CN204228811U - 一种过零检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电压检测技术领域，提供了一种过零检测电路。本实用新型通过采用包括电阻、第一二极管、第二二极管及比较单元的过零检测电路，在交流火线上的正半周交流电与交流零线上的负半周交流电在零点电压处过渡时，比较单元根据交流火线的电压和交流零线的电压相应地输出过零检测信号，外部控制芯片通过判断该过零检测信号的变化便可得到交流电的过零点，由此便可对交流电实现可靠的过零检测，且整个过零检测电路的电路结构简单，成本低，解决了现有的过零检测电路所存在的电路结构复杂、成本高且可靠性低的问题。

Description

一种过零检测电路

技术领域

本实用新型属于电压检测技术领域，尤其涉及一种过零检测电路。

背景技术

过零检测电路可用于判断单相交流电源的频率和电压反相点(即过零点)。过零检测电路目前主要应用于强电通讯系统，为强电通讯系统执行数据收发操作提供依据、为有源功率因数校正系统提供频率参考。过零检测电路也可以应用于带有PG无级调速电机的电控系统中，为系统调节电机的转速提供依据，以使电控系统中的可控硅控制更加准确，并且可以减小可控硅的开关损耗，减小浪涌冲击能量对晶闸管的损害，从而提高系统的可靠性和使用寿命。

在现有技术当中，普遍采用以下两种方式实现过零检测电路：

(1)如图1所示，过零检测电路中使用变压器T1对交流电AC进行降压，再通过二极管D1和二极管D2进行全波整流得到脉动直流波形，该脉动直流波形经过电阻网络(电阻R1、电阻R2及电阻R3)分压和电容C1滤除高频成分后，在三极管Q1的基极形成电压波形，当三极管Q1的基极电压大于0.7V时，三极管Q1导通，在三极管Q1的集电极形成低电平；当三极管Q1的基极电压小于0.7V时，三极管Q1关断，三极管Q1的集电极通过上拉电阻R4形成高电平。如果交流电的频率为F，通过三极管Q1的反复通断，在D点就会形成频率为2F的脉冲波形，由此便可检测交流电的过零点。

(2)如图2所示的过零检测电路，其可输出更加精准可靠的过零信号，由于火线L和零线N所输入的220V交流电AC的波形为正弦波，大部分电压加载在功率电阻R5上，小部分电压加在双向光耦IC1上，当电压在过零点(零点附近)时，双向光耦IC1和三极管Q2导通，则D点的信号为低电平；当电压不在零点附近时，双向光耦IC1和三极管Q2截止，则D点的信号为高电平，通过对D点的信号进行采集便可基本判断出交流电的过零点。如果交流电的频率为F，则D点的电压频率为2F。

从上述两种现有的过零检测电路可知，两者的电路结构都较为复杂，需要增加隔离器件(如图1中的变压器T1和图2中的双向光耦IC1)，从而导致电路成本较高。另外，对于电路可靠性而言，电路结构越复杂，出现故障的可能性就会越高，则其可靠性就会越低。因此，现有的过零检测电路存在电路结构复杂、成本高且可靠性低的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种过零检测电路，旨在解决现有的过零检测电路所存在的电路结构复杂、成本高且可靠性低的问题。

本实用新型是这样实现的，一种过零检测电路，其包括：

电阻、第一二极管、第二二极管以及比较单元；

所述电阻的第一端连接交流火线，所述电阻的第二端与所述第一二极管的阴极以及所述第二二极管的阳极共接于所述比较单元的第一输入端，所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极以及所述比较单元的第二输入端共接于交流零线，所述比较单元的输出端输出过零检测信号；

在所述交流火线上的正半周交流电与所述交流零线上的负半周交流电在零点电压处相互过渡时，所述比较单元根据所述交流火线的电压和所述交流零线的电压相应地输出所述过零检测信号。

本实用新型通过采用包括电阻、第一二极管、第二二极管及比较单元的过零检测电路，在交流火线上的正半周交流电与交流零线上的负半周交流电在零点电压处过渡时，比较单元根据交流火线的电压和交流零线的电压相应地输出过零检测信号，外部控制芯片通过判断该过零检测信号的变化便可得到交流电的过零点，由此便可对交流电实现可靠的过零检测，且整个过零检测电路的电路结构简单，成本低，解决了现有的过零检测电路所存在的电路结构复杂、成本高且可靠性低的问题。

附图说明

图1是现有技术所提供的过零检测电路的电路结构图；

图2是现有技术所提供的另一种过零检测电路的电路结构图；

图3是本实用新型实施例提供的过零检测电路的结构图；

图4是本实用新型实施例所涉及的交流电的波形图；

图5是本实用新型实施例提供的过零检测电路的示例结构图；

图6是图5所示的过零检测电路所涉及的过零检测信号与交流电波形的对应关系图；

图7是本实用新型实施例提供的过零检测电路的另一示例结构图；

图8是图7所示的过零检测电路所涉及的过零检测信号与交流电波形的对应关系图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。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。

图3示出了本实用新型实施例提供的过零检测电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

本实用新型实施例提供的过零检测电路包括电阻R1、第一二极管D1、第二二极管D2以及比较单元100。

电阻R1的第一端连接交流火线L，电阻R1的第二端与第一二极管D1的阴极以及第二二极管D2的阳极共接于比较单元100的第一输入端，第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阴极以及比较单元100的第二输入端共接于交流零线N，比较单元100的输出端输出过零检测信号。

在交流火线L上的正半周交流电与交流零线N上的负半周交流电在零点电压处相互过渡时，比较单元100根据交流火线L的电压和交流零线N的电压相应地输出上述的过零检测信号。

对于上述内容，此处需要说明的是，由于交流电AC的波形是正半周与负半周交替过渡的正弦波，交流火线L和交流零线N分别负责传输正半周交流电和负半周交流电，如图4所示，正半周波形与负半周波形之间交替过渡是在零点电压处实现的，假设在正半周交流电的电压降低并接近零点电压时，交流火线L的电压大于交流零线N的电压，比较单元100会输出高电平作为过零检测信号，而在正半周波形越过零点电压过渡至负半周波形后，交流火线L的电压小于交流零线N的电压，比较单元100会输出低电平作为过零检测信号，则外部的控制芯片根据比较单元100所输出的电平变化便可准确地获取交流电的过零点。

进一步的，如图5所示，比较单元100为比较器U1，比较器U1的同相输入端、反相输入端及输出端分别为比较单元100的第一输入端、第二输入端及输出端，比较器U1的正电源端和负电源端分别连接正电源VCC+和负电源VCC-。比较器U1具体可以是型号为LM319的比较器。

以下结合具体工作原理对图5所示的过零检测电路作进一步说明：

在交流电的正半周交流电的电压大于0.7V或者负半周交流电的电压小于-0.7V时，比较器U1维持上一个状态且不动作，而在交流电的正半周交流电的电压小于0.7V或者负半周交流电的电压大于-0.7V时，第一二极管D1和第二二极管D2不导通工作。在正半周交流电的电压降低至0.7V并逐步接近零电压的过程中，由于交流火线L的电压大于交流零线N的电压，所以比较器U1会输出高电平(即过零检测信号)；在正半周交流电的电压越过零电压并过渡至负半周交流电的过程中，由于交流火线L的电压小于交流零线N的电压，所以比较器U1会输出低电平(即过零检测信号)，则外部的控制芯片根据比较器U1的输出在此过程中从高电平变换为低电平，便可准确得到交流电的过零点。同理，在负半周交流电的电压增大至-0.7V并逐步接近零电压的过程中，由于交流火线L的电压小于交流零线N的电压，所以比较器U1会输出低电平(即过零检测信号)；在负半周交流电的电压越过零电压并过渡至正半周交流电的过程中，由于交流火线L的电压大于交流零线N的电压，所以比较器U1会输出高电平(即过零检测信号)，则外部的控制芯片根据比较器U1的输出在此过程中从低电平变换为高电平，便可准确得到交流电的过零点。

上述过零检测信号与交流电波形的对应关系如图6所示，在本实用新型实施例中，上述过零检测信号的误差是比较器U1的失调电压(毫伏数量级)与交流电压(百伏数量级)之比，相对于图1和图2所示的两种方案，上述过零检测信号的精度提高了2个数量级，因此，通过本实用新型实施例所提供的过零检测电路能够更加准确地获取过零检测信号，以提升对过零点的检测精度。

进一步的，如图7所示，比较单元100还可为比较器U2，比较器U2的反相输入端、同相输入端及输出端分别为比较单元100的第一输入端、第二输入端及输出端，比较器U2的正电源端和负电源端分别连接正电源VCC+和负电源VCC-。比较器U2具体可以是型号为LM319的比较器。

以下结合具体工作原理对图7所示的过零检测电路作进一步说明：

在交流电的正半周交流电的电压大于0.7V或者负半周交流电的电压小于-0.7V时，比较器U2维持上一个状态且不动作，而在交流电的正半周交流电的电压小于0.7V或者负半周交流电的电压大于-0.7V时，第一二极管D1和第二二极管D2不导通工作。在正半周交流电的电压降低至0.7V并逐步接近零电压的过程中，由于交流火线L的电压大于交流零线N的电压，所以比较器U2会输出低电平(即过零检测信号)；在正半周交流电的电压越过零电压并过渡至负半周交流电的过程中，由于交流火线L的电压小于交流零线N的电压，所以比较器U2会输出高电平(即过零检测信号)，则外部的控制芯片根据比较器U2的输出在此过程中从低电平变换为高电平，便可准确得到交流电的过零点。同理，在负半周交流电的电压增大至-0.7V并逐步接近零电压的过程中，由于交流火线L的电压小于交流零线N的电压，所以比较器U2会输出高电平(即过零检测信号)；在负半周交流电的电压越过零电压并过渡至正半周交流电的过程中，由于交流火线L的电压大于交流零线N的电压，所以比较器U2会输出低电平(即过零检测信号)，则外部的控制芯片根据比较器U2的输出在此过程中从高电平变换为低电平，便可准确得到交流电的过零点。

上述过零检测信号与交流电波形的对应关系如图8所示，在本实用新型实施例中，上述过零检测信号的误差是比较器U2的失调电压(毫伏数量级)与交流电压(百伏数量级)之比，相对于图1和图2所示的两种方案，上述过零检测信号的精度提高了2个数量级，因此，通过本实用新型实施例所提供的过零检测电路能够更加准确地获取过零检测信号，以提升对过零点的检测精度。

综上所述，本实用新型实施例通过采用包括电阻R1、第一二极管D1、第二二极管D2及比较单元100的过零检测电路，在交流火线L上的正半周交流电与交流零线N上的负半周交流电在零点电压处过渡时，比较单元100根据交流火线L的电压和交流零线N的电压相应地输出过零检测信号，外部控制芯片通过判断该过零检测信号的变化便可得到交流电的过零点，由此便可对交流电实现可靠的过零检测，且整个过零检测电路的电路结构简单，成本低，解决了现有的过零检测电路所存在的电路结构复杂、成本高且可靠性低的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种过零检测电路，其特征在于，所述过零检测电路包括：

电阻、第一二极管、第二二极管以及比较单元；

所述电阻的第一端连接交流火线，所述电阻的第二端与所述第一二极管的阴极以及所述第二二极管的阳极共接于所述比较单元的第一输入端，所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极以及所述比较单元的第二输入端共接于交流零线，所述比较单元的输出端输出过零检测信号；

在所述交流火线上的正半周交流电与所述交流零线上的负半周交流电在零点电压处相互过渡时，所述比较单元根据所述交流火线的电压和所述交流零线的电压相应地输出所述过零检测信号。

2.如权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述比较单元为比较器，所述比较器的同相输入端、反相输入端及输出端分别为所述比较单元的第一输入端、第二输入端及输出端，所述比较器的正电源端和负电源端分别连接正电源和负电源。

3.如权利要求2所述的过零检测电路，其特征在于，所述比较器是型号为LM319的比较器。

4.如权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述比较单元为比较器，所述比较器的反相输入端、同相输入端及输出端分别为所述比较单元的第一输入端、第二输入端及输出端，所述比较器的正电源端和负电源端分别连接正电源和负电源。

5.如权利要求4所述的过零检测电路，其特征在于，所述比较器是型号为LM319的比较器。