CN202486205U - 电压过零检测电路及装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电压过零检测电路及装置，所述电路用于对交流信号进行检测，输出过零信号，包括三极管，该三极管的基极与交流信号输入端连接，集电极与供电电源连接，发射极接地，其还包括：补偿二极管，设置在三极管的基极与交流信号输入端之间，其阳极与三极管的基极连接，阴极与交流信号输入端连接；第一电阻，一端与三极管的基极连接，另一端与供电电源连接。本实用新型电压过零检测电路及装置可获得更精准的过零信号，该过零信号与交流信号的过零位同步。
Description
技术领域
本实用新型涉及电压检测技术领域，尤其涉及到一种电压过零检测电路及装置。
背景技术
电压过零是指交流信号的电压从正半周向负半周转换或从负半周向正半周转换经过零位，该零位与参考点的电压差为零。在电子线路设计中，通常使用电压过零作为时间参考点，为了获得交流信号的电压过零而产生了电压过零检测电路。
参照图1，图1为现有技术中常用的电压过零检测电路。以220V市电作为交流信号为例，该市电输出到三极管TR1的基极，在三极管TR1的发射极输出过零信号。该过零信号与市电的过零点具有一定的误差，主要是由于电路中的三极管TR1的需要0.7V的导通电压。在市电正半周转换为负半周时，市电在没有到达过零位之前，过零信号先于市电过零位变化由低电平变为高电平，提前250微秒左右；在市电负半周转换为正半周时，市电在已经超过过零位之后，过零信号滞后于过零位变化由高电平变为低电平，滞后250微秒左右。图2为以图1所示的电路所进行仿真验证时所获得的过零信号波形和市电波形对比示意图。图2中的正弦曲线为220V市电波形，另一波形为过零信号波形。在仿真验证中反映出过零信号的波形与市电的波形在转换点不重合，具有一定的时间差。
综上所述，对于要求过零信号与交流信号的过零位必须同步的场合，比如用于计时场合和可控硅控制场合，如图1所示的现有过零检测电路无法满足精准要求。
实用新型内容
本实用新型的目的为提供一种电压过零检测电路及装置，旨在获得与交流信号的过零位同步的过零检测信号。
本实用新型目的是通过提供一种电压过零检测电路，用于对交流信号进行检测，输出过零信号，包括三极管，该三极管的基极与交流信号输入端连接，集电极与供电电源连接，发射极接地，其还包括：
补偿二极管，设置在三极管的基极与交流信号输入端之间，其阳极与三极管的基极连接，阴极与交流信号输入端连接；
第一电阻，一端与三极管的基极连接，另一端与供电电源连接。
优选地，所述三极管为NPN型三极管。
优选地，还包括钳位二极管，所述钳位二极管的阴极与所述三极管的基极相连，所述钳位二极管的阳极与所述三极管的发射极相连。
优选地，所述补偿二极管的反向耐压值高于所述交流信号的电压值。
优选地，所述补偿二极管的型号为1N4007。
优选地，所述电压过零检测电路还包括微处理器，该微处理器与所述三极管的发射极连接，用于接受所述过零信号的输入。
优选地，所述电压过零检测电路设有第二电阻，所述第二电阻的一端与所述微处理器连接，另一端与所述三极管的发射极连接。
优选地，所述电压过零检测电路还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述三极管的发射极连接，另一端与所述三极管的集电极连接。
本实用新型还提供一种电压过零检测装置，所述装置包括电压过零检测电路，用于对交流信号进行检测，输出过零信号，包括三极管，该三极管的基极与交流信号输入端连接，集电极与供电电源连接，发射极接地，其还包括：
补偿二极管，设置在三极管的基极与交流信号输入端之间，其阳极与三极管的基极连接，阴极与交流信号输入端连接；
第一电阻，一端与三极管的基极连接，另一端与供电电源连接。
本实用新型电压过零检测电路及装置通过在三极管的基极前加一个用于补偿三极管压降的二极管，使三极管在输入的交流信号电压为零电压时处于临界导通状态，由此获得更精准的过零信号，该过零信号与交流信号的过零位同步。
附图说明
图1为现有技术中常用的过零检测电路结构示意图；
图2为以图1所示的电路所进行仿真验证时所获得的过零信号波形和市电波形对比示意图；
图3为本实用新型电压过零检测电路一实施例的电路结构示意图；
图4为以图3所示的电路进行仿真验证时所获得的过零信号波形和市电波形对比示意图。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参照图3，图3为本实用新型电压过零检测电路结构示意图。该电路用于对交流信号进行检测，输出过零信号，本实用新型电压过零检测电路包括三极管TR1，该三极管TR1的基极与交流信号输入端连接，集电极与供电电源连接，发射极接地，还包括：补偿二极管D2，设置在三极管TR1的基极与交流信号输入端之间，其阳极与三极管TR1的基极连接，阴极与交流信号输入端连接；第一电阻R4，一端与三极管TR1的基极连接，另一端与供电电源连接。第一电阻R4分配电压给三极管TR1的基极，使三极管TR1能够工作在开关工作模式，其基极能够导通；补偿二极管D2的阴极接与交流信号输入端相连，在交流信号为零电压时将三极管TR1置于临界导通状态。
本实用新型电压过零检测电路实施例中，补偿二极管D2接受交流信号的输入，当交流信号等于零电压时，也即处于过零位时，输出的过零信号处于电平转换时刻，当交流信号大于零电压，过零信号的电平由高电平变化为低电平，当交流信号小于零电压时，过零信号的电平由低电平变化为高电平，过零位与过零信号完成同步。
本实施例中以第一电阻R4将电源的电压输到三极管TR1的基极，在其它实施例中，也可用二极管等其它元器件取代第一电阻R4将电压输出给三极管TR1的基极。
上述的三极管TR1优选为NPN型三极管，其基极与发射极的导通电压与补偿二极管D2的正向导通电压相近或相等，其差值越小则所获得的过零信号越准确。
上述电压过零检测电路设有钳位二极管D1，该钳位二极管D1的阴极与三极管TR1的基极相连，钳位二极管D1的阳极与三极管TR1的发射极相连。钳位二极管D1可起到防止交流信号在负半周时，施加过高反向电压使三极管TR1损坏的效果。
上述电压过零检测电路中，优选补偿二极管D2的反向耐压值高于交流信号的电压值，这样可避免交流信号的电压高于电源电压而导致交流信号电压输出到三极管TR1，造成电压过零检测电路损坏的情况。比如，在交流信号为220V市电时，补偿二极管D2的反向耐压值要大于220V，可以使用的型号为1N4007的二极管。该1N4007的二极管其反向耐压值比220V高。
上述电压过零检测电路还包括用于接受过零信号的微处理器(MCU)，该微处理器(MCU)与三极管TR1的发射极连接。通过该微处理器(MCU)对过零信号进行各种应用，比如计时等。
上述电压过零检测电路还包括第二电阻R5，该第二电阻R5的一端与三极管TR1的发射极连接，另一端与上述的微处理器(MCU)连接。该第二电阻R5起到稳定信号输出的效果。
上述电压过零检测电路还包括第一电容C2，该第一电容C2的一端与三极管TR1的发射极连接，另一端与三极管TR1的集电极连接，对输出的过零信号起消除杂讯的作用。
参照图3，本实用新型电压过零检测电路的有益效果的实现过程为：
以供电电源地GND作为交流信号的公共端，当输入的交流信号其电压小于电源减去三极管的压降0.7V时，补偿二极管D2正向导通，电流从供电电源正极VCC经第一电阻R4、补偿二极管D2、交流信号线路最后回到供电电源地GND形成电流回路，因此三极管TR1的基极电压(Ub)始终比交流信号电压高0.7V(补偿二极管D2的正向压降)，刚好补偿三极管TR1的基极对发射极的导通压降0.7V。当交流信号正好为过零位时，交流信号的电压为0V，三极管TR1的基极电压(Ub)为0.7V，处于临界导通状态。只要交流信号的电压大于0V，三极管TR1的基极由于电压叠加，基极电压(Ub)大于0.7V使得三极管TR1导通，过零信号输出为低电平；反之，只要交流信号的电压低于0V，三极管TR1截止，过零信号输出为高电平。因此，上述过零信号的高低电平转换与交流信号的过零位完全同步。
对于输入的交流信号电压大于电源电压减去0.7V时，补偿二极管D2反向截止，三极管TR1以供电电源供电，同样能正常输出同步的过零信号，在此不再赘述。
参照图4，图4为本实用新型电压过零检测电路的仿真验证时所获得的过零信号波形和市电波形对比示意图。图中的两条曲线中正弦曲线为220V市电的波形，另一条为过零信号波形，过零信号波形与市电波形在转变点完全同步。与现有技术所获得的过零信号相比，本实用新型获得的过零信号具有更优秀的性能，过零信号与交流信号的过零位完全同步，不存在提前或滞后的情形，能精确的反映出交流信号的过零位。
本说明书还提出装置一实施例，所述装置包括图3所示的电压过零检测电路，可以是家用电器、医疗设备或电力控制器或发电机等装置，该电压过零检测电路的特点和连接结构前述已有陈述，在此不再赘述。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种电压过零检测电路，用于对交流信号进行检测，输出过零信号，包括三极管，该三极管的基极与交流信号输入端连接，集电极与供电电源连接，发射极接地，其特征在于，还包括：
补偿二极管，设置在三极管的基极与交流信号输入端之间，其阳极与三极管的基极连接，阴极与交流信号输入端连接；
第一电阻，一端与三极管的基极连接，另一端与供电电源连接。
2.如权利要求1所述的电压过零检测电路，其特征在于，所述三极管为NPN型三极管。
3.如权利要求1或2所述的电压过零检测电路，其特征在于，还包括钳位二极管，所述钳位二极管的阴极与所述三极管的基极相连，所述钳位二极管的阳极与所述三极管的发射极相连。
4.如权利要求3所述的电压过零检测电路，其特征在于，所述补偿二极管的反向耐压值高于所述交流信号的电压值。
5.如权利要求4所述的电压过零检测电路，其特征在于，所述补偿二极管的型号为1N4007。
6.如权利要求5所述的电压过零检测电路，其特征在于，所述电压过零检测电路还包括微处理器，该微处理器与所述三极管的发射极连接，用于接受所述过零信号的输入。
7.如权利要求6所述的电压过零检测电路，其特征在于，所述电压过零检测电路设有第二电阻，所述第二电阻的一端与所述微处理器连接，另一端与所述三极管的发射极连接。
8.如权利要求7所述的电压过零检测电路，其特征在于，所述电压过零检测电路还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述三极管的发射极连接，另一端与所述三极管的集电极连接。
9.一种电压过零检测装置，其特征在于，包括如权利1到8任意一项所述的电压过零检测电路。
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