DE19535271C2 - Zero crossing detection circuit with phase corrected filter - Google Patents

Zero crossing detection circuit with phase corrected filter

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DE19535271C2 DE1995135271 DE19535271A DE19535271C2 DE 19535271 C2 DE19535271 C2 DE 19535271C2 DE 1995135271 DE1995135271 DE 1995135271 DE 19535271 A DE19535271 A DE 19535271A DE 19535271 C2 DE19535271 C2 DE 19535271C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Nulldurchgangserkennungsschaltung mit einem phasenkorrigierten Filter, das einen auf die Netzfrequenz abgestimmten Impulsverzögerer umfaßt.The invention relates to a zero crossing detection circuit with a phase corrected filter, the comprises a pulse delay tuned to the network frequency.

Eine sichere Nulldurchgangserkennung macht eine wirksame Filterung erforderlich, damit Rund­ steuerimpulse und andere Impulse im Netz keine Störungen verursachen. Infolge der durch die Filterung bedingten Phasenverzögerung können die gefilterten Impulse nicht unmittelbar verwendet werden. Viel­ mehr ist eine Impulsverzögerung bis zum nächsten Nulldurchgang notwendig, damit eine genaue Über­ einstimmung mit dem Nulldurchgang gegeben ist. Da neben der Netzfrequenz von 50 Hz auch die Netz­ frequenz von 60 Hz weit verbreitet ist, muß die Nulldurchgangserkennungsschaltung auf die jeweilige Netzfrequenz abgestimmt werden. Die Nulldurchgangserkennungsschaltung muß also bereits vor dem Einbau auf die jeweilige Netzfrequenz abgestimmt werden.Reliable zero crossing detection requires effective filtering so that round Control impulses and other impulses in the network do not cause interference. As a result of filtering due to the phase delay, the filtered pulses cannot be used immediately. A lot more a pulse delay is necessary until the next zero crossing, so that an exact over agreement with the zero crossing is given. Since in addition to the network frequency of 50 Hz, the network frequency of 60 Hz is widespread, the zero crossing detection circuit must be set to the respective mains frequency be coordinated. The zero crossing detection circuit must therefore already be installed on the respective one Mains frequency can be matched.

Die US 4 622 478 beschreibt eine Schaltung zum Erfassen der Netzfrequenz, wobei mit einem Schwellenwertschalter, einem auf die halbe Periodendauer eingestellten Verzögerungsglied und einem EXOR-Gatter oder alternativ mit einem Paar gegenphasig angesteuerter Schwellwertschalter die beiden Nulldurchgänge der Netzfrequenz bestimmt werden. Die Ausgangsimpulse steuern einen monostabilen Multivibrator, der für eine vorbestimmte Zeit Ausgangssignale des Nullspannungsdetektors unterdrückt, was zur Störungsunterdrückung dient.US 4,622,478 describes a circuit for detecting the mains frequency, with one Threshold switch, a delay element set to half the period and one EXOR gate or alternatively the two with a pair of threshold switches controlled in phase opposition Zero crossings of the mains frequency can be determined. The output pulses control a monostable Multivibrator, which suppresses output signals of the zero voltage detector for a predetermined time, which is used to suppress interference.

Die in DE 43 28 630 C2 beschriebene Schaltung erfaßt die Nulldurchgänge einer Spannung und die zugehörige Frequenz. Die Schaltung enthält ein umschaltbares Filter und ein nachgeschaltetes um­ schaltbares Verzögerungsglied, das über einen Schmitt-Trigger ein mit der Eingangsspannung phasen­ synchrones Rechtecksignal liefert. Eine Frequenzerkennungsschaltung stellt fest, ob die Eingangsfre­ quenz unterhalb oder oberhalb einer vorgegebenen Frequenz liegt. Das Ausgangssignal der Frequenzer­ kennungsschaltung dient zum Umschalten der genannten umschaltbaren Schaltungsteile.The circuit described in DE 43 28 630 C2 detects the zero crossings of a voltage and the associated frequency. The circuit contains a switchable filter and a downstream switch Switchable delay element that phase with the input voltage via a Schmitt trigger delivers synchronous square wave signal. A frequency detection circuit determines whether the input fre frequency is below or above a predetermined frequency. The output signal of the frequency Identification circuit is used to switch the switchable circuit parts mentioned.

Die Schaltungsanordnung nach der US 4 837 621 unterscheidet zwischen zwei Frequenzen und schaltet danach einen Monitor auf unterschiedliche Betriebsarten um. Die Schaltung arbeitet mit zwei in bestimmter Weise gekoppelten Kippstufen.The circuit arrangement according to US 4,837,621 distinguishes between two frequencies and then switches a monitor to different operating modes. The circuit works with two in certain way coupled flip-flops.

Aufgabe der Erfindung ist die Unterscheidung von zwei Netzfrequenzen in einer Nulldurchgangs­ erkennungsschaltung durch Kopplung von zwei monostabilen Kippstufen. The object of the invention is to differentiate between two network frequencies in a zero crossing Detection circuit by coupling two monostable multivibrators.  

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1 solved.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als durch geeignete Wahl der Arbeitszeiten von zwei Multivibratoren und durch Nachtriggern derselben vom eigenen Ausgangssignal entsprechend der jeweiligen Netzfrequenz ein "0"-Signal oder "1"-Signal erzeugt wird, das eine genaue Unterscheidung der beiden Netzfrequenzen ermöglicht und eine selbsttätige Umschaltung der Impulsver­ zögerung bewirkt.The invention differs from the prior art in that a suitable choice of Working times of two multivibrators and by retriggering them from their own output signal a "0" signal or "1" signal is generated according to the respective network frequency, which is an exact Differentiation between the two network frequencies and an automatic switchover of the pulse ver delay causes.

Eine einfache Umschaltung der Impulsverzögerung erreicht man durch Änderung eines RC- Gliedes dadurch, daß der Impulsverzögerer einen mit dem Schalteingang verbundenen Schalttransistor enthält, der einen ersten Widerstand eines die Verzögerungszeit bestimmenden RC-Gliedes einem zwei­ ten Widerstand parallel schaltet.A simple switchover of the pulse delay can be achieved by changing an RC Link in that the pulse delay has a switching transistor connected to the switching input contains a first resistance of an RC element determining the delay time one two switches the resistor in parallel.

Eine Unterscheidung zwischen Netzfrequenzen von 50 Hz und 60 Hz ist dadurch in einfacher Weise möglich, daß die Arbeitszeit des dritten Multivibrators zwischen 8,3 und 10 ms und die Arbeitszeit des vierten Multivibrators über 10 ms liegt.This makes it easier to distinguish between 50 Hz and 60 Hz network frequencies Way possible that the working time of the third multivibrator between 8.3 and 10 ms and the working time of the fourth multivibrator is over 10 ms.

Eine sichere Diskriminierung erzielt man dadurch, daß die Arbeitszeit des dritten Multivibrators 9 ms und die Arbeitszeit des vierten Multivibrators 11 ms beträgt.Reliable discrimination is achieved in that the working time of the third multivibrator is 9 ms and the working time of the fourth multivibrator is 11 ms.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, in der darstellt:An embodiment of the invention is explained with reference to the drawing, in which:

Fig. 1 ein schematisiertes Schaltbild, Fig. 1 is a schematic circuit diagram,

Fig. 2 ein Impulsdiagramm für eine Netzfrequenz von 50 Hz und Fig. 2 is a timing diagram for a network frequency of 50 Hz and

Fig. 3 ein Impulsdiagramm für eine Netzfrequenz von 60 Hz. Fig. 3 shows a pulse diagram for a network frequency of 60 Hz.

Ein Netztransformator NT setzt die 50 Hz-Netzspannung UN in eine entkoppelte Niederspannung um. Ein zweistufiges, bipolares Tiefpaßfilter TP liefert eine entstörte, jedoch phasenverzögerte Span­ nung, deren Nulldurchgang gegenüber der Netzspannung phasenverzögert ist. Zur Phasenkompensation schaltet bei dem verzögerten Nulldurchgang ein bipolarer Schalter BS mit dem Ableitwiderstand Ra einen Impulsverzögerer IV, dessen Arbeitszeit so ausgelegt ist, daß die Ausschaltflanke mit dem nächst­ folgenden Nulldurchgang der Netzspannung übereinstimmt. Die Arbeitszeit wird durch das RC-Glied R1, C1 bestimmt und muß genau auf die Netzfrequenz abgestimmt sein.A mains transformer NT converts the 50 Hz mains voltage U N into a decoupled low voltage. A two-stage, bipolar low-pass filter TP provides an interference-free, but phase-delayed voltage, the zero crossing of which is phase-delayed with respect to the mains voltage. For phase compensation, a bipolar switch BS with the bleeder resistor Ra switches a pulse delay IV at the delayed zero crossing, the working time of which is designed so that the switch-off edge coincides with the next following zero crossing of the mains voltage. The working time is determined by the RC element R 1 , C 1 and must be precisely matched to the network frequency.

Ein monostabiler Impulsformer OS erzeugt aus der Abschaltflanke des Impulsverzögerers IV einen kurzen definierten Impuls, der zur Synchronisation einer externen Schaltung am Ausgang A1 zur Verfügung steht.A monostable pulse shaper OS generated from the switch-off of a short Impulsverzögerers IV defined pulse which is for synchronizing to an external circuit at the output A 1 available.

Zur automatischen Umstellung der Nulldurchgangserkennung auf eine andere Netzfrequenz von z. B. 60 Hz sind ein erster monostabiler Multivibrator M1 und ein zweiter monostabiler Multivibrator M2 vorgesehen. Die Arbeitszeit des ersten monostabilen Multivibrators liegt zwischen den halben Periodendauern der Netzspannung; in dem Ausfüh­ rungsbeispiel zwischen 10 ms (50 Hz) und 8,3 ms (60 Hz) bei 9 ms. Die Arbeitszeit wird durch das RC- Glied aus dem Kondensator C3 und dem Widerstand R3 festgelegt. Die Arbeitszeit des zweiten monostabilen Multivi­ brators M2, die durch das RC-Glied aus dem Kondensator C4 und dem Widerstand R4 bestimmt ist, ist größer als die halbe Periodendauer der kleineren Netzfrequenz, und beträgt in dem Ausführungsbeispiel ca. 11 ms. Jeder monostabile Multivibrator M1 und M2 ist mit einer Neustartschaltung in Form einer Diode D3 bzw. D4 ausgestattet, die jeweils zwischen den zeitbestimmenden Kondensator C3 bzw. C4 und den Eingangsan­ schluß des jeweiligen monostabilen Multivibrators geschaltet ist.For the automatic changeover of the zero crossing detection to another network frequency of e.g. B. 60 Hz, a first monostable multivibrator M 1 and a second monostable multivibrator M 2 are provided. The working time of the first monostable multivibrator is between half the period of the mains voltage; in the embodiment between 10 ms (50 Hz) and 8.3 ms (60 Hz) at 9 ms. The working time is determined by the RC element from the capacitor C 3 and the resistor R 3 . The working time of the second monostable multivibrator M 2 , which is determined by the RC element from the capacitor C 4 and the resistor R 4 , is greater than half the period of the lower network frequency, and is approximately 11 ms in the exemplary embodiment. Each monostable multivibrator M 1 and M 2 is equipped with a restart circuit in the form of a diode D 3 or D 4 , which is connected between the time-determining capacitor C 3 or C 4 and the input terminal of the respective monostable multivibrator.

Der Ausgang A2 des zweiten monostabilen Multivibrators M2 ist auf einen Schalteingang des Impulsverzögerers IV zurückgeführt, so daß ein Schalttransistor Ts einen zweiten Widerstand R2 zu dem zeitbestimmenden Widerstand R1 des RC-Gliedes des Impulsverzögerers IV parallel schaltet. Die Parallelschaltung der Widerstände R1 und R2 ist auf die höhere Netzfrequenz von 60 Hz abgestimmt. Der Ausgang A2 ermög­ licht die Erkennung der Netzfrequenz auch in einer weiteren Schaltstufe.The output A 2 of the second monostable multivibrator M 2 is fed back to a switching input of the pulse delay IV, so that a switching transistor Ts connects a second resistor R 2 to the time-determining resistor R 1 of the RC element of the pulse delay IV. The parallel connection of the resistors R 1 and R 2 is matched to the higher mains frequency of 60 Hz. Output A 2 enables the detection of the mains frequency in a further switching stage.

Fig. 2 zeigt Impulsdiagramme für die Netzfrequenz von 50 Hz. Nadelartige Impulse I1 am Aus­ gang des Impulsverzögerers IV haben einen Abstand von 10 ms entsprechend der halben Periodendauer der 50 Hz-Netzspannung. Jeweils die negative Flanke eines Impulses I1 schaltet den monostabilen Multivibrator M1, dessen Arbeitszeit 9 ms beträgt, so daß jeder Impuls I1 den monostabilen Multivibrator M1 schaltet und am Ausgang eine Pulsfolge I3 entsteht. Die negativen Flanken der Impulse I3 beaufschlagen den monostabilen Multivibrator M2, dessen Arbeitszeit ca. 11 ms beträgt. Infolgedessen kommt jeder weitere Impuls der Folge I3 innerhalb der Arbeitszeit am Eingang des monostabilen Multivibrators M2 an. Dadurch wird der Kondensator C4 über die Diode D4 entladen und der monostabile Multivibrator M2 wird während der Arbeitszeit neu gestartet. Infolgedessen bleibt die Ausgangsspannung I4 dauernd auf dem Einschaltwert. Der Schalttransistor Ts bleibt gesperrt, so daß das auf 50 Hz abgestimme RC-Glied aus dem Widerstand R1 und dem Kondensator C1 wirksam ist. Fig. 2 shows pulse diagrams for the line frequency of 50 Hz. Needle-like pulses I 1 at the output of the pulse delay IV have a distance of 10 ms corresponding to half the period of the 50 Hz line voltage. Each negative edge of a pulse I 1 switches the monostable multivibrator M 1, the working time is ms 9, so that each pulse I 1 switches the monostable multivibrator M 1 and a pulse train produced at the output I 3. The negative edges of the pulses I 3 act on the monostable multivibrator M 2 , the working time of which is approximately 11 ms. As a result, each further pulse of the sequence I 3 arrives at the input of the monostable multivibrator M 2 within the working time. As a result, the capacitor C 4 is discharged via the diode D 4 and the monostable multivibrator M 2 is restarted during working hours. As a result, the output voltage I 4 remains permanently at the switch-on value. The switching transistor Ts remains blocked, so that the RC element tuned to 50 Hz from the resistor R 1 and the capacitor C 1 is effective.

Fig. 3 zeigt entsprechende Impulsdiagramme für die Netzfrequenz von 60 Hz. Der Abstand der Impulse I1 beträgt 8,3 ms, so daß der Impulsabstand kleiner als die Arbeitszeit von 9 ms des monostabilen Multivibra­ tors M1 ist. Infolgedessen wird durch jeden weiteren Impuls I1 der Kondensator C3 über die Diode D3 entladen und der monostabile Multivibrator M1 neugestartet, so daß die Ausgangsspannung I3 von M1 dauernd auf dem Einschaltwert bleibt. Der monostabile Multivibrator M2 erhält am Eingang keine Impulse, so daß die Ausgangs­ spannung I4 auf dem Nullwert bleibt. Der Schalttransistor Ts wird somit leitend und die Zeitkonstante des RC-Gliedes wird herabgesetzt. Die Arbeitszeit des Impulverzögerers IV wird so auf die Netzfrequenz von 60 Hz umgestellt. Fig. 3 shows corresponding pulse diagrams for the network frequency of 60 Hz. The spacing of the pulses I 1 is 8.3 ms, so that the pulse spacing is less than the working time of 9 ms of the monostable multivibra M 1 . As a result, the capacitor C 3 is discharged through the diode D 3 by each further pulse I 1 and the monostable multivibrator M 1 is restarted, so that the output voltage I 3 of M 1 remains permanently at the switch-on value. The monostable multivibrator M 2 receives no pulses at the input, so that the output voltage I 4 remains at zero. The switching transistor Ts thus becomes conductive and the time constant of the RC element is reduced. The working time of the pulse delay IV is changed to the mains frequency of 60 Hz.

Die Umstellung auf die jeweilige Netzfrequenz erfolgt automatisch. Man kann selbstverständlich bei Bedarf auch andere Netzfrequenzen als 50 Hz und 60 Hz auswählen. Die Arbeitszeiten müssen dann entsprechend diesen Frequenzen eingestellt werden.The changeover to the respective network frequency takes place automatically. One can of course If necessary, select other network frequencies than 50 Hz and 60 Hz. The working hours must then can be set according to these frequencies.

Claims (4)

1. Nulldurchgangserkennungsschaltung mit einem phasenkorrigierten Filter, das einen auf die Netzfrequenz abgestimmten Impulsverzögerer umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterscheidung einer kleine­ ren und einer größeren Netzfrequenz dem Impulsverzögerer (IV) ein erster monostabiler Multivibrator (M1) mit einer Arbeitszeit, die zwischen den halben Periodendauern der kleineren und der größeren Netz­ frequenz liegt, und demselben ein zweiter monostabiler Multivibrator (M2) nachgeschaltet ist mit einer Arbeitszeit, die größer als die halbe Periodendauer der kleineren Netzfrequenz ist, wobei beide mono­ stabile Multivibratoren eine Neustartschaltung in Form einer zwischen den zeitbestimmenden Kondensa­ tor (C3, C4) und den Eingangsanschluß geschalteten Diode (D3, D4) haben, und daß der Ausgang des zweiten Multivibrators (M2) mit einem Schalteingang des Impulsverzögerers (IV) zur Umschaltung der Verzögerungszeit desselben verbunden ist.1. zero crossing detection circuit with a phase-corrected filter, which comprises a pulse delay tuned to the network frequency, characterized in that to distinguish a small and a larger network frequency, the pulse delay (IV) a first monostable multivibrator (M 1 ) with a working time between the is half the period of the smaller and the larger network frequency, and the same is followed by a second monostable multivibrator (M 2 ) with a working time that is greater than half the period of the lower network frequency, both mono-stable multivibrators a restart circuit in the form of a between the have time-determining capacitor (C 3 , C 4 ) and the input connection switched diode (D 3 , D 4 ), and that the output of the second multivibrator (M 2 ) is connected to a switching input of the pulse delay (IV) for switching the delay time of the same . 2. Nulldurchgangserkennungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsverzöge­ rer (IV) einen mit dem Schalteingang verbundenen Schalttransistor (TS) enthält, der einem ersten Wider­ stand (R1) eines die Verzögerungszeit bestimmenden RC-Gliedes einen zweiten Widerstand (R2) parallel schaltet.2. zero crossing detection circuit according to claim 1, characterized in that the pulse delay rer (IV) contains a switching transistor connected to the switching input (T S ), which was a first opponent (R 1 ) of a delay element determining the RC element a second resistor (R 2 ) switches in parallel. 3. Nulldurchgangserkennungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unter­ scheidung zwischen einer Netzfrequenz von 50 Hz und 60 Hz die Arbeitszeit des ersten monostabilen Multivibrators zwischen 8,3 und 10 ms und die Arbeitszeit des zweiten monostabilen Multivibrators über 10 ms liegt.3. zero crossing detection circuit according to claim 1 or 2, characterized in that to the sub between a mains frequency of 50 Hz and 60 Hz the working time of the first monostable multivibrator between 8.3 and 10 ms and the working time of the second monostable multivibrator is over 10 ms. 4. Nulldurchgangserkennungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitszeit des ersten monostabilen Multivibrators 9 ms und die Arbeitszeit des zweiten monostabilen Multivibrators 11 ms beträgt.4. zero crossing detection circuit according to claim 3, characterized in that the working time of the first monostable multivibrator is 9 ms and the working time of the second monostable multivibrator is 11 ms.
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