CN219609064U - 一种线圈过零检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种线圈过零检测电路，该电路包括：交流火线接线端、交流零线接线端、电源管理单元、感应线圈和差分放大单元。交流火线接线端中的交流火线穿过感应线圈的磁芯，感应线圈用于产生感应电流。感应线圈的线圈绕组与差分放大单元的输入端连接，差分放大单元用于根据感应电流输出过零检测信号。通过设置感应线圈，将交流火线穿过感应线圈的磁芯，当交流火线上的正半周交流电向负半周交流电转换时，感应线圈产生感应电流，并传输至差分放大单元，差分放大单元根据感应电流，输出过零检测信号，以实现电路对交流回路的过零检测，且输出的过零检测信号不容易失真，可靠性高。

Description

一种线圈过零检测电路

技术领域

本实用新型涉及过零检测技术领域，特别涉及一种线圈过零检测电路。

背景技术

过零检测就是指在交流回路中,当波形由正半周向负半周转换或者由负半周向正半周转换时,经过零位,系统要检测到这个零位。可作开关电路或者频率检测。

在现有的过零检测方式中，最为常见的是使用光耦隔离方式，高压端驱动光耦发光侧，低压端感应到发光信号后通过放大整形电路供芯片识别，但通过光耦隔离进行过零检测，其电路占用空间大，待机功耗高，且受电网影响容易引起波形失真，从而降低信号判断。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种线圈过零检测电路，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本实用新型解决其技术问题的解决方案是：提供一种线圈过零检测电路，包括：交流火线接线端、交流零线接线端、电源管理单元、感应线圈和差分放大单元；

所述电源管理单元分别与交流火线接线端和交流零线接线端连接，所述电源管理单元与差分放大单元连接，所述电源管理单元用于输出直流电压；

所述交流火线接线端中的交流火线穿过所述感应线圈的磁芯，所述感应线圈用于产生感应电流；

所述感应线圈的线圈绕组与差分放大单元的输入端连接，所述差分放大单元用于根据所述感应电流输出过零检测信号。

进一步，一种线圈过零检测电路还包括：电机驱动单元和电机；

所述电机驱动单元的输入端分别与所述差分放大单元的输出端、电源管理单元和交流火线连接，所述电机驱动单元的输出端与所述电机连接，所述电机与交流零线接线端连接，所述电机驱动单元用于根据所述过零检测信号驱动电机运行。

进一步，所述差分放大单元包括：差分放大芯片、第一电阻、第二电阻、第一二极管和第一RC并联电路；

所述感应线圈的线圈绕组分别与第一二极管的阳极和第一RC并联电路的一端连接，所述第一二极管的阴极与第一RC并联电路的另一端连接，所述第一RC并联电路的另一端通过第一电阻与差分放大芯片的第二引脚连接，所述差分放大芯片的第三引脚分别与第一RC并联电路的一端和第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端和差分放大芯片的第八引脚均与电源管理单元连接。

进一步，所述电源管理单元包括：电源管理芯片、串联二极管组、第一电感、串联电阻组、第二电感、第二二极管和第一电容；

所述串联二极管组的阳极与交流火线接线端连接，所述串联二极管组的阴极通过第一电感分别与所述串联电阻组的一端和电源管理芯片的第八引脚连接，所述串联电阻组的另一端与电源管理芯片的第一引脚连接，所述电源管理芯片的第五引脚分别与第二电感的一端和第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极通过第一电容与第二电感的另一端连接，所述第二电感的另一端与交流零线接线端连接。

进一步，所述电机驱动单元包括：第一三极管、第二三极管和继电器；

所述第一三极管的基极与差分放大单元连接，所述第一三极管的集电极与第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极和第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极与继电器的线圈连接，所述继电器的线圈与电源管理单元连接，所述继电器的开关的一端与交流火线连接，所述继电器的开关的另一端与电机连接。

进一步，所述串联电阻组包括：第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的一端与第一电感的另一端和电源管理芯片的第八引脚连接，所述第三电阻的另一端与第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与电源管理芯片的第一引脚连接。

进一步，所述串联二极管组为首尾依次相连。

进一步，所述差分放大芯片为LM358差分放大芯片。

进一步，所述电源管理芯片为LN8K05A电源管理芯片。

进一步，所述直流电压的电压值为5V。

本实用新型的有益效果是：通过设置感应线圈，将交流火线穿过感应线圈的磁芯，当交流火线上的正半周交流电向负半周交流电转换时，感应线圈产生感应电流，并传输至差分放大单元，差分放大单元根据感应电流，输出过零检测信号，以实现电路对交流回路的过零检测，且输出的过零检测信号不容易失真，可靠性高。通过设置感应线圈和交流火线实现过零检测，降低电路的功耗，减少电路的占用空间，并降低了投入成本。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种线圈过零检测电路的电路示意图；

图2是本实用新型提供的一种线圈过零检测电路的电源管理单元的电路示意图；

图3是本实用新型提供的一种线圈过零检测电路的电机驱动单元的电路示意图。

附图标记：100、差分放大单元，200、电源管理单元，300、电机驱动单元，T1、感应线圈，ACL、交流火线接线端、ACN、交流零线接线端，M1、电机，D1、第一二极管，R1、第一电阻，U1、差分放大芯片，R2、第二电阻，C1、第一电容，D2、第二二极管，L2、第二电感，U2、电源管理芯片，L1、第一电感。

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，而不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，虽然在示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”以及“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。

本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义的理解，所属技术领域的技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型的具体含义。

过零检测就是指在交流回路中,当波形由正半周向负半周转换或者由负半周向正半周转换时,经过零位,系统要检测到这个零位。可作开关电路或者频率检测。

在现有的过零检测方式中，最为常见的是使用光耦隔离方式，高压端驱动光耦发光侧，低压端感应到发光信号后通过放大整形电路供芯片识别，但通过光耦隔离进行过零检测，其电路占用空间大，待机功耗高，且受电网影响容易引起波形失真，从而降低信号判断。

参照图1至图3，在本实用新型的一些实施例中，一种线圈过零检测电路包括：感应线圈T1、交流火线接线端ACL、交流零线接线端ACN、差分放大单元100以及电源管理单元200。

电源管理单元200的输入端与交流火线接线端ACL电气连接，电源管理单元200的输入端与交流零线接线端ACN电气连接，电源管理单元200的输出端与差分放大单元100电气连接。

通过交流火线接线端ACL和交流零线接线端ACN输入的交流电，电源管理单元200输出直流电压，为差分放大单元100提供直流电压。

交流火线接线端ACL中的交流火线穿过感应线圈T1中的磁芯，差分放大单元100的输入端与感应线圈T1中的线圈绕组电气连接。

通过设置感应线圈T1，将交流火线穿过磁芯，当交流火线上的正半周交流电向负半周交流电转换时，感应线圈T1产生感应电流，并传输至差分放大单元100，根据感应电流，差分放大单元100输出过零检测信号，以实现电路对交流回路的过零检测，且输出的过零检测信号不容易失真，可靠性高。通过设置感应线圈T1和交流火线实现过零检测，降低电路的功耗，减少电路的占用空间，并降低了投入成本。

也就是说，向电源管理单元200提供交流电，电源管理单元200将交流电转化为直流电压，并将直流电压供给至差分放大单元100。交流火线接线端ACL中的交流火线穿过感应线圈T1中的磁芯，当交流火线上的正半周交流电向负半周交流电转换时，感应线圈T1的磁通量发生变化，线圈绕组产生感应电流，并将感应电流发送至差分放大单元100中，差分放大单元100接收感应电流进行放大处理，最后输出过零检测信号，其中，过零检测信号为方波信号。与现有技术中，采用光耦隔离进行过零检测相比，本实用新型的过零检测电路的功耗低，且输出的过零检测信号不容易失真，可靠性高。利用电流互感的原理，实现了隔离的过零电路。

差分放大单元100指的是能对感应电流进行放大处理，最后输出过零检测信号的电路，在本实施例中，可以通过设置分立元器件和集成芯片组成单元电路，以实现对感应电流进行放大处理，输出过零检测信号。

电源管理单元200指的是将交流电转化为直流电压的电路，在本实施例中，可以通过设置分立元器件和集成芯片组成单元电路，以实现将交流电转化为直流电压。

参照图1和图3，在本实用新型的一些实施例中，一种线圈过零检测电路还包括：电机M1以及电机驱动单元300。

电源管理单元200的输出端与电机驱动单元300的输入端电气连接，为电机驱动单元300提供直流电压。

穿过感应线圈T1的交流火线与电机驱动单元300的输入端电气连接，差分放大单元100的输出端与电机驱动单元300的输入端电气连接。电机M1与电机驱动单元300的输出端电气连接，电机M1与交流零线接线端ACN电气连接。

差分放大单元100输出过零检测信号至电机驱动单元300，根据过零检测信号，电机驱动单元300输出驱动信号至驱动电机M1，以实现驱动电机M1运行。在本实施例中，过零检测信号作为开关信号，输入至电机驱动单元300中，使得电机M1驱动。

其中，电机M1为搅拌电机M1，将过零检测信号作为开关信号，输入至电机驱动单元300中，驱动搅拌电机M1，防止在交流电峰波时启动搅拌电机M1，从而产生较大力矩，导致搅拌产品倾倒。

需要说明的是，差分放大单元100也能够与单片机等微控制处理器电气连接，从而实现感应线圈T1对交流火线进行采样，输出感应电流，通过差分放大感应单元对感应电流进行信号放大，输出至单片机进行模数转换和检测。

参照图1至图3，在本实用新型的一些实施例中，差分放大单元100包括：第一二极管D1、第一RC并联电路、第一电阻R1、差分放大芯片U1以及第二电阻R2。

感应线圈T1的线圈绕组的一端与第一二极管D1阳极电气连接，感应线圈T1的线圈绕组的另一端与第一RC并联电路的一端电气连接。第一二极管D1的阴极与第一RC并联电路的另一端电气连接，第一电阻R1的一端与第一RC并联电路的另一端电气连接，第一电阻R1的另一端与差分放大芯片U1的第二引脚电气连接，第一RC并联电路的一端与差分放大芯片U1的第三引脚电气连接，其中,第一RC并联电路包括：第五电阻R5和第二电容C2，即，第五电阻R5与第二电容C2并联。差分放大芯片U1的型号为LM358。

差分放大芯片U1的第三引脚通过第二电阻R2与电源管理单元200电气连接。差分放大芯片U1的第四引脚接地，差分放大芯片U1的第八引脚与电源管理单元200电气连接。差分放大芯片U1的第一引脚与差分放大芯片U1的第五引脚电气连接，差分放大芯片U1的第六引脚与差分放大芯片U1的第七引脚电气连接。

其中，差分放大单元100还包括：第七电阻R7和第六电阻R6。第六电阻R6的一端接地，第六电阻R6的另一端与第二电阻R2的一端连接，差分放大芯片U1的第二引脚通过第七电阻R7与差分放大芯片U1的第一引脚电气连接。

电源管理单元200将交流电转化为直流电压，并将直流电压供给至差分放大芯片U1。交流火线接线端ACL中的交流火线穿过感应线圈T1中的磁芯，当交流火线上的正半周交流电向负半周交流电转换时，感应线圈T1的磁通量发生变化，线圈绕组产生感应电流，通过上述分立元器件将感应电流发送至差分放大芯片U1，并进行放大处理，最后差分放大芯片U1输出过零检测信号，其中，过零检测信号为方波信号。

与现有技术中，采用光耦隔离进行过零检测相比，本实用新型的过零检测电路的功耗低，且输出的过零检测信号不容易失真，可靠性高。利用电流互感的原理，实现了隔离的过零电路。

参照图1和图2，在本实用新型的一些实施例中，电源管理单元200包括：第一电容C1、第二二极管D2、第二电感L2、电源管理芯片U2、串联电阻组、第一电感L1以及串联二极管组。

串联二极管组为首尾依次相连，交流火线接线端ACL与串联二极管组的阳极电气连接，第一电感L1的一端与串联二极管组的阴极电气连接。串联二极管组包括：第五二极管D5和第六二极管D6，第五二极管D5的阳极与第六二极管D6的阴极电气连接。通过设置串联二极管组能提高本电路的耐压值。

其中，第一电感L1为色环电感，第一电感L1的另一端与串联电阻组的一端电气连接，电源管理芯片U2的第一引脚与串联电阻组的另一端电气连接，串联电阻组的一端与电源管理芯片U2的第一引脚电气连接。

其中，串联电阻组包括：第三电阻R3和第四电阻R4，即，第三电阻R3与第四电阻R4串联。

第三电阻R3的一端与第一电感L1的另一端电气连接，第三电阻R3的一端与电源管理芯片U2的第八引脚电气连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端电气连接，第四电阻R4的另一端与电源管理芯片U2的第一引脚电气连接。

第二电感L2的一端与电源管理芯片U2的第五引脚电气连接，第二电感L2的另一端与交流零线接线端ACN电气连接，第二电感L2的另一端与第一电容C1的正极电气连接，其中，第二电感L2规格为800uH，中柱直径为3mm。第一电容C1的负极与第二二极管D2的阳极电气连接，第二二极管D2的阴极与电源管理芯片U2的第五引脚电气连接。其中,电源管理芯片U2的型号为LN8K05A。

电源管理单元200还包括：PTC热敏电阻、外部端子TWMP1、第四二极管D4、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第二RC并联电路。

PTC热敏电阻的一端与第六二极管D6的阳极电气连接，PTC热敏电阻另一端与外部端子TWMP1电气连接，外部端子TWMP1与外部的保护装置电气连接。通过设置PTC热敏电阻，当电流超过预定最大值时，启动与外部端子TWMP1电气连接的保护装置，以实现过流保护，即过热保护。

第六电容C6的正极分别与第五二极管D5的阴极和第一电感L1的一端电气连接，第六电容C6的负极与交流零线接线端ACN电气连接。第五电容C5的正极电气连接于第一电感L1与串联电阻组之间，第五电容C5的负极与交流零线接线端ACN电气连接。

第四二极管D4的阳极与第二电感L2的另一端电气连接，第四二极管D4的阳极与交流零线接线端ACN电气连接，第四二极管D4的阴极与第四电容C4的正极和电源管理芯片U2的第二引脚电气连接，第四电容C4的负极分别与电源管理芯片U2的第三引脚、第四引脚以及第五引脚电气连接。

第二RC并联电路的一端分别与第二二极管D2的阳极和第一电容C1负极电气连接，第二RC并联电路的另一端分别与第一电容C1正极电气连接。

通过上述的分立元器件和电源管理芯片U2的电气连接，组成电源管理单元200的电路，以实现将交流电转化为直流电压，其中，输出的直流电压值为5V。

参照图3，在本实用新型的一些实施例中，电机驱动单元300包括：继电器K1、第二三极管Q2以及第一三极管Q1。

差分放大芯片U1的第七引脚与第一三极管Q1的基极电气连接，第二三极管Q2的基极与第一三极管Q1的集电极电气连接，第二三极管Q2的集电极与继电器K1的线圈的一端电气连接，第一三极管Q1的发射极接地，第二三极管Q2的发射极接地，继电器K1的线圈的一端与电源管理单元200的输出端电气连接，为继电器K1的线圈提供直流电压。

穿过感应线圈T1的交流火线与继电器K1的开关的一端电气连接，电机M1与继电器K1的开关的另一端电气连接。

差分放大芯片U1的第七引脚输出过零检测信号至第一三级管，根据过零检测信号，继电器K1的开关闭合，交流火线与电机M1连通，以实现驱动电机M1运行。在本实施例中，过零检测信号作为开关信号，输入至电机驱动单元300中，使得电机M1驱动。

电机驱动单元300还包括：第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11以及第三二极管D3。

第九电阻R9的一端与第八电阻R8的一端电气连接，第九电阻R9的另一端接地。第十电阻R10的一端与第一三极管Q1的集电极电气连接，第十电阻R10的另一端与第二三极管Q2的基极电气连接。第八电阻R8的另一端与差分放大芯片U1的第七引脚电气连接，第八电阻R8的一端与第一三极管Q1的基极电气连接，

第十一电阻R11的一端与第十电阻R10的另一端电气连接，第十一电阻R11的另一端与电源管理单元200的输出端电气连接。第三二极管D3的阳极与第二三极管Q2的集电极电气连接，第三二极管D3的阴极与电源管理单元200的输出端电气连接。

以上对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种线圈过零检测电路，其特征在于，包括：交流火线接线端、交流零线接线端、电源管理单元、感应线圈和差分放大单元；

所述电源管理单元分别与交流火线接线端和交流零线接线端连接，所述电源管理单元与差分放大单元连接，所述电源管理单元用于输出直流电压；

所述交流火线接线端中的交流火线穿过所述感应线圈的磁芯，所述感应线圈用于产生感应电流；

所述感应线圈的线圈绕组与差分放大单元的输入端连接，所述差分放大单元用于根据所述感应电流输出过零检测信号。

2.根据权利要求1所述的一种线圈过零检测电路，其特征在于，还包括：电机驱动单元和电机；

所述电机驱动单元的输入端分别与所述差分放大单元的输出端、电源管理单元和交流火线连接，所述电机驱动单元的输出端与所述电机连接，所述电机与交流零线接线端连接，所述电机驱动单元用于根据所述过零检测信号驱动电机运行。

3.根据权利要求1所述的一种线圈过零检测电路，其特征在于，所述差分放大单元包括：差分放大芯片、第一电阻、第二电阻、第一二极管和第一RC并联电路；

所述感应线圈的线圈绕组分别与第一二极管的阳极和第一RC并联电路的一端连接，所述第一二极管的阴极与第一RC并联电路的另一端连接，所述第一RC并联电路的另一端通过第一电阻与差分放大芯片的第二引脚连接，所述差分放大芯片的第三引脚分别与第一RC并联电路的一端和第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端和差分放大芯片的第八引脚均与电源管理单元连接。

4.根据权利要求1所述的一种线圈过零检测电路，其特征在于，所述电源管理单元包括：电源管理芯片、串联二极管组、第一电感、串联电阻组、第二电感、第二二极管和第一电容；

所述串联二极管组的阳极与交流火线接线端连接，所述串联二极管组的阴极通过第一电感分别与所述串联电阻组的一端和电源管理芯片的第八引脚连接，所述串联电阻组的另一端与电源管理芯片的第一引脚连接，所述电源管理芯片的第五引脚分别与第二电感的一端和第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极通过第一电容与第二电感的另一端连接，所述第二电感的另一端与交流零线接线端连接。

5.根据权利要求2所述的一种线圈过零检测电路，其特征在于，所述电机驱动单元包括：第一三极管、第二三极管和继电器；

所述第一三极管的基极与差分放大单元连接，所述第一三极管的集电极与第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极和第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极与继电器的线圈连接，所述继电器的线圈与电源管理单元连接，所述继电器的开关的一端与交流火线连接，所述继电器的开关的另一端与电机连接。

6.根据权利要求4所述的一种线圈过零检测电路，其特征在于，所述串联电阻组包括：第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的一端与第一电感的另一端和电源管理芯片的第八引脚连接，所述第三电阻的另一端与第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与电源管理芯片的第一引脚连接。

7.根据权利要求4所述的一种线圈过零检测电路，其特征在于，所述串联二极管组为首尾依次相连。

8.根据权利要求3所述的一种线圈过零检测电路，其特征在于，所述差分放大芯片为LM358差分放大芯片。

9.根据权利要求4所述的一种线圈过零检测电路，其特征在于，所述电源管理芯片为LN8K05A电源管理芯片。

10.根据权利要求1所述的一种线圈过零检测电路，其特征在于，所述直流电压的电压值为5V。