，光电隔离器V1、V2、V3各自的3脚还共接后接地。

RC充放电电路包括电阻R10-电阻R13、电阻R20-电阻R23、电容C1构成的RC充放电电路，以及二极管D1-二极管D3、比较器U4、光电隔离器V4，电阻R10、R12、R20、R21各自一端共接后连接至外部电压Vcc1，电阻R10另一端通过电阻R11接地，电阻R12另一端与电阻R22一端连接，电阻R20另一端与电阻R23一端连接，电阻R21另一端与电阻R13连接，电阻R22、电阻R23、电阻R13各自另一端共接后分为两路，电阻R22、电阻R23、电阻R13各自另一端共接后一路连接至比较器U4的反相输入端，电阻R22、电阻R23、电阻R13各自另一端共接后另一路通过电容C1接地，比较器U4的同相输入端连接至电阻R10和电阻R11之间，二极管D1的阳极接入电阻R12和电阻R22之间，二极管D2的阳极接入电阻R20和电阻R23之间，二极管D3的阳极接入电阻R21和电阻R13之间，二极管D3的阴极接入比较器U1输出端与光电隔离器V1的2脚之间，二极管D2的阴极接入比较器U3输出端与光电隔离器V3的2脚之间，二极管D1的阴极接入比较器U2输出端与光电隔离器V2的2脚，比较器U4的输出端与光电隔离器V4的2脚连接，光电隔离器V4的1脚通过电阻R24连接外部电压Vcc1，光电隔离器V4的4脚连接至单片机的数据口，光电隔离器V4连接至单片机的输出端还通过电阻R25连接外部电压Vcc2，光电隔离器V4的3脚接地。

单片机型号为 INTE L80196KC，各个光电隔离器的输出端分别连接至单片机一个数据口的低三位。

实施例：

如图1所示，本实用新型电路由两部分构成，第一部分相序检测部分，由分压电路和比较器构成。第二部分为缺相检测部分，由RC充放电电路和比较器构成。如使用集成比较器来做，则仅需一片LM339就可以了。

图1 相序检测电路原理图

本实用新型电路原理分析：

（1）、相序检测部分

如图1所示，电路首先将三相电源电压经过分压送到由LM339构成的过零比较器，过零比较器将经过分压的三相正弦波整形成三相方波信号，经光电隔离后送到单片机输入口。整形后的三相电压波形如图2所示。

如将整形后的三相电压波形送入单片机P1口的低三位，则可直接通过采样P1口的状态就可以检测到三相电源电压的相序。如图2所示，若三相电源电压的相序为正相序，则P1口检测到的数据顺序应为5242622232125。若三相电源电压的相序为负相序，则P1口检测到的数据顺序应为5212322262425。P1口检测到的数据非以上两种顺序，则为无效的干扰信号。可以看到，电路通过一个RC低通滤波器已经先期对干扰信号进行了抑制，同时又将三相电压的模拟信号检测变为了数字信号的检测，如在程序中再使用数字滤波技术，则抗干扰特性将异常优越。

同时，若P1口检测到的数据为0或7，则为缺相。但由于三相电源上往往接有电动机等负载，通过负载线圈感应的作用，可能当缺相发生时，P1口检测到的数据并不是0或7，此时，缺相的检测就需要用到缺相检测电路。

（2）、缺相电路检测部分

如图1所示，缺相检测电路由一个RC充放电电路和一个比较电路构成。由于RC电路的充放电作用，使得比较器反向输入端得到的一个锯齿波（通过调整充放电电阻可以调整上升和下降沿宽度），再通过比较电路整形可以得到方波信号输入单片机。分压电路提供比较器的翻转电平，缺相检测电路输出端波形如图3所示。

由于缺相产生时，三相电源相位将发生很大变化，导致RC电路充放电时间发生很大变化。如图3所示，实测得到，不缺相时缺相检测电路输出为150Hz的方波信号，而缺相时缺相检测电路输出为50Hz的方波信号。因此，单片机通过检测该电路输出信号的频率变化就可以判断是否缺相。

由于缺相检测电路输入信号取自同步检测电路输出端，为DC12V的方波信号，因此，不受电源电压幅值变化的影响。同时，RC充放电电路本身就构成一个低通滤波器，可滤掉大多数高次谐波。另外，缺相时频率的变化非常大（50Hz150Hz），这样，有限次的低频干扰也可以被有效的滤除，使得电路的可靠性极大提高。

本实用新型中，相序检测通过对P1口循环检测数据顺序来判断相序的正确与否。为了提高设备的抗干扰特性，必须使用数字滤波技术，具体做法如下：

检测P1口数据，与预期值比较，如相符，则相序正确，执行后续程序，同时相序出错标志寄存器减1。如不相符，则重复检测次数，如仍不相符，则设置数据无效标志，不执行后续程序，同时相序出错标志寄存器加2。当相序出错标志寄存器值累计超过预先设置值，则故障保护。程序流程如图4.

本实用新型中，缺相保护是通过检测缺相保护电路输出信号的频率来实现的。而在实际单片机的处理上，可通过在一定时间内对缺相保护电路输出的方波信号进行计数来计算频率。

考虑到单片机处理的实时性，可利用定时器中断的方法实现，将定时器时间设为两个电源周期，选择定时器溢出中断。在中断子程序中设置缺相标志供主程序查询。具体做法如下。

对于不缺相情况，缺相保护电路输出信号的频率为150Hz，两个电源周期内，缺相保护电路输出信号的跳变为13次。对于缺相情况，缺相保护电路输出信号的频率为50Hz，两个电源周期内，缺相保护电路输出信号的跳变为5次。那么，可以在主程序中计数9次就复位定时器。可以看出，当缺相时程序未计满9次（计满9次需4个周期）定时器就会溢出。这样就实现了缺相保护，并且还具有较大的容错能力。程序流程如图5所示（以INTE L80196KC，晶振12MHz为例）。