CN107861053A - 一种检测分压电路的电路参数的检测电路及电量计量芯片 - Google Patents

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李律
张凡元
罗卓成
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赵琮
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Abstract

本发明属于电压检测技术领域，提供了一种检测分压电路的电路参数的检测电路，该检测电路与连接于第一信号源的分压电路相连，分压电路包括依次串联于所述第一信号源的输出端的第一分压器和第二分压器，检测电路包括：第三分压器、第四分压器、第一开关、第二开关及电压测量模块；电压测量模块用于检测第一开关和第二开关处于不同开关状态时分压电路所输出的不同的电压信号，并根据电压信号确定分压电路的电路参数是否异常。

Description

一种检测分压电路的电路参数的检测电路及电量计量芯片
技术领域
本发明属于电压检测技术领域，尤其涉及一种检测分压电路的电路参数的检测电路及电量计量芯片。
背景技术
目前，传统的电量测量过程通常包括对电压、电流、功率等的测量，其中电压测量是电子***中不可或缺的一项技术。在常规的电压测量中，一般都是通过电阻分压器或电压互感器来将待测量电压衰减到电压测量电路中的模数变换器(Analog to DigitalConverter，ADC)的输入电压安全范围以内，再通过电压测量电路中的微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)对经过ADC转换后的数字信号进行电压幅度和相位的处理，进而实现对待测量电压的检测。
然而，电阻分压器的参数很容易受各种外力的影响，如静电、过电压、浪涌等，外力的影响通常会导致电阻分压器的分压比的改变，而现有的电压测量电路无法检测到电阻分压器的分压比的改变，从而会产生测量误差，导致电压测量的精度降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测分压电路的电路参数的检测电路及电量计量芯片，旨在解决现有电压测量电路无法检测电阻分压器因外力影响而引起的分压比的改变导致测量误差和电压测量精度降低的问题。
本发明提供一种检测分压电路的电路参数的检测电路，与连接于第一信号源的分压电路相连，所述分压电路包括依次串联于所述第一信号源的输出端的第一分压器和第二分压器，所述检测电路包括：第三分压器、第四分压器、第一开关、第二开关及电压测量模块；所述第三分压器连接于所述第二分压器与地之间，所述第一开关与所述第三分压器并联，所述第四分压器和所述第二开关串联后并联于所述第一分压器和所述第二分压器的公共端与地之间，所述电压测量模块并联于所述第一分压器和所述第二分压器的公共端与地之间；所述电压测量模块用于检测所述第一开关和所述第二开关处于不同开关状态时所述分压电路所输出的不同的电压信号，并根据所述电压信号确定所述分压电路的电路参数是否异常。
进一步地，所述电压测量模块具体用于检测所述第一开关闭合且所述第二开关断开时所述分压电路输出的第一电压信号，以及检测所述第一开关和所述第二开关均闭合时所述分压电路输出的第二电压信号，以及检测所述第一开关和所述第二开关均断开时所述分压电路输出的第三电压信号，并根据所述第一电压信号、所述第二电压信号及所述第三电压信号确定所述分压电路的电路参数是否异常。
进一步地，所述电压测量模块具体用于对所述第一电压信号、所述第二电压信号及所述第三电压信号进行处理，分别得到第一电压信号值、第二电压信号值及第三电压信号值，并根据所述第二电压信号值与所述第一电压信号值的第一比值和所述第三电压信号值与所述第一电压信号值的第二比值确定所述分压电路的电路参数是否异常。
进一步地，所述电压测量模块具体用于根据所述第一比值确定第一比值变化率，根据所述第二比值确定第二比值变化率，根据所述第一比值变化率与所述第二比值变化率确定所述第一分压器的阻值变化率和所述第二分压器的阻值变化率，根据所述第一分压器的阻值变化率和所述第二分压器的阻值变化率确定所述分压电路的电路参数是否异常。
进一步地，所述电压测量模块具体用于若所述第一分压器的阻值变化率小于或等于第一预设阈值且所述第二分压器的阻值变化率小于或等于第二预设阈值，则确定所述分压电路的电路参数正常；若所述第一分压器的阻值变化率大于第一预设阈值和/或所述第二分压器的阻值变化率大于第二预设阈值，则确定所述分压电路的电路参数异常。
进一步地，所述第一分压器、所述第二分压器、所述第三分压器及所述第四分压器均为由电阻、电感、电容组成的电路。
进一步地，所述第一信号源为交流电源，所述第一分压器为第一电阻，所述第二分压器为第二电阻，所述第三分压器为第三电阻，所述第四分压器为第四电阻。
进一步地，所述第一开关和所述第二开关的开关状态通过开关信号发生器进行控制。
本发明的另一目的还在于提供一种电量计量芯片，所述电量计量芯片包括前述任一项所述的检测电路；所述分压电路设置于所述电量计量芯片外部。
本发明的再一目的还在于提供一种电量计量芯片，包括分压电路，其特征在于，所述电量计量芯片还包括前述任一项所述的检测电路。
本发明提供的一种检测分压电路的电路参数的检测电路，与连接于第一信号源的分压电路相连，所述分压电路包括依次串联于所述第一信号源的输出端的第一分压器和第二分压器，所述检测电路包括：第三分压器、第四分压器、第一开关、第二开关及电压测量模块；所述第三分压器连接于所述第二分压器与地之间，所述第一开关与所述第三分压器并联，所述第四分压器和所述第二开关串联后并联于所述第一分压器和所述第二分压器的公共端与地之间，所述电压测量模块并联于所述第一分压器和所述第二分压器的公共端与地之间；所述电压测量模块用于检测所述第一开关和所述第二开关处于不同开关状态时所述分压电路所输出的不同的电压信号，并根据所述电压信号确定所述分压电路的电路参数是否异常，从而解决现有电压测量电路无法检测电阻分压器因外力影响而引起的分压比的改变导致测量误差和电压测量精度降低的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种检测分压电路的电路参数的检测电路的模块结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种检测分压电路的电路参数的检测电路的电路结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种检测分压电路的电路参数的检测电路中第一开关处于闭合状态且第二开关处于断开状态时的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种检测分压电路的电路参数的检测电路中第一开关和第二开关均处于闭合状态时的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种检测分压电路的电路参数的检测电路中第一开关和第二开关均处于断开状态时的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明实施例提供的一种检测分压电路的电路参数的检测电路的模块结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
如图1所示，本发明实施例提供的一种检测分压电路的电路参数的检测电路20，与连接于第一信号源100的分压电路10相连，分压电路10包括依次串联于第一信号源100的输出端的第一分压器101和第二分压器102，检测电路20包括：
第三分压器203、第四分压器204、第一开关201、第二开关202及电压测量模块300；
第三分压器203连接于第二分压器202与地之间，第一开关201与第三分压器203并联，第四分压器204和第二开关202串联后并联于第一分压器101和第二分压器102的公共端与地之间，电压测量模块300并联于第一分压器101和第二分压器102的公共端与地之间；
电压测量模块300用于检测第一开关201和第二开关202处于不同开关状态时分压电路10所输出的不同的电压信号，并根据电压信号确定分压电路10的电路参数是否异常。
作为本发明一优选实施例，电压测量模块300具体用于检测第一开关201闭合且第二开关202断开时分压电路10输出的第一电压信号，以及检测第一开关201和第二开关202均闭合时分压电路10输出的第二电压信号，以及检测第一开关201和第二开关202均断开时分压电路10输出的第三电压信号，并根据第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号确定分压电路的电路参数是否异常。
作为本发明一优选实施例，电压测量模块300具体用于对第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号进行处理，分别得到第一电压信号值、第二电压信号值及第三电压信号值，并根据第二电压信号值与第一电压信号值的第一比值和第三电压信号值与第一电压信号值的第二比值确定分压电路10的电路参数是否异常。
作为本发明一优选实施例，电压测量模块300具体用于根据第一比值确定第一比值变化率，根据第二比值确定第二比值变化率，根据第一比值变化率与第二比值变化率确定第一分压器101的阻值变化率和第二分压器102的阻值变化率，根据第一分压器101的阻值变化率和第二分压器102的阻值变化率确定分压电路10的电路参数是否异常。
作为本发明一优选实施例，电压测量模块300具体用于若第一分压器101的阻值变化率小于或等于第一预设阈值且第二分压器102的阻值变化率小于或等于第二预设阈值，则确定分压电路10的电路参数正常；若第一分压器101的阻值变化率大于第一预设阈值和/或第二分压器102的阻值变化率大于第二预设阈值，则确定分压电路10的电路参数异常。
进一步地，电压测量模块300可以包括模数转换单元和微控制单元。
模数转换单元的第一输入端和第二输入端分别为电压测量模块300的第一输入端和第二输入端，模数转换单元的输出端与微控制单元的输入端连接。
模数转换单元用于将接收到的模拟电压信号转换为数字电压信号，并将数字电压信号输出至微控制单元。具体地，模数转换单元具体用于将第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号分别转换为第一电压信号值、第二电压信号值及第三电压信号值。其中，第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号均为模拟电压信号，第一电压信号值、第二电压信号值及第三电压信号值均为数字电压信号。
微控制单元用于接收模数转换单元输出的数字电压信号。具体地，微控制单元用于接收模数转换单元输出的第一电压信号值、第二电压信号值及第三电压信号值，并计算第二电压信号值与第一电压信号值的第一比值以及第三电压信号值与第一电压信号值的第二比值，根据第一比值确定第一比值变化率，根据第二比值确定第二比值变化率，根据第一比值变化率和第二比值变化率确定第一分压器101的阻值变化率和第二分压器102的阻值变化率，且将第一分压器101的阻值变化率与预存的第一预设阈值进行比较，将第二分压器102的阻值变化率与预存的第二预设阈值进行比较，根据比较结果确定分压电路10的电路参数是否异常。具体的，若比较结果为第一分压器101的阻值变化率小于或等于第一预设阈值且第二分压器102的阻值变化率小于或等于第二预设阈值，则微控制单元确定分压电路10的电路参数正常；若比较结果为第一分压器101的阻值变化率大于第一预设阈值和/或第二分压器102的阻值变化率大于第二预设阈值，则微控制单元确定分压电路10的电路参数异常。
其中，第一预设阈值和第二预设阈值可以根据实际需求设置。
进一步地，电压测量模块300还可以包括显示单元和警报单元，显示单元和警报单元均与微控制单元的输出端连接。
显示单元用于显示模数转换单元输出的数字电压信号，例如用于显示第一电压信号值、第二电压信号值及第三电压信号值。显示单元还用于显示微控制单元输出的第一比值、第二比值、第一比值变化率、第二比值变化率以及第一分压器101的阻值变化率和第二分压器102的阻值变化率等。
在本发明实施例中，当微控制模块确定分压电路10的电路参数异常时，可以输出警报信号至警报单元。警报单元用于根据接收到的警报信号执行预设的警报操作。其中，预设的警报操作可以是输出警报声音、点亮用于指示参数异常的指示灯或将异常信息显示于显示器等。
作为本发明一优选实施例，第一分压器101、第二分压器102、第三分压器203及第四分压器204均为由电阻、电感、电容组成的电路。具体地，其电阻、电感及电容之间的连接关系根据用户需要进行设置。
作为本发明一优选实施例，第一信号源100可以为交流电源，第一分压器101、第二分压器102、第三分压器203及第四分压器204均可以为电阻。
图2为本发明实施例提供的一种检测分压电路10的电路参数的检测电路20的电路结构示意图。
如图2所示，在本实施例中，第一信号源100为交流电源AC，第一分压器101为第一电阻R1，第二分压器102为第二电阻R2，第三分压器203为第三电阻R3，第一开关201为开关K1，第二开关202为开关K2，第四分压器204为第四电阻R4。
作为本发明一优选实施例，第一分压器101的阻值为第二分压器102的阻值的1000倍，当第一信号源100为日常交流电源时，交流电源的电压为220V，则此时第二分压器102两端的分压为0.22V左右，此时可以对检测电路20进行保护。在本实施例中，检测电路20集成在芯片内部，此时，检测电路20不会因为外部环境的影响而导致第三分压器203和第四分压器204的阻值发生变化，第一分压器101的阻值与第二分压器102的阻值比例大小根据芯片的承受电压、电压测量模块的输入范围等条件进行设置。
作为本发明一优选实施例，第一开关201和第二开关202的开关状态通过开关信号发生器进行控制，开关信号发生器的对第一开关201和第二开关202的开关状态顺序预先储存在微控制单元。
在本发明实施例中，第一开关201和第二开关202处于不同开关状态时分压电路10所输出的电压信号不同。
具体的，图3示出了第一开关201处于闭合状态且第二开关202处于断开状态时检测电路20的电路结构。
如图3所示，当第一开关201处于闭合状态且第二开关202处于断开状态时，第四分压器204被断开，第三分压器203直接被短路，此时，分压电路10输出第一电压信号，假设电压测量模块300对第一电压信号进行处理得到的第一电压信号值为Vp1，则：
其中，V50为第一信号源100输出的电压值，R1为第一分压器101的阻值，R2为第二分压器102的阻值。
具体的，图4示出了第一开关201和第二开关202均处于闭合状态时检测电路20的电路结构。
如图4所示，当第一开关201和第二开关202均处于闭合状态时，第四分压器204接入电路与电压测量模块300并联，第三分压器203直接被短路，此时，分压电路10输出第二电压信号，假设电压测量模块300对第二电压信号进行处理得到的第二电压信号值为Vp2，则：
其中，V50为第一信号源100输出的电压值，R1为第一分压器101的阻值，R2为第二分压器102的阻值，R4为第四分压器204的阻值。
具体的，图5示出了第一开关201和第二开关202均处于断开状态时检测电路20的电路结构。
如图5所示，当第一开关201和第二开关202均处于断开状态时，第四分压器204断开，第三分压器203接入电路与第二分压器102串联，此时，分压电路10输出第三电压信号，假设电压测量模块300对第三电压信号进行处理得到的第三电压信号值为Vp3，则：
其中，V50为第一信号源100输出的电压值，R1为第一分压器101的阻值，R2为第二分压器102的阻值，R3为第三分压器203的阻值。
电压测量模块300计算出第一电压信号值为Vp1、第二电压信号值Vp2及第三电压信号值Vp3后，根据以下公式计算第一比值Y1和第二比值为Y2：
电压测量模块300计算出第一比值Y1和第二比值为Y2后，通过以下公式对第一比值Y1对应的表达式中的第一电阻R1和第二电阻R2求偏导，进而得到第一比值Y1的变化量ΔY1：
电压测量模块300得到第一比值Y1的变化量ΔY1后，根据以下公式计算第一比值变化率
由于第一分压器101的阻值R1远大于第二分压器102的阻值R2和第三分压器203的阻值R3，因此，第一比值变化率的表达式还可以为：
电压测量模块300计算出第一比值Y1和第二比值为Y2后，通过以下公式对第二比值Y2对应的表达式中的第一电阻R1和第二电阻R2求偏导，进而得到第二比值Y2的变化量ΔY2：
具体地，电压测量模块300得到第二比值Y2的变化量ΔY2后，根据以下公式计算第二比值变化率
由于第一分压器101的阻值R1远大于第二分压器102的阻值R2和第三分压器203的阻值R3，因此，第二比值变化率的表达式还可以为：
第一比值变化率和第二比值变化率的表达式中包含有第一分压器的阻值变化率和第二分压器的阻值变化率两个未知量。第一比值变化率和第二比值变化率为已知，电压测量模块300根据前述第一比值变化率和第二比值变化率的表达式便可以精准计算出和的值。
本发明实施例还提供了一种电量计量芯片，该电量计量芯片包括了前述的检测分压电路10的电路参数的检测电路20。在本发明实施例中，分压电路10设置于电量计量芯片外部。具体地，检测电路20集成在芯片内部，此时，芯片内部的检测电路20不受外部环境的影响，进一步地，第一开关201和第二开关202的开关状态可以预先在电压测量模块300中设置后待启动后自行进行开关状态的切换。
本发明实施例还提出了了另一种电量计量芯片，该电量计量芯片包括分压电路以及如前述所述的检测电路20。
本发明提供的一种检测分压电路的电路参数的检测电路，与连接于第一信号源的分压电路相连，分压电路包括依次串联于第一信号源的输出端的第一分压器和第二分压器，检测电路包括：第三分压器、第四分压器、第一开关、第二开关及电压测量模块；第三分压器连接于第二分压器与地之间，第一开关与第三分压器并联，第四分压器和第二开关串联后并联于第一分压器和第二分压器的公共端与地之间，电压测量模块并联于第一分压器和第二分压器的公共端与地之间；电压测量模块用于检测第一开关和第二开关处于不同开关状态时分压电路所输出的不同的电压信号，并根据电压信号确定分压电路的电路参数是否异常，从而解决现有电压测量电路无法检测电阻分压器因外力影响而引起的分压比的改变导致测量误差和电压测量精度降低的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种检测分压电路的电路参数的检测电路，与连接于第一信号源的分压电路相连，所述分压电路包括依次串联于所述第一信号源的输出端的第一分压器和第二分压器，其特征在于，所述检测电路包括：
第三分压器、第四分压器、第一开关、第二开关及电压测量模块；
所述第三分压器连接于所述第二分压器与地之间，所述第一开关与所述第三分压器并联，所述第四分压器和所述第二开关串联后并联于所述第一分压器和所述第二分压器的公共端与地之间，所述电压测量模块并联于所述第一分压器和所述第二分压器的公共端与地之间；
所述电压测量模块用于检测所述第一开关和所述第二开关处于不同开关状态时所述分压电路所输出的不同的电压信号，并根据所述电压信号确定所述分压电路的电路参数是否异常。
2.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述电压测量模块具体用于检测所述第一开关闭合且所述第二开关断开时所述分压电路输出的第一电压信号，以及检测所述第一开关和所述第二开关均闭合时所述分压电路输出的第二电压信号，以及检测所述第一开关和所述第二开关均断开时所述分压电路输出的第三电压信号，并根据所述第一电压信号、所述第二电压信号及所述第三电压信号确定所述分压电路的电路参数是否异常。
3.如权利要求2所述的检测电路，其特征在于，所述电压测量模块具体用于对所述第一电压信号、所述第二电压信号及所述第三电压信号进行处理，分别得到第一电压信号值、第二电压信号值及第三电压信号值，并根据所述第二电压信号值与所述第一电压信号值的第一比值和所述第三电压信号值与所述第一电压信号值的第二比值确定所述分压电路的电路参数是否异常。
4.如权利要求3所述的检测电路，其特征在于，所述电压测量模块具体用于根据所述第一比值确定第一比值变化率，根据所述第二比值确定第二比值变化率，根据所述第一比值变化率与所述第二比值变化率确定所述第一分压器的阻值变化率和所述第二分压器的阻值变化率，根据所述第一分压器的阻值变化率和所述第二分压器的阻值变化率确定所述分压电路的电路参数是否异常。
5.如权利要求2所述的检测电路，其特征在于，所述电压测量模块具体用于若所述第一分压器的阻值变化率小于或等于第一预设阈值且所述第二分压器的阻值变化率小于或等于第二预设阈值，则确定所述分压电路的电路参数正常；若所述第一分压器的阻值变化率大于第一预设阈值和/或所述第二分压器的阻值变化率大于第二预设阈值，则确定所述分压电路的电路参数异常。
6.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述第一分压器、所述第二分压器、所述第三分压器及所述第四分压器均为由电阻、电感、电容组成的电路。
7.如权利要求6所述的检测电路，其特征在于，所述第一信号源为交流电源，所述第一分压器为第一电阻，所述第二分压器为第二电阻，所述第三分压器为第三电阻，所述第四分压器为第四电阻。
8.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关的开关状态通过开关信号发生器进行控制。
9.一种电量计量芯片，其特征在于，所述电量计量芯片包括如权利要求1至8任一项所述的检测电路；所述分压电路设置于所述电量计量芯片外部。
10.一种电量计量芯片，包括分压电路，其特征在于，所述电量计量芯片还包括如权利要求1至8任一项所述的检测电路。
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