CN1314742A - 一种交流电源同步信号的检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交流电源电压同步信号的检测电路,包括二极管D1、限流电阻R1和电子开关器件,二极管D1的阳极接地,其阴极与限流电阻R1相连,该限流电阻R1另一连接端为交流电源电压U1输入端,限流电阻R1和二极管D1的连接点A与电子开关器件的输入端相连,该电子开关器件的另一输入端接入直流电压Uc,电子开关器件的输出端输出交流电源电压同步信号Ut。由于本发明没有采用同步变压器,电路简单,抗干扰能力强,可以广泛应用与软启动器,半导体交流电子开关,固态继电器,电机节能控制器以及各种晶闸管电气传动控制装置中。
Description
本发明涉及一种交流电源同步信号的检测电路，具体说是涉及一种在使用晶闸管作为功率开关器件的功率控制装置中的交流电源同步信号的检测电路。
由于晶闸管是自关断器件，只有当阳极相对阴极为正偏压，且控制极相对阴极也为正偏压时才能导通。因此在使用晶闸管作为功率开关器件的功率控制装置中需要电源同步信号，以保证由控制器发出的触发脉冲是有效的。现有技术中电源同步信号的检测采用同步变压器进行检测的，变压器原边接电源电压，副边得到正弦波低压信号，经电子电路整形成方波同步信号，方波的前、后沿对应与正弦交流电压的过零点，如中国实用新型专利92235309.3公开的电动机全方位保护经济运行控制器中，采用Δ/Y-11同步变压器，电压比较器LM339，由3个异或门、4个非门、二极管、电阻和电容组成的波缘检测器组成同步电路。因此采用同步变压器进行检测的电路所用电器元件多，电路复杂，抗干扰能力弱，而且增大了设备的体积、重量和功耗等。
本发明的目的在于提供一种简单、抗干扰能力强的交流电源同步信号检测电路。
为实现上述目的，本发明包括二极管D1、限流电阻R1和电子开关器件，二极管D1的阳极接地，其阴极与限流电阻R1相连，该限流电阻R1另一连接端为交流电源电压U1输入端，限流电阻R1和二极管D1的连接点A与电子开关器件的输入端相连，该电子开关器件的另一输入端接入直流电压Uc，电子开关器件的输出端输出交流电源电压同步信号Ut；利用半导体二极管和电子开关器件的非线性特性使电路在电源电压的正、负半波分别形成两个不同的拓扑结构，输出两种不同的电平，两种电平变化时刻为交流正弦电源电压过零时刻，因此输出两种不同的电平即为交流电源电压同步信号。
本发明的所述电子开关器件为二极管D2，该二极管D2的阴极为直流电压Uc输入端，其阳极为与所述连接点A相连的输入端，同时也为交流电源电压同步信号Ut的输出端。
本发明的所述电子开关器件为电子开关三极管T1，该电子开关三极管T1的基极为与所述连接点A相连的输入端，其发射极与所述的二极管D1的阳极相连，其集电极为交流电源电压同步信号Ut的输出端，集电极还与分压电阻R2相连，该分压电阻R2的另一端为直流电压Uc输入端。
作为对本发明的进一步改进，所述交流电源电压同步信号的输出端连接用于隔离的光电耦合器OP，该光电耦合器的发光二极管的阳极与所述交流电源电压同步信号的输出端相连，发光二极管的阴极与所述的二极管D1的阳极相连，光电耦合器的光控三极管的发射极接地，光控三极管的集电极经电阻R3与另一直流电压Ub相连，同时该集电极输出同步信号Ut；这样输入、输出不共地以实现信号隔离；还在所述交流电源电压同步信号的输出端与光电耦合器之间串接比较器或门电路，以增强电路的负载能力。
由于本发明没有同步变压器，直接采用交流电源电压作为信号源，采用电阻进行降压和限流，利用二极管和电子开关器件的非线性检测交流电源电压的过零信号，从而得到方波同步信号，在需要隔离时采用光电耦合器进行隔离。因此本发明电路简单，抗干扰能力强，电路基本不用调试，而且成本低，安装简单，整个设备的体积、重量和功耗都大大降低。本发明可以广泛应用与软启动器，半导体交流电子开关，固态继电器，电机节能控制器以及各种晶闸管电气传动控制装置中。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明其中一实施例的电路原理图；
图2为图1所示的实施例连接光电耦合器的电路原理图；
图3为本发明另一实施例的电路原理图；
图4为图3所示的实施例连接光电耦合器的电路原理图；
图5为本发明中交流电源电压和同步信号波形图。
如图1所示的实施例中，本电路包括二极管D1、限流电阻R1和二极管D2，二极管D1的阳极接地，其阴极与限流电阻R1相连，该限流电阻R1另一连接端为交流电源电压U1输入端，限流电阻R1和二极管D1的连接点A与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极为直流电压Uc输入端，二极管D2的阳极即连接点A为本电路输出端输出交流电源电压同步信号Ut；利用半导体二极管的非线性特性使电路在交流电源电压U1的正、负半波分别形成两个不同的拓扑结构，输出两种不同的电平，两种电平变化时刻为交流正弦电源电压过零时刻。交流电源电压U1既可以是相电压，也可以是线电压，输入的直流电压Uc为控制电路的直流电压电源，如单片计算机用的5伏直流电压；在交流电源电压U1的正半波，当电源电压U1高于直流电压Uc时，二极管D2导通，二极管D1截止；由于二极管D2截止，输出的同步信号电压应为限流电阻R1与后级使用同步信号电路的输入阻抗的分压值，但因电子电路的输入阻抗一般都很高，如输入信号接近电源，这是不允许的，本发明由二极管D2来解决这个问题，二极管D2的导通将输出钳位在直流电压Uc，保证了在交流电源电压的正半波时，连接点A输出的同步信号的幅值为直流电压Uc。在电源电压的负半波，二极管D1导通，二极管D2截止，连接点A输出的同步信号的幅值接近为0；由于输入电压为交流电源电压U1，采用相电压时有效值为220伏，峰值为314伏；采用线电压时，有效值为380伏，峰值为517伏，这些相对于直流电压Uc都大得多；因此本电路输出的翻转可以认为是在电源电压的过零处，完全能满足同步信号的要求。另外采用晶闸管作为功率电子开关器件的电路会引起电源电压的波形畸变，但因二极管的门槛电压很低仅0.7伏，在本电路中采用电源电压直接输入，门槛电压仅为电源电压的0.2％～0.3％，可以忽略不计，交流电源电压U1和同步信号Ut波形如图5所示。
本发明中，可根据电源电压合理选择限流电阻R1的阻值，如图1所示的实施例中输入的交流电源电压为线电压时，限流电阻R1的阻值为300KΩ，输入的交流电源电压为相电压时，限流电阻R1的阻值为200KΩ；本电路中两个二极管D1、D2的型号为1N4007，使在两种拓扑结构时元件都不过载。
当使用的系统需要进行隔离时，在图1中的同步信号的输出端二极管D2的阳极即连接点A连接型为4N35光电耦合器OP，如图2所示光电耦合器的发光二极管的阳极与连接点A相连，发光二极管的阴极与二极管D1的阳极相连，光电耦合器的光控三极管的发射极接地，光控三极管的集电极经电阻R3与直流电压Uc相连或与另一直流电压Ub相连；光控三极管集电极输出同步信号Ut，当然同步信号Ut也可从光控三极管的发射极输出，但此时发射极须连接电阻后接地；这样输入、输出不共地以实现信号隔离；在交流电源电压同步信号的输出端与光电耦合器之间可串接型为LM339的比较器Av，或其它门电路(图2中未示出)，这样可增强电路的负载能力。
如图3所示为本发明的另一实施例，本实施例与图1所示的电路结构及原理基本相同，不同之处是用开关三极管T1取代图1所示实施例中的二极管D2，开关三极管T1的基极为与连接点A相连的输入端，其发射极与二极管D1的阳极相连，其集电极为交流电源电压同步信号Ut的输出端，集电极还与分压电阻R2相连，该分压电阻R2的另一端为直流电压Uc输入端；同样需要进行隔离时，如图4所示，开关三极管T1的集电极连接型为4N35光电耦合器OP，但此电路中光控三极管的集电极经电阻R3只能与另一直流电压Ub相连；为增强电路的负载能力，在开关三极管T1的集电极与光电耦合器之间可串接比较器Av或其它门电路(图4中未示出)。
Claims (6)
1、一种交流电源电压同步信号的检测电路，其特征在于：包括二极管(D1)、限流电阻(R1)和电子开关器件，二极管(D1)的阳极接地，其阴极与限流电阻(R1)相连，该限流电阻(R1)另一连接端为交流电源电压(U1)输入端，限流电阻(R1)和二极管(D1)的连接点(A)与电子开关器件的输入端相连，该电子开关器件的另一输入端接入直流电压(Uc)，电子开关器件的输出端输出交流电源电压同步信号(Ut)；利用半导体二极管和电子开关器件的非线性特性使电路在电源电压的正、负半波分别形成两个不同的拓扑结构，输出两种不同的电平，两种电平变化时刻为交流正弦电源电压过零时刻。
2、根据权利要求1所述的交流电源电压同步信号的检测电路，其特征在于：所述电子开关器件为二极管(D2)，该二极管(D2)的阴极为直流电压(Uc)输入端，其阳极为与所述连接点(A)相连的输入端，同时也为交流电源电压同步信号(Ut)的输出端。
3、根据权利要求1所述的交流电源电压同步信号的检测电路，其特征在于：所述电子开关器件为开关三极管(T1)，该开关三极管(T1)的基极为与所述连接点(A)相连的输入端，其发射极与所述的二极管(D1)的阳极相连，其集电极为交流电源电压同步信号的输出端，集电极还与分压电阻(R2)相连，该分压电阻(R2)的另一端为直流电压输入端。
4、根据权利要求1或2或3所述的交流电源电压同步信号的检测电路，其特征在于：所述交流电源电压同步信号的输出端连接用于信号隔离的光电耦合器(OP)，该光电耦合器的发光二极管的阳极与所述交流电源电压同步信号的输出端相连，发光二极管的阴极与所述的二极管(D1)的阳极相连，光电耦合器的光控三极管的发射极接地，光控三极管的集电极经电阻(R3)与所述另一直流电压(Ub)相连，同时该集电极输出同步信号。
5、根据权利要求4所述的交流电源电压同步信号的检测电路，其特征在于：所述交流电源电压同步信号的输出端与光电耦合器(OP)之间串接可增强电路负载的比较器。
6、根据权利要求4所述的交流电源电压同步信号的检测电路，其特征在于：所述交流电源电压同步信号的输出端与光电耦合器(OP)之间串接可增强电路负载的门电路。
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