CN101398447B - 过零检测器与边沿-脉冲转换器及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及过零检测与边沿—脉冲转换器及其应用，属信号变换、自动控制与电子设备领域。过零检测器由二极管、电阻、电压比较器组成，四个二极管组成整流桥，其一个交流输入端接为检测器的输入端、另一个接为接地，其直流输出端分别通过电阻接正负电源端，比较器的输入端接整流桥的直流输出端或接地，比较器的输出端接为检测器的脉冲输出端。边沿—脉冲转换器则由运算放大器、电容、电阻、过零检测器组成，运放的输入即为转换器的输入，检测器的输出即为转换器的输出，运放输出与检测器输入之间通过阻容串接。本转换器同时具有过零检测与边沿—脉冲转换功能，应用于大功率交流开关、交流移相调压控制器等装置，有广泛的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及过零检测器与边沿—脉冲转换器及其应用，边沿—脉冲转换又称脉冲倍频或边沿检测，属信号变换、自动控制与电子设备领域。
背景技术
过零检测与边沿—脉冲转换通常两种独立的功能，相应的电路即为：过零检测器与边沿—脉冲转换器。
过零检测器输入交流电压信号，在交流电压过零点时输出一个窄脉冲信号；边沿—脉冲转换器输入脉冲电压信号，在脉冲电压的上升沿与(或)下降沿起输出一个窄脉冲信号。过零检测器与边沿—脉冲转换器通常有模拟电路、数字电路或混合电路等几种形式。
简单过零检测器与边沿—脉冲转换器功能较为单一，性能一般，且使用灵活性、适用性较差。性能较好的过零检测器与边沿—脉冲转换器其电路结构相对复杂，作为单元电路体积较大，实现较为繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供过零检测器与边沿—脉冲转换器及其应用。
本发明的目的是通过下述方案实现的。
一种单直型过零检测器，根据输出形式的差异，单直型过零检测器有单直常规型过零检测器与单直互补型过零检测器两种形式，单直型过零检测器采用双电源供电；单直常规型过零检测器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、一个交流信号输入端Zsi、一个脉冲信号输出端Zso0，单直互补型过零检测器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、一个交流信号输入端Zsi、二个互补的脉冲信号输出端Zso0+和Zso0-；其特征在于：单直常规型过零检测器由四个二极管D11～D14、电阻R11和R12、电压比较器B1组成，四个二极管D11～D14组成整流桥，整流桥有二个交流输入端，其中一个交流输入端接为过零检测器的输入端Zsi、另一个交流输入端接为过零检测器的接地端GND，整流桥的直流正负输出端分别通过电阻R11与R12接过零检测器的负电源端-Vp与正电源端+Vp，比较器B1的二个输入端分别接整流桥的直流正负输出端，比较器B1的输出端接为过零检测器的输出端Zso0，比较器B1的正负电源端接为过零检测器的正负电源端即+Vp与-Vp；单直互补型过零检测器结构基本与单直常规型过零检测器相同，但比较器B1为互补输出型的电压比较器，比较器B1的二个互补输出端分别接为过零检测器的输出端Zso0+和Zso0-。
单直常规型过零检测器的结构原理图如图1a所示，单直互补型过零检测器的结构原理图如图1b所示。
一种分离型过零检测器，根据输出形式的差异，分离型过零检测器有分离常规型过零检测器与分离互补型过零检测器两种形式，分离型过零检测器采用双电源供电；分离常规型过零检测器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、一个交流信号输入端Zsi、二个脉冲信号输出端Zso1和Zso2，分离互补型过零检测器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、一个交流信号输入端Zsi、二组共四个互补的脉冲信号输出端Zso1+和Zso1-与Zso2+和Zso2-；其特征在于：分离常规型过零检测器由四个二极管D11～D14、电阻R11和R12、电压比较器B11与B12组成，四个二极管D11～D14组成整流桥，整流桥有二个交流输入端，其中一个交流输入端接为过零检测器的输入端Zsi、另一个交流输入端接为过零检测器的接地端GND，整流桥的直流正负输出端分别通过电阻R11与R12接过零检测器的负电源端-Vp与正电源端+Vp，比较器B11的一个输入端接整流桥的直流正输出端、另一个输入端接过零检测器的接地端GND，比较器B12的一个输入端接整流桥的直流负输出端、另一个输入端接过零检测器的接地端GND，比较器B11与B12的输出端分别接为过零检测器的输出端Zso1与Zso2，比较器B11与B12的正负电源端分别接在一起并分别接为过零检测器的正负电源端即+Vp与-Vp；分离互补型过零检测器结构基本与分离常规型过零检测器相同，但比较器B11与B12为互补输出型的电压比较器，比较器B11的二个互补输出端分别接为过零检测器的输出端Zso1+和Zso1-，比较器B12的二个互补输出端分别接为过零检测器的输出端Zso2+和Zso2-。
分离常规型过零检测器的结构原理图如图2a所示，分离互补型过零检测器的结构原理图如图2b所示。
一种整合型过零检测器，根据输出形式的差异，整合型过零检测器有整合常规型过零检测器与整合互补型过零检测器两种形式，整合型过零检测器采用双电源供电；整合常规型过零检测器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、一个交流信号输入端Zsi、三个脉冲信号输出端Zso0与Zso1及Zso2，整合互补型过零检测器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、一个交流信号输入端Zsi、三组共六个互补的脉冲信号输出端Zso0+和Zso0-与Zso1+和Zso1-及Zso2+和Zso2-；其特征在于：整合常规型过零检测器由四个二极管D11～D14、电阻R11和R12、电压比较器B10与B11及B12组成，四个二极管D11～D14组成整流桥，整流桥有二个交流输入端，其中一个交流输入端接为过零检测器的输入端Zsi、另一个交流输入端接为过零检测器的接地端GND，整流桥的直流正负输出端分别通过电阻R11与R12接过零检测器的负电源端-Vp与正电源端+Vp，比较器B10的二个输入端分别接整流桥的直流正负输出端，比较器B11的一个输入端接整流桥的直流正输出端、另一个输入端接过零检测器的接地端GND，比较器B12的一个输入端接整流桥的直流负输出端、另一个输入端接过零检测器的接地端GND，比较器B10与B11及B12的输出端分别接为过零检测器的输出端Zso0与Zso1及Zso2，比较器B10与B11及B12的正负电源端分别接在一起并分别接为过零检测器的正负电源端即+Vp与-Vp；整合互补型过零检测器结构基本与整合常规型过零检测器相同，但比较器B10与B11及B12为互补输出型的电压比较器，比较器B10的二个互补输出端分别接为过零检测器的输出端Zso0+和Zso0-，比较器B11的二个互补输出端分别接为过零检测器的输出端Zso1+和Zso1-，比较器B12的二个互补输出端分别接为过零检测器的输出端Zso2+和Zso2-；整合型过零检测器另一种形式是采用比较器B10为互补输出型的电压比较器、而B11及B12为普通的电压比较器，或者采用比较器B10为普通的电压比较器、而B11及B12为互补输出型的电压比较器的混合形式。
整合常规型过零检测器的结构原理图如图3a所示，整合互补型过零检测器的结构原理图如图3b所示。
过零检测器集成在一个单片上作为一个单片过零检测器使用，单片过零检测器的外部引脚有：一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、一个交流信号输入端Zsi、数个脉冲信号输出端，单片集成过零检测器使用简单方便。
一种单直型边沿—脉冲转换器，根据所采用过零检测器的差异，单直型边沿—脉冲转换器有单直常规型边沿—脉冲转换器与单直互补型边沿—脉冲转换器两种形式，单直型边沿—脉冲转换器采用双电源供电；单直常规型边沿—脉冲转换器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、二个信号输入端即同相信号输入端Psi+与反相信号输入端Psi-、一个反馈输出端Psf、一个零检输入端Pzd、一个脉冲信号输出端Pso0，单直互补型边沿—脉冲转换器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、二个信号输入端即反相信号输入端Psi-与同相信号输入端Psi+、一个反馈输出端Psf、一个零检输入端Pzd、二个互补的脉冲信号输出端Pso0+和Pso0-；其特征在于：单直常规型边沿—脉冲转换器由运算放大器A0、电容C0、电阻R0、单直常规型过零检测器组成，运放A0的正负输入端分别接为边沿—脉冲转换器的输入端Psi+与Psi-，运放A0的输出端接为边沿—脉冲转换器的输出端Psf，电容C0与电阻R0串联后跨接在运放A0的输出端与过零检测器的输入端Zsi之间，过零检测器的输入端Zsi同时接为边沿—脉冲转换器的输入端Pzd，过零检测器的输出端Zso0接为边沿—脉冲转换器的输出端Pso0，运放A0与过零检测器的正负电源端分别接在一起并分别接为边沿—脉冲转换器的正负电源端即+Vp与-Vp；单直互补型边沿—脉冲转换器结构基本与单直常规型边沿—脉冲转换器相同，但过零检测器为单直互补型过零检测器，过零检测器的二个互补输出端Zso0+和Zso0-分别接为边沿—脉冲转换器的输出端Pso0+和Pso0-。
单直常规型边沿—脉冲转换器的结构框图如图4a所示，单直互补型边沿—脉冲转换器的结构框图如图4b所示，单直常规型与单直互补型边沿—脉冲转换器的电路符号图分别如图5a与图5b所示。
一种分离型边沿—脉冲转换器，根据所采用过零检测器的差异，分离型边沿—脉冲转换器有分离常规型边沿—脉冲转换器与分离互补型边沿—脉冲转换器两种形式，分离型边沿—脉冲转换器采用双电源供电；分离常规型边沿—脉冲转换器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、二个信号输入端即同相信号输入端Psi+与反相信号输入端Psi-、一个反馈输出端Psf、一个零检输入端Pzd、二个脉冲信号输出端Pso1和Pso2，分离互补型边沿—脉冲转换器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、二个信号输入端即反相信号输入端Psi-与同相信号输入端Psi+、一个反馈输出端Psf、一个零检输入端Pzd、二组共四个互补的脉冲信号输出端Pso1+和Pso1-与Pso2+和Pso2-；其特征在于：分离常规型边沿—脉冲转换器由运算放大器A0、电容C0、电阻R0、分离常规型过零检测器组成，运放A0的正负输入端分别接为边沿—脉冲转换器的输入端Psi+与Psi-，运放A0的输出端接为边沿—脉冲转换器的输出端Psf，电容C0与电阻R0串联后跨接在运放A0的输出端与过零检测器的输入端Zsi之间，过零检测器的输入端Zsi同时接为边沿—脉冲转换器的输入端Pzd，过零检测器的输出端Zso1与Zso2分别接为边沿—脉冲转换器的输出端Pso1与Pso2，运放A0与过零检测器的正负电源端分别接在一起并分别接为边沿—脉冲转换器的正负电源端即+Vp与-Vp；分离互补型边沿—脉冲转换器结构基本与分离常规型边沿—脉冲转换器相同，但过零检测器为分离互补型过零检测器，过零检测器的二组共四个互补输出端Zso1+和Zso1-与Zso2+和Zso2-分别接为边沿—脉冲转换器的输出端Pso1+和Pso1-与Pso2+和Pso2-。
分离常规型边沿—脉冲转换器的结构框图如图6a所示，分离互补型边沿—脉冲转换器的结构框图如图6b所示，分离常规型与分离互补型边沿—脉冲转换器的电路符号图分别如图7a与图7b所示。
一种整合型边沿—脉冲转换器，根据所采用过零检测器的差异，整合型边沿—脉冲转换器有整合常规型边沿—脉冲转换器与整合互补型边沿—脉冲转换器两种形式，整合型边沿—脉冲转换器采用双电源供电；整合常规型边沿—脉冲转换器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、二个信号输入端即同相信号输入端Psi+与反相信号输入端Psi-、一个反馈输出端Psf、一个零检输入端Pzd、三个脉冲信号输出端Pso0和Pso1及Pso2，整合互补型边沿—脉冲转换器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、二个信号输入端即反相信号输入端Psi-与同相信号输入端Psi+、一个反馈输出端Psf、一个零检输入端Pzd、三组共六个互补的脉冲信号输出端Pso0+和Pso0-与Pso1+和Pso1-及Pso2+和Pso2-；其特征在于：整合常规型边沿—脉冲转换器由运算放大器A0、电容C0、电阻R0、整合常规型过零检测器组成，运放A0的正负输入端分别接为边沿—脉冲转换器的输入端Psi+与Psi-，运放A0的输出端接为边沿—脉冲转换器的输出端Psf，电容C0与电阻R0串联后跨接在运放A0的输出端与过零检测器的输入端Zsi之间，过零检测器的输入端Zsi同时接为边沿—脉冲转换器的输入端Pzd，过零检测器的输出端Zso0与Zso1及Zso2分别接为边沿—脉冲转换器的输出端Pso0与Pso1及Pso2，运放A0与过零检测器的正负电源端分别接在一起并分别接为边沿—脉冲转换器的正负电源端即+Vp与-Vp；整合互补型边沿—脉冲转换器结构基本与整合常规型边沿—脉冲转换器相同，但过零检测器为整合互补型过零检测器，过零检测器的三组共六个互补输出端Zso0+和Zso0-与Zso1+和Zso1-及Zso2+和Zso2-分别接为边沿—脉冲转换器的输出端Pso0+和Pso0-与Pso1+和Pso1-及Pso2+和Pso2-；整合型边沿—脉冲转换器另一种形式是采用混合形式的整合型过零检测器组成，则混合形式的整合型边沿—脉冲转换器其脉冲输出端为Pso0+和Pso0-与Pso1及Pso2、或者Pso0与Pso1+和Pso1-及Pso2+和Pso2-的形式。
整合常规型边沿—脉冲转换器的结构框图如图8a所示，整合互补型边沿—脉冲转换器的结构框图如图8b所示，整合常规型与整合互补型边沿—脉冲转换器的电路符号图分别如图9a与图9b所示。
混合形式的整合型过零检测器及其混合形式的整合型边沿—脉冲转换器结构原理图如图10a、图10b所示。
边沿—脉冲转换器集成在一个单片上作为一个单片边沿—脉冲转换器使用，单片边沿—脉冲转换器的外部引脚有：一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、二个信号输入端即反相信号输入端Psi-与同相信号输入端Psi+、一个反馈输出端Psf、一个零检输入端Pzd、数个脉冲信号输出端，单片集成边沿—脉冲转换器使用简单方便。
常规型或混合型过零检测器的普通电压比较器其正负二个信号输入端可以根据输出脉冲电压极性的需要进行连接调整，比较器正负二个信号输入端互相交换连接时过零检测器的输出脉冲电压极性取反。
整合型过零检测器的电路结构与功能是单直型过零检测器与分离型过零检测器的整合，整合型边沿—脉冲转换器的电路结构与功能是单直型边沿—脉冲转换器与分离型边沿—脉冲转换器的整合。
单片集成边沿—脉冲转换器的电容C0可采用小容量电容，便于集成电路制造，需要大容量电容以实现长延时时可采用外接大容量电容的方法实现。
本边沿—脉冲转换器同时具有过零检测与边沿—脉冲转换的功能，需要使用过零检测功能时交流电压从零检输入端Pzd输入信号，边沿—脉冲转换器的脉冲输出端即可输出过零脉冲信号；也可以将边沿—脉冲转换器的零检输入端Pzd与反馈输出端Psf短接，而运放A0接成电压跟随器或比例放大器形式，交流电压从电压跟随器或比例放大器的信号输入端输入，边沿—脉冲转换器的脉冲输出端即可输出过零脉冲信号，电路接法如图11a、图11b所示。需要使用边沿—脉冲转换功能时，通常可根据需要在边沿—脉冲转换器的零检输入端Pzd与反馈输出端Psf之间串接RC阻容电路，以增大时间常数，而运放A0通常接成比较器或滞环比较器形式，脉冲信号从比较器或滞环比较器的输入端输入，边沿—脉冲转换器的脉冲输出端即可输出与输入脉冲边沿对应脉冲信号，电路接法如图11c、图11d所示。
如图12所示，当过零检测器的输入端Zsi电压为零时，二极管D11与D13、二极管D12与D14相当于并联，二极管的正向导通压降为UD，则b点的电压为-UD，c点的电压为+UD，比较器B10、B11、B12根据输入电压的高低输出相应的电平信号即：初始状态；当输入端Zsi电压在-UD～+UD时，b点的电压为-UD～0V，c点的电压为0V～+UD，比较器B10、B11、B12的输出电平不变。当输入端Zsi电压在-2UD～-UD时，二极管D11反向截止，b点的电压为-UD不变，二极管D12导通，并将c点的电压拉低为-UD～0V，比较器B10、B11的输出电平与初始状态相同，比较器B12的输出电平与初始状态相反；当输入端Zsi电压低于-2UD时，二极管D11反向截止，b点的电压为-UD不变，二极管D12导通，并将c点的电压拉低至-UD以下，比较器B11的输出电平与初始状态相同，比较器B10、B12的输出电平与初始状态相反。当输入端Zsi电压在+UD～+2UD时，二极管D12反向截止，c点的电压为+UD不变，二极管D11导通，并将b点的电压拉高为0V～+UD，比较器B10、B12的输出电平与初始状态相同，比较器B11的输出电平与初始状态相反；当输入端Zsi电压高于+2UD时，二极管D12反向截止，c点的电压为+UD不变，二极管D11导通，并将b点的电压拉高至+UD以上，比较器B12的输出电平与初始状态相同，比较器B10、B11的输出电平与初始状态相反。
| UZsi | Ub | Uc | B10 | B11 | B12 |
| +2UD以上 | +UD以上 | +UD | 相反 | 相反 | 相同 |
| +UD～+2UD | 0～+UD | +UD | 相同 | 相反 | 相同 |
| 0～+UD | -UD～0 | +UD | 相同 | 相同 | 相同 |
| 0 | -UD | +UD | 初始状态 | 初始状态 | 初始状态 |
| -UD～0 | -UD | 0～+UD | 相同 | 相同 | 相同 |
| -2UD～-UD | -UD | -UD～0 | 相同 | 相同 | 相反 |
| -2UD以下 | -UD | -UD以下 | 相反 | 相同 | 相反 |
单直型过零检测器的传输特性如图13a、图13b所示，分离型过零检测器的传输特性如图14a、图14b所示。
过零检测器输入交流电压信号，在信号电压绝对值较小时单直型过零检测器的比较器B10输出与在信号电压绝对值较大时不同的电平信号，即交流电压过零时单直型过零检测器输出一个脉冲信号；当交流电压信号较零电压稍高时分离型过零检测器的比较器B11输出状态翻转，而当交流电压信号较零电压稍低时分离型过零检测器的比较器B12输出状态翻转。单直型过零检测器的输入输出波形如图15所示，分离型过零检测器的输入输出波形如图16a、图16b所示。
边沿—脉冲转换器输入脉冲电压或输入交流电压经由运放A0构成比较器或滞环比较器整形为边沿陡峭的脉冲电压，电容C0与电阻R0、R11、R12等构成惯性微分电路，在a点形成拟锯齿形电压波形，电压为正时电阻R0通过二极管D11与电阻R11构成分压电路，而电压为负时电阻R0通过二极管D12与电阻R12构成分压电路，b点电压只受a点正电压影响，而c点电压只受a点负电压影响，脉冲电压波形、a点电压波形、b点电压波形、c点电压波形如图17所示。a点电压、b点电压、c点电压经比较器B10、B11、B12输出相应的脉冲电压波形，比较器B10、B11、B12输出的电压波形分别如图18、图19a、图19b所示。
组成过零检测器与边沿—脉冲转换器的电压比较器可以采用运算放大器或具有类似功能的电路代替。而互补输出型电压比较器可以采用将二个电压比较器的输入端正负交叉并接的方式实现。四个二极管D11～D14也可以采用一个整流桥代替。
电阻R0、R11、R12的阻值通常(但不限于)取5KΩ～50KΩ，电阻R11、R12的阻值通常(但不限于)取R11＝R12。
本发明过零检测器与边沿—脉冲转换器属于模拟电路，同时具有过零检测与边沿—脉冲转换功能，仅采用半导体器件与阻容元件构成，结构简单可靠、体积小、成本低廉、易于集成化，适用性强，在信号变换、自控系统及电子仪器设备等方面有广泛的应用价值。
附图说明
图1a 单直常规型过零检测器的结构原理图。
图1b 单直互补型过零检测器的结构原理图。
图2a 分离常规型过零检测器的结构原理图。
图2b 分离互补型过零检测器的结构原理图。
图3a 整合常规型过零检测器的结构原理图。
图3b 整合互补型过零检测器的结构原理图。
图4a 单直常规型边沿—脉冲转换器的结构框图。
图4b 单直互补型边沿—脉冲转换器的结构框图。
图5a、5b 单直常规型与单直互补型边沿—脉冲转换器的电路符号图。
图6a 分离常规型边沿—脉冲转换器的结构框图。
图6b 分离互补型边沿—脉冲转换器的结构框图。
图7a、7b 分离常规型与分离互补型边沿—脉冲转换器的电路符号图。
图8a 整合常规型边沿—脉冲转换器的结构框图。
图8b 整合互补型边沿—脉冲转换器的结构框图。
图9a、9b 整合常规型与整合互补型边沿—脉冲转换器的电路符号图。
图10a、10b 混合形式的整合型过零检测器及其混合形式的整合型边沿—脉冲转换器结构原理图。
图11a、11b 边沿—脉冲转换器接成过零检测电路形式。
图11c、11d 边沿—脉冲转换器接成具有输入波形整形功能的边沿—脉冲转换电路形式。
图12 整合互补型边沿—脉冲转换器的电路结构原理图。
图13a、13b 单直型过零检测器的传输特性。
图14a、14b 分离型过零检测器的传输特性。
图15 单直型过零检测器的输入输出波形。
图16a、16b 分离型过零检测器的输入输出波形。
图17 边沿—脉冲转换应用时整形输出脉冲电压波形、a点电压波形、b点及c点电压波形。
图18 边沿—脉冲转换应用时单直型边沿—脉冲转换器的脉冲输出波形。
图19a、19b 边沿—脉冲转换应用时分离型边沿—脉冲转换器的脉冲输出波形。
图20 F/V变换电路。
图21 F/V变换电路工作波形。
图22 大功率交流开关。
图23 大功率交流开关工作波形。
图24 交流移相调压控制器。
图25 交流移相调压控制器工作波形。
具体实施方式
结合附图对本发明的实施例说明如下：
实施例1
F/V变换电路
F/V变换电路如图20所示。
F/V变换电路由单直型边沿—脉冲转换器或整合型边沿—脉冲转换器、电容Cx0与电阻Rx0、Rx1、Rx2及低通滤波器组成。
电容Cx0与电阻Rx0串联并跨接在边沿—脉冲转换器的反馈输出端与零检输入端Pzd之间，以调整时间常数，使边沿—脉冲转换器输出宽度合适的脉冲。电阻Rx1、Rx2与边沿—脉冲转换器的运放A0构成滞环比较器，对输入波形进行整形处理。
F/V变换电路输入脉冲信号或交流信号，边沿—脉冲转换器输出宽度固定的脉冲信号，其输出脉冲在时间上的密度与输入信号的频率成正比，经低通滤波器滤波输出一个大小与输入信号的频率成线性关系的直流电压信号，从而实现信号频率至电压的转换功能。
F/V变换电路工作波形如图21所示。
实施例2
大功率交流开关
大功率交流开关如图22所示。
大功率交流开关由分离型边沿—脉冲转换器或整合型边沿—脉冲转换器、模拟开关、驱动电路、双向晶闸管Ts、双向稳压管Dx0、电阻Rx0、Ry1、Ry2组成。
电阻Rx0与双向稳压管Dx0用于采样双向晶闸管Ts两端的电压信号，在晶闸管Ts两端的电压信号过零时刻边沿—脉冲转换器输出一组一定宽度的脉冲信号，电阻Ry1、Ry2将二个常态时电压极性相反的脉冲信号进行叠加，仅在输出晶闸管Ts两端的电压信号过零时刻出现脉冲电压。开关控制信号控制模拟开关输出或阻断过零脉冲信号，输出过零脉冲信号时脉冲信号经驱动电路放大触发双向晶闸管Ts，双向晶闸管Ts导通，交流回路开通，负载RL受电；模拟开关阻断过零脉冲信号时驱动电路无输出信号即电压为零，双向晶闸管Ts截止，交流回路关断，负载RL断电。
大功率交流开关实现交流电源的过零开通或关断，减少了开关瞬间对电源与负载的冲击，减小了交流开关的开关应力，同时大大减小了开关瞬间电路产生的电磁干扰危害，提高了设备的电磁兼容性能。
大功率交流开关工作波形如图23所示。
实施例3
交流移相调压控制器
交流移相调压控制器如图24所示。
交流移相调压控制器由分离型边沿—脉冲转换器或整合型边沿—脉冲转换器、运算放大器Ax、电压比较器Bx、驱动电路、双向晶闸管Ts、双向稳压管Dx0、电容Cx1、可变电阻Rxy、固定电阻Rx0、Rx1、Rx2、Ry1、Ry2组成。
电阻Rx0、双向稳压管Dx0与比较器Bx组成双向晶闸管Ts两端电压信号采样与整形电路，输出与交流电压同步的方波信号；电容Cx1、电阻Rx1、Rx2与运放Ax组成比例积分电路，输出一个拟锯齿波电压；电阻Rxy与边沿—脉冲转换器的运放A0组成阀值可调的滞环比较器。在输出晶闸管Ts两端电压过零时再经移相滞后一定时间后边沿—脉冲转换器输出一组移相脉冲电压信号，其移相滞后的时间与滞环比较器的阀值成正比。电阻Ry1、Ry2将二个常态时电压极性相反的脉冲信号进行叠加，生成移相触发脉冲电压；移相脉冲电压信号经驱动电路放大触发双向晶闸管Ts，双向晶闸管Ts在其两端电压过零并延迟一段时间后导通，加在负载RL两端的电压为其有效值大小受移相时间即由电阻Rxy调节的滞环比较器阀值控制的交流移相电压。
交流移相调压控制器工作波形如图25所示。
Claims (8)
1.一种单直型过零检测器，根据输出形式的差异，单直型过零检测器有单直常规型过零检测器与单直互补型过零检测器两种形式，单直型过零检测器采用双电源供电；单直常规型过零检测器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、一个交流信号输入端Zsi、一个脉冲信号输出端Zso0，单直互补型过零检测器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、一个交流信号输入端Zsi、二个互补的脉冲信号输出端Zso0+和Zso0-；其特征在于：单直常规型过零检测器由四个二极管D11～D14、电阻R11和R12、电压比较器B1组成，四个二极管D11～D14组成整流桥，整流桥有二个交流输入端，其中一个交流输入端接为过零检测器的输入端Zsi、另一个交流输入端接为过零检测器的接地端GND，整流桥的直流正负输出端分别通过电阻R11与R12接过零检测器的负电源端-Vp与正电源端+Vp，比较器B1的二个输入端分别接整流桥的直流正负输出端，比较器B1的输出端接为过零检测器的输出端Zso0，比较器B1的正负电源端接为过零检测器的正负电源端即+Vp与-Vp；单直互补型过零检测器结构基本与单直常规型过零检测器相同，所不同的是：比较器B1为互补输出型的电压比较器，比较器B1的二个互补输出端分别接为过零检测器的输出端Zso0+和Zso0-。
2.一种分离型过零检测器，根据输出形式的差异，分离型过零检测器有分离常规型过零检测器与分离互补型过零检测器两种形式，分离型过零检测器采用双电源供电；分离常规型过零检测器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、一个交流信号输入端Zsi、二个脉冲信号输出端Zso1和Zso2，分离互补型过零检测器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、一个交流信号输入端Zsi、二组共四个互补的脉冲信号输出端Zso1+和Zso1-与Zso2+和Zso2-；其特征在于：分离常规型过零检测器由四个二极管D11～D14、电阻R11和R12、电压比较器B11与B12组成，四个二极管D11～D14组成整流桥，整流桥有二个交流输入端，其中一个交流输入端接为过零检测器的输入端Zsi、另一个交流输入端接为过零检测器的接地端GND，整流桥的直流正负输出端分别通过电阻R11与R12接过零检测器的负电源端-Vp与正电源端+Vp，比较器B11的一个输入端接整流桥的直流正输出端、另一个输入端接过零检测器的接地端GND，比较器B12的一个输入端接整流桥的直流负输出端、另一个输入端接过零检测器的接地端GND，比较器B11与B12的输出端分别接为过零检测器的输出端Zso1与Zso2，比较器B11与B12的正负电源端分别接在一起并分别接为过零检测器的正负电源端即+Vp与-Vp；分离互补型过零检测器结构基本与分离常规型过零检测器相同，所不同的是：比较器B11与B12为互补输出型的电压比较器，比较器B11的二个互补输出端分别接为过零检测器的输出端Zso1+和Zso1-，比较器B12的二个互补输出端分别接为过零检测器的输出端Zso2+和Zso2-。
3.一种整合型过零检测器，根据输出形式的差异，整合型过零检测器有整合常规型过零检测器与整合互补型过零检测器两种形式，整合型过零检测器采用双电源供电；整合常规型过零检测器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、一个交流信号输入端Zsi、三个脉冲信号输出端Zso0与Zso1及Zso2，整合互补型过零检测器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、一个交流信号输入端Zsi、三组共六个互补的脉冲信号输出端Zso0+和Zso0-与Zso1+和Zso1-及Zso2+和Zso2-；其特征在于：整合常规型过零检测器由四个二极管D11～D14、电阻R11和R12、电压比较器B10与B11及B12组成，四个二极管D11～D14组成整流桥，整流桥有二个交流输入端，其中一个交流输入端接为过零检测器的输入端Zsi、另一个交流输入端接为过零检测器的接地端GND，整流桥的直流正负输出端分别通过电阻R11与R12接过零检测器的负电源端-Vp与正电源端+Vp，比较器B10的二个输入端分别接整流桥的直流正负输出端，比较器B11的一个输入端接整流桥的直流正输出端、另一个输入端接过零检测器的接地端GND，比较器B12的一个输入端接整流桥的直流负输出端、另一个输入端接过零检测器的接地端GND，比较器B10与B11及B12的输出端分别接为过零检测器的输出端Zso0与Zso1及Zso2，比较器B10与B11及B12的正负电源端分别接在一起并分别接为过零检测器的正负电源端即+Vp与-Vp；整合互补型过零检测器结构基本与整合常规型过零检测器相同，所不同的是：比较器B10与B11及B12为互补输出型的电压比较器，比较器B10的二个互补输出端分别接为过零检测器的输出端Zso0+和Zso0-，比较器B11的二个互补输出端分别接为过零检测器的输出端Zso1+和Zso1-，比较器B12的二个互补输出端分别接为过零检测器的输出端Zso2+和Zso2-；整合型过零检测器另一种形式是采用比较器B10为互补输出型的电压比较器、而B11及B12为普通的电压比较器，比较器B10的两个输出分别接为过零检测器的输出端Zso0+和Zso0-，比较器B11及B12的两个输出分别接为过零检测器的输出端Zso1和Zso2；或者采用比较器B10为普通的电压比较器、而B11及B12为互补输出型的电压比较器的混合形式，比较器B10的输出接为过零检测器的输出端Zso0，比较器B11的两个输出分别接为过零检测器的输出端Zso1+和Zso1-，比较器B12的两个输出分别接为过零检测器的输出端Zso2+和Zso2-。
4.一种单直型边沿-脉冲转换器，根据所采用过零检测器的差异，单直型边沿-脉冲转换器有单直常规型边沿-脉冲转换器与单直互补型边沿-脉冲转换器两种形式，单直型边沿-脉冲转换器采用双电源供电；单直常规型边沿一脉冲转换器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、二个信号输入端即同相信号输入端Psi+与反相信号输入端Psi-、一个反馈输出端Psf、一个零检输入端Pzd、一个脉冲信号输出端Pso0，单直互补型边沿一脉冲转换器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、二个信号输入端即反相信号输入端Psi-与同相信号输入端Psi+、一个反馈输出端Psf、一个零检输入端Pzd、二个互补的脉冲信号输出端Pso0+和Pso0-；其特征在于：单直常规型边沿-脉冲转换器由运算放大器A0、电容C0、电阻R0、单直常规型过零检测器组成，运放A0的正负输入端分别接为边沿-脉冲转换器的输入端Psi+与Psi-，运放A0的输出端接为边沿-脉冲转换器的输出端Psf，电容C0与电阻R0串联后跨接在运放A0的输出端与过零检测器的输入端Zsi之间，过零检测器的输入端Zsi同时接为边沿-脉冲转换器的输入端Pzd，过零检测器的输出端Zso0接为边沿-脉冲转换器的输出端Pso0，运放A0与过零检测器的正负电源端分别接在一起并分别接为边沿-脉冲转换器的正负电源端即+Vp与-Vp；单直互补型边沿一脉冲转换器结构基本与单直常规型边沿-脉冲转换器相同，所不同的是：过零检测器为单直互补型过零检测器，过零检测器的二个互补输出端Zso0+和Zso0-分别接为边沿-脉冲转换器的输出端Pso0+和Pso0-。
5.一种分离型边沿-脉冲转换器，根据所采用过零检测器的差异，分离型边沿-脉冲转换器有分离常规型边沿-脉冲转换器与分离互补型边沿-脉冲转换器两种形式，分离型边沿-脉冲转换器采用双电源供电；分离常规型边沿-脉冲转换器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、二个信号输入端即同相信号输入端Psi+与反相信号输入端Psi-、一个反馈输出端Psf、一个零检输入端Pzd、二个脉冲信号输出端Pso1和Pso2，分离互补型边沿-脉冲转换器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、二个信号输入端即反相信号输入端Psi-与同相信号输入端Psi+、一个反馈输出端Psf、一个零检输入端Pzd、二组共四个互补的脉冲信号输出端Pso1+和Pso1-与Pso2+和Pso2-；其特征在于：分离常规型边沿-脉冲转换器由运算放大器A0、电容C0、电阻R0、分离常规型过零检测器组成，运放A0的正负输入端分别接为边沿-脉冲转换器的输入端Psi+与Psi-，运放A0的输出端接为边沿-脉冲转换器的输出端Psf，电容C0与电阻R0串联后跨接在运放A0的输出端与过零检测器的输入端Zsi之间，过零检测器的输入端Zsi同时接为边沿-脉冲转换器的输入端Pzd，过零检测器的输出端Zso1与Zso2分别接为边沿-脉冲转换器的输出端Pso1与Pso2，运放A0与过零检测器的正负电源端分别接在一起并分别接为边沿-脉冲转换器的正负电源端即+Vp与-Vp；分离互补型边沿-脉冲转换器结构基本与分离常规型边沿-脉冲转换器相同，所不同的是：过零检测器为分离互补型过零检测器，过零检测器的二组共四个互补输出端Zso1+和Zso1-与Zso2+和Zso2-分别接为边沿-脉冲转换器的输出端Pso1+和Pso1-与Pso2+和Pso2-。
6.一种整合型边沿-脉冲转换器，根据所采用过零检测器的差异，整合型边沿-脉冲转换器有整合常规型边沿-脉冲转换器与整合互补型边沿-脉冲转换器两种形式，整合型边沿-脉冲转换器采用双电源供电；整合常规型边沿-脉冲转换器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、二个信号输入端即同相信号输入端Psi+与反相信号输入端Psi-、一个反馈输出端Psf、一个零检输入端Pzd、三个脉冲信号输出端Pso0和Pso1及Pso2，整合互补型边沿-脉冲转换器有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vp和正电源端+Vp、二个信号输入端即反相信号输入端Psi-与同相信号输入端Psi+、一个反馈输出端Psf、一个零检输入端Pzd、三组共六个互补的脉冲信号输出端Pso0+和Pso0-与Pso1+和Pso1-及Pso2+和Pso2-；其特征在于：整合常规型边沿-脉冲转换器由运算放大器A0、电容C0、电阻R0、整合常规型过零检测器组成，运放A0的正负输入端分别接为边沿-脉冲转换器的输入端Psi+与Psi-，运放A0的输出端接为边沿-脉冲转换器的输出端Psf，电容C0与电阻R0串联后跨接在运放A0的输出端与过零检测器的输入端Zsi之间，过零检测器的输入端Zsi同时接为边沿-脉冲转换器的输入端Pzd，过零检测器的输出端Zso0与Zso1及Zso2分别接为边沿-脉冲转换器的输出端Pso0与Pso1及Pso2，运放A0与过零检测器的正负电源端分别接在一起并分别接为边沿-脉冲转换器的正负电源端即+Vp与-Vp；整合互补型边沿-脉冲转换器结构基本与整合常规型边沿-脉冲转换器相同，所不同的是：过零检测器为整合互补型过零检测器，过零检测器的三组共六个互补输出端Zso0+和Zso0-与Zso1+和Zso1-及Zso2+和Zso2-分别接为边沿-脉冲转换器的输出端Pso0+和Pso0-与Pso1+和Pso1-及Pso2+和Pso2-；整合型边沿-脉冲转换器另一种形式是采用混合形式的整合型过零检测器组成，混合形式整合型过零检测器的输出端Zso0+、Zso0-、Zso1和Zso2分别接为整合型边沿-脉冲转换器的输出端Pso0+、Pso0-、Pso1和Pso2，或者混合形式整合型过零检测器的输出端Zso0、Zso1+、Zso1-、Zso2+和Zso2-分别接为整合型边沿-脉冲转换器的输出端Pso0、Pso1+、Pso1-、Pso2+和Pso2-，则混合形式的整合型边沿-脉冲转换器其脉冲输出端为Pso0+和Pso0-与Pso1及Pso2、或者Pso0与Pso1+和Pso1-及Pso2+和Pso2-的形式。
7.一种采用了如权利要求5或6所述的边沿-脉冲转换器的大功率交流开关，其特征在于：大功率交流开关由分离型边沿-脉冲转换器或整合型边沿-脉冲转换器、模拟开关、驱动电路、双向晶闸管Ts、双向稳压管Dx0、电阻Rx0、Ry1、Ry2组成；电阻Rx0与双向稳压管Dx0用于采样双向晶闸管Ts两端的电压信号，在晶闸管Ts两端的电压信号过零时刻边沿-脉冲转换器输出一组一定宽度的脉冲信号，电阻Ry1、Ry2将二个常态时电压极性相反的脉冲信号进行叠加，仅在输出晶闸管Ts两端的电压信号过零时刻出现脉冲电压；开关控制信号控制模拟开关输出或阻断过零脉冲信号，输出过零脉冲信号时脉冲信号经驱动电路放大触发双向晶闸管Ts，双向晶闸管Ts导通，交流回路开通，负载RL受电；模拟开关阻断过零脉冲信号时驱动电路无输出信号即电压为零，双向晶闸管Ts截止，交流回路关断，负载RL断电。
8.一种采用了如权利要求5或6所述的边沿-脉冲转换器的交流移相调压控制器，其特征在于：交流移相调压控制器由分离型边沿-脉冲转换器或整合型边沿-脉冲转换器、运算放大器Ax、电压比较器Bx、驱动电路、双向晶闸管Ts、双向稳压管Dx0、电容Cx1、可变电阻Rxy、固定电阻Rx0、Rx1、Rx2、Ry1、Ry2组成；电阻Rx0、双向稳压管Dx0与比较器Bx组成双向晶闸管Ts两端电压信号采样与整形电路，输出与交流电压同步的方波信号；电容Cx1、电阻Rx1、Rx2与运放Ax组成比例积分电路，输出一个拟锯齿波电压；电阻Rxy与边沿-脉冲转换器的运放A0组成阀值可调的滞环比较器；在输出晶闸管Ts两端电压过零时再经移相滞后一定时间后边沿-脉冲转换器输出一组移相脉冲电压信号，其移相滞后的时间与滞环比较器的阀值成正比；电阻Ry1、Ry2将二个常态时电压极性相反的脉冲信号进行叠加，生成移相触发脉冲电压；移相脉冲电压信号经驱动电路放大触发双向晶闸管Ts，双向晶闸管Ts在其两端电压过零并延迟一段时间后导通，加在负载RL两端的电压为其有效值大小受移相时间即由电阻Rxy调节的滞环比较器阀值控制的交流移相电压。
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