专利名称：电网电压检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电网电压检测装置，特别涉及一种不用变压器来测量 电网电压的实时检测装置。
背景技术：
世界各国的电网电压有很多都不一样，因此很多电子产品需要针对各种电 网电压进行不同的对策使之能够正常工作。其中首要的问题是检测电网电压。 目前的电网电压检测， 一般是采用变压器，使高的交流电压转换并隔离成
低的电压，然后再用A/D采集和单片机进行测量。如图1所示，交流电网电压 101输入变压器102的初级端，因为初级绕组匝数比较多，次级绕组匝数比较 小，这样的话可以隔离并产生低电压，经过二极管103整流和电容104滤波后， 会变成一比较平滑的直流电压，然后经过电阻105和106分压后输给A/D采样 电路107，最后输给单片机108进行检测。
上述电网电压检测电路存在的问题是，变压器的价格相对昂贵，体积也较 大。同时，这样的方法不能测出电网电压的频率，具有一定的局限性。另外， 使用变压器实时检测电压，消耗在变压器上的功耗也比较大。

实用新型内容
本实用新型即鉴于上述缺陷提出的，目的在于提供一种电网电压检测装 置，既能实现电压隔离，又能省去大体积的变压器，从而低成本的实现电网电 压检测。
为此，本实用新型提出一种电网电压检测装置，包括整流电路、零点检测 电路、分压电路、单稳态脉冲触发电路以及运算单元。整流电路将交流电网电 压转换为直流电压波形；零点检测电路连接该整流电路，检测该交流电网电压 的零点并据此输出零点脉冲；分压电路连接该整流电路，将该直流电压波形按比例縮小至逻辑电路的低电压波形；单稳态脉冲触发电路连接该分压电路，接 收该低电压波形，并在该低电压波形上电压达到一参考电平的时刻产生单稳态 脉冲，其中该单稳态脉冲与该零点脉冲之间具有时间差；运算单元连接该零点 检测电路及该单稳态脉冲触发电路，根据该单稳态脉冲和零点脉冲之间的时间 差以及该单稳态脉冲产生时刻的交流电网瞬时电压计算出该交流电网电压的 电压值。
在上述的电网电压检测装置中，还可包括第一光电隔离电路，连接在该 零点检测电路与该运算单元之间；以及第二光电隔离电路，连接在该单稳态脉 冲触发电路与该运算单元之间。
在上述的电网电压检测装置中，该运算单元中包括依据该参考电平及该分 压电路的分压比确定的该交流电网瞬时电压值。
在上述的电网电压检测装置中，该整流电路为全波整流电路。
在上述的电网电压检测装置中，该运算单元包括单片机。
本实用新型的电网电压检测装置没有采用变压器，功耗低，价格低，而且 能实时监测电网的电压和频率。


为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，
以下结合附图对 本实用新型的具体实施方式
作详细说明，其中 图1是目前的常规电网检测电路示意图。 图2是本实用新型的电网检测装置的方框图。
图3a-图3c是本实用新型的电网检测装置的各部分电压波形图，其中图3a 为输入交流电网电压的波形图；图3b为经过整流后的直流电压波形图；图3c 为经过分压以后的低电压波形图。
图4是本实用新型的电网检测装置的零点脉冲与单稳态脉冲波形图。 图5是本实用新型的电网检测装置一个实施例的电路原理图。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型的电网检测装置的一个实施例包括整流电路202、分压电路203、单稳态脉冲触发电路204、零点检测电路205及运算单元206。 在一个较佳实施例中，电网检测装置还可包括第一光电隔离电路207及第二光 电隔离电路208。
整流电路202输入交流电网201的电压Vin，其电压波形如图3a所示，其 中交流电网电压可以是110V电网电压(如实线所示)，也可以是220V电网电 压(如虚线所示)。整流电路202是全波整流电路，其一个实施例是如图5所 示的桥式整流器。经过整流电路202后交流电网电压被转换为直流电压波形， 其电压波形如图3b所示，然后把电压分成两路分别给零点检测电路205和单 稳态脉冲触发电路204。
零点检测电路205为本领域所熟知的电路，因此在此不再详细描述。零点 检测电路205不仅能提供一个电压过零点的零点脉冲信号Pz (如图4所示)， 还可以提供一个逻辑电路的电源电压(参照图5中的VTEMP)，用来给单稳 态脉冲触发电路204及光电隔离电路207、 208供电。
分压电路203连接到整流电路202，以将直流电压波形按比例縮小至逻辑 电路的低电压波形(如图3c所示)。分压电路203的一个例子如图5所示，其 中二极管D1是用来使R1、 R2之间的A点电压不超过6V，使R2、 R3之间的 B点电压不至于超过后续芯片(如74HC123)输入脚的最大允许电压，起保护 作用。图3c所示为分压后B点的低电压波形，此低电压波形输入单稳态脉冲 触发电路204。
单稳态脉冲触发电路204,连接到分压电路203，单稳态脉冲触发电路204 接收图3c的低电压波形，并在该低电压波形上电压达到一参考电平的时刻产生 单稳态脉冲Ps，如图4所示。此参考电平可为逻辑高电平，参考电平与单稳态 脉冲Ps产生时刻的交流电网瞬时电压有关。
单稳态脉冲触发电路204的一个例子如图5所示，此电路中单稳态脉冲触 发器选用74HC123，其输入端为施密特(Schmitt)输入，可提高抗干扰能力。 如果输入电压值大于3.5V的参考电平，则输入认为高电平，此时会产生一个单 稳态脉冲，此脉冲宽度由R4及C3决定，要求既能保证弱电端的单片机可靠及 时的检测，同时又不是很长，使光电耦合管U3中的发光二极管不会消耗太多 的功耗，VTEMP能够稳定，整个电路的功耗可以很小。然后该单稳态脉冲驱动第一光电隔离电路208中的U3中的发光二极管，经过光电耦合后在弱电压 端也出现一个脉冲Ps信号，即为电压检测的脉冲信号，最后输给作为运算单元 206的单片机。
回到图2所示，运算单元206连接零点检测电路205及该单稳态脉冲触发 电路204，运算单元206会采集图4所示的零点脉冲Pz和单稳态脉冲Ps，这两 个脉冲之间有一个时间差ts。由二个零点脉冲Pz之间的时间差可计算出输入交 流电网电压的频率f。而当单稳定脉冲触发电路的输入电平达到参考电平而产 生单稳态脉冲Ps时， 一般地由参考电平大小及分压电路203的分压比能够算出 此时电网电压的瞬时电压Vs。若以图5所示的具体电路为例，当B点电压为 高电平电压(如3.5V)时(即产生一脉冲时)，由具体电路能够算出此时电网 电压的瞬时电压Vs。运算单元206的一个例子是如图5所示的单片机，运算单 元206中可包含预先依据上述参考电平及分压电路的分压比确定(或者进一步 考虑具体电路影响)的交流电网瞬时电压值Vs。
由于一般电网的电压都是正弦波，V=Vp*sin(2 n *Pt)，当t^s时，V=Vs， 则电压峰值Vp=Vs/sin(2* *Pts)，然后可算出Vrms=Vp/V^，即为交流电网输 入电压的有效值。由此运算单元206根据单稳态脉冲Ps和零点脉冲Pz之间的 时间差ts以及该单稳态脉冲产生时刻的交流电网瞬时电压Vs，可计算出该交 流电网电压的电压值。
综合以上所述，本实用新型是把电网进行分压，并在某一特定电压点产生 一个脉冲，然后根据此脉冲与零点脉冲的时间间隔算出电网电压。本实用新型 还额外获得了电网频率。由于本实用新型的电路中没有采用变压器，因而功耗 低、价格低、体积小。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新 型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许 的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求1. 一种电网电压检测装置，其特征在于包括整流电路，将交流电网电压转换为直流电压波形；零点检测电路，连接该整流电路，检测该交流电网电压的零点并据此输出零点脉冲；分压电路，连接该整流电路，将该直流电压波形按比例缩小至逻辑电路的低电压波形；单稳态脉冲触发电路，连接该分压电路，接收该低电压波形，并在该低电压波形上电压达到一参考电平的时刻产生单稳态脉冲，其中该单稳态脉冲与该零点脉冲之间具有时间差；以及运算单元，连接该零点检测电路及该单稳态脉冲触发电路，根据该单稳态脉冲和零点脉冲之间的时间差以及该单稳态脉冲产生时刻的交流电网瞬时电压计算出该交流电网电压的电压值。
2. 如权利要求1所述的电网电压检测装置，其特征在于，还包括 第一光电隔离电路，连接在该零点检测电路与该运算单元之间；以及 第二光电隔离电路，连接在该单稳态脉冲触发电路与该运算单元之间。
3. 如权利要求1所述的电网电压检测装置，其特征在于，该运算单元中 包括依据该参考电平及该分压电路的分压比确定的该交流电网瞬时电压值。
4. 如权利要求1所述的电网电压检测装置，其特征在于，该整流电路为 全波整流电路。
5. 如权利要求1所述的电网电压检测装置，其特征在于，该运算单元包 括单片机。
专利摘要本实用新型涉及一种电网电压检测装置，包括整流电路、零点检测电路、分压电路、单稳态脉冲触发电路以及运算单元。整流电路将交流电网电压转换为直流电压波形；零点检测电路检测该交流电网电压的零点并据此输出零点脉冲；分压电路将该直流电压波形按比例缩小至逻辑电路的低电压波形；单稳态脉冲触发电路接收该低电压波形，并在该低电压波形上电压达到一参考电平的时刻产生单稳态脉冲，其中该单稳态脉冲与该零点脉冲之间具有时间差；运算单元根据该单稳态脉冲和零点脉冲之间的时间差以及该单稳态脉冲产生时刻的交流电网瞬时电压计算出该交流电网电压的电压值。本实用新型没有采用变压器，功耗低，价格低，而且能实时监测电网的电压和频率。
文档编号G01R23/00GK201233423SQ20082015134
公开日2009年5月6日 申请日期2008年7月29日 优先权日2008年7月29日
发明者张松燕, 曹煜平, 王长林 申请人:奥豪斯仪器(上海)有限公司;梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司