CN220455413U - 一种基于电压检测和零点检测的检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于电压检测和零点检测的检测系统，包括开关电路、比较驱动电路、过零点检测电路和MCU；开关电路连接电源和负载；通过MCU控制开关电路启动；比较驱动电路检测电源线路是否出现短路；过零检测电路检测电源线路的电压过零点；当电源线路出现短路，比较驱动电路输出高电压信号给开关电路的驱动信号端；待电源线路处于过零点时，MCU发出控制信号到开关电路的驱动信号端；当的驱动信号端接收到比较驱动电路输出的信号和MCU输出的控制信号，比较驱动电路输出的信号和MCU输出的控制信号叠加驱动开关电路断开；减少电弧的产生。

Description

一种基于电压检测和零点检测的检测系统

技术领域

本实用新型涉及电力灭弧领域，具体涉及一种基于电压检测和零点检测的检测系统。

背景技术

电力是以电能作为动力的能源，而在电力领域为了实现电源的控制经常会采用一些具有触点的控制器，在有触点电器中，触头接通和分断电流的过程往往伴随着电弧的产生及熄灭。电弧是一种气体放电现象，电弧产生的高温对电器触点的寿命影响较大，因此吸合和分断灭弧处理尤其重要。现有的灭弧方式具有多种，(1)利用气体或油熄灭电弧。在开关电器中利用各种形式的灭弧室使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙，电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，并且其中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便迅速熄灭；(2)采用多断口。高压断路器常制成每相有两个或多个串联的断口，使加于每个断口的电压降低，电弧易于熄灭；(3)断路器断口加装并联电阻。在高压大容量断路器中，广泛利用弧隙并联电阻来改善它们的工作条件。断路器每相假如有两对触头，一对为主触头，另一对为辅助触头，电阻并联在主触头上。当断路器在合闸位置时，主、辅触头都闭合。当断开电路时，主触头先断开，这时并联在主触头断口上的电阻在主触头断开过程中起分流作用，有利于主触头断口灭弧；(4)采用新介质。利用灭弧性能优越的新介质，例如SF6(六氟化硫)断路器和真空断路器等；(5)利用金属灭弧栅熄灭电弧。用铁磁物质制成金属灭弧栅，当电弧发生后，立刻把电弧吸引到栅片内，将长弧分割成一串短弧，当电弧过零时，每个短弧的附近会出现150～250伏的介质强度，如果作用于触头间的电压小于各个介质强度的总和时，电弧就立即熄灭；这种灭弧方法在低压开关中用得很多，如继电器等电器。

在中国申请号为201710029782.5，公告日为2019.06.25的专利文献公开了复合开关及其过零投切控制与自身投切故障判断方法，具体公开了该复合开关既能检测自身投切故障，又能准确检测交流电电压过零点时并能进行投切。可控硅开关Kb的一端和磁保持继电器开关Kc的一端分别与一号节点连接，可控硅开关Kb的另一端和电感La的一端分别与节点Ma连接，电感La的另一端和六号开关的一端分别与节点Mb连接，磁保持继电器开关Kc的另一端、一号开关的另一端和二号开关的另一端分别与节点Mc连接，电容C2的一端、四号开关的另一端、二极管D1的正极端和二极管D3的负极端分别与节点Md连接，硅驱动电路分别与可控硅开关Kb的控制端和控制器连接，磁驱动电路分别与磁保持继电器开关Kc的控制端和控制器连接。

该保护器利用电压零点捕捉信号采集电压信号判断交流电是否经过过零点；同时通过继电器的方式实现交流电的通电，由于继电器关断电路具有一定的延时，从而使得需要提前一端时间发出控制信号才能使得在过零点能实现切断操作，而若时间上管控不好的话将会导致无法准确在过零点进行切换操作，同时本电路通过光电耦合器检测电流过零点情况，而光耦开关在使用过程中会出现衰退的情况，从而导致发光二极管的亮度变化从而导致光耦开关无法进行正常打开进而影响过零点检测的效果，将导致过零点检测不稳定的情况发生。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于电压检测和零点检测的检测系统，通过检测电压变化量，对采集到的电压进行二次放大，准确率高；电源线路的电压异常时，在电源线路处于过零点时，控制电源线路断开，控制精度高。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种基于电压检测和零点检测的检测系统，包括开关电路、比较驱动电路、基准电压电路、过零点检测电路、MCU、第一降压电路和第二降压电路；第一降压电路包括12V电源端和5V电源端；第二降压电路包括3.3V电源端。

第一降压电路对电源的输出电压进行降压并为比较驱动电路、过零点检测电路、第二降压电路供电；第二降压电路对第一降压电路的输出电压进行降压并为基准电压电路和MCU供电；开关电路的输入端与电源的零线、火线连接，开关电路的输出端负载连接；开关电路连接有正半轴采样点和负半轴采样点，正半轴采样点和负半轴采样点用于采集电源的电压。

比较驱动电路包括信号采集放大电路和信号驱动电路；信号采集放大电路包括第一比较放大模块、第二比较放大模块、第三比较放大模块和第四比较放大模块。

第一比较放大模块的输入端和第二比较放大模块的输入端都与正半轴采样点、负半轴采样点连接；第一比较放大模块的输出端和第二比较放大模块的输出端与第三比较放大模块的输入端连接，第三比较放大模块的输入端接地；第三比较放大模块用于比较第一比较放大模块和第二比较放大模块输出电压值是否相同，并在相同时输出高电压信号，第三比较放大模块的输出端与第四比较放大模块的输入端连接，第四比较放大模块的输入端还与参考电源连接；第四比较放大模块的输出端与信号驱动电路连接。

信号驱动电路包括电阻R13、电阻R23、双二极管D4.1、电阻R14、电阻R17、三极管Q5；电阻R13的一端与第四比较放大模块的输出端连接，电阻R13的另一端通过电阻R23接地，且与双二极管D4.1的第一引脚连接；电阻R13的另一端和双二极管D4的第一引脚外接报警电路，双二极管D4.1的第二引脚接地；双二极管D4.1的第三引脚与电阻R14的一端和三极管Q5的基极连接，三极管Q5的发射极接地，且与电阻R14的另一端连接；三极管Q5的集电极与开关电路连接且通过电阻R17与12V电源端连接。

过零点检测电路包括运算放大器U3，运算放大器U3的反相输入端与火线连接，运算放大器U3的同相输入端与零线和基准电压电路连接；运算放大器U3的输出端与MCU连接。

以上电路中，将采样点采集到的电压分别输入到第一比较放大模块和第二比较放大模块进行比较以及第一次放大；然后再将第一放大模块的输出电压、第二放大模块的输出电压进行比较放大之后输入到第三比较放大模块中进行第二次放大；第三比较放大模块再将输出电压输入到第四比较放大模块中与基准电压进行比较；通过第一放大模块和第二放大模块比较分别得出采样到的电压值，然后在第三放大模块中进行比较，若第一放大模块和第二放大模块中采样到的电压值不同时第三放大模块中将输出比较结果，然后通过第四放大模块进行放大输出，从而使得第四放大模块输出的电压值能驱动开关电路启动，准确率高。

信号驱动电路中，当采样点电压经过第一比较放大模块比较之后的电压与经过第二比较放大模块比较之后的电压相同时，然后在经过第三比较放大模块输出高电压信号然后与第四放大模块的基准电压进行比较，若第三比较放大模块输出高电压信的电压小于基准电压，输出高电压信号到双二极管D4.1的第一引脚并输出到报警电路进行报警操作，并使得双二极管D4.1中第一引脚和第三引脚导通，进而使得三极管Q5具有电压输入，三极管Q5导通，从而三极管Q5的集电极输出高电压信号给开关电路，方便开关电路在后续收到MCU检测到过零点信号时与该信号叠加驱动开关电路断开，通过一个电路既能实现报警电路以及开关电路驱动，电路结构简单且可靠。

通过设置过零点检测电路，用于检测过零点；若电源线路出现异常时，在过零点时，MCU发出信号控制开关电路断开；使电源与负载之间断开；确保电路安全，减少电弧产生。

进一步的，过零点检测电路包括电阻R35、电阻R43、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53和电容C16。

电阻R45的一端与火线连接，电阻R45的另一端与电阻R46的一端连接，电阻R46的另一端与电阻R47的一端连接，电阻R47的另一端与电阻R48的一端连接，电阻R48的另一端与电阻R49的一端连接，电阻R49的另一端与运算放大器U3的反相输入端连接。

电阻R50的一端与零线连接，电阻R50的另一端与电阻R51的一端连接，电阻R51的另一端与电阻R52的一端连接，电阻R52的另一端与电阻R53的一端连接，电阻R53的另一端与电阻R54的一端连接，电阻R54的另一端与运算放大器U3的同相输入端连接；

运算放大器U3的输出端与电阻R35的一端连接，电阻R35的另一端与MCU处理器连接且通过电容C16接地。

运算放大器U3的反相输入端还与电阻R43的一端连接，电阻R43的另一端与运算放大器U3的输出端连接；运算放大器U3的同相输入端还与电阻R44的一端连接，电阻R44的另一端与基准电压电路的输出端连接。

运算放大器U3的VCC端与5V电源端连接且通过电容C20接地。

以上电路，运算放大器U3与5V电源端连接，实现对运算放大器U3供电；零线和火线通过电阻与运算放大器U3连接；检测电源线路的电压过零点；通过串联的电阻起到限流作用，运算放大器U3的同相输入端连接的基准电压电路提供参考电压，当电源线路的电压远离过零点时，运算放大器U3的反相输入端的电压为火线的电压值经过五个电阻分压之后小于参考电压；运算放大器U3的输出端输出0；当电源线路的电压经过零点时，零线和火线的电压值为0，运算放大器U3的反相输入端的电压大于参考电压；运算放大器U3的输出端输出高电平；运算放大器U3输出的高电平或低电平都输入到MCU中，MCU根据当前的电平信号判断电源线路是否处于过零点，控制精度高，且通过设置基准电压电路提供小电压使得运算放大器在正常工作时处于工作状态，从而无需额外设置压降电路，电路结构简单，另外在运算放大器的输出端和反向输入端之间设置有电阻R43，形成负反馈，使得输出更加可靠。

进一步的，第一比较放大模块包括电阻R16、电阻R18、电阻R28、电容C3和运算放大器U1A；运算放大器U1A的第六引脚通过电阻R16与正半轴采样点连接，运算放大器U1A的第六引脚还通过电阻R28与运算放大器U1A的第七引脚连接；运算放大器U1A的第五引脚通过电阻R18与负半轴采样点连接，运算放大器U1A的第四引脚接地，运算放大器U1A的第八引脚与12V电源端连接且通过电容C3接地，运算放大器U1A的第七引脚与第二比较放大模块连接。

以上电路，通过运算放大器接入正半轴采样点和负半轴采样点，对输入的采样点电压进行比较，将负半轴采样电压和正半轴采样电压值进行比较得到采样电压值。

进一步的，第二比较放大模块包括电阻R20、电阻R21、电阻R22和运算放大器U1B；运算放大器U1B的第三引脚通过电阻R20与正半轴采样点连接，运算放大器U1B的第三引脚还通过电阻R21与运算放大器U1B的第一引脚连接，运算放大器U1B的第二引脚通过电阻R22与负半轴采样点连接，运算放大器U1B的第一引脚与第二比较放大模块连接。

以上电路，通过运算放大器接入正半轴采样点和负半轴采样点，对输入的采样点电压进行比较，将负半轴采样电压和正半轴采样电压值进行比较得到采样电压值。

进一步的，第三比较放大模块包括电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电容C5和运算放大器U2A；运算放大器U2A的第五引脚通过电阻R24与运算放大器U1B的第一引脚连接，运算放大器U2A的第五引脚还通过电阻R25运算放大器U1A的第七引脚连接；运算放大器U2A的第六引脚通过电阻R26接地，运算放大器U2A的第六引脚还通过电阻R27与运算放大器U2A的第七引脚连接；运算放大器U2A的第八引脚与12V电源端连接，且通过电容C5接地；运算放大器U2A的第四引脚接地；运算放大器U2A的第七引脚与第四比较放大模块连接。

以上电路，若第一比较放大模块和第二比较放大模块中输出的采样电压值相同时，即输入的电压值为两个采样电压值，输入到第三比较放大模块中，然后通过第三比较放大模块与第6引脚进行比较从而输出高电压信号。

进一步的，第四比较放大模块包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R15、电阻R19、电容C4、双二极管D3.1和运算放大器U2B。

运算放大器U2B的第三引脚通过电阻R9与运算放大器U2B的第七引脚连接，运算放大器U2B的第三引脚还通过电阻R11接地，运算放大器U2B的第三引脚还通过电阻R12与双二极管D3.1的第三引脚连接，双二极管D3.1的第二引脚接地，双二极管D3.1的第三引脚与运算放大器U2B的第一引脚连接；电阻R10与电阻R12并联。

运算放大器U2B的第二引脚与参考电源连接，运算放大器U2B的第二引脚通过电阻R19接地；运算放大器U2B的第二引脚还与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与12V电源端连接，且通过电容C4接地。

以上电路，在第三比较放大模块输入相同时，输出高电压信号给第四比较放大模块与基准电压进行比较，若电压值高于基准电压值时输出高电压信号，从而能在进行第二次放大的同时也能对采样电压进行进一步比较，从而确保电压比较的准确性。

进一步的，参考电源的电压值为4V。

以上电路，能使得反相输入端的电压值小于同相输入端的电压，同时确保采样电压之间的差值不小于4V。

进一步的，基准电压电路包括电容C6、电阻R41、电阻R42、电阻R20.1、运算放大器U2、电阻R21.1；电阻R41的一端与3.3V电源端连接且通过电容C6接地，电阻R41的另一端与电阻R42的一端和电阻R20.1的一端连接，电阻R42的另一端接地，电阻R20.1的另一端与运算放大器U2的同相输入端连接；电阻R21.1的一端与运算放大器U2的反相输入端连接，电阻R21.1的另一端与运算放大器U2的输出端连接。

以上设置，3.3V的电压经过电阻R41、电阻R20.1分压后输入到运算放大器U2中，同时使用运算放大器U2作为减法器进一步降低输入到运算放大器U2中的电压；实现输出1.65V的基准电压，其中电容C6以及电阻R42对输入的3.3V电压进行过滤，确保输入电压的稳定性，然后通过电阻R41和电阻R20.1进行分压之后输入到运算放大器U2中进行比较，电阻R21.1设置在运算放大器的输出端以及反向输入端确保运算放大器的输出的稳定性，然后电阻R40和电容C13对输出参考电压进行过滤确保输出电压的稳定性。

进一步的，基准电压电路还包括电阻R40和电容C13，运算放大器U2的输出端还与电阻R40的一端连接，电阻R40的另一端与基准电压电路的输出端连接且通过电容C13接地。

以上设置，通过电阻R40和电容C13实现对基准电压电路输出电压进行过滤，确保输出的基准电压的稳定性。

进一步的，电阻R54的另一端与电阻R49的另一端之间连接有电容C24。

以上设置，通过电容C24起到隔直通交的保护作用。

附图说明

图1为本实用新型的连接框图。

图2为本实用新型中比较驱动电路的电路图。

图3为本实用新型中信号采集放大电路的电路图。

图4为本实用新型中信号驱动电路的电路图。

图5为本实用新型中过零点检测电路的的电路图。

图6为本实用新型中基准电压电路的电路图。

图7为本实用新型中开关电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。

如图1-7所示；一种基于电压检测和零点检测的检测系统，包括开关电路1a、比较驱动电路2a、基准电压电路4a、过零点检测电路3a、MCU、第一降压电路和第二降压电路；第一降压电路输出12V电源端和5V电源端；第二降压电路输出3.3V电源端。第一降压电路和第二降压电路为现有技术，在此不作累述。

第一降压电路对电源的输出电压进行降压并为比较驱动电路、过零点检测电路、第二降压电路供电；第二降压电路对第一降压电路的输出电压进行降压并为基准电压电路和MCU供电；电源的零线和火线通过开关电路与负载连接。

电源的零线包括零线输出端和零线输入端，电源的火线包括火线输出端和火线输入端。

开关电路1a包括二极管组1a 1、电感L1、MOS管模块电路、电压采集点1a2、驱动信号端1a3；电压采集点1a2与比较驱动电路的输入端连接；驱动信号端1a3与比较驱动电路的输出端连接。

电压采集点包括正半轴采样点和负半轴采样点，正半轴采样点和负半轴采样点用于采集电源的电压。

火线输入端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与MOS管模块电路的一端连接，MOS管模块电路的另一端与火线输出端连接，MOS管模块电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4，驱动信号端通过电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4分别与MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4的栅极连接，MOS管Q1和MOS管Q2的源极分别与正半轴采样点连接，正半轴采样点另一方面与通过电阻R7与负半轴采样点相连，MOS管Q3和MOS管Q4的源极与负半轴采样点连接，火线输出端和零线输出端外接负载，本实施例中，MOS管Q1的源极与漏极之间设置二极管D3，MOS管Q2的源极与漏极之间设置二极管D4，MOS管Q3的源极与漏极之间设置二极管D5，以及MOS管Q4的源极与漏极之间设置二极管D6，二极管D3的正极、二极管D4的正极、二极管D5的正极和二极管D6的正极分别与MOS管Q1的源极、MOS管Q2的源极、MOS管Q3的源极和MOS管Q4的源极相连。通过在四个MOS管的源极和漏极之间并联设置有二极管，通过二极管对输入到MOS管的电压进行保护，确保MOS管的稳定性。MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4为NMOS管，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的阻值相等。

本实施例中，开关电路还包括电阻R6和电容C2，电阻R6的一端与电感L1的另一端相连，电阻R6的另一端与电容C2的一端相连，电容C2的一端与火线输出端相连。

通过设置电阻R6和电容C2，与电感L1对火线输入端输入的电压进行滤波，确保火线输入端的电压的稳定性。

开关电路还包括二极管D2和二极管D1，二极管D2的负极与电感的另一端以及电阻R6的一端相连，二极管D2的正极与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与火线输出端相连。

通过在火线输入端和输出端设置两个二极管，防止火线输入端反向接入高电压对整个电路造成损坏。

本实施例中，驱动信号端用于与MCU和比较驱动电路连接，接收比较驱动电路和MCU发出的控制信号，电压检测点用于与比较驱动电路相连，为比较驱动电路提供检测电压。

开关电路的工作原理：通过MCU给定驱动信号端一高电平信号，由于四个MOS管的源极接地，从而使得MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4导通，进而火线输入端通过MOS管Q1和MOS管Q2之后进入到电压采集点；然后电压采集点的信号输入到比较驱动电路中进行检测，同时电源的火线输入端和零线输入端的电信号输入到过零点检测电路中进行检测；比较驱动电路用于检测电源线路是否出现短路；过零点检测电路用于检测电源线路的电压过零点。

当电源线路出现短路，比较驱动电路输出高电压信号给开关电路的驱动信号端；同时过零检测电路将电源线路当前的电平信号输出到MCU中，MCU根据当前的电平信号判断电源线路是否处于过零点；待电源线路处于过零点时，MCU发出控制信号到开关电路的驱动信号端；当的驱动信号端接收到比较驱动电路输出的信号和MCU输出的控制信号，比较驱动电路输出的信号和MCU输出的控制信号叠加驱动开关电路断开；减少电弧的产生。

比较驱动电路2a包括信号检测放大电路2a 1和检测驱动电路2a 2；信号检测放大电路2a 1包括第一比较放大模块、第二比较放大模块、第三比较放大模块和第四比较放大模块。

第一比较放大模块的输入端和第二比较放大模块的输入端都与正半轴采样点、负半轴采样点连接；第一比较放大模块的输出端和第二比较放大模块的输出端与第三比较放大模块的输入端连接，第三比较放大模块的输入端接地；第三比较放大模块用于比较第一比较放大模块和第二比较放大模块输出电压值是否相同，并在相同时输出高电压信号，第三比较放大模块的输出端与第四比较放大模块的输入端连接，第四比较放大模块的输入端还与参考电源连接；第四比较放大模块的输出端与检测驱动电路连接。在本实施例中，参考电源的电压值为4V。

第一比较放大模块包括电阻R16、电阻R18、电阻R28、电容C3和运算放大器U1A；运算放大器U1A的第六引脚通过电阻R16与正半轴采样点连接，运算放大器U1A的第六引脚还通过电阻R28与运算放大器U1A的第七引脚连接；运算放大器U1A的第五引脚通过电阻R18与负半轴采样点连接，运算放大器U1A的第四引脚接地，运算放大器U1A的第八引脚与12V电源端连接且通过电容C3接地，运算放大器U1A的第七引脚与第二比较放大模块连接。通过运算放大器接入正半轴采样点和负半轴采样点，对输入的采样点电压进行比较，将负半轴采样电压和正半轴采样电压值进行比较得到采样电压值。

第二比较放大模块包括电阻R20、电阻R21、电阻R22和运算放大器U1B；运算放大器U1B的第三引脚通过电阻R20与正半轴采样点连接，运算放大器U1B的第三引脚还通过电阻R21与运算放大器U1B的第一引脚连接，运算放大器U1B的第二引脚通过电阻R22与负半轴采样点连接，运算放大器U1B的第一引脚与第二比较放大模块连接。通过运算放大器接入正半轴采样点和负半轴采样点，对输入的采样点电压进行比较，将负半轴采样电压和正半轴采样电压值进行比较得到采样电压值。

第三比较放大模块包括电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电容C5和运算放大器U2A；运算放大器U2A的第五引脚通过电阻R24与运算放大器U1B的第一引脚连接；运算放大器U2A的第五引脚还通过电阻R25运算放大器U1A的第七引脚连接；运算放大器U2A的第六引脚通过电阻R26接地，运算放大器U2A的第六引脚还通过电阻R27与运算放大器U2A的第七引脚连接；运算放大器U2A的第八引脚与12V电源端连接，且通过电容C5接地；运算放大器U2A的第四引脚接地；运算放大器U2A的第七引脚与第四比较放大模块连接。若第一比较放大模块和第二比较放大模块中输出的采样电压值相同时，即输入的电压值为两个采样电压值，输入到第三比较放大模块中，然后通过第三比较放大模块与第6引脚进行比较从而输出高电压信号。

第四比较放大模块包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R15、电阻R19、电容C4、双二极管D3.1和运算放大器U2B；

运算放大器U2B的第三引脚通过电阻R9与运算放大器U2B的第七引脚连接，运算放大器U2B的第三引脚还通过电阻R11接地，运算放大器U2B的第三引脚还通过电阻R12与双二极管D3.1的第三引脚连接，双二极管D3.1的第二引脚接地，双二极管D3.1的第三引脚与运算放大器U2B的第一引脚连接；电阻R10与电阻R12并联。

运算放大器U2B的第二引脚与参考电源连接，运算放大器U2B的第二引脚通过电阻R19接地；运算放大器U2B的第二引脚还与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与12V电源端连接，且通过电容C4接地。运算放大器U2B的第一引脚与检测驱动电路连接。在第三比较放大模块输入相同时，输出高电压信号给第四比较放大模块与参考电源进行比较，若电压值高于参考电源值时输出高电压信号，从而能在进行第二次放大的同时也能对采样电压进行进一步比较，从而确保电压比较的准确性。

检测驱动电路2a2包括电阻R13、电阻R23、双二极管D4.1、电阻R14、电阻R17和三极管Q5；电阻R13的一端与运算放大器U2B的第一引脚连接，电阻R13的另一端通过电阻R23接地，且与双二极管D4.1的第一引脚连接；电阻R13的另一端和双二极管D4.1外接报警电路，双二极管D4.1接地；双二极管D4.1的第三引脚与电阻R14的一端和三极管Q5的基极连接，三极管Q5的发射极接地，且与电阻R14的另一端连接，三极管Q5的集电极与开关电路连接且通过电阻R17与12V电源端连接。

在本实施例中，运算放大器U1和运算放大器U2的型号为MC33172DR2G；双二极管D3.1和双二极管D4.1的型号为BAT54S。

以上比较驱动电路中，将电压采集点采集到的电压分别输入到第一比较放大模块和第二比较放大模块进行比较以及第一次放大；然后再将第一比较放大模块的输出电压、第二比较放大模块的输出电压进行比较放大之后都输入到第三比较放大模块中进行第二次放大；第三比较放大模块再将输出电压输入到第四比较放大模块中与参考电源进行比较；通过第一放大模块和第二放大模块比较分别得出采样到的电压值，然后在第三放大模块中进行比较，若第一放大模块和第二放大模块中采样到的电压值不同时第三放大模块中将输出比较结果，然后通过第四放大模块进行放大输出，从而使得第四放大模块输出的电压值能驱动开关电路启动，准确率高。

比较驱动电路中，当电压采集点电压经过第一比较放大模块比较之后的电压与经过第二比较放大模块比较之后的电压相同时，然后在经过第三比较放大模块输出高电压信号然后与第四放大模块的参考电源进行比较，输出高电压信号到双二极管D4.1的第一引脚并输出到报警电路进行报警操作，并使得双二极管D4.1中第一引脚和第三引脚导通，进而使得三极管Q5具有电压输入，三极管Q5导通，从而三极管Q5的集电极输出高电压信号到开关电路的驱动信号端1a3，方便开关电路在后续收到MCU检测到过零点信号时与比较驱动电路输出的高电压信号叠加驱动开关电路断开，通过一个电路既能实现报警电路以及开关电路驱动，电路结构简单且可靠。

基准电压电路包括电容C6、电阻R41、电阻R42、电阻R20.1、运算放大器U2、电阻R21.1、电阻R40和电容C13；电阻R41的一端与3.3V电源端连接且通过电容C6接地，电阻R41的另一端与电阻R42的一端和电阻R20.1的一端连接，电阻R42的另一端接地，电阻R20.1的另一端与运算放大器U2的同相输入端连接；电阻R21.1的一端与运算放大器U2的反相输入端连接，电阻R21.1的另一端与运算放大器U2的输出端连接，运算放大器U2的输出端还与电阻R40的一端连接，电阻R40的另一端与基准电压电路的输出端连接且通过电容C13接地。

过零点检测电路包括电阻R35、电阻R43、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电容C16和运算放大器U3。

电阻R45的一端与火线连接，电阻R45的另一端与电阻R46的一端连接，电阻R46的另一端与电阻R47的一端连接，电阻R47的另一端与电阻R48的一端连接，电阻R48的另一端与电阻R49的一端连接，电阻R49的另一端与运算放大器U3的反相输入端连接。

电阻R50的一端与零线连接，电阻R50的另一端与电阻R51的一端连接，电阻R51的另一端与电阻R52的一端连接，电阻R52的另一端与电阻R53的一端连接，电阻R53的另一端与电阻R54的一端连接，电阻R54的另一端与运算放大器U3的同相输入端连接。在电阻R54的另一端与阻R49的另一端之间连接有电容C24。通过连接C24实现隔直通交的效果，从而能对输入端电压进行过滤，确保输入电压的可靠性。

运算放大器U3的输出端与电阻R35的一端连接，电阻R35的另一端与MCU处理器连接且通过电容C16接地。

运算放大器U3的反相输入端还与电阻R43的一端连接，电阻R43的另一端与运算放大器U3的输出端连接；运算放大器U3的同相输入端还与电阻R44的一端连接，电阻R44的另一端与基准电压电路的输出端连接。

在本实施例中，基准电压电路的输出端输出1.65V电压，确保运算放大器在非过零点时能输出高电平，确保运算放大器可靠地工作。

运算放大器U3的VCC端与5V电源端连接且通过电容C20接地，运算放大器U3的VEE端接地。在运算放大器U3的电源端连接有电容C20，对运算放大器U3的电源端进行过滤操作，运算放大器U3可靠。

3.3V的电压经过电阻R41、电阻R20.1分压后输入到运算放大器U2中，然后通过运算放大器U2之后进行加减法运算之后使得输出1.65V的基准电压，其中电阻R21.1作为负反馈电阻，使得在正向输入端大于反向输入端时，输出高电平，然后再返回给运算放大器U2的反向输入端，实现分流，确保输出的电压更小。

运算放大器U3与5V电源端连接，实现对运算放大器U3供电；零线和火线通过电阻与运算放大器U3连接；检测电源线路的电压过零点；通过串联的电阻起到限流作用，运算放大器U3的同相输入端连接的基准电压电路提供参考，当电源线路的电压远离过零点时，运算放大器U3的反相输入端的电压为火线的电压值经过五个电阻分压之后小于基准电压；运算放大器U3的输出端输出0；当电源线路的电压经过零点时，零线和火线的电压值为0，运算放大器U3的反相输入端的电压大于基准电压；运算放大器U3的输出端输出高电平；运算放大器U3输出的高电平或低电平都输入到MCU中，MCU根据当前的电平信号判断电源线路是否处于过零点，控制精度高，且通过设置基准电压电路提供小电压使得运算放大器U3在正常工作时处于工作状态，从而无需额外设置压降电路，电路结构简单，另外在运算放大器U3的输出端和反向输入端之间设置有电阻R43，形成负反馈，使得输出更加可靠。

所述基准电压电路包括电容C6、电阻R41、电阻R42、电阻R20.1、运算放大器U2、电阻R21.1、电阻R40和电容C13；电阻R41的一端与3.3V电源端连接且通过电容C6接地，电阻R41的另一端与电阻R42的一端和电阻R20.1的一端连接，电阻R42的另一端接地，电阻R20.1的另一端与运算放大器U2的同相输入端连接；电阻R21.1的一端与运算放大器U2的反相输入端连接，电阻R21.1的另一端与运算放大器U2的输出端连接，运算放大器U2的输出端还与电阻R40的一端连接，电阻R40的另一端与基准电压电路的输出端连接且通过电容C13接地。

Claims (10)

1.一种基于电压检测和零点检测的检测系统，其特征在于：包括开关电路、比较驱动电路、基准电压电路、过零点检测电路、MCU、第一降压电路和第二降压电路；第一降压电路输出12V电源端和5V电源端；第二降压电路输出3.3V电源端；

第一降压电路对电源的输出电压进行降压并为比较驱动电路、过零点检测电路、第二降压电路供电；第二降压电路对第一降压电路的输出电压进行降压并为基准电压电路和MCU供电；开关电路的输入端与电源的零线、火线连接，开关电路的输出端负载连接；开关电路连接有正半轴采样点和负半轴采样点，正半轴采样点和负半轴采样点用于采集电源的电压；

比较驱动电路包括信号采集放大电路和信号驱动电路；信号采集放大电路包括第一比较放大模块、第二比较放大模块、第三比较放大模块和第四比较放大模块；

第一比较放大模块的输入端和第二比较放大模块的输入端都与正半轴采样点、负半轴采样点连接；第一比较放大模块的输出端和第二比较放大模块的输出端与第三比较放大模块的输入端连接，第三比较放大模块的输入端接地；第三比较放大模块用于比较第一比较放大模块和第二比较放大模块输出电压值是否相同，并在相同时输出高电压信号，第三比较放大模块的输出端与第四比较放大模块的输入端连接，第四比较放大模块的输入端还与参考电源连接；第四比较放大模块的输出端与信号驱动电路连接；

信号驱动电路包括电阻R13、电阻R23、双二极管D4、电阻R14、电阻R17、三极管Q5；电阻R13的一端与第四比较放大模块的输出端连接，电阻R13的另一端通过电阻R23接地，且与双二极管D4的第一引脚连接；电阻R13的另一端和双二极管D4的第一引脚外接报警电路，双二极管D4的第二引脚接地；双二极管D4的第三引脚与电阻R14的一端和三极管Q5的基极连接，三极管Q5的发射极接地，且与电阻R14的另一端连接；三极管Q5的集电极与开关电路连接且通过电阻R17与12V电源端连接；

过零点检测电路包括运算放大器U3，运算放大器U3的反相输入端与火线连接，运算放大器U3的同相输入端与零线和基准电压电路连接；运算放大器U3的输出端与MCU连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电压检测和零点检测的检测系统，其特征在于：过零点检测电路包括电阻R35、电阻R43、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53和电容C16；

电阻R45的一端与火线连接，电阻R45的另一端与电阻R46的一端连接，电阻R46的另一端与电阻R47的一端连接，电阻R47的另一端与电阻R48的一端连接，电阻R48的另一端与电阻R49的一端连接，电阻R49的另一端与运算放大器U3的反相输入端连接；

电阻R50的一端与零线连接，电阻R50的另一端与电阻R51的一端连接，电阻R51的另一端与电阻R52的一端连接，电阻R52的另一端与电阻R53的一端连接，电阻R53的另一端与电阻R54的一端连接，电阻R54的另一端与运算放大器U3的同相输入端连接；

运算放大器U3的输出端与电阻R35的一端连接，电阻R35的另一端与MCU处理器连接且通过电容C16接地；

运算放大器U3的反相输入端还与电阻R43的一端连接，电阻R43的另一端与运算放大器U3的输出端连接；运算放大器U3的同相输入端还与电阻R44的一端连接，电阻R44的另一端与基准电压电路的输出端连接；

运算放大器U3的VCC端与5V电源端连接且通过电容C20接地。

3.根据权利要求1所述的一种基于电压检测和零点检测的检测系统，其特征在于：第一比较放大模块包括电阻R16、电阻R18、电阻R28、电容C3和运算放大器U1A；运算放大器U1A的第六引脚通过电阻R16与正半轴采样点连接，运算放大器U1A的第六引脚还通过电阻R28与运算放大器U1A的第七引脚连接；运算放大器U1A的第五引脚通过电阻R18与负半轴采样点连接，运算放大器U1A的第四引脚接地，运算放大器U1A的第八引脚与12V电源端连接且通过电容C3接地，运算放大器U1A的第七引脚与第二比较放大模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于电压检测和零点检测的检测系统，其特征在于：第二比较放大模块包括电阻R20、电阻R21、电阻R22和运算放大器U1B；运算放大器U1B的第三引脚通过电阻R20与正半轴采样点连接，运算放大器U1B的第三引脚还通过电阻R21与运算放大器U1B的第一引脚连接，运算放大器U1B的第二引脚通过电阻R22与负半轴采样点连接，运算放大器U1B的第一引脚与第二比较放大模块连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于电压检测和零点检测的检测系统，其特征在于：第三比较放大模块包括电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电容C5和运算放大器U2A；运算放大器U2A的第五引脚通过电阻R24与运算放大器U1B的第一引脚连接，运算放大器U2A的第五引脚还通过电阻R25运算放大器U1A的第七引脚连接；运算放大器U2A的第六引脚通过电阻R26接地，运算放大器U2A的第六引脚还通过电阻R27与运算放大器U2A的第七引脚连接；运算放大器U2A的第八引脚与12V电源端连接，且通过电容C5接地；运算放大器U2A的第四引脚接地；运算放大器U2A的第七引脚与第四比较放大模块连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于电压检测和零点检测的检测系统，其特征在于：第四比较放大模块包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R15、电阻R19、电容C4、双二极管D3.1和运算放大器U2B；

运算放大器U2B的第三引脚通过电阻R9与运算放大器U2B的第七引脚连接，运算放大器U2B的第三引脚还通过电阻R11接地，运算放大器U2B的第三引脚还通过电阻R12与双二极管D3.1的第三引脚连接，双二极管D3.1的第二引脚接地，双二极管D3.1的第三引脚与运算放大器U2B的第一引脚连接；电阻R10与电阻R12并联；

运算放大器U2B的第二引脚与参考电源连接，运算放大器U2B的第二引脚通过电阻R19接地；运算放大器U2B的第二引脚还与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与12V电源端连接，且通过电容C4接地。

7.根据权利要求6所述的一种基于电压检测和零点检测的检测系统，其特征在于：参考电源的电压值为4V。

8.根据权利要求1所述的一种基于电压检测和零点检测的检测系统，其特征在于：基准电压电路包括电容C6、电阻R41、电阻R42、电阻R20.1、运算放大器U2、电阻R21.1；电阻R41的一端与3.3V电源端连接且通过电容C6接地，电阻R41的另一端与电阻R42的一端和电阻R20.1的一端连接，电阻R42的另一端接地，电阻R20.1的另一端与运算放大器U2的同相输入端连接；电阻R21.1的一端与运算放大器U2的反相输入端连接，电阻R21.1的另一端与运算放大器U2的输出端连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于电压检测和零点检测的检测系统，其特征在于：基准电压电路还包括电阻R40和电容C13，运算放大器U2的输出端还与电阻R40的一端连接，电阻R40的另一端与基准电压电路的输出端连接且通过电容C13接地。

10.根据权利要求1所述的一种基于电压检测和零点检测的检测系统，其特征在于：电阻R54的另一端与电阻R49的另一端之间连接有电容C24。