CN209841956U - 一种过零检测电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及过零检测技术领域，提供了一种过零检测电路及电子设备。所述过零检测电路包括交流正输入端、交流负输入端和光耦隔离电路，所述过零检测电路还包括：整流电路，所述整流电路与所述交流正输入端连接，所述整流电路用于导通交流电的正半轴电压，阻止交流电的负半轴电压；充放电电路，所述充放电电路与所述整流电路和所述光耦隔离电路连接，所述充放电电路用于当所述交流电处于正半轴时，所述充放电电路开始充电，当所述交流电处于负半轴时，所述充放电电路释放储存的电量，驱动导通所述光耦隔离电路。本实用新型能够降低电路的功耗。

Description

一种过零检测电路及电子设备

【技术领域】

本实用新型涉及过零检测技术领域，尤其涉及一种过零检测电路及电子设备。

【背景技术】

过零检测指的是在交流系统中，当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时，系统作出的检测。目前应用比较广泛的过零检测电路有很多种类，其中，使用光耦隔离的过零检测电路能够增加控制板的安全性，提高抗干扰能力。

如图1所示，交流正输入端与交流负输入端之间输入220V的交流电，经过电阻R1、电阻R2和电阻R3的降压，当交流电处于正半轴时，二极管D1截止，光耦U1导通，与之相连的控制器的I/O端口检测光耦隔离电路的输出信号，根据该输出信号判断过零点。

发明人在实现本实用新型的过程中，发现相关技术存在至少以下问题：图1中的过零检测电路通过电阻R1、电阻R2和电阻R3进行降压，但是，由于电阻R1、电阻R2和电阻R3的阻值选择与脉冲宽度有关，且为了防止电阻过热，需注意电阻功率的选择，由于电阻功率的限制，需要选取阻值较小的输入电阻，输入电阻包括电阻R1、电阻R2和电阻R3，较小阻值的输入电阻导致较大的电路功耗。

【实用新型内容】

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种低功耗的过零检测电路和电子设备。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种过零检测电路，包括交流正输入端、交流负输入端和光耦隔离电路，所述过零检测电路还包括：

整流电路，所述整流电路与所述交流正输入端连接，所述整流电路用于导通交流电的正半轴电压，阻止交流电的负半轴电压；

充放电电路，所述充放电电路与所述整流电路和所述光耦隔离电路连接，所述充放电电路用于当所述交流电处于正半轴时，所述充放电电路开始充电，当所述交流电处于负半轴时，所述充放电电路释放储存的电量，驱动导通所述光耦隔离电路。

可选地，所述过零检测电路还包括触发电路，所述触发电路位于所述整流电路和所述充放电电路之间，所述触发电路用于当所述交流电处于正半轴时，触发所述充放电电路开始充电。

可选地，所述过零检测电路还包括稳压电路，所述稳压电路位于所述整流电路和所述充放电电路之间，所述稳压电路还与所述触发电路连接。

可选地，所述充放电电路包括第一电容、第一电阻、三极管和第二电阻；

所述第一电容的一端与所述第一电阻的一端和所述触发电路连接，所述第一电容的另一端与所述第二电阻的一端和所述交流负输入端连接；

所述第一电阻的另一端与所述三极管的发射极连接；

所述三极管的基极与所述触发电路、所述稳压电路和所述整流电路连接，所述三极管的集电极与所述光耦隔离电路连接；

所述第二电阻的另一端与所述三极管的基极连接。

可选地，所述触发电路包括第一二极管，所述第一二极管的正极与所述第二电阻的另一端连接，所述第一二极管的负极与所述第一电容的一端和所述第一电阻的一端连接；

所述稳压电路包括稳压二极管，所述稳压二极管的正极与所述第二电阻的一端和所述第一电容的另一端连接，所述稳压二极管的负极与所述第一二极管的正极连接。

可选地，所述过零检测电路还包括降压电路和控制器，所述降压电路与所述交流正输入端与所述整流电路连接，所述控制器与所述光耦隔离电路连接。

可选地，所述降压电路包括第三电阻，所述第三电阻的一端与所述交流正输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述整流电路连接。

可选地，所述整流电路包括第二二极管，所述第二二极管的正极与所述第三电阻的另一端连接，所述第二二极管的负极与所述稳压管的负极连接。

可选地，所述光耦隔离电路包括光耦、第四电阻、第五电阻和第二电容；

所述光耦的输入端并联在所述三极管的集电极和所述交流负输入端之间，所述光耦的正输出端与所述第四电阻的一端和所述第五电阻的一端连接，所述光耦的负输出端与地端连接；

所述第四电阻的另一端与外部电源连接；

所述第五电阻的另一端与所述第二电容的一端和所述控制器连接；

所述第二电容的另一端与所述地端连接。

本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括如上所述的过零检测电路。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比较，本实用新型实施例提供了一种过零检测电路及电子设备。所述过零检测电路通过充放电电路导通光耦隔离电路的方式，使得电路不受输入电阻阻值的限制，从而降低了电路的功耗。

【附图说明】

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为现有技术提供的一种过零检测电路的电路连接示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种过零检测的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种过零检测的电路连接示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

【具体实施方式】

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1，图1为现有技术提供的一种过零检测电路的电路连接示意图。如图1所示，以目前多数采用的光耦隔离的过零检测电路为例，所述过零检测电路包括降压电路，整流电路和光耦隔离电路，所述整流电路位于所述降压电路和所述光耦隔离电路之间。若将所述过零检测电路接入220V交流电路中，即所述过零检测电路直接接入电网，那么，电网的火线即为交流正输入端，电网的零线即为交流负输入端。可以理解，所述过零检测电路接入的是交流电路系统，输入的交流信号的频率、脉宽、幅值均是可以变化的，例如，输入的电流电信号可以为220V/50Hz，也可以为110V/60Hz，即所述过零检测电路适用于110V和220V的交流系统。

所述降压电路包括电阻R1、电阻R2和电阻R3，其中，所述电阻R1、电阻R2和电阻R3串联连接，所述降压电路直接与交流电路系统连接，即所述降压电路的输入电压为交流高压。所述电阻R1、电阻R2和电阻R3阻值的选择与脉冲宽度有关，所述脉冲宽度为一个脉冲周期内高电平持续的时间，故而，所述脉冲宽度的变化直接影响脉冲信号占空比的变化，若是按照一定的规则对所述脉冲宽度进行调制既可以改变电路输出电压的大小，也可以改变输出电压的频率。

具体的，所述整流电路包括二极管D1，所述二极管D1并联在交流正输入端和交流负输入端之间，所述二极管D1的正极与所述交流负输入端连接，所述二极管D1的负极与所述电阻R3的一端和所述光耦隔离电路连接。

当交流输入电压处于正半轴时，即所述交流输入电压在正半轴的任意时刻，电压的幅值均大于或者等于0V，由于二极管具有单向导电性，所述二极管D1截止。所述光耦隔离电路包括光耦U1，所述光耦U1包括发光器和受光器，通常将所述发光器和受光器封装在同一管壳内。经过所述降压电路的降压作用后，直接作用于所述光耦U1，所述光耦U1的输入端由于得到合适的电压信号，所述发光器发出光线，所述受光器接收所述发光器发出的光线就产生电流，从而使得连接在I/O接口的控制器检测到低电平。当交流输入电压处于负半轴时，即所述交流输入电压在负半轴的任意时刻，电压的幅值均小于或者等于0V，由于二极管具有单向导电性，所述二极管D1导通，将所述光耦隔离电路短路，所述光耦U1的输入端没有施加电压，使得所述光耦U1不产生输出电流，从而使得连接在I/O接口的控制器检测到高电平，所述控制器检测到高、低电平变化的时刻对应的是输出电压的过零点。

更为重要的是，考虑到电阻本身的耐压特性，使用一个电阻显然不能很好地满足需求，而且还要考虑到电阻功率的选择，防止电阻过热被烧毁，多个电阻串联可以分担功率损耗，但是由于电阻功率的限制，所述电阻R1、电阻R2和电阻R3的取值较小，例如，取R1＝R2＝R3＝47K，进一步的，利用P＝U²/R可知，较小的电阻取值导致较大的电路功耗。

综上，现有技术提出的采用光耦隔离的过零检测电路的功耗大，是以，针对目前采用光耦隔离的过零检测电路存在的功耗大的问题，本实用新型提出了一种低功耗的过零检测电路，可以有效节约能源的消耗。

请参阅图2，图2为本实用新型实施例提供的一种过零检测的结构示意图。如图2所示，所述过零检测电路100包括交流正输入端、交流负输入端、光耦隔离电路10、整流电路20、充放电电路30、触发电路40、稳压电路50、降压电路60和控制器70。其中，所述交流正输入端和所述交流负输入端之间输入交流电，一般，所述交流负输入端的电压为0，所述交流正输入端和所述交流负输入端之间的电压差值等于所述交流正输入端的电压值，人体直接触碰所述交流正输入端连接的导线可能有触电的危险。当所述过零检测电路100接入电网时，所述交流正输入端为火线，所述交流负输入端为零线。

所述光耦隔离电路10与所述充放电电路30和所述控制器70连接，所述光耦隔离电路10被隔离的两部分电路之间没有电的直接连接，即所述充放电电路30和所述控制器70直接没有直接的电连接，防止由于直接电连接而引起的干扰，特别是低压的控制电路和外部高压电路之间。

其中，所述光耦隔离电路10的原理主要是通过光耦合器进行隔离，光耦合器的主要作用就是隔离作用，例如信号隔离或光电隔离。光耦合器主要构件是发光器件和受光器件，发光器件一般都是IRLED，而光接受器件有光敏二极管、光敏三极管、达林顿管、光集成电路等类型。在高频开关电源中，对光耦的响应速度要求很高，故一般采用响应较快的高速型光耦，延迟时间在500nS以内。用于模拟信号或直流信号传输时，应采用线性光耦以减小失真，而传输数字开关信号时，对其线性度的要求不太严格，不需要采用线性光耦。

请一并参阅图3，所述光耦隔离电路10包括光耦U2、第四电阻R8、第五电阻R9和第二电容C2。所述光耦U2的输入端并联在所述三极管Q1的集电极和所述交流负输入端之间，所述光耦U2的正输出端与所述第四电阻R8的一端和所述第五电阻R9的一端连接，所述光耦U2的负输出端与地端连接。所述第四电阻R8的另一端与外部电源连接。所述第五电阻R9的另一端与所述第二电容C2的一端和所述控制器70连接。所述第二电容C2的另一端与所述地端连接。需要说明的是，所述光耦隔离电路10不限于本实施所公开的实现方式。

所述整流电路20与所述交流正输入端连接，所述整流电路20用于导通交流电的正半轴电压，阻止交流电的负半轴电压。所述整流电路20包括第二二极管D3，所述第二二极管D3的正极与所述第三电阻R7的另一端连接，所述第二二极管D3的负极与所述稳压管D2的负极连接。

在本实施例中，所述整流电路20为半波整流电路，所述整流电路20将所述降压电路60降压后的交流电压转换成单向脉动性直流电。所述第二二极管D3为整流二极管，利用二极管的单向导电性，经过所述第二二极管D3去掉了交流电的半周，即使得交流电的正半轴电压通过，阻止交流电的负半轴电压。

所述充放电电路30与所述整流电路20和所述光耦隔离电路10连接，所述充放电电路30用于当所述交流电处于正半轴时，所述充放电电路30开始充电，当所述交流电处于负半轴时，所述充放电电路30释放储存的电量，驱动导通所述光耦隔离电路10，输出高电平信号或者低电平信号，所述控制器70检测所述高电平信号或者低电平信号，并根据所述高电平信号或者低电平信号判断输出电压信号的过零点。

在本实施例中，所述充放电电路30包括第一电容C1、第一电阻R5、三极管Q1和第二电阻R6。所述第一电容C1的一端与所述第一电阻R5的一端和所述触发电路40连接，所述第一电容C1的另一端与所述第二电阻的一端和所述交流负输入端连接。所述第一电阻R5的另一端与所述三极管Q1的发射极连接。所述三极管Q1的基极与所述触发电路40、所述稳压电路50和所述整流电路20连接，所述三极管的集电极Q1与所述光耦隔离电路10连接。所述第二电阻R6的另一端与所述三极管Q1的基极连接。

所述触发电路40位于所述整流电路20和所述充放电电路30之间，所述触发电路40用于当所述交流电处于正半轴时，触发所述充放电电路30开始充电。反之，当所述交流电处于负半轴时，所述触发电路40阻止所述第一电容C1释放的电量通过，此时，所述触发电路40相当于断路。

在本实施例中，所述触发电路40包括第一二极管D1，所述第一二极管D1的正极与所述第二电阻R6的另一端连接，所述第一二极管D1的负极与所述第一电容C1的一端和所述第一电阻R5的一端连接。

所述稳压电路50位于所述整流电路20和所述充放电电路30之间，所述稳压电路50还与所述触发电路40连接。在本实施例中，所述稳压电路50包括稳压二极管D2，所述稳压二极管D2的正极与所述第二电阻R6的一端和所述第一电容C1的另一端连接，所述稳压二极管D2的负极与所述第一二极管D1的正极连接。

所述降压电路60与所述交流正输入端与所述整流电路20连接。在本实施例中，所述降压电路60包括第三电阻R7，所述第三电阻R7的一端与所述交流正输入端连接，所述第三电阻R7的另一端与所述整流电路20连接。实际上，所述降压电路60与所述交流正输入端连接，即所述第三电阻R7串联于火线上，所述第三电阻R7还用于限流，当所述交流电处于正半轴时，输入端的交流电信号经过所述第三电阻R7限流，所述第二二极管D3的整流作用，以及所述稳压二极管D2的稳压作用，为所述第一电容C1充电，即所述第三电阻R7的大小不直接影响流经所述光耦U2的电压和电流，不需要采用多个电阻串联的形式，用以实现降压和限流，从而使得电路不受输入电阻阻值的限制。

所述控制器70与所述光耦隔离电路10连接，所述控制器70用于检测所述光耦隔离电路10输出的电压信号，在交流系统中，当波形从正半周向负半轴转换时，经过零点，系统作出检测，具体的，在本实施例中，所述光耦隔离电路10输出的电压信号为高电平信号或者低电平信号，其中，所述高电平信号或者低电平信号对应交流电输入的负半轴电压和正半轴电压，所述高电平信号和所述低电平信号交替变化时，输入端的交流电信号经过零点。

所述控制器70包括单片机、微处理器、数字信号处理器等，所述控制器70根据过零点作出相应的处理，例如，当所述过零检测电路100应用于多彩灯同步系统中时，所述控制器70根据过零点使得多彩灯同步点亮或者同步熄灭。

综上，所述过零检测电路100的具体工作过程为：

当所述交流电处于正半轴时，输入端的交流电信号经过所述降压电路60的降压，所述整流电路20正向导通，导通交流电的正半轴电压，从而使得所述触发电路40导通，给所述充放电电路30的第一电容C1充电，直至所述第一电容C1充满电，所述第一电容C1的电压等于输入端的交流电信号降压后的电压，所述光耦U2关断，所述控制器70检测到高电平信号。

当所述交流电处于负半轴时，所述第一电容C1放电，所述三极管Q1导通，所述触发电路40截止，所述第一电容C1通过所述三极管Q1、所述第一电阻R5和所述第二电阻R6构成的回路进行放电，进而使得所述光耦U2导通，所述控制器70检测到低电平信号。

所述控制器70检测到所述高电平信号和所述低电平信号转换时(包括高电平信号转换到低电平信号时，以及低电平信号转换到高电平信号时)，判断信号经过零点。

本实施例提供了一种过零检测电路，通过充放电电路导通光耦隔离电路的方式，使得电路不受输入电阻阻值的限制，从而降低了电路的功耗。

请参阅图4，图4为本实用新型实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图4所示，所述电子设备200包括如前所述的过零检测电路100，所述电子设备200包括但不限于在家用电器领域电风机、微波炉、电视机、电饭煲和电子脂肪秤等，在安防领域的监视器、对讲机等，在影音设备领域的录音机、摄像头等，在医疗领域的呼叫系统、血压计、体温计等，在健身器材领域的按摩椅、跑步机等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种过零检测电路，包括交流正输入端、交流负输入端和光耦隔离电路，其特征在于，所述过零检测电路还包括：

整流电路，所述整流电路与所述交流正输入端连接，所述整流电路用于导通交流电的正半轴电压，阻止交流电的负半轴电压；

充放电电路，所述充放电电路与所述整流电路和所述光耦隔离电路连接，所述充放电电路用于当所述交流电处于正半轴时，所述充放电电路开始充电，当所述交流电处于负半轴时，所述充放电电路释放储存的电量，驱动导通所述光耦隔离电路。

2.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述过零检测电路还包括触发电路，所述触发电路位于所述整流电路和所述充放电电路之间，所述触发电路用于当所述交流电处于正半轴时，触发所述充放电电路开始充电。

3.根据权利要求2所述的过零检测电路，其特征在于，所述过零检测电路还包括稳压电路，所述稳压电路位于所述整流电路和所述充放电电路之间，所述稳压电路还与所述触发电路连接。

4.根据权利要求3所述的过零检测电路，其特征在于，所述充放电电路包括第一电容、第一电阻、三极管和第二电阻；

所述第一电容的一端与所述第一电阻的一端和所述触发电路连接，所述第一电容的另一端与所述第二电阻的一端和所述交流负输入端连接；

所述第一电阻的另一端与所述三极管的发射极连接；

所述三极管的基极与所述触发电路、所述稳压电路和所述整流电路连接，所述三极管的集电极与所述光耦隔离电路连接；

所述第二电阻的另一端与所述三极管的基极连接。

5.根据权利要求4所述的过零检测电路，其特征在于，

所述触发电路包括第一二极管，所述第一二极管的正极与所述第二电阻的另一端连接，所述第一二极管的负极与所述第一电容的一端和所述第一电阻的一端连接；

所述稳压电路包括稳压二极管，所述稳压二极管的正极与所述第二电阻的一端和所述第一电容的另一端连接，所述稳压二极管的负极与所述第一二极管的正极连接。

6.根据权利要求5所述的过零检测电路，其特征在于，所述过零检测电路还包括降压电路和控制器，所述降压电路与所述交流正输入端与所述整流电路连接，所述控制器与所述光耦隔离电路连接。

7.根据权利要求6所述的过零检测电路，其特征在于，所述降压电路包括第三电阻，所述第三电阻的一端与所述交流正输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述整流电路连接。

8.根据权利要求7所述的过零检测电路，其特征在于，所述整流电路包括第二二极管，所述第二二极管的正极与所述第三电阻的另一端连接，所述第二二极管的负极与所述稳压二极管的负极连接。

9.根据权利要求8所述的过零检测电路，其特征在于，所述光耦隔离电路包括光耦、第四电阻、第五电阻和第二电容；

所述光耦的输入端并联在所述三极管的集电极和所述交流负输入端之间，所述光耦的正输出端与所述第四电阻的一端和所述第五电阻的一端连接，所述光耦的负输出端与地端连接；

所述第四电阻的另一端与外部电源连接；

所述第五电阻的另一端与所述第二电容的一端和所述控制器连接；

所述第二电容的另一端与所述地端连接。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的过零检测电路。