CN117054729B - 交流电力线双向过零检测芯片、电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供交流电力线双向过零检测芯片、电路及方法，所述芯片包括电压比较器、计时器、驱动器和MOS开关，其中：所述电压比较器被配置为对交流电力线零火线的电压进行比较，并输出比较信号；所述计时器被配置为接收所述电压比较器输出的比较信号，并根据所述比较信号的变化开始不同时长的计时；所述驱动器被配置为接收所述计时器的不同时长的计时信号并形成不同时长的第一驱动信号；根据所述电压比较器输出的比较信号形成第二驱动信号；根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号驱动所述MOS开关导通，形成过零信号。本发明涉及交流电力线过零信号检测技术领域，具有检测准确性高、可控性好、电路结构简单、PCB布线复杂性低的有益效果。

Description

交流电力线双向过零检测芯片、电路及方法

技术领域

本发明涉及交流电力线过零信号检测技术领域，具体涉及交流电力线双向过零检测芯片、电路及方法。

背景技术

在电力电表测量系统中，在交流马达各种应用场景下，都需要测量交流电力线的过零点，来实现相对应电路的换相、校正、测量识别等功能。当前，为实现交流电力线双向过零信号检测，一种方法为采用三极管的基极和发射极的导通压降或者光耦的导通压降来实现，该方法存在过零点电压检测不准确、批量离散性大、电路功耗大而达不到电网要求的10mW等缺陷；另一种方法为采用两路单向过零检测电路来实现，该方法虽然采用成熟的单向过零检测芯片，但是在三相电系统中需要用六路单向过零检测电路来实现三线的双向过零检测功能，存在PCB板设计面积大、电路复杂度高、生产制造成本高等的缺陷。

申请号为202110166126.6的中国发明专利申请公开了一种双向过零检测电路和方法，检测电路包括：正到负过零检测模块，负到正过零检测模块，光耦模块；当所述交流电信号处于非过零点时，向储能电容进行充电，开关管断开，光耦模块无输出；当所述交流电信号处于过零点时，储能电容进行放电，开关管导通，储能电容的能量传递给光耦模块，光耦模块开启，触发过零检测信号；正到负过零点和负到正过零点的储能电容放电时间不同。该电路只有少量分立器件和一个光耦组成，节约PCB空间，降低成本；过零检测信号输出只有一根信号，节约MCU的IO资源；功耗低；通过脉冲宽度的差异可以判断过零的方向；检测范围宽；检测精度高。但是该检测电路：（1）L线与N线压差小于VD1稳压管的稳压电压加VD2的正向导通电压时，就会判断交流电过零，进而导致判断结果和实际过零点之间存在几十us的误差，而且该误差会随着交流电力线电压的不同而变化导致无法进行误差修正；（2）电容放电电流可控性差，当电流值较小时，特别是在高温光耦CTR过低时，存在信号无法传递的可能，导致过零信号检测失效；（3）电容放电开始时的放电电流较小，随着放电电流的逐步增大才会使得光耦工作将信号传递出去，使得信号的传递具有延时，且该延时在常温和高温下差异明显，不可控。

发明内容

为解决以上技术问题中的至少一个，本发明提供了交流电力线双向过零检测芯片、电路及方法。

本发明的第一方面提供一种交流电力线双向过零检测芯片，包括L输入引脚、N输入引脚、地引脚和输出引脚，还包括电压比较器、计时器、驱动器和MOS开关，其中：

所述电压比较器被配置为对交流电力线零火线的电压进行比较，并输出比较信号；

所述计时器被配置为接收所述电压比较器输出的比较信号，并根据所述比较信号的变化开始不同时长的计时；

所述驱动器被配置为接收所述计时器的不同时长的计时信号并形成不同时长的第一驱动信号；根据所述电压比较器输出的比较信号形成第二驱动信号；根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号驱动所述MOS开关导通，形成过零信号。

优选的是，所述计时器在所述电压比较器输出的比较信号由低电平变化为高电平的时刻开始T1时长的计时；在所述电压比较器输出的比较信号由高电平变化为低电平的时刻开始T2时长的计时；所述T1≠T2，所述计时器计时T1时长内以及计时T2时长内，产生第一使能信号。

上述任一方案优选的是，所述T2=M*T1，其中M≥2或者0<M≤0.5。

上述任一方案优选的是，所述电压比较器输出的比较信号每次由低电平变化为高电平或者从由高电平变化为低电平时，均会产生持续时间为T3的第二使能信号，所述T3的取值小于T1以及T2的取值。

上述任一方案优选的是，所述驱动器包括第一电流源、第二电流源和电流镜，所述第一电流源和所述第二电流源均作为所述电流镜的输入电流，所述电流镜的输出端和所述MOS开关的栅极连接。

上述任一方案优选的是，所述第一使能信号用于使能所述第一电流源，进而所述驱动器形成第一驱动信号；所述第二使能信号用于使能所述第二电流源，进而所述驱动器形成第二驱动信号；所述第一驱动信号和所述第二驱动信号均作用于所述MOS开关的栅极。

上述任一方案优选的是，所述驱动器包括驱动电阻和短路开关，所述驱动电阻设置于所述MOS开关的漏极和所述输出引脚之间，所述短路开关和所述驱动电阻连接，用于短路部分所述驱动电阻。

上述任一方案优选的是，所述驱动器将所述第一使能信号作为第一驱动信号，所述第一驱动信号作用于所述MOS开关的栅极；所述第二使能信号用于使能所述短路开关，进而所述驱动器形成第二驱动信号，所述第二驱动信号作用于所述MOS开关的漏极。

上述任一方案优选的是，所述交流电力线双向过零检测芯片还包括交流整流桥堆，所述交流整流桥堆的输入端分别和所述L输入引脚、N输入引脚连接，输出端分别和所述地引脚、输出引脚连接。

上述任一方案优选的是，所述交流电力线双向过零检测芯片还包括稳压管，所述稳压管设置于所述交流整流桥堆的输出端之间。

本发明的第二方面提供一种交流电力线双向过零检测电路，包括所述交流电力线双向过零检测芯片。

优选的是，所述交流电力线双向过零检测电路还包括限流分压电阻，所述限流分压电阻设置于交流电力线L线和所述L输入引脚之间。

上述任一方案优选的是，所述交流电力线双向过零检测电路还包括光耦模块，所述光耦模块包括充放电电阻、初级充放电电容、光耦、次级充放电电容、直流电源和限流电阻，所述充放电电阻和初级充放电电容串联后设置于所述输出引脚和地之间，所述光耦中的发光二极管与所述充放电电阻并联，所述次级充放电电容设置于所述光耦中的三极管的集电极和发射级之间，所述限流电阻设置于所述直流电源和所述光耦中的三极管的集电极之间。

本发明的第三方面提供一种交流电力线双向过零检测方法，包括：

对交流电力线的零火线的电压进行比较，在交流电下降沿的过零点和上升沿的过零点，分别开始不同时长的计时信号，并根据所述计时信号产生第一使能信号，使得驱动器产生第一驱动信号；

对交流电力线的零火线的电压进行比较，在交流电的每个过零点输出第二使能信号，使得驱动器产生第二驱动信号；

所述第一驱动信号和第二驱动信号共同驱动MOS开关导通，产生过零信号；

所述第二使能信号变化为低电平，所述第二驱动信号消失，所述第一驱动信号继续驱动所述MOS开关导通，继续产生过零信号；

所述第一使能信号变化为低电平，所述第一驱动信号消失，所述MOS开关关闭，过零信号结束；

根据过零信号的长短，判断是交流电上升沿过零还是下降沿过零。

优选的是，通过电压比较器对交流电力线的零火线的电压进行比较，在交流电上升沿的过零点，计时器开始T2时长的计时；在交流电下降沿的过零点，计时器开始T1时长的计时；所述T1≠T2，所述计时器计时T1时长内以及计时T2时长内，产生第一使能信号。

上述任一方案优选的是，所述T2=M*T1，其中M≥2或者0<M≤0.5。

上述任一方案优选的是，所述电压比较器输出的比较信号每次由低电平变化为高电平或者从由高电平变化为低电平时，均会产生持续时间为T3的第二使能信号，所述T3的取值小于T1以及T2的取值。

上述任一方案优选的是，所述驱动器包括第一电流源、第二电流源和电流镜，所述第一电流源和所述第二电流源均作为所述电流镜的输入电流，所述电流镜的输出端和所述MOS开关的栅极连接。

上述任一方案优选的是，所述所述第一使能信号用于使能所述第一电流源，进而所述驱动器形成第一驱动信号；所述第二使能信号用于使能所述第二电流源，进而所述驱动器形成第二驱动信号；所述第一驱动信号和所述第二驱动信号均作用于所述MOS开关的栅极。

上述任一方案优选的是，所述驱动器包括驱动电阻和短路开关，所述驱动电阻设置于所述MOS开关的漏极和所述输出引脚之间，所述短路开关和所述驱动电阻连接，用于短路部分所述驱动电阻。

上述任一方案优选的是，所述驱动器将所述第一使能信号作为第一驱动信号，所述第一驱动信号作用于所述MOS开关的栅极；所述第二使能信号用于使能所述短路开关，进而所述驱动器形成第二驱动信号，所述第二驱动信号作用于所述MOS开关的漏极。

上述任一方案优选的是，所述交流电力线双向过零检测方法还包括交流整流桥堆将交流电整流为直流，为所述初级充放电电容进行充电。

上述任一方案优选的是，所述交流电力线双向过零检测方法还包括稳压管对流整流桥堆输出的直流进行电压钳位。

上述任一方案优选的是，所述交流电力线双向过零检测方法还包括限流分压电阻进行电压分压、电流限流。

上述任一方案优选的是，所述交流电力线双向过零检测方法还包括光耦模块将过零信号传递至交流电力线双向过零检测电路的输出端。

本发明的交流电力线双向过零检测芯片、电路及方法具有以下有益效果：

1、对交流电过零点的判断准确，只有在交流电实际过零点时刻才会开始产生过零信号；

2、在过零信号刚开始的一段时间内，向MOS开关提供了一个较大的导通电流，使得过零信号可以迅速通过光耦传递出去，进一步提高了过零点检测的准确度；

3、通过驱动器内的电流镜控制初级充放电电容的放电电流，可控性高，避免了过零信号无法传递的情况；

4、通过过零信号的宽度来判断是交流电上升沿过零还是下降沿过零，过零信号的宽度可以通过计时器精准控制，再一次提高了过零点检测的准确性；

5、交流电力线双向过零检测芯片仅具有四个引脚，且交流电力线双向过零检测电路仅需要一个外部电容，电路结构简单，降低了PCB布线的复杂性；

6、通过限流分压电阻，使得交流电力线双向过零检测电路可以满足电网对于功耗的要求。

附图说明

图1为按照本发明的交流电力线双向过零检测芯片的一优选实施例的结构示意图。

图2为按照本发明的交流电力线双向过零检测芯片的驱动器的一优选实施例的局部结构示意图。

图3为按照本发明的交流电力线双向过零检测芯片的如图1所示实施例的一种第一使能信号和第二使能信号产生电路结构示意图。

图4为按照本发明的交流电力线双向过零检测芯片的如图1所示实施例的另一种第一使能信号和第二使能信号产生电路结构示意图。

图5为按照本发明的交流电力线双向过零检测电路的一优选实施例的结构示意图。

图6为按照本发明的交流电力线双向过零检测电路的如图5所示实施例的信号波形图。

图7为按照本发明的交流电力线双向过零检测方法的一优选实施例的流程示意图。

图8为按照本发明的交流电力线双向过零检测电路的另一实施例的结构示意图。

图9为按照本发明的交流电力线双向过零检测电路的如图8所示实施例的信号波形图。

图10为按照本发明的交流电力线双向过零检测芯片的驱动器的另一实施例的局部结构示意图。

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方案，下面结合具体实施例对本发明作详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的说明书及附图中如果出现术语“第一”、“第二”等，其作用仅是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

实施例1：如图1所示，一种交流电力线双向过零检测芯片，包括L输入引脚L、N输入引脚N、地引脚G和输出引脚O，还包括电压比较器CMP、计时器Timer、驱动器Driver和MOS开关Q1，其中：

所述电压比较器CMP被配置为对交流电力线零火线的电压进行比较，并输出比较信号；

所述计时器Timer被配置为接收所述电压比较器CMP输出的比较信号，并根据所述比较信号的变化开始不同时长的计时；

所述驱动器Driver被配置为接收所述计时器Timer的不同时长的计时信号并形成不同时长的第一驱动信号；根据所述电压比较器CMP输出的比较信号形成第二驱动信号；根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号驱动所述MOS开关Q1导通，形成过零信号。

在电路结构上，所述电压比较器CMP的两个输入端分别与所述L输入引脚L、N输入引脚N连接，其输出端与所述计时器Timer的输入端连接，其输出端还可以选择性地与所述驱动器Driver的输入端连接或者不与所述驱动器Driver的输入端连接，所述计时器Timer的输出端与所述驱动器Driver的输入端连接，所述驱动器Driver的输出端与所述MOS开关Q1连接。

需要说明的是，所述电压比较器CMP可以通过其正/反向输入端分别与所述L输入引脚L、N输入引脚N连接实现其功能，还可以通过其反/正向输入端分别与所述L输入引脚L、N输入引脚N连接实现其功能。以下仅以所述电压比较器CMP的正向输入端与所述L输入引脚L连接，反向输入端与所述N输入引脚N连接为例，对所述芯片的功能实现进行具体说明。所述电压比较器CMP与所述L输入引脚L、N输入引脚N的另一种连接方式下，所述芯片的功能实现可以参照如下说明进行类推得到。

所述计时器Timer在所述电压比较器CMP输出的比较信号由高电平变化为低电平的时刻开始T1时长的计时；在所述电压比较器CMP输出的比较信号由低电平变化为高电平的时刻开始T2时长的计时；所述T1≠T2。进一步地，所述T2=M*T1，其中M≥2或者0<M≤0.5。需要说明的是，所述M的取值应该使得所述T1以及所述T2的取值均小于交流电的半周期时长。

具体地说，在本实施例中优选的是，如图3所示，所述计时器Timer包括第一计时器T_pos和第二计时器T_neg，其中所述第一计时器T_pos在所述电压比较器CMP输出的比较信号由高电平变化为低电平的时刻开始T1时长的计时，所述第二计时器T_neg在所述电压比较器CMP输出的比较信号由低电平变化为高电平的时刻开始T2时长的计时。如图3所示，在本实施例中优选的是，所述电压比较器CMP的正向输入端与所述L输入引脚L连接，反向输入端与所述N输入引脚N连接，L输入引脚L连接交流电力线的零线，所述N输入引脚N连接交流电力线的火线。应当理解，在本实施例中，如图6所示，当交流电的电压V_AC的波形处于正半轴时，电压比较器CMP的正向输入端的电压大于反向输入端的电压，其输出端输出的比较信号为高电平；当交流电的电压V_AC的波形处于负半轴时，电压比较器CMP的正向输入端的电压小于反向输入端的电压，其输出端输出的比较信号为低电平。在交流电的电压V_AC的波形从正半轴向负半轴变化（下降沿）通过零点的时候，电压比较器CMP输出的比较信号从高电平变化为低电平，此时所述第一计时器T_pos开始计时，计时T1时间后停止计时；在交流电的电压V_AC的波形从负半轴向正半轴变化（上升沿）通过零点的时候，电压比较器CMP输出的比较信号从低电平变化为高电平，此时所述第二计时器T_neg开始计时，计时T2时间后停止计时。应当进一步理解，在第一计时器T_pos计时T1时间内，第一计时器T_pos输出时长为T1的高电平信号，在第二计时器T_neg计时T2时间内，第二计时器T_neg输出时长为T2的高电平信号。

如图2所示，在本实施例中，所述驱动器Driver包括第一电流源I₁、第二电流源I₂和电流镜，所述第一电流源I₁和所述第二电流源I₂均作为所述电流镜的输入电流，所述电流镜的输出端输出电流I_discharge，其和所述MOS开关Q1的栅极连接。所述计时器Timer计时T1时间内以及计时T2时间内，所述第一电流源I₁被使能，进而所述驱动器Driver形成第一驱动信号。所述电压比较器CMP输出的比较信号每次由低电平变化为高电平以及从由高电平变化为低电平时，均会产生持续时间为T3的第二使能信号EN₂，用于使能所述第二电流源I₂，进而所述驱动器Driver形成第二驱动信号，所述T3的取值小于T1以及T2的取值。应当理解，在本实施例中，所述第一驱动信号和所述第二驱动信号均作用于所述MOS开关Q1的栅极。

具体地说，所述驱动器Driver接收所述第一计时器T_pos和所述第二计时器T_neg的计时信号并形成第一驱动信号。在本实施例中优选的是，如图3所示，所述第一计时器T_pos和所述第二计时器T_neg的输出端分别与或非门G1的两个输入端连接，所述或非门G1的输出端和非门G2的输入端连接，所述非门G2的输出端输出所述第一使能信号EN₁，所述第一使能信号EN₁使能所述第一电流源I₁，进而所述驱动器Driver形成第一驱动信号，即输出与所述第一电流源I₁的输入电流成n倍比例关系的输出电流。应当理解，在所述第一计时器T_pos计时T1时间内以及所述第二计时器T_neg计时T2时间内，所述电流镜均输出与所述第一电流源I₁的输入电流成n倍比例关系的输出电流。需要说明的是，所述第一计时器T_pos和所述第二计时器T_neg输出的计时信号还可以仅进行“或”运算，以得到所述第一使能信号EN₁。

再具体地说，所述电压比较器CMP输出的比较信号每次由低电平变化为高电平以及从由高电平变化为低电平时，均会产生持续时间为T3的第二使能信号EN₂，用于使能所述第二电流源I₂，进而所述驱动器Driver形成第二驱动信号，所述T3的取值小于T1以及T2的取值。在本实施例中优选的是，如图6所示，在交流电的电压V_AC的波形从正半轴向负半轴变化通过零点的时候，电压比较器CMP输出的比较信号从高电平变化为低电平，此时第一计时器T_pos开始计时；在交流电的电压V_AC的波形从负半轴向正半轴变化通过零点的时候，电压比较器CMP输出的比较信号从低电平变化为高电平，此时第二计时器T_neg开始计时。在本实施例中优选的是，如图3所示，根据所述第一计时器T_pos和/或第二计时器T_neg的计时信号触发脉冲产生模块Tpulse产生持续时间为T3的脉冲信号，即所述第二使能信号EN₂。所述第二使能信号EN₂使能所述第二电流源I₂，进而所述驱动器Driver形成第二驱动信号，即输出与所述第二电流源I₂的输入电流成n倍比例关系的输出电流。应当理解，此时所述电压比较器CMP的输出端与所述计时器Tmier的输入端连接，所述计时器Timer的输出端一方面通过或非门G1和非门G2与所述驱动器Driver连接，另一方面通过脉冲产生模块Tpulse与所述驱动器Driver连接。

需要说明的是，在其他实施例中，如图4所示，还可以直接根据所述电压比较器CMP输出的比较信号的变化触发脉冲产生模块Tpulse产生持续时间为T3的脉冲信号，即所述第二使能信号EN₂。举例说明，在电压比较器CMP输出的比较信号由逻辑0变化为逻辑1时，触发产生一个持续时间为T3的第二使能信号EN₂，在电压比较器CMP输出的比较信号由逻辑1变化为逻辑0时，同样触发产生一个持续时间为T3的第二使能信号EN₂，由此，在交流电的每个过零点，都会产生一个持续时间为T3的第二使能信号EN₂。应当理解，此时所述电压比较器CMP的输出端与所述计时器Tmier的输入端连接，同时其输出端还通过脉冲产生模块Tpulse与所述驱动器Driver连接，所述计时器Timer的输出端与所述驱动器Driver连接。

进一步具体地说，在交流电的电压V_AC的波形从正半轴向负半轴变化通过零点的时候，电压比较器CMP输出的比较信号从高电平变化为低电平，此时第一计时器T_pos开始时长为T1的计时，第一使能信号EN₁使能第一电流源I₁，所述驱动器Driver形成第一驱动信号；同时产生一个持续时间为T3的第二使能信号EN₂，第二使能信号EN₂使能所述第二电流源I₂，所述驱动器Driver形成第二驱动信号。应当理解，在交流电的电压V_AC的波形从正半轴向负半轴变化通过零点的时刻开始，在T3时间内，电流镜的输入电流为第一电流源I₁和第二电流源I₂的输入电流之和，电流镜的输出电流I_discharge为n倍的所述第一电流源I₁的输入电流与n倍的所述第二电流源I₂的输入电流之和，此时第一驱动信号和第二驱动信号同时存在，驱动所述MOS开关Q1导通；该第二使能信号EN₂持续T3时间，之后变化为低电平信号，第二使能信号EN₂消失，第二电流源I₂无法被使能，第二驱动信号消失，即在该第二使能信号EN₂结束的时刻开始，至第一计时器T_pos计时结束的时刻之间，第二驱动信号消失，电流镜的输入电流为第一电流源I₁的输入电流，电流镜的输出电流I_discharge与所述第一电流源I₁的输入电流之和成n倍比例关系，仅第一驱动信号驱动所述MOS开关Q1导通；在第一计时器T_pos计时结束的时刻开始至交流电的电压V_AC的波形从负半轴向正半轴变化通过零点的时刻之间，所述第一使能信号EN₁和第二使能信号EN₂均消失，第一电流源I₁和第二电流源I₂均无法被使能，第一驱动信号和第二驱动信号均消失，所述MOS开关Q1关闭。

类似地，在交流电的电压V_AC的波形从负半轴向正半轴变化通过零点的时候，电压比较器CMP输出的比较信号从低电平变化为高电平，此时第二计时器T_neg开始时长为T2的计时，第一使能信号EN₁使能第一电流源I₁，所述驱动器Driver形成第一驱动信号；同时产生另一个持续时间为T3的第二使能信号EN₂，第二使能信号EN₂使能所述第二电流源I₂，所述驱动器Driver形成第二驱动信号。应当理解，在交流电的电压V_AC的波形从负半轴向正半轴变化通过零点的时刻开始，在T3时间内，电流镜的输入电流为第一电流源I₁和第二电流源I₂的输入电流之和，电流镜的输出电流I_discharge为n倍的所述第一电流源I₁的输入电流与n倍的所述第二电流源I₂的输入电流之和，此时第一驱动信号和第二驱动信号同时存在，驱动所述MOS开关Q1导通；该第二使能信号EN₂持续T3时间，之后变化为低电平信号，第二使能信号EN₂消失，第二电流源I₂无法被使能，第二驱动信号消失，即在该第二使能信号EN₂结束的时刻开始，至第二计时器T_neg计时结束的时刻之间，第二驱动信号消失，电流镜的输入电流为第一电流源I₁的输入电流，电流镜的输出电流I_discharge与所述第一电流源I₁的输入电流之和成n倍比例关系，仅第一驱动信号驱动所述MOS开关Q1导通；在第二计时器T_neg计时结束的时刻开始至交流电的电压V_AC的波形从正半轴向负半轴变化通过零点的时刻之间，所述第一使能信号EN₁和第二使能信号EN₂均消失，第一电流源I₁和第二电流源I₂均无法被使能，第一驱动信号和第二驱动信号均消失，所述MOS开关Q1关闭。

由于第一计时器T_pos的计时时长T1不同于第二计时器T_neg的计时时长T2，因此，在交流电的电压V_AC的波形从正半轴向负半轴变化通过零点以及从负半轴向正半轴变化通过零点之后，所述MOS开关Q1的导通时间不同，即产生的过零信号的长度不同。

在本实施例中进一步优选的是，如图1所示，所述交流电力线双向过零检测芯片还包括交流整流桥堆BD，所述交流整流桥堆BD的输入端分别和所述L输入引脚、N输入引脚连接，输出端分别和所述地引脚、输出引脚连接。所述交流整流桥堆BD用于将交流电力线输入的交流电整流为直流。所述交流电力线双向过零检测芯片还包括稳压管ZD，所述稳压管ZD设置于所述交流整流桥堆BD的输出端之间。所述稳压管ZD用于对所述交流整流桥堆BD的输出电压进行电压钳位，以防止后面的电路部件被损坏。需要说明的是，所述交流整流桥堆BD不局限于图1所示的实现方式，实际实现时可以采用现有技术中的任何一种实现方式，如使用基极和发射级连接在一起的三极管构成，或者使用MOS管的寄生体二极管等。由于交流整流桥堆的具体实现方式并非本发明的主要创新点，因此在本发明中不对其具体实现方式进行详细描述。

在本实施例中进一步优选的是，所述交流电力线双向过零检测芯片还包括第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端与所述MOS开关Q1的漏极连接，另一端与所述输出引脚O连接。需要说明的是，所述第一电阻R1对于实现所述交流电力线双向过零检测芯片的功能是非必要的，即不设置所述第一电阻R1、所述MOS开关Q1的漏极直接与所述输出引脚O连接时，所述交流电力线双向过零检测芯片同样可以实现其功能。当设置所述第一电阻R1时，所述第一电阻R1用于帮助静电释放。

实施例2：如图5所示，一种交流电力线双向过零检测电路，包括所述交流电力线双向过零检测芯片。

在本实施例中优选的是，所述交流电力线双向过零检测电路还包括限流分压电阻R2，所述限流分压电阻R2设置于交流电力线零线和所述L输入引脚L之间，所述电流分压电阻R2用于限制流向所述交流电力线双向过零检测芯片的最大电流，并进行分压，以防止所述稳压管ZD损坏并提供足够的能量给电路使用。

在本实施例中进一步优选的是，所述交流电力线双向过零检测电路还包括光耦模块，所述光耦模块包括充放电电阻R3、初级充放电电容C1、光耦OPTO、次级充放电电容C2、直流电源VDD和限流电阻R4，所述充放电电阻R3和初级充放电电容C1串联后设置于所述输出引脚O和地之间，所述光耦OPTO中的发光二极管与所述充放电电阻R3并联，所述次级充放电电容C2设置于所述光耦OPTO中的三极管的集电极和发射级之间，所述限流电阻R4设置于所述直流电源VDD和所述光耦OPTO中的三极管的集电极之间。

结合实施例1中对所述交流电力线双向过零检测芯片的说明，在交流电的电压V_AC的波形从正半轴向负半轴变化通过零点的时刻开始，所述MOS开关Q1导通T1时间，在交流电的电压V_AC的波形从负半轴向正半轴变化通过零点的时刻开始，所述MOS开关Q1导通T2时间。所述MOS开关Q1导通的时候，光耦得到发光电流，将过零信号传输给次级，因此所述光耦模块的输出电压的波形图如图6所示，在交流电的电压V_AC的波形从正半轴向负半轴变化通过零点之后，输出一段持续时长为T1的低电平电压，之后恢复为高电平电压，然后在交流电的电压V_AC的波形从负半轴向正半轴变化通过零点之后，输出一段持续时长为T2的低电平电压，之后再恢复为高电平电压，如此在交流电的每个周期内循环。通过所述光耦模块的输出电压为低电平电压的持续时间的长短，即可判断交流电为下降沿过零点还是上升沿过零点。

应当理解，所述交流电力线双向过零检测芯片的输出引脚O至少具有两方面的作用，第一方面作用为通过所述输出引脚对所述初级充放电电容C1进行充电，作为所述芯片除所述交流整流桥堆BD和所述稳压管ZD之外的其他部件的供电端；第二方面作用为连接所述光耦模块内的发光二极管的负端，用来驱动所述光耦模块。

需要说明的是，由于在所述MOS开关Q1刚开始导通的T3时间内，所述电流镜的输出电流I_discharge为n倍的所述第一电流源I₁的输入电流与n2倍的第二电流源I₂的输入电流之和，即此时电流镜的输出电流I_discharge较大。通过在交流电过零点后最开始的T3时间内设置较大的电流镜的输出电流I_discharge，可以快速拉低输出，将过零信号传递至次级，使得光耦模块的输出端检测出的过零信号与交流电的实际过零点之间的误差很小；通过实验验证，该误差可以控制在0.5us~1us之间。之后，第二驱动信号消失，仅第一驱动信号驱动所述MOS开关Q1导通，此时，所述电流镜的输出电流I_discharge与所述第一电流源I₁的输入电流之和成n倍比例关系，即电流镜的输出电流I_discharge变小，如此，可以在保证过零信号能够被传递到光耦模块的次级的同时，尽最大可能利用初级充放电电容C1的储能，延长初级充放电电容C1的放电时间，避免因为初级充放电电容C1的储能不够而无法为所述光耦提供足够的发光电流，进而引起过零信号传递失败，过零信号检测结果错误的情况。

需要说明的是，所述第二使能信号EN₂的持续时间不应太短，太短会导致输出还没有被拉低时第二使能信号EN₂就结束了，进而无法实现将过零信号快速传递至次级、缩小光耦模块的输出端检测出的过零信号与交流电的实际过零点之间的误差的效果；所述第二使能信号EN₂的持续时间也不应太长，太长会消耗过多所述初级充放电电容C1上存储的电荷，从而导致时长为T1的计时和/或时长为T2的计时还没有计时结束，初级充放电电容C1上的电荷就不足以为所述光耦提供足够的发光电流，进而引起过零信号传递失败，过零信号检测结果错误的情况。

需要进一步说明的是，图6仅为了清楚地显示各信号的波形，对于各信号波形的宽度占交流电半周期的比例不做任何示例性的限制。

实施例3：如图7所示，一种交流电力线双向过零检测方法，包括：

S1：对交流电力线的零火线的电压进行比较，在交流电下降沿的过零点和上升沿的过零点，分别开始不同时长的计时信号，并根据所述计时信号产生第一使能信号，使得驱动器产生第一驱动信号；

S2：对交流电力线的零火线的电压进行比较，在交流电的每个过零点输出第二使能信号，使得驱动器产生第二驱动信号；

S3：所述第一驱动信号和第二驱动信号共同驱动MOS开关导通，产生过零信号；

S4：所述第二使能信号变化为低电平，所述第二驱动信号消失，所述第一驱动信号继续驱动所述MOS开关导通，继续产生过零信号；

S5：所述第一使能信号变化为低电平，所述第一驱动信号消失，所述MOS开关关闭，过零信号结束；

S6：根据过零信号的长短，判断是交流电上升沿过零还是下降沿过零。

在本实施例中优选的是，通过电压比较器对交流电力线的零火线的电压进行比较，在交流电上升沿的过零点，计时器开始T1时长的计时；在交流电下降沿的过零点，计时器开始T2时长的计时；所述T1≠T2；所述T2=M*T1，其中M≥2或者0<M≤0.5。所述驱动器包括第一电流源、第二电流源和电流镜，所述第一电流源和所述第二电流源均作为所述电流镜的输入电流，所述电流镜的输出端和所述MOS开关的栅极连接。所述计时器计时T1时间内以及计时T2时间内，所述第一电流源被使能，进而所述驱动器形成第一驱动信号。所述第二使能信号的持续时间为T3，用于使能所述第二电流源，进而所述驱动器形成第二驱动信号，所述T3的取值小于T1以及T2的取值。

在本实施例中进一步优选的是，所述交流电力线双向过零检测方法还包括交流整流桥堆将交流电整流为直流，为初级充放电电容进行充电；还包括稳压管对流整流桥堆输出的直流进行电压钳位；还包括限流分压电阻进行电压分压、电流限流；还包括光耦模块将过零信号传递至交流电力线双向过零检测电路的输出端。

需要说明的是，所述交流电力线双向过零检测方法可以通过实施例中的交流电力线双向过零检测芯片或者实施例中的交流电力线双向过零检测电路实现。

实施例4：本实施例与前述实施例类似，不同的是，在本实施例中，所述第二使能信号EN₂的持续时间的取值范围为2-3us，所述第一驱动信号和所述第二驱动信号共同驱动所述MOS开关Q1导通时，所述电流镜的输出电流I_discharge的值大于10mA。

实施例5：本实施例与前述实施例相似，不同的是，在本实施例中优选的是，所述驱动器包括第一电流源、第二电流源、第一电流镜和第二电流镜，所述第一电流源作为第一电流镜的输入电流，所述第二电流源作为第二电流镜的输入电流，所述第一电流镜的输出端和所述第二电流镜的输出端均与所述MOS开关的栅极连接。

需要说明的是，所述第一电流镜和所述第二电流镜的电流比例可以有所差别。

需要进一步说明的是，所述第一电流源的电流可以随着时间进行调整，如在T3时间之后、T1或T2时间之前的一段时间内，逐步减小。

实施例6：如图8所示，一种交流电力线双向过零检测电路，本实施例与前述实施例类似，不同的是，在本实施例中优选的是，所述驱动器包括第一驱动器Driver1和第二驱动器Driver2，所述MOS开关包括第二MOS开关Q2和第三MOS开关Q3。所述第一驱动器Driver1和所述第一计时器T_pos连接，且所述第一驱动器Driver1接收所述第一计时器T_pos的计时信号以及所述电压比较器CMP输出的0到1的变化信号以驱动所述第二MOS开关Q2导通，以产生上升沿过零信号；所述第二驱动器Driver2和所述第二计时器T_neg连接，且所述第二驱动器Driver2接收所述第二计时器T_neg的计时信号以及所述电压比较器CMP输出的1到0的变化信号以驱动所述第三MOS开关Q3导通，以产生下降沿过零信号。

在本实施例中进一步优选的是，所述电流分压电阻由四个阻值均为750kΩ的电阻R21、R22、R23和R24串联构成；所述第一电阻R1的阻值为250Ω，所述充放电电阻R3的阻值为4.7kΩ，所述限流电阻R4的阻值为10kΩ，所述初级充放电电容C1的电容值为100nF，所述次级充放电电容C2的电容值为1nF。

该实施例中所述交流电力线双向过零检测电路的输入输出电压波形如图9所示。

实施例7：本实施例与前述实施例类似，不同的是，在本实施例中优选的是，交流电力线双向过零检测芯片中的所述驱动器包括第一驱动器和第二驱动器，所述MOS开关包括第二MOS开关和第三MOS开关；所述第一驱动器包括第一电流源和第一电流镜，所述计时器的计时信号作为第一使能信号，用于使能所述第一电流源，形成第一驱动信号，所述第一电流镜的输出用于驱动所述第二MOS开关导通；所述第二驱动器包括第二电流源和第二电流镜，所述第二电流源被第二使能信号使能，形成第二驱动信号，所述第二电流镜的输出用于驱动所述第三MOS开关导通。

实施例8：本实施例与前述实施例类似，不同的是，在本实施例中优选的是，如图10所示，交流电力线双向过零检测芯片中的所述驱动器包括驱动电阻和短路开关，所述驱动电阻设置于所述MOS开关Q1的漏极和所述输出引脚O之间，所述短路开关和所述驱动电阻连接，用于短路部分所述驱动电阻。具体地说，在本实施例中，所述驱动电阻包括串联设置的第一驱动电阻RQ1和第二驱动电阻RQ2，所述短路开关与所述第一驱动电阻RQ1并联设置，所述驱动器将所述第一使能信号EN₁作为第一驱动信号，所述第一驱动信号作用于所述MOS开关Q1的栅极，所述第二使能信号EN₂用于使能所述短路开关，进而所述驱动器形成第二驱动信号，所述第二驱动信号作用于所述MOS开关Q1的漏极。

在交流电的电压V_AC的波形从正半轴向负半轴变化通过零点的时候，电压比较器CMP输出的比较信号从高电平变化为低电平，此时第一计时器T_pos开始时长为T1的计时，产生时长为T1的第一使能信号EN₁，所述驱动器将所述第一使能信号EN₁作为第一驱动信号，作用于所述MOS开关Q1的栅极，所述MOS开关Q1开始导通，产生过零信号；同时，同时产生一个持续时间为T3的第二使能信号EN₂，第二使能信号EN₂使能所述短路开关，将所述第一驱动电阻RQ1短路，所述MOS开关Q1获得一个较大的导通电流，可以迅速地将过零信号传递至次级，使得光耦模块的输出端检测出的过零信号与交流电的实际过零点之间的误差很小。所述第二使能信号EN₂持续T3时间之后，变化为低电平信号，第二使能信号EN₂消失，所述短路开关打开，作用于所述MOS开关Q1的漏极的第二驱动信号消失，但是第一驱动信号继续作用于所述MOS开关Q1的栅极，所述MOS开关Q1的导通电流变小，在继续将过零信号传递至次级的同时，降低对所述初级充放电电容C1上存储的电荷的消耗速度。所述第一使能信号EN₁持续T1时间后，变化为低电平信号，所述第一驱动信号也消失，所述MOS开关Q1关闭，直至交流电的电压V_AC的波形从负半轴向正半轴变化通过零点。

在交流电的电压V_AC的波形从负半轴向正半轴变化通过零点的时候，电压比较器CMP输出的比较信号从低电平变化为高电平，此时第二计时器T_neg开始时长为T2的计时，产生时长为T2的第一使能信号EN₁，所述驱动器将所述第一使能信号EN₁作为第一驱动信号，作用于所述MOS开关Q1的栅极，所述MOS开关Q1开始导通，产生过零信号；同时，同时产生一个持续时间为T3的第二使能信号EN₂，第二使能信号EN₂使能所述短路开关，将所述第一驱动电阻RQ1短路，所述MOS开关Q1获得一个较大的导通电流，可以迅速地将过零信号传递至次级，使得光耦模块的输出端检测出的过零信号与交流电的实际过零点之间的误差很小。所述第二使能信号EN₂持续T3时间之后，变化为低电平信号，第二使能信号EN₂消失，所述短路开关打开，作用于所述MOS开关Q1的漏极的第二驱动信号消失，但是第一驱动信号继续作用于所述MOS开关Q1的栅极，所述MOS开关Q1的导通电流变小，在继续将过零信号传递至次级的同时，降低对所述初级充放电电容C1上存储的电荷的消耗速度。所述第一使能信号EN₁持续T2时间后，变化为低电平信号，所述第一驱动信号也消失，所述MOS开关Q1关闭，直至交流电的电压V_AC的波形从正半轴向负半轴变化通过零点。

由于交流电的电压V_AC的下降沿过零点时，MOS开关Q1导通T1时间；上升沿过零点时，MOS开关Q1导通T2时间；而T1和T2的取值不同，所述在光耦模块的输出端可以根据其接收的过零信号的持续时间的长度判断是下降沿过零点还是上升沿过零点。

需要说明的是，所述驱动电阻和短路开关的设置方式不局限于本实施例中说明的方式，还可以采用其他现有技术中公开的设置方式。

需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应该理解：其可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种交流电力线双向过零检测芯片，包括L输入引脚、N输入引脚、地引脚和输出引脚，其特征在于：还包括电压比较器、计时器、驱动器和MOS开关，其中：

所述电压比较器被配置为对交流电力线零火线的电压进行比较，并输出比较信号，其输入端与所述L输入引脚、所述N输入引脚连接；

所述计时器被配置为接收所述电压比较器输出的比较信号，并根据所述比较信号的变化开始不同时长的计时，所述计时器在所述电压比较器输出的比较信号由低电平变化为高电平的时刻开始T1时长的计时；在所述电压比较器输出的比较信号由高电平变化为低电平的时刻开始T2时长的计时，所述T1≠T2；

所述驱动器被配置为接收所述计时器的不同时长的计时信号并形成不同时长的第一驱动信号；根据所述电压比较器输出的比较信号形成第二驱动信号；根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号驱动所述MOS开关导通，形成过零信号；

所述MOS开关的漏极与所述输出引脚连接，源极与所述地引脚连接。

2.如权利要求1所述的交流电力线双向过零检测芯片，其特征在于：所述计时器计时T1时长内以及计时T2时长内，产生第一使能信号。

3.如权利要求2所述的交流电力线双向过零检测芯片，其特征在于：所述T2=M*T1，其中M≥2或者0<M≤0.5。

4.如权利要求2所述的交流电力线双向过零检测芯片，其特征在于：所述电压比较器输出的比较信号每次由低电平变化为高电平或者从由高电平变化为低电平时，均会产生持续时间为T3的第二使能信号，所述T3的取值小于T1以及T2的取值。

5.如权利要求4所述的交流电力线双向过零检测芯片，其特征在于：所述驱动器包括第一电流源、第二电流源和电流镜，所述第一电流源和所述第二电流源均作为所述电流镜的输入电流，所述电流镜的输出端和所述MOS开关的栅极连接。

6.如权利要求5所述的交流电力线双向过零检测芯片，其特征在于：所述第一使能信号用于使能所述第一电流源，进而所述驱动器形成第一驱动信号；所述第二使能信号用于使能所述第二电流源，进而所述驱动器形成第二驱动信号；所述第一驱动信号和所述第二驱动信号均作用于所述MOS开关的栅极。

7.如权利要求4所述的交流电力线双向过零检测芯片，其特征在于：所述驱动器包括驱动电阻和短路开关，所述驱动电阻设置于所述MOS开关的漏极和所述输出引脚之间，所述短路开关和所述驱动电阻连接，用于短路部分所述驱动电阻。

8.如权利要求7所述的交流电力线双向过零检测芯片，其特征在于：所述驱动器将所述第一使能信号作为第一驱动信号，所述第一驱动信号作用于所述MOS开关的栅极；所述第二使能信号用于使能所述短路开关，进而所述驱动器形成第二驱动信号，所述第二驱动信号作用于所述MOS开关的漏极。

9.如权利要求1所述的交流电力线双向过零检测芯片，其特征在于：还包括交流整流桥堆和稳压管；所述交流整流桥堆的输入端分别和所述L输入引脚、N输入引脚连接，输出端分别和所述地引脚、输出引脚连接；所述稳压管设置于所述交流整流桥堆的输出端之间。

10.一种交流电力线双向过零检测电路，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的交流电力线双向过零检测芯片。

11.如权利要求10所述的交流电力线双向过零检测电路，其特征在于：还包括限流分压电阻和光耦模块；所述限流分压电阻设置于交流电力线L线和所述L输入引脚之间；所述光耦模块包括充放电电阻、初级充放电电容、光耦、次级充放电电容、直流电源和限流电阻，所述充放电电阻和初级充放电电容串联后设置于所述输出引脚和地之间，所述光耦中的发光二极管与所述充放电电阻并联，所述次级充放电电容设置于所述光耦中的三极管的集电极和发射级之间，所述限流电阻设置于所述直流电源和所述光耦中的三极管的集电极之间。

12.一种交流电力线双向过零检测方法，其特征在于：包括：

对交流电力线的零火线的电压进行比较，在交流电下降沿的过零点和上升沿的过零点，分别开始不同时长的计时信号，并根据所述计时信号产生第一使能信号，使得驱动器产生第一驱动信号；

对交流电力线的零火线的电压进行比较，在交流电的每个过零点输出第二使能信号，使得驱动器产生第二驱动信号；

所述第一驱动信号和第二驱动信号共同驱动MOS开关导通，产生过零信号；

所述第二使能信号变化为低电平，所述第二驱动信号消失，所述第一驱动信号继续驱动所述MOS开关导通，继续产生过零信号；

所述第一使能信号变化为低电平，所述第一驱动信号消失，所述MOS开关关闭，过零信号结束；

根据过零信号的长短，判断是交流电上升沿过零还是下降沿过零。