TWI599177B - 使用電流模式處理之過零檢測器 - Google Patents

使用電流模式處理之過零檢測器 Download PDF

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TWI599177B
TWI599177B TW102146170A TW102146170A TWI599177B TW I599177 B TWI599177 B TW I599177B TW 102146170 A TW102146170 A TW 102146170A TW 102146170 A TW102146170 A TW 102146170A TW I599177 B TWI599177 B TW I599177B
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大衛 庫辛納德
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馬維爾國際貿易有限公司
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/153—Arrangements in which a pulse is delivered at the instant when a predetermined characteristic of an input signal is present or at a fixed time interval after this instant
    • H03K5/1536—Zero-crossing detectors
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/175—Indicating the instants of passage of current or voltage through a given value, e.g. passage through zero

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Description

使用電流模式處理之過零檢測器 【相關申請的交叉引用】
本申請要求於2012年12月20日提交的第61/740,288號美國臨時申請的優先權，ZERO CROSSING DETECTOR USING CURRENT MODE APPROACH。通過引用將以上引用的申請的全部公開內容結合於此。
本公開內容係有關於一種過零檢測器。
在本公開內容中提供的背景描述是為了總體呈現公開內容的背景。當前署名的發明人的工作在這一背景技術部分中描述該工作的程度上以及該描述的可以在提交時未另外限定為現有技術的方面既未明確地也未暗示地承認為相對於本公開內容的現有技術。
電源供電是電力供應的一種型式。電源電壓信號係分配及使用於需要電力的各種電力系統，例如照明裝置、手持裝置及包含家用多媒體網路節點的網路結點。電源電壓信號通常也被稱作線電壓或家用電壓信號。
過零檢測器，可以用來檢測電源電壓信號的過零點，通常是用來同步其他電壓信號與電源電壓信號。電源電壓同步化允許網路中的電路能同步通信。
在一實施例中，一裝置，包含信號轉換器，用以將電壓信號轉換為電流信號；類比-數位轉換器(ADC)，用以將電流信號轉換為數位信號。該裝置也包含數位處理器，用以處理數位信號並產生輸出信號用以指示出電源電壓信號之過零點。
在一實施例中，一方法，包含將電壓信號轉換為電流信號；將電流信號轉換為數位信號，並處理數位信號以產生輸出信號。該輸出信號指示出電源電壓信號之過零點。
100‧‧‧系統
110‧‧‧信號轉換器
120‧‧‧過零檢測電路
1-105‧‧‧電源電壓信號
1-115‧‧‧過濾後電壓信號
1-125‧‧‧轉換後電流信號
1-135‧‧‧類比電流信號
1-145‧‧‧數位信號
1-155‧‧‧輸出信號
1-130‧‧‧低通濾波器
1-140‧‧‧電壓-電流轉換器
1-150‧‧‧輸入級
1-160‧‧‧類比-數位轉換器
1-170‧‧‧數位處理器
1-180‧‧‧交流電壓源
200‧‧‧系統
205‧‧‧第一PCB電容
210‧‧‧第一電容
211‧‧‧輸入接合墊
212‧‧‧寄生電阻
213‧‧‧電力線
215‧‧‧第二PCB電容
220‧‧‧第二電容
225‧‧‧第一電阻
230‧‧‧一次繞組
235‧‧‧第二電阻
250‧‧‧類比前端
260‧‧‧第一電流源(裝置)
265‧‧‧第一開關
270‧‧‧第二電流源(裝置)
275‧‧‧第二開關
280‧‧‧第三電流源(裝置)
285‧‧‧第一類比放大器
290‧‧‧第四電流源(裝置)
295‧‧‧第二類比放大器
2-105‧‧‧電源電壓信號
2-105a‧‧‧第一差動電壓信號
2-105b‧‧‧第二差動電壓信號
2-115a,2-115b‧‧‧過濾後電壓信號
2-125a‧‧‧第一轉換後的電流信號
2-125b‧‧‧第二轉換後的電流信號
2-135a,2-135b‧‧‧類比電流信號
2-130‧‧‧低通濾波器
2-140‧‧‧電壓-電流轉換器
2-150‧‧‧輸入級
2-180‧‧‧交流電壓源
310,320‧‧‧電容
330,340‧‧‧比較器
335‧‧‧脈衝控制開關
350‧‧‧電流裝置
355‧‧‧過濾後正弦波
360‧‧‧數位濾波器
365‧‧‧降頻濾波器
370‧‧‧數位比較器
371‧‧‧正弦波形
375‧‧‧帶通濾波器
380‧‧‧補償器
385‧‧‧比較信號
3-135‧‧‧類比電流信號
3-145‧‧‧數位信號
3-155‧‧‧輸出信號
3-170‧‧‧數位處理器
C1‧‧‧電容值
R1‧‧‧電阻值
RPAR‧‧‧電阻值
3-160‧‧‧三角積分類比-數位轉換器
I1‧‧‧第一電流(中值電流信號)
I2‧‧‧第二電流
IIN‧‧‧輸入電流(轉換後電流信號)
Ileak‧‧‧漏電流
ITAIL‧‧‧尾電流
IALG‧‧‧(第一)類比電流
ICM‧‧‧共模電流
IS‧‧‧電流
IN1‧‧‧第一輸入節點
OUT1‧‧‧第一輸出節點
V1,V2‧‧‧電壓水平
VREF‧‧‧參考電壓
本發明的各種變化實施例將詳細參照以下附圖進行說明，其中相同的標號引用相同的元件，並且其中：圖1係為具有一過零檢測電路之系統實施例方塊圖。
圖2係為具有一輸入級之過零檢測電路之系統實施例方塊圖。
圖3係為具有一三角積分類比-數位轉換器及一數位處理器之系統實施例方塊圖。
圖4係為檢測過零點之方法實施例流程圖。
圖5係為檢測過零點之方法實施例流程圖。
圖1係為具有過零檢測(Zero Crossing Detection,ZCD)電路120之系統100實施例方塊圖。系統100包含交流電壓源1-180，信號轉換器110，以及過零檢測(ZCD)電路120。交流電壓源1-180沿電力線提供電源電 壓信號1-105。在一實施例中，電源電壓信號1-105以差動信號的方式被提供。
信號轉換器110接收電源電壓信號1-105並將電源電壓信號1-105轉換為轉換後的電流信號1-125。在一實施例中，信號轉換器110包含低通濾波器(Low-Pass Filter,LPF)1-130及電壓-電流轉換器1-140。
低通濾波器(LPF)1-130降低電源電壓信號1-105的雜訊，並輸出過濾後的電壓信號1-115。在一實施例中，低通濾波器(LPF)1-130包含複數個電容及耦合至複數個電容的電感。一種示例性的低通濾波器(LPF)將結合圖2並說明如下。
電壓-電流轉換器1-140將過濾後的電壓信號1-115轉換為轉換後的電流信號1-125。在一實施例中，電壓-電流轉換器1-140包含印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)電容以將電壓信號1-115轉換為電流信號1-125。印刷電路板(PCB)電容也可以用作過零檢測(ZCD)電路120的高電壓隔離。
過零檢測(ZCD)電路120接收轉換後的電流信號1-125並產生輸出信號1-155用來決定電源電壓信號1-105的過零點。舉例來說，輸出信號1-155的過零點對應電源電壓信號1-105的那些過零點，進而指示出電源電壓信號1-105的過零點。在一實施例中，過零檢測(ZCD)電路120包含輸入級1-150，類比-數位轉換器(ADC)1-160，以及數位處理器1-170。
過零檢測(ZCD)電路120的輸入級1-150接收轉換後的電流信號1-125並提供類比電流信號1-135至類比數位轉換器(ADC)160。在一實施例中，輸入級1-150具有阻抗值，其係低於耦接至輸入級1-150之寄生電阻之電阻值。因此，流經寄生電阻的漏電流會減少，且轉換後的電流信號1-125 變為較少依賴寄生電阻的電阻值的變化。舉例來說，寄生電阻包含電阻，該電阻係由靜電放電(Electrostatic Discharge,ESD)防護元件耦接至輸入級1-150之接合墊所產生。
過零檢測(ZCD)電路120的類比-數位轉換器(ADC)1-160接收類比電流信號1-135並提供數位信號1-145至數位處理器1-170。在一實施例中，數位信號1-145具有脈衝頻率，該脈衝頻率在時間間隔內係與類比電流信號1-135的大小成正比。
過零檢測(ZCD)電路120的數位處理器1-170接收數位信號1-145並產生輸出信號1-155，該輸出信號1-155並指示出電源電壓信號1-105的過零點。在一實施例中，數位處理器1-170包含數位濾波器、數位比較器及補償器。一種示例性的數位處理器將結合圖3並說明如下。
在一實施例中，數位處理器1-170的數位濾波器包含降頻濾波器及/或帶通濾波器以產生正弦波形。數位比較器用來檢測正弦波形的過零點。數位補償器補償由數位濾波器和電壓-電流轉換器1-140所導致的相位偏移，並且輸出輸出信號1-155，該輸出信號1-155並指示出電源電壓信號1-105的過零點。
圖2繪示出具有輸入級2-150的過零檢測(ZCD)電路120之系統200之實施例。系統200包含交流電壓源2-180、低通濾波器(LPF)2-130、電壓-電流轉換器2-140、類比前端250及輸入級2-150。
交流電壓源2-180沿電力線213提供電源電壓信號2-105。舉例來說，電源電壓信號2-105具有電壓為220V及頻率為50Hz。
在一實施例中，電源電壓信號2-105包含第一和第二差動電 壓信號2-105a和2-105b。第一差動電壓信號2-105a具有實質上和第二差動電壓信號2-105b相同的大小和頻率，但是，是由第二差動電壓信號2-105b相位偏移180°。
低通濾波器(LPF)2-130過濾第一及第二差動電壓信號2-105a和2-105b，並且提供過濾後的電壓信號2-115a和2-115b至電壓-電流轉換器2-140。在一實施例中，低通濾波器(LPF)2-130包含一次繞組230及第一和第二電容210和220。第一和第二電容210和220連接至一次繞組230以形成LC電路，用以作為低通濾波器。因此，疊加在差動電壓信號2-105a和2-105b的高頻雜訊被消除以產生過濾後的電壓信號2-115a和2-115b。
在一實施例中，第一和第二電容210和220作為電容驅動器，以產生跨越第一和第二電容210和220的電壓水平。因為跨越第一電容210的電壓水平小於電源電壓信號2-105的對應電壓水平，所以過濾後的電壓信號2-115a和2-115b的大小會分別小於電源電壓信號2-105a和2-105b的大小。
電壓-電流轉換器2-140接收過濾後的電壓信號2-115a和2-115b，並將電壓信號2-115a和2-115b轉換為第一及第二轉換後的電流信號2-125a和2-125b。第一及第二轉換後的電流信號2-125a和2-125b是由第一及第二過濾後的電壓信號2-115a及2-115b相位偏移90°。
在一實施例中，電壓-電流轉換器2-140包含第一及第二PCB電容205及215，第一及第二電阻225及235。第一PCB電容205的第一端連接至第一電容210的第一端，以及第一PCB電容205的第二端連接至第一電阻225。第二PCB電容215的第一端連接至第一電容210的第二端，以及第二PCB電容215的第二端連接至第二電阻235。
第一及第二PCB電容205及215產生分別對過濾後的電流信號2-115a及2-115b具有90°相位偏移的電流信號。舉例來說，PCB電容205及215的電容值約為10pF，且轉換後的電流信號2-125a及2-125b的大小約為10nA。
輸入級2-150提供類比電流信號2-135a及2-135b至類比-數位轉換器(ADC)3-160(見圖3)。因此，類比-數位轉換器(ADC)3-160執行類比-數位轉換的操作。在一實施例中，類比-數位轉換器(ADC)的輸入範圍會比類比電流信號2-135a及2-135b更寬，以使類比-數位轉換器(ADC)3-145(見圖3)的輸出能抓取類比電流信號2-135a及2-135b完整的波形。
在一實施例中，第一及第二電阻225及235具有足夠大的電阻值以將所產生的電流信號大小保持在類比-數位轉換器(ADC)輸入範圍之下，該輸入範圍係插入每一個電容205、215和輸入級2-150之間。第一及第二電阻225及235的電阻值並不會大到無法在輸入信號引入顯著的相位偏移，該輸入信號導致不精確的過零檢測。舉例來說，第一及第二電阻225及235各自具有約100KΩ的電阻值。
因此，第一及第二電流I1及I2對應第一及第二轉換後的電流信號2-125a及2-125b，第一及第二轉換後的電流信號2-125a及2-125b的大小低於流入輸入級2-150的閾值。因此，輸入級2-150產生類比電流信號2-135a及2-135b對應於轉換後的電流信號2-125a及2-125b，以使類比電流信號2-135a及2-135b的大小小於類比-數位轉換器(ADC)3-160於正常操作下的閾值。
電壓-電流轉換器2-140的操作將有進一步的細節描述於 下。為方便說明，電壓-電流轉換器2-140的操作係參照第一過濾後的電壓信號2-115a及第一轉換後的電流信號2-125a。然而，本發明所屬技術領域之通常知識者將瞭解電壓-電流轉換器2-140的相似操作也適用於第二過濾後的電壓信號2-115b及第二轉換後的電流信號2-125b。
第一電流I1(或中值電流信號)對應第一轉換後的電流信號2-125a，流經第一電阻225，並由方程式1表示： 在方程式1中，V1表示第一過濾後的電壓信號2-115a的電壓水平，V2表示輸入級2-150之第一輸入節點IN1的電壓水平。R1表示第一電阻225的電阻值，C1表示第一PCB電容205的電容值。
假設寄生電阻212連接至輸入接合墊211，流經寄生電阻212的漏電流Ileak表示如下： 在此，Rpar表示寄生電阻212的電阻值。
輸入電流IIN(或轉換後的電流信號)流入輸入級2-150的第一輸入節點IN1，對應於第一電流I1及漏電流Ileak間之差異。因此，流入輸入級2-150的輸入電流IIN表示如下：
根據方程式3的第一式，輸入電流IIN具有因第一電阻225的電阻值R1所導致的相位偏移，第一輸入節點IN1的電壓水平V2，以及第一PCB電容205的電容值C1。
在一實施例中，第一電阻225的電阻值R1係充分地小於第一PCB電容205的阻抗值，以使由第一電阻225所導致輸入電流IIN的相位偏移是可忽略的。舉例來說，當第一電阻225的電阻值R1約為100KΩ且第一PCB電容205的電容值C1約為10pF時，具有50Hz頻率之第一過濾後的電壓信號2-115a的過零檢測誤差約為1μs。
輸入電流IIN的相位偏移也會發生在當第一輸入節點IN1的電壓水平V2隨著寄生電阻212的電阻值Rpar變化而改變時。舉例來說，寄生電阻212的電阻值Rpar隨著寄生電阻212的溫度改變。然而，在一實施例中，輸入級2-150用以保持電壓水平V2實質上的恆定，解釋如下。因此，由電壓水平V2所導致輸入電流IIN的相位偏移即可忽略。
再者，因為輸入級2-150具有較低於寄生電阻212電阻值Rpar的阻抗值，所以大部分的第一電流I1流入輸入級2-150以至於輸入電流IIN實質上與第一電流I1具有相同的值。因為流經寄生電阻212的漏電流Ileak是可以忽略的，故電壓水平V2變成較少依賴寄生電阻212電阻值Rpar的變化。
90°的相位偏移是由於藉由PCB電容225將第一過濾後的電壓信號2-115a轉換為第一轉換後的電流信號2-125a所導致的。因為由第一電阻225的操作和電壓水平V2所導致的相位偏移是可以忽略的，故輸入電流IIN整體的相位偏移變成實質上相等於由第一PCB電容205操作所導致的相位偏移(即90°)。
方程式3的第二式對應於漏電流Ileak，代表由流經寄生電阻212的漏電流Ileak所導致輸入電流IIN的直流偏移。在一實施例中，輸入電流IIN的直流偏移係使用包含數位濾波器的數位處理器1-170(見圖1)來進行補償。
在一實施例中，輸入級2-150包含第一到第四電流源260、270、280及290，第一及第二類比放大器285及295(或第一及第二比較器285及295)，以及第一和第二開關265、275。舉例來說，第一和第二開關265、275為n通道金氧半電晶體(NMOS)。為方便說明，輸入級2-150的操作係參照第一及第三電流源260及280，第一類比放大器285以及第一開關265作以下說明。
第一電流裝置260用以供應共模電流ICM至第一輸出節點OUT1。第一類比電流信號2-135a被傳輸至另一個節點，例如通過第一輸出節點OUT1的類比-數位轉換器(見圖3)。
第一開關265的第一終端連接至第一輸出節點OUT1，以及第一開關265的第二終端連接至第一輸入節點IN1。第一開關265的閘極接收第一類比放大器285的輸出。
第一類比放大器285的第一輸入終端係用以接收參考電壓VREF，以及第一類比放大器285的第二輸入終端連接至第一輸入節點IN1。
在一實施例中，回授迴路包含第一開關265，第一類比放大器285以及第一輸入節點IN1，用以保持第一輸入節點IN1的電壓水平V2在參考電壓VREF是實質上恆定的。舉例來說，當電壓水平V2低於參考電壓VREF時，第一類比放大器285施加較高的閘極電壓至第一開關265。因為第一開關265之第二終端的電壓連接至第一輸入節點IN1追隨閘極電壓，所以第一輸 入節點IN1的電壓水平V2增加且變得愈接近參考電壓VREF。電壓水平V2持續增加直到電壓水平V2成為實質上與參考電壓VREF相等。
輸入級2-150也包含第三電流裝置280，用以通過尾電流ITAIL至接地。第三電流裝置280的一端連接至第一輸入節點IN1。
因為輸入電流IIN流入第一輸入節點IN1且尾電流ITAIL從第一輸入節點IN1流出，故電流IS第一輸入節點IN1流經第一開關265，表示如下：IS=ITAIL-IIN 方程式4因為共模電流ICM流入第一輸出節點OUT1且電流IS從第一輸出節點OUT1流出，所以類比電流IALG對應第一類比電流信號2-135a，表示如下：IALG=ICM-IS 方程式5
在一實施例中，共模電流ICM實質上與電流IS等值。利用方程式4及5，第一類比電流IALG表示如下： 如方程式6所示，輸入級2-150可提供實質上與輸入電流IIN等值的第一類比電流IALG至類比-數位轉換器(ADC)，如圖3。
圖3繪示出包含三角積分類比-數位轉換器3-160及數位處理器3-170之系統實施例。數位處理器3-170包含數位濾波器360、數位比較器370以及補償器380。
在一實施例中，三角積分類比-數位轉換器3-160包含比較器330和340、電容310和320、電流裝置350以及脈衝控制開關335。三角積分類比-數位轉換器3-160產生具有脈衝頻率的數位信號3-145，該數位信號3-145在時間間隔t期間與類比電流信號3-135大小成正比。於此實施例中， 三角積分類比-數位轉換器3-160產生具有0和1的1位元資料串，以使時間間隔t內1的數目即為對應於類比電流信號3-135的數位表示。
數位濾波器360過濾數位信號3-145以產生正弦波形371並濾除正弦波形371的雜訊。在一實施例中，數位濾波器包含降頻濾波器365及帶通濾波器375。
降頻濾波器365從三角積分類比-數位轉換器3-160接收1位元的資料串並產生多位元數(如3位元、8位元)對應時間間隔t內1位元資料串1的數目。舉例來說，1位元資料串在時間間隔t期間內有4個1，對應到8位數“10010110”，被轉換為3位元數字“100”，藉由8：1的降頻濾波器。這些多位元數被用來形成正弦波形371。
帶通濾波器375通過具有一定通帶頻譜的正弦波形371的信號，以產生過濾後的正弦波形355。舉例來說，帶通濾波器375包含高通濾波器及低通濾波器以停止超出通帶約50-60Hz的正弦波355信號。
帶通濾波器375減低了錯誤過零檢測的風險。舉例來說，帶通濾波器375包含高通濾波器，移除由寄生電阻212(見圖2)所導致的直流偏移以及在正弦波形371的0值附近的高頻雜訊。
數位比較器370比較過濾後的正弦波形355與數位參考水平，用以產生比較信號385，該比較信號385指示出過濾後的正弦波形355的過零點。比較信號385可能是由電壓-電流轉換器2-140(見圖2)及數位濾波器360所導致電源電壓信號2-105(見圖2)的相位偏移。
補償器380補償比較信號385的相位偏移。補償器380可以精確地補償這些相位偏移，因為由電壓-電流轉換器2-140導致的相位偏移實質 上為90°，且由數位濾波器360導致的相位偏移是已知的。補償相位偏移後，補償器380產生輸出信號3-155，該輸出信號3-155指示出電源電壓信號2-105(見圖2)的過零點。
圖4係為檢測過零點之方法400實施例流程圖。該方法也可以使用於檢測電源電壓信號的過零點。
在410中，電壓信號對應被信號轉換器轉換為電流信號的電壓信號(如電源電壓信號)。電流信號相對於電壓信號約為90°的相位偏移。
在430中，電流信號被轉換為數位信號。在一實施例中，三角積分類比-數位轉換器將電流信號轉換為數位信號，為對應於電流信號大小的數位表示。
在450中，數位信號藉由數位處理器進行處理，用以產生輸出信號以指示出電壓信號的過零點。在一實施例中，數位處理器包含降頻濾波器、帶通濾波器、數位比較器及補償器。
圖5係為檢測過零點之方法500實施例流程圖。該方法也可以藉由補償相對於電源電壓信號比較信號的相位來用於檢測電源電壓信號的過零點。
在510中，電源電壓信號被過濾以產生過濾後的電壓信號。過濾電源電壓信號包含減低疊加於電源電壓信號的高頻雜訊。在一實施例中，電源電壓信號包含差動電壓信號。
在520中，過濾後的電壓信號藉由電壓-電流轉換器來接收。在一實施例中，電壓-電流轉換器包含互相串聯的電容及電阻。
在530中，在電壓-電流轉換器的電阻與輸入級之間的輸入節 點的電壓水平是被保持的。在一實施例中，保持輸入節點的電壓水平包含利用回授迴路比較輸入節點的電壓水平與參考電壓，基於比較的結果輸出控制信號，以及基於控制信號調整輸入節點的電壓水平。舉例來說，輸入級包含回授迴路，該回授迴路係用來保持輸入節點的電壓水平實質上與參考電壓水平相等。輸入級具有低於連接至輸入級的寄生電阻之電阻值的阻抗值。因此，輸入節點的電壓水平成為較少依賴寄生電阻的電阻值變化。
在540中，基於過濾後電壓信號的電壓水平與輸入節點間的差異，電壓-電流轉換器將過濾後的電壓信號轉換為電流信號。在一實施例中，轉換後的電流信號相對於過濾後的電壓信號有90°的相位偏移。因此，輸入級接收對應轉換後電流信號和漏電流之間差異的輸入電流。
在550中，輸入級輸出類比電流信號至類比-數位轉換器。在一實施例中，類比電流信號實質上與輸入級之輸入電流大小相同。
在560中，類比-數位轉換器將類比電流信號轉換為數位信號。在一實施例中，將類比電流信號轉換為數位信號包含接收在一時間間隔期間具有與類比電流信號大小之脈衝頻率成正比之轉換後的數位信號。舉例來說，假設三角積分類比-數位轉換器產生具有0與1的1位元的資料串，在時間間格內1的數目即為對應類比電流信號大小的數位表示。
在570中，數位信號藉由數位濾波器來過濾，用以產生過濾後的正弦波形。在一實施例中，數位濾波器包含降頻濾波器及帶通濾波器。
在580中，正弦波形與參考電壓拿來比較，用以產生比較信號以指示出過濾後正弦波形的過零點。在一實施例中，數位比較器比較過濾後的正弦波形與數位參考水平。
在590中，比較信號中的相位偏移是由於電壓-電流轉換器及數位濾波器的操作而發生，被補償以產生輸出信號以指示出電源電壓信號的過零點。因為由電壓-電流轉換器導致的相位偏移實質上為90°，且由數位濾波器所導致的信為偏移為已知，所以電源電壓信號的過零點可以被準確地檢測。
雖然本發明各方面皆已描述於特定實施例中且其替代、修改，以及變化的實施例是可能被實現的。因此，上述實施例僅用以說明本發明，而非用以限制本發明。可以在不脫離以下申請專利範圍之精神及範圍作變化。
100‧‧‧系統
110‧‧‧信號轉換器
120‧‧‧過零檢測電路
1-180‧‧‧交流電壓源
1-105‧‧‧電源電壓信號
1-130‧‧‧低通濾波器
1-115‧‧‧過濾後電壓信號
1-140‧‧‧電壓-電流轉換器
1-125‧‧‧轉換後電流信號
1-150‧‧‧輸入級
1-135‧‧‧類比電流信號
1-160‧‧‧類比-數位轉換器
1-145‧‧‧數位信號
1-170‧‧‧數位處理器
1-155‧‧‧輸出信號

Claims (19)

  1. 一種偵測一電源電壓信號之一過零點之方法，包含：將一電壓信號轉換為一電流信號，該電壓信號係基於該電源電壓信號；將該電流信號轉換為一數位信號；以及處理該數位信號以產生一輸出信號，該輸出信號指示出該電源電壓信號之該過零點，其中該電流信號對應一轉換後的電流信號，該轉換後的電流信號係基於該電壓信號及一輸入節點之一電壓水平，且將該電壓信號轉換為該電流信號包含保持該輸入節點之該電壓水平以使該電壓水平為實質上恆定的。
  2. 如請求項1所述之方法，更包含：過濾該電源電壓信號以產生一過濾後的電壓信號，其中被轉換為該電流信號之該電壓信號係基於該過濾後的電壓信號。
  3. 如請求項2所述之方法，其中將該電壓信號轉換為該電流信號更包含：藉由一電壓-電流轉換器接收該過濾後的電壓信號，將該過濾後的電壓信號轉換為一中值電流信號，該中值電流信號在該過濾後的電壓信號之一電壓水平及該輸入節點之該電壓水平之間具有一成比例的差異值，以及提供該過濾後的電流信號至一輸入級，該過濾後的電流信號對應該中值電流信號及流經與該輸入級並聯之一寄生電阻之一漏電流間之一差異。
  4. 如請求項3所述之方法，其中在該輸入節點保持該電壓水平包含： 比較該輸入節點之該電壓水平與一參考電壓，基於該比較結果輸出一控制信號，以及基於該控制信號調整該輸入節點之該電壓水平，其中，藉由保持該輸入節點之該電壓水平，因該輸入節點之該電壓水平之一變化而導致該轉換後的電流信號之一相位偏移為實質上最小化的。
  5. 如請求項3所述之方法，更包含：由該輸入級接收該轉換後的電流信號；以及從該輸入級輸出一類比電流信號至一類比-數位轉換器(ADC)。
  6. 如請求項1所述之方法，其中一輸入級接收該轉換後的電流信號，以及其中該輸入級之一阻抗值為實質上小於並聯該輸入級之一寄生電阻之一阻抗值，因此由該寄生電阻所導致該轉換後的電流信號之一相位偏移是最小化的。
  7. 如請求項1所述之方法，其中將該電流信號轉換為該數位信號包含在一時間間隔期間產生具有與該電流信號大小之脈衝頻率成正比之該數位信號。
  8. 如請求項1所述之方法，其中處理該數位信號以產生該輸出信號包括：過濾該數位信號以產生一正弦波形；比較該正弦波形與一參考電壓以產生一比較信號；補償該比較信號相對於該電源電壓信號的相位偏移；以及輸出該輸出信號，該輸出信號具有對應於該電源電壓信號之該過零點之一過零點。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該正弦波形係為一第一正弦波形，以及其中過濾該數位信號包含：使用一降頻濾波器產生一第二正弦波形；以及使用一帶通濾波器過濾該第二正弦波形。
  10. 一種偵測一電源電壓信號之一過零點之裝置，包含：一信號轉換器，用以將一電壓信號轉換為一電流信號，該電壓信號係基於該電源電壓信號，該電流信號對應一轉換後的電流信號；一輸入級，用以接收該轉換後的電流信號並輸出一類比電流信號至一類比-數位轉換器(ADC)，該類比-數位轉換器(ADC)用以將該類比電流信號轉換為一數位信號；以及一數位處理器，用以處理該數位信號以產生一輸出信號，其中該輸出信號指示出該電源電壓信號之該過零點，且該輸入級之一阻抗值小於並聯該輸入級之一寄生電阻之一阻抗值。
  11. 如請求項10所述之裝置，其中該信號轉換器包含：一濾波器，用以產生一過濾後的電壓信號；以及一電壓-電流轉換器，用以將該轉換後的電流信號轉換為一中值電流信號。
  12. 如請求項11所述之裝置，其中該電壓-電流轉換器包含：一電阻，係與一電容串聯，以及該電容用以將該過濾後的電壓信號轉換為該中值電流信號，該中值電流信號在該過濾後的電壓信號之一電壓水平及耦接該電阻至該輸入級之一輸入節點之一電壓水平之間具有一成比例的差異值，該輸入節點之 該電壓水平實質上藉由該輸入級保持恆定，以及其中該電壓-電流轉換器提供該轉換後的電流信號至該輸入級，該轉換後的電流信號對應該中值電流信號及流經與該輸入級並聯之該寄生電阻之一漏電流間之一差異。
  13. 如請求項12所述之裝置，其中該轉換後的電流信號係基於該電壓信號與該輸入節點之該電壓水平，以及其中該輸入節點之該電壓水平保持實質上恆定，以使因該輸入節點之該電壓水平之一變化而導致該轉換後的電流信號之一相位偏移為實質上最小化的。
  14. 如請求項12所述之裝置，其中該輸入級包含：耦合該電壓-電流轉換器至該輸入級之該輸入節點，一比較器，用以比較該輸入節點之該電壓水平與一參考電壓並基於該比較結果輸出一控制信號，以及一開關，用以接收該控制信號並基於該控制信號調整該輸入節點之該電壓水平，以及其中，藉由保持該輸入節點之該電壓水平，由該輸入節點之該電壓水平之一變化而導致該轉換後的電流信號之一相位偏移為實質上最小化的。
  15. 如請求項12所述之裝置，其中該輸入級包含：一輸出節點；以及一輸出路徑，耦合至該輸出節點並用以輸出該類比電流信號至該類比-數位轉換器，其中該類比電流信號實質上對應該轉換後的電流信號。
  16. 如請求項10所述之裝置，其中該輸入級之該阻抗值充分地小以最小化由該寄生電阻所導致該轉換後的電流信號之一相位偏移。
  17. 如請求項11所述之裝置，其中該類比-數位轉換器包含一三角積分類比-數位轉換器。
  18. 如請求項11所述之裝置，其中該數位處理器包含：一數位濾波器，用以過濾該數位信號以產生一正弦波形；一數位比較器，用以比較該正弦波形與一參考電壓並產生一比較信號；以及一補償器，用以補償該比較信號相對於該電源電壓信號的相位偏移，以產生具有對應於該電源電壓信號之該過零點之一過零點之該輸出信號。
  19. 如請求項18所述之裝置，其中該正弦波形係為一第一正弦波形，以及其中該數位濾波器包含：一降頻濾波器，用以產生一第二正弦波形；以及一帶通濾波器，用以過濾該第二正弦波形。
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