一种单相电压稳定监测报警电路和装置

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，具体涉及一种单相电压稳定监测报警电路和装置。

背景技术

随着社会的发展和工业的突飞猛进，电子式设备越来越多的被应用于众多行业领域，但电子式设备较模拟式设备更易受到外界环境电磁干扰，一些特殊行业，例如核能发电行业对设备可靠性要求极高，且某些特定场合，要求只能使用模拟式设备，禁止使用芯片类电子式设备。

电力行业普遍需要对交流电压进行控制，特别是交流单相电压，除了电力行业外，其他领域也有这样的需求。因芯片类电子式设备较模拟式设备来说，有价格低廉、技术难度低、开发周期短等特性，现大多厂家使用制造电压控制设备，几乎很少有厂家研发模拟式电压控制设备，核能发电行业等特殊行业的这种需求就较难得到满足，比较依赖进口产品。

为满足这种特殊要求下对单相交流电压的稳定控制需求，亟需研制一种纯模拟式控制设备，能够精确监测电压变化，并做出快速响应。

发明内容

本申请提供一种单相电压稳定监测报警电路和装置，主要用于监测交流单相电压的变化。

一种单相电压稳定监测报警电路，其包括：整流滤波电路、第一电压检测电路、第二电压检测电路和异常电压报警电路；

其中，整流采样电路用于对输入的单相交流电进行整流滤波处理，得到直流电压信号；

所述第一电压检测电路用于检测所述直流电压信号是否低于第一预设基准电压，若是则输出升压触发信号；

所述第二电压检测电路用于检测所述直流电压信号是否高于第二预设基准电压，若是则输出降压触发信号；

所述异常电压报警电路用于检测所述直流电压信号是否低于预设的欠压报警电压或者是否高于预设的高压报警电压，若是则输出异常报警触发信号。

在一种实施例中，所述整流采样电路包括第一隔离变压器、第一整流电路和滤波电路；

所述第一隔离变压器用于对输入的单相交流电进行安全隔离处理，所述第一整流电路用于对所述第一隔离变压器输出的单相交流电进行整流处理，得到初始直流电压信号；所述滤波电路用于对所述初始直流电压信号进行滤波处理，去掉其中的交流电压信号，得到所述直流电压信号。

在一种实施例中，所述第一电压检测电路包括：第一比较器、第一晶体管和第一继电器；

所述第一比较器的正向输入端用于输入第一预设基准电压，其负向输入端用于输入所述直流电压信号；所述第一比较器的输出端与所述第一晶体管的控制极连接，所述第一晶体管的第一极连接预设导通电压，其第二极与所述第一继电器的输入端连接，所述第一继电器的输出端用于输出所述升压触发信号。

在一种实施例中，所述第一电压检测电路还包括第一电阻和第一可调电阻；

所述第一电阻的一端与所述整流采样电路的输出端连接，另一端与所述第一可调电阻的一端连接，所述第一可调电阻的另一端接地；所述第一电阻的另一端与所述第一比较器的一个输入端连接，用于输入所述直流电信号；所述第一可调电阻的电压输出端与所述第一比较器的另一端输入端连接，用于输入所述第一预设基准电压。

在一种实施例中，所述第二电压检测电路包括：第二比较器、第二晶体管和第二继电器；

所述第二比较器的正向输入端用于输入第二预设基准电压，其负向输入端用于输入所述直流电压信号；所述第二比较器的输出端与所述第二晶体管的控制极连接，所述第二晶体管的第一极连接预设导通电压，其第二极与所述第二继电器的输入端连接，所述第二继电器的输出端用于输出所述降压触发信号。

在一种实施例中，还包括第二可调电阻，该第二可调电阻的一端与所述第一电阻的另一端连接，第二可调电阻的另一端接地；该第二可调电阻的电压输出端与所述第二比较器的正向输入端连接，用于输入所述第二预设基准电压。

在一种实施例中，所述异常电压报警电路包括第三可调电阻、第四可调电阻、第五可调电阻、第三比较器、第四比较器、第五比较器、第三晶体管和第三继电器；

所述第三比较器的正向输入端用于输入所述直流电压信号，其反向输入端接地，其输出端与第三可调电阻的一端连接，该第三可调电阻的另一端接地，该第三可调电阻的输出端与所述第四比较器的正向输入端连接；所述第四可调电阻的一端与所述直流电压信号连接，另一端接地，其输出端与所述第四比较器的反相输入端连接，该第四比较器的输出端与第三晶体管的控制极连接，所述第三晶体管的第一极连接预设导通电压，其第二极与所述第三继电器的输入端连接；所述第三继电器的输出端用于输出所述异常报警信号；

所述第五可调电阻的一端与所述直流电压信号连接，另一端接地，其输出端与所述第五比较器的正向输入端连接，所述第五比较器的反相输入端与所述直流电压信号连接，该第五比较器的输出端与所述第三晶体管的控制极连接。

在一种实施例中，还包括第二隔离变压器、第二整流电路；

所述第二隔离变压器用于对输入的单相交流电进行安全隔离处理，所述第二整流电路用于对所述第二隔离变压器输出的单相交流电进行整流处理，得到直流电压信号。

在一种实施例中，还包括第一二极管和第二二极管；该第一二极管的正极与第四比较器的输出端连接，其负极与第三晶体管的控制极连接；该第二二极管的正极与第五比较器的输出端连接，其负极也与第三晶体管的控制极连接。

一种单相电压稳定监测报警装置，其包括如上所述的单相电压稳定监测报警电路。

依据上述实施例的单相电压稳定监测报警电路和装置，其包括：整流滤波电路、第一电压检测电路、第二电压检测电路和异常电压报警电路。其中，整流采样电路用于对输入的单相交流电进行整流滤波处理，得到直流电压信号；第一电压检测电路用于检测直流电压信号是否低于第一预设基准电压，若是则输出升压触发信号，触发升压电路进行升压处理；第二电压检测电路用于检测直流电压信号是否高于第二预设基准电压，若是则输出降压触发信号，触发降压电路进行降压处理；异常电压报警电路用于检测直流电压信号是否低于预设的欠压报警电压或者是否高于预设的高压报警电压，若是则输出异常报警触发信号，以触发报警器报警，提示工作人员及时处理。

附图说明

图1为本申请实施例的单相电压稳定监测报警电路结构示意图。

图2为本申请实施例的的整流采用电路结构示意图。

图3为本申请实施例的比较器部分电路结构示意图。

图4为本申请实施例的预设基准电压部分电路结构示意图。

图5为本申请实施例的晶体管部分电路结构示意图。

图6为本申请实施例的继电器部分电路结构示意图。

图7为本申请实施例的用于封装电路的保护罩结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。

本申请中的晶体管为三端子晶体管，其三个端子为控制极、第一极和第二极。晶体管可以为双极型晶体管或场效应晶体管等。例如当晶体管为双极型晶体管时，其控制极是指双极型晶体管的基极，第一极可以为双极型晶体管的集电极或发射极，对应的第二极可以为双极型晶体管的发射极或集电极；当晶体管为场效应晶体管时，其控制极是指场效应晶体管的栅极，第一极可以为场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二极可以为场效应晶体管的源极或漏极。本实施例中以NPN型双极性晶体管为例对本申请的电路结构进行说明。

实施例一：

请参考图1，本实施例提供一种单相电压稳定监测报警电路，其包括：整流滤波电路1、第一电压检测电路2、第二电压检测电路3和异常电压报警电路4。其中，整流采样电路1用于对输入的单相交流电进行整流滤波处理，得到直流电压信号；第一电压检测电路2用于检测直流电压信号是否低于第一预设基准电压，若是则输出升压触发信号，升压触发信号发送给升压电路，用于触发升压电路工作，对单相交流电进行升压处理。第二电压检测电路2用于检测当前主干路上的直流电压信号是否高于第二预设基准电压，若是则输出降压触发信号，降压触发信号用于触发降压电路，降压电路用于对单相交流电进行降压处理。其中，异常电压报警电路用于检测直流电压信号是否低于预设的欠压报警电压或者是否高于预设的高压报警电压，若是则输出异常报警触发信号，提示工作人员及时处理。因此采用本实施例的单相电压稳定监测报警电路可以对主干路上的单相交流电的电压进行实时准确的监测，并根据监测结果进行对应的处理，使得输出的单相交流电满足预设的要求。

其中，本实施例的整流采样电路1包括第一隔离变压器T1、第一整流电路B1和滤波电路L1；第一隔离变压器用于对输入的单相交流电进行安全隔离处理，第一整流电路B1用于对第一隔离变压器输出的单相交流电进行整流处理，得到初始直流电压信号；滤波电路L1用于对初始直流电压信号进行滤波处理，去掉其中的交流电压信号，得到最终的直流电压信号，最后滤波电路输出的直流电压信号用于作为监测的基准电压。

具体的，如图2，本实施例的整流采样电路具体包括第一隔离变压器T1、LC滤波电路和全桥整流电路，第一隔离变压器T1的输出端与LC滤波电路的输入端连接，LC滤波电路的输出端与全桥整流电路的输入端连接。具体的，整流采样电路包括熔断器F1、第一隔离变压器T1、二极管B11、二极管B12、二极管B13、二极管B14、电感L2、发光二极管D104、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R9、电阻R10以及稳压管D41。单相交流电的L1和N1与第一隔离变压器T1的原边绕组连接，第一隔离变压器T1的副边绕组的正极输出端与二极管B11的正极连接，二极管B11的负极与二极管B12的负极连接，二极管B12的正极与二极管B14的负极连接，二极管B14的正极与B13的正极连接，B13的负极与B11的正极连接，第一隔离变压器T1的副边绕组与B12的正极连接。电感L2的一端与B12的负极连接，另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与B14的正极连接；电容C2和C3分别与电容C1并联，电阻R9一端与L2的另一端连接，另一端与发光二极管D104的正极连接，发光二极管D104的负极与B14的正极连接，电阻R10的一端与R9的一端连接，另一端与发光二极管D104的负极连接，稳压管D41(即TVS管，也叫双向瞬变抑制二极管)与电阻R10并联。并且电阻R9的一端上通过电容接地，B14的正极也通过电容C41接地。稳压管D41的两端输出直流电压信号。其中发光二极管D104起到指示的作用。其中，二极管B11、二极管B12、二极管B13、二极管B14组成全桥整流电路，将交流电压整流成直流电压，电感L2和电容C1、电容C2、电容C3组成LC滤波电路，滤除高频、低频交流分量。再在电容C3的两端并联限流电阻R10和发光二极管D104，D104亮则标志输入侧正常。最后并联瞬态抑制二极管D41对瞬态异常电能吸收，作为后端电路的保护。

其中，本实施例的第一电压检测电路包括：第一比较器A1、第一晶体管D1、第一继电器S1、第一电阻R1和第一可调电阻R2。第一比较器A1的正向输入端用于输入第一预设基准电压，其负向输入端用于输入直流电压信号；第一比较器A1的输出端通过电阻R8与第一晶体管D1的基极连接，第一晶体管的集电极连接预设导通电压，其发射极与第一继电器S1的输入端连接，第一继电器的输出端用于输出升压触发信号。当第一比较器A1判断输入的直流电压信号低于预设的第一预设基准电压时，则发出驱动信号以驱动第一晶体管D1导通，使得第一继电器S1吸合，从而导通以输出升压触发信号。

其中，第一电阻R1的一端连接预设的+12V电压，并且第一电阻R1的一端还与整流采样电路的输出端连接，第一电阻R1的另一端与第一可调电阻R2的一端连接，第一可调电阻R2的另一端接地；第一电阻R1的另一端与第一比较器A1的负向输入端连接，用于输入直流电信号；第一可调电阻R2的电压输出端与第一比较器A1的正向输入端连接，用于输入第一预设基准电压，并且通过调整第一可调电阻R2的阻值即可调节第一比较器A1输入的第一基准电压，这样保证第一基准电压可以根据用户的需求而调节。所述第二电压检测电路包括：第二比较器、第二晶体管和第二继电器；

其中，本实施例的第二电压检测电路包括：第二比较器A2、第二晶体管D2和第二继电器S2。本实施例的第二比较器A2的正向输入端用于输入第二预设基准电压，其负向输入端用于输入直流电压信号；第二比较器A2的输出端通过电阻R7与第二晶体管D2的基极连接，第二晶体管D2的集电极连接+12V导通电压，其发射极与第二继电器S2的输入端连接，第二继电器S2的输出端用于输出降压触发信号。具体的，该第二电压检测电路还包括第二可调电阻R3，该第二可调电阻R3的一端与第一电阻R1的另一端连接，第二可调电阻R3的另一端接地；该第二可调电阻R3的电压输出端与第二比较器A2的正向输入端连接，正向输入端用于输入第二预设基准电压。同样的，第二可调电阻R3的电阻可调，即第二比较器A2的输入的第二预设基准电压可调，以满足用户的不同电压设定。当第二比较器A2判定输入的直流电压信号高于设定的第二预设基准电压时，则驱动第二晶体管D2导通，从而驱动第二继电器S2导通，以输出降压触发信号来触发降压电路，从而实现对输出主干路的电压进行降压处理。

其中，异常电压报警电路包括第三可调电阻R5、第四可调电阻、第五可调电阻、第三比较器A3、第四比较器A4、第五比较器A5、第三晶体管D3和第三继电器S3。第三比较器A3的正向输入端用于输入直流电压信号，其反向输入端接地，其输出端与第三可调电阻R5的一端连接，该第三可调电阻R5的另一端接地，该第三可调电阻R5的输出端与第四比较器A4的正向输入端连接；第四可调电阻R4的一端与第一电阻R1的一端连接，该端用于输入直流电压信号，第四可调电阻R4的另一端接地，其输出端与第四比较器A4的反相输入端连接，该第四比较器A4的输出端与第三晶体管D3的基极连接，第三晶体管的集电极连接预设导通电压+12V，其发射极与第三继电器S3的输入端连接，第三继电器S3的输出端用于输出异常报警信号，异常报警信号可以触发报警装置，进而提醒工作人员及时处理。其中，第五可调电阻R6的一端与第一电阻R1的一端连接，第五可调电阻R6的另一端接地，其输出端与第五比较器A5的正向输入端连接，第五比较器A5的反相输入端与直流电压信号连接，该第五比较器A5的输出端与第三晶体管D3的基极连接。第四比较器A4分别输入第一基准电压和直流电压信号，用于判定当前的直流电压信号是否低于预设的第一基准电压信号，若是则导通，即输出报警触发信号。对应的，第五比较器A5分别输入第二基准电压信号和直流电压信号，当第五比较器A5判定当前的直流电压信号高于第二基准电压信号时，则触发D3导通，进而使得第三继电器S3吸合并导通，输出报警触发信号。

进一步的，本实施例的电路还包括第二隔离变压器T2、第二整流电路B2，第二隔离变压器T2用于对输入的单相交流电进行安全隔离处理，第二整流电路B2用于对第二隔离变压器T2输出的单相交流电进行整流处理，得到直流电压信号，第二整流电路B2的输出端与第三比较器A3的正向输入端连接，然后将该直流电压信号输出给第三比较器A3。其中，第二隔离变压器T2的具体电路结构和第一隔离变压器T1的结构相同，第二整流电路B2的电路结构和第一整流电路B1的电路结构相同。

在另一种实施例中，该电路还包括第一二极管和第二二极管；该第一二极管的正极与第四比较器A4的输出端连接，其负极与第三晶体管D3的基极连接；该第二二极管的正极与第五比较器A5的输出端连接，其负极也与第三晶体管D3的基极连接。

其中，本实施例的第一预设基准电压设置为电压基准值(即目标基准电压)的90％，第二预设基准电压设置为电压基准值的101％。

其中，本实施例的第一继电器S1和第二继电器S2均采用单刀双掷继电器(也称为SPDT继电器)，第三继电器为单刀单掷继电器(也称为SPST继电器)。

其中，图3为本实施例提供一种具体的比较器的电路示意图，其包括二极管D25、D26、运算放大器U2B、电容C44、电阻R15、电容C0，其中，二极管D25的负极与运算放大器U2B的负输入端连接，其正极与D26的负极连接，D25的负极与D26的正极连接，D26的负极与运算放大器U2B的正输入端连接，电阻R15的一端与D25的负极连接，另一端与运算放大器U2B的输出端连接，电容C0与电阻R15并联，电容C44的一端接+12V电压，另一端接地。将设定电压(例如230VAC)接入运算放大器U2B(例如，U2B可含4个运放，U2B为其中1个运放)的正输入端和运算放大器U2C的负输入端，采样电压接入运算放大器U2B的负输入端和运算放大器U2C的正输入端，通过元件D25和D26将负输入端与正输入端进行隔离。运算放大器采用经典的运算放大器外围电路，当采样电压高于设定电压时，运算放大器U2B的负输入端电压高于正输入端电压，运算放大器U2B输出低电平，运算放大器U2C的负输入端电压低于正输入端电压，运算放大器U2C输出高电平；当采样电压低于设定电压时，情况相反，运算放大器U2B输出高电平，运算放大器U2C输出低电平。

其中，图4为本实施例的第一预设基准电压和第二预设基准电压部分的部分电路结构示意图，可以通过调节电位器RH1来调整电压设定值，电压的调整范围可以是额定电压(例如为AC230)的±5％，在其他实施例中可以根据需要选用其他参数的电位器，以改变电压调整范围。

其中，图5为本申请实施例的晶体管部分的电路示意图，例如D1、D2和D3的电路结构均可以以此为例，晶体管Q2的基极与图4中预算放大器U2C的输出端连接，当U2B输出高电平时，晶体管Q2基极触发，集电极与发射极导通，集电极的12VDC电源导通至发射级，驱动后面的继电器导通；当运算放大器U2C输出高电平时，同理，晶体管Q3触发，驱动后端的继电器导通。

其中，图6为本实施例的继电器(可以为第一继电器或第二继电器)输出部分电路，本实施的第一继电器或第二继电器的电路连接相同，此处以第二继电器S2进行说明。第二继电器S2的线圈A1与晶体管D2的发射级相连，A2与信号地相连，第二继电器S2有1组转换触点，使用其中的常开触点，一端接输出端子的公共端，另一端接输出端子的升压信号，当采样电压低于设定电压，运算放大器U2B输出高电平，驱动晶体管D2导通，驱动继电器S2吸合，输出端子的公共端与升压信号导通，对外输出一组升压触发信号。同理，第一继电器对外输出一组升压触发信号，即可对外部电压进行控制，例如控制外部电机碳刷位置，以此控制输入的预设电压。

在另一种实施例中，如图7，本实施例的单相电压稳定监测报警电路设置在电路板上，电路板设置在散热罩5内，散热罩侧面设置多个条状的散热孔。散热罩5的罩体可使用304不锈钢材质，条状散热孔51的尺寸设计可防止手指或其他中等尺寸的外物侵入，同时兼顾散热功能。

实施例二：

本实施例提供一种单相电压稳定监测报警装置，该装置包括实施例一提供的单相电压稳定监测报警电路。如图7，本实施例的单相电压稳定监测报警电路设置在电路板上，电路板设置在散热罩5内，散热罩侧面设置多个条状的散热孔。散热罩5的罩体可使用304不锈钢材质，条状散热孔51的尺寸设计可防止手指或其他中等尺寸的外物侵入，同时兼顾散热功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。