CN112748279A - 过零检测装置及方法、单火线开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于单火线开关的过零检测装置及方法、单火线开关以及存储介质和处理器，其中单火线开关包括开关元件，开关元件具有连接至电源的第一端和连接至负载的第二端，过零检测装置包括：采样模块，被配置为采样开关元件的第一端的第一信号和开关元件的第二端的第二信号；比较模块，被配置为将第一信号和第二信号的偏差与预定阈值比较；以及计算模块，被配置为根据比较模块的比较结果和预定阈值，计算电源的过零点。

Description

过零检测装置及方法、单火线开关
技术领域
本发明涉及一种用于单火线开关的过零检测装置、检测用于单火线开关的电源的过零点的方法、单火线开关以及存储介质和处理器。
背景技术
随着科技的发展和生活水平的提高，消费者对家居的使用提出了新的要求。例如，对于具有照明功能的电器而言，消费者不仅要求能方便的控制照明装置的照明时间和亮度，还要求该照明装置能够与家居的其他系统合作，满足消费者在不同生活情境下对照明场景的要求。消费者需要智能的开关控制系统，提升生活品质并希望确保生活的便利性和舒适性。
就此而言，传统的开关具有明显的缺陷，其并不具有遥控功能，而且也无法满足消费者对不同场景的照明需求。与此相比，电子开关有着广阔的应用前景，一方面由于电子开关的安装和替代都很方便和简单，电子开关可被用于直接替代传统家居中非常普及的传统墙壁开关；另一方面电子开关还可被用于方便地实现遥控或者智能控制，例如智能家居中的ZigBee智能开关具有无线遥控、触摸感应等功能。例如，电子开关可被用于动态地调节照明装置的照明强度。在调节输出至照明装置的功率时，需要检测电源的过零点，以提供用以实现切相调光的准确的导通角。然而，在现有技术中，由于用于调节照明装置的照明强度的单火线调光器与电源和负载串联，在调光器上无法检测到完整的交流信号，因此很难找到过零点。
发明内容
本发明提供了一种用于单火线开关的过零检测装置，其中，单火线开关包括开关元件，开关元件具有连接至电源的第一端和连接至负载的第二端，其中，过零检测装置包括：采样模块，被配置为采样开关元件的第一端的第一信号和开关元件的第二端的第二信号；比较模块，被配置为将第一信号和第二信号的偏差与预定阈值比较；以及计算模块，被配置为根据比较模块的比较结果和预定阈值，计算电源的过零点。根据本发明的过零检测装置使用少量的部件，能够适用于不同类型的负载(例如，LED等)，提供准确的过零点，但不会受到交流电频率的影响。而且，在无法获得完整的交流电压信号的情况下，该过零检测装置能够发现电源信号的过零点，从而为负载的功率调节装置提供准确的调节依据。
根据本发明的过零检测装置的优选实施例，比较模块还被配置为当偏差超过预定阈值时，向计算模块发送触发信号，并且计算模块还被配置为根据触发信号的时间和触发信号相对于过零点的时间延迟，计算过零点。在已获取开关单元两端的第一信号和第二信号的情况下，其中一个信号被作为参考信号，进而根据预定阈值推算出电源信号的过零点。
根据本发明的过零检测装置的优选实施例，计算模块还被配置为根据电源的频率和预定阈值，计算时间延迟。计算模块能够计算得出在每个半交流周期内电源信号改变超过预定阈值的时间，该时间可被考虑为相对于过零点的时间延迟。
根据本发明的过零检测装置的优选实施例，计算模块还被配置为根据至少两个相邻的触发信号之间的间隔，计算电源的频率。在电源信号频率未知的情况下，可通过检测多个信号周期中的触发信号之间的间隔，计算出电源的频率。
根据本发明的过零检测装置的优选实施例，计算模块还被配置为将电源的频率设定为默认值。在计算过程中，可根据过零检测装置所处地理区域的用电规定，将电源信号的频率设定为默认的50Hz或者60Hz。
根据本发明的过零检测装置的优选实施例，比较模块包括运算放大器，用于比较第一信号和第二信号的偏差与预定阈值。预算放大器在检测到偏差超过预定阈值时，会在输出端发送指示信号，以指示偏差在何时超过预定阈值。
根据本发明的过零检测装置的优选实施例，第一信号和第二信号是电压信号。通过检测电压信号，可方便地检测交流电源的交流电压信号的过零点。
根据本发明的过零检测装置的优选实施例，计算模块还被配置为具有无线通信功能。由此，能够以无线的方式控制计算模块，或者计算模块以无线的方式提供关于过零检测或者切相调光的信息。
本发明还提供一种单火线开关，被布置在电源与负载之间，其中，单火线开关包括：如以上所描述的过零检测装置；以及开关元件，与过零检测装置连接，其中，开关元件被配置为根据由过零检测装置提供的过零点，调节由电源向负载提供的功率。根据本发明的单火线开关能够在无法获取完整的交流电压信号的情况下，根据准确的过零点提供对负载的准确功率调节。
根据本发明的单火线开关的优选实施例，其中单火线开关还包括：电源变换器，被配置为将来自电源的电压转换成提供至过零检测装置的计算模块的供电电压。电源变换器可向过零检测装置提供经转换的所需电能。
根据本发明的单火线开关的优选实施例，开关元件是双向晶闸管。双向晶闸管也被称为TRIAC调光器，用作交流的开关器件，实现交流调压、灯光调光等功能。
本发明还提供一种检测用于单火线开关的电源的过零点的方法，其中，单火线开关包括开关元件，开关元件具有连接至电源的第一端和连接至负载的第二端，其中，该方法包括：采样开关元件的第一端的第一信号和开关元件的第二端的第二信号；将第一信号和第二信号的偏差与预定阈值比较；以及根据比较结果和预定阈值，计算电源的过零点。在无法获得完整的交流电压信号的情况下，本发明的方法能够发现电源信号的过零点，从而为负载的功率调节装置提供准确的调节依据。
根据本发明的方法的优选实施例，将第一信号和第二信号的偏差与预定阈值比较包括：当偏差超过预定阈值时，发送触发信号；并且计算电源的过零点包括：根据触发信号的时间和触发信号相对于过零点的时间延迟，计算过零点。在已获取开关元件两端的第一信号和第二信号的情况下，其中一个信号被作为参考信号，进而根据预定阈值推算出电源的过零点。
根据本发明的方法的优选实施例，计算电源的过零点还包括：根据电源的频率和预定阈值，计算时间延迟。从而，该方法能够计算得出在每个半交流周期内，电源信号改变超过预定阈值的时间，该时间可被考虑为相对于过零点的时间延迟。
根据本发明的方法的优选实施例，计算电源的过零点还包括：根据至少两个相邻的触发信号之间的间隔，计算电源的频率。在电源信号频率未知的情况下，本发明的方法通过检测多个信号周期中的触发信号之间的间隔，计算出电源的频率。
根据本发明的方法的优选实施例，计算电源的过零点还包括：将电源的频率设定为默认值。在计算过程中，本发明的方法可根据方法实施的地理区域的用电规定，将电源的频率设定为默认的50Hz或者60Hz。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了存储介质，该存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行根据以上所描述的方法。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行根据以上所描述的方法。
附图说明
附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：
图1示出根据本发明的实施方式的过零检测装置的结构框图。
图2示出包括根据本发明的实施方式的过零检测装置的单火线开关的结构示意图。
图3示出根据本发明的实施方式的过零检测装置的电路示意图，其中示出采样模块和比较模块。
图4示出根据本发明的实施方式的检测用于单火线开关的电源的过零点的方法的流程示意图。
图5示出根据本发明的示例性实施方式的检测用于单火线开关的电源的过零点的方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案，下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他方案，都应当属于本发明的保护范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1示出根据本发明的实施方式的过零检测装置10的结构框图。在图1示出的实施方式中，过零检测装置10包括：采样模块11，被配置为采样单火线开关所包括的开关元件的第一端的第一信号和开关元件的第二端的第二信号；比较模块13，被配置为将第一信号和第二信号的偏差与预定阈值比较；以及计算模块15，被配置为根据比较模块13的比较结果和预定阈值，计算电源的过零点。
图2包括根据本发明的实施方式的过零检测装置的单火线开关100的结构示意图。在图2示出的实施方式中，单火线开关100以串联的方式连接在电源火线的输入端Lin与负载40之间，而且负载40连接在火线输出端Lout与零线Nin之间。在该实施方式中，负载40被实施为照明装置。在其它未示出的实施方式中，负载40可被实施为其它电气设备。单火线开关100包括如图1所示出的包括采样模块11、比较模块13和计算模块15的过零检测装置10。例如，计算模块15具有储存介质，其储存了用以计算过零点所需的预定阈值以及其它默认值。此外，单火线开关100还包括例如实施为双向晶闸管TRIAC的开关元件20，其连接至计算模块15的输出端；以及电源变换器30，其被配置为将来自电源的电压转换成提供至过零检测装置的计算模块15的供电电压。如图2所示，过零检测装置的采样模块11和比较模块13以并联的方式连接在开关元件20的两端。在该实施方式中，过零检测装置的计算模块15可被实施为具有无线通信功能的无线控制器，其中该无线控制器可例如被实施为微控制器MCU或者类似的控制单元。开关元件20根据计算模块15提供的过零点对电源交流电压进行切相处理，用以调节输出至负载40的功率。在负载40被实施为照明装置的情况下，开关元件20可根据过零点对照明负载进行准确的切相调光。
图3示出根据本发明的实施方式的过零检测装置的电路示意图，其中示出采样模块和比较模块。过零检测装置的比较模块包括以三角形器件表示的运算放大器，其被用于比较单火线开关的开关元件两端的第一信号和第二信号的偏差与预定阈值，并根据比较结果输出表示相对于过零点的时间延迟。在运算放大器与火线输入端Lin和火线输出端Lout之间的电子器件的布置构成了过零检测装置的采样模块。火线输入端Lin的电压经由第一电阻器R1和第二电阻器R2的分压输入到运算放大器的1号引脚。火线输出端Lout连接至运算放大器的2号引脚与接地之间的节点。火线输入端Lin经由第一二极管D1和第二二极管D2连接至火线输出段Lout与2号引脚之间的节点。火线输入端Lin经由第三二极管D3和第二电容器C2的并联连接至2号引脚与接地之间的节点。而且，火线输入端Lin经由第一电容器C1和第二电阻器R2的并联连接至运算放大器的4号引脚。电源端VDD经由第四电阻器R4连接至运算放大器的3号引脚，而且该电源端分别经由并联的第三电阻器R3和第五电容器C5连接至2号引脚与接地之间的节点。另一电源端VDD连接至运算放大器的5号引脚，而且该另一电源端VDD经由并联的第三和第四电容器C3和C4连接至第五电容器C5。运算放大器的4号引脚经由第五电阻器R5输出比较结果，即开关元件第一端的信号和第二端的信号的偏差超过预定阈值时的触发信号。该另一电源端VDD经由电阻器R6连接至第五电阻器R5。
图4示出根据本发明的实施方式的检测用于单火线开关的电源的过零点的方法的流程示意图。在该实施方式中，单火线开关包括开关元件，并且根据本发明实施方式的检测方法包括：
步骤S101，采样开关元件的第一端的第一信号和开关元件的第二端的第二信号，其中采样的信号皆为电压信号；
步骤S103，将第一信号和第二信号的偏差与预定阈值比较，其中第一和第二信号中的其中一个被用作为参考信号，而且比较的结果代表了在每个半个交流周期内，电源信号改变超过预定阈值的时间；
步骤S105，根据比较结果和预定阈值，计算电源的过零点。
图5示出根据本发明的示例性实施方式的检测用于单火线开关的电源的过零点的方法的流程示意图。在该示例性的实施方式中，单火线开关包括开关元件，并且检测方法包括：
步骤S201，采样开关元件的第一端的第一信号和开关元件的第二端的第二信号；
步骤S203，当采样的第一信号和采样的第二信号的偏差超过预定阈值时，发送触发信号；
步骤S205，根据至少两个相邻的触发信号之间的间隔，计算电源的频率，或者根据实施方法的地理区域，将电源的频率设定为默认值，例如50Hz或者60Hz；
步骤S207，根据电源的频率和预定阈值，计算触发信号相对于过零点的时间延迟，其中，根据以下公式计算时间延迟Δt：
Figure BDA0002255567180000081
其中，a表示预先确定的电压阈值，A表示交流电压的峰值(设置为固定默认值，例如，120V)，以及f表示电源电压信号的频率；
步骤S209，根据触发信号的时间和触发信号相对于过零点的时间延迟，计算电源的过零点，其中，过零点t被计算为：t＝t触发-Δt，其中，t触发表示触发信号的时间，Δt表示在步骤S207中计算出的时间延迟。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种用于单火线开关的过零检测装置，其中，所述单火线开关包括开关元件，所述开关元件具有连接至电源的第一端和连接至负载的第二端，其特征在于，所述过零检测装置(10)包括：
采样模块(11)，被配置为采样所述开关元件的所述第一端的第一信号和所述开关元件的所述第二端的第二信号；
比较模块(13)，被配置为将所述第一信号和所述第二信号的偏差与预定阈值比较；以及
计算模块(15)，被配置为根据所述比较模块(13)的比较结果和所述预定阈值，计算所述电源的过零点。
2.根据权利要求1所述的过零检测装置，其特征在于，
所述比较模块(13)还被配置为当所述偏差超过所述预定阈值时，向所述计算模块(15)发送触发信号，并且
所述计算模块(15)还被配置为根据所述触发信号的时间和所述触发信号相对于所述过零点的时间延迟，计算所述过零点。
3.根据权利要求2所述的过零检测装置，其特征在于，所述计算模块(15)还被配置为根据所述电源的频率和所述预定阈值，计算所述时间延迟。
4.根据权利要求3所述的过零检测装置，其特征在于，所述计算模块(15)还被配置为根据至少两个相邻的所述触发信号之间的间隔，计算所述电源的频率。
5.根据权利要求3所述的过零检测装置，其特征在于，所述计算模块(15)还被配置为将所述电源的频率设定为默认值。
6.根据权利要求1所述的过零检测装置，其特征在于，所述比较模块(13)包括运算放大器，用于比较所述第一信号和所述第二信号的偏差与所述预定阈值。
7.根据权利要求1所述的过零检测装置，其特征在于，所述第一信号和所述第二信号是电压信号。
8.根据权利要求1所述的过零检测装置，其特征在于，所述计算模块(15)还被配置为具有无线通信功能。
9.一种单火线开关，被布置在电源与负载之间，其特征在于，所述单火线开关(100)包括：
根据权利要求1至8中任一项所述的过零检测装置(10)；以及
开关元件(20)，与所述过零检测装置(10)连接，其中，所述开关元件(20)被配置为根据由所述过零检测装置(10)提供的所述过零点，调节由所述电源向所述负载提供的功率。
10.根据权利要求9所述的单火线开关，其特征在于，所述单火线开关(100)还包括：
电源变换器(30)，被配置为将来自所述电源的电压转换成提供至所述过零检测装置的所述计算模块(15)的供电电压。
11.根据权利要求9所述的单火线开关，其特征在于，所述开关元件(20)是双向晶闸管。
12.一种检测用于单火线开关的电源的过零点的方法，其中，所述单火线开关包括开关元件，所述开关元件具有连接至电源的第一端和连接至负载的第二端，其特征在于，所述方法包括：
采样所述开关元件的所述第一端的第一信号和所述开关元件的所述第二端的第二信号；
将所述第一信号和所述第二信号的偏差与预定阈值比较；以及
根据比较结果和所述预定阈值，计算所述电源的过零点。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
将所述第一信号和所述第二信号的偏差与所述预定阈值比较包括：当所述偏差超过所述预定阈值时，发送触发信号；并且
计算所述电源的所述过零点包括：根据所述触发信号的时间和所述触发信号相对于所述过零点的时间延迟，计算所述过零点。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，计算所述电源的过零点还包括：根据所述电源的频率和所述预定阈值，计算所述时间延迟。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，计算所述电源的过零点还包括：根据至少两个相邻的所述触发信号之间的间隔，计算所述电源的频率。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，计算所述电源的过零点还包括：将所述电源的频率设定为默认值。
17.存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行根据权利要求12至16中任一项所述的方法。
18.处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行根据权利要求12至16中任一项所述的方法。
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