CN202854225U

CN202854225U - 一种正弦交流电电压过零检测电路

Info

Publication number: CN202854225U
Application number: CN 201220445491
Authority: CN
Inventors: 潘国雄; 王薇; 刘泳琴
Original assignee: HANGZHOU LINECOM TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU LINECOM TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2022-09-03

Abstract

本实用新型公开了一种正弦交流电电压过零检测电路，包括：光电耦合器、输出端、整流二极管、第一限流电阻、稳压器、滤波器、第二限流电阻、第一三极管、恒流电阻、第二三极管；整流二极管连接火线；第一限流电阻连接整流二极管和发光二极管；第二限流电阻连接火线和第一三极管；第一三极管连接发光二极管和第二三极管；第二三极管连接第一三极管和零线；恒流电阻连接于第二三极管的基极和发射极之间；滤波器连接发光二极管和第二三极管；稳压器与滤波器并联连接；光敏三极管连接电源电压Vcc；输出端连接光敏三极管。本实用新型可避免因光电耦合器差异性造成过零检测结果不同步的问题。

Description

一种正弦交流电电压过零检测电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种正弦交流电电压过零检测电路。

背景技术

PLC（Power Line Carrier Communication，电力线载波通信）是一种以输电线路为载波信号传输媒介的通信系统。在PLC系统中，发送端将调制后的数据信号耦合到电力线上进行发送，接收端必须与发送端具有某种程度的同步，才能正常接收到数据信号，因此，发送端与接收端拥有统一的参考定时基准对数据信号传输的可靠性是十分必要的。

过零检测是指在交流系统中，当波形从正半周向负半周转换，经过零位时，系统作出的检测。正弦交流电电压的过零点通常被选择作为PLC系统的定时基准，例如，采用IEC61334规范的PLC系统就要求数据信号的发送和接收必须在正弦交流电电压过零检测信号的上升沿开始，以保证整个系统中数据信号的发送、接收以及中继转发能够良好的同步。

图1所示为目前常见的正弦交流电电压过零检测电路，包括整流二极管D1、限流电阻R1、光电耦合器OPT、下拉电阻R2和输出端OUTPUT，光电耦合器OPT中又包括发光二极管D2和光敏三极管D3，整个电路的连接关系为：整流二极管D1的阳极连接火线，用于接收正弦交流电，整流二极管D1的阴极与限流电阻R1的一端连接，限流电阻R1的另一端与光电耦合器OPT中发光二极管D2的阳极连接，发光二极管D2的阴极连接零线，光敏三极管D3的集电极接收Vcc电压，发射极分别与下拉电阻R2的一端和输出端OUTPUT连接，下拉电阻R2的另一端接地。

图1所示电路的工作原理如下：在正弦交流电的正半周，电流通过整流二极管D1、限流电阻R1和发光二极管D2组成的电路，此时发光二极管D2发光使得光敏三极管D3导通，输出端OUTPUT输出高电平信号；在正弦交流电的负半周，由二极管D1、限流电阻R1、发光二极管D2组成的电路不再有电流通过，发光二极管D2不再发光，使得光敏三极管D3也由导通变为截止，输出端OUTPUT输出低电平信号；整个检测电路在接收正弦交流电的同时，输出端OUTPUT输出的信号是具有50%占空比的方波信号，该方波信号与接收的正弦交流电同步，并且所述方波信号的上升沿开始点即为正弦交流电电压的过零点，PLC系统的各节点设备就是使用这种方波信号去驱动发送或接收数据信号的工作。

PLC系统中，数据信号在传输过程中经历的每一个节点设备都具有如图1所示的正弦交流电电压过零检测电路，这些节点设备都以检测到的正弦交流电过零点为基准发送或接收信号。然而目前PLC系统采用如图1所示的正弦交流电电压过零检测电路具有如下几种缺点：一方面，不同光电耦合器受工作温度的不同以及器件一致性（如最小导通电压不同）的影响，其导通的延迟特性会有很大的不同，就会导致过零点检测结果不同步，例如，假设相邻两个节点设备中正弦交流电电压过零检测电路的光电耦合器分别为OPT1和OPT2，并且OPT1和OPT2的最小导通电压分别为U1和U2，U1＞U2，则在检测过程中，在正弦交流电的电压达到U2时，OPT2导通，而OPT1则要到正弦交流电的电压达到U1时才能导通，这样就会导致两个节点设备中正弦交流电电压过零检测电路最终输出的方波信号不同步，即过零点检测结果不同步，其结果就往往导致不同节点设备收发数据不同步，造成误码率增加，给PLC系统数据传输的可靠性带来不良影响；另一方面，某些领域对传输电路本身的功耗有严格的限制，但这种限制往往会使得正弦交流电电压过零检测电路中光电耦合器的延迟特性加重，例如，在智能电表抄表应用中，电力公司往往希望电路本身的功耗尽可能的小，也就是希望电路中的电流较小，然而在电流较小的情况下，光电耦合器中发光二极管对光敏三极管的激励作用就会减弱，就会导致光电耦合器的延迟特性加重，其结果也是导致不同节点设备收发数据不同步，造成PLC系统数据传输的误码率增加。

综上所述，受光电耦合器延迟特性的影响，目前常用的正弦交流电电压过零检测电路不能够给PLC系统的各节点设备提供一种可靠的参考基准。

实用新型内容

本实用新型提供一种正弦交流电电压过零检测电路，用以解决现有的正弦交流电电压过零检测电路因受到光电耦合器延迟特性的影响，而不能获得同步的正弦交流电电压过零检测信号的问题。

本实用新型包括：

一种正弦交流电电压过零检测电路，包括：光电耦合器、输出端、整流二极管、第一限流电阻、稳压器、滤波器、第二限流电阻、第一三极管、恒流电阻、第二三极管；所述光电耦合器由发光二极管和光敏三极管组成；其中，

整流二极管的阳极连接火线；

第一限流电阻串联于整流二极管的阴极和发光二极管的阳极之间；

第二限流电阻连接于火线和第一三极管的基极之间；

第一三极管的集电极连接发光二极管的阴极，发射极连接第二三极管的基极；

第二三极管的集电极连接第一三极管的基极，发射极连接零线；

恒流电阻连接于第二三极管的基极和发射极之间；

滤波器分别连接发光二极管的阳极和第二三极管的发射极；

稳压器与滤波器并联连接；

光敏三极管连接电源电压Vcc，用于在所述发光二极管开启时开启，并在所述发光二极管关闭时关闭；

输出端连接光敏三极管，用于在所述光敏三极管开启时输出信号，并在所述光敏三极管关闭时停止输出信号。

本实用新型提供一种正弦交流电电压过零检测电路，该电路将正弦交流电处理获得的稳定直流电压提供给光电耦合器的发光二极管，并根据正弦交流电的变化情况控制发光二极管的开启和关闭，可避免光电耦合器因器件差异性造成的导通不同步问题，进而解决了不同正弦交流电电压过零检测电路输出结果不同步的问题。

附图说明

图1为目前常用的正弦交流电电压过零检测电路示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的正弦交流电电压过零检测电路示意图；

图3为本实用新型实施例二提供的正弦交流电电压过零检测电路示意图。

具体实施方式

为了解决不同正弦交流电电压过零检测电路输出结果不同步的问题，本实用新型实施例提供了一种正弦交流电电压过零检测电路，以下结合说明书附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是：本实用新型中所称的“正弦交流电为正半周”是指火线电压U_L＞零线电压U_N，“正弦交流电为负半周”是指火线电压U_L＜零线电压U_N。

实施例一

本实施例提供一种正弦交流电电压过零检测电路，如图2所示，包括：光电耦合器OPT、输出端OUTPUT、整流二极管D1、第一限流电阻R1、稳压器W1、滤波器W2、第二限流电阻R2、第一三极管Q1、恒流电阻R3、第二三极管Q2；所述光电耦合器OPT由发光二极管和光敏三极管组成；其中，

整流二极管D1的阳极连接火线；

第一限流电阻R1串联于所述整流二极管D1的阴极和发光二极管的阳极之间；

第二限流电阻R2连接于火线和第一三极管Q1的基极之间；

第一三极管Q1的集电极连接发光二极管的阴极，发射极连接第二三极管Q2的基极；

第二三极管Q2的集电极连接第一三极管Q1的基极，发射极连接零线；

恒流电阻R3连接于第二三极管Q2的基极和发射极之间；

滤波器W2分别连接发光二极管的阳极和第二三极管Q2的发射极；

稳压器W1与滤波器W2并联连接；

输出端OUTPUT连接光敏三极管，用于在所述光敏三极管开启时输出信号，并在所述光敏三极管关闭时停止输出信号。

本实施例中，所述整流二极管D1具有以下两方面的作用：1）在正弦交流电为负半周（火线电压U_L＜零线电压U_N）时阻断电流以减少电路的功耗；2）防止光电耦合器OPT中的发光二级管被反向击穿；

所述第一限流电阻R1的阻值一般较大，用于限制电流的大小，以保护光电耦合器OPT的正常工作；

所述滤波器W2对正弦交流电进行滤波之后形成直流电，提供给发光二级管；

所述稳压器W1与滤波器W2并联，受稳压器W1的稳压作用，滤波器W2两端的电压稳定不变，因此总是提供给发光二级管的直流电压稳定不变；

所述第二限流电阻R2的作用是限制通过第一三极管Q1基极的电流大小，以免损坏第一三极管Q1；

所述第一三极管Q1的基极接收经第二限流电阻R2限流后的正弦交流电，当正弦交流电为正半周时，第一三极管Q1开启，当正弦交流电为负半周时，第一三极管Q1关闭；由于第一三极管Q1的集电极连接发光二极管的阴极，在滤波器W2总是为发光二极管提供直流电压的作用下，当第一三极管Q1开启时，发光二级管即可导通（即发光二级管开启），而当第一三极管Q1关闭时，发光二级管即可被截止（即发光二级管关闭）；也就是说，本实施例中通过控制第一三极管Q1的开启和关闭来间接控制发光二级管的开启与闭合，由于触发第一三极管Q1所需的电流（以下简称第一三极管Q1的最小导通电流）比触发发光二极管所需的电流（以下简称发光二级管的最小导通电流）要小很多，因此，当正弦交流电发生更微小的变化时，即可控制发光二级管开启或关闭，进而控制光敏三极管开启或关闭，最终触发输出端OUTPUT执行信号输出或停止信号输出，其效果就是提高了光电耦合器OPT的灵敏度，进而提高了整个正弦交流电电压过零检测电路输出结果的准确性，提高了不同正弦交流电电压过零检测电路输出结果的同步性；

所述恒流电阻R3两端的电压钳位于所述第二三极管Q2基极和发射极之间的恒定电压差（基于三极管的基极与发射极之间的电压差恒定的原理），又由于恒流电阻R3的阻值恒定，通过恒流电阻R3的电流也是恒定的；由所述第二三极管Q2的连接特性可知，所述恒流电阻R3与发光二极管具有串联的关系，因此，通过所述第二三极管Q2和恒流电阻R3的作用，发光二极管的电流就可以是维持恒定；

本实施例提供的电路将正弦交流电处理获得的稳定直流电压提供给光电耦合器OPT的发光二极管，并根据正弦交流电的变化情况控制发光二极管的开启和关闭，可避免光电耦合器OPT因器件差异性造成的导通不同步问题，进而解决了不同正弦交流电电压过零检测电路输出结果不同步的问题。

优选的，所述滤波器W2为电容，并且所述电容的正性电极连接所述发光二极管的阳极，所述电容的负性电极连接第二三极管Q2的发射极。

优选的，所述稳压器W1为稳压二极管，并且所述稳压二极管的阴极连接所述电容的正性电极，所述稳压二极管的阳极连接所述电容的负性电极。

优选的，所述正弦交流电电压过零检测电路中，

所述输出端OUTPUT连接光敏三极管的集电极，则所述过零检测电路还包括：串联于电源电压Vcc和所述光敏三极管的集电极之间的上拉电阻；或，

所述输出端OUTPUT连接光敏三极管的发射极，则所述过零检测电路还包括：串联于所述光敏三极管的发射极和接地端之间的下拉电阻。

具体的，所述下拉电阻和上拉电阻的作用是在光敏三极管导通时，限制流过光敏三极管的电流大小，防止因电流过大而导致光敏三极管损坏；

当所述正弦交流电电压过零检测电路中包括串联于电源电压Vcc和所述光敏三极管的集电极之间的上拉电阻，光敏三极管导通时，输出端OUTPUT输出的信号为低电平信号；当所述正弦交流电电压过零检测电路中包括串联于所述光敏三极管的发射极和接地端之间的下拉电阻，光敏三极管导通时，输出端OUTPUT输出的信号为高电平信号。

实施例二

如图3所示，本实施例提供一种正弦交流电电压过零检测电路，该电路结构包括：整流二极管D1、第一限流电阻R1、光电耦合器OPT、稳压二极管Z、电容C、第二限流电阻R2、第一三极管Q1、恒流电阻R3、第二三极管Q2、上拉电阻R4和输出端OUTPUT，所述光电耦合器OPT进一步包括发光二极管D2和光敏三极管D3；其中，

整流二极管D1的阳极连接火线，阴极连接第一限流电阻R1的一端；

发光二极管D2的阳极连接第一限流电阻R1的另一端，阴极连接第一三极管Q1的集电极；

第二限流电阻R2的一端连接火线，另一端连接第一三极管Q1的基极；

第二三极管Q2的基极连接第一三极管Q1的发射极，集电极连接第一三极管Q1的基极，发射极连接零线；

恒流电阻R3的一端连接第一三极管Q1的发射极，另一端连接零线；

稳压二极管Z的阳极连接零线，阴极连接发光二极管D2的阳极；

电容C的正性电极连接发光二极管D2的阳极，负性电极连接零线。

本实施例提供的正弦交流电电压过零检测电路的工作原理及效果如下：

正弦交流电通过整流二极管D1和第一限流电阻R1整流后对电容C充电，相当于为发光二级管D2提供直流电源；另外，由于电容C与稳压二极管Z并联，受稳压二极管Z的稳压影响，电容C总是能为发光二级管D2提供具有恒定电压的直流电源，并且该恒定电压大于发光二极管D2的导通电压；

在正弦交流电的正半周，电流经过第二限流电阻R2流向第一三极管Q1的基极，当流过第一三极管Q1基极的电流足够大时就会驱动第一三极管Q1的集电极与发射极之间导通，此时，由于电容C总是为发光二级管D2提供稳压直流电源，并且由于第一三极管Q1集电极与发射极的导通使得发光二级管D2的阴极与零线导通，因此发光二级管D2开启并发光，同时提供给光敏三极管D3一定的激励，使其开启，所述过零检测电路的输出端OUTPUT输出高电平信号；由此可见，在电容C为发光二级管D2提供了稳压直流电源的基础上，只要第一三极管Q1开启，则发光二级管D2就会开启，也就是说，本实施例提供的过零检测电路中，第一三极管Q1的开启与关闭控制着发光二级管D2开启与关闭，由于三极管的最小导通电流远小于发光二级管的最小导通电流，即第一三极管Q1的灵敏度优于发光二级管D2的灵敏度，因此在正弦交流电由正半周向负半周转变的过程中，当电流发生微小变化时即可触发第一三极管Q1开启或关闭，进而控制发光二级管D2开启或关闭，最终得到的方波信号就能更准确地反应正弦交流电的过零点，应用于PLC系统中时，就可以为节点设备提供更准确的定时基准，解决了不同节点设备的正弦交流电电压过零检测电路，因光电耦合器的延迟特性不同而导致最终获得的过零检测结果不同步的问题；

另外，在正弦交流电的正半周，发光二级管D2开启时，电流通过串联连接的发光二级管D2、第一三极管Q1和恒流电阻R3，由于恒流电阻R3的两端分别与第二三极管Q2的基极和发射极连接，使得恒流电阻R3两端的电压被钳位于一固定电压，并且由于恒流电阻R3的阻值不变，因此通过恒流电阻R3的电流就是固定不变的，由于发光二级管D2与恒流电阻R3的串联关系，通过发光二级管D2的电流也是固定不变的；因此，在不同节点设备的正弦交流电电压过零检测电路中，当通过发光二级管D2的电流都为统一的恒定值时，发光二级管D2对光敏三极管D3的激励作用就会相同，进而就可以避免因流经发光二级管D2的电流不同，导致光敏三极管D3的导通不同步的问题，更进一步提高了不同节点设备的获得的过零检测结果的同步性；此外，还可以根据实际应用领域的需要，通过调整恒流电阻R3阻值的大小来控制整个过零检测电路的功耗，使其处于应用领域可接受的范围之内，例如智能电表抄表应用领域中，可通过增大恒流电阻R3阻值的大小来降低整个过零检测电路的功耗；

在正弦交流电的负半周，负向电流流向第一三极管Q1的发射极，使其关闭，使得发光二级管D2截止，进而使得光敏三极管D3截止，所述检测电路的输出端OUTPUT输出低电平信号。

在采用相同型号光电耦合器的前提下，对如图1所示的目前常用的正弦交流电电压过零检测电路和本实施例提供的正弦交流电电压过零检测电路进行多批次测试得到如表1所示的结果，由该表可以看出本实施例提供的正弦交流电电压过零检测电路的延时（最终获得的过零点检测结果比真正的正弦交流电过零点延迟的时间）缩短为不到传统正弦交流电电压过零检测电路的1/5，具有更高的灵敏性能，能够为PLC系统提供更准确的定时基准；

表1

此外，与如图1所示的目前常用的正弦交流电电压过零检测电路相比，本实施例提供的正弦交流电电压过零检测电路虽然增加了稳压二极管Z、电容C、第二限流电阻R2、第一三极管Q1、第二三极管Q2和恒流电阻R3，但由于这些增加的这些元器件都是常见器件，制作成本低廉，所以本实施例提供的正弦交流电电压过零检测电路具有较好的大规模生产前景。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种正弦交流电电压过零检测电路，其特征在于，包括：光电耦合器、输出端、整流二极管、第一限流电阻、稳压器、滤波器、第二限流电阻、第一三极管、恒流电阻、第二三极管；所述光电耦合器由发光二极管和光敏三极管组成；其中，

整流二极管的阳极连接火线；

第二限流电阻连接于火线和第一三极管的基极之间；

恒流电阻连接于第二三极管的基极和发射极之间；

滤波器分别连接发光二极管的阳极和第二三极管的发射极；

稳压器与滤波器并联连接；

2.如权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述滤波器为电容，并且所述电容的正性电极连接所述发光二极管的阳极，所述电容的负性电极连接第二三极管的发射极。

3.如权利要求2所述的过零检测电路，其特征在于，所述稳压器为稳压二极管，并且所述稳压二极管的阴极连接所述电容的正性电极，所述稳压二极管的阳极连接所述电容的负性电极。

4.如权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，

所述输出端连接光敏三极管的集电极，则所述过零检测电路还包括：串联于电源电压Vcc和所述光敏三极管的集电极之间的上拉电阻；或，

所述输出端连接光敏三极管的发射极，则所述过零检测电路还包括：串联于所述光敏三极管的发射极和接地端之间的下拉电阻。