CN103424606B - 一种频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路，包括输入接口及并联连接在输入接口两条电力载波线上的整流二极管和光电隔离器，所述光电隔离器内的发光二极管与整流二极管并联连接，光电隔离器内的受光器其输出端通过开关电路与MCU的过零检测接口连接。本发明采用发光二极管的导通条件、电容特性和光耦工作条件设计偏置电路，并利用少量的元件特性实现了过零自动检测的功能，并通过MCU处理通信所需的下沿或上沿与零点的绝对时间，检测出交流市电的相对零点时刻，本发明所采用器件少，整体易于实现，不仅降低了成本减化了电路，还实现自适应电网频率，过零自动检测的功能，尤其保证了载波通信时需要的过零点检测精确度。

Description

一种频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路
技术领域
本发明涉及电力线载波通信及控制领域，特别是一种检测交流市电过零点时刻的检测电路。
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。然而，目前的交流电过零检测电路不仅检测精度低，而且结构复杂、成本较高。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种低成本、检测精度高的频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路，包括MCU和过零检测电路,所述过零检测电路包括输入接口及并联连接在输入接口两条电力载波线上的整流二极管和光电隔离器，所述光电隔离器内的发光二极管与整流二极管并联连接，光电隔离器内的受光器其输出端通过开关电路与MCU的过零检测接口连接，所述开关电路根据光电隔离器的信号相应地输出方波信号至MCU，MCU根据方波信号的上升沿和下降沿检测出交流市电的零点时间。
进一步，所述MCU通过过零检测接口接收到来自开关电路的方波信号后，对方波信号的边沿进行捕捉，并测量两个边沿之间的时间，MCU根据该周期时间处理并得到半波时间，并实时将新的零点半波时间重新加载到内部计数器进行同步计数，完成输出控制的下边沿或上边沿载波通信的绝对零点时间，从而得到不同频率交流市电的绝对零点时刻。
进一步，所述开关电路包括开关三极管、低电压电源输入端和偏置电路，所述开关三极管的发射极连接地线、集电极与MCU的过零检测接口连接，所述低电压电源输入端和开关三极管的基极分别连接在光电隔离器内受光器的两端，所述偏置电路用于调整开关三极管的偏置电压，使其当受光器导通时，开关三极管的集电极和发射极导通接地，实现低电平输出。
进一步，所述偏置电路设置在开关三极管基极和发射极之间，所述偏置电路包括并联设置在开关三极管基极与发射极之间的偏置电阻和偏置电容。
进一步，所述开关三极管基极与发射极之间还设置有偏置二极管，所述偏置二极管的阴极和阳极分别与开关三极管基极及发射极连接。
进一步地，低电压电源输入端与光电隔离器的连接线路上设置有RC滤波电路。
进一步，所述的两条电力载波线分别为火线和零线，所述的整流二极管其阴极与火线连接，阳极与零线连接，所述电隔离器内发光二极管的并联方向与整流二极管相反。
进一步，所述火线上串联有多个用于交流市电降压的降压电阻。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路，采用发光二极管的导通条件、电容特性和光耦工作条件设计偏置电路，并利用少量的元件特性实现了过零自动检测的功能，并通过MCU处理通信所需的下沿或上沿与零点的绝对时间，检测出交流市电的相对零点时刻，本发明所采用器件少，整体易于实现，不仅降低了成本减化了电路，还实现自适应电网频率，过零自动检测的功能，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
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发的电路原理框图。
具体实施方式
参照图1，本发明的一种频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路，包括MCU和过零检测电路,所述过零检测电路包括输入接口及并联连接在输入接口两条电力载波线上的整流二极管D1和光电隔离器1，所述光电隔离器1内的发光二极管与整流二极管D1并联连接，所述的两条电力载波线分别为火线和零线，所述的整流二极管D1其阴极与火线连接，阳极与零线连接，所述电隔离器内发光二极管的并联方向与整流二极管D1相反，强弱电通过光电完全隔离,保证系统的安全性，为了确保整流二极管D1两端的电压不会超出其所承受的电压，所述火线上串联有多个用于交流市电降压的降压电阻。光电隔离器1内的受光器其输出端通过开关电路2与MCU的过零检测接口连接，其中所述开关电路2包括开关三极管Q1、低电压电源输入端3和偏置电路，所述开关三极管Q1的发射极连接地线、集电极与MCU的过零检测接口连接，所述低电压电源输入端3和开关三极管Q1的基极分别连接在光电隔离器1内受光器的两端，所述偏置电路用于调整开关三极管Q1的偏置电压，使其当受光器导通时，开关三极管Q1的集电极和发射极导通接地，实现低电平输出，具体地，所述偏置电路设置在开关三极管Q1基极和发射极之间，具体所述偏置电路包括并联设置在开关三极管Q1基极与发射极之间的偏置电阻R13和偏置电容C6。为了进一步提高电路的稳定性，所述开关三极管Q1基极与发射极之间还设置有偏置二极管D2，所述偏置二极管D2的阴极和阳极分别与开关三极管Q1基极及发射极连接，低电压电源输入端3与光电隔离器1的连接线路上设置有RC滤波电路4。
本发明过零检测电路利用整流二相管的导通条件、电容特性和光耦工作条件设计偏置电路,检测出交流市电的相对零点时刻,再通过MCU将过零点准确定出来。过零检测电路利用交流正弦正半周，光电隔离器1内的发光二极管端导通，按工作条件设计偏置电路的开关三极管Q1其集电极与发射极导通,MCU的过零检测接口得到一个低电平，当交流正弦负半周时光电隔离器1内的发光二极管截止，按工作条件设计偏置电路的三极管其集电极与发射极截止,MCU的过零检测接口得到一个高电平，MCU获取这个矩形方波后，得到了相对零点的上沿与下沿时间，MCU通过内部算法获得交流市电绝对零点时刻，具体为所述MCU通过过零检测接口接收到来自开关电路2的方波信号后，对方波信号的边沿进行捕捉，并测量两个边沿之间的时间，即周期时间，所述MCU根据该周期时间处理并得到半波时间，即通信所需的周波，并实时将新的零点半波时间重新加载到内部计数器进行同步计数，完成输出控制的下边沿或上边沿载波通信的绝对零点时间，从而得到不同频率交流市电的绝对零点时刻。
本发明通过外部元器件特性对不同频率的交流市电进行自动采样处理，再由MCU内部算法做自适应处理，从而得到不同频率交流市电的绝对零点时刻。本发明结合MCU与外部过零检测电路，通过MCU灵活处理通信所需的下沿或上沿与零点的绝对时间,并利用少量元器件特性实现了过零点自动检测功能,整体易于实现,不仅降低了成本减化了电路,还实现自适应电网频率，过零自动检测的功能,尤其保证了载波通信时需要的过零点检测精确度。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路，包括MCU和过零检测电路，其特征在于：所述过零检测电路包括输入接口及并联连接在输入接口两条电力载波线上的整流二极管（D1）和光电隔离器（1），所述光电隔离器（1）内的发光二极管与整流二极管（D1）并联连接，光电隔离器（1）内的受光器其输出端通过开关电路（2）与MCU的过零检测接口连接，所述开关电路（2）根据光电隔离器（1）的信号相应地输出方波信号至MCU，MCU根据方波信号的上升沿和下降沿检测出交流市电的零点时间，所述MCU通过过零检测接口接收到来自开关电路（2）的方波信号后，对方波信号的边沿进行捕捉，并测量两个边沿之间的时间，MCU根据该周期时间处理并得到半波时间，并实时将新的零点半波时间重新加载到内部计数器进行同步计数，完成输出控制的下边沿或上边沿载波通信的绝对零点时间，从而得到不同频率交流市电的绝对零点时刻。
2.根据权利要求1所述的一种频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路，其特征在于：所述开关电路（2）包括开关三极管（Q1）、低电压电源输入端（3）和偏置电路，所述开关三极管（Q1）的发射极连接地线、集电极与MCU的过零检测接口连接，所述低电压电源输入端（3）和开关三极管（Q1）的基极分别连接在光电隔离器（1）内受光器的两端，所述偏置电路用于调整开关三极管（Q1）的偏置电压，使其当受光器导通时，开关三极管（Q1）的集电极和发射极导通接地，实现低电平输出。
3.根据权利要求2所述的一种频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路，其特征在于：所述偏置电路设置在开关三极管（Q1）基极和发射极之间，所述偏置电路包括并联设置在开关三极管（Q1）基极与发射极之间的偏置电阻（R13）和偏置电容（C6）。
4.根据权利要求2所述的一种频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路，其特征在于：所述开关三极管（Q1）基极与发射极之间还设置有偏置二极管（D2），所述偏置二极管（D2）的阴极和阳极分别与开关三极管（Q1）基极及发射极连接。
5.根据权利要求2所述的一种频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路，其特征在于：低电压电源输入端（3）与光电隔离器（1）的连接线路上设置有RC滤波电路（4）。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路，其特征在于：所述的两条电力载波线分别为火线和零线，所述的整流二极管（D1）其阴极与火线连接，阳极与零线连接，所述电隔离器内发光二极管的并联方向与整流二极管（D1）相反。
7.根据权利要求6所述的一种频率自适应的低压电力载波通信过零检测电路，其特征在于：所述火线上串联有多个用于交流市电降压的降压电阻。
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