CN217931797U - 一种电网过零检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电网过零检测装置，包括依次连接的电网电压采样单元、过零比较单元以及控制芯片；电网电压采样单元对目标电网电压进行缩小处理，以输出控制芯片的可识别电压；过零比较单元基于该可识别电压，输出过零的方波信号；控制芯片根据该过零的方波信号，确定该目标电网电压的过零点；该过零比较单元包括防抖动子单元，该防抖动子单元包括：第一电阻、第二电阻以及电容；其中，该第一电阻为滞回比较电阻，该防抖动子单元在不增加实际过零延情况下，改变该比较器输入端的基准电压REF的阈值，从而增加过零电路的抗干扰能力，避免触发多次过零问题。

Description

一种电网过零检测装置

技术领域

本申请涉及电力电子变换器技术领域，具体涉及一种电网过零检测装置。

背景技术

过零检测指的是在交流电路中，当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时所作出的检测。过零检测可作开关电路或者频率检测，常应用于逆变器、充电桩等行业。

如图1所示，在逆变器中，为了检测电网电压的频率以及锁相，传统过零检测电路都包含电网电压采样单元、过零比较单元以及控制芯片。但是由于过零比较单元的基准电压REF与电网电压采样输出，在过零点附近可能会有一定的波动，会导致过零检测电路多次出现过零，从而导致控制芯片误报错等现象。为解决上述问题，如图2所示，现有技术在过零比较单元增加滞回比较电阻(一般为100KΩ以上)，进而解决了由于小的电源纹波导致的多次出现过零现象。

但是在上述方法中，在过零点附近，由于逆变器开关管动作导致电网电压采样输出有一定的震荡，也会增加多次过零现象。

实用新型内容

本申请提供了一种电网过零检测装置，解决了在过零点附近，由于逆变器开关管动作导致电网电压采样输出有一定的震荡，也会增加多次过零现象的问题。

一方面，提供了一种电网过零检测装置，其特征在于，所述装置包括：依次连接的电网电压采样单元、过零比较单元以及控制芯片；

所述电网电压采样单元，用于对输入的目标电网电压进行缩小处理，以输出所述控制芯片的可识别电压；

所述过零比较单元，用于基于所述可识别电压，输出过零的方波信号；

所述控制芯片，用于接受所述过零的方波信号，并确定所述目标电网电压的过零点；

其中，所述过零比较单元包括防抖动子单元，所述防抖动子单元与所述过零比较单元的比较器连接；

所述防抖动子单元包括：第一电阻、第二电阻以及电容；

其中，所述第一电阻为滞回比较电阻。

在一种可能的实施方式中，所述第二电阻与该电容并联后，再与所述第一电阻串联。

在一种可能的实施方式中，所述第二电阻与所述电容串联后，再与所述第一电阻并联。

在一种可能的实施方式中，所述第二电阻与所述第一电阻并联后，再与所述电容串联。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：电网电源单元，用于提供目标电网电压。

在一种可能的实施方式中，所述电网电压采样单元包括：第一运算放大器，所述第一运算放大器用于将所述目标电网电压缩小至0V-3.3V，以输出所述控制芯片的可识别电压。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：放大单元，所述放大单元的两端分别与所述电网电压采样单元及所述过零比较单元连接；

所述放大单元，用于对所述可识别电压进行放大处理，以输出所述放大单元可输出的最大电源电压。

在一种可能的实施方式中，所述放大单元包括：第二运算放大器，所述第二运算放大器用于对所述可识别电压进行放大处理，以输出所述第二运算放大器可输出的最大电源电压。

在一种可能的实施方式中，所述过零比较单元，用于比较所述最大电源电压与基准电压REF，以输出过零的方波信号。

在一种可能的实施方式中，所述比较器设有两个输入端，分别用于输入所述最大电源电压及所述基准电压REF；

所述过零比较单元的比较器还设有一个输出端，用于输出所述过零的方波信号。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

该电网过零检测装置包括依次连接的电网电压采样单元、过零比较单元以及控制芯片；电网电压采样单元对目标电网电压进行缩小处理，以输出控制芯片的可识别电压；过零比较单元基于该可识别电压，输出过零的方波信号；控制芯片根据该过零的方波信号，确定该目标电网电压的过零点；该过零比较单元包括防抖动子单元，该防抖动子单元包括：第一电阻、第二电阻以及电容；其中，该第一电阻为滞回比较电阻，该防抖动子单元在不增加实际过零延情况下，改变该比较器输入端的基准电压REF的阈值，从而增加过零电路的抗干扰能力，避免触发多次过零问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请背景技术示出的一种传统过零检测电路的结构示意图。

图2示出了本申请实施例涉及的一种增加滞回比较电阻的过零检测电路的结构示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种电网过零检测装置的电路结构示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的防抖动子单元的变形电路的结构示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的一种增加放大单元后的频率检测原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1是根据本申请背景技术示出的一种传统过零检测电路的结构示意图。如图1所示，以逆变器为例，传统过零检测电路都包含电网电压采样单元、过零比较单元以及控制芯片。其中该过零比较单元中设有R1、R2 及R3三个电阻，但由于该过零比较单元的基准电压REF与电网电压采样输出，在过零点附近可能会有一定的波动，导致过零检测电路多次出现过零，从而会导致该控制芯片误报错等现象。

因此，为解决上述问题一般在过零比较单元中增加滞回比较器，如图2 所示，增加滞回比较电阻R4。由于考虑到过零点的准确性(及过零点距离实际电网过零点延时不能太大)，往往R4的电阻不能太小，一般为100KΩ以上。此方法虽然解决了图1中由于小的电源纹波导致的多次出现过零现象，但是无法解决在过零点附近由于逆变器开关管动作导致的电网电压采样输出有一定的震荡，在这种情况下，过零检测电路也会增加多次过零现象。另外，在图2中，由于过零比较单元中的比较器与电源电压VCC都有一定的纹波电压，也会导致检测电网电压频率误差过大的现象。

图3是根据一示例性实施例示出的一种电网过零检测装置的电路结构示意图。如图3所示，该电网过零检测装置包括：

依次连接的电网电压采样单元、过零比较单元以及控制芯片；

该电网电压采样单元，用于对输入的目标电网电压进行缩小处理，以输出该控制芯片的可识别电压；

该过零比较单元，用于基于该可识别电压，输出过零的方波信号；

该控制芯片，用于接收该过零的方波信号，并确定该目标电网电压的过零点；

其中，该过零比较单元包括防抖动子单元，该防抖动子单元与该过零比较单元的比较器连接；

该防抖动子单元包括：第一电阻、第二电阻以及电容；

其中，该第一电阻为滞回比较电阻。

进一步的，该电网电压采样单元通过把高压的目标电网电压通过运放 (即运算放大器)缩小到该控制芯片可识别的电压，一般为0-3.3V。另外该电网采样单元的运放的输出(即该可识别电压)经过该过零比较单元输出过零的方波信号，该控制芯片接收该过零的方波信号与该目标电网电压，并确定该目标电网电压的过零点。

在一种可能的实施方式中，该第二电阻与该电容并联后，再与该第一电阻串联。

在一种可能的实施方式中，该第二电阻与该电容串联后，再与该第一电阻并联。

在一种可能的实施方式中，该第二电阻与该第一电阻并联后，再与该电容串联。

进一步的，在只增加滞回比较电阻R4，未增加防抖动子单元的情况下，令Vin表示比较器-输入端电压(该比较器Vin-的输入端电压，输入的为上述的最大电源电压)，Vout表示比较器输出端电压(该输出端用于输出该过零的方波信号)，VREF表示比较器+输入端电压(该比较器Vin+的输入端电压，输入的为该比较器输入端的基准电压REF)。则在初始状态下：Vout 输出为高电平的电源电压VCC时，可通过如下公式获取VREF：

Vout输出为低电平的0V时，可通过如下公式获取VREF：

由此可见，只增加滞回比较电阻R4，未增加防抖动子单元，在过流零点处采样会出现震荡的波形，过零检测电路会出现多次翻转。此时逆变器可能会出现误检测异常，导致逆变器误脱网的现象。为解决此问题一般需要减小滞回比较电阻R4，以使在比较器输出高电平与低电平时，增加VREF 阈值的电压差。但是这样会带来过零点的延时增加的问题，从而导致逆变器输出的电流谐波增加。

进一步的，本实施例中增加防抖动子单元，可以提高过零电源的抗干扰性，在不增加实际过零点延时情况下，可避免出现多次过零的现象。在增加防抖动子单元后，当Vin在过零点附近出现震荡时，比较器输出Vout 进行电平翻转变为低电平。则在初始状态下：Vout输出为高电平的电源电压VCC时，可通过如下公式获取VREF(其中，R5表示该第二电阻)：

Vout输出为低电平0V时，可通过如下公式获取VREF：

由于Vout输出变为低电平的瞬间，电容阻抗Rc为0，相当于短路，则可通过如下公式获取VREF：

随着电容C5的充电，C5相当于开路，则可通过如下公式获取VREF：

当Vin<VREF时，Vout输出变为电源电压VCC，则可通过如下公式获取VREF：

在Vout输出为电源电压VCC瞬间，电容阻抗Rc为0，相当于短路，则可通过如下公式获取VREF：

随着电容C5的充电，C5相当于开路，则可通过如下公式获取VREF：

综上可见，在本实施例中，过零点前的比较阈值等于未增加防抖动电路的阈值，但在输出电平转换瞬间，VREF的阈值差值很大，从而增加了过零电路的抗干扰能力，避免触发多次过零问题。

可选的，请参照图4示出的防抖动子单元的变形电路的结构示意图，在该防抖动子单元中，滞回比较电阻R4、第二电阻R5以及电容C5之间的连接关系有多种形式，如图4所示，在一种情况下，该第二电阻R5与该电容C5先进行并联，再与该滞回比较电阻R4串联；在又一种情况下，该第二电阻R5与该电容C5先进行串联，再与该滞回比较电阻R4并联；在另一种情况下，该第二电阻R5与该滞回比较电阻R4先进行并联，再与该电容C5串联。

在一种可能的实施方式中，该装置还包括：电网电源单元，用于提供目标电网电压。

在一种可能的实施方式中，该电网电压采样单元包括：第一运算放大器，该第一运算放大器用于将该目标电网电压缩小至0V-3.3V，以输出该控制芯片的可识别电压。

在一种可能的实施方式中，该装置还包括：放大单元，该放大单元的两端分别与该电网电压采样单元及该过零比较单元连接；

该放大单元，用于对该可识别电压进行放大处理，以输出该放大单元可输出的最大电源电压。

在一种可能的实施方式中，该放大单元包括：第二运算放大器，该第二运算放大器用于对该可识别电压进行放大处理，以输出该第二运算放大器可输出的最大电源电压。

进一步的，该放大单元可以解决由于基准电压REF与电源电压VCC 纹波导致的频率进度采样大的问题，如图5所示，假设基准电压REF的最大电压为Vref_max，基准电压REF的最小电压为Vref_min。U1、U2、U3 分别为电网电压采样不同放大倍的输出电压在过零点出的斜率。

从图中5可以看出：当输入信号为U1时，比较器可能在t1时，进行翻转，也可能在t2时，进行翻转，也可能在t1-t0时，进行翻转。比较器翻转的时间最大相差t2-t1；同理可得：U2比较器翻转的时间最大相差t3-t1， U3比较器翻转的时间最大相差t4-t1(即此时的频率波动最大)。显然： t2<t3<t4，即采样频率波动最小发生在U1时，即斜率最大的时候，所以增大放大电路可提高频率的采样进度。

在一种可能的实施方式中，该过零比较单元，用于比较该最大电源电压与基准电压REF，以输出过零的方波信号。

在一种可能的实施方式中，该过零比较单元的比较器设有两个输入端，分别用于输入该最大电源电压及该基准电压REF；

该比较器还设有一个输出端，用于输出该过零的方波信号。

综上所述，该电网过零检测装置包括依次连接的电网电压采样单元、过零比较单元以及控制芯片；电网电压采样单元对目标电网电压进行缩小处理，以输出控制芯片的可识别电压；过零比较单元基于该可识别电压，输出过零的方波信号；控制芯片根据该过零的方波信号，确定该目标电网电压的过零点；其中，该过零比较单元包括防抖动子单元，该防抖动子单元包括：第一电阻、第二电阻以及电容；其中，该第一电阻为滞回比较电阻，该防抖动子单元在不增加实际过零延情况下，改变该比较器输入端的基准电压REF的阈值，从而增加过零电路的抗干扰能力，避免触发多次过零问题。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种电网过零检测装置，其特征在于，所述装置包括：依次连接的电网电压采样单元、过零比较单元以及控制芯片；

所述电网电压采样单元，用于对输入的目标电网电压进行缩小处理，以输出所述控制芯片的可识别电压；

所述过零比较单元，用于基于所述可识别电压，输出过零的方波信号；

所述控制芯片，用于接收所述过零的方波信号，并确定所述目标电网电压的过零点；

其中，所述过零比较单元包括防抖动子单元，所述防抖动子单元与所述过零比较单元的比较器连接；

所述防抖动子单元包括：第一电阻、第二电阻以及电容；

其中，所述第一电阻为滞回比较电阻。

2.根据权利要求1所述的一种电网过零检测装置，其特征在于，所述第二电阻与所述电容并联后，再与所述第一电阻串联。

3.根据权利要求1所述的一种电网过零检测装置，其特征在于，所述第二电阻与所述电容串联后，再与所述第一电阻并联。

4.根据权利要求1所述的一种电网过零检测装置，其特征在于，所述第二电阻与所述第一电阻并联后，再与所述电容串联。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种电网过零检测装置，其特征在于，所述装置还包括：电网电源单元，用于提供目标电网电压。

6.根据权利要求5所述的一种电网过零检测装置，其特征在于，所述电网电压采样单元包括：第一运算放大器，所述第一运算放大器用于将所述目标电网电压缩小至0V-3.3V，以输出所述控制芯片的可识别电压。

7.根据权利要求6所述的一种电网过零检测装置，其特征在于，所述装置还包括：放大单元，所述放大单元的两端分别与所述电网电压采样单元及所述过零比较单元连接；

所述放大单元，用于对所述可识别电压进行放大处理，以输出所述放大单元可输出的最大电源电压。

8.根据权利要求7所述的一种电网过零检测装置，其特征在于，所述放大单元包括：第二运算放大器，所述第二运算放大器用于对所述可识别电压进行放大处理，以输出所述第二运算放大器可输出的最大电源电压。

9.根据权利要求8所述的一种电网过零检测装置，其特征在于，所述过零比较单元，用于比较所述最大电源电压与基准电压REF，以输出过零的方波信号。

10.根据权利要求9所述的一种电网过零检测装置，其特征在于，所述过零比较单元的比较器设有两个输入端，分别用于输入所述最大电源电压及所述基准电压REF；

所述比较器还设有一个输出端，用于输出所述过零的方波信号。

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