CN115453187A - 一种非隔离的交流电压过零检测电路 - Google Patents

一种非隔离的交流电压过零检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非隔离的交流电压过零检测电路，属于过零检测技术领域，该电路包括电源电路和检测电路，电源电路包括电容C1、电阻R1、二极管D2、稳压管D1、电解电容CD1、电容C2、稳压管U1、电解电容CD2和电容C3，检测电路包括二极管D3、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C4、三极管Q1和电容C5；该电路通过电阻、电容降压，两级稳压管稳压，得到稳定的直流工作电源，交流电压经电阻限流、三极管放大的方式，利用三极管Q1输出Z_OUT信号的上升沿和下降沿，准确检测出交流电压的过零信号，该非隔离的交流电压过零检测电路结构简单、易于实施、成本较低、准确性和可靠性较高。

Description

一种非隔离的交流电压过零检测电路
技术领域
本发明属于过零检测技术领域，具体涉及一种非隔离的交流电压过零检测电路。
背景技术
随着智能电网的建设，低压电力台区的载波抄表得到广泛应用，在该应用中，交流电压过零的检测是其重要的一个指标，其用于过零载波通讯。由于交流电压过零时，电网干扰相对较小，交流电压过零时进行载波通讯，能提高载波通讯的成功率，这就要求过零检测电路具有检测准确、成本低、工作可靠的特性。过零检测指的是在交流系统中，当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时，系统作出的检测。现有的过零检测电路，存在光耦器件体积大，附属器件要求多的不足，造成电路设计复杂，准确性也不够高，而且电路存在安全隐患；也有专门的过零检测芯片，但这种方案一般成本比较高。
因此，设计一种成本低、准确性高及可靠性好的过零检测方案，是本领域技术人员需要解决的问题之一。
发明内容
本发明提出了一种非隔离的交流电压过零检测电路，解决了现有过零点检测电路中过零检测的精度低、容易受到杂波干扰、电路设计复杂，准确性不高及成本高的问题。
本发明提供如下技术方案：
一种非隔离的交流电压过零检测电路，包括电源电路和检测电路。
所述电源电路包括电容C1、电阻R1、二极管D2、稳压管D1、电解电容CD1、电容C2、稳压管U1、电解电容CD2和电容C3，所述电容C1与交流电源的火线端L的一端相连，交流电源的零线端N与电路的地相连，所述电容C1的另一端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端分别与二极管D2的正极和稳压管D1的负极相连，所述稳压管D1的正极接地，所述二极管D2的负极分别与电解电容CD1的正极、电容C2的一端、稳压管U1的输入端相连；所述电解电容CD1的负极接地，所述电容C2的另一个端接地，所述稳压管U1的GND脚接地，所述稳压管U1的输出端分别与电解电容CD2的正极和电容C3的一端相连，所述电解电容CD2的负极接地，电容C3的另一端接地。
所述检测电路包括二极管D3、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C4、三极管Q1和电容C5，所述二极管D3与交流电源的火线端L的一端相连，交流电源的零线端N与电路的地相连，所述二极管D3的负极与电阻R2、R3、R4、R5串联，所述电阻R5的另一端分别与电容C4的一端、电阻R6的一端和三极管Q1的基极相连，所述电容C4的另一端、电阻R6的另一端和三极管Q1的发射极均接地，所述三极管Q1的集电极分别与电阻R7的一端和电容C5的一端相连，所述电阻R7的另一端接电源VCC，所述电容C5的另一端接地。
进一步的，所述稳压管U1的输出端分别与电解电容CD2的正极和电容C3的一端相连，输出直流工作电源VCC。
进一步的，所述三极管Q1的集电极分别与电阻R7的一端和电容C5的一端相连，输出交流电压过零信号Z_OUT。
进一步的，所述电阻R1在电源电路中具有降压限流的作用。
进一步的，所述电解电容CD1、电解电容CD2、电容C2和电容C3在电源电路中具有储能滤波的作用。
进一步的，所述电容C4和C5在检测电路中提高电路抗干扰的能力。
进一步的，所述电阻R6提高三极管Q1的快速关断响应速度。
进一步的，所述三极管Q1为NPN型三极管。
本发明的有益效果：
（1）本发明提供的直流工作电源VCC为非隔离方式，将交流电源的零线N端作为公共地，通过电阻、电容降压，再经过稳压管D1、稳压管U1进行两次稳压管稳压，得到稳定的直流工作电源VCC；由于电解电容CD1、CD2有储能的作用，因此该直流工作电源VCC不管在交流220伏电源为正半周时，还是交流220伏电源为负半周时，该直流工作电源VCC都能稳定工作。
（2）本发明提供的过零检测电路的检测电路中，电容C4和C5在检测电路中提高了电路抗干扰的能力，避免了杂波的干扰，提高了过零检测的精度；同时，电阻R6提高了三极管Q1的快速关断响应速度，使过零检测的更为精确。
（3）本发明公开的非隔离的交流电压过零检测电路结构简单，易于实施，成本较低，检测准确性和可靠性较高。
附图说明
图1为本发明的一种非隔离的交流电压过零检测电路的电源电路；
图2为本发明的一种非隔离的交流电压过零检测电路的检测电路。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种非隔离的交流电压过零检测电路，包括电源电路和检测电路。
电源电路包括电容C1、电阻R1、二极管D2、稳压管D1、电解电容CD1、电容C2、稳压管U1、电解电容CD2和电容C3，所述电容C1与交流电源的火线端L的一端相连，交流电源的零线端N与电路的地相连，所述电容C1的另一端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端分别与二极管D2的正极和稳压管D1的负极相连，所述稳压管D1的正极接地，所述二极管D2的负极分别与电解电容CD1的正极、电容C2的一端、稳压管U1的输入端相连；所述电解电容CD1的负极接地，所述电容C2的另一个端接地，所述稳压管U1的GND脚接地，所述稳压管U1的输出端分别与电解电容CD2的正极和电容C3的一端相连，所述电解电容CD2的负极接地，电容C3的另一端接地。
其中，稳压管U1的输出端分别与电解电容CD2的正极和电容C3的一端相连，输出直流工作电源VCC；电阻R1在电源电路中具有降压限流的作用；电解电容CD1、电解电容CD2、电容C2和电容C3在电源电路中具有储能滤波的作用。
检测电路包括二极管D3、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C4、三极管Q1和电容C5，所述二极管D3与交流电源的火线端L的一端相连，交流电源的零线端N与电路的地相连，所述二极管D3的负极与电阻R2、R3、R4、R5串联，所述电阻R5的另一端分别与电容C4的一端、电阻R6的一端和三极管Q1的基极相连，所述电容C4的另一端、电阻R6的另一端和三极管Q1的发射极均接地，所述三极管Q1的集电极分别与电阻R7的一端和电容C5的一端相连，所述电阻R7的另一端接电源VCC，所述电容C5的另一端接地。
其中，三极管Q1为NPN型三极管，三极管Q1的集电极分别与电阻R7的一端和电容C5的一端相连，输出交流电压过零信号Z_OUT；电容C4和C5在检测电路中提高电路抗干扰的能力；电所述电阻R6提高三极管Q1的快速关断响应速度。
本发明公开了一种非隔离的交流电压过零检测电路，其工作原理如下：
如图1所示，交流220伏电源的火线L与电容C1的一端相连，交流220伏电源的零线N与电路的地相连，电容C1的另一端与电阻R1相连，电阻R1的另一端与二极管D2的正极相连，也与稳压管D1的负极相连；稳压管D1的正极接地；二极管D2的负极与电解电容CD1的正极相连，与电容C2的一端相连，也与稳压管U1的输入端相连；电解电容CD1的负极接地；电容C2的另一个端接地；稳压管U1的GND脚接地；稳压管U1的输出端与电解电容CD2的正极相连，与电容C3的一端相连，并输出电源VCC，电解电容CD2的负极接地，电容C3的另一端接地。
在图1中，（1）当交流220伏电源为正半周时，电流从火线L经电容C1、电阻R1进行降压限流后，一部分经稳压管D1进入地，另一部分经二极管D2进入电解电容CD1和电容C2，进行储能和滤波，再经稳压管U1进行稳压，再经电解电容CD2、电容C3储能滤波，输出稳定的直流电源VCC；（2）当交流220伏电源为负半周时，电流从零线N经稳压管D1、电阻R1和电容C1流回火线，由于有二极管D2的单向导电性，其后的电路不能向交流电源倒送电，但是，由于电解电容CD1、CD2具有储能的作用，所以直流电源VCC仍能稳定工作。
如图2所示，交流220伏电源的火线L与二极管D3的正极相连，二极管D3的负极与电阻R2、R3、R4、R5串联，电阻R5的另一端分别与电容C4的一端、电阻R6的一端及NPN型三极管Q1的基极相连；电容C4的另一端、电阻R6的另一端及NPN型三极管Q1的发射极均接地，NPN型三极管Q1的集电极分别与电阻R7相连及电容C5的一端相连，并输出交流电压过零信号Z_OUT，电阻R7的另一端接电源VCC，电容C5的另一端接地。
在图2中，（1）当交流220伏电源为正半周时，电流从火线L经二极管D3、电阻R2、R3、R4、R5进入三极管Q1的基极，此时，三极管Q1的集电极对地导通，其输出Z_OUT为低电平；（2）当交流220伏电源为负半周时，由于二极管D3反向不导通，三极管Q1自然关断。当交流220伏电源为负半周时，直流电源VCC仍能稳定工作，Z_OUT输出为高电平，利用三极管Q1输出Z_OUT信号的上升沿和下降沿，进而准确检测出交流电压的过零信号。
以上对本发明所提供的一种非隔离的交流电压过零检测电路进行了详细介绍。本文中应用了具体的个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种非隔离的交流电压过零检测电路，包括电源电路和检测电路，其特征在于：所述电源电路包括电容C1、电阻R1、二极管D2、稳压管D1、电解电容CD1、电容C2、稳压管U1、电解电容CD2和电容C3，所述电容C1与交流电源的火线端L的一端相连，交流电源的零线端N与电路的地相连，所述电容C1的另一端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端分别与二极管D2的正极和稳压管D1的负极相连，所述稳压管D1的正极接地，所述二极管D2的负极分别与电解电容CD1的正极、电容C2的一端、稳压管U1的输入端相连；所述电解电容CD1的负极接地，所述电容C2的另一个端接地，所述稳压管U1的GND脚接地，所述稳压管U1的输出端分别与电解电容CD2的正极和电容C3的一端相连，所述电解电容CD2的负极接地，电容C3的另一端接地；
所述检测电路包括二极管D3、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C4、三极管Q1和电容C5，所述二极管D3与交流电源的火线端L的一端相连，交流电源的零线端N与电路的地相连，所述二极管D3的负极与电阻R2、R3、R4、R5串联，所述电阻R5的另一端分别与电容C4的一端、电阻R6的一端和三极管Q1的基极相连，所述电容C4的另一端、电阻R6的另一端和三极管Q1的发射极均接地，所述三极管Q1的集电极分别与电阻R7的一端和电容C5的一端相连，所述电阻R7的另一端接电源VCC，所述电容C5的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的非隔离的交流电压过零检测电路，其特征在于：所述稳压管U1的输出端分别与电解电容CD2的正极和电容C3的一端相连，输出直流工作电源VCC。
3.根据权利要求1所述的非隔离的交流电压过零检测电路，其特征在于：所述三极管Q1的集电极分别与电阻R7的一端和电容C5的一端相连，输出交流电压过零信号Z_OUT。
4.根据权利要求1所述的非隔离的交流电压过零检测电路，其特征在于：所述电阻R1在电源电路中具有降压限流的作用。
5.根据权利要求1或2所述的非隔离的交流电压过零检测电路，其特征在于：所述电解电容CD1、电解电容CD2、电容C2和电容C3在电源电路中具有储能滤波的作用。
6.根据权利要求1或3所述的非隔离的交流电压过零检测电路，其特征在于：所述电容C4和C5在检测电路中提高电路抗干扰的能力。
7.根据权利要求1所述的非隔离的交流电压过零检测电路，其特征在于：所述电阻R6提高三极管Q1的快速关断响应速度。
8.根据权利要求7所述的非隔离的交流电压过零检测电路，其特征在于：所述三极管Q1为NPN型三极管。
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