电源过电压检测方法和装置 【技术领域】
本发明涉及电器的安全保护， 尤其是涉及一种电源过电压检测方法及其装置。背景技术 现有的微波炉中， 当外部输入的电源电压过高时导致工作中的微波炉电器部件工 作电压增大， 进而工作电流增大， 会使工作中的电器部件产生短路或者过热甚至冒烟起火。 为了避免出现这些现象， 现有技术设计了电源过电压检测装置并且制定出一套控制电源过 电压检测装置的控制方法。
然而现有电源过电压检测装置存在以下问题 ： 首先， 由于元器件特性参数的误差 导致检测到电源电压值与实际电源输入的电压值之间的误差。其次， 由于电源的不稳定导 致输入电压不稳定， 使得控制芯片内部的参考电压不稳定， 对程序判定产生一定的影响。 再 者， 控制芯片的端口 A/D 转换会产生一定量化误差。这些误差都会导致电源电压检测装置 切断电器部件供电的时机不准确， 从而存在产生事故的隐患。
发明内容 本发明所要解决的技术问题是提供一种电源过电压检测方法， 其充分估计电源过 电压检测装置误差的影响， 以降低装置存在的检测误差的影响。
本发明还提供一种电源过电压检测装置， 其检测的参考值充分估计电源过电压检 测装置误差的影响。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种电源过电压检测方法， 利用一电源过电压检测装置检测电源电压， 该电源过电压检测装置包括变压器、 整流元件、 分压电路以及控制芯片， 该变压器的一次侧连接于一电源 ； 该整流元件连接该低压变压器 的二次侧， 将该二次侧的电压整流为直流电压 ； 该分压电路连接该整流元件， 分压该直流电 压以获得一检测电压 ； 控制芯片具有一连接该检测电压的模数转换端口， 该控制芯片将该 检测电压转换为一数字量化值， 该方法包括以下步骤 ：
记录该控制芯片的数字量化值随该电源电压变化的对应关系 ；
生成电源电压 - 数字量化值的特性曲线 ；
计算该特性曲线的斜率 ；
根据该特性曲线的斜率计算一预知的最大承受电压对应的数字量化值 ；
估计所述电源电压检测装置的总误差 ；
根据该最大承受电压对应的数字量化值以及所述电源电压检测装置的总误差选 取一数字量化值的阈值 ； 以及
于一电子装置运行时， 比较控制芯片检测的数字量化值与该数字量化值的阈值， 且在该数字量化值超过一阈值时， 切断该电子装置的电器部件的供电。
本发明所提出的一种电源过电压检测装置， 包括变压器、 整流元件、 分压电路以及 控制芯片， 该变压器的一次侧连接于一电源 ； 该整流元件连接该低压变压器的二次侧， 将该
二次侧的电压整流为直流电压 ； 该分压电路连接该整流元件， 分压该直流电压以获得一检 测电压 ； 控制芯片具有一连接该检测电压的模数转换端口， 该控制芯片将该检测电压转换 为一数字量化值， 比较该数字量化值与一数字量化值的阈值， 且在该数字量化值超过该阈 值时， 切断该电子装置的电器部件的供电， 其中该数字量化值的阈值根据该电子装置的电 器部件的最大承受电压以及该电源电压检测装置的总误差确定。
在本发明的上述实施例中， 该整流元件包括第一二极管和电容器， 该第一二极管 的阳极连接该二次侧的一端， 该电容器的一端连接该第一二极管的阴极， 该电容器的另一 端连接该二次侧的另一端 ； 该分压电路包括第一电阻和第二电阻， 该第一电阻连接于该第 一二极管的阴极与该模数转换端口之间， 该第二电阻连接于该模数转换端口与该二次侧的 另一端之间 ； 其中该第二电阻与该二次侧的另一端之间设有第二二极管。
在本发明的上述实施例中， 该第二二极管与该第一二极管的规格相同。
在本发明的上述实施例中， 所述的总误差包括 ： 电阻阻值误差、 控制芯片输入电压 误差。
在本发明的上述实施例中， 所述的总误差包括 ： 电容容量误差、 电器部件运行造成 的误差、 控制芯片读取数字量化值的误差。
因此， 本发明的电源过电压检测方法对电源过电压检测装置的误差进行估计并结 合到模数转换量化值的确定过程。因此可以更准确地在电源电压增大到一定值时， 及时停 止微波炉料理工作， 切断电器部件通路， 防止电器部件在过电压时产生短路， 过热， 冒烟， 起 火。 附图说明
为让本发明的上述目的、 特征和优点能更明显易懂， 以下结合附图对本发明的具 体实施方式作详细说明， 其中 ：
图 1 示出根据本发明一实施例的电源过电压检测装置示意图。
图 2 示出图 1 中 A、 B、 C 三点的电压随温度变化示意图。
图 3 示出图 1 中 AD 值与电源电压的对应关系曲线。
图 4 示出本发明一实施例的利用电源过电压检测装置的检测方法流程图。 具体实施方式
在本发明的实施例中， 通过电源过电压检测装置对电源电压或其等效值进行检 测， 并利用控制芯片对检测的电压数据进行分析处理， 当电源电压增大到一定值时， 及时停 止电器的工作， 切断工作元器件通路， 防止元器件在过电压时产生短路， 过热， 冒烟， 起火。
在一实施例中， 电源电压检测装置可以应用于各种电子装置中， 如微波炉中。 举例 来说， 家用电压是 220V， 工业电压是 380V， 当电子装置在 220V 电压使用下突然电压上升至 380V 时， 可能造成在保险丝未熔断前运行中的电器部件 ( 例如烧烤管、 微波发生器 ) 短路， 过热， 冒烟， 起火。引入电源过电压检测装置与检测方法可以在电器部件短路， 过热， 冒烟， 起火前切断电器部件的供电， 防止电器部件出现这些短路， 过热， 冒烟， 起火的现象。
图 1 示出本发明一实施例的电源过电压检测装置示意图。其中， 为了减少电源造 成的不稳定， 建议电源使用开关电源 20。电源电压检测装置 10 包括变压器 T、 由电容 C1 与二极管 D1 组成的半波整流元件、 分压电阻 R1、 R2、 二极管 D2 以及控制芯片 11。变压器 T 从 电源电压 Vcc 取得相对稳定的交流电压， 经过电容 C1 和第一二极管 D1 进行半波整流取得 直流电压， 将直流电压通过第一电阻 R1 和第二电阻 R2 分压以得到检测电压 ( 即 B 点电压 )， 最终利用控制芯片 11 的 A/D( 模数转换 ) 端口来检测电压值计算出相对的数字量化值 ( 以 下称 AD 值 )。然后在控制芯片 11 中根据一 AD 阈值来判断是否过电压。此 AD 阈值与微波 炉电器部件的最大承受电压 Vth 有关。在检测的 AD 值超过 AD 阈值的情况下， 装置及时切 断运行中的各种电器部件 ( 例如烧烤管、 微波发生器等 ) 的供电， 防止电器部件短路， 过热， 冒烟， 起火。
在本实施例中， 根据控制芯片 11 的 A/D 端口输入电压的大小范围来选择电源电压 检测装置的元器件规格。
由于微波炉工作在高温的条件下， 因此电路在高温下的特性必须考虑。随着温度 的上升， 检测电压随着元件温度特性的变化而变化。图 2 示出二极管 D1、 D2 在温度变化时 对检测电压的影响的曲线， 在获得这些曲线时， 图 1 所示装置中的电阻 R1 与 R2 要选取相同 的阻值 ( 例如 10K 欧姆 )， 避免温度特性的差异而造成电压的偏差。可以看出， A 点电压随 温度上升而升高， C 点电压则相反， 因此图 1 中的二极管 D2 的设计可以补偿温度的变化对二 极管 D1 的影响， 减少控制芯片 11 的 A/D 端口检测电压的误差， 补偿后 B 点的电压可以在温 度变化时保持不变。二极管 D2 的选择与二极管 D1 的规格相同。值得一提的是， 在 PCB 板 布局时， 为了将补偿作用发挥到最大， 可以把检测回路部分集中在一起放置， 避免因 PCB 不 同区域的温度不一致而导致元件的温度不同。 在本发明的实施例中， 需要获得 AD 阈值与最大承受电压 Vth 之间的关系， 并且此 AD 阈值的设定充分考虑到装置存在的误差。
图 4 示出本发明一实施例的利用电源过电压检测装置的检测方法流程图。低压变 压器 T 使用时， 假设控制芯片 11 的输入电压为 3.3V， 电阻 R1 ＝ 1K， R2 ＝ 10K， 量化精度为 8 位。参照图 4 所示， 于步骤 101， 不断地改变电源电压 Vcc 时， 通过电源过电压检测装置 10 记录电源电压 Vcc 增大时， 控制芯片 11 的 AD 值的变化， 下表 1- 表 2 分别示出实机测试和 PCB 测试下的电源电压、 A 点电压、 B 点电压和 AD 值的对应关系。
表 150Hz 频率实机测试
电源电压 Vcc 198 200 220 240 260AD 值 83 85 99 112 1263.3V 芯片电压A 点电压B 点电压3.3130 3.3140 3.3130 3.31301.2180 1.2790 1.6010 1.78981.10450 1.28000 1.45130 1.624006CN 101846729 A说AD 值 136 142 152明书A 点电压 1.9330 2.0286 2.1660 B 点电压 1.75300 1.83970 1.964104/7 页电源电压 Vcc 275 285 300
3.3V 芯片电压 3.3130 3.3130 3.3125表 250Hz 频率 PCB 测试电源电压 Vcc 200 220 240 260 275 285 300 AD 值 85 99 112 126 135 142 152 3.3V 芯片电压 3.313 3.313 3.313 3.313 3.3128 3.3129 3.3127 A 点电压 1.2180 1.4110 1.6000 1.7920 1.9320 2.0280 2.1630 B 点电压 1.10400 1.27880 1.45130 1.62400 1.75100 1.83900 1.96200
表 360Hz 频率实机测试电源电压 Vcc 198 200 220 240 260 275 285 300 AD 值 82 85 98 112 125 135 142 152 3.312 3.312 3.312 3.312 3.3117 3.3117 3.3116 1.2235 1.4110 1.6035 1.7958 1.9399 2.0360 2.1740 1.10970 1.27960 1.45400 1.62840 1.75930 1.84600 1.97180 3.3V 芯片电压 A 点电压 B 点电压表 460Hz 频率 PCB 测试电源电压 Vcc 200 220 240 260 275 285 300 AD 值 85 98 112 125 135 142 151 3.3V 芯片电压 3.3127 3.3127 3.3125 3.3125 3.3123 3.3125 3.3126 A 点电压 1.2228 1.4120 1.6040 1.7950 1.9370 2.0320 2.1712 B 点电压 1.10840 1.28070 1.45460 1.62700 1.75610 1.84220 1.96900然后在步骤 102， 根据这些记录生成电源电压 -AD 值的特性曲线。图 3 示出 AD 值 与电源电压的关系特性曲线。
在步骤 103， 根据特性曲线可以自动地计算出控制芯片 11 转换的 AD 值与电源电压 的关系。其中，
AD 值＝ (B 点电压 /3.3V)*256
从图 3 可以看出， 电源电压 Vcc 的变化与端口 AD 值的变化大致为线性关系， 斜率 约为 0.670。
在步骤 104， 通过实验先检证电器部件在运行时承受的最大电压， 在这种电压下不 会导致短路， 过热， 冒烟， 起火， 例如电器部件最大承受电压为 285V， 则据此可以计算出对应 的 AD 阈值在 142。
控制芯片 11 就是利用 AD 的变化来检测电源电压的变化， 由于实验得到的电源电 压的变化与端口 AD 值的变化大致为线性关系， 则电源电压 Vcc 的变化与 AD 值具备单调性， 确保在电源电压增大时， AD 值也单调， 这样装置就能在电压突然增大时通过 A/D 的单调线 形变化来保护元器件。
考虑到装置中仍然存在的误差， 在步骤 105， 计算装置中存在的各种误差， 以下分 别对几类误差进行讨论和估计。
1) 分压电阻 R1、 R2 和 +3.3V 芯片输入电压的误差 ；
通过改变输入芯片电压和改变电阻 R1、 R2 的阻值来计算它们对检测电压和芯片 读取 AD 值的误差。
假设 +3.3V 芯片输入电压误差为 1％， 电阻 R1 ＝ 1k Ω、 R2 ＝ 10k Ω， 误差在 2％。 下表 5 示出芯片输入电压及电阻波动时对 AD 值的影响， 其中电源电压 Vcc 在 220V 时 A 点 电压检测值为 1.263075V。
8表可见， AD 值的上限值为 90.05569， 下限值为 87.84824， 标准值为 89.07636， 上限与 下限的差值约为 2。
2) 电容容量的变化对 AD 值的影响
表 6 不同频率下电容 C1 变化对 AD 值的影响
C1(100μF) 50Hz 88 60Hz 87
C1(47μF) 88 86由表 6 可见， 电容 C1 对 AD 值的影响最大为 1。 3) 芯片读取 AD 值的误差 通过对 50HZ， 60HZ 电源， 实机和 PCB 板取得的 AD 值来分析误差范围， 见下表 7。 表 7 芯片读取 AD 值误差
可见芯片读取对 AD 值几乎没有影响。 4) 由于二极管 D2 的补偿， 温度对 AD 值的影响很小 ； 5) 电子元器对 AD 值的影响。 表 8 微波炉各个器件对 AD 值的影响
由表 8 可见， 微波炉中的各种电子器件例如烧烤管、 微波发生器等运行时， 对 AD 值 的影响几乎可以忽略。
在步骤 106， 加权各种误差得到总误差。通过考察影响最大的第 1 点因素， 误差位 2/89*100％＝ 2.5％。再考虑其他较小的误差， 并给予一定的预量， 则取得的 A/D 的误差可 以控制在 5％以内。
在步骤 107， 结合保护器件的最大承受电压对应的 AD 值与以上估计的误差， 例如 将最大承受电压对应的 AD 值扣除误差的影响， 得到过电压的最大 AD 值 AD1， 这一值可内置 于控制芯片 11 中， 以作为比较的基准。
在步骤 108， 在微波炉的电子器件工作时， 检测其电源电压对应的 AD 值 AD2。
在步骤 109， 将电器部件工作时的电压对应的 AD 值 AD2 与 AD1 比较， 如果 AD2 大于 AD1， 则表示电源超过安全标准， 芯片重启 ( 步骤 110)， 切断各电器部件的供电 ( 步骤 111)， 否则， 电器正常工作 ( 步骤 112)。
下面列举一实际的例子。低压变压器电源使用时， 假设控制芯片 11 的输入电压为 3.3V， 电阻 R1 ＝ 1K 欧姆， R2 ＝ 10K 欧姆， 当芯片 11 的 AD 端口检测到 AD 值在 100 左右时电 源电压大致在 220V( 参见表 1)， 由于电源电压与 AD 值的关系是线性并且根据图 3 显示是单 调递增， 通过实验先检证电器部品在运行时承受的最大电压， 在这种电压下不会导致短路， 过热， 冒烟， 起火， 例如电器部件最大承受电压为 285V， 对应 AD 值 142 左右， 当控制芯片 11 检测到 AD 值到 135(142*95％ ) 就可以及时切断工作中的元器件， 防止了电器部件短路， 过 热， 冒烟， 起火。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上， 然其并非用以限定本发明， 任何本领域技 术人员， 在不脱离本发明的精神和范围内， 当可作些许的修改和完善， 因此本发明的保护范 围当以权利要求书所界定的为准。