一种单电源小型交流隔离检测模块

技术领域

本发明属于交流检测技术领域，涉及一种单电源小型交流隔离检测模块。

背景技术

为保证交流用电设备工作的稳定性，往往需要对交流电信号进行隔离检测。以往的交流隔离检测多采用整流、比较器或非隔离ADC等方式，并通过光耦等器件实现隔离，以上方式虽然都达到了检测交流有无的目的，但存在以下一个或多个问题：

一、无法同时实现幅值、相序、相差检测；

二、芯片数量多、占用面积大；

三、单电源无法满足工作需求，需要增加隔离电源。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：针对现有交流隔离检测方式存在的诸多问题，提供一种单电源小型交流隔离检测模块。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种单电源小型交流隔离检测模块包括分压单元、滤波及保护单元、隔离ADC单元和微控制器单元。

所述分压单元由6个分压电阻R1～R6组成，电阻R1和电阻R2位于输入交流X相和中线N之间，将峰值电压分压至±500mV范围内，电阻R3和电阻R4位于输入交流Y相和中线N之间，将峰值电压分压至±500mV范围内，电阻R5和电阻R6位于输入交流Z相和中线N之间，将峰值电压分压至±32mV范围内；所述输入交流X、Y、Z相可分别连接三相交流A、B、C相的任一相。

所述滤波及保护单元由电容和限压二极管构成，其中电容滤除高频噪声，二极管通过在电压过高时导通达到限压的目的。

所述隔离ADC由ADE7913芯片和相关外围电路构成，经过分压、滤波及保护处理后的交流X、Y、Z三相信号分别通过ADE7913芯片的V1P、V2P和IP三个通道进行电压采集。

所述微控制器单元包括采用单电源3.3V供电的微控制器和微控制器外围电路，其通过SPI总线与ADE7913芯片相连，在实时读取V1P、V2P和IP三个通道瞬时电压的同时完成以下功能：根据通道电压和分压电阻比例计算输入交流信号峰峰值、有效值；根据各相由负到正的电压过零点先后顺序判断相序；根据由负到正的电压过零点时间差计算周期；根据单位时间内电压由负到正过零点次数计算频率；根据周期和相间时间差计算各相间相位差；接收外部总线指令，切换工作模式，设定报警模式，设定参数，发送计算结果。

本发明交流隔离检测模块支持如下工作模式：

三相标准采集模式，即采集X、Y、Z三相交流信号，判断相序，计算各相间相位差，并分别计算各相峰峰值、有效值、周期和频率；在该采集模式下，当其中一相交流信号有效值低于设定的最低有效值时，则认为单相缺相；当其中两相交流信号有效值均低于设定的最低有效值时，则认为两相缺相；在两相缺相情况下，不计算相位差；在单相和两相缺相模式下，不进行相序判断；

三相独立采集模式，即独立采集X、Y、Z三相交流信号，分别计算各相峰峰值、有效值、周期和频率，当某相交流信号有效值低于设定的最低有效值时，则认为该相缺相。

本发明交流隔离检测模块支持如下警报模式：

缺相警报模式，即当某相缺相时，进行警报；

峰峰值欠压警报模式，即当某相交流信号峰峰值低于设定的峰峰值欠压报警值时，进行警报；

峰峰值超压警报模式，即当某相交流信号峰峰值高于设定的峰峰值超压报警值时，进行警报；

有效值欠压警报模式，即当某相交流信号有效值低于设定的有效值欠压报警值时，进行警报；

有效值超压警报模式，即当某相交流信号有效值高于设定的有效值超压报警值时，进行警报；

相序警报模式，即当相序与设定的正常相序不一致时，进行警报；该报警模式仅在三相标准采集模式下有效。

相位差过低警报模式，即当指定的两相间相位差低于设定的相位差阈值下限时，进行警报；

相位差过高警报模式，即当指定的两相间相位差高于设定的相位差阈值上限时，进行警报；

频率过低警报模式，即当某相交流信号频率值低于设定的频率下限时，进行警报；

频率过高警报模式，即当某相交流信号频率值高于设定的频率上限时，进行警报；

组合警报模式，即以上多个警报模式的组合，当其中任一条件满足或多个条件同时满足时，进行警报；

本发明交流隔离检测模块支持通过如下方式进行警报：

通过总线发送警报数据；

通过指定的alarm引脚输出警报信号；

本发明交流隔离检测模块对外提供如下接口：

交流输入接口，用于接入1～3路单相或一路三相四线交流信号；

3.3V供电接口，用于为该模块供电；

总线接口，用于指令和数据传输；

alarm接口，包含3个alarm引脚，用于输出警报信号；

(三)有益效果

上述技术方案所提供的单电源小型交流隔离检测模块，采用单电源3.3V供电，支持峰峰值、有效值、周期、频率、相序和相位差检测，芯片数量少、占用面积小、实用价值高。

附图说明

图1是本发明一种单电源小型交流隔离检测模块的组成框图。

图2是本发明一种单电源小型交流隔离检测模块分压单元连接示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例以115V(最高140V)三相交流检测为例进行说明。

参照图1和图2所示，一种单电源小型交流隔离检测模块由分压、滤波及保护、隔离ADC、微控制器共4部分组成，其中：

所述分压单元由6个分压电阻R1～R6组成，电阻R1和R2位于输入交流X相和中线N之间，R1＝100kΩ，R2＝250Ω，其将最高峰值电压分压至约±495mV，在±500mV范围内；电阻R3和R4位于输入交流Y相和中线N之间，R3＝100kΩ，R4＝250Ω，其将最高峰值电压分压至约±495mV，在±500mV范围内；电阻R5和R6位于输入交流Z相和中线N之间，R5＝100kΩ，R6＝15Ω，其将最高峰值电压分压至约±30mV，在±32mV范围内。所述输入交流X、Y、Z相可分别连接三相交流A、B、C相的任一相，在本实施例中，输入交流X相连接三相交流A相，输入交流Y相连接三相交流B相，输入交流Z相连接三相交流C相。

所述滤波及保护单元由电容和限压二极管构成，其中电容滤除高频噪声，二极管通过在电压过高时导通达到限压的目的，可选TS4148二极管。

所述隔离ADC由ADE7913芯片和相关外围电路构成，经过分压、滤波及保护处理后的交流X、Y、Z三相信号分别通过ADE7913芯片的V1P、V2P和IP三个通道进行电压采集。

所述微控制器部分由采用单电源3.3V供电的微控制器和相关外围电路构成，其通过SPI总线与ADE7913芯片相连，在实时读取V1P、V2P和IP三个通道瞬时电压的同时完成以下功能：根据通道电压和分压电阻比例计算输入交流信号峰峰值、有效值；根据各相由负到正的电压过零点先后顺序判断相序；根据由负到正的电压过零点时间差计算周期；根据单位时间内电压由负到正过零点次数计算频率；根据周期和相间时间差计算各相间相位差；接收外部总线指令，切换工作模式，设定报警模式，设定参数，发送计算结果。

该实施例工作在三相标准采集模式，即采集X、Y、Z三相交流信号，判断相序，计算各相间相位差，并分别计算各相峰峰值、有效值、周期和频率；在该采集模式下，当其中一相交流信号有效值低于设定的最低有效值时，则认为单相缺相；当其中两相交流信号有效值均低于设定的最低有效值时，则认为两相缺相；在两相缺相情况下，不计算相位差；在单相和两相缺相模式下，不进行相序判断。

该实施例采用缺相和有效值超压组合报警模式，设定最低有效值为80V，有效值超压报警值为145V，通过alarm引脚输出警报信号，alarm引脚默认为低电平；当X相缺相或有效值超过145V时，通过alarm1引脚输出警报信号，alarm 1引脚由低变高；当Y相缺相或有效值超过145V时，通过alarm 2引脚输出警报信号，alarm 2引脚由低变高；当Z相缺相或有效值超过145V时，通过alarm 3引脚输出警报信号，alarm 3引脚由低变高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。