專利名稱：用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種電子領域中的交流電的信號的隔離檢測電路及 其檢測方法，特別涉及一種用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路。
背景技術(shù)：
目前，對于高壓交流電的檢測和隔離輸出中常用的電路有二種， 一種 是通過變壓器1隔離并把高壓交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪航涣麟娫偎徒o比較器2檢 測輸出信號的電路，如圖1所示為通過變壓器1隔離檢測的基本電路原理 圖，由圖1可以看出此電路是利用變壓器1隔離變壓將高壓交流信號轉(zhuǎn)換 為低壓信號，然后通過低壓的檢測電路檢測低壓信號中的相應點，從而檢 測出對應的高壓交流電信號。此電路中應用的變壓器存在損耗，造成了電 路損耗。第二種方法是把交流的電壓信號通過電阻取樣變成電流信號，再 通過光耦隔離傳輸給低壓的檢測電路對電流信號進行處理和檢測，檢測出
高壓交流過零點信號。如圖2所示為通過電阻連接光耦隔離高壓交流電， 再通過低壓的檢測電路3處理變換處理以檢測相應的點。此電路中光耦11、 12需要一定電流才能使其傳輸比例實現(xiàn)線性，即傳輸比例不變，而此電流 形成則是輸入高壓通過相應的電阻Rl和R2降壓來實現(xiàn)的，所以此電路中 的電阻R1和R2不能取值太小，由歐姆定理得I-U/R，所以電阻上的電壓 和電流是同相位的，其電流變化趨勢跟隨電壓變化，如圖3中電壓和電流 的變化曲線所示。所以取樣電路中的電流和電壓乘積形成的功耗主要由電 阻R1和R2承擔，造成了電路的損耗。此方法中由于電壓和電流的同相位， 通過電流傳輸后，光耦11、 12輸出電流的檢測對應了輸入高壓交流電的 檢測。發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于檢測高 壓交流電的低功耗隔離檢測電路，它能降低損耗。
實現(xiàn)上述目的的一種技術(shù)方案是 一種用于檢測高壓交流電的低功耗 隔離檢測電路，包括一高壓交流信號源、兩個并聯(lián)連接的電流隔離傳輸模 塊及一低壓檢測模塊，還包括一取樣電容，該取樣電容與所述的兩個并聯(lián) 的電流隔離傳輸模塊串聯(lián)連接后與高壓交流信號源連接，所述低壓檢測模 塊與兩個電流隔離傳輸模塊的輸出端連接。
上述的用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路，其中，所述兩個 并聯(lián)連接的電流隔離傳輸模塊中的一個可以由二極管代替，所述低壓檢測 模塊與另一個電流隔離傳輸模塊的輸出端連接。
上述的用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路，其中，還包括一 保護電阻，該保護電阻與取樣電容及并聯(lián)連接的電流隔離傳輸模塊和二極 管串聯(lián)連接后與高壓交流信號源連接，所述低壓檢測模塊與電流隔離傳輸 模塊的輸出端連接。
上述的任意一種用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路，其中， 所述電流隔離傳輸模塊為一由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成的光耦。
由于采用了本實用新型的用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電 路及其檢測方法的技術(shù)方案，即通過電容負載把高壓交流電的電壓信號轉(zhuǎn) 變?yōu)殡娙莸碾娏餍盘?，再把這個電流信號通過隔離傳輸模塊(如光耦)把 電流信號隔離傳輸給低壓的信號處理模塊，并從中檢測出高壓交流信號， 在這個過程中，交流電壓的電容負載不損耗能量，所以本實用新型的信號 取樣電路"電容電流信號"的獲得不需要損耗能量，消除了現(xiàn)有技術(shù)中實 現(xiàn)交流信號隔離檢測電路的能量損耗，而且檢測精確度也得到了提高。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種用于檢測高壓交流電的隔離檢測電路的原理
圖2為現(xiàn)有技術(shù)的另一種用于檢測高壓交流電的隔離檢測電路的原理圖3為圖2中的檢測電路檢測的電壓和電流信號的變化曲線圖； 圖4為本實用新型的用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路的原 理圖5為圖4中本實用新型的檢測電路檢測的電壓和電流信號的變化曲 線圖6為本實用新型的用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路的最 佳實施例的原理圖7為本實用新型的用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路的第 二種實施例的原理圖8為圖6、 7中本實用新型的檢測電路檢測的電壓和電流信號的變 化曲線圖。
具體實施方式
為了能更好地對本實用新型的技術(shù)方案進行理解，下面通過具體地實 施例并結(jié)合附圖進行詳細地說明
請參閱圖4，圖中是本實用新型的用于檢測高壓交流電的低功耗隔離 檢測電路，包括一被測的高壓交流信號源AC、 一取樣電容C2、兩個電流 隔離傳輸模塊ll、 12、 一低壓檢測模塊3，取樣電容C2、兩個電流隔離傳 輸模塊ll、 12、 一低壓檢測模塊3取樣電容C2和兩個并聯(lián)連接的電流隔 離傳輸模塊11、 12串聯(lián)后與高壓交流信號源AC連接，低壓檢測模塊3 與兩個電流隔離傳輸模塊ll、 12的輸出端連接。
電流隔離傳輸模塊11、 12為一由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成的光 耦，還可為其它具有類似隔離和電流傳輸功能的電路模塊。
再請參閱圖6，圖中是本實用新型的用于檢測高壓交流電的低功耗隔 離檢測電路的第一個實施例，它將上述電路中的兩個并聯(lián)連接的電流隔離 傳輸模塊11、 12中的一個電流隔離傳輸模塊12由二極管Dl代替。該實 施例的電路包括一被測的高壓交流信號源AC、 一取樣電容C2、 一個電流 隔離傳輸模塊ll、 一個二極管D1及一低壓檢測模塊3，其中，取樣電容C2與并聯(lián)連接的電流隔離傳輸模塊11和二極管Dl串聯(lián)連接后與高壓交 流信號源AC連接，低壓檢測模塊3與電流隔離傳輸模塊11的輸出端連接。
再請參閱圖7，圖中是本實用新型的用于檢測高壓交流電的低功耗隔 離檢測電路的第二個實施例，它包括一被測的高壓交流信號源AC、 一保 護電阻R1、 一取樣電容C2、 一個電流隔離傳輸模塊11、 一個二極管D1 及一低壓檢測模塊3，其中，保護電阻R1與取樣電容C2及并聯(lián)連接的電 流隔離傳輸模塊11和二極管D1串聯(lián)連接后與高壓交流信號源AC連接， 低壓檢測模塊3與電流隔離傳輸模塊11的輸出端連接。保護電阻R1的作 用是保護電路在上電的瞬間可能損壞電路，此保護電阻R1可以緩解上電 瞬間的瞬時高壓，在電路正常時由于其阻值小，因此其對電路中AC信號 和輸出電流的關(guān)系影響非常小，可以忽略不計。
本實用新型的用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路的工作原
理是由圖4可以看出，本實用新型的檢測電路中光耦二極管的輸入電流是 通過與其串聯(lián)的電容C2實現(xiàn)的，由于光耦的發(fā)光二極管所需的導通電壓 很小，對該檢測電路中電容C2上的電流信號和交流輸入信號的對應關(guān)系 影響非常小，可以忽略不記，為分析方便，在分析信號時忽略光耦，那么
忽略光耦二極管的導通電壓的話，那么設輸入電壓U，電容的容抗(或稱
1
為電抗)為Zc= J"e (其中j為復數(shù)表示方法中的虛部單位，(B=27rf， f 為輸入信號頻率，目前國內(nèi)民用的高壓交流電為50HZ)，由歐姆定理得電 旦
流t^-j(ocU，有此電流公式可知輸入電壓和電流存在90。的相位差，且 是電流超前電壓90。，其交流曲線圖如圖5所示，圖中正負表示方向。由 圖5得知，當電壓由最高點P向零點H變化時，對應的電流由零點P，向 最高點H，變化，即當電壓到達過零點H時電流到達最高點H'。由于光 耦輸入輸出電流趨勢一致，所以光耦輸出電流超前輸入交流電壓信號90°，從而由輸出電流相位得到了輸入電壓信號的相位。而光耦輸出電流的頻率 對應輸入電壓信號的頻率，即得到了輸入電壓的頻率。設輸入電壓有效值
為Vin，電容電流即光耦的輸入電流為Iin，光耦輸出電流為Iout，光耦傳
lout lout
輸比為CTR，由CTR定義CTI^;知，Iin-^，由上述歐姆定理得
lout
Vin=Zc*Iin，從而得到輸入交流電壓的幅值Vin=CTR*2nfc ，其中f為輸入 交流信號的頻率，c為取樣電容C2的值。因此由光耦輸出電流波形信息可 以得到交流輸入電壓信號的相位、頻率和幅值(有效值)，另外，輸入交 流信號取樣電路是容性負載，不產(chǎn)生損耗，從電流和電壓的相位關(guān)系看， 電流和電壓相位相差90°，其有功功率為零，只有在電壓和電流出現(xiàn)交叉 非零值時發(fā)生微小的功耗，和現(xiàn)有技術(shù)的電路的功耗比幾乎可以忽略，這 樣本實用新型電路就可以在取樣電路無損耗或微損耗的情況下從隔離后 的輸出信號得到輸入的高壓交流電信號的所有參數(shù)幅值、相位和頻率。
圖4中二路并聯(lián)的電流隔離模塊分別傳輸電容中電流信號的正半周和 負半周，因為交流信號是有規(guī)律的，只要有半個周期甚至1/4周期的信號 就能檢測出全部信號，本實用新型的檢測電路如圖6所示，是通過光耦ll 將交流電流隔離傳輸，檢測輸入交流電的半個周期一個過零點的一個實 例。圖6 二極管Dl作用是為避免交流電反向后光耦11中發(fā)光二極管承受 的反向電壓太大而擊穿提供的反向電流通路，設流過光耦發(fā)光二極管的電 流為Id，流過二極管D1的電流為Idl，如圖8所示，當輸入電壓由C點 向D點變化時，光耦發(fā)光二極管中有電流Id流過，其變化趨勢如圖中C' 到D'的曲線所示，此時二極管D1的電流Idl為0;當輸入電壓由D點 向E點變化時，二極管D1中有電流Idl流過，其變化趨勢如圖8中D" 到E''的曲線所示，此時光耦發(fā)光二極管的電流Id為O。 二極管D1和光 耦11中發(fā)光二極管在交流輸入電壓變化的一個周期內(nèi)交互工作，因此圖6所示的檢測電路是單向傳輸。
圖6所示的檢測電路中由于二極管D1導通的電壓很小，輸入電壓的 大部分被電容C2分擔，而電容C2為非耗能器件，所以交流信號通過光耦 傳輸?shù)倪^程中損耗損耗非常小，和目前的檢測電路的損耗比可以忽略不 計。
圖7是圖6電路上的一個改進，也可以在圖4的電路上增加這個電阻， 其作用是防止在上電的瞬間高壓加到電流模塊上面而損壞器件，正常工作 后可以不要這個電阻，實際電路中，這個電阻很小遠遠小于取樣電容C2 的容抗，所以對電路影響非常小，在分析電路時可以忽略不記。
本技術(shù)領域中的普通技術(shù)人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說 明本實用新型，而并非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的 實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型的 權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路，包括一高壓交流信號源、兩個并聯(lián)連接的電流隔離傳輸模塊及一低壓檢測模塊，其特征在于，還包括一取樣電容，該取樣電容與所述的兩個并聯(lián)的電流隔離傳輸模塊串聯(lián)連接后與高壓交流信號源連接，所述低壓檢測模塊與兩個電流隔離傳輸模塊的輸出端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路，其特 征在于，所述兩個并聯(lián)連接的電流隔離傳輸模塊中的一個為二極管，所述低壓檢測 模塊與另一個電流隔離傳輸模塊的輸出端連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路， 其特征在于，還包括一保護電阻，該保護電阻與取樣電容及并聯(lián)連接的電流隔離傳 輸模塊和二極管串聯(lián)連接后與高壓交流信號源連接，所述低壓檢測模塊與電流隔離傳輸模塊的輸出端連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路， 其特征在于，所述電流隔離傳輸模塊為一由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成的光耦。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路，其特 征在于，所述電流隔離傳輸模塊為一由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成的光耦。
專利摘要本實用新型公開了一種用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路，該電路包括一高壓交流信號源、兩個并聯(lián)連接的電流隔離傳輸模塊及一低壓檢測模塊，還包括一取樣電容，該取樣電容與所述的兩個并聯(lián)的電流隔離傳輸模塊串聯(lián)連接后與高壓交流信號源連接，所述低壓檢測模塊與兩個電流隔離傳輸模塊的輸出端連接。本實用新型的用于檢測高壓交流電的低功耗隔離檢測電路通過電容負載把高壓交流電的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸碾娏餍盘?，再把這個電流信號通過隔離傳輸模塊把電流信號隔離傳輸給低壓的信號處理模塊，并從中檢測出高壓交流信號，在這個過程中，交流電壓的電容負載不損耗能量，所以本實用新型的信號取樣電路為電容電流信號的獲得不需要損耗能量。
文檔編號G01R15/16GK201149601SQ20072019852
公開日2008年11月12日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者任善華, 喻明凡, 林新春 申請人:上海辰蕊微電子科技有限公司