交流欠压与相位检测装置的制作方法

1.本发明是关于电力检测，特别是指一种交流欠压与相位检测装置。


背景技术：

2.在交流电力控制系统中，针对交流电的电压电平变化及相位变化需要进行严密的监控，尤其是将多个交流电压源并联集中供电时，便需要考量到每一个交流电源本身的电压电平变化及相位变化，是否与欲并联的其它交流电源的电压电平变化及相位变化一致，当输入电压电平低于预设的电平，即为所谓的欠压问题。
3.举例来说，市电并网、太阳能发电、风力发电或各类电源供应器的应用场合中，都有可能将多个交流电压源集中并联后成为一供电系统再对负载输出电力，一旦有任何一交流电压源的电压电平或相位与其它者不匹配时，将会大为影响降低该供电系统的电力输出效率，甚至导致供电系统故障而无法顺利输出电力。


技术实现要素：

4.本发明提供一种交流欠压与相位检测装置，用于检测一交流输入电压是否发生欠压问题，当交流输入电压具有正常电压大小时，可检测交流输入电压的相位变化。
5.本发明的交流欠压与相位检测装置用以检测一交流输入电压，所述交流输入电压的正半周电压为一正端半波电压，所述交流输入电压的负半周电压经过反相后为一负端半波电压，该交流欠压与相位检测装置包含：
6.一比较器，具有一正相输入端、一反相输入端及一输出端；
7.一正端分压单元，连接所述比较器的正相输入端，所述正端分压单元对所述正端半波电压进行分压后产生一正相输入电压，所述正相输入电压提供给所述比较器的正相输入端；
8.一负端分压单元，连接所述比较器的反相输入端，所述负端分压单元根据所述负端半波电压及一第一工作电压而输出一第一分压值至所述比较器的反相输入端；
9.一反向器单元，连接所述比较器的反相输入端及输出端之间，所述反向器单元在导通时根据一第二工作电压而输出一第二分压值至所述比较器的反相输入端；
10.其中，当负端半波电压为零且所述反向器单元导通时，所述第一分压值及所述第二分压值相加成为一反相输入电压，该反相输入电压具有固定的一参考电平。
11.较佳的，所述正端分压单元由第一电阻及第二电阻串联构成，所述第一电阻及所述第二电阻的串联节点连接所述比较器的反相输入端。
12.较佳的，所述负端分压单元包含：
13.一分压线路，包含串联的一第三电阻及一第四电阻，其中，所述第三电阻及第四电阻的串联节点连接到所述比较器的反相输入端，所述第四电阻的其中一端接收所述第一工作电压；
14.一电压输入线路，包含一第五电阻，该电压输入线路的一端接收该负端半波电压，
另一端连接所述比较器的反相输入端。
15.较佳的，所述反向器单元包含一反向器，所述反向器由一晶体管构成，其发射极连接所述第二工作电压，其基极通过一第六电阻一及稳压二极管连接到比较器的输出端；一第七电阻连接在所述晶体管的基极及发射极之间；所述晶体管的集电极通过一第八电阻连接到比较器的反相输入端。
16.较佳的，当所述比较器输出高电平的输出电压时，所述反相输入电压趋近于零电平。
17.较佳的，所述第二工作电压与所述第一工作电压相同大小。
18.较佳的，所述晶体管为pnp型晶体管。
附图说明
19.图1为本发明的详细电路图。
20.图2a为正常交流输入电压vin的波形图。
21.图2b为根据该交流输入电压vin产生的正端半波电压vl的波形图。
22.图2c为根据该交流输入电压vin产生的负端半波电压vn的波形图。
23.图2d为提供至本创作比较器的正相输入电压vp、反相输入电压vm的波形图。
24.图2e为本发明比较器的输出电压vo的波形图。
25.图3为交流输入电压vin发生欠压的波形图。
具体实施方式
26.以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。电路图中所示的每个电阻可由单一电阻构成，或是由多个电阻连接之后构成。
27.图1是本发明的详细电路图，主要包含有一比较器10、一正端分压单元20、一负端分压单元30以及一反向器单元40。
28.该比较器10具有一正相输入端、一反相输入端以及一输出端，该比较器10可由一运算放大器构成，在该正相输入端接收一正相输入电压vp，在该反相输入端接受一反相输入电压vm。
29.该正端分压单元20连接在该比较器10的正相输入端，将一正端半波电压vl分压后建立该正相输入电压vp，将该正相输入电压vp提供给比较器10的该正相输入端。该正端分压单元10由多个电阻串联组成，在此实施例中以第一电阻r1以第二电阻r2串联组成，在第一电阻r1的一端连接该正端半波电压vl，而比较器10的正相输入端连接到第一电阻r1及第二电阻r2的串联节点。
30.该负端分压单元30连接在该比较器10的反相输入端，将一负端半波电压vn进行分压。该负端分压单元30包含了一分压线路及一电压输入线路，其中，该分压线路是由第三电阻r3、第四电阻r4串联构成，在第四电阻r4的一端接收一固定的一第一工作电压(例如+12v)，在第三电阻r3的一端接地，该第三电阻r3、第四电阻r4的串联节点连接到比较器10的反相输入端。本实施例中该电压输入线路由至少一第五电阻r5组成，该电压输入线路的一端接收该负端半波电压vn，另一端连接到比较器10的反相输入端。
31.该反向器单元40连接在该比较器10的输出端与反相输入端之间，包含有一反向器、第六电阻r6、第七电阻r7及第八电阻r8及一稳压二极管z1。该反向器由一晶体管q构成，该晶体管q为pnp型，其发射极连接一第二工作电压(例如+12v)，该第二工作电压可与该第一工作电压相同大小，或是不同大小，晶体管q的基极通过第六电阻r6及稳压二极管z1连接到比较器10的输出端，第七电阻r7连接在基极及发射极之间；晶体管q的集电极则是通过第八电阻r8连接到比较器10的反相输入端。
32.因此，在比较器10的反相输入端上所接收的该反相输入电压vm是由该负端分压单元30与反向器单元40共同决定，详细电路说明如下。
33.请参考图2a所示的波形，待检测的一交流输入电压vin具有正半周电压及负半周电压，该交流输入电压vin具有正常的电压值。该交流输入电压vin经过已知的电路预先处理后，取出其正半周电压成为如图2b所示的正端半波电压vl，而负半周电压经过反相后可成为如图2c所示的负端半波电压vn。该正端半波电压vl输入到图1中的正端分压单元20，该负端半波电压vn输入到图1中的负端分压单元30。
34.请参考图2d，该正端半波电压vl经过正端分压单元20后，可产生该正相输入电压vp，该正相输入电压vp的波形与正端半波电压vl的波形一致但电压大小呈等比例降低。
35.本发明的电路动作可分为第一时段t1到第三时段t3依序说明。
36.第一时段t1：首先，该正相输入电压vp从0电平开始渐渐增加，而反相输入电压vm保持在一参考电平vref。其中，连接晶体管q的第二工作电压(+12v)会通过第八电阻r8提供一第二分压值到比较器10的反相输入端，而负端分压单元30也会提供一第一分压值到比较器10的反相输入端，该第一分压值及第二分压值相加后得到具有该参考电平vref的反相输入电压vm。因为参考电平vref大于该正相输入电压vp，请参考图2e，比较器10的输出端维持在一低电平的输出电压vo。而晶体管q的基极因为是低电平，因此该晶体管q导通(on)。该参考电平vref的大小完全由电阻及固定的第一工作电压及第二工作电压而决定，与交流输入电压vin的大小无关。该参考电平vref是用于判断交流输入电压vin是否有欠压问题的比较参考值。
37.第二时段t2：随着该正相输入电压vp的渐渐增加而大于该参考电平vref，即进入第二时段t2。请参考图2e，此时比较器10的输出端产生一高电平的输出电压vo，而晶体管q转为关闭(off)，第八电阻r8的一端相当于开路。反向器单元40不再提供第二分压值，此时反相输入电压vm完全由负端分压单元30决定，因为负端半波电压vn为0，第三电阻r3并联第五电阻r5之后的阻值很小，该反相输入电压vm的电压值极低，几乎趋近于零电平。
38.第三时段t3：在正相输入电压vp转为零电平之后，进入第三时段t3。此时负端半波电压vn开始输入到负端分压单元30中，对比较器10的反相输入端提供变动的第一分压值，比较器10输出低电平的输出电压vo，晶体管q转为导通(on)状态，该反向器单元40会透过第八电阻r8提供第二分压值至反相输入端。反相输入电压vm将会随着负端半波电压vn的电压变动而同步变化。
39.该比较器10的输出电压vo从低电平转为高电平的上升缘变化(即t1
→
t2)，代表从交流输入电压vin分压出来的该正相输入电压vp可大于该参考电平vref，确认交流输入电压vin没有欠压问题。相反的，当一旦发生欠压问题时，如图3所示，交流输入电压vin的峰值变小，该正相输入电压vp将不会大于参考电平vref，该比较器10的输出电压vo固定维持在
低电平，不会转为高电平。
40.另一方面，在交流输入电压vin没有欠压的情况下，当交流输入电压vin从正半周转为负半周时(即t2
→
t3)，该比较器10的输出电压vo从高电平转为低电平，因此根据输出电压vo的下降缘可以得知相位变化的时间点，从而达到相位检测目的。
41.综上所述，本发明利用相对简单的电路结构即可检测交流输入电压vin是否发生欠压问题，也可以判断出正、负半周相位变化的时间点。
42.以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。