一种隔离交流电压过零检测电路、PCB板及智能马桶的制作方法

一种隔离交流电压过零检测电路、pcb板及智能马桶
技术领域
1.本实用新型涉及检测电路技术领域，尤其涉及一种隔离交流电压过零检测电路、一种pcb板及一种智能马桶。


背景技术：

2.在智能马桶即热加热电路中，为了更好地控制水温，需要检测输入的交流电压和过零信号，根据不同电压输出不同的加热曲线，从而达到更快更稳定地控制水温的效果。其次，如果检测到电压和过零的异常，也能及时切断电源有效保护后级电路或设备。
3.目前市场电路应用中，比较成熟的隔离交流电压检测电路是使用变压器或隔离模数转换芯片电路来实现电压的检测，这些电路单独使用成本都比较高。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例为了解决现有电路成本高的技术问题，提供一种隔离交流电压过零检测电路、pcb板及智能马桶，同时具备电压和过零检测功能，成本更低。
5.为了解决上述技术问题，一方面，本实用新型实施例提供了一种隔离交流电压过零检测电路，与交流电连接，包括分压模块、可控精密稳压源、光耦隔离模块、方波生成模块、过零采集模块、电压采集模块以及控制器；所述交流电的火线依次通过光耦隔离模块的输入端和可控精密稳压源与所述交流电的零线连接，所述交流电通过所述分压模块与所述可控精密稳压源的参考极连接；所述光耦隔离模块的输出端与所述方波生成模块连接，所述方波生成模块分别通过所述电压采集模块和过零采集模块与所述控制器连接，所述方波生成模块用于生成方波信号，所述电压采集模块用于根据所述方波信号生成电压信号并将所述电压信号发送至所述控制器，所述过零采集模块用于根据所述方波信号生成过零信号并将所述过零信号发送至所述控制器。
6.作为上述方案的改进，所述隔离交流电压过零检测电路还包括第一限流电阻，所述分压模块包括第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻；所述交流电的火线通过所述第一分压电阻与所述第二分压电阻的一端连接，所述第二分压电阻的一端通过所述第一限流电阻与所述可控精密稳压源的参考极连接并通过所述第三分压电阻与所述交流电的零线连接。
7.作为上述方案的改进，所述第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻的阻值之比为51:39:1。
8.作为上述方案的改进，所述光耦隔离模块包括光耦、第二限流电阻、稳压二极管、第四分压电阻以及第一滤波电容；所述光耦中发光器的正极通过所述第二限流电阻与所述交流电的火线连接并与所述稳压二极管的负极连接，所述稳压二极管的正极与所述交流电的零线连接，所述第四分压电阻与所述稳压二极管并联；所述光耦中发光器的负极与所述可控精密稳压源的阴极连接并通过所述第一滤波电容与所述可控精密稳压的参考极连接，所述可控精密稳压源的阳极与所述交流电的零线连接。
9.作为上述方案的改进，所述方波生成模块包括nmos管、第五分压电阻、第六分压电阻以及第七分压电阻；所述光耦中受光器的一端与工作电压连接；所述nmos管的漏极通过所述第五分压电阻与所述光耦中受光器的一端连接，所述nmos管的栅极通过所述第六分压电阻与所述光耦中受光器的另一端连接并通过所述第七分压电阻接地，所述nmos管的源极接地。
10.作为上述方案的改进，所述电压采集模块包括第三限流电阻、第二滤波电容、第四限流电阻和第三滤波电容；所述控制器的第一输入端与所述第三限流电阻的一端连接并通过所述第二滤波电容接地，所述第三限流电阻的另一端通过所述第四限流电阻与所述nmos管的漏极连接并通过所述第三滤波电容接地。
11.作为上述方案的改进，所述过零采集模块包括第五限流电阻和第四滤波电容；所述控制器的第二输入端通过所述第五限流电阻与所述nmos管的漏极连接并通过所述第四滤波电容接地。
12.作为上述方案的改进，所述隔离交流电压过零检测电路还包括二极管，所述交流电的火线与所述二极管的正极连接，所述二极管的负极分别与所述光耦隔离模块的输入端和分压模块连接。
13.另一方面，本实用新型实施例还提供了一种pcb板，包括加热驱动电路和上述的隔离交流电压过零检测电路；所述隔离交流电压过零检测电路与所述加热驱动电路连接。
14.再一方面，本实用新型实施例还提供了一种智能马桶，包括水流加热单元和上述的pcb板；所述加热驱动电路与所述水流加热单元连接。
15.实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：
16.所述隔离交流电压过零检测电路中，当交流电的电压瞬时值小于预设值时，所述可控精密稳压源截止，使得所述光耦隔离模块的输出端截止，当交流电的电压瞬时值大于或等于预设值时，所述可控精密稳压源导通，使得所述光耦隔离模块导通，从而使得所述方波生成模块产生具有一定占空比的方波，所述过零采集模块用于根据所述方波信号生成过零信号，所述电压采集模块用于根据所述方波信号生成电压信号，从而实现电压和过零的检测功能，相对于现有检测电路采用变压器和隔离模数转换芯片来实现电压和过零的检测功能，采用光耦和可控精密稳压源的成本更低。
附图说明
17.图1是本实用新型提供的隔离交流电压过零检测电路的原理框图；
18.图2是本实用新型提供的隔离交流电压过零检测电路的电路示意图；
19.图3是本实用新型提供的隔离交流电压过零检测电路中输入交流电压和过零信号的波形图；
20.图4是本实用新型提供的隔离交流电压过零检测电路中直流电压信号的波形图。
具体实施方式
21.为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。
22.如图1所示，本实用新型的一实施例，提供了一种隔离交流电压过零检测电路，与
交流电10连接，包括分压模块1、可控精密稳压源2、光耦隔离模块3、方波生成模块4、电压采集模块5、过零采集模块6以及控制器7；所述交流电10的火线依次通过光耦隔离模块3的输入端和可控精密稳压源2与所述交流电10的零线连接，所述交流电10通过所述分压模块1与所述可控精密稳压源2的参考极连接；所述光耦隔离模块3的输出端与所述方波生成模块4连接，所述方波生成模块4分别通过所述电压采集模块5和过零采集模块6与所述控制器7连接，所述方波生成模块用于生成方波信号，所述电压采集模块5用于根据所述方波信号生成电压信号并将所述电压信号发送至所述控制器7，所述过零采集模块6用于根据所述方波信号生成过零信号并将所述过零信号发送至所述控制器7。
23.需要说明的是，所述隔离交流电压过零检测电路中，当交流电10的电压瞬时值小于预设值时，所述可控精密稳压源2截止，使得所述光耦隔离模块3的输出端截止，当交流电10的电压瞬时值大于或等于预设值时，所述可控精密稳压源2导通，使得所述光耦隔离模块3导通，从而使得所述方波生成模块4产生具有一定占空比的方波，所述过零采集模块6用于根据所述方波信号生成过零信号，所述电压采集模块5用于根据所述方波信号生成电压信号，从而实现电压和过零的检测功能，相对于现有检测电路采用变压器和隔离模数转换芯片来实现电压和过零的检测功能，采用光耦和可控精密稳压源的成本更低。
24.如图2所示，所述隔离交流电压过零检测电路的具体电路如下：
25.一、分压模块
26.所述隔离交流电压过零检测电路还包括第一限流电阻r7，所述分压模块1包括第一分压电阻r1、第二分压电阻r2和第三分压电阻r3；所述交流电cn1的火线acl通过所述第一分压电阻r1与所述第二分压电阻r2的一端连接，所述第二分压电阻r2的一端通过所述第一限流电阻r7与所述可控精密稳压源u1的参考极连接并通过所述第三分压电阻r3与所述交流电cn1的零线acn连接。其中，所述第一分压电阻r1、第二分压电阻r2和第三分压电阻r3的阻值之比为51:39:1。
27.在本实施例中，所述可控精密稳压源u1的型号优选为tl431，所述第一分压电阻r1的阻值优选为510k，所述第二分压电阻r2的阻值优选为390k，所述第三分压电阻r3的阻值优选为10k。
28.需要说明的是，tl431只有在参考极的电压大于2.5v时才会导通，v
ref
点电压是交流电经所述第一分压电阻r1、第二分压电阻r2和第三分压电阻r3分压形成，因此如图3所示，只有在所述交流电cn1的电压瞬时值vt大于等于227.5v时所述光耦隔离模块3才会正常工作。
29.二、光耦隔离模块
30.所述光耦隔离模块3包括光耦u2、第二限流电阻、稳压二极管d2、第四分压电阻r6以及第一滤波电容c1，所述第二限流电阻由电阻r4和电阻r5串联构成；所述光耦u2中发光器的正极通过所述第二限流电阻与所述交流电cn1的火线acl连接并与所述稳压二极管d2的负极连接，所述稳压二极管d2的正极与所述交流电cn1的零线acn连接，所述第四分压电阻r6与所述稳压二极管d2并联；所述光耦u2中发光器的负极与所述可控精密稳压源u1的阴极连接并通过所述第一滤波电容c1与所述可控精密稳压u1的参考极连接，所述可控精密稳压源u1的阳极与所述交流电cn1的零线acn连接。
31.其中，所述稳压二极管d2用于在过压时保护所述光耦u2。在本实施例中，所述光耦
u2的型号优选为pc817。
32.三、方波生成模块
33.所述方波生成模块4包括nmos管q1、第五分压电阻r10、第六分压电阻r8以及第七分压电阻r9；所述光耦u2中受光器的一端与工作电压 5v连接；所述nmos管q1的漏极通过所述第五分压电阻r10与所述光耦u2中受光器的一端连接，所述nmos管q1的栅极通过所述第六分压电阻r8与所述光耦u2中受光器的另一端连接并通过所述第七分压电阻r9接地，所述nmos管q1的源极接地。
34.需要说明的是，当所述光耦u2不工作时，所述nmos管q1截止，vq点输出高电平；当所述光耦u2工作时，所述nmos管q1导通，使得vq点输出低电平。因此，如图3所示，所述方波生成模块4能够在vq点生成方波信号，不同电压的交流电输入得到不同占空比的方波。
35.四、电压采集模块
36.所述电压采集模块5包括第三限流电阻r13、第二滤波电容c4、第四限流电阻r12和第三滤波电容c3；所述控制器7的第一输入端(mcu ac check(a/d))与所述第三限流电阻r13的一端连接并通过所述第二滤波电容c4接地，所述第三限流电阻r13的另一端通过所述第四限流电阻r12与所述nmos管q1的漏极连接并通过所述第三滤波电容c3接地。
37.其中，所述第三限流电阻r13与所述第二滤波电容c4构成低通滤波器，所述第四限流电阻r12和第三滤波电容c3也构成低通滤波器。由于占空比不同，所述方波信号经过两个低通滤波器滤波后得到直流电压信号(v
ad
点电压)，所述控制器7接收到所述直流电压信号后并根据所述直流电压信号判断出此时的输入交流电电压。在本实施例中，输入交流电电压与输出直流电压(直流电压信号)的关系如图4和下表1所示。
38.序号输入交流电电压输出直流电压1ac170v3.86v2ac180v3.64v3ac190v3.46v4ac200v3.33v5ac210v3.22v6ac220v3.12v7ac230v3.06v8ac240v3.00v9ac250v2.95v10ac260v2.90v
39.表1
40.五、过零采集模块
41.所述过零采集模块6包括第五限流电阻r11和第四滤波电容c2；所述控制器7的第二输入端(mcu over zero)通过所述第五限流电阻r11与所述nmos管q1的漏极连接并通过所述第四滤波电容c2接地。
42.其中，所述第五限流电阻r11和第四滤波电容c2构成低通滤波器，所述方波信号经过该低通滤波器滤波后的电压信号(v
zero
点电压)，经过所述控制器7计算后得到过零点。具体计算过程如下(以下以交流电ac220v/50hz为例)：
43.众所周知，交流电的电压计算公式为vt＝vmsin(ωt)，其中vm为交流电最大值，ω＝2π/t，t为周期；由上述直流电压信号得到交流电的电压瞬时值vt＝227.5v(最低正常工作电压)、交流电最大值vm＝√2*220v、ω＝2π/t＝100π；将上述参数代入公式得到227.5v＝√2*220v*sin(100πt)，计算可得到t＝t4，则过零点在电平信号由低电平转为高电平后t4时间出现。
44.在本实施例中，所述控制器7优选为mcu，但不限于此，能够实现上述功能即可。
45.六、其他
46.所述隔离交流电压过零检测电路还包括二极管d1，所述交流电cn1的火线acl与所述二极管d1的正极连接，所述二极管d1的负极分别与所述光耦隔离模块3的输入端和分压模块1连接。其中，所述二极管用于防反接，起到保护整个电路的作用。
47.相应地，本实用新型的一实施例，还提供了一种pcb板，包括加热驱动电路和上述的隔离交流电压过零检测电路；所述隔离交流电压过零检测电路与所述加热驱动电路连接。
48.其次，本实用新型的一实施例，还提供了一种智能马桶，包括水流加热单元和上述的pcb板；所述加热驱动电路与所述水流加热单元连接。
49.综上所述，采用本实用新型实施例，同时具备电压和过零检测功能，成本更低。
50.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。