交直流信号自适应检测电路及电器设备

技术领域

本发明涉及信号检测领域，尤其涉及一种交直流信号自适应检测电路及电器设备。

背景技术

在电子电路中，交流信号和直流信号的检测一直是重要课题。例如，在采用交流电源和直流电源混合供电的电器设备中，需要检测交直流信号以确定当前供电电源。对此，目前相关技术中的交直流检测电路通常会通过从用运算放大器芯片或专用的单相电测量芯片对输入信号进行采样，随后辅以软件计算的方式来实现对输入信号的类型识别和参数检测。然而，这类相关技术的电路结构和软件计算均相对复杂，使得电路的检测成本较高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种交直流自适应检测电路，通过在电路中设置交直流信号识别电路以对输入信号进行交直流识别并输出对应的识别信号，随后通过交直流切换电路根据识别信号选择对应的处理电路以得到交流检测信号或直流检测信号，再通过控制器根据对应检测信号确定输入信号的参数，从而实现了对输入信号的自适应识别与参数检测，且输入信号的识别仅通过硬件方式实现，有效减少了电路结构和软件计算的复杂程度，进而降低了检测电路的检测成本。

本发明的第二个目的在于提出一种电器设备。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种交直流信号自适应检测电路，检测电路包括：交直流信号识别电路、交直流信号切换电路、直流信号处理电路、交流信号处理电路和控制器，交直流信号识别电路与信号输入端相连，被配置为对信号输入端的输入信号进行交直流识别并输出相应的识别信号；交直流信号切换电路分别与交直流信号识别电路、信号输入端、直流信号处理电路和交流信号处理电路相连，被配置为基于识别信号选择信号输入端与直流信号处理电路相连通或者与交流信号处理电路相连通；直流信号处理电路被配置为对信号输入端的直流输入信号进行处理得到直流检测信号；交流信号处理电路被配置为对信号输入端的交流输入信号进行处理得到交流检测信号；控制器分别与直流信号处理电路和交流信号处理电路相连，被配置为根据直流检测信号确定直流输入信号的直流参数，根据交流检测信号确定交流输入信号的交流参数。

根据本发明实施例的交直流信号自适应检测电路，通过在电路中设置交直流信号识别电路以对输入信号进行交直流识别并输出对应的识别信号，随后通过交直流切换电路根据识别信号选择对应的处理电路以得到交流检测信号或直流检测信号，再通过控制器根据对应检测信号确定输入信号的参数，从而实现了对输入信号的自适应识别与参数检测，且输入信号的识别仅通过硬件方式实现，有效减少了电路结构和软件计算的复杂程度，进而降低了检测电路的检测成本。

根据本发明的一个实施例，交直流信号识别电路包括：移相器，移相器的输入端与信号输入端相连，被配置为对信号输入端的输入信号进行180°移相处理得到移相信号；加法器，加法器的第一输入端与移相器的输出端相连，加法器的第二输入端与信号输入端相连，被配置为对移相信号和输入信号进行求和得到相应的电平信号；逻辑门，逻辑门的第一输入端与加法器的输出端相连，逻辑门的第二输入端与参考信号提供端相连，逻辑门的输出端与交直流信号切换电路相连，被配置为基于电平信号和参考信号输出识别信号。

根据本发明的一个实施例，逻辑门为或门或者与门，参考信号为低电平信号或者高电平信号。

根据本发明的一个实施例，交直流信号切换电路包括：选择开关，选择开关的固定端与信号输入端相连，选择开关的第一选择端与直流信号处理电路相连，选择开关的第二选择端与交流信号处理电路相连，选择开关的控制端与交直流信号识别电路相连，被配置为基于识别信号选择信号输入端与直流信号处理电路相连通或者与交流信号处理电路相连通。

根据本发明的一个实施例，直流信号处理电路包括：分压电路，分压电路的第一端与交直流信号切换电路相连，分压电路的第二端与控制器相连，被配置为对直流输入信号进行分压处理得到直流检测信号。

根据本发明的一个实施例，分压电路包括：第一电阻，第一电阻的一端与交直流信号切换电路相连；第二电阻，第二电阻的一端分别与第一电阻的另一端和控制器相连，第二电阻的另一端与第一接地端相连。

根据本发明的一个实施例，交流信号处理电路包括：光耦隔离电路，光耦隔离电路与交直流信号切换电路相连，被配置为将交流输入信号转换为第一方波信号；缓冲器，缓冲器与光耦隔离电路相连，被配置为将第一方波信号转换为第二方波信号，得到交流检测信号。

根据本发明的一个实施例，光耦隔离电路包括：第三电阻，第三电阻的一端与交直流信号切换电路相连；光耦，光耦的第一端与第三电阻的另一端相连，光耦的第二端与第二接地端相连，光耦的第三端与第一接地端相连，光耦的第四端与缓冲器相连；第四电阻，第四电阻连接在光耦的第四端与直流电源之间。

根据本发明的一个实施例，检测电路还包括：保护电路，保护电路设于交直流信号识别电路与信号输入端之间，被配置为对交直流信号识别电路、交直流信号切换电路、直流信号处理电路、交流信号处理电路和控制器进行过压和过流保护。

根据本发明的一个实施例，保护电路包括：保险丝，保险丝的一端与信号输入端相连，保险丝的另一端与交直流信号识别电路相连；稳压管，稳压管的一端与保险丝的另一端相连，稳压管的另一端与第二接地端相连。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电器设备，包括前述的交直流信号自适应检测电路。

根据本发明实施例的电器设备，通过前述的交直流信号自适应检测电路，能够以较低成本实现对输入交直流信号的自适应识别和参数检测，从而能够降低电器设备的成本。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的交直流信号自适应检测电路的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的交直流信号识别电路的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的交直流信号切换电路的结构示意图；

图4为根据本发明一个实施例的交直流信号处理电路的电路图；

图5为根据本发明一个实施例的交直流信号交流信号处理电路的电路图；

图6为根据本发明一个实施例的输入信号及方波信号的波形示意图；

图7为根据本发明另一个实施例的交直流信号自适应检测电路的结构示意图；

图8为根据本发明一个实施例的保护电路的电路图；

图9为根据本发明一个实施例的电器设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例提出的交直流信号自适应检测电路及电器设备。

图1为根据本发明一个实施例的交直流信号自适应检测电路的结构示意图，参考图1所示，该检测电路100包括：交直流信号识别电路110、交直流信号切换电路120、直流信号处理电路130、交流信号处理电路140和控制器150。

其中，交直流信号识别电路110与信号输入端VIN相连，被配置为对信号输入端VIN的输入信号进行交直流识别并输出相应的识别信号；交直流信号切换电路120分别与交直流信号识别电路110、信号输入端VIN、直流信号处理电路130和交流信号处理电路140相连，被配置为基于识别信号选择信号输入端VIN与直流信号处理电路130相连通或者与交流信号处理电路140相连通；直流信号处理电路130被配置为对信号输入端VIN的直流输入信号进行处理得到直流检测信号；交流信号处理电路140被配置为对信号输入端VIN的交流输入信号进行处理得到交流检测信号；控制器150分别与直流信号处理电路130和交流信号处理电路140相连，被配置为根据直流检测信号确定直流输入信号的直流参数，根据交流检测信号确定交流输入信号的交流参数。

具体来说，参考图1所示，当检测电路100从信号输入端VIN接收到交流输入信号时，交直流信号识别电路110可对输入信号进行交直流识别，以输出交流识别信号至交直流信号切换电路120。随后，交直流信号切换电路120基于交流识别信号将信号输入端VIN与交流信号处理电路140相连通；交流信号处理电路140再将输入的交流输入信号处理得到交流检测信号，并输出到控制器150，最后，控制器150根据交流检测信号确定交流输入信号的交流参数。由此，实现了对交流输入信号的自动识别和交流参数检测。

当检测电路100从信号输入端VIN接收到直流输入信号时，交直流信号识别电路110可对输入信号进行交直流识别，以输出直流识别信号至交直流信号切换电路120。随后，交直流信号切换电路120基于直流识别信号将信号输入端VIN与直流信号处理电路130相连通；直流信号处理电路130再将输入的直流输入信号处理得到直流检测信号，并输出到控制器150；最后，控制器150根据直流检测信号确定直流输入信号的直流参数。由此，实现了对直流输入信号的自动识别和直流参数检测。

在相关技术中，交直流信号的检测方法通常采用专用的采样芯片结合软件处理，因此硬件电路和交直流信号的参数计算过程都相对复杂，导致检测成本较高。而本发明实施例中的检测电路100能够通过硬件电路实现对交直流信号的自适应识别，无需设置复杂的采样电路和软件计算辅助，进而简化了电路结构和软件计算，因此能够降低检测电路100的检测成本。

上述实施例中，通过在电路中设置交直流信号识别电路以对输入信号进行交直流识别并输出对应的识别信号，随后通过交直流切换电路根据识别信号选择对应的处理电路以得到交流检测信号或直流检测信号，再通过控制器根据对应检测信号确定输入信号的参数，从而实现了对输入信号的自适应识别与参数检测，且输入信号的识别仅通过硬件方式实现，有效减少了电路结构和软件计算的复杂程度，进而降低了检测电路的检测成本。

在一些实施例中，交直流信号识别电路110包括：移相器111、加法器112、逻辑门113。其中，移相器111的输入端与信号输入端VIN相连，被配置为对信号输入端VIN的输入信号进行180°移相处理得到移相信号；加法器112的第一输入端与移相器111的输出端相连，加法器112的第二输入端与信号输入端VIN相连，被配置为对移相信号和输入信号进行求和得到相应的电平信号；逻辑门113的第一输入端与加法器112的输出端相连，逻辑门113的第二输入端与参考信号提供端VCX相连，逻辑门113的输出端与交直流信号切换电路120相连，被配置为基于电平信号和参考信号输出识别信号。

进一步的，逻辑门113为或门或者与门，参考信号为低电平信号或者高电平信号。

具体来说，参考图2所示，移相器111可将输入信号进行180°的移相处理，以得到输入信号对应的移相信号，若输入信号为直流信号，则移相信号与输入信号相同，若输入信号为交流信号，则移相信号为与输入信号波形相同、相位相差180度的交流信号。因此，当加法器112对移相信号求和时，若输入信号为直流信号，则加法器112输出的电平信号电压是输入信号的两倍，若输入信号为交流信号，则加法器112输出的电平信号因相互抵消而变为零电压电平信号。

逻辑门113主要用于将加法器112输出的不同电压值的电平信号转换为对应的识别信号，其中，逻辑门113可为与门、或门、与非门等逻辑电路。以逻辑门113为与门为例，此时参考信号可为高电平信号，当加法器112输出的是两倍于输入信号的电平信号时，逻辑门113将输出高电平作为识别信号，以表示输入信号为直流信号；当加法器112输出的是零电压电平信号时，逻辑门113输出低电平作为识别信号，以表示输入信号为交流信号。

由此，通过在交流信号识别电路中设置移相器、加法器和逻辑门，使识别电路通过硬件电路完成了对交直流信号的自适应识别功能。

在一些实施例中，参考图3所示，交直流信号切换电路120包括：选择开关S，选择开关S的固定端与信号输入端VIN相连，选择开关S的第一选择端与直流信号处理电路130相连，选择开关S的第二选择端与交流信号处理电路140相连，选择开关S的控制端与交直流信号识别电路110相连，被配置为基于识别信号选择信号输入端VIN与直流信号处理电路130相连通或者与交流信号处理电路140相连通。

具体来说，以图2所示的交直流信号识别电路110为例，参考图2及图3所示，当输入信号为直流输入信号时，交直流信号识别电路110可输出高电平作为识别信号发送到控制开关S的控制端，以使选择开关S的固定端与第一选择端相连，此时信号输入端VIN可通过选择开关S的固定端、第一选择端连接到直流信号处理电路130，使检测电路100能够对直流输入信号进行后续处理。当输入信号为交流输入信号时，交直流信号识别电路110可输出低电平作为识别信号发送到控制开关S的控制端，以使选择开关S的固定端与第二选择端相连，此时信号输入端VIN可通过选择开关S的固定端、第二选择端连接到交流信号处理电路140，使检测电路100能够对交流输入信号进行后续处理。由此，实现了交流信号切换电路的基于识别信号选择信号输入端与直流信号处理电路相连通或者与交流信号处理电路相连通的功能。

在一些实施例中，参考图4所示，直流信号处理电路130包括：分压电路131，分压电路131的第一端与交直流信号切换电路120相连，分压电路131的第二端与控制器150相连，被配置为对直流输入信号进行分压处理得到直流检测信号。

进一步的，分压电路131包括：第一电阻R1和第二电阻R2。其中，第一电阻R1的一端与交直流信号切换电路120相连；第二电阻R2，第二电阻R2的一端分别与第一电阻R1的另一端和控制器150相连，第二电阻R2的另一端与第一接地端GND1相连。

具体来说，参考图4所示，第一电阻R1和第二电阻R2构成典型的分压电路，可通过下述公式（1）确定直流输入信号的电压值：

(1)

其中，VIN为直流输入信号的电压值，VOUT为直流检测信号的电压值，R1为第一电阻R1的阻值，R2为第一电阻R2的阻值。由上述可知，控制器150可根据获得的直流检测信号的电压值确定直流输入信号的电压值，进而实现对直流输入信号的参数检测功能。此外，控制器150可通过ADC端口获取直流检测信号的电压值，可根据直流输入信号电压范围，对应调整第一电阻R1的阻值和第二电阻R2的阻值，使直流检测信号的电压在ADC端口的检测范围，以确保检测电路能够正常工作，从而提高检测电路的可靠性。

在一些实施例中，参考图5所示，交流信号处理电路140包括：光耦隔离电路141，光耦隔离电路141与交直流信号切换电路120相连，被配置为将交流输入信号转换为第一方波信号；缓冲器142，缓冲器142与光耦隔离电路141相连，被配置为将第一方波信号转换为第二方波信号，得到交流检测信号。

具体来说，光耦隔离电路141可利用内部光耦元件的导通特性，将交流输入信号转换为波形不标准的第一方波信号。例如，当交流输入信号为标准正弦波时，转换的第一方波信号的波形可如图6所示。参考图6所示，第一方波信号具有和交流输入信号相同的频率，且第一方波信号的峰值持续时间与交流输入信号的幅值相关。因此，可将第一方波信号输入到缓冲器142中，缓冲器142能够将不标准的第一方波信号进行波形整形，生成标准的方波信号，即第二方波信号，如图6所示。第二方波信号即为交流检测信号，控制器150可根据交流检测信号获取交流输入信号的频率、电压有效值、幅值等参数，从而实现对交流输入信号的参数检测功能，并且由于缓冲器142的波形整形效果，第二方波信号能够更准确性地反映交流输入信号的各项参数，从而有效提高检测电路100对交流输入信号的参数检测的准确性。此外，由于光耦元件的隔离特性，交流信号处理电路140还不会影响到交流输入信号来源的正常工作，进而提高检测电路的便捷性。

进一步的，光耦隔离电路141包括：第三电阻R3，第三电阻R3的一端与交直流信号切换电路120相连；光耦OC，光耦OC的第一端与第三电阻R3的另一端相连，光耦OC的第二端与第二接地端GND2相连，光耦OC的第三端与第一接地端GND1相连，光耦OC的第四端与缓冲器142相连；第四电阻R4，第四电阻R4连接在光耦OC的第四端与直流电源VDD之间。

具体来说，继续参考图5所示，光耦隔离电路141包括光耦OC，交流输入信号通过交直流信号切换电路120输入到光耦OC的第一端。由于光耦的第一端和第二端间具有发光二极管，因此，光耦能够根据交流输入信号的电压值来确定光耦的导通程度。因此，当交流输入信号的电压值小于光耦OC的开启电压时，光耦OC未导通，此时，光耦OC的第四端输出电压为直流电源VDD的电压；当交流输入信号大于光耦OC的开启电压但未使光耦OC饱和时，光耦OC导通且工作在放大区，此时光耦OC的第四端输出电压将在0V和直流电源VDD的电压之间波动，且会随着交流输入信号的电压增大而逐渐减小；当交流输入信号的电压值大于光耦OC的饱和电压时，光耦OC工作在饱和区，此时光耦OC的第四端输出电压将稳定在0V。由上述可知，光耦OC可将交流信号转换为一个不标准的，斜率很大的方波信号，如图6所示，由此实现了光耦隔离电路的将交流输入信号变为第一方波信号的功能。另外，第三电阻R3和第四电阻R3主要起到限流作用，以避免光耦饱和时，光耦隔离电路141的电流过大。

参考图6所示，第一方波信号经过缓冲器142的波形整形后，将变为标准的第二方波信号，也就是交流检测信号。由上述第一方波信号和第二方波信号的生成过程可知，第二方波信号与交流输入信号具有相同的频率，且随着交流输入信号电压值的增大，光耦OC工作于饱和区和放大区的时间增加，第二方波信号中高电平的持续时间减小，从而使第二方波信号的占空比减小。因此，可根据交流检测信号的周期确定交流输入信号的频率和周期，并根据交流检测信号的占空比确定交流输入信号的幅值和有效值。例如，可在控制器150中设置定时器，以收集交流检测信号中高电平和低电平的持续时间，两个相邻的高电平和低电平的持续时间即为交流输入信号的周期，同时，根据高电平的持续时间和交流输入信号的周期即可确定交流检测信号的占空比，结合占空比信号与光耦的工作参数即可交流输入信号的幅值和有效值，由此使控制器实现了对交流输入信号的参数检测功能。

在一些实施例中，参考图7所示，检测电路100还包括：保护电路160，保护电路160设于交直流信号识别电路110与信号输入端VIN之间，被配置为对交直流信号识别电路110、交直流信号切换电路120、直流信号处理电路130、交流信号处理电路140和控制器150进行过压和过流保护。

进一步的，参考图8所示，保护电路160包括：保险丝FS，保险丝FS的一端与信号输入端VIN相连，保险丝FS的另一端与交直流信号识别电路110相连；稳压管Z，稳压管Z的一端与保险丝FS的另一端相连，稳压管Z的另一端与第二接地端GND2相连。

具体来说，参考图8所示，当检测电路100中的各个电路存在过流情况时，保险丝FS会被熔断，使检测电路100停止工作，从而保护检测电路100的安全；当检测电路100存在过压情况时，信号输入端VIN处的电压升高，导致稳压管Z反向击穿，此时，信号输入端VIN可通过保险丝FS和稳压管Z接地，从而导致保险丝FS所在电路的电流上升，保险丝FS熔断，使检测电路100停止工作，以保护检测电路100的安全。

由此，通过在检测电路中设置有保险丝和稳压管构成的保护电路，实现了对检测电路过压和过流保护，从而提高了检测电路的安全性。

可选地，稳压管Z可为TVS（Transient Voltage Suppressor，瞬态电压抑制二极管），TVS具有双向稳压特性和双向负阻特性，因此还能够有效抑制检测电路100中出现的浪涌电压，从而能够进一步提高检测电路的安全性。

综上所述，根据本发明实施例的交直流信号自适应检测电路，通过在电路中设置由移相器、加法器和逻辑门构成的交直流信号识别电路，实现了通过硬件电路对输入信号的自适应识别，且减少了硬件电路和软件计算的复杂程度；随后，通过交直流切换电路根据识别信号选择对应的处理电路，再通过光耦隔离电路和缓冲器对交流输入信号进行处理以获得交流检测信号，以及通过分压电压对直流输入信号进行处理，获得直流检测信号，有效提高了检测电路参数检测的准确性；最后通过控制器根据对应检测信号确定输入信号的参数，实现了对不同输入信号的参数检测，从而既降低了检测电路的检测成本，又提高了检测电路的准确性。

对应上述实施例，本发明实施例还提供了一种电器设备1000，参考图9所示，该电器设备1000包括前述的交直流信号自适应检测电路100。

根据本发明实施例的电器设备1000，通过前述的交直流信号自适应检测电路100，能够以较低成本且准确地实现对输入的交直流信号的自适应识别和参数检测，从而优化了电器设备1000对输入信号的检测性能。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。