[實用新型]低功耗電容型交流電壓信號轉換電路

有效

• 申請號: 201320855873.1
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN203827190U
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 呂海峰;張大語
• 申請（專利權）人: 上海貝嶺股份有限公司
• 主分類號: H02M5/06
• 分類號: H02M5/06
• 代理公司: 北京金信立方知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 黃威;喻嶸

技術領域

本實用新型涉及電路設計領域，特別涉及一種低功耗電容型交流電壓信號轉換電路。

背景技術

工業領域中經常有對交流電壓相位檢測的需求：例如電網大型設備啟動需要在交流電壓過零時刻附近合閘并網，以防止瞬間大電流導致的電弧打火等現象。對于某些特定的需要在過零點附近通信的電力線載波通信系統,也需要系統有辦法得到當前電網交流電壓的實際相位。這就需要一種電路將高電壓交流信號轉換成可以用單片機檢測的低電壓信號。

如圖1所示，傳統的交流電壓轉換電路是電阻型的。圖1中的左側為強電壓輸入端,通過若干高阻值的電阻,強電壓在光耦器件U1的原邊產生一個毫安級的“通-斷-通-斷”狀態不斷轉換的電流,由于光耦器件的性質,使得U1的副邊實際處于“導通-關斷-導通-關斷”不斷轉換的狀態中,由于上拉電阻R7的作用,使得在輸出端產生了一個與原電壓VAC同步的交流信號VAC’,VAC’的電壓范圍為VDD到0V之間,可以用單片機檢測.這樣就實現了將強電壓交流信號VAC轉換成弱電壓交流信號VAC’的過程。

這個電路的實際功耗主要發生在U1的原邊側,約等于VAC²/(R1+R2+R3+…),其中分母等于所有串聯電阻的阻值。實際串聯電阻的阻值和個數由需要轉換的強電壓信號VAC的電壓等級決定,設計的原則是使得電流達到光耦合器的工作電流范圍,一般為2mA～3mA左右.以VAC為220V有效值電壓,光耦合器的工作電流為2mA為例,可計算得出此時電阻的阻值為110k歐姆左右,代入上面的計算公式,可以知道此時的原邊功耗為0.44W。電阻型電壓轉換電路的轉換前的電壓信號VAC與轉換后的電壓VAC’的相位關系示意圖如圖2所示。

由于圖1所示的電阻型電壓轉換電路的功耗比較大，且功耗完全轉換為熱能，既增加了設備功耗，又使得電阻時刻處于發熱狀態，不利于設備的長期穩定運行。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種低功耗電容型交流電壓信號轉換電路，大幅降低電路功耗。

為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種低功耗電容型交流電壓信號轉換電路，包括光耦合器、連接在交流電源和光耦合器的輸入端元件之間的輸入側電路以及連接到光耦合器的輸出端元件的輸出側電路，所述輸入側電路包括與所述光耦合器的輸入端元件串聯的電阻單元和電容。

作為優選，所述光耦合器的輸入端元件串聯有濾波電阻，所述輸入側電路還包括與所述光耦合器的輸入端元件和濾波電阻并聯的第一濾波電容。

作為優選，所述電阻單元包括多個串聯的電阻。

作為優選，所述光耦合器的輸入端元件為一發光二極管，所述輸入側電路還包括與所述第一濾波電容并聯且其導通方向與所述發光二極管導通方向相反的限壓二極管。

作為優選，所述輸出側電路包括上拉電阻、第二濾波電容和負載電阻，所述光耦合器的輸出端元件的一端通過所述上拉電阻連接到開關電源并通過所述負載電阻引出所述低功耗電容型交流電壓信號轉換電路的輸出信號，所述輸出端元件的另一端接地，所述輸出端元件與所述濾波電容并聯。

與現有技術相比，本實用新型的低功耗電容型交流電壓信號轉換電路能夠將高電壓的交流電信號轉換成可以用單片機等邏輯器件檢測相位的低電壓交流電信號,從而獲得諸如當前電網電壓相位,過零點時刻等信息。與現有技術的電阻型電壓信號轉換電路相比，本實用新型的低功耗電容型交流電壓信號轉換電路具有以下顯著優點：

1.低功耗：以220V,50Hz交流電壓轉換為例,電阻型轉換電路的功耗為500mW左右,而本實用新型的電容型轉換電路的功耗低于10mW；

2.可靠性好：由于功耗低,電路發熱量小,有利于電路長時間穩定工作；

3.一致性好：本電路對所使用的電阻電容等元器件的精度要求低，對于批量生產的電路產品可以以較低成本實現良好的一致性；

4.結構簡單,實現成本低。

附圖說明

圖1為現有技術的電阻型電壓轉換電路的電路結構示意圖；

圖2為現有技術的電阻型電壓轉換電路的轉換前的電壓信號VAC與轉換后的電壓VAC’的相位關系示意圖；

圖3為本實用新型的實施例的低功耗電容型交流電壓信號轉換電路的電路結構示意圖；

圖4為本實用新型的實施例的低功耗電容型交流電壓信號轉換電路的轉換前的電壓信號VAC與轉換后的電壓VAC’的相位關系示意圖；

圖5為示波器在本實用新型的實施例的低功耗電容型交流電壓信號轉換電路上測量的VAC與VAC’的波形圖；