CN219065598U - 隔离式过零检测电路及隔离式过零检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种隔离式过零检测电路及隔离式过零检测装置，属于电子电路技术领域。隔离式过零检测电路包括：过零检测模块和光耦隔离模块，过零检测模块包括三极管，过零检测模块用于检测外部交流电源发生的过零跳变，并根据过零跳变控制三极管切换工作状态；其中工作状态包括：导通状态、截止状态；光耦隔离模块连接过零检测模块，光耦隔离模块包括光电耦合器，光电耦合器连接三极管，光电耦合器用于根据三极管的工作状态输出过零跳变波形。通过三极管的导通或截止来控制光电耦合器的通与断提高了隔离式过零检测的准确性，适用于需要精准检测过零跳变及靠调节光耦可控硅的导通角来调节负载输出功率的应用场景中。

Description

隔离式过零检测电路及隔离式过零检测装置

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种隔离式过零检测电路及隔离式过零检测装置。

背景技术

相关技术中，传统的隔离式过零检测电路是采用光电耦合器来实现的，但存在光电耦合器的彻底导通的电压较高且在彻底导通之前还有随输入电压线性导通的问题，导致输出的交流电过零跳变波形存在一定的斜率，这使得过零检测的准确性较低，无法应用于隔离式电源供电的需要精准检测过零跳变及靠调节光耦可控硅的导通角来调节负载输出功率大小的应用场景中。

实用新型内容

本申请实施例的主要目的在于提出一种隔离式过零检测电路及隔离式过零检测装置，通过三极管的导通或截止来控制光电耦合器的通与断,提高了隔离式过零检测的准确性，适用于需要精准检测过零跳变及靠调节光耦可控硅的导通角来调节负载输出功率大小的应用场景中。

为实现上述目的，本申请实施例的第一方面提出了隔离式过零检测电路，包括：

过零检测模块，所述过零检测模块包括三极管，所述过零检测模块用于检测外部交流电源波形发生的过零跳变，并根据所述过零跳变控制所述三极管切换工作状态；其中所述工作状态包括：导通状态、截止状态；

光耦隔离模块，所述光耦隔离模块连接所述过零检测模块，所述光耦隔离模块包括光电耦合器，所述光电耦合器连接所述三极管，所述光电耦合器用于根据所述三极管的所述导通状态或所述截止状态输出相应的过零跳变波形。

在一些实施例中，所述过零检测模块还包括：第一电阻和二极管；

所述第一电阻的一端连接外部交流电源的火线端，所述第一电阻的另一端连接所述三极管的基极；

所述二极管的阳极分别连接所述三极管的发射极和外部交流电源的零线端，所述二极管的阴极连接所述三极管的基极；

所述三极管的集电极连接所述光耦隔离模块。

在一些实施例中，所述光耦隔离模块还包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述光电耦合器设有内部发光管和内部接收管；

所述第二电阻的一端连接所述内部发光管的阳极，所述第二电阻的另一端连接所述内部发光管的阴极；

所述第三电阻的一端连接第一直流电源，所述第三电阻的另一端连接所述内部发光管的阳极；

所述内部发光管的阴极连接所述三极管的集电极；

所述内部接收管的一端接地；

所述第四电阻的一端连接第二直流电源，所述第四电阻的另一端连接所述内部接收管的另一端；

所述第五电阻的一端连接所述内部接收管的另一端，所述第五电阻的另一端用于输出所述过零跳变波形。

在一些实施例中，所述内部发光管为发光二极管。

在一些实施例中，所述内部接收管为光电晶体管。

在一些实施例中，所述第一直流电源的电压值范围为15V至18V。

在一些实施例中，所述第二直流电源的电压值为3.3V或5V。

为实现上述目的，本申请的第二方面提出了隔离式过零检测装置，包括上述第一方面实施例的隔离式过零检测电路。

本申请实施例提出的一种隔离式过零检测电路及隔离式过零检测装置，通过三极管的导通或截止控制光电耦合器的导通与截止,提高了隔离式过零检测的准确性，适用于需要精准检测过零跳变及靠调节光耦可控硅的导通角来调节负载输出功率大小的应用场景中。

附图说明

图1是本申请实施例提供的隔离式过零检测电路的模块图；

图2是本申请隔离式过零检测电路一种实施例的电路图；

图3是现有技术的隔离式过零检测电路输出的过零跳变波形；

图4是本申请隔离式过零检测电路输出的过零跳变波形。

附图标记：

过零检测模块100、光耦隔离模块200。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

在电子电路领域中，对于有防触电要求的电气设备，通常需要用到隔离式电源及隔离式过零检测电路。传统的隔离式过零检测电路的输入端由交流电供电端、限流电阻、光耦初级的内部发光管及反向保护二极管组成，输出端由隔离式电源变压器的次级低压供电端、上拉电阻及光电耦合器次级的内部接收管组成，光电耦合器的初、次级之间具有很高的绝缘强度，可有效满足防触电的要求。相关技术中，传统的隔离式过零检测电路输出的交流电过零跳变波形存在一定的斜率，由于光电耦合器的彻底导通电压要比三极管高的多，且在进入彻底导通之前，还有随输入电压变化的线性导通过程，例如，在限流电阻的阻值大于33KΩ的情况下，需要交流电正弦波的振幅上升到15V以上时，光电耦合器初级的内部发光管的发光强度才能使光耦次级输出带一段斜率的高跳低过零跳变波形(明显滞后于交流电正弦波的实际零点)；当交流电正弦波的正振幅下降到15V以下时，光耦初级的内部发光管的发光强度不足，使光耦次级输出带一段斜率的低跳高过零跳变波形(明显提前于交流电正弦波的实际零点)。这使得传统过零检测电路的准确性较低，无法应用于需要精准检测过零跳变及靠调节光耦可控硅的导通角来调节负载输出功率大小的应用场景中。

基于此，本申请提出一种隔离式过零检测电路及隔离式过零检测装置，旨在提高过零检测的准确性。

请参阅图1和图2，本申请实施例的过零检测电路，包括：

过零检测模块100，过零检测模块100包括三极管Q1，过零检测模块100用于检测外部交流电源波形发生的过零跳变，并根据过零跳变控制三极管Q1切换工作状态；其中工作状态包括：导通状态、截止状态；

光耦隔离模块200，光耦隔离模块200连接过零检测模块100，光耦隔离模块200包括光电耦合器OP1，光电耦合器OP1连接三极管Q1，光电耦合器OP1用于根据三极管Q1的导通状态或截止状态输出相应的过零跳变波形。

本申请实施例中，充分发挥三极管Q1过零检测可以精准检测交流电零点以及光电耦合器OP1具有隔离防触电的优点，有效地将三极管Q1过零检测电路与隔离式过零检测电路做了巧妙的整合，既可以精准检测交流电的零点，又可以实现电气隔离的防触电作用。通过三极管Q1的导通或截止控制光电耦合器OP1的通与断，提高了隔离式过零检测的准确性，适用于需要精准检测过零跳变来调节负载输出功率大小的应用场景(例如需要通过调节可控硅导通角方式来精准调节负载输出功率、使用PID算法做自动精确控制等应用场合)中。需要说明的是，外部交流电源为正弦波的交流电源。

在一些实施例中，请参阅图1和图2，过零检测模块100还包括：第一电阻R1和二极管D1；

第一电阻R1的一端连接外部交流电源的火线端ACL，第一电阻R1的另一端连接三极管Q1的基极；

二极管D1的阳极分别连接三极管Q1的发射极和外部交流电源的零线端ACN，二极管D1的阴极连接三极管Q1的基极；

三极管Q1的集电极连接光耦隔离模块200。

本申请的实施例中，第一电阻R1为限流电阻，用于保护三极管Q1不至于基极电流过大而烧坏。二极管D1用于在交流电正弦波处于负半周时提供通电通道(此时三极管Q1的基极与发射极之间处于反偏的截止状态)，使三极管Q1的基极与发射极之间的反偏电压钳位在0.7V左右，保护三极管Q1的基极与发射极不会出现反向过压击穿。当供电的交流电正弦波处于正半周的上升沿时，供电电流由火线端ACL经第一电阻R1、三极管Q1的基极、三极管Q1的发射极回到零线端ACN，在三极管Q1基极的不低于330KΩ情况下，交流电正弦波的振幅只要大于1.6V时，三极管Q1即完全饱和导通。当供电的交流电正弦波处于负半周或振幅小于1.6V时，三极管Q1截止。利用三极管Q1对交流电正弦波形过零变化快速响应的特点，提高过零检测的准确性。

在一些实施例中，请参阅图1和图2，光耦隔离模块200还包括：第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，光电耦合器OP1设有内部发光管和内部接收管；

第二电阻R2的一端连接内部发光管的阳极(光电耦合器OP1的引脚1)，第二电阻R2的另一端连接内部发光管的阴极(光电耦合器OP1的引脚2)；

第三电阻R3的一端连接第一直流电源VDD，第三电阻R3的另一端连接内部发光管的阳极；

内部发光管的阴极连接三极管Q1的集电极；

内部接收管的一端(光电耦合器OP1的引脚3)接地；

第四电阻R4的一端连接第二直流电源VCC，第四电阻R4的另一端连接内部接收管的另一端(光电耦合器OP1的引脚4)；

第五电阻R5的一端连接内部接收管的另一端，第五电阻R5的另一端用于输出过零跳变波形。

本申请的实施例中，第一直流电源VDD可以为外部隔离式电源(如隔离式开关电源变压器或传统隔离式变压器)的初级副绕组经二极管整流、电容滤波变成稳定的直流低压供电输出，第二直流电源VCC可以为外部隔离式电源次级给外部主控芯片的直流供电输出，内部接收管的一端(光电耦合器OP1的引脚3)接隔离式电源的次级地。第五电阻R5的另一端通常连接外部主控芯片的过零检测端口，以便外部主控芯片根据接收到的过零跳变波形进行功率调节。外部隔离式电源变压器的初级副绕组接地端与外部交流电源的零线端ACN相连，第二电阻R2和第三电阻R3能够为三极管Q1提供饱和导通的快速通道。当三极管Q1导通时，第一直流电源VDD在第二电阻R2上形成的压降大于内部发光管的工作电压，使得内部发光管发光，内部接收管饱和导通，内部接收管的另一端(光电耦合器OP1的引脚4)由原先的高电平(第四电阻R4为上拉电阻)变成低电平，跳变波形经第五电阻R5发送至外部主控芯片的过零检测端口识别。当三极管Q1截止时，光电耦合器OP1的内部发光管被断电，内部接收管截止，内部接收管的另一端(光电耦合器OP1的引脚4)由低电平变为高电平，跳变波形经第五电阻R5发送至外部主控芯片的过零检测端口识别。外部主控芯片通过检测接收到的波形有无高跳低或低跳高的跳变，即可识别是否已经到达交流电正弦波的零点。由于光电耦合器OP1的内部发光管始终由第一直流电源VDD较为稳定的直流电压供电，而且三极管Q1在交流电正弦波过零后马上就进入饱和导通或截止状态，使得加在内部发光管的两端电压只有电压突变而没有电压渐变，所以光电耦合器OP1输出的过零跳变波形也是垂直陡峭的，且其跳变与交流电正弦波形的过零点基本同步，从而实现精准的过零检测。

请参阅图3和图4，图3为现有技术的隔离式过零检测电路输出的过零跳变波形，图4为本申请隔离式过零检测电路输出的过零跳变波形。可以看出，现有技术的隔离式过零检测电路输出的过零跳变波形存在明显的过零跳变延时以及过零跳变波形的斜率问题，而本申请隔离式过零检测电路输出的过零跳变波形与交流电正弦波形的过零点基本同步，且跳变没有斜率问题，因而过零检测的准确性很高。

在一些实施例中，请参阅图2，内部发光管为发光二极管D1，内部接收管为光电晶体管，第一直流电源VDD的电压值范围为15V至18V，第二直流电源VCC的电压值为3.3V或5V。

本申请的实施例中，三极管Q1可选耐压≥40V、耐电流≥100mA的9014、MMBT3904等型号的NPN型三极管Q1，光电耦合器OP1可选四个引脚、初次级之间隔离电压大于4000V的EL817型号，二极管D1可选1N4148、1N4007等型号。第一直流电源VDD如果采用的是给开关电源芯片供电的隔离式开关电源变压器初级副绕组的供电输出电压，一般设定在直流15V～18V，第一直流电源VDD如果采用的是传统隔离式变压器的初级副绕组供电，则可以不受此电压范围的控制，当然也可选直流15V～18V。第二直流电源VCC为隔离式开关电源次级给外部主控芯片的供电电压，一般为直流3.3V或5V，具体视主控芯片的工作电压范围而定。第一电阻R1选330K～1MΩ、1/4W的电阻，第二电阻R2选10K、1/2W的电阻，第三电阻R3选1K～2K、1/2W的电阻，第四电阻R4选10K、1/8W的电阻，第五电阻R5选1K～2.2K的1/8W电阻。

本申请还提出了一种隔离式过零检测装置，包括上述任一实施例的隔离式过零检测电路。

本申请实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (8)

1.一种隔离式过零检测电路，其特征在于，包括：

过零检测模块，所述过零检测模块包括三极管，所述过零检测模块用于检测外部交流电源波形发生的过零跳变，并根据所述过零跳变控制所述三极管切换工作状态；其中所述工作状态包括：导通状态、截止状态；

光耦隔离模块，所述光耦隔离模块连接所述过零检测模块，所述光耦隔离模块包括光电耦合器，所述光电耦合器连接所述三极管，所述光电耦合器用于根据所述三极管的所述导通状态或所述截止状态输出相应的过零跳变波形。

2.根据权利要求1所述的隔离式过零检测电路，其特征在于，所述过零检测模块还包括：第一电阻和二极管；

所述第一电阻的一端连接外部交流电源的火线端，所述第一电阻的另一端连接所述三极管的基极；

所述二极管的阳极分别连接所述三极管的发射极和外部交流电源的零线端，所述二极管的阴极连接所述三极管的基极；

所述三极管的集电极连接所述光耦隔离模块。

3.根据权利要求2所述的隔离式过零检测电路，其特征在于，所述光耦隔离模块还包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述光电耦合器设有内部发光管和内部接收管；

所述第二电阻的一端连接所述内部发光管的阳极，所述第二电阻的另一端连接所述内部发光管的阴极；

所述第三电阻的一端连接第一直流电源，所述第三电阻的另一端连接所述内部发光管的阳极；

所述内部发光管的阴极连接所述三极管的集电极；

所述内部接收管的一端接地；

所述第四电阻的一端连接第二直流电源，所述第四电阻的另一端连接所述内部接收管的另一端；

所述第五电阻的一端连接所述内部接收管的另一端，所述第五电阻的另一端用于输出所述过零跳变波形。

4.根据权利要求3所述的隔离式过零检测电路，其特征在于，所述内部发光管为发光二极管。

5.根据权利要求3所述的隔离式过零检测电路，其特征在于，所述内部接收管为光电晶体管。

6.根据权利要求3所述的隔离式过零检测电路，其特征在于，所述第一直流电源的电压值范围为15V至18V。

7.根据权利要求3所述的隔离式过零检测电路，其特征在于，所述第二直流电源的电压值为3.3V或5V。

8.一种隔离式过零检测装置，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的过零检测电路。

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