CN105004908B - 单火线电压过零检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种单火线电压过零检测装置及检测方法，包括用于采集单火线电压信号变化规律的电压信号采集电路和用于根据电压信号采集电路输出的采集信号获取单火线电压过零点的处理器，所述电压信号采集电路与大地连接并为单火线电压信号提供参考点；能够准确对单火线电压的过零点进行检测，避免实际过零点与检测过零点发生偏移，为电子控制领域提供准确的参考点，保证最终控制的准确性。

Description

单火线电压过零检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种电压过零检测装置及检测方法，尤其涉及一种单火线电压过零检测装置及检测方法。

背景技术

在电子技术以及控制领域中，为了保证电子系统或者控制系统具有统一的时间基准并达到精确同步控制的目的，通常需要一个参考点，现有技术中，往往采用交流电的电压过零点作为参考点。

目前，交流电的过零检测都是基于零火双线的基础来检测，但是零火双线的过零检测方法以及检测电路对于单火线的过零检测并不适用，现有技术中，公开号为204330873U的专利中公开了一种在单火线上采集并检测过零点的电路：该文件中通过以下技术方案实现：通过断开火线开关电路的方式，正弦交流电经火线流入限流电路中，将限流过的正弦交流电输出给光耦过零采集电路，在光耦过零采集电路中采集正弦交流电中的过零点触发信号，但该技术中存在如下缺陷：首先，该技术对于单火线电压过零点的准确性受开关K1的负载功率因数影响，当开关K1的功率因数不为1时(开关的功率因数只有在理论条件下才会达到1)，实际的电压过零点与采集的电压信号过零点会发生偏移；其次，在该专利文件中，单火线电压过零点检测的准确性还受到光耦器件的影响，比如光耦自身的功率、光耦的响应速度等，从而进一步降低了单火线电压过零检测的准确性。

因此，需要提出一种新的单火线电压过零检测装置及方法，能够准确地检测单火线电压的过零点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种单火线电压过零检测装置及检测方法，能够准确地检测出单火线电压的过零点。

本发明提供的一种单火线电压过零检测装置，包括用于采集单火线电压信号变化规律的电压信号采集电路和用于根据电压信号采集电路输出的采集信号获取单火线电压过零点的处理器，所述电压信号采集电路与大地连接并为单火线电压信号提供参考点。

进一步，所述电压信号采集电路为高阻输入采集电路。

进一步，所述高阻输入采集电路向处理器输出与单火线电压信号同频变化的可识别信号。

进一步，所述可识别信号为脉冲信号或者锯齿信号。

进一步，所述高阻输入采集电路包括供电电路、反相器U1、电阻R1以及电容C1，所述供电电路与单火线连接，供电电路的输出端与反相器的电源端连接，反相器U1的输入端通过电阻R1与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接大地，所述反相器U1的接地端接地，所述反相器U1的输出端与处理器连接，其中，反相器U1的接地端所接地为浮地。

进一步，所述高阻输入采集电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D1、稳压管D2以及供电电路，所述二极管D1的正极接于大地，二极管D1通过电阻R3与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端连接于处理器，电阻R4的另一端还通过电阻R5接地，所述稳压管D2的负极连接于电阻R3和电阻R4的公共连接点，稳压管D2的正极接地，所述供电电路输入端与单火线连接，输出端与处理器连接，其中，电阻R5接地为浮地。

相应地，本发明提供了一种单火线电压过零检测方法，电压信号采集电路以大地为参考点采集单火线电压信号变化规律并向处理器输出可识别信号，处理器根据可识别信号获取单火线电压过零点。

进一步，所述电压信号采集电路为高阻输入采集电路并输出可识别信号，所述可识别信号的变化规律与单火线电压同频变化。

进一步，可识别信号为脉冲信号或者锯齿信号。

本发明的有益效果：本发明提供的单火线电压过零检测装置及检测方法，能够准确对单火线电压的过零点进行检测，避免实际过零点与检测过零点发生偏移，为电子控制领域提供准确的参考点，保证最终控制的准确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明的第一种实施例原理图。

图3为第一实施例中的波形图。

图4为本发明的第二种实施例原理图。

图5为第二种实施例的波形图。

图6为本发明的第三种实施例原理图。

图7为第三种实施例的波形图。

图8位单火线电压的实际波形图。

具体实施方式

图1为本发明的原理框图，图2为本发明的第一种实施例原理图，图3为第一实施例中的波形图，图4为本发明的第二种实施例原理图，图5为第二种实施例的波形图，图6为本发明的第三种实施例原理图，图7为第三种实施例的波形图，图8位单火线电压的实际波形图，如图所示，本发明提供的一种单火线电压过零检测装置，包括用于采集单火线电压信号的电压信号采集电路和用于根据电压信号采集电路输出的采集信号获取单火线电压过零点的处理器，所述电压信号采集电路与大地连接并为单火线电压信号提供参考点，参见图8，在实际的单火线电压波形中，由于单火线缺乏参考点，因此也就不能得出单火线电压的过零点，通过将大地设为单火线电压的参考点，也就能够检测出单火线电压的过零点，而且不会受到开关、光耦等功率器件的影响，提高了准确性，其中，在市电中，火线与零线之间具有正弦波形的电压差，而大地和零线具有相同的电位，故而火线与大地之间也具有正弦波形的电压差，因此，将大地设为参考点能够检测出单火线电压的过零点。

优选地，所述电压信号采集电路为高阻输入采集电路，所述高阻输入采集电路向处理器输出与单火线电压信号同频变化的可识别信号，也就是说，高阻输入采集电路输出的信号与单火线与大地之间的正弦电压差波形具有相同频率的变化规律，其中，所述可识别信号为脉冲信号或者锯齿信号。

以下对高阻输入采集电路的具体实施形式进行详细描述：

参见图2，所述高阻输入采集电路包括供电电路、反相器U1、电阻R1以及电容C1，所述供电电路与单火线连接，供电电路的输出端与反相器的电源端连接，反相器U1的输入端通过电阻R1与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接大地，所述反相器U1的接地端接地，所述反相器U1的输出端与处理器连接，其中，反相器U1的接地端所接地为浮地，其中，反相器U1采用具有高输入阻抗特性的CMOS反相器，电阻R1为限流电阻，电容C1起隔离作用。

在该实施例中，供电模块由单火线提供电源，将单火线提供的市电转化为反相器U1能够使用的电压并输入到反相器U1中，由于供电电路的接地端所接地为浮地，因此，供电电路输出电压的波形变化规律与单火线电压的波形变化规律一致；当然，供电模块也可以采用蓄电池等独立电源供电，此时供电模块的负极与单火线连接，从而保证单火线电压的波形变化与供电模块输入到反相器U1中的电压波形变化一致；

当供电电路向反相器U1供电后，反相器U1的电源输入端与大地之间的电压波形同火线与大地之间的电压波形呈同步变化的规律，因此，反相器U1的电源输入端与大地之间的电压波形的过零点即为单火线电压的过零点，其中，附图中，VCC表示供电模块；

其中，由于反相器U1具有高阻输入特性，反相器U1的电源输入端与大地之间的电压波形和单火线与大地之间的电压波形如图3所示，可以从图3中可以看出，反相器U1的输出端的电压波形与单火线与大地之间的电压波形存在过零点偏差，这是由于反相器U1开启电压和反向工作特性导致，因此，处理器对反相器U1输出的脉冲信号进行过零点补偿；以图3所示波形为例：反相器U1的电源输入端与大地之间的电压波形过零点是滞后于单火线与大地之间的电压波形的过零点的，那么处理器预先设置有反相器的型号以及反相器相对应的过零点偏差状况，处理器收到反相器输出的脉冲信号后，处理器对该脉冲信号进行相应补偿处理，该补偿处理可以采用现有技术，在此不加以赘述，处理器补偿处理后，波形如图3所示，通过这种方式，即可准确获知单火线电压的过零点。

参见图4，在本实施例中，与第一实施例的差别在于反相器U1换成了比较器U2，其中，比较器U2的反向端和接地端均接地，且该接地是指的浮地，在本实施例中，电阻R2起限流作用，电容C2起隔离作用，本实施例的工作原理与第一实施例相同，都是利用了反相器和比较器的高阻输入特性，比较器U2的电源端与大地之间的电压波形如图5所示，并且比较器U2输出的同为脉冲信号，都需要通过处理器进行补偿修正。

参见图6，所述高阻输入采集电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D1、稳压管D2以及供电电路，所述二极管D1的正极接于大地，二极管D1通过电阻R3与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端连接于处理器，电阻R4的另一端还通过电阻R5接地，所述稳压管D2的负极连接于电阻R3和电阻R4的公共连接点，稳压管D2的正极接地，所述供电电路输入端与单火线连接，输出端与处理器连接，其中，电阻R5接地为浮地，电阻R5限流，二极管D1用于防止处理器有电流流出而损坏。

在本实施例中，供电电路的输出电压与单火线与大地之间的电压波形变化规律相同，只是在本实施例中，供电电路向处理器供电即可，处理器的电源端与大地之间的电压和单火线与大地之间的电压波形变化规律一致，并且都利用了采集电路的高阻特性，但是，采集电路的形式发生了变化，并不采用反相器或者比较器，并且高阻输入采集电路的输出信号没有通过波形转换直接输入到处理器中，而且由于二极管D1的单向特性，高阻输入采集电路的波形为半波且为锯齿信号，波形图如图7所示，但是处理器对于本实施例中的信号进行补偿处理与第一实施例的处理原理相同。

相应地，本发明提供了一种单火线电压过零检测方法，电压信号采集电路以大地为参考点采集单火线电压信号并向处理器输出可识别信号，处理器根据可识别信号获取单火线电压过零点。

本实施例中，所述电压信号采集电路为高阻输入采集电路并输出可识别信号，所述可识别信号的变化规律与单火线电压变化规律一致，其中，可识别信号为脉冲信号或者锯齿信号。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种单火线电压过零检测装置，其特征在于：包括用于采集单火线电压信号变化规律的电压信号采集电路和用于根据电压信号采集电路输出的采集信号获取单火线电压过零点的处理器，所述电压信号采集电路与大地连接并为单火线电压信号提供参考点；

所述电压信号采集电路为高阻输入采集电路；

所述高阻输入采集电路向处理器输出与单火线电压信号同频变化的可识别信号；

所述可识别信号为脉冲信号或者锯齿信号；

所述高阻输入采集电路包括供电电路、反相器U1、电阻R1以及电容C1，所述供电电路与单火线连接，供电电路的输出端与反相器的电源端连接，反相器U1的输入端通过电阻R1与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接大地，所述反相器U1的接地端接地，所述反相器U1的输出端与处理器连接，其中，反相器U1的接地端所接地为浮地；供电电路向反相器的电源端输出电压的波形变化规律与单火线电压的波形变化规律一致的供电信号。

2.一种单火线电压过零检测装置，其特征在于：包括用于采集单火线电压信号变化规律的电压信号采集电路和用于根据电压信号采集电路输出的采集信号获取单火线电压过零点的处理器，所述电压信号采集电路与大地连接并为单火线电压信号提供参考点；

所述电压信号采集电路为高阻输入采集电路；

所述高阻输入采集电路向处理器输出与单火线电压信号同频变化的可识别信号；

所述可识别信号为脉冲信号或者锯齿信号；

供电电路向处理器的输出电压的波形变化规律与单火线电压的波形变化规律一致的供电信号；

所述高阻输入采集电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D1、稳压管D2以及供电电路，所述二极管D1的正极接于大地，二极管D1通过电阻R3与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端连接于处理器，电阻R4的另一端还通过电阻R5接地，所述稳压管D2的负极连接于电阻R3和电阻R4的公共连接点，稳压管D2的正极接地，所述供电电路输入端与单火线连接，输出端与处理器连接，其中，电阻R5接地为浮地。