CN107957514A - 一种过零检测装置、方法及电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子技术领域，公开了一种过零检测装置、方法及电器。所述过零检测装置包括：过零检测电路，用于比较分别对交流电进行整流和进行整流滤波而生成的全波信号和直流信号以获得对应的比较信号的脉冲；以及控制器，用于接收所述比较信号的脉冲以触发控制器中断，并计算所述全波信号的过零点附近的两次中断间的中断时长，并在检测到下一中断发生时，延时所述中断时长的一半时长以得到过零点。本发明根据比较信号精准地判断过零点，适用于不同电压不同频率的多个应用场景。

Description

一种过零检测装置、方法及电器

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体地，涉及一种过零检测装置、方法及电器。

背景技术

目前，家电产品普遍需要用到可控硅、继电器等开关器件，而在家电产品工作过程中，这类开关器件所控制的负载电流较大，导致其在开关过程中，触点会打火、拉弧，造成电压振荡。如此，不仅会影响器件寿命，还会影响电网，造成电网波动。

经研究发现，如果控制开关器件在市电过零点进行开关，由于过零点电压为零，就不会产生上述的问题。因此，过零检测技术应运而生，其在家电产品电路设计中得到了广泛的应用。

但是，现有过零检测技术一般是通过电压采样及整流获取整流信号，将该整流信号与固定电压比较，在比较信号产生时延时固定时长，以判断过零点。但是，当市电电压变化时，整流信号也会发生变化，但固定电压不变，从而使得检测结果存在较大误差。因此，现有过零检测技术只有在特定的情况下才能检测过零点，而且对开关器件工作状态要求极高。但在实际中，用户的使用环境不同于实验环境，当市电电压低于或高于标准电压220V时，这种检测技术就会产生更大的偏差，从而无法在过零点进行开关器件的开关，无法保证产品可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种过零检测装置、方法及电器，用于解决现有过零检测技术使用条件苛刻、误差较大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种过零检测装置，该过零检测装置包括：过零检测电路，用于比较分别对交流电进行整流和进行整流滤波而生成的全波信号和直流信号以获得对应的比较信号的脉冲；以及控制器，用于接收所述比较信号的脉冲以触发控制器中断，并计算所述全波信号的过零点附近的两次中断间的中断时长，并在检测到下一中断发生时，延时所述中断时长的一半时长以得到过零点。

可选地，所述过零检测电路包括：供电单元，用于提供交流电；整流滤波单元，用于分别对所述交流电进行整流和进行整流滤波而生成对应的全波信号和直流信号；分压单元，用于分别对所述全波信号和所述直流信号进行分压；以及比较单元，用于比较分压后的所述全波信号和所述直流信号以生成对应的比较信号的脉冲。

可选地，所述整流滤波单元包括：整流桥U1，其两个交流输入端分别连接所述供电单元的火线输入端和零线输入端，正电压输出端连接所述分压单元的第一输入端，负电压输出端接地；滤波电容C1，其并联在所述整流桥U1的正电压输出端和负电压输出端之间；二极管D1，其阳极连接所述供电单元的零线输入端；以及二极管D2，其阳极连接所述供电单元的火线输入端，阴极与所述二极管D1的阴极相连，并连接至所述分压单元的第二输入端。

可选地，所述分压单元包括：电阻R1，其一端作为所述分压单元的第一输入端，另一端连接接地的电阻R2，并作为所述分压单元的第一输出端连接所述比较单元的负电压输入端；以及电阻R3，其一端作为所述分压单元的第二输入端，另一端连接接地的电阻R4，并作为所述分压单元的第二输出端连接所述比较单元的正电压输入端。

可选地，所述控制器中集成有计时器。

本发明还提供了一种过零检测方法，该过零检测方法包括：比较分别对交流电进行整流和进行整流滤波而生成的全波信号和直流信号以获得对应的比较信号的脉冲；以及通过控制器接收所述比较信号的脉冲以触发控制器中断，并计算所述全波信号的过零点附近的两次中断间的中断时长，并在检测到下一中断发生时，延时所述中断时长的一半时长以得到过零点。

可选地，所述比较分别对交流电进行整流和进行整流滤波而生成的全波信号和直流信号以获得对应的比较信号的脉冲包括：分别对所述交流电进行整流和进行整流滤波而生成对应的全波信号和直流信号；分别对所述全波信号和所述直流信号进行分压；以及比较分压后的所述全波信号和所述直流信号以生成对应的比较信号的脉冲。

可选地，所述通过控制器接收所述比较信号的脉冲以触发控制器中断包括：在接收到所述比较信号的下降沿脉冲时，所述控制器进入下降沿中断；以及在接收到所述比较信号的上升沿脉冲时，所述控制器进入上升沿中断。

可选地，所述计算所述全波信号的过零点附近的两次中断间的中断时长包括：在所述控制器进入下降沿中断时，启动所述控制器中的计时器；在所述控制器进入上升沿中断时，读取所述计时器的读数，获得所述中断时长。

本发明还提供了一种电器，该电器包括上述的过零检测装置。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明根据比较信号精准地判断过零点，适用于不同电压不同频率的多个应用场景。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例的过零检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的过零检测电路的结构示意图；

图3是本发明实施例中进行过零检测的原理示意图；

图4是本发明实施例的过零检测方法的流程示意图；

图5是本发明实施例中获得比较信号的流程示意图。

附图标记说明

1 过零检测电路 2 控制器

11 供电单元 12 整流滤波单元

13 分压单元 14 比较单元

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本实施例公开了一种过零检测装置，该过零检测装置包括：过零检测电路1，用于比较分别对交流电进行整流和进行整流滤波而生成的全波信号和直流信号以获得对应的比较信号的脉冲；以及控制器2，用于接收所述比较信号的脉冲以触发控制器中断，并计算所述全波信号的过零点附近的两次中断间的中断时长，并在检测到下一中断发生时，延时所述中断时长的一半时长以得到过零点。

其中，所述过零检测电路1可以包括：供电单元11，用于提供交流电；整流滤波单元12，用于分别对所述交流电进行整流和进行整流滤波而生成对应的全波信号和直流信号；分压单元13，用于分别对所述全波信号和所述直流信号进行分压；以及比较单元14，用于比较分压后的所述全波信号和所述直流信号以生成对应的比较信号的脉冲。

其中，所述控制器2可以采用本领域常规的CPU、单片机以及数字信号处理器等。另外，所述控制器2中需要集成有计时器，以测试过零检测过程中涉及的时间参数。

如图2所示，给出了本实施例的过零检测电路1的一个可选结构，其主要包括以下部分：

1)供电单元11

该供电单元11可选为提供220V交流电，且为了防止电压突变引起电源故障，供电单元11的火线输入端L_IN连接有熔断器FUSE1，且火线输入端L_IN与零线输入端N_IN间并联有压敏电阻RZ131。

2)整流滤波单元12

本实施例中，所述整流滤波单元12包括：整流桥U1，其两个交流输入端AC分别连接所述供电单元的火线输入端和零线输入端，正电压输出端V+连接所述分压单元的第一输入端，负电压输出端V-接地；滤波电容C1，其并联在所述整流桥U1的正电压输出端和负电压输出端之间；二极管D1，其阳极连接所述供电单元的零线输入端；以及二极管D2，其阳极连接所述供电单元的火线输入端，阴极与所述二极管D1的阴极相连，并连接至所述分压单元13的第二输入端。

其中，整流桥U1和滤波电容C1构成一个整流滤波电容，其将交流电转换成直流信号，并送入分压单元13的第一输入端。两个二极管D1、D2构成一个整流电路，其将交流电转换成全波信号，并送入分压单元13的第二输入端。

3)分压单元13

本实施例中，所述分压单元13可以包括：电阻R1，其一端作为所述分压单元的第一输入端，另一端连接接地的电阻R2，并作为所述分压单元的第一输出端连接所述比较单元的负电压输入端；以及电阻R3，其一端作为所述分压单元的第二输入端，另一端连接接地的电阻R4，并作为所述分压单元的第二输出端连接所述比较单元的正电压输入端。

其中，电阻R1、R2构成分压单元13的第一部分，用于对所述整流滤波单元转换成的直流信号进行分压，获得分压后的直流信号Vref1。电阻R3、R4构成分压单元13的第二部分，用于对所述整流滤波单元转换成的全波信号进行分压，获得分压后的全波信号Vref2。

需说明的，所述分压单元13中各电阻值的设定要保证Vref1小于Vref2的波峰值，这样后续才能有比较信号输出。

4)比较单元14

本实施例的比较单元14可选用本领域常规比较器。

对于上述构建的过零检测装置，其工作原理为：如图3所述，线31表示输入至比较单元14的负电压输入端的直流信号，线32表示输入至比较单元14的正电压输入端的全波信号，线33表示比较单元14输出的比较信号；控制器分析比较信号，在a点时，比较信号触发控制器进入下降沿中断，开启控制器中的计时器；达到c点时，进入上升沿中断，读取计时器的时间为t1，因为全波信号为对称信号，可知a点至c点之间的过零点b是a点和c点的中点；据此，达到d点时，延时t1/2时长到达e点，该e点即为过零点。

基于相同的工作原理，本发明实施例还提供了一种过零检测方法，如图4所示，该过零检测方法包括：

步骤S41，比较分别对交流电进行整流和进行整流滤波而生成的全波信号和直流信号以获得对应的比较信号的脉冲。

其中，如图5所示，步骤S41进一步可以包括：

步骤S411，分别对所述交流电进行整流和进行整流滤波而生成对应的全波信号和直流信号。

步骤S412，分别对所述全波信号和所述直流信号进行分压。

步骤S413，比较分压后的所述全波信号和所述直流信号以生成对应的比较信号的脉冲。

步骤S42，通过控制器接收所述比较信号的脉冲以触发控制器中断，并计算所述全波信号的过零点附近的两次中断间的中断时长，并在检测到下一中断发生时，延时所述中断时长的一半时长以得到过零点。

这里，所述全波信号的过零点附近的两次中断反映了过零点附近的两次比较单元翻转信号，步骤S42可以理解为计算该两次翻转信号的中点以判断过零点。

其中，所述比较分压后的所述全波信号和所述直流信号以生成对应的比较信号的脉冲包括：在由所述全波信号大于所述直流信号翻转为所述全波信号小于所述直流信号时，产生对应的比较信号的下降沿脉冲；以及在由所述全波信号小于所述直流信号翻转为所述全波信号大于所述直流信号时，产生对应的比较信号的上升沿脉冲。

其中，所述通过控制器接收所述比较信号的脉冲以触发控制器中断包括：在接收到所述比较信号的下降沿脉冲时，进入下降沿中断；以及在接收到所述比较信号的上升沿脉冲时，进入上升沿中断。

进一步地，所述计算所述全波信号的过零点附近的两次中断间的中断时长包括：在进入下降沿中断时，启动所述控制器中的计时器；在进入上升沿中断时，读取所述计时器的读数，获得所述中断时长。

该过零检测方法与上述的过零检测装置的具体实施细节相同，在此不再赘述。

此外，本发明实施例还提供了一种电器，其包括上述的过零检测装置。该电器可以是电压力锅、电饭煲和电磁炉等生活电器。

综上所述，本发明实施例的过零检测装置、方法及电器相对于现有技术，主要具有以下两个方面的优点：

1)现有技术中将整流信号与固定电压比较，当市电电压变化时，整流信号会发生变化，但固定电压不变；如果市电电压过小，整流电压小于固定电压，会没有比较信号产生，就会导致过零电路失效。本发明实施例通过分压单元分别接入市电整流滤波后的直流信号和市电整流后的全波信号，保证了分压后的直流信号和全波信号随着市电电压的变化而变化，保证了直流信号Vref1和全波信号Vref2信号始终交叉，扩大了过零检测电路的电压适用范围。

2)现有技术中检测到a点时，延时固定的预设时长，找到过零点，而当电压变化或者市电频率改变时，这种方案很难再判断出过零点。本发明实施例根据过零点永远是a点、c点的中点这一特性，通过CPU计算延时，可以精准的判断过零点，使本发明实施例的方案适用于不同电压不同频率的多个应用场景。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种过零检测装置，其特征在于，该过零检测装置包括：

过零检测电路，用于比较分别对交流电进行整流和进行整流滤波而生成的全波信号和直流信号以获得对应的比较信号的脉冲；以及

控制器，用于接收所述比较信号的脉冲以触发控制器中断，并计算所述全波信号的过零点附近的两次中断间的中断时长，并在检测到下一中断发生时，延时所述中断时长的一半时长以得到过零点。

2.根据权利要求1所述的过零检测装置，其特征在于，所述过零检测电路包括：

供电单元，用于提供交流电；

整流滤波单元，用于分别对所述交流电进行整流和进行整流滤波而生成对应的全波信号和直流信号；

分压单元，用于分别对所述全波信号和所述直流信号进行分压；以及

比较单元，用于比较分压后的所述全波信号和所述直流信号以生成对应的比较信号的脉冲。

3.根据权利要求2所述的过零检测装置，其特征在于，所述整流滤波单元包括：

整流桥U1，其两个交流输入端分别连接所述供电单元的火线输入端和零线输入端，正电压输出端连接所述分压单元的第一输入端，负电压输出端接地；

滤波电容C1，其并联在所述整流桥U1的正电压输出端和负电压输出端之间；

二极管D1，其阳极连接所述供电单元的零线输入端；以及

二极管D2，其阳极连接所述供电单元的火线输入端，阴极与所述二极管D1的阴极相连，并连接至所述分压单元的第二输入端。

4.根据权利要求3所述的过零检测装置，其特征在于，所述分压单元包括：

电阻R1，其一端作为所述分压单元的第一输入端，另一端连接接地的电阻R2，并作为所述分压单元的第一输出端连接所述比较单元的负电压输入端；以及

电阻R3，其一端作为所述分压单元的第二输入端，另一端连接接地的电阻R4，并作为所述分压单元的第二输出端连接所述比较单元的正电压输入端。

5.根据权利要求1所述的过零检测装置，其特征在于，所述控制器中集成有计时器。

6.一种过零检测方法，其特征在于，该过零检测方法包括：

比较分别对交流电进行整流和进行整流滤波而生成的全波信号和直流信号以获得对应的比较信号的脉冲；以及

通过控制器接收所述比较信号的脉冲以触发控制器中断，并计算所述全波信号的过零点附近的两次中断间的中断时长，并在检测到下一中断发生时，延时所述中断时长的一半时长以得到过零点。

7.根据权利要求6所述的过零检测方法，其特征在于，所述比较分别对交流电进行整流和进行整流滤波而生成的全波信号和直流信号以获得对应的比较信号的脉冲包括：

分别对所述交流电进行整流和进行整流滤波而生成对应的全波信号和直流信号；

分别对所述全波信号和所述直流信号进行分压；以及

比较分压后的所述全波信号和所述直流信号以生成对应的比较信号的脉冲。

8.根据权利要求6所述的过零检测方法，其特征在于，所述通过控制器接收所述比较信号的脉冲以触发控制器中断包括：

在接收到所述比较信号的下降沿脉冲时，所述控制器进入下降沿中断；以及

在接收到所述比较信号的上升沿脉冲时，所述控制器进入上升沿中断。

9.根据权利要求8所述的过零检测方法，其特征在于，所述计算所述全波信号的过零点附近的两次中断间的中断时长包括：

在所述控制器进入下降沿中断时，启动所述控制器中的计时器；

在所述控制器进入上升沿中断时，读取所述计时器的读数，获得所述中断时长。

10.一种电器，其特征在于，该电器包括权利要求1至5中任意一项所述的过零检测装置。