CN108680784A - 过零检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种过零检测电路，包括第一分压模块和第一寄生感应耦合模块；所述第一分压模块连接交流电源的火线，用于对所述交流电源的电压进行降压；所述第一寄生感应耦合模块一端连接所述第一分压模块，另一端连接所述微处理器，用于将所述交流电源和所述微处理器进行隔离，并根据所述交流电源通过充电耦合或放电耦合的方式输出所述过零信号。上述过零检测电路，第一寄生感应耦合模块一方面用于将交流电源和微处理器进行隔离，并根据交流电源通过充电或放电耦合的方式输出过零信号给微处理器。因此上述过零检测电路不需要使用光耦耦合的方式，采用第一感应耦合模块通过充电耦合或放电耦合的方式就可以将过零信号传输给微处理器。

Description

过零检测电路

技术领域

本发明涉及过零检测技术领域，特别是涉及一种过零检测电路。

背景技术

电力线通讯产品都是通过光耦耦合的方式采集和判断电力线过零信号，现有的过零检测电路，存在光耦器件体积大，附属器件要求多，造成电路设计复杂，从而电路制造成本较高并且存在安全隐患。

发明内容

基于此，有必要提供一种不需要使用光耦耦合的方式就可以输出过零信号的过零检测电路。

一种过零检测电路，用于输出过零信号给微处理器，包括第一分压模块和第一感应耦合模块；

所述第一分压模块连接交流电源的火线，用于对所述交流电源的电压进行降压；

所述第一感应耦合模块一端连接所述第一分压模块，另一端连接所述微处理器，用于将所述交流电源和所述微处理器进行隔离，并根据所述交流电源通过充电耦合或放电耦合的方式输出所述过零信号。

在其中一个实施例中，所述第一分压模块降压得到的交流信号与降压前的交流信号频率相同。

在其中一个实施例中，还包括第一保护模块，所述第一保护模块一端连接所述第一感应耦合模块，另一端连接所述微处理器，用于保护所述微处理器免受脉冲高压的干扰。

在其中一个实施例中，所述第一保护模块包括电阻R3和电容C1，所述电阻R3一端连接所述第一感应耦合模块，另一端分别连接所述电容C1和所述微处理器，所述电容C1串联于所述电阻R3和地之间。

在其中一个实施例中，所述第一感应耦合模块包括感应电容EC1，所述感应电容EC1设于印刷电路板上；所述第一分压模块包括电阻R1。

在其中一个实施例中，所述感应电容EC1包括第一金属极板、第二金属极板和绝缘介质层，所述绝缘介质层设于所述第一金属极板上，所述第二金属极板设于所述绝缘介质层上，所述第一金属极板是由印刷电路板的第一金属层经过处理得到，所述第二金属极板是由所述印刷电路板的第二金属层经过处理得到。

在其中一个实施例中，所述第一金属极板和第二金属极板都为铜金属极板。

在其中一个实施例中，还包括第二分压模块、第二感应耦合模块和第二保护模块，所述第二分压模块一端连接所述交流电源的零线，另一端连接所述第二感应耦合模块，所述第二保护模块串联于所述第二感应耦合模块和所述微处理器之间，所述第二分压模块用于对所述交流电源的电压进行降压，所述第二感应耦合模块用于将所述交流电源和所述微处理器进行隔离，并根据所述交流电源通过充电耦合或放电耦合的方式输出所述过零信号，所述第二保护模块用于保护所述微处理器免受脉冲高压的干扰。

在其中一个实施例中，所述第二分压模块包括电阻R2，所述第二感应耦合模块包括感应电容EC2，所述感应电容EC2设于印刷电路板上，所述第二保护模块包括电阻R4和电容C2，所述电阻R4一端连接所述感应电容EC2，另一端分别连接所述电容C2和所述微处理器，所述电容C2串联于所述电阻R4和地之间。

在其中一个实施例中，所述感应电容EC2包括第三金属极板、第四金属极板和绝缘介质层，所述绝缘介质层设于所述第三金属极板上，所述第四金属极板设于所述绝缘介质层上，所述第三金属极板是由印刷电路板的第一金属层经过处理得到，所述第四金属极板是由所述印刷电路板的第二金属层经过处理得到。

上述过零检测电路，第一分压模块用于对所述交流电源的电压进行降压，第一感应耦合模块一方面用于将交流电源和微处理器进行隔离，即保证微处理器所在的低压系统能有效的与交流电源所在的高压系统隔离开，并根据交流电源通过充电耦合或放电耦合的方式输出过零信号给微处理器。因此，上述过零检测电路不需要使用光耦耦合的方式，采用第一感应耦合模块通过充电耦合或放电耦合的方式就可以将过零信号传输给微处理器。

附图说明

图1是一实施例中过零检测电路的模块图；

图2是一实施例中过零检测电路的电路图；

图3是一实施例中印刷电路板纵剖的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1是一实施例中过零检测电路的模块图。

在本实施例中，该过零检测电路10用于输出过零信号给微处理器20，包括第一分压模块11和第一感应耦合模块13，微处理器20连接交流电源的零线。

第一分压模块11连接交流电源的火线，用于对交流电源的电压进行降压，在一个实施例中，降压之后交流电源的电信号频率并没有改变，只是交流电源的幅值下降。在一个实施例中，交流电源的电压范围是110V～240V，交流电源是频率为50Hz/60Hz的正弦波，交流电源的火线电压经过第一分压模块11降压之后，交流电源的频率不变，只是幅值下降。

第一感应耦合模块13一端连接第一分压模块11，另一端连接微处理器20，用于将交流电源和微处理器20进行隔离，并根据交流电源通过充电耦合或放电耦合的方式输出过零信号给微处理器20。

交流电源和第一分压模块11属于高压系统，微处理器20以及连接微处理器20的后级功能系统只能工作在低压系统，因此，通过第一感应耦合模块13可以将微处理器20所在的低压系统有效的与交流电源所在的高压系统隔离开，并且第一感应耦合模块13根据交流电源通过充电耦合或放电耦合的方式输出过零信号给微处理器20。微处理器20根据该过零信号控制连接该微处理器20的后级功能系统动作。

上述过零检测电路10，第一分压模块11用于对交流电源的电压进行降压，第一感应耦合模块13一方面用于将交流电源和微处理器20进行隔离，即保证微处理器所在的低压系统能有效的与交流电源所在的高压系统隔离开，并根据交流电源通过充电耦合或放电耦合的方式输出过零信号给微处理器20。因此，上述过零检测电路10不需要使用光耦耦合的方式，采用第一感应耦合模块13通过充电耦合或放电耦合的方式就可以将过零信号传输给微处理器20。

请继续参阅图1，在一个实施例中，过零检测电路10还包括第一保护模块15，第一保护模块15一端连接第一感应耦合模块13，另一端连接微处理器20，用于保护微处理器20免受电力线中不稳定的脉冲高压的干扰，防止不稳定的高压脉冲损坏微处理器20。

在一个实施例中，第一分压模块11包括电阻R1。在其他实施例中，第一分压模块11也可以使用本领域熟知的RC降压，CC降压及变压器降压等其他方式进行降压。

请参阅图1和图2，在一个实施例中，第一保护模块15包括电阻R3和电容C1，电阻R3一端连接第一感应耦合模块13，另一端分别连接电容C1和微处理器20，所述电容C1串联于电阻R3和地之间。

请参阅图1、图2和图3，在一个实施例中，第一感应耦合模块13包括寄生感应电容EC1，寄生感应电容EC1设于印刷电路板上。

在一个实施例中，该寄生感应电容EC1包括第一金属极板132、第二金属极板131和绝缘介质层40，绝缘介质层40设于第一金属极板132上，第二金属极板131设于绝缘介质层40上。第一金属极板132是由印刷电路板的第一金属层50经过处理得到，第二金属极板132是由印刷电路板的第二金属层30经过处理得到。第一金属极板132电性连接第一分压模块11，第二金属极板131电性连接微处理器20。在该过零检测电路10接入交流电源时，第一金属极板132和第二金属极板131耦合到的两端电压值就是输出给微处理器20的过零信号。请结合图3，在一个实施例中，印刷电路板包括第一金属层50、绝缘介质层40和第二金属层30，第一金属极板132和第二金属极板131分别是在制作印刷电路板的过程中通过刻蚀形成的，在一个实施例中，淀积形成第一金属层50后，通过腐蚀液腐蚀第一金属层50后形成与周围的第一金属层50断开的第一金属极板132，然后淀积形成绝缘介质层40，再次淀积形成第二金属层30，通过腐蚀液腐蚀第二金属层30后形成与周围的第二金属层30断开的第二金属极板131。第一金属极板132、第二金属极板131和绝缘介质层40就是图2中过零检测电路10中的寄生感应电容EC1。这样在制作印刷电路板的时候就可以制成寄生感应电容EC1，用于在过零检测电路中发送过零信号，不需要额外的增加发送过零信号的光耦器件，并且制作简单，制成的寄生感应电容EC1体积小、成本低廉，安全性高、对附属器件的要求低。

在其中一个实施例中，以交流电源是正弦波的市电为例。在市电正半周期内，寄生感应电容EC1正向充电，当市电电压持续上升过程中，寄生感应电容EC1处于充电状态，寄生感应电容EC1耦合后的两端电压也持续上升，因为寄生感应电容EC1的电容量是一定的，电压达到一定程度后寄生感应电容EC1电量充满，寄生感应电容EC1两端电压维持在恒定电压。当市电电压开始下降的过程中，寄生感应电容EC1两端的电压首先维持在恒定电压一段时间，当市电电压下降至低于寄生感应电容EC1能维持的恒定电压时，寄生感应电容EC1开始处于放电状态，寄生感应电容EC1耦合后的两端电压持续下降，直至下降为零。

当市电在负半周期内，市电电压方向相反，寄生感应电容EC1相对于市电正半周期会进行反向充电和放电，充电和放电原理与市电正半周期一样，在此不在赘述。

市电正半周期和市电负半周期内，寄生感应电容EC1两端耦合到的电压值就是微处理器20接收的过零信号。微处理器20根据该过零信号控制后级功能系统动作。

请参阅图1，在一个实施例中，还包括第二分压模块12、第二感应耦合模块14和第二保护模块16。第二分压模块12一端连接交流电源的零线，另一端连接第二感应耦合模块14，第二保护模块16串联于第二感应耦合模块14和微处理器20之间。第二分压模块12用于对交流电源的电压进行降压，第二感应耦合模块14用于将交流电源和微处理器20进行隔离，并根据交流电源通过充电耦合或放电耦合的方式输出过零信号。第二保护模块16用于保护微处理器20免受脉冲高压的干扰。此种在交流电源的零线上也设置第二分压模块12、第二感应耦合模块14和第二保护模块16是为了防止实际使用中，用户将电源的火线和零线反接，从而造成该过零检测电路无法输出过零信号。

正常情况下，第一感应耦合模块13和第二感应耦合模块14仅有一个参与耦合从而输出过零信号，以市电220V为例，只有火线上的电压有效值是220V，而零线与地线相同为0V，零线是无法耦合到过零信号的。然而对于实际使用中火线和零线是不分极性的，可以任意方向接入，所以不确定实际使用火线和零线的接入情况如何，通过火线和零线上的两路耦合，保证一定有过零信号输出。

请继续参阅图2和图3，在一个实施例中，第二分压模块12包括电阻R2。

在一个实施例中，第二感应耦合模块14包括感应电容EC2，感应电容EC2设于印刷电路板上。

在一个实施例中，寄生感应电容EC2包括第三金属极板142、第四金属极板141和绝缘介质层40，绝缘介质层40设于第三金属极板142上，第四金属极板141设于绝缘介质层40上。第三金属极板142是由印刷电路板的第一金属层50经过处理得到，第四金属极板141是由印刷电路板的第二金属层30经过处理得到。在一个实施例中，印刷电路板包括第一金属层50、绝缘介质层40和第二金属层30，第三金属极板142和第四金属极板141分别是在制作印刷电路板的过程中通过刻蚀形成的。在一个实施例中，淀积形成第一金属层50后，通过腐蚀液腐蚀第一金属层50后形成与周围的第一金属层50断开的第三金属极板142，然后淀积形成绝缘介质层40，再次淀积形成第二金属层30，通过腐蚀液腐蚀第二金属层30后形成与周围的第二金属层30断开的第四金属极板141。第三金属极板142、第四金属极板141和绝缘介质层40就是图2中过零检测电路10中的寄生感应电容EC2。

在一个实施例中，第二保护模块16包括电阻R4和电容C2，电阻R2连接第三金属极板142，电阻R4一端连接第四金属极板141，另一端分别连接电容C2和微处理器20，电容C2串联于电阻R4和地之间。

在一个实施例中，第一金属层50和第二金属层30都为铜金属层。

在一个实施例中，第一金属极板132、第二金属极板131、第三金属极板142和第四金属极板都为铜金属极板，绝缘介质层40可以是本领域熟知的可以实现绝缘的介质。

请继续参阅图1、图2和图3，图3是一实施例中印刷电路板纵剖的结构示意图。在一个实施例中，印刷电路板包括3层，从下往上依次是第一金属层50、绝缘介质层40和第二金属层30，第一金属极板132和第二金属极板131分别是在制作印刷电路板的过程中分别通过刻蚀第一金属层50和第二金属层30形成的，在一个实施例中，淀积形成第一金属层50后，通过腐蚀液腐蚀第一金属层50后形成与周围的第一金属层50断开的第一金属极板132，然后淀积形成绝缘介质层40，再次淀积形成第二金属层30，通过腐蚀液腐蚀第二金属层30后形成与周围的第二金属层30断开的第二金属极板131。第一金属极板132、第二金属极板131和绝缘介质层40就是图2中过零检测电路10中的寄生感应电容EC1。

在一个实施例中，如图3中所示，该印刷电路板包括7层，从下往上依次是第三金属层90、第三绝缘介质层80、第一金属层50、绝缘介质层40、第二金属层30、第四绝缘介质层70和第四金属层60，第一金属极板132和第二金属极板131分别位于第一金属层50和第二金属层30。第三金属极板142和第一金属极板132位于相同的第一金属层50，第四金属极板141和第二金属极板131位于相同的第二金属层30。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种过零检测电路，用于输出过零信号给微处理器，其特征在于，包括第一分压模块和第一感应耦合模块；

所述第一分压模块连接交流电源的火线，用于对所述交流电源的电压进行降压；

所述第一感应耦合模块一端连接所述第一分压模块，另一端连接所述微处理器，用于将所述交流电源和所述微处理器进行隔离，并根据所述交流电源通过充电耦合或放电耦合的方式输出所述过零信号。

2.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述第一分压模块降压得到的交流信号与降压前的交流信号频率相同。

3.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，还包括第一保护模块，所述第一保护模块一端连接所述第一感应耦合模块，另一端连接所述微处理器，用于保护所述微处理器免受脉冲高压的干扰。

4.根据权利要求3所述的过零检测电路，其特征在于，所述第一保护模块包括电阻R3和电容C1，所述电阻R3一端连接所述第一感应耦合模块，另一端分别连接所述电容C1和所述微处理器，所述电容C1串联于所述电阻R3和地之间。

5.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述第一感应耦合模块包括感应电容EC1，所述感应电容EC1设于印刷电路板上；所述第一分压模块包括电阻R1。

6.根据权利要求5所述的过零检测电路，其特征在于，所述感应电容EC1包括第一金属极板、第二金属极板和绝缘介质层，所述绝缘介质层设于所述第一金属极板上，所述第二金属极板设于所述绝缘介质层上，所述第一金属极板是由所述印刷电路板的第一金属层经过处理得到，所述第二金属极板是由所述印刷电路板的第二金属层经过处理得到。

7.根据权利要求6所述的过零检测电路，其特征在于，所述第一金属极板和第二金属极板都为铜金属极板。

8.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，还包括第二分压模块、第二感应耦合模块和第二保护模块，所述第二分压模块一端连接所述交流电源的零线，另一端连接所述第二感应耦合模块，所述第二保护模块串联于所述第二感应耦合模块和所述微处理器之间，所述第二分压模块用于对所述交流电源的电压进行降压，所述第二感应耦合模块用于将所述交流电源和所述微处理器进行隔离，并根据所述交流电源通过充电耦合或放电耦合的方式输出所述过零信号，所述第二保护模块用于保护所述微处理器免受脉冲高压的干扰。

9.根据权利要求8所述的过零检测电路，其特征在于，所述第二分压模块包括电阻R2，所述第二感应耦合模块包括感应电容EC2，所述感应电容EC2设于印刷电路板上，所述第二保护模块包括电阻R4和电容C2，所述电阻R4一端连接所述感应电容EC2，另一端分别连接所述电容C2和所述微处理器，所述电容C2串联于所述电阻R4和地之间。

10.根据权利要求9所述的过零检测电路，其特征在于，所述感应电容EC2包括第三金属极板、第四金属极板和绝缘介质层，所述绝缘介质层设于所述第三金属极板上，所述第四金属极板设于所述绝缘介质层上，所述第三金属极板是由所述印刷电路板的第一金属层经过处理得到，所述第四金属极板是由所述印刷电路板的第二金属层经过处理得到。