CN102215035A - 一种结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路 - Google Patents

一种结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路 Download PDF

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本发明公开了一种结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，属于低压电力线载波通信及控制领域。该电路包括载波信号耦合电路、过零检测电路和保护电路。载波信号耦合电路采用串联谐振和耦合变压器结合的方式完成载波通信过程中载波信号接收和发送的功能，并有效降低系统有功功耗和无功功耗。过零检测电路利用达林顿管导通条件、电容特性和光耦工作条件设计偏置电路，精确检测出交流市电的过零点时刻。载波信号耦合电路和过零检测电路共用一个保护电路，防止脉冲或浪涌等冲击干扰，并且强弱电完全隔离，保证系统的安全性。本发明结合低压电力线载波信号耦合电路，利用元器件特性实现了过零点检测功能，耦合电路和检测电路共用一个保护电路，整体易于实现，不仅相应减少了成本，还降低了系统有功功耗和无功功耗，尤其保证了载波通信时需要的过零点检测精确度。

Description

一种结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路
技术领域
本发明涉及低压电力线载波通信及控制领域，具体是指一种检测交流市电过零点时刻的检测电路，尤其涉及一种结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路。
背景技术
交流市电过零检测是指交流市电波形从负半周波向正办周波，或正半周波向负办周波转换过程中，对其经过零电位时刻的检测。过零检测在低压电力线载波通信及控制领域有着重要作用，尤其目前大量现场数据证明交流市电的过零点左右微分时间段具备噪声小、阻抗稳定和噪声/阻抗周期性趋势等显著优点，所以选择过零点左右微分时间段进行载波通信将取得更加优秀的通信效果。
目前的交流市电过零检测电路有由流桥芯片将输入的正弦波电压信号转变成脉冲信号，再通过光耦隔离干扰信号，最后控制三极管导通或截止，从而产生过零检测信号供单片机进行处理。或者直接使用二极管正半周波导通的特性产生过零检测信号。前者成本较大，后者电路的可靠性和稳定性较差，并且二者在低压电力线载波通信中应用过零检测信号都无法达到快速且准确的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种交流市电过零检测电路，以解决现有低压电力线载波通信及控制领域无法得到快速且准确的过零检测信号，提高低压电力线载波通信效果。
本发明提供一种结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，包括载波信号耦合电路、过零检测电路和保护电路。载波信号耦合电路完成载波信号的接收和发送，过零检测电路完成输出交流市电过零点的监测信号，保护电路保护载波信号耦合电路和过零检测电路免于脉冲或浪涌等冲击干扰。
其中，载波信号耦合电路包括串联谐振电路和输入/输出耦合电路。串联谐振电路滤除非载波信号，尤其隔绝交流市电的强电影响，并有效降低系统有功功耗和无功功耗；输入/输出耦合电路将电路强电部分和弱电部分完全隔离，保证了整个系统的安全性，也完成了载波信号的接收和发送。
过零检测电路包括开关电路、偏置电路和输出电路，精准设计开关电路中达林顿管的偏置电路，保证交流市电过零点时刻有过零检测信号输出。
为防止载波信号耦合电路和过零检测电路遭受突发脉冲干扰和浪涌冲击，增加静态抑制管起保护电路的作用，并且用隔离变压器和光耦将强弱电完全隔离，保证了系统的安全性。
本发明提供的结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，在完成正常载波通信的基础上，增加过零检测电路，利用达林顿管导通条件、电容特性和光耦工作条件准确检测交流市电的过零点时刻，且两个电路共用一个保护电路。整体易于实现，不仅相应减少了成本，还降低了系统有功功耗和无功功耗，尤其保证了载波通信时需要的过零点检测精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明的一个结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路实施例的电路图；
图2为本发明的一个输出过零检测信号和交流市电的实际波形图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合本发明实施例附图，对本发明实施例中的技术方案做进一步清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明实施例的一种，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明的一个结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路实施例的电路图，如图1所示，该电路包括载波信号耦合电路、过零检测电路和保护电路。载波信号耦合电路完成载波信号的接收和发送，过零检测电路完成输出交流市电过零点的检测信号，保护电路保护载波信号耦合电路和过零检测电路免于脉冲或浪涌等冲击干扰。
具体的，载波信号耦合电路包括串联谐振电路和输入/输出耦合电路。串联谐振电路为LC串联谐振，谐振频率点和载波信号频率点相同，实现滤除非载波信号的功能。对于低频信号，尤其是交流市电此电路呈现高阻抗，完成隔绝交流市电的强电影响。对于载波信号呈现低阻抗，适应低压电力线线路阻抗在载波通信频点出现低阻抗的情况，保证载波信号正常发送，并有效降低系统有功功耗和无功功耗。输入/输出耦合电路将电路强电部分和弱电部分完全隔离，保证了整个系统的安全性，也完成了载波信号的接收和发送，其中输入变压器和输出变压器合为一个耦合变压器，再通过抽头区分开，并分别与电容组成谐振电路，对载波接收/发送信号实现进一步滤波的功能。
在保证良好的载波通信效果下，结合载波信号耦合电路，增加过零检测电路以实现过零检测信号的输出。过零检测电路包括开关电路、偏置电路、输出电路。开关电路包括达林顿管VT1，根据达林顿管导通条件，配置其集电极、基极和发射极的电位，以保证在交流市电过零点时刻光耦导通，过零检测信号由TZA传输到单片机的I/O口。五个电阻相串联完成交流市电降压功能，保证达林顿管基极最大电位不会超出达林顿管所能承受的电位，二极管的作用是使达林顿管在交流市电负半周波内，发射极电位高于基极电位从而处于截止状态。串联在载波信号耦合电路的两个相并联的电容，配合稳压管提供达林顿管集电极所需电位，并保证光耦发光二极管部分导通电流所需电位驱动。光耦、电阻和电容组成的输出电路正常情况给单片机的I/O口输入Vcc的电平信号，当光耦的发光二极管部分导通，则输出信号马上会拉低成0V的电平信号，从而完成过零检测功能。
过零检测电路是根据电容本身有输出电流超前输入电流90度角的特性，稳压管在流过一定反向电流后马上稳定在额定电压的特性，达林顿基极电位高于集电极电位一定电压，且集电极有电流流入马上导通的特性，三者相结合使得过零检测电路在交流市电过零时刻马上会产生过零检测信号输入单片机的I/O口。图2为本发明的一个输出过零检测信号和交流市电的实际波形图，黄色波形1是过零检测信号，绿色波形2是交流市电，其中过零检测信号准确出现在交流市电过零时刻。
为防止突发脉冲干扰和浪涌冲击，增加静态抑制管起保护电路的作用，高于静态抑制管保护电压静态抑制管将导通，避免载波信号耦合电路、过零检测电路和其他电路遭受冲击，并且用隔离变压器BT1和光耦O1将强弱电完全隔离，保证了系统的安全性。
本发明提供的结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，在完成正常载波通信的基础上，增加过零检测电路，利用达林顿管导通条件、电容特性和光耦工作条件准确检测交流市电的过零点时刻。易于实现，不仅减少了成本，还降低了系统有功功耗和无功功耗，尤其保证了载波通信时需要的过零点检测精确度。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，其特征在于，其包括载波信号耦合电路、过零检测电路和保护电路。
2.如权利要求1所述的结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，其特征在于，载波信号耦合电路包括串联谐振电路和输入/输出耦合电路。
3.如权利要求2所述的结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，其特征在于，串联谐振电路包括第一电感L1和第二电感L2相并联，再和第一电容C1相串联。
4.如权利要求2所述的结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，其特征在于，输入/输出耦合电路中的耦合变压器BT1包括输入变压器和输出变压器，第四电容C4和第五电容C5相并联，和输入变压器组成输入耦合电路，第六电容C6和第七电容C7相并联，和输出变压器组成输出耦合电路。
5.如权利要求1所述的结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，其特征在于，过零检测电路包括开关电路、偏置电路和输出电路。
6.如权利要求5所述的结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，其特征在于，开关电路包括达林顿管VT1。
7.如权利要求5所述的结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，其特征在于，偏置电路包括第二电容C2和第三电容C3相并联，和第一电阻R1串联，再串联稳压管VD2，配置达林顿管VT1集电极的电位。第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第五电阻R6相串联，再和二极管VD1相串联，配置达林顿管VT1基极和发射极的电位。
8.如权利要求5所述的结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，其特征在于，输出电路包括光耦O1，第八电阻R8和第八电容C8，第八电阻R8与Vcc(+5V或+3V)相连，第八电容C8接地。输出电路输出的检测信号由TZA传输到单片机的I/O口。检测信号是在交流市电出现正过零时输出电平由Vcc(+5V或+3V)迅速变成0V。
9.如权利要求1所述的结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，其特征在于，保护电路包括静态抑制管VP1，并且用隔离变压器BT1和光耦O1将强弱电完全隔离，保证了系统的安全性。
10.如权利要求1所述的结合低压电力线载波通信信号耦合的交流市电隔离过零检测电路，其特征在于，所述交流市电输入端是AC220V-N和AC220V-L，有效值为220伏或120伏，周期为50Hz或60Hz。
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