1.本实用新型涉及电路技术领域，尤其是一种用在梯度功率放大器中的三相交流电源检测器及包括其的梯度功率放大器。
背景技术：2.三相交流电广泛地应用于各个领域。一般地，三相交流电网通过三相频率相同、电势振幅相等、相位互差120
゜
的火线传输电力，可选中线，还包括一条零线。三条火线的相位可以分别称为u相、v相和w相。由于工作环境的变化和电路故障等因素的存在，三相交流电的相位可能会发生改变，例如缺相，从而对用电设备造成损坏。
3.在医学梯度放大器应用领域，三相电网通常会输送大功率能量给梯度放大器。三相电源指示器可以实现三相电源信息的可视化。此外，指示器还可以指示出三相交流电中的相位缺失信息。然而，现存的指示器的电路设计复杂、成本高，且在实际应用中不易与其它电路集成。
技术实现要素：4.鉴于上述问题，本实用新型提供了一种三相交流电源检测器及包括其的梯度功率放大器，克服了现有技术中存在的这些或其他问题。
5.本实用新型的一方面提供了一种用在梯度功率放大器中的三相交流电源检测器，包括：相位检测单元，其包括第一相位检测电路和第二相位检测电路。所述第一相位检测电路包括第一隔离开关，三相交流电源中第一相电压和第二相电压被分别施加到所述第一隔离开关的第一输入控制端和第二输入控制端，所述第一相位检测电路根据所述第一隔离开关的受控输出端的信号生成第一逻辑电平信号。所述第二相位检测电路包括第二隔离开关，所述三相交流电源中第一相电压和第三相电压被分别施加到所述第二隔离开关的第一输入控制端和第二输入控制端，所述第二相位检测电路根据所述第二隔离开关的受控输出端的信号生成第二逻辑电平信号。所述第一逻辑电平信号和所述第二逻辑电平信号的组合指示所述三相交流电源中的哪一相电压缺相。当所述第一相电压和所述第二相电压中的任一相缺相时，所述第一隔离开关断开，并且当所述第一相电压和所述第三相电压中的任一相缺相时，所述第二隔离开关断开。如下文详细解释的，仅仅基于所述第一和第二逻辑电平信号的高低电平的组合信息就能指示出三相交流电源线路缺相信息。
6.在一个实施例中，所述相位检测单元还可以包括第一限流电阻、第二限流电阻和第三限流电阻。所述第一相电压可经由所述第一限流电阻被施加到所述第一隔离开关的所述第一输入控制端和所述第二隔离开关的所述第一输入控制端，所述第二相电压可经由所述第二限流电阻被施加到所述第一隔离开关的所述第二输入控制端，并且所述第三相电压可经由所述第三限流电阻被施加到所述第二隔离开关的所述第二输入控制端。这样，从三相交流电源引入的电流能够被限制到合理的范围，从而避免对所述相位检测电路造成破坏。优选地，所述第一相位检测电路和所述第二相位检测电路共用所述第一限流电阻，从而
简化整体的电路设计。
7.在其他实施例中，所述相位检测单元还可以包括第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻和第四限流电阻。所述第一相电压可经由所述第一限流电阻和第四限流电阻被分别施加到所述第一隔离开关的所述第一输入控制端和所述第二隔离开关的所述第一输入控制端，所述第二相电压可经由所述第二限流电阻被施加到所述第一隔离开关的所述第二输入控制端，并且所述第三相电压可经由所述第三限流电阻被施加到所述第二隔离开关的所述第二输入控制端。
8.在一个实施例中，每个所述相位检测电路可包括相应的所述隔离开关、电源、下拉电阻和峰值检测保持子电路。每个所述隔离开关的第一输出受控端与所述电源连接，在每个所述隔离开关的第二输出受控端处所述下拉电阻与所述峰值检测保持子电路并联连接，且所述下拉电阻的另一端接地。
9.在该实施例中，每个所述峰值检测保持子电路可以包括串联的检波二极管和电容。所述检波二极管的正向端与相应的所述隔离开关的所述第二输出受控端连接，所述检波二极管的负向端与所述电容的共接点被配置为输出相应的逻辑电平信号，并且所述电容的另一端接地。
10.这样，通过硬件电路实现的相位检测单元就能检测出三相电源中每一相电压的相位存在或缺失，而不存在因诸如mcu、dsp等的微控制器损坏或被干扰导致的失效、死机和程序运行错误，提高了检测的可靠性和安全性，同时降低了检测成本。
11.根据本实用新型的一个方面，每个所述相位检测电路还可以包括开关二极管。在一个实施例中，所述第一相电压可被施加到所述开关二极管的正向端而所述开关二极管的负向端被连接到相应的所述隔离开关的所述第一输入控制端。在其他实施例中，所述第二相电压或所述第三相电压可被施加到所述开关二极管的负向端而所述开关二极管的正向端被连接到相应的所述隔离开关的所述第二输入控制端。
12.在一个示例中，所述检测器还可以包括由若干逻辑门芯片构成的信号处理电路。所述信号处理电路被配置为接收来自所述第一和第二相位检测电路的所述第一和第二逻辑电平信号，并且基于所述第一和第二逻辑电平信号的组合来生成分别指示所述第一相电压的相位存在或缺失信息的第一相位信号、指示所述第二相电压的相位存在或缺失信息的第二相位信号和指示所述第三相电压的相位存在或缺失信息的第三相位信号。如下文详细解释的，由若干逻辑门芯片实现的所述信号处理电路，不再需要例如微控制器来分析三相交流电源是否存在缺相问题，且具有很高的抗干扰能力。
13.根据本实用新型的一个方面，所述检测器还可以包括信号指示器。在一个示例中，所述信号指示器可被连接到所述信号处理电路，以接收所述第一、第二和第三相位信号，并被配置为分别响应于所述第一、第二和第三相位信号可视地和/或可听地输出相应的相位存在或缺失信息。在另一示例中，所述信号指示器可被连接到所述第一和第二相位检测电路各自的输出端，以接收所述第一和第二逻辑电平信号，并被配置为响应于所述第一和第二逻辑电平信号的组合可视地和/或可听地输出相应的相位存在或缺失信息。如下文详细解释的，所述信号指示器可以由简单的硬件电路实现，具有很高的抗干扰能力。于是，根据本实用新型的所述检测器无需连接外部显示设备。
14.在一个示例中，所述检测器还包括交直流转换单元，其被配置为外接所述三相交
流电源的所述第一相电压、所述第二相电压和所述第三相电压，并将所述三相交流电源的交流电压转换为直流电压。另外，所述交直流转换单元还被配置为将所述直流电压分别提供给所述相位检测单元、所述信号处理电路和所述信号指示器中的至少一个。
15.在一个示例中，所述交直流转换单元可包括整流器电路和与该整流器电路并联的稳压二极管。例如，所述整流器电路可以包括六个二极管。
16.在一个示例中，所述交直流转换单元输出的直流电压用作所述第一和第二相位检测电路中的所述电源。于是，根据本实用新型的所述检测器无需连接外部电源。
17.在一个示例中，每个所述相位检测电路还可以包括稳压二极管。所述稳压二极管与相应的所述隔离开关的输入控制端的导通方向相反地跨接在所述隔离开关的所述第一输入控制端和所述第二输入控制端之间。
18.优选地，所述三相交流电源检测器可包括全部由硬件电路实现且集成到一起的所述相位检测单元、所述信号处理电路、所述信号指示器以及所述交直流转换单元。这样，根据本实用新型的所述检测器很方便集成到现有的三相交流电源系统中，并且在各种使用条件下具有很强的抗干扰能力。
19.根据本实用新型的另一方面，提供了一种梯度功率放大器，其包括如上述段落所述的三相交流电源检测器。
20.参照结合附图进行的说明，本实用新型的其他目的和效果将变得更加显而易见并且更加易于理解。
附图说明
21.下面将结合实施例并且参照附图更加具体地介绍和解释本实用新型，在附图中：
22.图1是根据本实用新型的一个实施例的梯度功率放大器100的示意图；
23.图2是根据本实用新型的一个实施例的三相交流电源检测器200的示意图；
24.图3a是根据本实用新型的第一实施例的相位检测单元201的电路图；
25.图3b是根据本实用新型的第二实施例的相位检测单元201的电路图；
26.图3c是根据本实用新型的第三实施例的相位检测单元201的电路图；
27.图3d是根据本实用新型的第四实施例的相位检测单元201的电路图；
28.图3e是根据本实用新型的第五实施例的相位检测单元201的电路图；
29.图4示意性示出了当三相交流电源处于正常相位状态下时，根据本实用新型实施例的第一和第二相位检测电路的相应输出的波形图；
30.图5示意性示出了当三相交流电源的u相线路缺相时，根据本实用新型实施例的第一和第二相位检测电路的相应输出的波形图；
31.图6示意性示出了当三相交流电源的v相线路缺相时，根据本实用新型实施例的第一和第二相位检测电路的相应输出的波形图；
32.图7示意性示出了当三相交流电源的w相线路缺相时，根据本实用新型实施例的第一和第二相位检测电路的相应输出的波形图；
33.图8是根据本实用新型的一个实施例的信号处理电路202的电路图；
34.图9是根据本实用新型的一个实施例的信号指示器203的电路图；
35.图10是根据本实用新型的一个实施例的交直流转换单元204的电路图。
36.在附图中相同的附图标记表示相似或相应的特征和/或功能。
37.附图标记列表：
38.100 梯度功率放大器
39.u 三相交流电源的u相线路
40.v 三相交流电源的v相线路
41.w 三相交流电源的w相线路
42.200 三相交流电源检测器
43.201 相位检测单元
44.202 信号处理电路
45.203 信号指示器
46.204 交直流转换单元
47.l
1 第一电压引入端
48.l
2 第二电压引入端
49.l
3 第三电压引入端
50.o100 直流电源
51.o101 第一逻辑电平信号
52.o102 第二逻辑电平信号
53.o103 第一相位信号
54.o104 第二相位信号
55.o105 第三相位信号
56.r
1 第一限流电阻/第三限流电阻
57.r
2 第二限流电阻
58.r
3 第三限流电阻
59.r
4 第一下拉电阻
60.r
5 第二下拉电阻
61.d
1 第一开关二极管
62.d
2 第二开关二极管
63.d
3 第一稳压二极管
64.d
4 第二稳压二极管
65.d
5 第一检波二极管
66.d
6 第二检波二极管
67.ic1 第一隔离开关
68.ic1-1 第一隔离开关ic1的第一输入控制端
69.ic1-2 第一隔离开关ic1的第二输入控制端
70.ic1-3 第一隔离开关ic1的第一输出受控端
71.ic1-4 第一隔离开关ic1的第二输出受控端
72.ic2 第二隔离开关
73.ic2-1 第二隔离开关ic2的第一输入控制端
74.ic2-2 第二隔离开关ic2的第二输入控制端
75.ic2-3 第二隔离开关ic2的第一输出受控端
76.ic2-4 第二隔离开关ic2的第二输出受控端
77.c
1 第一电容
78.c
2 第二电容
79.pkd
1 第一峰值检测保持子电路
80.pkd
2 第二峰值检测保持子电路
81.ic4 异或门
82.ic5、ic6、ic8、ic9 与非门
83.ic7 反相器
84.r13、r14、r15 信号指示器203的限流电阻
85.d14、d15、d16 信号指示器203的发光二极管
86.r6、r7、r
8 交直流转换单元204的限流电阻
87.c
3 第三电容
88.c
4 第四电容
89.c
5 第五电容
90.d7、d8、d9、d
10
、d
11
、d
12 构成整流器电路的六个二极管
91.z1 稳压二极管
92.r9、r
10 起限流作用的功率电阻
93.q1 npn型三极管
94.r
11
、r
12 信号电阻
95.c
6 去耦电容
96.ic3 三端输出电压可调整稳压芯片
具体实施方式
97.下文中将参照附图更加具体地说明实用新型的优选实施例。应当理解，以下实施方式是示例性的，而非限制性的，其仅用于说明本实用新型的原理，而并非意在限制本实用新型的范围。
98.目前，常规的三相电源检测方案利用多个光耦及其相应的运算放大器电路，结合微控制器来检测缺相。例如，使用专用的单片机(mcu)、数字信号处理器(dsp)等微控制器分析输出信号的波形相位信息来判断三相电源是否出现缺相或逆相。然而，这样的微控制器结构复杂，存在因设备损坏或故障导致的程序运行错误、异常或崩溃死机(crash)。而且，由于这样的微控制器价格昂贵且需要进行程序编写，因此导致整个三相电源检测方案开发周期长，成本较高。此外，由于微控制器的操作电源来自外部设备，不易与梯度功率放大器中的其他电路集成。
99.本实用新型的发明人注意到，在医用梯度放大器的应用场景中，接入梯度放大器的三相交流电源通常只会出现u相、v相和w相中的任一相缺相，或者都不缺相；而不会出现两相以上缺相或反相的情况。因此，针对这一情况，为了使得电路更加简单，降低成本，同时提高检测的可靠性，本实用新型的发明人提出了由不包含微控制器的硬件电路实现的三相交流电源检测器，以允许工程师检测三相电源中每一相电压的相位存在或缺失。
100.图1是根据本实用新型的一个实施例的梯度功率放大器100的示意图。梯度功率放大器100的输入端包括三相交流电源检测器200(下文将详细进行描述)，以接收三相交流电源的u相、v相和w相输入电压。图2具体示出了根据本实用新型的一个实施例的三相交流电源检测器200。在本实用新型的上下文中，三相交流电源检测器200可用于医用梯度功率放大器 100。然而，本领域技术人员能够领会到，本实用新型的检测器200也可用于其它需要三相交流电的领域。例如，这种检测器很容易集成到其他三相变换器的应用(例如，放大器、ups、变流器、电源等等)中。
101.参照图2，三相交流电源检测器200包括相位检测单元201，其被配置为基于三相交流电源中的第一相电压u、第二相电压v和第三相电压w来生成第一逻辑电平信号o101和第二逻辑电平信号o102，以检测三相电源中每一相电压的相位存在或缺失。
102.下面，继续参照图2并参照图3a～3e来具体地介绍和解释本实用新型提出的相位检测单元201。
103.根据本实用新型的一个示例，相位检测单元201包括第一相位检测电路和第二相位检测电路。在该示例中，所述第一相位检测电路包括第一隔离开关ic1。如图3a～3e所示，三相交流电源中第一相电压u(即，u相线路的电压)和第二相电压v(即，v相线路的电压)分别经由第一电压引入端l1和第二电压引入端l2被施加到第一隔离开关ic1的第一输入控制端ic1-1和第二输入控制端ic1-2。所述第二相位检测电路第二隔离开关 ic2。如图3a～3e所示，三相交流电源中第一相电压u和第三相电压w(即， w相线路的电压)分别经由第一电压引入端l1和第三电压引入端l3被施加到第二隔离开关ic2的第一输入控制端ic2-1和第二输入控制端ic2-2。在图3a～3e的示例中，所述第一和第二相位检测电路共用第一电压引入端 l1，以接收第一相电压u。根据本实用新型，所述第一和第二相位检测电路中的第一电压引入端l1、第二电压引入端l2和第三电压引入端l3可直接连接到第一相电压u、第二相电压v和第三相电压w各自的导线。在其他的示例中，所述第一和第二相位检测电路也可以分别具有用于外接第一相电压u的各自的电压引入端(未图示)。在本实用新型的上下文中，术语“隔离开关”包括光耦(如图3b～3d所示)、固态继电器(例如，电磁继电器，如图3e所示)、高频继电器等具有隔离开关功能的元器件，其中，光耦的驱动方式为光触发驱动，而固态继电器的驱动方式为电磁触发驱动。例如，如果所述“隔离开关”是光耦，那么所述第一输入控制端ic1-1或ic2-1可以是光耦的正极输入端，且所述第二输入控制端ic1-2或ic2-2可以是光耦的负极输入端。根据本实用新型，所述第一相位检测电路被配置为根据第一隔离开关ic1的受控输出端的信号来生成第一逻辑电平信号 o101，并且所述第二相位检测电路被配置为根据第二隔离开关ic2的受控输出端的信号来生成第二逻辑电平信号o102，其中，第一逻辑电平信号 o101和第二逻辑电平信号o102的组合指示三相交流电源中的哪一相电压缺相。
104.根据本实用新型的工作原理，如图3a～3e的实施例所示，第一隔离开关ic1针对uv相，若u相和v相中任一相缺相，则第一隔离开关ic1的控制端悬空，导致第一隔离开关ic1不工作(即，断开)。第二隔离开关ic2 针对uw相，若u相和w相中任一相缺相，则第二隔离开关ic2的控制端悬空，导致第二隔离开关ic2不工作(即，断开)。若三相电源都不缺相，则第一隔离开关ic1和第二隔离开关ic2均正常工作(即，闭合)。
105.可替换地，在其他示例中，所述第一相电压也可以是u相线路的电压或者w相线路
的电压；相应地，所述第二和第三相电压也可以进行相应的转换。在这种情况下，本实用新型的工作原理也可以实现。
106.表1示出了根据本实用新型的一个示例，当三个相u、v、w都不缺相或只有一个缺相时，第一和第二逻辑电平信号o101、o102的相应电平。
107.表1
108.相位状态o101o102三相电源的u相缺相00三相电源的v相缺相01三相电源的w相缺相10三相电源都不缺相11
109.其中，逻辑电平高被设为1，而逻辑电平低被设为0。
110.如表1所示，由于第一逻辑电平信号o101是基于第一相u和第二相 v的电压生成的，因此只要u相和v相都不缺相，第一隔离开关ic1闭合，且第一逻辑电平信号o101就保持高电平“1”。否则，只要u相和v相中的任一相缺相，第一隔离开关ic1就断开，并且第一逻辑电平信号o101 为低电平“0”。同样，由于第二逻辑电平信号o102是基于第一相u和第三相w的电压生成的，因此只要u相和w相都不缺相，第二隔离开关ic2 闭合，且第二逻辑电平信号o102就保持高电平“1”。否则，只要u相和 w相中的任一相缺相，第二隔离开关ic2就断开，并且第二逻辑电平信号 o102为低电平“0”。因此，根据本实用新型，仅仅基于第一逻辑电平信号 o101和第二逻辑电平信号o102的电平高低的组合就能判断出三相交流电源中哪一相线路缺相，而无需参考输出信号的波形形状和相位。在其他的示例中，当第一隔离开关ic1闭合时，第一逻辑电平信号o101也可以为低电平“0”。反之亦然，当第一隔离开关ic1断开时，第一逻辑电平信号o101 也可以为高电平“1”。相应地，当第二隔离开关ic2闭合时，第二逻辑电平信号o102也可以为低电平“0”。反之亦然，当第二隔离开关ic2断开时，第二逻辑电平信号o102也可以为高电平“1”。
111.第一逻辑电平信号o101和第二逻辑电平信号o102可以用任何适当的手段进行检测。例如，可以使用逻辑电平检测器、逻辑电平分析仪、如下详细描述的本实用新型的信号处理电路202等手段来检测和分析所述第一和第二逻辑电平信号。这样，基于检测到的第一和第二逻辑电平信号的组合就能直接判断出三相电源是否缺相以及三相电源中的哪一相缺相。因此，采用本实用新型的检测方案，不再需要诸如mcu、dsp等的微控制器来分析输出信号的波形相位，降低了成本，提高了检测的安全性和可靠性。
112.优选地，相位检测单元201可以包括第一限流电阻r1(见图3a、3b、 3d和3e)/r1’
(见图3c)、第二限流电阻r2(见图3a～3e)、第三限流电阻r3(见图3a～3e)、甚至第四限流电阻r
1”(见图3c)。优选地，所述第一相位检测电路和所述第二相位检测电路共用第一限流电阻r1(见图3a、 3b、3d和3e)，并共同地通过第一限流电阻r1被连接到第一电压引入端 l1，从而简化整体的电路设计。在该实施例中，第一相电压u经由第一限流电阻r1被施加到第一隔离开关ic1的第一输入控制端ic1-1和第二隔离开关ic2的第一输入控制端ic2-1，第二相电压v经由第二限流电阻r2被施加到第一隔离开关ic1的第二输入控制端ic1-2，并且第三相电压w经由第三限流电阻r3被施加到第二隔离开关ic2的第二输入控制端ic2-2。
113.在其他实施例中，所述第一相位检测电路可以具有第一限流电阻r1’
和第二限流电
阻r2，且所述第二相位检测电路可以具有第四限流电阻r
1”和第三限流电阻r3(见图3c)。在该实施例中，第一相电压u经由第一限流电阻r1’
和第四限流电阻r
1”被分别施加到第一隔离开关ic1的第一输入控制端ic1-1和第二隔离开关ic2的第一输入控制端ic2-1，第二相电压v 经由第二限流电阻r2被施加到第一隔离开关ic1的第二输入控制端ic1-2，且第三相电压w经由第三限流电阻r3被施加到第二隔离开关ic2的第二输入控制端ic2-2。
114.所述限流电阻的阻值可以根据具体的应用进行设置或选择，旨在限制所在支路电流的大小，以防电流过大烧坏所串联的元器件。然而，本领域技术人员能领会到，在适当的应用场景中，限流电阻r1、r2、r3也可以省略，从而简化所述相位检测电路的整体设计。在这种情况下，第一隔离开关ic1和第二隔离开关ic2的输入控制端可直接连接到第一电压引入端l1、第二电压引入端l2和第三电压引入端l3，其中，第一隔离开关ic1的第一输入控制端ic1-1和第二隔离开关ic2的第一输入控制端ic2-1共同连接到第一电压引入端l1。
115.在一个示例中，继续参照图3a～3e，所述第一相位检测电路可以至少包括第一隔离开关ic1、第一电源o100、第一下拉电阻r4和第一峰值检测保持子电路pkd1。在图3b～3d的示例中，第一隔离开关ic1(例如，第一光耦)的第一输出受控端ic1-3与第一电源o100连接，在第一光耦ic1的第二输出受控端ic1-4处第一下拉电阻r4与第一峰值检测保持子电路pkd1并联连接，并且第一下拉电阻r4的另一端接地。在本实施例中，第一电源 o100优选地由三相交流电源检测器200的交直流转换单元204(下文将会详细描述)提供，其工作电压例如为+5v。然而，本领域技术人员能够领会到，第一电源o100也可以实现为单独的+5v电压源。
116.在该示例中，第一峰值检测保持子电路pkd1可包括串联的第一检波二极管d5和第一电容c1。第一检波二极管d5的正向端与第一光耦ic1的第二输出受控端ic1-4连接。第一检波二极管d5的负向端与第一电容c1的共接点被配置为输出第一逻辑电平信号o101。第一电容c1的另一端接地。
117.根据本实用新型，所述峰值检测保持子电路用于对隔离开关受控端的输出信号的峰值进行采集并保持。因而，对于第一峰值检测保持子电路 pkd1而言，若隔离开关正常工作，则第一逻辑电平信号o101输出为1；否则，第一逻辑电平信号o101输出为0。
118.优选地，例如若三相交流电源的输入电压较高，所述第一相位检测电路还可以包括第一开关二极管d1。在图示的实施例中，第一相电压u经由第一电压引入端l1被施加到第一开关二极管d1的正向端而第一开关二极管d1的负向端被连接到第一隔离开关ic1的第一输入控制端ic1-1(例如光耦ic1的正极输入端ic1-1)。可替代地，第二相电压v经由第二电压引入端l2被施加到第一开关二极管d1的负向端而第一开关二极管d1的正向端被连接到第一隔离开关ic1的第二输入控制端ic1-2(例如光耦ic1的负极输入端ic1-2)，如图3d所示。在第一隔离开关ic1为第一光耦(见图 3b～3d)的情况下，如输入电压不高(例如输入电压不超过光耦的输入控制端的耐压极限)，则可省略第一开关二极管d1(未示出)。
119.继续参照图3a～3e，所述第二相位检测电路可以包括第二隔离开关 ic2、第二电源o100、第二下拉电阻r5和第二峰值检测保持子电路pkd2。在图3b～3d的示例中，第二隔离开关ic2(例如，第二光耦)的第一输出受控端ic2-3与第二电源连接o100，在第二光耦ic2的第二输出受控端 ic2-4处第二下拉电阻r5与第二峰值检测保持子电路pkd2并联连接，而第二下拉电阻r5的另一端接地。本实施例中，由于所述第一和第二电源两者优选地都由三相交流电源检测器200的交直流转换单元204提供，因此所述第一和第二电源都用同一附图标
记o100指示。本领域技术人员能够领会到，如果所述第一和第二电源实现为例如单独的+5v电压源，那么所述第一和第二电源也可以用不同的附图标记指示。
120.在该示例中，第二峰值检测保持子电路pkd2可包括串联的第二检波二极管d6和第二电容c2。第二检波二极管d6的正向端与第二光耦ic2的第二输出受控端ic2-4连接。第二检波二极管d6的负向端与第二电容c2的共接点被配置为输出第二逻辑电平信号o102。第二电容c2的另一端接地。对于第二峰值检测保持子电路pkd2而言，若其正常工作，则第一逻辑电平信号o102输出为1；否则，第一逻辑电平信号o102输出为0。
121.优选地，例如若三相交流电源的输入电压较高，所述第二相位检测电路还可以包括第二开关二极管d2。在图示的实施例中，第一相电压u经由第一电压引入端l1被施加到第二开关二极管d2的正向端而第二开关二极管d2的负向端被连接到第二隔离开关ic2的第一输入控制端ic2-1(例如光耦ic2的正极输入端ic2-1)。可替代地，第三相电压w经由第三电压引入端l3被施加到第二开关二极管d2的负向端而第二开关二极管d2的正向端被连接到第二隔离开关ic2的第二输入控制端ic2-2(例如光耦ic2的负极输入端ic2-2)，如图3d所示。在第二隔离开关ic2为第二光耦(见图 3b～3d)的情况下，如输入电压不高(例如输入电压不超过光耦的输入控制端的耐压极限)，则可以省略第二开关二极管d2(未示出)。
122.在优选的示例中，所述第一和第二相位检测电路还可以分别包括第一稳压二极管d3和第二稳压二极管d4，以保护诸如第一隔离开关ic1和第二隔离开关ic2的隔离开关因承受反相电压被损坏。第一稳压二极管d3与第一隔离开关ic1的输入控制端的导通方向相反地跨接在第一隔离开关ic1 的第一输入控制端ic1-1和第二输入控制端ic1-2之间。同样地，第二稳压二极管d4与第二隔离开关ic2的输入控制端的导通方向相反地跨接在第二隔离开关ic2的第一输入控制端ic2-1和第二输入控制端ic2-2之间。本领域技术人员能够领会到，为了简化电路，也可以省略第一稳压二极管d3和第二稳压二极管d4(未示出)。
123.在图4中，(a)示意性示出了正常相位状态下的三相交流电源的波形图；(b)示意性示出了正常相位状态下第一隔离开关ic1的第二输出受控端ic1-4的波形图；(c)示意性示出了正常相位状态下第二隔离开关ic2 的第二输出受控端ic2-4的波形图；(d)示意性示出了正常相位状态下第一逻辑电平信号o101的波形图；并且(e)示意性示出了正常相位状态下第二逻辑电平信号o102的波形图。
124.在图5中，(a)示意性示出了当u相线路缺相时三相交流电源的波形图；(b)示意性示出了当u相线路缺相时第一隔离开关ic1的第二输出受控端ic1-4的波形图；(c)示意性示出了当u相线路缺相时第二隔离开关 ic2的第二输出受控端ic2-4的波形图；(d)示意性示出了当u相线路缺相时第一逻辑电平信号o101的波形图；并且(e)示意性示出了当u相线路缺相时第二逻辑电平信号o102的波形图。
125.在图6中，(a)示意性示出了当v相线路缺相时三相交流电源的波形图；(b)示意性示出了当v相线路缺相时第一隔离开关ic1的第二输出受控端ic1-4的波形图；(c)示意性示出了当v相线路缺相时第二隔离开关 ic2的第二输出受控端ic2-4的波形图；(d)示意性示出了当v相线路缺相时第一逻辑电平信号o101的波形图；并且(e)示意性示出了当v相线路缺相时第二逻辑电平信号o102的波形图。
126.在图7中，(a)示意性示出了当w相线路缺相时三相交流电源的波形图；(b)示意性示出了当w相线路缺相时第一隔离开关ic1的第二输出受控端ic1-4的波形图；(c)示意性示
出了当w相线路缺相时第二隔离开关 ic2的第二输出受控端ic2-4的波形图；(d)示意性示出了当w相线路缺相时第一逻辑电平信号o101的波形图；并且(e)示意性示出了当w相线路缺相时第二逻辑电平信号o102的波形图。
127.从图4-图7可以看出，第一逻辑电平信号o101和第二逻辑电平信号 o102的波形图与表1反映的结果相一致。
128.优选地，继续参照图2，检测器200还可以包括信号处理电路202，其被配置为接收来自所述第一和第二相位检测电路的第一逻辑电平信号 o101和第二逻辑电平信号o102，并且基于所述第一和第二逻辑电平信号的组合来生成分别指示第一相电压u的相位存在或缺失信息的第一相位信号o103、指示第二相电压v的相位存在或缺失信息的第二相位信号o104 和指示第三相电压w的相位存在或缺失信息的第三相位信号o105。
129.表2示出了根据本实用新型的一个示例，响应于第一逻辑电平信号 o101和第二逻辑电平信号o102的不同电平输出组合，第一相位信号o103、第二相位信号o104和第三相位信号o105的相应电平输出。
130.表2
131.o101/o102o103/u相o104/v相o105/w相0/00110/11011/01101/1111
132.其中，逻辑电平高被设为1，而逻辑电平低被设为0。
133.如表2所示，第一相位信号o103、第二相位信号o104和第三相位信号o105中哪一个处于低电平“0”，就意味着三相电源中的对应相的导线缺相。相反，如果这三个相位信号都处于高电平“1”，则意味着三相电源都不缺相。因此，根据本实用新型，当检测器200包括信号处理电路202时，就不再需要诸如mcu、dsp等的微控制器来检测和分析所述第一和第二逻辑电平信号，从而降低了成本，提高了检测的安全性和可靠性。本领域技术人员能够领会到，所述信号处理电路202可以实现为包括二极管、放大器、电阻等的硬件电路，只要其能实现表2的功能。
134.同样，第一相位信号o103、第二相位信号o104和第三相位信号o105 可以用任何适当的手段进行检测。例如，可以使用逻辑电平检测器、逻辑电平分析仪等手段来检测和分析所述第一、第二、和第三相位信号。
135.在图8的一个示例中，信号处理电路202可以包括逻辑门芯片ic4～ic9，其中ic4是异或门；ic5、ic6、ic8、ic9是与非门，并且ic7是反相器。这些逻辑门芯片的组合可以将第一逻辑电平信号o101和第二逻辑电平信号o102的状态组合进行转换译码，从而由第一相位信号o103、第二相位信号o104和第三相位信号o105得出三相交流电的相位缺失信息，其中0 代表是相位缺失，而1代表相位未缺失。
136.优选地，继续参照图2，检测器200还可以包括信号指示器203，其被连接到信号处理电路202，以接收第一相位信号o103、第二相位信号o104 和第三相位信号o105，并被配置为响应于第一相位信号o103、第二相位信号o104和第三相位信号o105可视地和/或可听地输出相应的相位存在或缺失信息。在最简单的实现中，信号指示器203可以包括三个支路，
每个支路都包括限流电阻和发光二极管。每个支路的限流电阻的一端连接到信号处理电路202的输出端，以接收相应的相位存在或缺失信号。限流电阻的另一端连接到发光二极管的正向端，且发光二极管的负向端接地。在图9 的一个示例中，信号指示器203的第一支路包括串联的限流电阻r13和发光二极管d14，其中限流电阻r13被连接到信号处理电路202以接收第一相位信号o103，且发光二极管d14的正向端连接限流电阻r13而其负向端接地；信号指示器203的第二支路包括串联的限流电阻r14和发光二极管d15，其中限流电阻r14被连接到信号处理电路202以接收第二相位信号o104，且发光二极管d15的正向端连接限流电阻r14而其负向端接地；信号指示器203的第三支路包括串联的限流电阻r15和发光二极管d16，其中限流电阻r14被连接到信号处理电路202以接收第三相位信号o105，且发光二极管d16的正向端连接限流电阻r15而其负向端接地。这样，根据表二，当相位信号为高电平“1”时，相应的发光二极管点亮。相反，当相位信号为低电平“0”时，相应的发光二极管熄灭，由此表示相应的相线发生缺相。
137.在另一示例(未示出)中，代替信号处理电路202，所述相位检测单元后可直接连接另外的信号指示器。所述另外的信号指示器可以包括两个支路，每个支路都包括限流电阻和发光二极管。每个支路的限流电阻的一端连接到所述相位检测单元的一个输出端，以接收相应的逻辑电平信号。限流电阻的另一端连接到发光二极管的正向端，且发光二极管的负向端接地。根据表一，当逻辑电平信号为高电平“1”时，相应的发光二极管点亮。相反，当逻辑电平信号为低电平“0”时，相应的发光二极管熄灭。相应地，通过组合这两个发光二极管的亮/灭信息，可以判断出哪一相线发生缺相。
138.优选地，继续参照图2，检测器200还可以包括交直流转换单元204，其被配置为外接三相交流电源的第一相电压u、第二相电压v和第三相电压w，并将所述三相交流电源的交流电压转换为直流电压。更优选地，交直流转换单元204还可以被配置为将所述直流电压分别提供给相位检测单元201、信号处理电路202和信号指示器203中的至少一个。
139.在一个示例中，交直流转换单元204优选地可以至少包括整流器电路和与所述整流器电路并联的稳压二极管。更优选地，所述整流器电路可以包括六个二极管。本领域技术人员能够领会到，所述整流器电路也可以采用已知的其他电路方式实现，只要能将交流电能转换成直流电能。
140.在图10的一个示例中，第一相电压u经由串联的限流电阻r6和第三电容c3接入交直流转换单元204的整流器电路的第一支路，第二相电压v 经由串联的限流电阻r7和第四电容c4接入交直流转换单元204的整流器电路的第二支路，而第三相电压w经由串联的限流电阻r8和第五电容c5接入交直流转换单元204的整流器电路的第三支路。交直流转换单元204 的整流器电路包括六个二极管d7、d8、d9、d
10
、d
11
和d
12
。所述整流器电路与稳压二极管z1并联。如图10所示，r9、r
10
、ic3、q1、r
11
、r
12
、 c6组成可调线性稳压直流电源子电路。r9和r
10
是起限流作用的功率电阻。 q1为npn型三极管，其为增强电路的通流能力。r
11
和r
12
为信号电阻，其组合可以实现对输出电压o100的电压值调整。c6为去耦电容。ic3为三端输出电压可调整稳压芯片，例如tl431等。q1的集电极经由r9与所述整流器电路和稳压二极管z1并联。r
10
跨接在q1的集电极与基极之间。串联的r
11
和r
12
与c6并联到q1的发射极，在此输出电压o100。ic3的输出端连接到q1的基极，且ic3的调整端连接到r
11
与r
12
之间。ic3的输入端与r
12
和c6的另一端共同接地，如图10所示。
141.另外，本领域技术人员能够领会到，以其他的方式实现交直流转换单元204也是可以的，只要能将三相交流电源的交流电压转换为适合芯片工作的直流电压。当检测器200包括交直流转换单元204时，交直流转换单元204的直流电压可以用作所述第一和第二相位检测电路中的所述电源 o100。这样，检测器200就不需要单独的电压源，从而方便所述检测器集成到现有的三相电系统中。
142.在图2所示的优选实施例中，三相交流电源检测器200包括相位检测单元201、信号处理电路202、信号指示器203以及交直流转换单元204。于是，无需单独的检测手段或专门的微控制器，就能安全、可靠地检测出三相交流电源是否缺相以及三相电源中的哪一相缺相。
143.应当注意上述实施例示意而非限制本实用新型并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求范围的情况下应当能够设计出各种替代实施例。在权利要求书中，不应该将括号中的任何附图标记理解成是对权利要求的限制。词语“包括”并不排除存在权利要求或说明书中没有列举的元件或步骤。元件之前的词语“一”或“一个”并不排除存在多个这种元件。在列举了几个单元的系统权利要求中，这些元件中的几种可以由同一类软件和/或硬件来实施。使用词语“第一”、“第二”和“第三”等并不表示任何顺序关系。应当将这些词语理解成名称。
技术特征：1.一种用在梯度功率放大器中的三相交流电源检测器(200)，其特征在于，所述检测器包括：相位检测单元(201)，其包括第一相位检测电路和第二相位检测电路，其中，所述第一相位检测电路包括第一隔离开关(ic1)，三相交流电源中第一相电压(u)和第二相电压(v)被分别施加到所述第一隔离开关(ic1)的第一输入控制端(ic1-1)和第二输入控制端(ic1-2)，所述第一相位检测电路根据所述第一隔离开关(ic1)的受控输出端的信号生成第一逻辑电平信号(o101)，其中，所述第二相位检测电路包括第二隔离开关(ic2)，所述三相交流电源中第一相电压(u)和第三相电压(w)被分别施加到所述第二隔离开关(ic2)的第一输入控制端(ic2-1)和第二输入控制端(ic2-2)，所述第二相位检测电路根据所述第二隔离开关(ic2)的受控输出端的信号生成第二逻辑电平信号(o102)，其中，所述第一逻辑电平信号(o101)和所述第二逻辑电平信号(o102)的组合指示所述三相交流电源中的哪一相电压缺相，并且其中，当所述第一相电压(u)和所述第二相电压(v)中的任一相缺相时，所述第一隔离开关(ic1)断开，并且当所述第一相电压(u)和所述第三相电压(w)中的任一相缺相时，所述第二隔离开关(ic2)断开。2.如权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述相位检测单元(201)还包括第一限流电阻(r1)、第二限流电阻(r2)和第三限流电阻(r3)，其中，所述第一相电压经由所述第一限流电阻被施加到所述第一隔离开关(ic1)的所述第一输入控制端(ic1-1)和所述第二隔离开关(ic2)的所述第一输入控制端(ic2-1)，所述第二相电压经由所述第二限流电阻被施加到所述第一隔离开关(ic1)的所述第二输入控制端(ic1-2)，并且所述第三相电压经由所述第三限流电阻被施加到所述第二隔离开关(ic2)的所述第二输入控制端(ic2-2)。3.如权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述相位检测单元(201) 还包括第一限流电阻(r1’
)、第二限流电阻(r2)、第三限流电阻(r3)和第四限流电阻(r
1”)，其中，所述第一相电压经由所述第一限流电阻和第四限流电阻被分别施加到所述第一隔离开关(ic1)的所述第一输入控制端(ic1-1)和所述第二隔离开关(ic2)的所述第一输入控制端(ic2-1)，所述第二相电压经由所述第二限流电阻被施加到所述第一隔离开关(ic1)的所述第二输入控制端(ic1-2)，并且所述第三相电压经由所述第三限流电阻被施加到所述第二隔离开关(ic2)的所述第二输入控制端(ic2-2)。4.如权利要求1所述的检测器，其特征在于，每个所述相位检测电路还包括开关二极管(d1，d2)，其中，所述第一相电压(u)被施加到所述开关二极管(d1，d2)的正向端而所述开关二极管的负向端被连接到相应的所述隔离开关(ic1，ic2)的所述第一输入控制端(ic1-1，ic2-1)。5.如权利要求1所述的检测器，其特征在于，每个所述相位检测电路还包括开关二极管(d1，d2)，其中，所述第二相电压(v)或所述第三相电压(w)被施加到所述开关二极管的负向端(d1，d2)而所述开关二极管的正向端被连接到相应的所述隔离开关(ic1，ic2)的所述第二输
入控制端(ic1-2，ic2-1)。6.如权利要求1所述的检测器，其特征在于，每个所述相位检测电路还包括稳压二极管(d3，d4)，所述稳压二极管与相应的所述隔离开关的输入控制端的导通方向相反地跨接在所述隔离开关的所述第一输入控制端和所述第二输入控制端之间。7.如权利要求1-6中的任一项所述的检测器，其特征在于，每个所述相位检测电路包括相应的所述隔离开关(ic1，ic2)、电源(o100)、下拉电阻(r4，r5)和峰值检测保持子电路(pkd1，pkd2)，其中，每个所述隔离开关的第一输出受控端(ic1-3，ic2-3)与所述电源连接，在每个所述隔离开关的第二输出受控端(ic1-4，ic2-4)处所述下拉电阻与所述峰值检测保持子电路并联连接，并且所述下拉电阻的另一端接地。8.如权利要求7所述的检测器，其特征在于，每个所述峰值检测保持子电路(pkd1，pkd2)包括串联的检波二极管(d5，d6)和电容(c1，c2)，所述检波二极管的正向端与相应的所述隔离开关的所述第二输出受控端连接，所述检波二极管的负向端与所述电容的共接点被配置为输出相应的逻辑电平信号(o101，o102)，并且所述电容的另一端接地。9.如权利要求1-6中的任一项所述的检测器，其特征在于，所述检测器还包括由若干逻辑门芯片构成的信号处理电路(202)，所述信号处理电路被配置为接收来自所述第一和第二相位检测电路的所述第一和第二逻辑电平信号(o101，o102)，并且基于所述第一和第二逻辑电平信号的组合来生成分别指示所述第一相电压的相位存在或缺失信息的第一相位信号(o103)、指示所述第二相电压的相位存在或缺失信息的第二相位信号(o104)和指示所述第三相电压的相位存在或缺失信息的第三相位信号(o105)。10.如权利要求9所述的检测器，其特征在于，所述检测器还包括信号指示器(203)，其中，所述信号指示器被连接到所述信号处理电路，以接收所述第一、第二和第三相位信号，并且被配置为分别响应于所述第一、第二和第三相位信号可视地和/或可听地输出相应的相位存在或缺失信息，或者其中，所述信号指示器被连接到所述第一和第二相位检测电路各自的输出端，以接收所述第一和第二逻辑电平信号，并且被配置为响应于所述第一和第二逻辑电平信号的组合可视地和/或可听地输出相应的相位存在或缺失信息。11.如权利要求10所述的检测器，其特征在于，所述检测器还包括交直流转换单元(204)，所述交直流转换单元被配置为外接所述三相交流电源的所述第一相电压(u)、所述第二相电压(v)和所述第三相电压(w)，并将所述三相交流电源的交流电压转换为直流电压，其中，所述交直流转换单元还被配置为将所述直流电压分别提供给所述相位检测单元、所述信号处理电路和所述信号指示器中的至少一个。12.如权利要求11所述的检测器，其特征在于，所述交直流转换单元包括整流器电路和与所述整流器电路并联的稳压二极管。13.如权利要求11所述的检测器，其特征在于，所述交直流转换单元输出的直流电压用作每个所述相位检测电路中的所述电源。14.一种梯度功率放大器(100)，其特征在于，所述梯度功率放大器包括如权利要求1-13中的任一项所述的三相交流电源检测器(200)。
技术总结本实用新型涉及一种三相交流电源检测器，包括：相位检测单元，其包括第一和第二相位检测电路。所述第一相位检测电路包括第一隔离开关，三相交流电源中第一相电压和第二相电压被分别施加到第一隔离开关的第一和第二输入控制端，所述第一相位检测电路根据第一隔离开关的受控输出端的信号生成第一逻辑电平信号。所述第二相位检测电路包括第二隔离开关，所述三相交流电源中第一相电压和第三相电压被分别施加到第二隔离开关的第一和第二输入控制端，所述第二相位检测电路根据所述第二隔离开关的受控输出端的信号生成第二逻辑电平信号。所述第一和第二逻辑电平信号的高低电平的组合能反映出三相交流电源中哪一相线路缺相。能反映出三相交流电源中哪一相线路缺相。能反映出三相交流电源中哪一相线路缺相。
技术研发人员：陈良刚 曾克秋 赵燕
受保护的技术使用者：皇家飞利浦有限公司
技术研发日：2021.10.15
技术公布日：2022/7/5
