全文摘要
本实用新型公开了一种交流电的电压采样电路结构和交流电电压的检测设备，所述交流电的电压采样电路结构包括火线采样电路和零线采样电路，所述火线采样电路包括第一分压电路、第一运算放大电路和第一直流基准电路，在所述运算放大电路的输出端得到电压采样信号，所述零线采样电路包括第二分压电路、第二运算放大电路和第二直流基准电路，在所述运算放大电路的输出端得到直流偏置信号。本实用新型提供一种用交流电的电压采样电路结构，通过分别采用两路的火线采样电路和零线采样电路，火线采样电路可得到火线上的电压采样信号，零线采样电路由于在零线上没有电压则可获得一个准确的电压偏置信号，该电压偏置信号体现温漂以及负载的影响，可提高电压检测的可靠性。
设计方案
1.一种交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述交流电的电压采样电路结构包括火线采样电路和零线采样电路，
所述火线采样电路包括第一分压电路、第一运算放大电路和第一直流基准电路，所述第一分压电路将火线上的电压分压后连接到所述第一运算放大电路的反相输入端，所述第一直流基准电路连接到所述第一运算放大电路的同相输入端，在所述运算放大电路的输出端得到电压采样信号；
所述零线采样电路包括第二分压电路、第二运算放大电路和第二直流基准电路，所述第二分压电路将零线上的电压分压后连接到所述第二运算放大电路的反相输入端，所述第二直流基准电路连接到所述第二运算放大电路的同相输入端，在所述第二运算放大电路的输出端得到直流偏置信号。
2.根据权利要求1所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述第一直流基准电路采用分压电阻和\/或采用低压差线性稳压器；所述第二直流基准电路采用分压电阻和\/或采用低压差线性稳压器。
3.根据权利要求1所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述第一直流基准电路与所述第二直流基准电路为同一电路。
4.根据权利要求1所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述第一分压电路的输出端设置有第一电容；所述第二分压电路的输出端设置有第二电容。
5.根据权利要求1所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述第一分压电路通过钳位二极管电路连接至所述第一运算放大电路。
6.根据权利要求1所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述第二分压电路通过钳位二极管电路连接至所述第二运算放大电路。
7.根据权利要求1所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述第一分压电路和所述第二分压电路均采用分压电阻。
8.根据权利要求1所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述第一运算放大电路内的输出端设置有第一输出电阻；所述第二运算放大电路内的输出端设置有第二输出电阻。
9.根据权利要求1所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述第一分压电路与所述第二分压电路采用同一电路结构。
10.根据权利要求1所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述第一运算放大电路和所述第二运算放大电路采用同一电路结构。
11.根据权利要求1所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述电压采样信号和所述直流偏置信号合成校准电压信号。
12.根据权利要求11所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，还包括信号处理电路，所述信号处理电路的输入端分别接收所述电压采样信号和所述直流偏置信号，所述信号处理电路的输出端输出校准电压信号。
13.根据权利要求1至12中任一项所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述火线采样电路和所述零线采样电路具有相同的电路结构。
14.根据权利要求12所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述交流电的采样电路结构用于充电装置的电源检测。
15.根据权利要求1至12中任一项所述交流电的电压采样电路结构，其特征在于，所述火线采样电路和所述零线采样电路均连接至保护导体。
16.一种交流电电压的检测设备，其特征在于，所述交流电电压的检测设备采用上述如权利要求1至15中任一项所述交流电的电压采样电路结构。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种交流电的电压采样电路结构和交流电电压的检测设备。
背景技术
在TT和TN系统的交流电应用中，一般需要对高压电压进行检测和监控。目前常用的解决方案包括将高压电压分压并可叠加一个直接偏置电压，然后可将得到采样信号送给MCU进行处理，从而实现对电压情况进行检测和监控。强电一般指电工领域的交流电力部分，通常是相对于电压在36V以内弱电而言的，例如室内用电。因此，在应用环境要求较高的场合中，就会对交流电电压的精度范围提出了更高的要求。
实用新型内容
本实用新型为提高交流电的检测精度，提供一种交流电的电压采样电路结构和交流电电压的检测设备。
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种交流电的电压采样电路，包括火线采样电路和零线采样电路，所述火线采样电路包括第一分压电路、第一运算放大电路和第一直流基准电路，所述第一分压电路将火线上的电压分压后连接到所述第一运算放大电路的反相输入端，所述第一直流基准电路连接到所述第一运算放大电路的同相输入端，在所述运算放大电路的输出端得到电压采样信号；所述零线采样电路包括第二分压电路、第二运算放大电路和第二直流基准电路，所述第二分压电路将零线上的电压分压后连接到所述第二运算放大电路的反相输入端，所述第二直流基准电路连接到所述第二运算放大电路的同样输入端，在所述第二运算放大电路的输出端得到直流偏置信号。
根据本实用新型的一个实施方案，所述第一直流基准电路采用分压电阻和\/或采用低压差线性稳压器；所述第二直流基准电路采用分压电阻和\/或采用低压差线性稳压器。
根据本实用新型的一个实施方案，所述第一直流基准电路与所述第二直流基准电路为同一电路。
根据本实用新型的一个实施方案，所述第一分压电路的输出端设置有第一电容；所述第二分压电路的输出端设置有第二电容。
根据本实用新型的一个实施方案，所述第一分压电路通过钳位二极管电路连接至所述第一运算放大电路。
根据本实用新型的一个实施方案，所述第二分压电路通过钳位二极管电路连接至所述第二运算放大电路。
根据本实用新型的一个实施方案，所述第一分压电路和所述第二分压电路均采用分压电阻。
根据本实用新型的一个实施方案，所述第一运算放大电路内的输出端设置有第一输出电阻；所述第二运算放大电路的输出端设置有第二输出电阻。
根据本实用新型的一个实施方案，所述第一分压电路与所述第二分压电路采用同一电路结构。
根据本实用新型的一个实施方案，所述第一运算放大电路和所述第二运算放大电路采样同一电路结构。
根据本实用新型的一个实施方案，所述电路采样信号和所述直流偏置信号合成校准电路信号。
根据本实用新型的一个实施方案，所述交流电的电压采样电路结构还包括信号处理电路，所述信号处理电路的输入端分别接收所述电压采样信号和所述直流偏置信号，所述信号处理电路的输出端输出校准电压信号。
根据本实用新型的一个实施方案，所述火线采样电路和所述零线采样电路具有相同的电路结构。
根据本实用新型的一个实施方案，所述交流电采样电路结构用于充电装置的电源检测。
根据本实用新型的一个实施方案，所述火线采样电路和所述零线采样电路均连接至保护导体。
一种交流电电压的检测备，所述交流电电压的检测设备采用上述交流电的电压采样电路结构。
本实用新型提供一种用于检测交流电的电路结构，通过分别采用两路的火线采样电路和零线采样电路，火线采样电路可得到火线上的电压采样信号，零线采样电路由于在零线上没有电压则可获得一个准确的电压偏置信号，该电压偏置信号体现温漂以及负载的影响，在电压采用信号中对于电压偏置信号进行处理则可大幅改善电压检测精度，提高电压检测的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型实施例的电路图；
图2为本实用新型实施例的电路框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细的描述：
如图1所示为本实施例的电路示意图，用于检测交流电的电路结构包括位于左侧部分的火线采样电路和位于右侧的零线采样电路，所述火线采样电路包括第一分压电路10、第一运算放大电路20和第一直流基准电路30，所述第一分压电路10通过将火线(Live)上的电压分压后连接到所述第一运算放大电路20的反相输入端，也就是在火线上选择交流电信号输入端Vin_L后通过分压电路进行分压后连接到运算放大器的反相输入端，所述第一直流基准电路30连接到所述第一运算放大电路20的同相输入端，第一直流基准电路30可采用弱电系统内供电VDD_5V形成的输出信号连接到运算放大器的同相输入端，当然对于不同的弱电系统也可以采用VDD为3.3V等不同的电压环境，当电路连通时，即Vin_L接入火线交流电以及VDD上电，则在第一运算放大电路20的输出端得到火线上的电压采样信号Vout_P，该采样信号Vout_P会因为环境温度的变化受到VDD以及Δamp存在的温漂现象的影响，从而影响到火线上实际的精确的电压信号，Δamp为由运算放大器U3B的温度偏移引入的误差，VDD还会受到弱电系统电源实际的负载影响。因此如何获得准确的实时参考电压成为改进采样精度的关键点。
为了改善电压检测的精度，优化了电路设计，采用以零线作为高压采样输入，与火线采样电路相对应的，位于图1中右侧部分的零线采样电路包括第二分压电路10’、第二运算放大电路20’和第二直流基准电路30’，所述第二分压电路10’通过将零线(Neutral)上的电压分压后连接到所述第二运算放大电路20’的反相输入端，也就是在零线上选择输入端Vin_N后通过分压电路进行分压后连接到运算放大器的反相输入端，所述第二直流基准电路30’连接至所述第二运算放大电路20’的同相输入端，第二直流基准电路30’与第一直流基准电路30均可采用弱电系统内供电形成，当电路连通时，通过Vin_N是没有电压信号的，则在第二运算放大电路20’的输出端得到直流偏置信号Vout_N，该直流偏置信号Vout_N没有受到输入电压的影响仅体现了VDD以及Δamp等因素，进而获得一个相当于参考电压信号Vref的信号。
如图2所示，为本实用新型的原理电路框图，结合图1所示，从电路原理上可得出
左侧电路：Vout_P＝Vref-Vin_L*A；右侧电路：Vout_N＝Vref-Vin_N*A＝Vref(当Vin_N＝0时)
其中A为一恒定系数，例如可采用0.002352，Vin_L为火线与零线之间的电压，Vin_N相当于0V。
参考电压信号Vref(或直流偏置信号Vout_N)也就是电压采样信号Vout_P中的直流偏置信号部分,也可以通过公式表达为：Vref＝VDD_5V*B+Δamp
其中B为另一恒定系数，例如可采用0.301877，VDD_5V为可通过DC\/DC电路产生的5V弱电系统的电源，Δamp为由运算放大器U3B的温度偏移引入的误差，VDD和Δamp两者在不同的温度环境下(-40℃到+60℃之间)都会发生变化，VDD也会通过弱电系统的电源的实际负载的影响，因此，在不同的负载及温度环境下获得参考电压信号Vref就对于精度的体现就会很重要。
继续参考图1所示，所述第一直流基准电路30采用分压电阻和\/或采用低压差线性稳压器，同理，所述第一直流基准电路30’采用分压电阻和\/或采用低压差线性稳压器，从而得到运算放大电路所需的直流基准信号，直流基准电路是为了得到基准电压，可通过DC\/DC电路产生弱电系统的电源，再采用分压电阻和\/或采用低压差线性稳压器得到所需要的精确的电压信号，从而满足不同电压应用环境的产品。
进一步的，所述第一直流基准电路30与所述第二直流基准电路30’为同一电路，也就是如图1中的采用同一电压基准信号，对于同一弱电系统内的电源内多个直流基准电路所产生的效果应该是一致的，为了进一步消除可能带来的差异，从而采用同一直流基准电路，使第一运算放大电路的同相输入端与第二运算放大电路的同相输入端连接到同一基准电位上。
为了减少交流电的噪声影响，在所述第一分压电路10的输出端设置有第一电容C17，在所述第二分压电路10’的输出端设置有第二电容C18，利用电容的滤波特性，可通过第一电容C17和第二电容C18减少交流电传输时产生的噪声，提高分压后输入到运算放大器中的电信号的频率特性，进一步提高检测的精确性。
可选的，如图1中所示，所述第一分压电路10通过钳位二极管电路40连接至所述第一运算放大电路20，同样的，所述第二分压电路10’通过钳位二极管电路连接至所述第二运算放大电路20’，也就是在分压电路与运算放大电路之间设置钳位二极管电路D3\/D4，钳位二极管电路由两个二极管反向并联，用于保护运算放大器。
参考图1所示，所述第一分压电路10和所述第二分压电路10’均采用分压电阻，电阻R17、R19、R20和R22以及电阻R16、R18、R21和R23分别起到分压的作用，当电路串联有电阻时，在总电压不变的情况下，在电路上串联一个分压电阻，将能起分压的作用，一部分电压将降在分压电阻上，使该部分电路两端的电压减小，从而得到所需较低的电压范围。
在本实施例中，所述第一运算放大电路20内的输出端设置有第一输出电阻R26，所述第二运算放大电路20’内的输出端设置有第二输出电阻R27，通过将输出电阻放在反馈电路内部，从而产生的输出阻抗非常低，提高输出信号的驱动能力。
继续参考图1和图2所示，所述第一分压电路10与所述第二分压电路10’采用同一电路结构，同样的，所述第一运算放大电路20和所述第二运算放大电路20’采样同一电路结构，进一步的，所述火线采样电路和所述零线采样电路具有相同的电路结构，也就是使火线采样电路和零线采样电路在分压电路和运算放大电路等各部分都可以采样相同的设计，在实际运用过程中可以实现两者的相互转换，达到相同的技术效果。在本实施例中，所述电压采样信号和所述直流偏置信号合成校准电压信号，从而准确得到交流电的电压信息，对此，所述交流电的电压采样电路结构还包括信号处理电路，所述信号处理电路的输入端分别接收所述电压采样信号和所述直流偏置信号，所述信号处理电路的输出端输出校准电压信号，具体的，所述交流电的采样电路结构用于充电装置的电源检测。
如图2所示，在本实施例中，所述火线采样电路和所述零线采样电路均连接至保护导体(PE，Protecting Earthing)，保护导体也就是通常所说的“地线”，把应当对地无电位差的导体部位接地的线就叫“地线”，也就是交流电电压的检测设备接地端连接至“地线”上，可用来将电流引入大地的导线，以保护电路结构，提高交流电应用的安全性。
在上述基础上，本实用新型还提供一种可用于TT和TN系统中交流电电压的检测设备，所述交流电电压的检测设备采用上述用于检测交流电的电路结构，采用用于检测交流电的电路结构可得到电压采样信号和直流偏置信号，将这两个信号通过信号处理可消除温漂和负载产生的影响，从而改善计量精度。
本实施例通过设置的零线采样电路包含了引起Vref误差的主要因素，可以消除温漂和负载对Vref影响，并且获得一个准确的实时Vref。因此，可以预见，电压检测精度必将大幅改善，并且可靠性也更高。同时实测结果与理论相吻合，电压测量的误差范围可以从约8％改善至3％。本实施例是在室内用电的交流电在不同温度环境下时行，以适应于一般情况下的应用场景，但并非对此做出的限制。在较佳的实施例中将火线采样电路与零线采样电路采用同样的电路结构，从而在实际工作中防止接反等现象，并提高电路结构的相对一致性，也达到提高精度的目的。
下面为不同温度环境及测试条件下的测试结果：
1)－40℃环境温度下，误差范围由8.17％改善到2.44％
2)+25℃环境温度下，误差范围由5.82％改善到3.17％
3)+25℃环境温度下，误差范围由3.61％改善到2.73％
本实用新型提供一种可用于检测TT和TN系统中交流电的电路结构，通过分别采用两路的火线采样电路和零线采样电路，火线采样电路可得到火线上的电压采样信号，零线采样电路由于在零线上没有电压则可获得一个准确的电压偏置信号，该电压偏置信号体现温漂以及负载的影响，在电压采用信号中对于电压偏置信号进行处理则可大幅改善电压检测精度，提高电压检测的可靠性。
本实用新型中的实施例仅用于对本实用新型进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本实用新型保护范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920303731.1
申请日:2019-03-11
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:31(上海)
授权编号:CN209894872U
授权时间:20200103
主分类号:G01R19/00
专利分类号:G01R19/00
范畴分类:31F;
申请人:泰科电子（上海）有限公司
第一申请人:泰科电子（上海）有限公司
申请人地址:200131 上海市浦东新区中国（上海）自由贸易试验区英伦路999号15幢一层F、G、H部位
发明人:王建军;贾晓雨
第一发明人:王建军
当前权利人:泰科电子（上海）有限公司
代理人:脱颖;李强
代理机构:31259
代理机构编号:上海脱颖律师事务所 31259
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类型名称:外观设计