一种功率检测电路及用电设备的制作方法

1.本实用新型涉及电子电力技术领域，具体而言，涉及一种功率检测电路及用电设备。


背景技术：

2.用电设备用电分户计费或者共享用电设备的计费都要求电量计量的功率计算精度控制在5％以内，图1为常规功率检测电路，如图1所示，常规功率检测电路采用电源输入交流侧ac采样输入电源的电压和电流，计算输入功率p＝u*i*功率因数。该电路中的采样电路还需要1.65v 的采样偏置电路，差分运算电路和电流传感器，电路结构复杂，元器件多，导致功率检测成本较高。
3.针对现有技术中功率检测电路的结构复杂，进而导致成本较高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例中提供一种功率检测电路及用电设备，以解决现有技术中功率检测电路的结构复杂，进而导致成本较高的问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种功率检测电路，该功率检测电路包括：
6.第一采样模块，设置在供电系统的正极母线或者负极母线上，用于获得第一采样电压；
7.第二采样模块，设置在所述供电系统的正极母线和负极母线之间，用于将所述用电设备输入的实际电压分压后，获得第二采样电压；
8.功率计算模块，其输入端分别连接所述第一采样模块和所述第二采样模块，用于根据所述第一采样电压计算实际电流，根据所述第二采样电压获得实际电压，并根据所述实际电流、所述实际电压、功率因数计算所述用电设备的功率。
9.进一步地，所述功率计算模块还用于计算供电系统中的整流桥的热功率与所述用电设备的功率之和，获得总功率。
10.进一步地，所述第一采样模块包括：
11.采样电阻，设置在所述供电系统的正极母线或者负极母线上；
12.第一分压单元，其第一端连接所述采样电阻的第一端，其第二端连接第一电压源，其输出端连接运算放大器的同相输入端；
13.所述运算放大器，其反相输入端通过第一电阻连接所述采样电阻的第二端，其输出端连接所述功率计算模块，用于输出所述第一采样电压；其中，所述第一采样电压等于所述采样电阻两端的电压差；
14.所述运算放大器的输出端还通过第二电阻连接所述运算放大器自身的反相输入端。
15.进一步地，所述第一分压单元包括：
16.串联设置的第三电阻和第四电阻，所述第三电阻连接所述采样电阻的第一端，所述第四电阻连接所述第一电压源，所述第三电阻和所述第四电阻之间引出导线，作为所述第一分压单元的输出端，连接所述运算放大器的同相输入端。
17.进一步地，所述第一分压单元还包括：
18.第一电容，并联设置在所述第四电阻的两端，用于限制所述第一分压单元输出的电压的大小。
19.进一步地，所述第一采样模块还包括：
20.第五电阻，其第一端连接所述运算放大器的输出端；
21.第二电容，其第一端连接所述第五电阻的第二端，其第二端连接所述供电系统的负极母线；
22.所述第五电阻和所述第二电容用于对所述第一采样电压进行滤波后，通过所述第五电阻和所述第二电容之间的导线输出。
23.进一步地，所述第二采样模块包括：
24.第二分压单元，其第一端接入所述供电系统的正极母线，其第二端接入所述供电系统的负极母线，其输出端连接所述功率计算模块，用于输出所述第二采样电压。
25.进一步地，所述第二分压单元包括：
26.串联设置的第六电阻和第七电阻，所述第六电阻连接所述供电系统的正极母线，所述第七电阻连接所述供电系统的负极母线，所述第六电阻和所述第七电阻之间引出导线，作为所述第二分压单元的输出端。
27.进一步地，所述第二采样模块还包括：
28.同向串联的第一稳压单元和第二稳压单元，所述第一稳压单元连接第二电压源，所述第二稳压单元连接所述供电系统的负极母线，所述第一稳压单元和所述第二稳压单元之间引出导线，连接所述第二分压单元的输出端，所述第一稳压单元和所述第二稳压单元用于控制所述第二分压单元的输出电压。
29.进一步地，所述第二采样模块还包括：
30.第八电阻，其第一端所述运算放大器的输出端；
31.第三电容，其第一端连接所述第八电阻的第二端，其第二端连接所述供电系统的负极母线；
32.所述第八电阻和所述第三电容用于对所述第二采样电压进行滤波后，通过所述第八电阻和所述第三电容之间的导线输出。
33.进一步地，所述功率检测电路还包括功率因数校正电路，所述功率因数校正电路包括：
34.电感和升压二极管，所述电感和所述二极管串联后，接入所述第二采样模块与所述供电系统的正极母线的连接点，与所述供电系统的正极母线端子之间；
35.开关管，其第一端连接至所述电感与所述升压二极管之间，其第二端连接至所述供电系统的负极母线。
36.本实用新型还提供一种用电设备，包括上述功率检测电路。
37.进一步地，所述用电设备至少包括以下其中之一：
38.空调、洗衣机、冰箱、热水器、风扇、烘干机、空气净化器、净水器、纯水机。
39.应用本实用新型的技术方案，通过设置第一采样模块，获取第一采样电压，设置第二采样模块，获取第二采样电压，通过功率计算模块，根据第一采样电压计算出实际电流，根据第二采样电压计算出实际电压，并且计算出功率因数，无需采样偏置电路，差分运算电路和电流传感器，简化了电路结构，降低了成本。
附图说明
40.图1为常规功率检测电路；
41.图2为根据本实用新型实施例的供电系统和功率检测电路的结构图；
42.图3为根据本实用新型另一实施例的供电系统和功率检测电路的结构图。
具体实施方式
43.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
44.在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
45.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
46.应当理解，尽管在本实用新型实施例中可能采用术语第一、第二等来描述采样电压，但这些采样电压不应限于这些术语。这些术语仅用来将通过不同采样模块获得的采样电压区分开。例如，在不脱离本实用新型实施例范围的情况下，第一采样电压也可以被称为第二采样电压，类似地，第二采样电压也可以被称为第一采样电压。
47.取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测 (陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
48.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
49.下面结合附图详细说明本实用新型的可选实施例。
50.实施例1
51.本实施例提供一种功率检测电路，应用于供电系统，图2为根据本实用新型实施例
的供电系统和功率检测电路的结构图，如图2所示，该供电系统包括：整流桥db1，整流桥db1中包括至少四个二极管，该四个二极管两两反向串联后，分别形成两个整流桥臂，两个桥臂并联设置在交流电源的火线端子ac
‑
l和零线端子ac
‑
n之间。第一整流桥臂的两个反向串联的二极管之间引出的线路为供电系统的正极母线 p，第二整流桥臂的两个反向串联的二极管之间引出的线路为供电系统的负极母线gdn_drive。交流输入电源ac经过整流桥db1将正弦波的电流u0，整流成“馒头”波的直流电源dc，将交流电源ac输出的交流电经过整流桥db1内的二极管整流，形成波形为“馒头”波的直流电源电压，即把0.7v以下的交流电压幅值，翻转到0.7v以上，输出至正极母线p和负极母线gnd_drive，作为功率因数校正电路 pfc的输入电源，给逆变电路的用电设备侧供电。
52.功率检测电路包括：第一采样模块10，设置在供电系统的正极母线或者负极母线上，用于获得第一采样电压；第二采样模块20，设置在供电系统的正极母线p和负极母线gdn_drive之间，用于将用电设备输入的实际电压分压后，获得第二采样电压；
53.功率计算模块30，其输入端分别连接第一采样模块10和第二采样模块20，用于根据第一采样电压u1计算实际电流i，根据第二采样电压u2获得实际电压u，并根据实际电流i、实际电压u、功率因数pf 计算用电设备的功率。
54.本实施例的技术方案，通过设置第一采样模块，获取第一采样电压，设置第二采样模块，获取第二采样电压，通过功率计算模块，根据第一采样电压计算出实际电流，根据第二采样电压计算出实际电压，并且计算出功率因数，无需采样偏置电路，差分运算电路和电流传感器，简化了电路结构，降低了成本。
55.在本实用新型的其他实施例中，功率计算模块30还可以用于计算供电系统中的整流桥的热功率与用电设备的功率之和，获得总功率。
56.实施例2
57.本实施例提供另一种功率检测电路，图3为根据本实用新型另一实施例的供电系统和功率检测电路的结构图，由于功率计算模块30一般为芯片，其允许输入的最大电压较低(一般为3.3v)，为了控制第一采样电压，如图3所示，第一采样模块10包括：采样电阻rs1，设置在供电系统的正极母线p或者负极母线上；第一分压单元101，其第一端连接采样电阻rs1的第一端，其第二端连接第一电压源，其输出端连接运算放大器u16
‑
b的同相输入端 ；运算放大器u16
‑
b，其反相输入端
‑
通过第一电阻r1连接采样电阻rs1的第二端，其输出端连接功率计算模块30，用于输出第一采样电压u1；其中，第一采样电压u1 等于采样电阻rs1两端的电压差；运算放大器u16
‑
b的输出端还通过第二电阻r2连接运算放大器u16
‑
b自身的反相输入端
‑
。
58.第一分压单元101包括：串联设置的第三电阻r3和第四电阻r4，所述第三电阻r3连接所述采样电阻rs1的第一端，所述第四电阻r4 连接所述第一电压源，所述第三电阻r3和所述第四电阻r4之间引出导线，作为所述第一分压单元的输出端，连接所述运算放大器u16
‑
b 的同相输入端 。
59.如上文所述，由于功率计算模块30一般为芯片，其允许输入的最大电压较低(一般为3.3v)，因此，为了控制第一采样电压u1，第一分压单元101中还包括：第一电容c1，并联设置在第四电阻r4的两端，用于限制第一分压单元101输出的电压的大小。
60.第一采样电压u1的波形不一定是平滑的，可能会出现锯齿或者尖峰，为了消除第
一采样电压u1波形中的锯齿或者尖峰，第一采样模块 10还包括：第五电阻r5，其第一端连接运算放大器u16
‑
b的输出端；第二电容c2，其第一端连接第五电阻r5的第二端，其第二端连接供电系统的负极母线gnd_drive；
61.第五电阻r5和第二电容c2用于对第一采样电压u1进行滤波后，通过第五电阻r5和第二电容c2之间的导线输出。
62.由于实际电压较大，为了获得较小的第二采样电压，第二采样模块20包括：第二分压单元201，其第一端接入供电系统的正极母线p，其第二端接入所述供电系统的负极母线gnd_drive，其输出端连接功率计算模块30，用于输出第二采样电压至功率计算模块30。
63.具体地，第二分压单元201包括：串联设置的第六电阻r6和第七电阻r7，所述第六电阻r6连接所述供电系统的正极母线p，所述第七电阻r7连接所述供电系统的负极母线gnd_drive，第六电阻r6 和所述第七电阻r7之间引出导线，作为第二分压单元201的输出端。需要说明的是，第六电阻r6和第七电阻r7可以为单个电阻，也可以通过多个小电阻串联构成，本实用新型不做具体限定。
64.为了进一步避免第二采样电压的值超出功率计算模块30允许输入的最大电压，第二采样模块20还包括：
65.同向串联的第一稳压单元d1和第二稳压单元d2，第一稳压单元 d1连接第二电压源，第二稳压单元d2连接供电系统的负极母线 gnd_drive，第一稳压单元d1和第二稳压单元d2之间引出导线，连接第二分压单元201的输出端，第一稳压单元d1和第二稳压单元 d2用于控制第二分压单元201的输出电压，使其不超过功率计算模块 30允许输入的最大电压，其中，第二电压源提供的电压值可以设置为功率计算模块30允许输入的最大电压。
66.第二采样电压u2的波形也不一定是平滑的，可能会出现锯齿或者尖峰，为了消除第二采样电压u2波形中的锯齿或者尖峰，第二采样模块20还包括：第八电阻r6，其第一端所述运算放大器u16
‑
b的输出端；第三电容，其第一端连接所述第八电阻r6的第二端，其第二端连接所述供电系统的负极母线gnd_drive；
67.第八电阻r6和第三电容c3用于对第二采样电压u2进行滤波后，通过第八电阻r6和第三电容c3之间的导线输出。
68.在实际应用中，由于输入电流与输入电压的相位变化，功率因数可能会不准确，因此在本实施例中，上述功率检测电路还包括功率因数校正电路pfc，该功率因数校正电路pfc包括：电感l和升压二极管d3，电感l和升压二极管d3串联后，接入第二采样模块20与供电系统的正极母线p的连接点，与供电系统的正极母线端子之间；开关管q，其第一端连接至电感l与升压二极管d3之间，其第二端连接至供电系统的负极母线gnd_drive。
69.实施例3
70.本实施例提供一种功率检测电路，应用于供电系统，如图上文中提及的图3所示，该供电系统包括：整流桥db1，整流桥db1中包括至少四个二极管，该四个二极管两两反向串联后，分别形成两个整流桥臂，两个桥臂并联设置在交流电源的火线端子ac
‑
l和零线端子 ac
‑
n之间。第一整流桥臂的两个反向串联的二极管之间引出的线路为供电系统的正极母线p，第二整流桥臂的两个反向串联的二极管之间引出的线路为供电系统的负极母线gdn_drive。交流输入电源ac经过整流桥db1将正弦波的电流u0，整流成“馒头”波的直流电源dc，将交流电源ac输出的交流电经过整流桥db1内的二极管整流，形成波形为“馒头”波的直流
电源电压，即把0.7v以下的交流电压幅值，翻转到0.7v以上，输出至正极母线p和负极母线gnd_drive，作为功率因数校正电路pfc的输入电源，给逆变电路的用电设备侧供电。
71.如图3所示，上述功率检测电路包括第一采样模块10，从负极母线gnd_drive端采集第一电压，获取实际电流i。第一采样模块10 包括采样电阻rs1，串接于负极母线gnd_drive上，还包括第一电阻r1r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4和运算放大器u16
‑
b，第三电阻r3的第一端连接采样电阻rs1的第一端，第二端连接第四电阻r4，第四电阻r4的另一端连接第一电压源，第三电阻r3与第四电阻r4之间的导线连接运算放大器u16
‑
b的同相输入端 ，运算放大器u16
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b的反相输入端
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通过第一电阻r1连接采样电阻rs1的第二端，输出端连接功率计算模块30，还通过第二电阻r2连接自身的反相输入端
‑
，运算放大器u16
‑
b输出的第一采样电压u1经过第五电阻r5 和第一电容c1低通滤波后输出至功率计算模块30。省去常规电路的 1.65v的采样偏置电路，差分运算电路和电流传感器。
72.如图3所示，上述功率检测模块还包括第二采样模块20，第二采样模块20包括第六电阻r6和第七电阻r7，第六电阻r6和第七电阻 r7串联后，一端接于入正极母线p，另一端接入负极母线gnd_drive。第六电阻r6和第七电阻r7输出第二采样电压u2，经过第八电阻r8 和第三电容c3低通滤波后，输出至功率计算模块30，需要说明的是，第六电阻r6和第七电阻r7可以为单个电阻，也可以通过多个小电阻串联构成，本实用新型不做具体限定。
73.为了保证第二采样电压u2不超过功率计算模块30的允许输入的最大电压(例如3.3v)，同向串联的第一稳压单元d1和第二稳压单元 d2，第一稳压单元d1连接第二电压源(令第二电压源提供的电压等于功率计算模块30的允许输入的最大电压)，第二稳压单元d2连接负极母线gnd_drive，第一稳压单元d1和第二稳压单元d2之间引出导线，连接至第六电阻r6和第七电阻r7之间，第一稳压单元d1和第二稳压单元d2用于通过钳位作用，控制第二采样电压的大小不超过功率计算模块30的允许输入的最大电压。
74.本实施例的功率检测电路，采用对输入电源的直流dc侧电压和电流采样，可实现电路简单，元器件少，成本低，可靠性高的精益设计要求。
75.实施例4
76.本实施例提供一种用电设备，包括上述功率检测电路。以实现简化电路，降低整个用电设备的成本的目的。本实施例中的用电设备，至少包括以下其中之一：空调、洗衣机、冰箱、热水器、风扇、烘干机、空气净化器、净水器、纯水机。
77.以上所描述的电路实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
78.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。