用于AC信号的峰值电压测量的方法及设备技术

本申请案涉及用于AC信号的峰值电压测量的方法及设备。在所描述实例中，一种设备(300)包含：输入端子，其用于接收交流电压信号；箝位电路(305)，其耦合到所述输入端子，输出量值受到约束的经箝位电压信号；第一比较器(307)，其在所述经箝位电压信号为超过正阈值的正电压时输出第一比较信号；及第二比较器(309)，其在所述经箝位电压信号为超过负阈值的负电压时输出第二比较信号；计时器电路(303)，其耦合到所述第一比较信号及所述第二比较信号，输出对应于所述第一比较信号与所述第二比较信号之间的时间的持续时间信号；及逻辑电路(301)，其耦合到所述持续时间输出信号，确定所述交流电压信号的峰值电压。

【技术实现步骤摘要】
相关申请案本申请案依据35U.S.C.§119(e)主张2015年7月24日提出申请的标题为“AC信号的间接峰值电压测量(INDIRECTPEAK-VOLTAGEMEASUREMENTOFACSIGNALS)”的第62/196,826号(代理人档案号码TI-76239PS)美国临时申请案的优先权权益，所述申请案借此以其全文引用方式并入本文中。
本申请案一般来说涉及其中需要交流(AC)信号的峰值电压指示的系统及集成电路，且特定来说涉及提供对相对高压AC信号的峰值电压测量。
技术介绍
对峰值电压电平的观察或测量在电子系统中通常为有用的。在特定应用中，待测量的AC信号的峰值电压可为相当大的。举例来说，在控制或观察住宅电力的系统中，峰值电压可为110伏特到130伏特AC或220伏特到240伏特AC。对于大多数当前半导体集成电路来说，可在输入引脚处安全接收的最大AC电压远低于许多AC信号的峰值电压。当前可从德州仪器公司(TexasInstrumentsIncorporated)商购的先进模拟集成电路可具有约30伏特到40伏特的最大输入额定。因此，高压AC电压信号到输入引脚的直接耦合使用这些现代模拟集成电路是不可能的。在许多应用中，需要关于AC信号的峰值电压的信息，但并非始终需要得到精确电压值测量。举例来说，如果应用需要AC电力信号的“电力良好”指示，那么阈值测量可为足够的。在一个应用中，如果阈值超过110伏特，那么可假定AC电力对系统操作开始或继续为足够良好的。其它阈值电压可用于不同应用。实例为所谓的“智能”AC插座，所述“智能”AC插座包含对用户可见的指示器。在实例中，当电力为大约110伏特到120伏特时，启用绿色LED以在视觉上发信号电力对于使用是安全的。当电力不在正常范围内时，不启用绿色LED信号，或替代地启用红色LED，其可对用户指示电力问题，从而指示插座使用起来并不安全。对此及许多其它“电力良好”应用并不需要AC电压的确切数值。经布置以观察具有高于30伏特的峰值电压的AC信号的常规电路(举例来说)通常需要AC整流器连同额外电路。在一些常规解决方案中，特殊高压电路组件接收高压AC信号。在替代常规解决方案中，电阻器分压器接收经整流AC信号且提供与峰值电压成比例(但下降低于测量电路的安全输入电压)的分压输出电压。另外，可需要模/数转换器(ADC)电路连同取样逻辑以提供指示峰值电压电平的输出。这些ADC电路为昂贵的，需要精密电路且需要电路板区，此为不合意的。此外，电阻器分压器中的电阻器经受温度相关值变化，且因此电阻器分压器测量方案可需要昂贵电阻器及/或使用额外温度补偿电路以确保电路在一系列所期望条件内的恰当操作。
技术实现思路
在实例性布置中，一种设备包含：输入端子，其用于接收交流电压信号；箝位电路，其耦合到所述输入端子，所述箝位电路经配置以输出被约束在正电压量值与负电压量值之间的经箝位电压信号；第一比较器，其耦合到所述经箝位电压信号，经配置以在电压信号为超过正阈值参考电压的正电压时输出第一比较信号；及第二比较器，其耦合到所述经箝位输出信号，经配置以在输出电压信号为超过负阈值参考电压的负电压时输出第二比较信号。所述设备还包含计时器电路，其耦合到所述第一比较信号及所述第二比较信号且耦合到时钟信号，经配置以输出持续时间输出信号，所述持续时间输出信号对应于所述第一比较信号与所述第二比较信号之间的时间间隔。在实例性布置中，逻辑电路耦合到所述持续时间输出信号且经配置以响应于所述持续时间输出信号而确定所述交流电压信号中的峰值电压。附图说明图1图解说明AC电压信号的波形。图2在简化电路图中图解说明常规AC电压峰值检测电路。图3是峰值电压检测实施例的简化电路图。图4是图解说明实施例的操作的时序图。图5是图解说明实施例的操作的电压图。图6是比较针对数个实施例获得的结果的电压图。图7是另一实施例的简化电路图。图8是比较两个实施例的操作的时序图。图9是图解说明方法实施例的流程图。图10是使用实施例的系统的简化框图。具体实施方式不同图中的对应数字及符号通常是指对应部件，除非另有指示。所述图未必按比例绘制。当在本文中使用术语“耦合”来描述元件之间的关系时，其并不限于“连接”或“直接连接”。“耦合”可包含与介入元件进行的连接且额外连接可存在于描述为“耦合”的任何元件之间。实例性实施例辨识用于对具有可超过测量电路的最大输入电压的峰值电压的AC信号进行峰值电压测量的解决方案。在实例性实施例中，确定交流波形的部分之间的时间间隔。接着从所述时间间隔确定转换速率。使用所述转换速率在线性外推中估计峰值电压。与现有方法形成鲜明对比，实例性实施例不需要昂贵模/数转换器或整流器组件。所述实施例的使用因此在AC峰值电压测量解决方案中实现大量面积减少、成本减少及电力减少(当与常规电路相比时)。图1图解说明具有峰值电压的典型AC信号100(或高压AC信号(HVAC信号))(例如待由实施例观察的AC信号)的时序图。AC信号波形具有在峰值电压之间交替的正弦或余弦波，所述峰值电压具有正量值峰值(标记为+Vpeak)及负量值峰值(标记为–Vpeak)。图2图解说明常规峰值测量电路200，所述常规峰值测量电路使用电阻式分压器207来观察或测量AC电压信号的电压。电阻器分压器207在此实例中包含四个分压器电阻器R1到R4。在其它实例中，可使用更少或更多电阻器。跨越电阻器R4的电压(标记为Vr4)为对应于标记为“经整流ACVin”的AC输入电压的成比例电压。在图2中，经整流ACVin输入电压已经整流，此需要额外二极管整流器或其它整流器电路(为清晰起见，未展示此整流器电路)。在替代布置中，AC信号可在测量电路内经整流，且额外整流器电路可在测量电路中提供。成比例电压Vr4经设计以落在模/数转换器ADC203的安全输入电压额定内。ADC203输出对应于模拟电压Vr4的数字信号，且逻辑205可将所述数字电压信号与阈值进行比较，或以其它方式指示关于数字信号OUT的范围或值。ADC电路203为相对昂贵电路且还需要硅集成电路上或电路板上的面积及电力。此外，电阻器R1到R4经受温度变化，所述温度变化将影响输出的准确性。为使用电阻器分压器，可需要温度补偿电路或在使用高准确性温度不敏感电阻器时需要额外费用。图3图解说明实例性电路300。电路300经布置用于观察高峰值电压AC信号。术语“高峰值电压”可包含住宅电力AC信号，例如110伏特到120伏特AC或220伏特到240伏特AC，作为非限制性实例。术语“高峰值电压”还可包含待测量或待观察的较多更低AC电压，例如30伏特、25伏特或更低电压。在实例中，这些峰值电压高于在实施例中使用的电路组件的最大安全输入电压。在图3中，电路300经展示为集成电路的一部分。然而，在其它替代方案中，电路300内的组件可形成为电路板或衬底上的离散组件。多芯片模块(MCM)可实施300中所展示的电路。计时器电路303及逻辑电路301可经提供为个别集成电路的部分。在其它实例中，这些功能可经组合以形成单个集成电路，其中比较器307、309及箝位电路305形成于外部。在图3的说明性实例中，电路300可包含于单个专用集成电路上，或电路300可连同额外所要功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其包括：输入端子，其用于接收交流电压信号；箝位电路，其耦合到所述输入端子，所述箝位电路经配置以输出被约束在正电压量值与负电压量值之间的经箝位电压信号；第一比较器，其耦合到所述经箝位电压信号，且经配置以在所述经箝位电压信号为超过正阈值参考电压的正电压时输出第一比较信号；第二比较器，其耦合到所述经箝位电压信号，且经配置以在所述经箝位电压信号为超过负阈值参考电压的负电压时输出第二比较信号；计时器电路，其耦合到所述第一比较信号且耦合到所述第二比较信号并且耦合到时钟信号，并且经配置以输出持续时间输出信号，所述持续时间输出信号对应于所述第一比较信号与所述第二比较信号之间的时间间隔；及逻辑电路，其耦合到所述持续时间输出信号且经配置以响应于所述持续时间输出信号而确定所述交流电压信号的峰值电压。

【技术特征摘要】
2015.07.24 US 62/196,826;2016.06.03 US 15/172,4031.一种设备，其包括：输入端子，其用于接收交流电压信号；箝位电路，其耦合到所述输入端子，所述箝位电路经配置以输出被约束在正电压量值与负电压量值之间的经箝位电压信号；第一比较器，其耦合到所述经箝位电压信号，且经配置以在所述经箝位电压信号为超过正阈值参考电压的正电压时输出第一比较信号；第二比较器，其耦合到所述经箝位电压信号，且经配置以在所述经箝位电压信号为超过负阈值参考电压的负电压时输出第二比较信号；计时器电路，其耦合到所述第一比较信号且耦合到所述第二比较信号并且耦合到时钟信号，并且经配置以输出持续时间输出信号，所述持续时间输出信号对应于所述第一比较信号与所述第二比较信号之间的时间间隔；及逻辑电路，其耦合到所述持续时间输出信号且经配置以响应于所述持续时间输出信号而确定所述交流电压信号的峰值电压。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述逻辑电路经配置以执行以下计算：转换速率＝2*Vth/Δt；其中Vth等于正阈值电压，且Δt等于所述持续时间输出信号除以经时控信号的频率所得的比率。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述逻辑电路进一步经配置以执行以下计算：Vpeak＝转换速率*T/4；其中T为所述交流电压信号的周期。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述箝位电路进一步包含一个或多个二极管。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述箝位电路进一步包含相对于正电压被正向偏压的第一二极管及相对于负电压、相对于接地端子被正向偏压的第二二极管，所述第二二极管与所述第一二极管并联地布置。6.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括串联耦合于所述输入端子与所述箝位电路之间的阻抗。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述阻抗进一步包含电阻器。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一比较器及所述第二比较器各自进一步包含滞后比较器。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述交流电压信号具有超过最大输入电压的峰值电压。10.根据权利要求9所述的设备，其中所述交流电压信号具有大于40伏特的峰值电压。11.根据权利要求6所述的设备，且其进一步包括耦合于第一阻抗的输出与接地端子之间的第二阻抗。12.根据权利要求11所述的设备，其中所述逻辑电路进一步经配置以执行以下计算：Vpeak＝(1+所述第一阻抗的值/所述第二阻抗的值)*转换速率*T/4；其中T为所述交流电压信号的所述周期。13.根据权利要求1所述的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：维克托·塔塞夫斯基，凯末尔·沙法克·德米尔吉，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US