CN114113759A - 一种过零检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种过零检测电路，包括：过零判断模块，具有第一端及第二端，第一端连接电源，第二端接地；光电耦合器，连接过零判断模块；光耦驱动模块，连接光电耦合器；储能电容，储能电容用于为光电耦合器和光耦驱动模块提供激发电能。本申请的技术方案降低了电路中的光电耦合器的导通区间，不仅减少了电路平均耗电，延长电路组件的使用年限，而且过零检测的精准度较高。

Description

一种过零检测电路

技术领域

本申请涉及电路技术领域，具体涉及一种过零检测电路。

背景技术

过零检测电路常用于交流电，系统在输入的信号从正半周转变为负半周经过零位的时候提供的检测。由于载波数据传输对同步性的要求较高，因此对过零检测的精确度也有较高需求。

在当前市面上的常见过零检测电路中，光耦的导通受与之相连接的开关控制单元的操作电流控制，常需要较大电容值的储能电容，不仅耗费较多时间，而且电路的功耗较大。

发明内容

本申请的目的在于提供一种过零检测电路，提供更加节电且效率高的过零检测电路。

本申请实施例第一方面提供了一种过零检测电路，包括：

过零判断模块，具有第一端及第二端，所述第一端连接电源，所述第二端接地；

光电耦合器，连接所述过零判断模块；

光耦驱动模块，连接所述光电耦合器；

储能电容，所述储能电容用于为所述光电耦合器和所述光耦驱动模块提供激发电流。

于一实施例中，还包括整流电路，连接于所述储能电容。

于一实施例中，第一限流电阻，两端分别连接所述光耦驱动模块以及电源第一接口；

第二限流电阻，两端分别连接所述光耦驱动模块以及电源第二接口；

第三限流电阻，两端分别连接所述整流电路以及所述电源第二接口；

第四限流电阻，两端分别连接所述整流电路以及所述电源第一接口。

于一实施例中，所述光耦驱动模块为第一三极管，所述第一三极管的第一端连接所述光电耦合器，第二端连接所述储能电容，第三端用于输入控制信号。

于一实施例中，还包括：第一稳压模块，并联于所述储能电容。

于一实施例中，所述过零判断模块包括：

第二三极管，所述第二三极管的第一端连接第一电阻，第二端分别连接光电耦合器和电源，第三端连接第二电阻。

于一实施例中，还包括：整流模块，连接所述光耦驱动模块。

于一实施例中，还包括第二稳压模块，所述第二稳压模块连接所述光耦驱动模块。

于一实施例中，还包括：第一二极管，连接所述第一稳压模块的第一端；第二二极管，连接所述第一稳压模块的第二端。

于一实施例中，所述过零判断模块包括：

第三三极管，所述第三三极管的第一端连接第三电阻，第二端接地，第三端分别连接所述光电耦合器以及第四电阻。

本申请上述实施例提供的技术方案，降低了电路中的光电耦合器的导通区间，不仅减少了电路平均耗电，延长电路组件的使用年限，而且过零检测的精准度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请实施例提供的过零检测电路的框架示意图；

图2为本申请实施例提供的一种过零检测电路的结构示意图；

图3为图2所示电路的波形示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种过零检测电路的结构示意图；

图5为图4所示电路的波形示意图。

具体实施方式

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，术语“包括”、“包含”等表示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

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。

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参照图1，其为本申请实施例提供的过零检测电路的框架示意图，其中包括过零判断模块110、光电耦合器120、光耦驱动模块130和储能电容200。过零判断模块110的第一端连接电源Vcc，第二端接地，第三端和第四端连接光电耦合器120。

过零判断模块110包含零点输出信号ZC。当输入的交流电由负电位变为正电位或是正电位变为负电位，零点输出信号ZC的输出信号将发生变化。

光电耦合器120包括发光源和受光器，发光源可以是发光二极管，受光器可以是光敏二极管、光敏三极管等。当输入的电信号驱动发光源，使之发出一定波长的光，从而产生光电流，再经受光器进一步放大后输出，完成电-光-电的转换。

光耦驱动模块130连接光电耦合器120和储能电容200，光耦驱动模块130可以起到一个控制开关的作用。

储能电容200可以为光电耦合器120和光耦驱动模块130提供激发电能。

过零检测电路具有电源第一接口510与第二接口520，第一接口510和第二接口520可以分别为火线和中性线，或是第一接口510为中性线，第二接口520为火线。

过零检测电路中可以包括第一稳压模块300、整流电路600、第一限流电阻410、第二限流电阻420、第三限流电阻430和第四限流电阻440。第一稳压模块300可以是基纳二极管，与储能电容200并联，主要用于在储能电容200充电时限制其最高充电电压。整流电路600与储能电容200、第一稳压模块300相连接。

限流电阻用于保护电路并降低电路的功耗。第一限流电阻410的两端分别连接光耦驱动模块130以及第一接口510；第二限流电阻420的两端分别连接光耦驱动模块130以及第二接口520；第三限流电阻430的两端分别连接整流电路600以及第二接口520；第四限流电阻440的两端分别连接整流电路600以及第一接口510。

第一接口510经过第一限流电阻410连接光耦驱动模块130的控制端，光耦驱动模块130的一端连接第二限流电阻420，经过第二限流电阻420的限流至第二接口520。在第一限流电阻410和第二限流电阻420间的回流路径上可以选择性地加上整流模块800以更大程度地省电，并且可以并联第二稳压模块700，用于保护光耦驱动模块130。

第一接口510和第二接口520可与储能电容200、第一稳压模块300和整流电路600构成储能供电回路。第三限流电阻430和第四限流电阻440分别连接整流电路600的第一端和第二端。整流电路600的第三端和第四端之间并联储能电容200和第一稳压模块300，同时连接光耦驱动模块130和光电耦合器120。

在储能电容200充电阶段，当交流电第二接口520的输入信号为正，第一接口510的输入信号为负，储能供电回路导通，交流电经过整流电路600的整流向储能电容200供电。由于储能电容200与第一稳压模块300并联，第一稳压模块300可限制储能电容200的最大电压。光耦驱动模块130的控制端与第二端之间形成跨压，被限制在负电位，因此光耦驱动模块130与光电耦合器120所在串接电路不导通，不影响储能电容200的充电过程。

当输入第二接口520的交流电信号逐渐转为负电压，第一接口510的信号变为正电压，光耦驱动模块130的控制端与第二端之间跨压发生改变转为正向，光耦驱动模块130因此导通。储能电容200向光耦驱动模块130和光电耦合器120中的发光器供电。光电耦合器120向过零判断模块110输出激发电流，使得过零判断模块中的零点输出信号ZC发生改变。

由于本实施例中所采用的储能电容200的容值较小，当光电耦合器120抽取储能电容200存储的电能时，储能电容200的跨压会迅速下降，直到停止向光电耦合器120供电。因此光电耦合器120导通时间较短，导通维持时长由储能电容200容值大小以及光耦驱动模块130抽取的电量决定。

在光电耦合器120导通时期，过零判断模块110中的零点输出信号ZC会持续输出正确信号，此状态会持续至下一个周期，即第二接口再次输入正电压时。

请参照图2，其为本申请实施例提供的一种过零检测电路的结构示意图，其中还包括整流模块800，整流模块800包括二极管810和二极管820。整流模块800与光耦驱动模块130的控制端以及第二端相连接。整流电路可以是桥式整流器610，桥式整流器610由四个二极管组成。第一稳压模块300可以为基纳二极管300。

过零判断模块110包括第二三极管111、第一电阻112以及第二电阻113。第二三极管的第一端连接第一电阻112，第二端分别连接光电耦合器120和电源，第三端连接第二电阻113。第二三极管可以为PNP三极管111，PNP三极管111的第一端为集电极，连接第一电阻111；第二端为发射极，分别连接光电耦合器120的第三端和电源Vcc；第三端为基极，连接第二电阻113和光电耦合器120的第四端。

光电耦合器120包括发光二极管121和光敏三极管122，发光二极管121的正极为光电耦合器120的第一端，发光二极管121的负极为光电耦合器120的第二端。光敏三极管122的一端为光电耦合器120的第三端，光敏三极管122的第二端为光电耦合器120的第四端。

光耦驱动模块130为第一三极管，第一三极管的第一端连接光电耦合器120，第二端连接储能电容200，第三端用于输入控制信号。

于一实施例中，第一三极管130可以是NPN三极管130，第一端为NPN三极管130的集电极，连接光电耦合器120的第二端；第二端为发射极，连接储能电容200、基纳二极管300的正极以及全波整流器的第四端；第三端为基极，经二极管810和第一限流电阻410连接第一接口510，用于输入控制信号。

图2所示电路的第一接口510为火线，第二接口520为中性线。全波整流器610的第一端经第三限流电阻430连接第二接口520，全波整流器610的第二端经第四限流电阻440连接第一接口510。

基纳二极管300的负极连接全波整流器610的第三端，其正极连接全波整流器610的第四端以及二极管820。储能电容200与基纳二极管300并联。

当第一接口510的信号电压相对于第二接口520的信号电压为负时，交流电经过第三限流电阻430到达全波整流器610的第一端，经过全波整流器610的整流后，从全波整流器的第三端输出，向储能电容200充电，储能电容200的最高电压受基纳二极管300限制，用于在供电阶段保护光电耦合器120和NPN三极管130。第二接口520的信号波形图如图3的波形a所示，储能电容200的信号如图3的波形b所示。电流从全波整流器610的第四端输入，从第二端输出，流经第四限流电阻440至第一接口510。

在储能电容200充电阶段，NPN三极管130的基极和发射极由于跨压被限制在负电位，二极管D1逆偏关闭，NPN三极管130不导通，光电耦合器120没有电流进出，PNP三极管111的基极被第二电阻113连接至低电位，零点输出信号ZC维持在电源Vcc的电位，零点输出信号ZC如图3的波形e所示。

当第二接口520的信号变为负电压，第一接口510的电位上升变为正电压，二极管810和二极管820转为顺偏导通状态，NPN三极管130与光电耦合器120中的发光二极管121导通，向储能电容200抽取电流激发驱动光电耦合器120中的第三端自电源Vcc引进电流，PNP三极管111的基极被接至高电平后关闭，与集电极相连的零点输出信号ZC被拉至低电位。

图3的波形c为NPN三极管的基极与发射极之间的跨压示意图，波形d为流经NPN三极管130和光电耦合器120中的发光二极管121的导通电流表现。

由于储能电容200的容值较小且在被迅速抽流的条件下，跨压迅速下降，直至储能电容200停止供电，随后光电耦合器120和NPN三极管130关闭，PNP三极管111的基极被拉至低电位后导通，零点输出信号ZC回到高电位。

本申请的该实施例中，光电耦合器只在较短的时间内通过较大电流，其余时间维持在关闭状态，不仅能够节省过零检测电路的电能，而且可以延长电路使用年限。

请参照图4，其为本申请实施例提供的另一种过零检测电路的结构示意图，该过零检测电路还包括第二稳压模块700、第一二极管620和第二二极管630。第二稳压模块700包括二极管710。

过零判断模块110包括第三三极管114、第三电阻115以及第四电阻116。第三三极管的第一端连接第三电阻115，第二端接地，第三端分别连接光电耦合器120和第四电阻116。第三三极管114可以为NPN三极管114，NPN三极管114的第一端为集电极，与第三电阻115的连接点为零点输出信号ZC；第二端为发射极；第三端为基极，连接第四电阻116和光电耦合器120的第四端。

光电耦合器120包括发光二极管121和光敏三极管122，发光二极管121的正极为光电耦合器120的第一端，发光二极管121的负极为光电耦合器120的第二端。光敏三极管122的第一端为光电耦合器120的第三端，光敏三极管122的第二端为光电耦合器120的第四端。

光耦驱动模块130为第一三极管130，第一三极管130的第一端连接光电耦合器120，第二端连接储能电容200，第三端用于输入控制信号。第一三极管130可以是NPN三极管130，第一端为NPN三极管130的集电极，连接光电耦合器120的第二端；第二端为发射极，连接储能电容200、基纳二极管300的正极以及第二二极管630的正极；第三端为基极，经第一限流电阻410连接第一接口510，用于输入控制信号。

第一限流电阻410的一端连接第一接口510，另一端连接NPN三极管130的基极以及二极管710的负极。第二限流电阻420的一端连接第二接口520，另一端连接二极管710的正极。第三限流电阻430的一端连接第二接口520，另一端连接第一二极管620的正极。第四限流电阻440的一端连接第一接口510，另一端连接第二二极管630的负极。

当第一接口510的信号电压相对于第二接口520的信号电压为负时，交流电经过第三限流电阻430以及第一二极管620，向储能电容200充电，储能电容200的最高电压受基纳二极管300限制，用于在供电阶段保护光电耦合器120和NPN三极管130。第二接口520的信号波形图如图5的波形a所示，储能电容200的信号如图5的波形b所示。电流流经第二二极管630以及第四限流电阻440至第一接口510。

在储能电容200充电阶段，NPN三极管130的基极和发射极由于跨压被限制在负电位，NPN三极管130不导通，光电耦合器120没有电流进出，零点输出信号ZC维持在电源Vcc的电位，零点输出信号ZC如图5的波形e所示。

当第二接口520的信号变为负电压，第一接口510的电位上升变为正电压，NPN三极管130与光电耦合器120中的发光二极管121导通，向储能电容200抽取电流激发驱动光电耦合器120中的第三端自电源Vcc引进电流，与第三三极管114集电极相连的零点输出信号ZC被拉至低电位。

图5的波形c为NPN三极管130的基极与发射极之间的跨压示意图，波形d为流经NPN三极管130和光电耦合器120中的发光二极管121的导通电流表现。

由于储能电容200的容值较小且在被迅速抽流的条件下，跨压迅速下降，直至储能电容200停止供电，随后光电耦合器120和NPN三极管130关闭，零点输出信号ZC回到高电位。

图4所示的电路利用第三三极管114以及第三电阻115形成反向增益级，可对更微弱的光电耦合器120导通电流做出反应。

在本申请所提供的几个实施例中，所揭露的电路和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种过零检测电路，其特征在于，包括：

过零判断模块，具有第一端及第二端，所述第一端连接电源，所述第二端接地；

光电耦合器，连接所述过零判断模块；

光耦驱动模块，连接所述光电耦合器；

储能电容，所述储能电容用于为所述光电耦合器和所述光耦驱动模块提供激发电能。

2.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，还包括整流电路，连接于所述储能电容。

3.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，包括：

第一限流电阻，两端分别连接所述光耦驱动模块以及电源第一接口；

第二限流电阻，两端分别连接所述光耦驱动模块以及电源第二接口；

第三限流电阻，两端分别连接所述整流电路以及所述电源第二接口；

第四限流电阻，两端分别连接所述整流电路以及所述电源第一接口。

4.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述光耦驱动模块为第一三极管，所述第一三极管的第一端连接所述光电耦合器，第二端连接所述储能电容，第三端用于输入控制信号。

5.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，还包括：

第一稳压模块，并联于所述储能电容。

6.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述过零判断模块包括：

第二三极管，所述第二三极管的第一端连接第一电阻，第二端分别连接光电耦合器和电源，第三端连接第二电阻。

7.根据权利要求6所述的过零检测电路，其特征在于，还包括：

整流模块，连接所述光耦驱动模块。

8.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，还包括第二稳压模块，所述第二稳压模块连接所述光耦驱动模块。

9.根据权利要求8所述的过零检测电路，其特征在于，还包括：

第一二极管，连接所述第一稳压模块的第一端；

第二二极管，接所述第一稳压模块的第二端。

10.根据权利要求8所述的过零检测电路，其特征在于，所述过零判断模块包括：

第三三极管，所述第三三极管的第一端连接第三电阻，第二端接地，第三端分别连接所述光电耦合器以及第四电阻。

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