CN107831357A - 基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路，包括半波整流电路、电阻分压电路、二极管箝位电路、电容滤波电路、光耦耦合电路和开关三极管输出电路，其中，所述半波整流电路的输入端接单相交流电L端，所述半波整流电路的输出端与所述电阻分压电路的输入端连接，所述电阻分压电路的输出端与所述二极管箝位电路的输入端连接，所述二极管箝位电路的输出端与所述电容滤波电路的输入端连接。本发明还提供了一种基于光耦隔离的单相交流电过零检测方法。本发明的有益效果是：能精准有效的检测出脉动直流信号过零点电压，从而达到控制系统调节电机的功率，转速或频率目的，电压误差小，同步可靠性高，精准，安全。

Description

基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路及检测方法

技术领域

本发明涉及检测电路，尤其涉及一种基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路及检测方法。

背景技术

目前，单相交流电过零检测电路大都从两相线（L或N）通过电阻分压，当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时，取出一个脉动信号电压。

采用单相交流电过零检测电路从两相线（L或N）通过电阻分压来实现的方法，其电路单一，检测脉动信号电压误差较大，同步可靠性差，存在过零点超前的敝端,效果也很不理想，电控系统及变频控制系统电机转速及频率无法保障。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路及检测方法。

本发明提供了一种基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路，包括半波整流电路、电阻分压电路、二极管箝位电路、电容滤波电路、光耦耦合电路和开关三极管输出电路，其中，所述半波整流电路的输入端接单相交流电L端，所述半波整流电路的输出端与所述电阻分压电路的输入端连接，所述电阻分压电路的输出端与所述二极管箝位电路的输入端连接，所述二极管箝位电路的输出端与所述电容滤波电路的输入端连接，所述电容滤波电路的输出端与所述光耦耦合电路的输入端连接，所述光耦耦合电路的输出端与所述开关三极管输出电路连接。

作为本发明的进一步改进，所述半波整流电路包括二极管D6，所述二极管D6的正极连接单相交流电L端，所述二极管D6的负极与所述电阻分压电路的输入端连接，所述二极管D6用于半波整流，形成脉动直流波形电压。

作为本发明的进一步改进，所述电阻分压电路包括电阻R3和电阻R9，所述光耦耦合电路包括光电耦合器IC1，所述电阻R3的一端与所述二极管D6的负极连接，所述电阻R3的另一端分别与所述光电耦合器IC1的发光源的引脚1、电阻R9连接，所述电阻R9的另一端连接单相交流电N端，所述电阻分压电路用于分压，给所述光电耦合器IC1的发光源的引脚1提供工作点偏置电压。

作为本发明的进一步改进，所述二极管箝位电路包括二极管D7，所述二极管D7的正极接单相交流电N端，所述二极管D7的负极连接于所述电阻R3、光电耦合器IC1的发光源的引脚1之间，所述二极管D7将脉动直流波形选定在一定电平上，使原信号其余部分的波形形状保持不变。

作为本发明的进一步改进，所述电容滤波电路包括滤波电容C8，所述滤波电容C8的一端连接于单相交流电N端，所述滤波电容C8的另一端连接于所述电阻R3、光电耦合器IC1的发光源的引脚1之间，所述滤波电容C8用于电容滤波，滤去高频成分，形成直流脉动信号电压波形。

作为本发明的进一步改进，所述光电耦合器IC1的发光源的引脚1连接于单相交流电N端。

作为本发明的进一步改进，所述开关三极管输出电路包括开关三极管Q2，所述开关三极管Q2的基极通过电阻R8与所述光电耦合器IC1的受光器的引脚4连接，所述开关三极管Q2的发射极接地，所述开关三极管Q2的集电极分别连接有电阻R10、电阻R11，所述光电耦合器IC1用于直流脉动信号的隔离与传输，所述光电耦合器IC1传输直流脉动信号给开关三极管Q2，控制开关三极管Q2的导通与截止。

作为本发明的进一步改进，所述光电耦合器IC1的受光器的引脚3接地，所述电阻R11的另一端为过零检测端口。

作为本发明的进一步改进，所述过零检测端口连接有微控芯片，所述微控芯片通过判断，检测直流脉动电压的零点电位电压。

本发明还提供了一种基于光耦隔离的单相交流电过零检测方法，包括以下步骤：

S1、将半波整流电路接入单相交流电 L端，通过半波整流电路进行半波整流，输出脉动直流波形电压给电阻分压电路；

S2、通过电阻分压电路进行分压，给光电耦合器IC1的发光源的引脚1提供工作点偏置电压；

S3、通过二极管箝位电路将脉动直流波形选定在一定电平上，使原信号其余部分的波形形状保持不变；

S4、通过电容滤波电路进行电容滤波，滤去高频成分，形成直流脉动信号电压波形；

S5、通过光电耦合器IC1对直流脉动信号进行隔离与传输，通过光电耦合器IC1将直流脉动信号输出给开关三极管Q2，控制开关三极管Q2的导通与截止；

S6、当直流脉动信号电压由负半周向正半周转换时，开关三极管Q2导通并工作在饱和状态，会产生一个下降沿脉冲信号电压，经过1/4个周期信号电压达到最大值，此时，通过微控芯片经过零检测端口对信号电压进行采样，微控芯片通过判断，检测直流脉动电压的零点电位电压。

本发明的有益效果是：能精准有效的检测出脉动直流信号过零点电压，从而达到控制系统调节电机的功率，转速或频率目的，电压误差小，同步可靠性高，精准，安全。

附图说明

图1是本发明一种基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路，包括半波整流电路、电阻分压电路、二极管箝位电路、电容滤波电路、光耦耦合电路和开关三极管输出电路，其中，所述半波整流电路的输入端接单相交流电L端，所述半波整流电路的输出端与所述电阻分压电路的输入端连接，所述电阻分压电路的输出端与所述二极管箝位电路的输入端连接，所述二极管箝位电路的输出端与所述电容滤波电路的输入端连接，所述电容滤波电路的输出端与所述光耦耦合电路的输入端连接，所述光耦耦合电路的输出端与所述开关三极管输出电路连接。

如图1所示，所述半波整流电路包括二极管D6，所述二极管D6的正极连接单相交流电L端，所述二极管D6的负极与所述电阻分压电路的输入端连接，所述二极管D6用于半波整流，形成脉动50Hz直流波形电压。

如图1所示，所述电阻分压电路包括电阻R3和电阻R9，所述光耦耦合电路包括光电耦合器IC1，所述电阻R3的一端与所述二极管D6的负极连接，所述电阻R3的另一端分别与所述光电耦合器IC1的发光源的引脚1、电阻R9连接，所述电阻R9的另一端连接单相交流电N端，所述电阻分压电路用于分压，给所述光电耦合器IC1的发光源的引脚1提供工作点偏置电压。

如图1所示，所述二极管箝位电路包括二极管D7，所述二极管D7的正极接单相交流电N端，所述二极管D7的负极连接于所述电阻R3、光电耦合器IC1的发光源的引脚1之间，所述二极管D7将脉动50Hz直流波形选定在一定电平上，使原信号其余部分的波形形状保持不变。

如图1所示，所述电容滤波电路包括滤波电容C8，所述滤波电容C8的一端连接于单相交流电N端，所述滤波电容C8的另一端连接于所述电阻R3、光电耦合器IC1的发光源的引脚1之间，所述滤波电容C8用于电容滤波，滤去高频成分，形成直流脉动信号电压波形。

如图1所示，所述光电耦合器IC1的发光源的引脚1连接于单相交流电N端。

如图1所示，所述开关三极管输出电路包括开关三极管Q2，所述开关三极管Q2的基极通过电阻R8与所述光电耦合器IC1的受光器的引脚4连接，所述开关三极管Q2的发射极接地，所述开关三极管Q2的集电极分别连接有电阻R10、电阻R11，所述光电耦合器IC1用于直流脉动信号的隔离与传输，所述光电耦合器IC1传输直流脉动信号给开关三极管Q2，控制开关三极管Q2的导通与截止。

如图1所示，所述光电耦合器IC1的受光器的引脚3接地，所述电阻R11的另一端为过零检测端口。

如图1所示，所述过零检测端口连接有微控芯片，所述微控芯片通过判断，检测直流脉动电压的零点电位电压。

一种基于光耦隔离的单相交流电过零检测方法，包括以下步骤：

S1、将半波整流电路接入单相交流电 L端（220V），通过半波整流电路进行半波整流，输出脉动50Hz直流波形电压给电阻分压电路；

S2、通过电阻分压电路进行分压，给光电耦合器IC1的发光源的引脚1提供工作点偏置电压；

S3、通过二极管箝位电路将脉动50Hz直流波形选定在一定电平上，使原信号其余部分的波形形状保持不变；

S4、通过电容滤波电路进行电容滤波，滤去高频成分，形成直流脉动信号电压波形；

S5、通过光电耦合器IC1对直流脉动信号进行隔离与传输，通过光电耦合器IC1将直流脉动信号输出给开关三极管Q2，控制开关三极管Q2的导通与截止；

S6、当直流脉动信号电压由负半周向正半周转换时，开关三极管Q2导通并工作在饱和状态，会产生一个下降沿脉冲信号电压，经过1/4个周期信号电压达到最大值，此时，微控芯片（单片机）在过零检测端口对信号电压进行采样，微控芯片（单片机）通过判断，检测直流脉动电压的零点电位电压。

本发明提供的一种基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路及检测方法，可以检测出电压零点时刻，并提供给微控芯片（单片机）过零脉冲信号，能精准有效的检测计算出脉动直流信号过零点电压，从而达到控制系统调节电机的功率，转速或频率目的，电压误差小，同步可靠性高，精准，安全。

本发明提供的一种基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路及检测方法，适用于PG无级调速电机的电控系统或变频控制系统调节电机的转速或频率设备。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路，其特征在于：包括半波整流电路、电阻分压电路、二极管箝位电路、电容滤波电路、光耦耦合电路和开关三极管输出电路，其中，所述半波整流电路的输入端接单相交流电L端，所述半波整流电路的输出端与所述电阻分压电路的输入端连接，所述电阻分压电路的输出端与所述二极管箝位电路的输入端连接，所述二极管箝位电路的输出端与所述电容滤波电路的输入端连接，所述电容滤波电路的输出端与所述光耦耦合电路的输入端连接，所述光耦耦合电路的输出端与所述开关三极管输出电路连接。

2.根据权利要求1所述的基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路，其特征在于：所述半波整流电路包括二极管D6，所述二极管D6的正极连接单相交流电L端，所述二极管D6的负极与所述电阻分压电路的输入端连接，所述二极管D6用于半波整流，形成脉动直流波形电压。

3.根据权利要求2所述的基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路，其特征在于：所述电阻分压电路包括电阻R3和电阻R9，所述光耦耦合电路包括光电耦合器IC1，所述电阻R3的一端与所述二极管D6的负极连接，所述电阻R3的另一端分别与所述光电耦合器IC1的发光源的引脚1、电阻R9连接，所述电阻R9的另一端连接单相交流电N端，所述电阻分压电路用于分压，给所述光电耦合器IC1的发光源的引脚1提供工作点偏置电压。

4.根据权利要求3所述的基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路，其特征在于：所述二极管箝位电路包括二极管D7，所述二极管D7的正极接单相交流电N端，所述二极管D7的负极连接于所述电阻R3、光电耦合器IC1的发光源的引脚1之间，所述二极管D7将脉动直流波形选定在一定电平上，使原信号其余部分的波形形状保持不变。

5.根据权利要求3所述的基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路，其特征在于：所述电容滤波电路包括滤波电容C8，所述滤波电容C8的一端连接于单相交流电N端，所述滤波电容C8的另一端连接于所述电阻R3、光电耦合器IC1的发光源的引脚1之间，所述滤波电容C8用于电容滤波，滤去高频成分，形成直流脉动信号电压波形。

6.根据权利要求3所述的基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路，其特征在于：所述光电耦合器IC1的发光源的引脚1连接于单相交流电N端。

7.根据权利要求3所述的基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路，其特征在于：所述开关三极管输出电路包括开关三极管Q2，所述开关三极管Q2的基极通过电阻R8与所述光电耦合器IC1的受光器的引脚4连接，所述开关三极管Q2的发射极接地，所述开关三极管Q2的集电极分别连接有电阻R10、电阻R11，所述光电耦合器IC1用于直流脉动信号的隔离与传输，所述光电耦合器IC1传输直流脉动信号给开关三极管Q2，控制开关三极管Q2的导通与截止。

8.根据权利要求7所述的基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路，其特征在于：所述光电耦合器IC1的受光器的引脚3接地，所述电阻R11的另一端为过零检测端口。

9.根据权利要求8所述的基于光耦隔离的单相交流电过零检测电路，其特征在于：所述过零检测端口连接有微控芯片，所述微控芯片通过判断，检测直流脉动电压的零点电位电压。

10.一种基于光耦隔离的单相交流电过零检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将半波整流电路接入单相交流电L端，通过半波整流电路进行半波整流，输出脉动直流波形电压给电阻分压电路；

S2、通过电阻分压电路进行分压，给光电耦合器IC1的发光源的引脚1提供工作点偏置电压；

S3、通过二极管箝位电路将脉动直流波形选定在一定电平上，使原信号其余部分的波形形状保持不变；

S4、通过电容滤波电路进行电容滤波，滤去高频成分，形成直流脉动信号电压波形；

S5、通过光电耦合器IC1对直流脉动信号进行隔离与传输，通过光电耦合器IC1将直流脉动信号输出给开关三极管Q2，控制开关三极管Q2的导通与截止；

S6、当直流脉动信号电压由负半周向正半周转换时，开关三极管Q2导通并工作在饱和状态，会产生一个下降沿脉冲信号电压，经过1/4个周期信号电压达到最大值，此时，通过微控芯片经过零检测端口对信号电压进行采样，微控芯片通过判断，检测直流脉动电压的零点电位电压。