TWM514006U - 過零點偵測電路 - Google Patents

Description

過零點偵測電路

本新型是有關於一種過零點偵測電路，且特別是有關於一種可偵測正半週零點及負半週零點之過零點偵測電路。

交流電源是根據時間週期變化其大小及方向，而與恆定不變的直流電源不同。目前住宅及企業的用電都是由電力公司將高壓交流電源傳遞至各個變電所降壓而成110V或220V的交流電源。

而眾所皆知的是，當交流電源作為繼電器或開關元件之輸入時，繼電器或開關元件本身在切換動作時具有時間差，再加上交流電源隨時間變化的因素，使得繼電器或開關無法精確操作，而導致有能源耗損、開關無法正常運作以及產生暫態電流的問題。此外，若電器處於主交流電源及備用交流電源切換時，兩交流電源在瞬間交替時所產生的電壓波形突變將使得電器損壞。

因此，必須搭配零點偵測技術，使電器開關或切換落於交流電源的波形零點上，藉此增加能源使用效率並避 免習知交流電源切換供電之電器無法正常操作且容易損壞的缺點。

本新型之目的是在於提供一種過零點偵測電路，其可偵測交流電源波形上的零點，用以解決前述電器或開關元件無法正確在交流電源的零點進行切換所衍生之問題。

根據本新型一結構實施方式是在提供一種過零點偵測電路，用以偵測一交流電源之一負半週零點，過零點偵測電路包含一第一電連接線、一第一二極體、一第一電阻、一第二電阻、一光電耦合器、一電晶體、一電容、一稽納二極體、一第二二極體、一第三二極體、一第三電阻、一第四二極體以及一第二電連接線。第一電連接線連接交流電源並具有一第一電壓準位。第一二極體之正極連接第一電連接線。第一電阻之一端連接第一二極體之負極。第二電阻之一端連接第一電阻之另一端。光電耦合器之一端連接第二電阻之另一端。電晶體之一輸入極連接光電耦合器之另一端。電容之一端連接第一電阻之一端及第二電阻之一端。稽納二極體之負極連接第一電阻之一端、第二電阻之一端及電容之一端。第二二極體之負極連接第一電連接線及第一二極體之正極。第三二極體之正極連接稽納二極體之正極、第二二極體之正極、電容之另一端以及電晶體之一輸出極。第三電阻之一端連接電晶體之一控制極。第四二極體之負極連接第三電阻之另一端。第二電連接線連接交流電源、第四二極體之正 極及第三二極體之負極，第二電連接線具有一第二電壓準位。其中，第一電壓準位大於第二電壓準位之情況下，交流電源處於正半週時，交流電源經由第一二極體及第一電阻對電容進行充電，交流電源處於負半週且恰通過負半週零點時，第二電壓準位減去第一電壓準位之差值大於第四二極體、電晶體以及第二二極體之一導通電壓總和，則使電晶體及光電耦合器導通，並使光電耦合器並往外傳送一負半週過零點訊號。

根據前述過零點偵測電路之一實施例，其中電晶 體可為一雙載子接面電晶體，雙載子接面電晶體之一導通電壓為雙載子接面電晶體中基極及射極相對電壓。電晶體可為一場效電晶體，場效電晶體之一導通電壓為場效電晶體中閘極及源極相對電壓。光電耦合器可包含一發光二極體及一光電晶體，光電耦合器導通時，電容對發光二極體放電而使發光二極體發光，導致光電晶體發出負半週過零點訊號。第四二極體、電晶體以及第二二極體之導通電壓總和約為1.8V。

根據本新型另一結構實施方式是在提供一種過零 點偵測電路，用以偵測一交流電源之一正半週零點，過零點偵測電路包含一第二電連接線、一第一二極體、一第一電阻、一第二電阻、一光電耦合器、一電晶體、一電容、一稽納二極體、一第二二極體、一第三二極體、一第三電阻、一第四二極體以及一第一電連接線。第二電連接線連接交流電源並具有一第二電壓準位。第一二極體之正極連接第二電連接線。第一電阻之一端連接第一二極體之負極。第二電阻之 一端連接第一電阻之另一端。光電耦合器之一端連接第二電阻之另一端。電晶體之一輸入極連接光電耦合器之另一端。 電容之一端連接第一電阻之一端及第二電阻之一端。稽納二極體之負極連接第一電阻之一端、第二電阻之一端及電容之一端。第二二極體之負極連接第二電連接線及第一二極體之正極。第三二極體之正極連接稽納二極體之正極、第二二極體之正極、電容之另一端以及電晶體之一輸出極。第三電阻之一端連接電晶體之一控制極。第四二極體之負極連接第三電阻之另一端。第一電連接線連接交流電源、第四二極體之正極及第三二極體之負極，第一電連接線具有一第二電壓準位。其中，第二電壓準位大於第一電壓準位之情況下，交流電源處於負半週時，交流電源經由第一二極體及第一電阻對電容進行充電，交流電源處於正半週且恰通過正半週零點時，第一電壓準位減去第二電壓準位之差值大於第四二極體、電晶體以及第二二極體之導通電壓總和，則使電晶體及光電耦合器導通，並使光電耦合器往外傳送一正半週過零點訊號。

根據前述過零點偵測電路之一實施例，其中電晶 體可為一雙載子接面電晶體，雙載子接面電晶體之一導通電壓為雙載子接面電晶體中基極及射極相對電壓。電晶體可為一場效電晶體，場效電晶體之一導通電壓為場效電晶體中閘極及源極相對電壓。光電耦合器可包含一發光二極體及一光電晶體，光電耦合器導通時，電容對發光二極體放電而使發 光二極體發光，導致光電晶體發出正半週過零點訊號。第四二極體、電晶體以及第二二極體之導通電壓總和約為1.8V。

因此，將本新型之過零點偵測電路應用在交流電 源供應之電器或開關時，過零點偵測電路可在同樣的電路架構下，僅以交換第一電連接線及第二電連接線之連接方式來分別偵測交流電源之正半週零點及負半週零點，由光電耦合器發出正半週過零點訊號及負半週過零點訊號，使電器或開關可因應正半週過零點訊號及負半週過零點訊號即時進行切換、開關或其他運作，避免習知交流電源易於開關切換時損耗及電器容易損壞之缺點。

D‧‧‧發光二極體

T1‧‧‧第一電連接線

T2‧‧‧第二電連接線

C1‧‧‧電容

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

D3‧‧‧第三二極體

D4‧‧‧第四二極體

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

R3‧‧‧第三電阻

OC‧‧‧光電耦合器

Q1‧‧‧電晶體

Q2‧‧‧光電晶體

Dz‧‧‧稽納二極體

AC‧‧‧交流電源

ZA‧‧‧正半週零點

ZB‧‧‧負半週零點

為讓本新型之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本新型一實施例的一種過零點偵測電路之電路示意圖。

第2圖係繪示第1圖之過零點偵測電路之作動示意圖。

第3圖係繪示第2圖之過零點偵測電路之負半週過零點訊號之偵測示意圖。

第4圖係繪示依照本新型另一實施例的一種過零點偵測電路之電路示意圖。

第5圖係繪示第4圖之過零點偵測電路之作動示意圖。

第6圖係繪示第5圖之過零點偵測電路之正半週過零點訊號之偵測示意圖。

請參照第1圖，其係繪示依照本新型一實施例的一種過零點偵測電路之電路示意圖。過零點偵測電路用以偵測一交流電源之一負半週零點，過零點偵測電路包含一第一電連接線T1、一第一二極體D1、一第一電阻R1、一第二電阻R2、一光電耦合器OC、一電晶體Q1、一電容C1、一稽納二極體Dz、一第二二極體D2、一第三二極體D3、一第三電阻R3、一第四二極體D4以及一第二電連接線T2。

第一電連接線T1連接交流電源並具有一第一電壓準位，意即以第一電連接線T1作為交流電源輸入及輸出之連接端點。

第一二極體D1之正極連接第一電連接線T1。

第一電阻R1之一端連接第一二極體D1之負極。

第二電阻R2之一端連接第一電阻R1之另一端。

光電耦合器OC之一端連接第二電阻R2之另一端。光電耦合器OC為一光發射器及一光偵測器組成，而本實施例之光電耦合器OC包含一發光二極體D及一光電晶體Q2，若光電耦合器OC導通時，將使發光二極體D發光而使光電晶體Q2感測光訊號產生電訊號。

電晶體Q1之一輸入極連接光電耦合器OC之另一端。本實施例之電晶體Q1為雙載子接面電晶體(BJT)，故其輸入極為集極，輸出極為射極，控制極為基極。然而，本實 施例並不限定電晶體Q1為第1圖上所繪示之雙載子接面電晶體，其亦可為場效電晶體。

電容C1之一端連接第一電阻R1之一端及第二電 阻R2之一端。

稽納二極體Dz之負極連接第一電阻R1之一端、 第二電阻R2之一端及電容C1之一端。稽納二極體Dz之正極連接電晶體Q1之輸出極及電容C1之另一端。

第二二極體D2之負極連接第一電連接線T1及第 一二極體D1之正極。第二二極體D2之正極連接稽納二極體Dz之正極、電晶體Q1之輸出極及電容C1之另一端。

第三二極體D3之正極連接稽納二極體Dz之正 極、第二二極體D2之正極、電容C1之另一端以及電晶體Q1之輸出極。

第三電阻R3之一端連接電晶體Q1之控制極。

第四二極體D4之負極連接第三電阻R3之另一 端。

第二電連接線T2連接交流電源、第四二極體D4 之正極及第三二極體D3之負極，第二電連接線T2具有一第二電壓準位，第二電連接線T2與第一電連接線T1同樣作為交流電源輸入及輸出之連接端點。

當交流電源大於第四二極體D4、電晶體Q1以及 第二二極體D2之一導通電壓總和時，將使光電耦合器OC輸出一負半週過零點訊號。這裡所指電晶體Q1之導通電壓為其 基極及射極相對電壓，負半週過零點訊號為光電晶體Q2之集極及射極導通訊號。

以下將以第2圖至第3圖來詳細說明前述之過零 點偵測電路，其中第2圖係繪示第1圖之過零點偵測電路之作動示意圖，第3圖係繪示第2圖之過零點偵測電路之負半週過零點訊號之偵測示意圖。

過零點偵測電路用以偵測負半週過零點訊號如第 2圖及第3圖所示，當第一電連接線T1之第一電壓準位大於第二電連接線T2之第二電壓準位之情況下，且交流電源AC處於正半週時，交流電源AC之電流經由第一二極體D1及第一電阻R1對電容C1進行充電。而交流電源AC處於負半週且恰通過一負半週零點ZB時，第二電壓準位減去第一電壓準位之差值若大於第四二極體D4、電晶體Q1以及第二二極體D2之導通電壓總和，則使電晶體Q1及光電耦合器OC之發光二極體D導通，並使光電耦合器OC之光電晶體Q2受光照射往外傳送其集極及射極導通之一負半週過零點訊號。第2圖中，實線箭頭表示電容C1正半週充電，而虛線箭頭表示電容C1負半週放電且發光二極體D、第四二極體D4、電晶體Q1以及第二二極體D2導通。

請參照第4圖，其係繪示依照本新型另一實施例 的一種過零點偵測電路之電路示意圖。過零點偵測電路用以偵測一交流電源之一正半週零點，過零點偵測電路包含一第一電連接線T1、一第一二極體D1、一第一電阻R1、一第二電阻R2、一光電耦合器OC、一電晶體Q1、一電容C1、一稽 納二極體Dz、一第二二極體D2、一第三二極體D3、一第三電阻R3、一第四二極體D4以及一第二電連接線T2。本實施方式之過零點偵測電路與第1圖之差異在於交換第一電連接線T1及第二電連接線T2連接位置，本實施方式之過零點偵測電路其第一電連接線T1連接交流電源、第三二極體D3以及第四二極體D4，第二電連接線T2連接交流電源、第一二極體D1以及第二二極體D2，其餘元件之連接則與第1圖相同。

以下將以第5圖至第6圖來詳細說明前述之過零點偵測電路，其中第5圖係繪示第4圖之過零點偵測電路之作動示意圖，第6圖係繪示第5圖之過零點偵測電路之正半週過零點訊號之偵測示意圖。

過零點偵測電路用以偵測正半週過零點訊號如第4圖及第6圖所示，若第二電連接線T2之第二電壓準位大於第一電連接線T1之第一電壓準位之情況下，且交流電源AC處於負半週時，交流電源AC同樣經由第一二極體D1及第一電阻R1對電容C1進行充電，而當交流電源AC處於正半週且恰通過一正半週零點ZA時，若第一電壓準位減去第二電壓準位之差值大於第四二極體D4、電晶體Q1以及第二二極體D2之導通電壓總和，則使電晶體Q1及光電耦合器OC之發光二極體D導通，並使光電耦合器OC之光電晶體Q2受光照射往外傳送其集極及射極導通之一正半週過零點訊號。第5圖中，實線箭頭表示電容C1負半週充電，而虛線箭頭表示電容C1正半週放電且發光二極體D、第四二極體D4、電晶體Q1以及第二二極體D2導通。

必須注意的是，前述第一電連接線T1及第二電 連接線T2，兩者其一為活線(live wire)，另一則為中性線(neutral wire)。而在第4圖中之過零點偵測電路，係將第2圖中之第一電連接線T1及第二電連接線T2兩者連接位置互換後，使得交流電源AC之負半週相當於是對交流電源AC經由第一二極體D1及第一電阻R1對電容C1進行充電。

前述過零點偵測電路不論是偵測負半週零點ZB 或正半週零點ZA，在交流電源AC之電壓大於第四二極體D4、電晶體Q1以及第二二極體D2之導通電壓總和時，電晶體Q1及發光二極體D將會因電容C1放電導通，而光電晶體Q2開啟後所輸出之正半週過零點訊號或負半週過零點訊號將對應電容C1對光電耦合器OC之發光二極體D及電晶體Q1之放電時間。其第四二極體D4、電晶體Q1以及第二二極體D2之導通電壓總和約為1.8V。

因此，本新型提供一新穎之過零點偵測電路，其 可偵測交流電源之正半週零點及負半週零點。當配合於一電器或開關時，可使電器或開關透過過零點偵測電路所發出之正半週過零點訊號及負半週過零點訊號即時進行切換、開關或其他運作，避免習知交流電源易於開關切換時損耗及電器容易損壞之缺點。

雖然本新型已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本新型，任何熟習此技藝者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

D‧‧‧發光二極體

T1‧‧‧第一電連接線

T2‧‧‧第二電連接線

C1‧‧‧電容

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

D3‧‧‧第三二極體

D4‧‧‧第四二極體

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

R3‧‧‧第三電阻

OC‧‧‧光電耦合器

Q1‧‧‧電晶體

Q2‧‧‧光電晶體

Dz‧‧‧稽納二極體

Claims (10)

1. 一種過零點偵測電路，用以偵測一交流電源之一負半週零點，該過零點偵測電路包含：一第一電連接線，其連接該交流電源並具有一第一電壓準位；一第一二極體，該第一二極體之正極連接該第一電連接線；一第一電阻，該第一電阻之一端連接該第一二極體之負極；一第二電阻，該第二電阻之一端連接該第一電阻之另一端；一光電耦合器，該光電耦合器之一端連接該第二電阻之另一端；一電晶體，該電晶體之一輸入極連接該光電耦合器之另一端；一電容，該電容之一端連接該第一電阻之一該端及該第二電阻之一該端；一稽納二極體，該稽納二極體之負極連接該第一電阻之一該端、該第二電阻之一該端及該電容之該端；一第二二極體，該第二二極體之負極連接該第一電連接線及該第一二極體之正極；一第三二極體，該第三二極體之正極連接該稽納二極體之正極、該第二二極體之正極、該電容之另一端以及該電晶體之一輸出極； 一第三電阻，該第三電阻之一端連接該電晶體之一控制極；一第四二極體，該第四二極體之負極連接該第三電阻之另一端；以及一第二電連接線，其連接該交流電源、該第四二極體之正極及該第三二極體之負極，該第二電連接線具有一第二電壓準位；其中，該第一電壓準位大於該第二電壓準位之情況下，該交流電源處於正半週時，該交流電源經由該第一二極體及該第一電阻對該電容進行充電，該交流電源處於負半週且恰通過該負半週零點時，該第二電壓準位減去該第一電壓準位之差值大於該第四二極體、該電晶體以及該第二二極體之一導通電壓總和，則使該電晶體及該光電耦合器導通，並使該光電耦合器並往外傳送一負半週過零點訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之過零點偵測電路，其中該電晶體為一雙載子接面電晶體，該雙載子接面電晶體之一導通電壓為該雙載子接面電晶體中基極及射極相對電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之過零點偵測電路，該電晶體為一場效電晶體，該場效電晶體之一導通電壓為該場效電晶體中閘極及源極相對電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之過零點偵測電路，其中該光電耦合器包含一發光二極體及一光電晶體，該光電耦合器導通時，該電容對該發光二極體放電而使該發光二極體發光，導致該光電晶體發出該負半週過零點訊號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之過零點偵測電路，其中該第四二極體、該電晶體以及該第二二極體之該導通電壓總和約為1.8V。
6. 一種過零點偵測電路，用以偵測一交流電源之一正半週零點，該過零點偵測電路包含：一第二電連接線，其連接該交流電源並具有一第二電壓準位；一第一二極體，該第一二極體之正極連接該第二電連接線；一第一電阻，該第一電阻之一端連接該第一二極體之負極；一第二電阻，該第二電阻之一端連接該第一電阻之另一端；一光電耦合器，該光電耦合器之一端連接該第二電阻之另一端；一電晶體，該電晶體之一輸入極連接該光電耦合器之另一端； 一電容，該電容之一端連接該第一電阻之一該端及該第二電阻之一該端；一稽納二極體，該稽納二極體之負極連接該第一電阻之一該端、該第二電阻之一該端及該電容之該端；一第二二極體，該第二二極體之負極連接該第二電連接線及該第一二極體之正極；一第三二極體，該第三二極體之正極連接該稽納二極體之正極、該第二二極體之正極、該電容之另一端以及該電晶體之一輸出極；一第三電阻，該第三電阻之一端連接該電晶體之一控制極；一第四二極體，該第四二極體之負極連接該第三電阻之另一端；以及一第一電連接線，其連接該交流電源、該第四二極體之正極及該第三二極體之負極，該第一電連接線具有一第一電壓準位；其中，該第二電壓準位大於該第一電壓準位之情況下，該交流電源處於負半週時，該交流電源經由該第一二極體及該第一電阻對該電容進行充電，該交流電源處於正半週且恰通過該正半週零點時，該第一電壓準位減去該第二電壓準位之差值大於該第四二極體、該電晶體以及該第二二極體之一導通電壓總和，則使該電晶體及該光電耦合器導通，並使該光電耦合器往外傳送一正半週過零點訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之過零點偵測電路，其中該電晶體為一雙載子接面電晶體，該雙載子接面電晶體之一導通電壓為該雙載子接面電晶體中基極及射極相對電壓。
8. 如申請專利範圍第6項所述之過零點偵測電路，該電晶體為一場效電晶體，該場效電晶體之一導通電壓為該場效電晶體中閘極及源極相對電壓。
9. 如申請專利範圍第6項所述之過零點偵測電路，其中該光電耦合器包含一發光二極體及一光電晶體，該光電耦合器導通時，該電容對該發光二極體放電而使該發光二極體發光，導致該光電晶體發出該正半週過零點訊號。
10. 如申請專利範圍第6項所述之過零點偵測電路，其中該第四二極體、該電晶體以及該第二二極體之該導通電壓總和約為1.8V。