用于监视正弦交流电压信号的电路装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于利用比较器(8)监视正弦交流电压信号(I_k)的电路装置，可以将要监视的正弦交流电压信号(I_k)或从其获得的信号提供给该比较器(8)，其中，比较器(8)被设置成当正弦交流电压信号(I_k)或从其获得的信号超出定义的阈值(A)时在输出端生成第一输出信号(S1)。此外，还设置有过零检测器(10)，可以将要监视的正弦交流电压信号(I_k)或从其获得的信号馈送到其监视输入端，以便可以在过零检测器(10)的输出端生成第二输出信号(S2)。过零检测器(10)后面接有定时元件(12)，用于根据第二输出信号(S2)生成时钟信号(S3)。还设置有边沿控制的触发器(14)，其中，比较器(8)的输出端连接到该触发器(14)的输入端(D)，并且其中，定时元件(12)的输出端连接到触发器(14)的时钟输入端(Clk)。定时元件(12)在与正弦交流电压信号(I_k)的过零之后的周期T的T/4的时间点不同的时间点处指定时钟信号(S3)的状态变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监视正弦交流电压信号的电路装置和方法
本专利技术涉及用于监视正弦交流电压信号、尤其是诸如可编程逻辑控制器(SPS)或逻辑继电器的电子控制设备的输入信号或类似设备的输入信号或电压的电路装置和方法以及相应的软件产品。
技术介绍
SPSIEC/EN61131第2部分的产品标准另外定义了输入信号的属性。直流电压信号(DC输入信号)和正弦交流电压信号(AC输入信号)被指定为数字输入。此处列出了以下电压：24VDC、48VDC、24VAC、48VAC、100/110/120VAC、200/230/240VAC。对于小型、紧凑的设备(例如控制继电器)，希望支持各种不同的电源和输入信号，例如24VAC和24VDC。这样可以减少设备类型的多样性。不过，这样的设备中的零部件和组件的成本也应保持尽可能低。监视AC输入信号的困难之一是IEC/EN61131标准将AC输入信号的阈值(AC值)定义为有效值(Urms)而不是峰值。监视AC输入信号的常用方法是整流和平滑正弦信号，由此产生DC信号(除残留纹波外)，并将其与定义的阈值进行比较(使用比较器)，然后将结果作为数字信号(例如TTL电平或CMOS电平，例如5V或3.3V；CMOS是互补金属氧化物半导体的缩写)提供给CPU或微控制器。但是，以这种方式在比较器输入端生成的信号对应于峰值(Upeak)，而不是相应输入信号的有效值(Urms)。例如，根据IEC/EN61131-2，将24VDC的标准化阈值(DC值)定义为ULmax＝5V(低信号的最大DC值)和UHmin＝15V(高信号的最小DC值)，对应的输入值为UINLmax＝5V(低信号的最大输入值)和UINHmin＝15V(高信号的最小输入值)。例如，根据IEC/EN61131-2，将24VAC的标准化阈值(AC值)定义为ULmax,rms＝5V(低信号的最大有效值)和UHmin,rms＝14V(高信号的最小有效值)，对应的经过整流和平滑的峰值输入值为UINLmax＝7.07V(低信号的最大峰值输入值)和UINHmin＝19.8V(高信号的最小峰值输入值)。为了监视AC输入信号和DC输入信号的各自的高信号和低信号，必须使用具有大约在7.07V至15V之间的中间的定义的阈值(例如11V)的比较器。上述类型的比较器的廉价解决方案是例如所谓的CMOSHC门，例如所谓的HC04逆变器。CMOSHC输入阈值通常为UDD/2(UDD是门的电源电压)，但根据“JEDEC”(联合电子装置工程委员会)进行了标准化，并且为UIN,Lmax＝30％UDD作为低信号的最大电平(例如，UDD＝5V时为1.5V)和UIN,Hmin＝70％UDD作为高信号的最小电平(例如，UDD＝5V时为3.5V)。这意味着UDD/2的阈值可能会偏离UDD±20％，即，介于0.6xUDD/2和1.4xUDD/2之间。转换到5V或15V(参见上文)的24VDC阈值(当平均值为UM＝(5V+15V)/2＝10V)，结果为UDD/2：-UIN,L＝0.6x10V＝6V>5V，1V余量；-UIN,H＝1.4x10V＝14V<15V，1V余量。CMOSHC门因此可以用作24VDC输入信号的比较器，尽管存在阈值的公差。当使用此类CMOSHC门同时监视24VDC输入信号和24VAC输入信号时，可能的阈值范围从5V到15V降低到7.07V到15V(参见上文)。在这种情况下，当平均值为UM＝(7.07V+15V)/2＝11.035V时，相同的计算结果为UDD/2：-UIN,L＝0.6x11.035V＝6.621V<7.07V，太低；-UIN,H＝1.4x11.035V＝15.449>15V，太高。这意味着，在这种情况下，不能再可靠地使用廉价的CMOSHC门。从EP0935758已知一种用于检测AC输入信号的电路装置和方法，其中，与开头提到的常规解决方案相比，AC输入信号不经过滤波，而是仅转换为相应的脉冲。然而，从EP0935758已知的方法还通过在过零之后的周期T的时间点T/4处读取正弦AC输入信号来检测输入信号的峰值，结果出现了上述相同的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是描述一种用于监视(特别是针对开头所述类型的设备)正弦交流电压信号的电路装置和方法，其使得比较器能够被更加灵活地使用。在第一方面，该目的通过一种用于监视正弦交流电压信号的电路装置来实现。从属权利要求中公开了进一步的扩展。该电路装置具有比较器，可以在输入端向其馈送要监视的正弦交流电压信号或从该正弦交流电压信号获得的信号，其中，该比较器被设置为当该正弦交流电压信号或从其获得的信号超出定义的阈值时，在输出端生成第一输出信号。可以将要监视的正弦交流电压信号直接馈入比较器中，也可以预先对其进行预处理，以便将由此获得的信号输入到比较器中。相应的预处理可以包括通过整流器进行整流(例如用于半波整流)或通过降压转换器进行降压。要监视的正弦交流电压信号可以例如是三相电源网络的一相的电压信号。该电路装置还具有过零检测器，正弦交流电压信号或从其获得的信号可以在监视输入端被馈送到该过零检测器，从而可以在该过零检测器的输出端产生第二输出信号。正弦交流电压信号既可以直接馈入到过零检测器中，也可以对其进行预处理，以便可以将由此获得的信号提供至过零检测器。相应的预处理可以包括类似于上述措施的通过整流器进行整流(有利地是半波整流)。可选地，预处理还可以包括通过电阻器进行电流限制或通过降压转换器进行降压。该电路装置还具有连接在过零检测器下游的定时元件，用于根据第二输出信号生成时钟信号。该电路装置还具有边沿控制的触发器。比较器的输出端连接到该触发器的状态控制输入端。定时元件的输出端连接到触发器的边沿控制输入端。这样，可以在触发器的输出端生成状态信号。此外，定时元件被设置为在一时间点指定时钟信号的定义的状态变化，该时间点不同于正弦交流电压信号的过零之后的周期T的时间点T/4。因此，相对于定义的阈值监视正弦交流电压信号。该定义的阈值可以是预定的并且恒定的。因为时钟信号的定义的状态变化是在与正弦交流电压信号的过零之后的周期T的时间点T/4不同的时间点处指定的，所以不是正弦交流电压信号的峰值(最大值或幅值)用于监视，而用低于峰值的值。因此，用于监视正弦交流电压信号的阈值或由比较器指定或定义的阈值可以低于评估正弦交流电压信号(就其峰值而言)所需的阈值。通过(就阈值而言)使正弦交流电压信号的评估时间点相对于出现峰值的时间点“偏移”或偏离，尤其可以将阈值选择成低于峰值，但是仍然可以评估正弦交流电压信号是否超出定义的阈值。这样，就所使用的阈值而言，可以更加灵活地使用上述类型的比较器。尤其是，也可以以这种方式使用具有公差的比较器，该比较器根据其公差指定一个低于正弦交流电压信号的峰值的阈值。通常，比较器可以在指定或要求特定阈值的应用中灵活使用，其中该阈值低于要监视的正弦交流电压信号的峰值，但是仍然需要对该正弦交流电压信号进行可靠本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监视正弦交流电压信号(I_k)的电路装置，该电路装置具有：/n-比较器(8)，要监视的正弦交流电压信号(I_k)或从其获得的信号能够在输入端提供给所述比较器(8)，其中，所述比较器(8)被设置成当所述正弦交流电压信号(I_k)或从其获得的信号超过定义的阈值(A)时，在输出端生成第一输出信号(S1)，/n-过零检测器(10)，要监视的正弦交流电压信号(I_k)或从其获得的信号能够在监视输入端提供给所述过零检测器(10)，使得能够在所述过零检测器(10)的输出端生成第二输出信号(S2)，/n-连接在所述过零检测器(10)下游的定时元件(12)，该定时元件(12)用于根据所述第二输出信号(S2)生成时钟信号(S3)，/n-边沿控制的触发器(14)，/n其中，所述比较器(8)的输出端连接到所述触发器(14)的状态控制输入端(D)，并且其中，所述定时元件(12)的输出端连接到所述触发器(14)的边沿控制输入端(Clk)，使得能够在所述触发器(14)的输出端生成状态信号(S4)，/n其中，设置所述定时元件(12)以在与所述正弦交流电压信号(I_k)的过零后的周期T的T/4的时间点不同的时间点处指定所述时钟信号(S3)的定义的状态变化。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171117 DE 102017127070.11.一种用于监视正弦交流电压信号(I_k)的电路装置，该电路装置具有：
-比较器(8)，要监视的正弦交流电压信号(I_k)或从其获得的信号能够在输入端提供给所述比较器(8)，其中，所述比较器(8)被设置成当所述正弦交流电压信号(I_k)或从其获得的信号超过定义的阈值(A)时，在输出端生成第一输出信号(S1)，
-过零检测器(10)，要监视的正弦交流电压信号(I_k)或从其获得的信号能够在监视输入端提供给所述过零检测器(10)，使得能够在所述过零检测器(10)的输出端生成第二输出信号(S2)，
-连接在所述过零检测器(10)下游的定时元件(12)，该定时元件(12)用于根据所述第二输出信号(S2)生成时钟信号(S3)，
-边沿控制的触发器(14)，
其中，所述比较器(8)的输出端连接到所述触发器(14)的状态控制输入端(D)，并且其中，所述定时元件(12)的输出端连接到所述触发器(14)的边沿控制输入端(Clk)，使得能够在所述触发器(14)的输出端生成状态信号(S4)，
其中，设置所述定时元件(12)以在与所述正弦交流电压信号(I_k)的过零后的周期T的T/4的时间点不同的时间点处指定所述时钟信号(S3)的定义的状态变化。


2.根据权利要求1所述的电路装置，其中，设置所述定时元件(12)以在所述正弦交流电压信号(I_k)的过零后的周期T的T/8或3T/8时间点处指定所述时钟信号(S3)的定义的状态变化。


3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其中，所述比较器(8)是比较电路，并且所述输入端是所述比较电路的第一比较输入端，用于将所述要监视的正弦交流电压信号(I_k)或从其获得的信号与施加在所述比较电路的第二比较输入端的所述定义的阈值(A)进行比较。


4.根据权利要求1至3中的一项所述的电路装置，其中，另选地，要监视的直流电压信号(I_k)或从其获得的信号能够在其输入端提供给所述比较器(8)，其中，所述比较器(8)被设置成当所述直流电压信号(I_k)或从其获得的信号超出定义的阈值(A)时，在其输出端生成第一输出信号(S1)。


5.根据权利要求1至4中的一项所述的电路装置，该电路装置还包括转换开关(18)，用于在所述触发器(14...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·库卡，
申请(专利权)人：伊顿智能动力有限公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰;IE