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CN109459607B - 一种隔离式精准过零检测电路 - Google Patents

一种隔离式精准过零检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种隔离式精准过零检测电路，包括：包括，波形正负检测电路、隔离电路和信号生成电路；交流检测源的交流信号传输入波形正负检测电路，波形正负检测电路控制隔离电路，将波形正负周信号传输到信号生成电路。其优点在于实现了对于交流源的过零检测，避免了通常过零检测存在的较大检测误差，并利用光耦实现了电路的隔离。

Description

一种隔离式精准过零检测电路
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种过零检测电路。
背景技术
过零检测指的是在交流系统中，当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时，系统作出的检测。过零检测可作开关电路或者频率检测。在整流电路的功率因数校正、电网孤岛等的同步并网、电路负载的同步等中都有广泛的运用。
然而，现有的过零检测电路，具有以下的不足：
1.普通光电耦合器过零检测电路在交流检测源过零点是发出脉冲，无法分辨正负半周，且过零脉宽无法实现可控调节。
2.通过三极管进行过零检测电路虽然成本得到有效控制，但过零检测的精度很低，且容易受到杂波干扰。
3.通过比较器进行过零检测，无法正真实现有效的电气隔离，且容易受到干扰。
发明内容
本发明的提供的一种隔离式精准过零检测电路，以克服现有技术的缺陷。
本发明提供一种隔离式精准过零检测电路，包括：包括，波形正负检测电路、隔离电路和信号生成电路；波形正负检测补偿电路包括限流电阻R2、二极管D1和检测补偿电容C1；隔离电路包括：限流电阻R1、隔离光耦U2、场效应晶体管U1、限流电阻R3和限流电阻R4；限流电阻R2的一端与输入信号INPUT的一端连接，另一端与二极管D1的正极连接；检测补偿电容C1的一端二极管D1的负极连接，另一端与输入信号INPUT的另一端连接；检测补偿电容C1的一端还与隔离电路的隔离光耦U2的一个输入端连接；隔离光耦U2的一个输入端与检测补偿电容C1的一端连接，另一个输入端与限流电阻R3的一端连接；限流电阻R3的另一端与场效应晶体管U1的漏极连接；场效应晶体管U1的源极与检测补偿电容C1的另一端、输入信号INPUT的另一端连接；限流电阻R1的一端与场效应晶体管U1的栅极连接，另一端与输入信号INPUT的一端连接；隔离光耦U2的一个输出端与信号生成电路的辅助电源VCC连接，另一个输出端与信号生成电路连接，还通过限流电阻R4之后接地。
进一步，本发明提供一种隔离式精准过零检测电路，还可以具有这样的特征：波形正负检测补偿电路还包括稳压二极管D2；稳压二极管D2并联在检测补偿电容C1的两端。
进一步，本发明提供一种隔离式精准过零检测电路，还可以具有这样的特征：稳压二极管D2的负极与二极管D1的负极连接，正极与输入信号INPUT的另一端连接。
进一步，本发明提供一种隔离式精准过零检测电路，还可以具有这样的特征：场效应晶体管U1为N型场效应晶体管。
进一步，本发明提供一种隔离式精准过零检测电路，还可以具有这样的特征：隔离电路还包括稳压二极管D3；稳压二极管D3并联在N型场效应晶体管U1的栅极和源极两端；限流电阻R1的一端还与稳压二极管D3的负极连接。
进一步，本发明提供一种隔离式精准过零检测电路，还可以具有这样的特征：信号生成电路包括：与非门芯片U3、与非门芯片U4、与非门芯片U5、维持电容C2；与非门芯片U3的一个输入端门芯片U4的输出端口连接，另一个输入端与隔离光耦U2的另一个输出端连接；与非门芯片U4的一个输入端与与非门芯片U3的输出端相连；维持电容C2的一端与与非门芯片U3的输出端连接，另一端与与非门芯片U4的另一个输入端连接；与非门芯片U5的两个输入端均与与非门芯片U4的输出端连接，输出端与信号输出端OUTPUT连接。
进一步，本发明提供一种隔离式精准过零检测电路，还可以具有这样的特征：信号生成电路还包括：上拉电阻R5、下拉电阻R6、上拉电阻R7、上拉电阻R8和辅助电源VCC；隔离光耦U2的一个输出端与信号生成电路的辅助电源VCC连接；与非门芯片U3的输出端通过上拉电阻R5与辅助电源VCC连接；与非门芯片U4的输出端通过上拉电阻R7与辅助电源VCC连接；与非门芯片U5的输出端通过上拉电阻R8与辅助电源VCC连接；与非门芯片U4的另一个输入端通过下拉电阻R6接地。
进一步，本发明提供一种隔离式精准过零检测电路，还可以具有这样的特征：输入信号INPUT为110～400V，50/60HZ的交流信号。
进一步，本发明提供一种隔离式精准过零检测电路，还可以具有这样的特征：输入信号INPUT的另一端、检测补偿电容C1的另一端、场效应晶体管U1的源极接地。
本发明提供一种隔离式精准过零检测电路，实现了对于交流源的过零检测，避免了通常过零检测存在的较大检测误差，并利用光耦实现了电路的隔离。
附图说明
图1是本发明的一种隔离式精准过零检测电路图。
图2是本发明的波形正负检测电路图。
图3是本发明的隔离电路图。
图4是本发明的信号生成电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
图1是本发明的隔离式精准过零检测电路图。
如图1所示，本实施例中的一种隔离式精准过零检测电路，包括波形正负检测电路、隔离电路和信号生成电路。交流检测源的交流信号传输入波形正负检测电路，波形正负检测电路控制隔离电路，将波形正负周信号传输到信号生成电路。
图2是本发明的波形正负检测电路图。
如图1和图2所示，波形正负检测补偿电路包括：限流电阻R2、二极管D1、检测补偿电容C1和稳压二极管D2。
限流电阻R2的一端与输入信号INPUT的一端连接，另一端与二极管D1的正极连接。检测补偿电容C1的一端二极管D1的负极连接，另一端与输入信号INPUT的另一端连接。检测补偿电容C1的一端还与隔离电路的隔离光耦U2的一个输入端连接。稳压二极管D2并联在检测补偿电容C1的两端，且稳压二极管D2的负极与二极管D1的负极连接，正极与输入信号INPUT的另一端连接。
本实施例中的输入信号INPUT为110～400V，50/60HZ的交流信号。交流信号通过限流电阻R2和二极管D1连接检测补偿电容C1，可对检测补偿电容C1进行充电，稳压二极管对检测补偿电容C1进行稳压。检测补偿电容C1连接隔离光耦U2和N型场效应晶体管U1，当隔离光耦U2和N型场效应晶体管U1导通时，可以通过其进行放电。
图3是本发明的隔离电路图。
如图1和图3所示，隔离电路包括：隔离光耦U2、N型场效应晶体管U1、限流电阻R1、限流电阻R3、限流电阻R4、稳压二极管D3。
隔离光耦U2的一个输入端与检测补偿电容C1的一端连接，另一个输入端与限流电阻R3的一端连接；交流信号和检测补偿电容C1可对其放电使其导通。限流电阻R3的另一端与N型场效应晶体管U1的漏极连接；限制通过该支路的电流大小。N型场效应晶体管U1的源极与检测补偿电容C1的另一端、输入信号INPUT的另一端连接，用于控制该支路通断，控制检测补偿电容C1放电时间。稳压二极管D3并联在N型场效应晶体管U1的栅极和源极两端；且稳压二极管D3的正极与N型场效应晶体管U1的源极连接，负极与N型场效应晶体管U1的栅极连接。限流电阻R1的一端与N型场效应晶体管U1的栅极、稳压二极管D3的负极连接，另一端与输入信号INPUT的一端连接。稳压二极管D3控制N型场效应晶体管U1的导通关断电压大小。
输入信号INPUT的另一端、检测补偿电容C1的另一端、稳压二极管D2的正极、N型场效应晶体管U1的源极接地。
隔离光耦U2的一个输出端与信号生成电路的辅助电源VCC连接，另一个输出端与信号生成电路连接，还通过限流电阻R4之后接地。限流电阻R4连接于隔离光耦U2输出端口和GND之间，将正负半周的交流信号传输后级信号生成电路中。
图4是本发明的信号生成电路图。
如图1和图4所示，信号生成电路包括：与非门芯片U3、与非门芯片U4、与非门芯片U5、维持电容C2、上拉电阻R5、下拉电阻R6、上拉电阻R7、上拉电阻R8和辅助电源VCC。
与非门芯片U3的一个输入端门芯片U4的输出端口连接，另一个输入端与隔离光耦U2的另一个输出端连接。与非门芯片U4的一个输入端与与非门芯片U3的输出端相连。维持电容C2的一端与与非门芯片U3的输出端连接，另一端与与非门芯片U4的另一个输入端连接。与非门芯片U5的两个输入端均与与非门芯片U4的输出端连接，输出端与信号输出端OUTPUT连接。
与非门芯片U3的输出端通过上拉电阻R5与辅助电源VCC连接。与非门芯片U4的输出端通过上拉电阻R7与辅助电源VCC连接。与非门芯片U5的输出端通过上拉电阻R8与辅助电源VCC连接。与非门芯片U4的另一个输入端通过下拉电阻R6接地。辅助电源VCC给与非门芯片U3、与非门芯片U4、与非门芯片U5供电。
当与非门芯片U3输出端突变时，维持电容C2维持两端电压不变，以达到信号往后级与非门芯片传输的目的。同时维持电容C2通过上拉电阻R5、下拉电阻R6充放电，并可调节放电时间。
上电时，当交流检测源处于正半周时，通过限流电阻R1，二极管D1向检测补偿电容C1充电，同时通过限流电阻R2方向，经过稳压二极管D3，使得N型场效应晶体管U1导通，交流检测源通过限流电阻R1，二极管D1，隔离光耦U2，N型场效应晶体管U1放电，使得隔离光耦U2导通，将信号传输给后级电路，当检测补偿电容C1充电至稳压二极管D2限制电压时，检测补偿电容C1停止充电。而当交流检测源刚过零点或即将接近零点时，所提供电压不足以时检测补偿电容和N型场效应晶体管U1导通，此时检测补偿电容C1开始放电，对交流检测源进行补偿，以达到精确过零检测的目的。
当交流检测源处于负半周时，电流流经稳压二极管D3，限流电阻R2，的导通压降使得U1关断，进而使得隔离光耦U2关断，且检测补偿电容C1没有放电回路，维迟过零点时的电压。
当交流检测源处于正半周时，隔离光耦U2输出端导通，与非门芯片U3与隔离光耦U2相连的输入端为高电平(1)，另一输入端通过上拉电阻R7与辅助电源VCC相连也为高电平，此时与非门芯片U3输出端为低电平(0)，那么与非门芯片U4的两个输入端皆为低电平，从而与非门芯片U4输出为高电平，输入下级后，与非门芯片U5的最终输出为低电平。
当交流检测源由正半周过零转入负半周的瞬间，隔离光耦U2关断，与非门芯片U3与隔离光哦耦U2相连的输入端瞬间从高电平将为低电平，此时与非门芯片U3输出立刻从低电平升高为高电平，而由于维持电容C2的存在，与非门芯片U4与维持电容C2相连的输入端也瞬间从低电平升高到高电平，与非门芯片U4输出为低电平，此时，与非门芯片U5的最终输出为高电平。
接着辅助电源的上拉电阻R5、下拉电阻R6对维持电容C2进行充电(充电时间可调)，经过一段时间后，维持电容C2两端电压值为VCC，维持电容C2与与非门芯片U4连接端背拉低到GND，此时与非门芯片U4输出端重新变为高电平，与非门芯片U5输出端重新变为低电平。
当电源重新经过零点到达正半周时，检测补偿电容C1放电使得隔离光耦U2导通，易推得与非门芯片U3输出端由高电平变为低电平，维持电容C2两端电压瞬间保持不变，与非门芯片U4输入端被拉的更低，保持最终与非门芯片U5低电平输出不变。
以上所示仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种隔离式精准过零检测电路，其特征在于：包括，波形正负检测电路、隔离电路和信号生成电路；
其中，波形正负检测补偿电路包括限流电阻R2、二极管D1和检测补偿电容C1；
隔离电路包括：限流电阻R1、隔离光耦U2、场效应晶体管U1、限流电阻R3和限流电阻R4；
限流电阻R2的一端与输入信号INPUT的一端连接，另一端与二极管D1的正极连接；检测补偿电容C1的一端二极管D1的负极连接，另一端与输入信号INPUT的另一端连接；检测补偿电容C1的一端还与隔离电路的隔离光耦U2的一个输入端连接；
隔离光耦U2的一个输入端与检测补偿电容C1的一端连接，另一个输入端与限流电阻R3的一端连接；限流电阻R3的另一端与场效应晶体管U1的漏极连接；场效应晶体管U1的源极与检测补偿电容C1的另一端、输入信号INPUT的另一端连接；限流电阻R1的一端与场效应晶体管U1的栅极连接，另一端与输入信号INPUT的一端连接；
隔离光耦U2的一个输出端与信号生成电路的辅助电源VCC连接，另一个输出端与信号生成电路连接，还通过限流电阻R4之后接地。
2.如权利要求1所述的隔离式精准过零检测电路，其特征在于：
波形正负检测补偿电路还包括稳压二极管D2；稳压二极管D2并联在检测补偿电容C1的两端。
3.如权利要求2所述的隔离式精准过零检测电路，其特征在于：
稳压二极管D2的负极与二极管D1的负极连接，正极与输入信号INPUT的另一端连接。
4.如权利要求1所述的隔离式精准过零检测电路，其特征在于：
场效应晶体管U1为N型场效应晶体管。
5.如权利要求1所述的隔离式精准过零检测电路，其特征在于：
隔离电路还包括稳压二极管D3；
稳压二极管D3并联在N型场效应晶体管U1的栅极和源极两端；限流电阻R1的一端还与稳压二极管D3的负极连接。
6.如权利要求1所述的隔离式精准过零检测电路，其特征在于：
信号生成电路包括：与非门芯片U3、与非门芯片U4、与非门芯片U5、维持电容C2；
与非门芯片U3的一个输入端门芯片U4的输出端口连接，另一个输入端与隔离光耦U2的另一个输出端连接；
与非门芯片U4的一个输入端与与非门芯片U3的输出端相连；
维持电容C2的一端与与非门芯片U3的输出端连接，另一端与与非门芯片U4的另一个输入端连接；
与非门芯片U5的两个输入端均与与非门芯片U4的输出端连接，输出端与信号输出端OUTPUT连接。
7.如权利要求6所述的隔离式精准过零检测电路，其特征在于：
信号生成电路还包括：上拉电阻R5、下拉电阻R6、上拉电阻R7、上拉电阻R8和辅助电源VCC；
隔离光耦U2的一个输出端与信号生成电路的辅助电源VCC连接；
与非门芯片U3的输出端通过上拉电阻R5与辅助电源VCC连接；与非门芯片U4的输出端通过上拉电阻R7与辅助电源VCC连接；与非门芯片U5的输出端通过上拉电阻R8与辅助电源VCC连接；与非门芯片U4的另一个输入端通过下拉电阻R6接地。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的隔离式精准过零检测电路，其特征在于：输入信号INPUT为110～400V，50/60HZ的交流信号。
9.如权利要求1至7中任意一项所述的隔离式精准过零检测电路，其特征在于：
输入信号INPUT的另一端、检测补偿电容C1的另一端、场效应晶体管U1的源极接地。
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