CN109917177A - 一种抗干扰的过零检测电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及检测电路，尤其涉及一种抗干扰的过零检测电路及检测方法。包括电阻分压电路、二极管钳位电路、电压比较器、反馈电路和输出上拉电路；所述电阻分压电路输入端与输入信号相连，所述电阻分压电路的输出端与二极管钳位电路相连，所述二极管钳位电路输出端接入电压比较器反相输入端，所述电压比较器输出端连接反馈电路输入端，所述反馈电路输出端接入比较器同相输入端，所述电压比较器输出端与输出上拉电路相连。能够准确检测出输入市电过零点，达到控制晶闸管导通角或导通时间的目的，抗干扰能力强，控制角度精准。

Description

一种抗干扰的过零检测电路及检测方法

技术领域

本发明涉及检测电路，尤其涉及一种抗干扰的过零检测电路及检测方法。

背景技术

目前交流信号过零检测电路主要有光耦隔离和高精度电压比较器过零检测电路，光耦隔离过零检测电路无法准确区分零点相位；高精度电压比较器过零电路的输出信号易发生抖动，导致过零信号误判断及晶闸管误动作。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种抗干扰的过零检测电路及检测方法，解决光耦隔离过零检测电路无法准确识别相位和高精度电压比较器过零检测电路抗干扰能力差的问题。

本发明是采取以下技术方案实现的：

一种抗干扰过零检测电路，包括电阻分压电路、二极管钳位电路、电压比较器、反馈电路和输出上拉电路；所述电阻分压电路输入端与输入信号相连，所述电阻分压电路的输出端与二极管钳位电路相连，所述二极管钳位电路输出端接入电压比较器反相输入端，所述电压比较器输出端连接反馈电路输入端，所述反馈电路输出端接入比较器同相输入端，所述电压比较器输出端与输出上拉电路相连；

所述电阻分压电路用于保护后续电路；

所述二极管钳位电路用于限制电压比较器反相输入端信号电压幅值大小。

所述电阻分压电路包括第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端与输入交流信号相连接，第一电阻的另一端分别与所述二极管钳位电路的输入端以及第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端接地。

所述二极管钳位电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极与第二电阻的一端连接，所述第一二极管的阴极接地；所述第二二极管的阳极接地，所述第二二极管的阴极分别与第一二极管的阳极以及电压比较器的反相输入端相连。

所述上拉电路具有第五电阻，所述第五电阻的一端与电压比较器的输出端相连，第五电阻的另一端与+5V电源相连。

所述电压比较器采用双电压比较器LM393D的一个单元，所述电压比较器的第8引脚与+5V电源相连，所述电压比较器的第4引脚接地，所述电压比较器的同相输入端分别与所述反馈电路的输入端以及第五电阻的一端相连；所述第五电阻的另一端接地，所述电压比较器的输出端分别与反馈电路以及输出上拉电路相连。

所述反馈电路由第三二极管和第四电阻组成，所述第三二极管的阳极与所述电压比较器的输出端相连，所述第三二极管的阴极与第四电阻相连，所述第四电阻的另一端与电压比较器的同相输入端相连。

工作原理：

本发明抗干扰的过零检测电路使用时，输出端与微控制器芯片相连接。当电压比较器输出高电平时，第三二极管与反馈电路导通，本过零检测电路为滞回比较电路；当电压比较器输出低电平时，第三二极管以及反馈电路未导通，本过零检测电路为单限比较电路，可快速判断输入零点时刻，所述过零检测电路灵活的电路结构使综合了单限比较器反应快和滞回比较器抗干扰的特点。

在输入信号由正半周向负半周转换过程中，当输入信号处于正半周时，电压比较器反相输入电压大于同相输入电压，电压比较器输出低电平信号，第三二极管未导通，电压比较器同相输入端电压为零；当输入信号处于负半周时，电压比较器反相输入端电压小于同相输入电压，电压比较器输出高电平信号，因此在输入信号零点时刻产生上升沿信号，微控制器芯片接收该信号，可以快速、准确判断输入信号相位。

当输入信号处于负半周转换时，电压比较器输出高电平信号，第三二极管导通与第四电阻构成正反馈电路，此时第三二极管、第四电阻和第三电阻构成分压电路，抬升同相输入端电压值，使同相输入端电压高于0V，若输入信号产生细微抖动，仍保持输出高电平信号，具有良好的抗干扰能力。

一种抗干扰的过零检测电路的检测方法，包括以下步骤：

1）将市电接入电阻分压电路，输出幅值较小的正弦波形给二极管钳位电路；

2）通过二极管钳位电路将交流正弦波信号限定在一定电平值之内，使原信号剩余部分波形形状保持不变输出到电压比较器同相输入端；

3）在输入信号由正半周向负半周转换过程中，当信号处于正半周时，电压比较器的反相输入端电压值大于同相比较电压值，电压比较器输出信号为低电平；当信号处于负半周时，电压比较器的反相输入端电压值小于同相比较电压值，电压比较器输出信号为低高电平，在零点时刻产生上升沿信号，此时微控芯片通过接受判断上升沿信号，确定输入信号相位及零点时刻。

本发明检测电路能够准确检测出市电电过零点，进而达到控制晶闸管导通角或导通时间的目的，抗干扰能力强，控制角度精准。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明检测电路的电路原理图；

图2是本发明检测电路中电压比较器反相输入波形和输出波形图；

图3是本发明检测电路的检测方法流程图。

图中：R1、第一电阻，R2、第二电阻，R3、第三电阻，R4、第四电阻，R5、第五电阻，D1、第一二极管，D2、第二二极管，D3、第三二极管，U1A、电压比较器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例对本发明做详细说明。

参照附图1~3，一种抗干扰的过零检测电路，包括电阻分压电路、二极管钳位电路、反馈电路和输出上拉电路，其中所述电阻分压电路输入端与输入信号相连，所述电阻分压电路输出端连接二极管钳位电路输入端，所述二极管钳位电路输出端接连接电压比较器反相输入端，所述电压比较器输出端连接反馈电路输入端，所述反馈电路输出端接入电压比较器同相输入端，所述电压比较器的输出端与输出上拉电路相连。

所述电阻分压电路包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1一端与输入交流信号相连接，所述第一电阻R1的另一端分别连接所述二极管钳位电路输入端、第二电阻R2，所述第二电阻R2的另一端接地。

所述二极管钳位电路包括第一二极管D1和第二二极管D2，所述第一二极管D1的阳极与第二电阻R2一端连接，所述第一二极管D1的阴极接地，所述第二二极管D2的阳极接地，所述第二二极管D2的阴极分别连接第一二极管D1的阳极，以及电压比较器U1A的反相输入端（第3引脚）。

所述电压比较器U1A是双电压比较器LM393D一个单元，所述电压比较器U1A的第8引脚接入+5V电源，所述电压比较器U1A的第4引脚接地，所述电压比较器U1A的同相输入端与分别与所述反馈电路输入端以及第五电阻R5的一端相连，所述第五电阻R5的另一端接地，所述电压比较器U1A的输出端（第1引脚）分别与反馈电路以及输出上拉电路相连。

所述反馈电路由第三二极管D3和第四电阻R4组成，所述第三二极管D3阳极与所述电压比较器U1A输出端相连，所述第三二极管D3的阴极与第四电阻R4相连，所述第四电阻R4另一端与所述电压比较器U1A的同相输入端相连。

使用时，所述+5V电源为三端稳压集成电路芯片LM7805的输出端，过零检测电路输出端接至微控制器芯片。

反馈电路只有在第三二极管D3导通状态，即电压比较器输出信号为高电平，所述反馈电路与电压比较器组成滞回比较电路；若电压比较器输出信号是低电平信号，第三二极管未导通，所述反馈电路与电压比较器组成单限比较电路。

在输入信号由正半周向负半周转换过程中，当输入信号处于正半周时，电压比较器反相输入电压大于同相输入电压，电压比较器输出低电平信号，第三二极管D3未导通，同相输入电压为零；当输入信号处于负半周时，电压比较器反相输入端电压小于同相输入电压，电压比较器输出高电平信号，输出信号电平由低到高跳变过程中产生上升沿信号，微控制器芯片接收该信号准确判断信号相位，可以快速、准确判断输入信号相位。

当输入信号处于负半周时，电压比较器输出高电平信号过零比较电路第三二极管D3导通与第四电阻R4构成正反馈电路，此时第三二极管D3、第四电阻R4和第三电阻R3组成分压电路，抬升同相输入端电压值，若输入信号产生细微抖动，仍输出高电平信号，具有良好的抗干扰性能。

一种抗干扰的过零检测方法，包括以下步骤：

S1、将50Hz市电Vin接入电阻分压电路，输出50Hz幅值较小的正弦波形给二极管钳位电路。

S2、通过二极管钳位电路得到幅值限定在±0.7V、50Hz波形输入到电压比较器反相输入端，反相输入端波形如图2中直线段组成的波形图所示。

S3、在输入信号由负半周向正半周转换过程中，当输入信号处于负半周时，电压比较器反相输入电压小于同相输入电压，电压比较器输出高电平信号，第三二极管D3导通，此时第三二极管D3、第四电阻R4组成电压比较器反馈电路，并和第三电阻R3组成分压电路，抬升同相输入端电压值，当反相输入端信号电压值由零变正瞬间，比较器输出信号仍为高电平，不会马上产生下降沿信号，只有当反相输入端电压高于同相输入端参考电压值，比较器输出信号才会变为低电平并产生下降沿信号，如图2所示；下降沿时刻滞后于交流信号零点时刻，该下降沿信号不能用于确定输入信号相位及零点时刻。

S4、在输入信号由正半周向负半周转换过程中，当输入信号处于正半周时，电压比较器反相输入电压大于同相输入电压，电压比较器输出低电平信号，此时第三二极管D3未导通，电压比较器同相输入端电压为零；当输入信号处于负半周时，电压比较器反相输入端电压小于同相输入电压，电压比较器立刻输出高电平信号并产生上升沿信号，上升沿时刻与信号零点时刻完全重合，如图2中所示，上升沿信号可准确确定输入信号相位及零点时刻。

本发明一种抗干扰的过零检测电路，可以通过上升沿信号检测出电压交流信号零点时刻，进而达到控制晶闸管的导通角或导通时间的目的，电路抗干扰能力强，控制角度精准。

本发明一种抗干扰的过零检测电路及检测方法，适用于市电及一般交流信号的频率、相位测量及其扩展应用。

以上内容仅作为本专利一个应用实例的具体描述，不具有局限性，相关领域的技术人员仍可以对本发明做修改或替换，已达到相同的技术目的；只要满足相同效果，仍属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种抗干扰过零检测电路，其特征在于：包括电阻分压电路、二极管钳位电路、电压比较器、反馈电路和输出上拉电路；所述电阻分压电路输入端与输入信号相连，所述电阻分压电路的输出端与二极管钳位电路相连，所述二极管钳位电路输出端接入电压比较器反相输入端，所述电压比较器输出端连接反馈电路输入端，所述反馈电路输出端接入比较器同相输入端，所述电压比较器输出端与输出上拉电路相连；

所述电阻分压电路用于保护后续电路；

所述二极管钳位电路用于限制电压比较器反相输入端信号电压幅值大小。

2.根据权利要求1所述的一种抗干扰过零检测电路，其特征在于：所述电阻分压电路包括第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端与输入交流信号相连接，第一电阻的另一端分别与所述二极管钳位电路的输入端以及第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的一种抗干扰过零检测电路，其特征在于：所述二极管钳位电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极与第二电阻的一端连接，所述第一二极管的阴极接地；所述第二二极管的阳极接地，所述第二二极管的阴极分别与第一二极管的阳极以及电压比较器的反相输入端相连。

4.根据权利要求1或2所述的一种抗干扰过零检测电路，其特征在于：所述上拉电路具有第五电阻，所述第五电阻的一端与电压比较器的输出端相连，第五电阻的另一端与+5V电源相连。

5. 根据权利要求4所述的一种抗干扰过零检测电路，其特征在于： 所述电压比较器采用双电压比较器LM393D的一个单元，所述电压比较器的第8引脚与+5V电源相连，所述电压比较器的第4引脚接地，所述电压比较器的同相输入端分别与所述反馈电路的输入端以及第五电阻的一端相连；所述第五电阻的另一端接地，所述电压比较器的输出端分别与反馈电路以及输出上拉电路相连。

6.根据权利要求1或2所述的一种抗干扰过零检测电路，其特征在于：所述反馈电路由第三二极管和第四电阻组成，所述第三二极管的阳极与所述电压比较器的输出端相连，所述第三二极管的阴极与第四电阻相连，所述第四电阻的另一端与电压比较器的同相输入端相连。

7.权利要求1或2所述的抗干扰的过零检测电路的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将市电接入电阻分压电路，输出幅值较小的正弦波形给二极管钳位电路；

2）通过二极管钳位电路将交流正弦波信号限定在一定电平值之内，使原信号剩余部分波形形状保持不变输出到电压比较器同相输入端；

3）在输入信号由正半周向负半周转换过程中，当信号处于正半周时，电压比较器的反相输入端电压值大于同相比较电压值，电压比较器输出信号为低电平；当信号处于负半周时，电压比较器的反相输入端电压值小于同相比较电压值，电压比较器输出信号为低高电平，在零点时刻产生上升沿信号，此时微控芯片通过接受判断上升沿信号，确定输入信号相位及零点时刻。