电压检测电路、电压检测方法及用电设备与流程

本发明涉及检测电路技术领域，尤其涉及电压检测电路、电压检测方法及用电设备。

背景技术：

在供电条件比较恶劣的国家和地区，由于电网电压波动太大，每一次波动都会给用电设备造成损害，轻则影响用电设备的使用寿命，重则用电设备烧毁引发火灾。为避免财产损失并降低安全风险，用电设备需要配置电压检测电路，其用于检测电网的电压波动，在电压过低或者过高时执行保护动作，保证用电设备不受电压波动影响。

现有常见的电压检测电路采用电压互感器检测，电压互感器直接连接到交流电源上，容易出现电压检测不稳定的现象，而且由于元器件自身精度差异，测量结果的偏差较大，甚至影响用电设备正常使用，造成售后反馈。

因此，如何设计有效提高检测精度的电压检测电路是业界亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有电压检测电路的检测结果不稳定，本发明提出电压检测电路、电压检测方法及用电设备，该电压检测电路通过整流器和隔离检测电路，有效提高电压检测精度，避免出现电压检测不稳定的现象，控制逻辑简单，成本低且精度高。

本发明采用的技术方案是，设计电压检测电路，包括：

整流器，其与交流电源连接；

隔离检测电路，其检测整流器的直流母线电压并输出对应的检测信号；

主控芯片，接收检测信号并判断所述交流电源是否异常。

优选的，交流电源给其连接的负载供电，主控芯片在判定交流电源异常时执行负载保护动作。

优选的，隔离检测电路在直流母线电压满足预设保护条件时输出第一检测信号，主控芯片接收到第一检测信号之后判定交流电源异常；隔离检测电路在直流母线电压不满足预设保护条件时输出第二检测信号，主控芯片接收到第二检测信号之后判定交流电源正常。

优选的，在主控芯片处于低压保护模式下，预设保护条件为直流母线电压位于预设低电压以下；和/或在主控芯片处于高压保护模式下，预设保护条件为直流母线电压位于预设高电压以上。

优选的，隔离检测电路包括隔离器件，所述隔离器件设有相互隔离的输入模块和输出模块，输入模块通过分压电阻接在整流器的直流母线上，输出模块连接主控芯片；隔离检测电路输出的检测信号跟随隔离器件的通断状态而改变。

在一实施例中，隔离检测电路还包括：三端稳压管u3，输入模块的正极通过电阻r10连接供电电压vdd，输入模块的负极连接所述三端稳压管u3的输出端，分压电阻由串联接在整流器的直流母线之间的电阻r1和电阻r2构成；三端稳压管u3的输入端接在电阻r1和电阻r2之间的连接线上，三端稳压管u3控制隔离器件的通断状态。

隔离检测电路还包括：三极管q2，三极管q2的集电极通过电阻r4连接工作电压vcc，三极管q2的基极连接所述输出模块，三极管q2的发射极接地，三极管q2的集电极连接主控芯片，隔离器件控制三级管q2的通断状态。

在另一实施例中，分压电阻由串联接在整流器的直流母线之间的电阻r1和电阻r2构成，输入模块的正极接在电阻r1和电阻r2之间的连接线上，输入模块的负极接地。

输出模块的集电极连接工作电压vcc，输出模块的发射极连接有两条支路，一支路通过电阻r3连接主控芯片、另一支路通过电阻r6接地。

优选的，隔离器件为光耦u1a，输入模块为发光二极管，输出模块为光敏三极管。

本发明还提出了电压检测方法，包括以下步骤：

将交流电源转换为直流电；

检测直流电的实际电压；

判断实际电压是否满足预设保护条件；

若是，则输出第一检测信号，判定交流电源异常；

若否，则输出第二检测信号，返回检测直流电的实际电压。

优选的，判定交流电源异常之后，执行负载保护动作。

优选的，执行负载保护动作之后，继续检测直流电的实际电压，若输出第二检测信号，则先执行负载恢复动作，再返回检测直流电的实际电压。

优选的，负载保护动作包括关闭交流电源连接的负载，负载恢复动作包括打开交流电源连接的负载。

本发明还提出了采用上述电压检测电路的用电设备。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、将交流电转换为直流电，检测直流母线电压，检测精度比直接检测交流电的精度高；

2、利用隔离器件将电压信号转换成主控芯片能够识别的弱电信号，使得用电设备更加安全可靠，电路的适用性更强、检测范围更广。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明电压检测电路的模块示意图；

图2是本发明第一实施例的电路连接图；

图3是本发明第二实施例的电路连接示意图；

图4是本发明第一实施例中交流电压低于184v时的直流母线电压波形；

图5是本发明第一实施例中交流电压低于184时的检测信号波形；

图6是本发明第一实施例中交流电压高于184v时的直流母线电压波形；

图7是本发明第一实施例中交流电压高于184v时的检测信号波形；

图8是本发明第一实施例中低压保护模式的检测流程图。

具体实施方式

如图1至3所示，本发明提出的电压检测电路适用于用电设备中，尤其适用是交流电供电的用电设备，电压检测电路主要包括：整流器、隔离检测电路和主控芯片，以下对每个部分进行详细说明。

交流电源v3给其连接的负载供电，整流器d2与交流电源连接，将交流电转换为直流电，整流器d2可采用全桥整流电路，即通过四个二极管连接组成，当然，实际应用中也可以采用其他形式的整流电路，本发明对此不作限制。

隔离检测电路检测整流器d2的直流母线电压并输出对应的检测信号，主控芯片接收检测信号并判断所述交流电源是否异常，此处的检测信号为电压低于直流母线电压的弱电信号。更具体的说，隔离检测电路包括隔离器件，隔离器件设有相互隔离的输入模块和输出模块，输入模块通过分压电阻接在整流器d2的直流母线上，输入模块与交流电源之间的连接电路为强电部分，输出模块连接主控芯片,输出模块与主控芯片之间的连接电路为弱电部分，隔离检测电路输出的检测信号跟随隔离器件的通断状态而改变。在本发明中隔离器件优选采用光耦u1a，输入模块为发光二极管，输出模块为光敏三极管。

隔离检测电路在直流母线电压满足预设保护条件时输出第一检测信号，主控芯片接收到第一检测信号之后判定交流电源异常，为保护用电设备，主控芯片在判定交流电源异常之后执行负载保护动作。隔离检测电路在直流母线电压不满足预设保护条件时输出第二检测信号，主控芯片接收到第二检测信号之后判定交流电源正常。

本发明通过整流器d2将交流电转换为直流电，检测电压波动更稳定的直流母线电压，检测精度比直接检测交流电的精度高，再利用隔离器件将电压信号转换成主控芯片能够识别的弱电信号，使得用电设备更加安全可靠。

主控芯片有至少一种保护模式，保护模式可设置为低压保护模式或者高压保护模式。在主控芯片处于低压保护模式下，预设保护条件为直流母线电压位于预设低电压以下，即直流母线电压降至预设低电压以下时，主控芯片接收到第一检测信号，并执行负载保护动作。在主控芯片处于高压保护模式下，预设保护条件为直流母线电压位于预设高电压以上，即直流母线电压升至预设高电压以上时，主控芯片接收到第一检测信号，并执行负载保护动作。

本发明提供了两种隔离检测电路的实施例，以下对两个实施例进行详细说明。

如图2所示，在第一实施例中，隔离检测电路具有分压电阻、三端稳压管u3、光耦u1a和三极管q2等，分压电阻由串联接在整流器的直流母线之间的电阻r1和电阻r2构成，整流器的直流母线之间还连接有与分压电阻并联的电容c4，发光二极管的正极通过电阻r10连接供电电压vdd，发光二极管的负极连接三端稳压管u3的输出端，三端稳压管u3的输入端接在电阻r1和电阻r2之间的连接线上，三端稳压管u3的接地端接地。通过三端稳压管u3控制隔离器件的通断状态。

光敏三极管的集电极连接工作电压vcc，光敏三极管的发射极通过电阻r6接地，三极管q2的集电极通过电阻r4连接工作电压vcc，三极管q2的基极通过电阻r5连接光敏三极管的发射极，三极管q2的发射极接地，三极管q2的基极和发射极之间连接有电容c2，三极管q2的集电极连接主控芯片，三极管q2的集电极作为隔离检测电路的输出引脚，通过光耦u1a控制三级管q2的通断状态，进而发出不同的检测信号给主控芯片。

在主控芯片处于低压保护模式下，当直流母线电压大于预设低电压时，经电阻r1、电阻r2分压后，三端稳压管u3的输入端电压大于其参考电压，三端稳压管u3导通，电流流过发光二极管，此时光敏三极管导通，即光耦u1a导通，三极管q2随之导通，三极管q2的集电极为低电平，即第二检测信号为低电平信号，主控芯片检测低电平信号时，判定交流电源正常。

当直流母线电压位于预设低电压之下时，经电阻r1、电阻r2分压后，三端稳压管u3的输入端电压小于其参考电压，三端稳压管u3关断，光耦u1a和三极管q2均不导通，三极管q2的集电极为高电平，即第一检测信号为高电平信号，主控芯片检测高电平信号时，判定交流电源异常，执行负载保护动作。

在主控芯片处于高压保护模式下，其原理与低压保护相似，但需要根据三端稳压管u3参考电压调整分压电阻的分压比，即调整三端稳压管u3的输入端电压，主控芯片的判断逻辑与低压保护相反。当直流母线电压小于预设高电压时，经电阻r1、电阻r2分压后，三端稳压管u3的输入端电压小于其参考电压，三端稳压管u3关断，光耦u1a和三极管q2均不导通，三极管q2的集电极为高电平，即第二检测信号为高电平信号，主控芯片检测高电平信号时，判定交流电源正常。

当直流母线电压位于预设高电压之上时，经电阻r1、电阻r2分压后，三端稳压管u3的输入端电压大于其参考电压，三端稳压管u3导通，电流流过发光二极管，此时光敏三极管导通，即光耦u1a导通，三极管q2随之导通，三极管q2的集电极为低电平，即第二检测信号为低电平信号，主控芯片检测低电平信号时，判定交流电源异常，执行负载保护动作。

为方便理解，以低压保护为例代入具体数值进行说明。

如图4至7所示，假设地区电压为230v、低于184v为低电平，三端稳压管u3选择tl431，光耦u1a选择pc817。

关于电阻r1、r2选型

因该地区电压低于184v为低电平，故以该电压为参考点来对器件进行选型。因184v为交流电源经整流器d2与电解电容c4整流、滤波后该直流电压约为260v。根据型号为tl431的三端稳压管u3的参考电压为2.5v，对电阻r1、r2进行选型，需满足当直流母线电压为260v时，三端稳压管u3的输入端电压为2.5v，输入端电流不超过tl431基准输入电流范围-0.05至10ma（根据厂家规格书为准），满足电阻功耗与降额要求。可知r1:r2=1:103，则r1选择10k，r2选择1030k；此时三端稳压管u3的输入端电流约为0.25ma，满足tl431基准输入电流范围。

关于电阻r4、r5、r6、r10选型

电阻r5、电阻r6决定了光耦u1a的集电极电流ic1，电阻r5决定了三级管q2的基极电流ib2，电阻r4决定了三级管q2的集电极电流ic2，电阻r10决定了光耦u1a的输入电流if。为使光耦u1a能充分工作在开关状态，必须保证光耦工作在饱和状态，其if需大于ic。为保证三极管q2工作在开关状态，必须保证满足三极管q2饱和导通条件。为保证三极管q2与光耦正常工作，电流不能大于其元器件规格书。

关于电压vdd、vcc选择

供电电压vdd选择波动较小的强电侧电压，即选择交流电源侧的供电电压，能保证光耦uia一直工作在饱和状态，例如当电压检测电路应用在变压器中，可选择辅助绕组侧电压为供电电压vdd。此设计的另一个好处是通过隔离器件将交流电源和主控芯片完全隔离，保证用电设备安全可靠。

工作电压vcc为主控芯片的工作电压。

如图3所示，在第二实施例中，隔离检测电路具有分压电阻和光耦u1a等，分压电阻由串联接在整流器的直流母线之间的电阻r1和电阻r2构成，整流器d2的直流母线之间还连接有与分压电阻并联的电容c4，发光二极管的正极接在电阻r1和电阻r2之间的连接线上，发光二极管的负极接地。光敏三极管的集电极连接工作电压vcc，光敏三极管的发射极连接有两条支路，一支路通过电阻r3连接主控芯片、另一支路通过电阻r6接地。光敏三极管的发射极作为隔离检测电路的输出引脚，通过改变光耦u1a通断状态，进而发出不同的检测信号给主控芯片。

在主控芯片处于低压保护模式下，当直流母线电压大于预设低电压时，经电阻r1、电阻r2分压后，发光二极管导通，此时光敏三极管导通，即光耦u1a导通，光敏三极管的发射极为高电平，即第二检测信号为高电平信号，主控芯片检测高电平信号时，判定交流电源正常。

当直流母线电压位于预设低电压之下时，经电阻r1、电阻r2分压后，发光二极管关断，光耦u1a无法导通，光敏三极管的发射极为低电平，即第一检测信号为低电平信号，主控芯片检测低电平信号时，判定交流电源异常，执行负载保护动作。

在主控芯片处于高压保护模式下，其原理与低压保护相似，但需要根据发光二极管的导通电压调整分压电阻的分压比，主控芯片的判断逻辑与低压保护相反。当直流母线电压小于预设高电压时，经电阻r1、电阻r2分压后，发光二极管关断，光耦u1a无法导通，光敏三极管的发射极为低电平，即第二检测信号为低电平信号，主控芯片检测低电平信号时，判定交流电源正常。

当直流母线电压位于预设高电压之上时，经电阻r1、电阻r2分压后，发光二极管导通，此时光敏三极管导通，即光耦u1a导通，光敏三极管的发射极为高电平，即第一检测信号为高电平信号，主控芯片检测高电平信号时，判定交流电源异常，执行负载保护动作。

在第二实施例中，分压电阻的选型需考虑隔离器件的工作电流，防止隔离器件发生故障，工作电压vcc应与主控芯片的工作电压保持一致，电阻r3选择应考虑芯片电流，保障芯片的安全性。

本发明还提出了上述电压检测装置的电压检测方法，包括以下步骤：

将交流电源转换为直流电；

检测直流电的实际电压；

判断实际电压是否满足预设保护条件；

若是，则输出第一检测信号，判定交流电源异常，执行负载保护动作，返回检测直流电的实际电压；

若否，则输出第二检测信号，返回检测直流电的实际电压。

需要说明的是，本发明的电压检测装置在用电设备连接电源的过程中始终保持检测状态，执行负载保护动作之后，继续检测直流电的实际电压，若输出第二检测信号，则先执行负载恢复动作，再返回继续检测直流电的实际电压，此处直流电的实际电压即为上文中的直流母线电压。进一步的，负载保护动作包括关闭交流电源连接的负载，负载恢复动作包括打开交流电源连接的负载，当然，负载保护动作也可以是其他操作，本发明对此不作限定。

如图8所示，为方便理解电压检测方法，以第一实施例中的低压保护模式为例，其电压检测方法包括如下步骤：

将交流电源转换为直流母线电压；

利用分压电阻分压；

检测电阻r1、电阻r2之间的电压，判断电压是否大于三端稳压管u3的参考电压；

若是，则三端稳压管u3导通、光耦u1a导通、三极管q2导通，隔离检测电路输出低电平信号，主控芯片检测到低电平信号后判定交流电源正常；

若否，则三端稳压管u3关断、光耦u1a关断、三极管q2关断，隔离检测电路输出高电平信号，主控芯片检测到高电平信号后判定交流电源异常，执行负载保护动作，返回检测电阻r1、电阻r2之间的电压。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。