CN212905128U - 一种过零检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种过零检测电路，包括强电侧部分、弱电侧部分以及设置在强电侧部分和弱电侧部分之间的光耦模块；其特征在于：所述强电侧部分包括设于交流回路中以降低电路功耗的限流模块、与限流模块和光耦模块分别电连接以控制光耦模块通断并能降低光耦模块导通延时的光耦控制模块；所述弱电侧部分包括与光耦模块相连的直流电源、与直流电源和光耦模块分别相连的输出模块，所述输出模块可输出随光耦模块的通断进行同步正负切换的输出信号以进行过零检测。该检测电路功耗低、延时小。

Description

一种过零检测电路

技术领域

本实用新型涉及电力产品技术领域，尤其涉及一种过零检测电路。

背景技术

电力线载波通信产品基于电力线进行信号传播，其管理单元可以通过终端产品附带的过零信息判断终端产品所在相位，从而对电力线负载、噪声、用户分布进行管理。现有技术中过零信息的检测，大都通过采样电力线线电压过零点信号然后转换为低压芯片可以处理的弱电信号进行的。但是现有技术中的过零检测电路功耗高、检测延时大，影响检测的准确性。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种功耗低、延时小的过零检测电路。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种过零检测电路，包括强电侧部分、弱电侧部分以及设置在强电侧部分和弱电侧部分之间的光耦模块；其特征在于：

所述强电侧部分包括设于交流回路中以降低电路功耗的限流模块、与限流模块和光耦模块分别电连接以控制光耦模块通断并能降低光耦模块导通延时的光耦控制模块；

所述弱电侧部分包括与光耦模块相连的直流电源、与直流电源和光耦模块分别相连的输出模块，所述输出模块可输出随光耦模块的通断进行同步正负切换的输出信号以进行过零检测。

进一步的，所述输出模块的输出信号为电压信号。

进一步的，所述过零检测电路还包括设置在限流模块和光耦控制模块之间并与限流模块和光耦控制模块分别相连的整流模块。

进一步的，所述限流模块包括串接在火线上的第二电阻以及串接在零线上的第五电阻。

进一步的，所述第二电阻和第五电阻阻值均为1MΩ。

进一步的，所述整流模块包括设置在火线中并与光耦模块的发光二极管相连的第一双向二极管以及设置在零线中与第一双向二极管和光耦模块的发光二极管电连接的第二双向二极管。

进一步的，所述光耦控制模块包括第一电容、第一NPN型三极管、第三双向二极管；

所述第一电容与第一双向二极管、第二双向二极管以及第三双向二极管分别相连以当火线电压为正半周时充电而火线电压为负半周时向光耦模块放电以使光耦模块导通；

所述第一NPN型三极管的基极与第一双向二极管和第二双向二极管分别电连接而集电极与第一双向二极管和光耦模块的发光二极管分别相连且发射极与第三双向二极管和第一电容分别连接以实现火线电压为正半周时截止使第一电容充电而火线电压为负半周时导通使第一电容向光耦模块放电。

进一步的，所述光耦控制模块还包括第四电阻、第六电阻以及第五电容，所述第六电阻一端与第一NPN型三极管基极相连而另一端与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端与第一双向二极管相连，所述第五电容接在第一NPN型三极管的发射极和基极之间。

进一步的，所述输出模块包括第二电容、第三电阻、第二NPN型三极管以及第七电阻；

所述第三电阻与直流电源和第二电容分别相连；所述第二NPN型三极管基极连接光耦模块的光敏三极管的发射极而集电极连接在第三电阻与第二电容之间且发射极接地；

所述第七电阻设置在第二NPN型三极管的基极与发射极之间；所述第二电容的另一端提供所述输出信号并通过第四双向二极管接地。

进一步的，所述火线与零线之间还连接有压敏电阻。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

通过设置第一电容进行放电以在电压过零瞬间驱动光耦模块导通，并通过调节第三电阻和第七电阻的大小以延长第二电容的充放电时长，可以使输出信号的正负切换与光耦模块的通断同步，从而大大减小弱电侧检测零点切换信号的延时，提高了过零检测的准确性；同时，通过将第二电阻和第五电阻阻值设置足够大，大大降低了电路功耗。

附图说明

图1为现有技术中的过零检测电路示意图。

图2为本申请的过零检测电路示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

图1为现有技术中的过零检测电路示意图，该电路的功耗主要来自于强电侧限流电阻R28、R29、R32，其功耗计算参考公式：

其中，Un为LN线电压，Vd为整流二极管正向压降，Vop为光耦二极管正向压降，R为串联电阻值和。

通过该公式可以计算该过零检测电路功耗约为0.24W(Un＝220V)，而电表不带模块整机静态功耗约0.6W，因此该过零电路对整机来说功耗过大。

同时，该过零检测电路中，由于光耦中的发光二极管导通需要一定的导通电压，火线电压由负半周向正半周切换时的过零瞬间，发光二极管无法导通，只有当电压升到一定值时，发光二极管才会导通，这就会导致光耦导通时刻相对实际的过零时刻存在一定延时，降低了过零检测的准确性。

为此，本申请提出了一种功耗低、延时小的过零检测电路。

如图2所示为本申请的过零检测电路的电路图，该过零检测电路包括强电侧部分、弱电侧部分以及设置在强电侧部分和弱电侧部分之间的光耦模块1，其中，强电侧部分包括设于交流回路中以降低电路功耗的限流模块2、与限流模块2和光耦模块1分别电连接以控制光耦模块1通断并能降低光耦模块1导通延时的光耦控制模块3；对应的，弱电侧部分包括与光耦模块1相连的直流电源4、与直流电源4和光耦模块1分别相连的输出模块5，本实施例中，该直流电源4为3.3V，该输出模块5可输出随光耦模块1的通断进行同步正负切换的输出信号以进行过零检测。在本申请中，该输出模块5的输出信号为电压信号。

同时，本申请中的过零检测电路还包括设置在限流模块2和光耦控制模块3之间并与限流模块2和光耦控制模块3分别相连的整流模块6。具体的，该整流模块6包括设置在火线UL中并与光耦模块1的发光二极管相连的第一双向二极管VD1以及设置在零线UN中与第一双向二极管VD1和光耦模块1的发光二极管电连接的第二双向二极管VD2。

本实施例中，该限流模块2包括串接在火线UL上的第二电阻R2以及串接在零线UN上的第五电阻R5。为了降低该检测电路的功耗，该第二电阻R2和第五电阻R5的阻值需设置足够大，在本方案中，二者均取值为1MΩ。

继续参见图2，该电路中的光耦控制模块3包括第一电容C1、第一NPN型三极管V1、第三双向二极管VD3，其中，第一电容C1与第一双向二极管VD1、第二双向二极管VD2以及第三双向二极管VD3分别相连以当火线UL电压为正半周时充电而火线UN电压为负半周时向光耦模块1放电以使光耦模块1导通；

同时，第一NPN型三极管V1的基极与第一双向二极管VD1和第二双向二极管VD2分别电连接而集电极与第一双向二极管VD1和光耦模块1的发光二极管分别相连且发射极与第三双向二极管V3和第一电容C1分别连接以实现火线UL电压为正半周时截止使第一电容C1充电而火线UL电压为负半周时导通使第一电容C1向光耦模块1放电，以使光耦模块1导通。

该光耦控制模块3还包括第四电阻R4、第六电阻R6以及第五电容C5，该第六电阻R6的一端与第一NPN型三极管V1基极相连而另一端与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端与第一双向二极管VD1相连，第五电容C5接在第一NPN型三极管V1的发射极和基极之间。

本申请中的输出模块5包括第二电容C2、第三电阻R3、第二NPN型三极管V2以及第七电阻R7；该第三电阻R3与直流电源4和第二电容C2分别相连；第二NPN型三极管V2基极连接光耦模块1的光敏三极管的发射极而集电极连接在第三电阻R3与第二电容C2之间且发射极接地；

第七电阻R7设置在第二NPN型三极管V2的基极与发射极之间；第二电容C2的另一端提供输出信号并通过第四双向二极管VD4接地。

为了防止过电压对电路造成损坏，火线UL与零线UN之间还连接有压敏电阻RV1。

本申请的检测电路工作原理如下：

对强电侧电路而言，

当UL为正半周时，火线UL-第一双向二极管VD1-第一电容C1-第三双向二极管VD3-第二双向二极管VD2-零线UN形成回路，此时第一电容C1充电，光耦模块1不导通；

当UL由正半周变化为负半周瞬间，第一电容C1为第一NPN型三极管V1及光耦模块1提供导通电压使其瞬间均导通，以形成放电回路，解决了现有技术中电压过零瞬间光耦模块1不导通而需要在过零点后一定时间才会导通导致的延时问题，而且在火线UL处于负半周时，第一电容C1持续放电，使光耦模块1保持持续导通状态。

对弱电侧电路而言，

当光耦模块1不导通时，直流电源4-第三电阻R3-第二电容C2-第四双向二极管VD4-大地形成回路，第二电容C2充电，此时输出模块5输出的电压信号为约为0.6V；

当光耦模块1导通时，第二NPN型三极管V2导通，第二电容C2放电，第二电容C2-第二NPN型三极管V2-第四双向二极管VD4-第二电容C2形成回路，同时，直流电源4-光耦模块1-第七电阻R7-第四双向二极管VD4-第二电容C2形成回路，此时输出模块5输出的电压信号约为-0.6V；

而输出模块5输出的电压信号即为过零检测信号，由上分析可知，输出模块5输出的电压信号的正负切换是与光耦模块1的通断同步进行，也即检测的过零点信号与实际的过零点是同步的，从而解决了现有技术中延时大的问题。

需要说明的是，第二电容C2的充放电时间需大于强电周期的一半，否则用于进行输出信号的过零采样将失效，为了实现该目的，通过调节R3的阻值来调整第二电容C2的充电时间，通过调整R7电阻阻值来延长输出电压信号维持在-0.6V的时间，以此确保输出模块5的输出信号随光耦模块1的通断进行同步正负切换从而实现精准的过零检测。需要进一步说明的是，R7电阻的选择与光耦模块和第二NPN型三极管V2有关，需结合实际情况进行调试。

本申请的电路的功耗可由下式计算：

相较于现有技术中的电路功耗，本申请的功耗大大降低了。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种过零检测电路，包括强电侧部分、弱电侧部分以及设置在强电侧部分和弱电侧部分之间的光耦模块(1)；其特征在于：

所述强电侧部分包括设于交流回路中以降低电路功耗的限流模块(2)、与限流模块(2)和光耦模块(1)分别电连接以控制光耦模块(1)通断并能降低光耦模块(1)导通延时的光耦控制模块(3)；

所述弱电侧部分包括与光耦模块(1)相连的直流电源(4)、与直流电源(4)和光耦模块(1)分别相连的输出模块(5)，所述输出模块(5)可输出随光耦模块(1)的通断进行同步正负切换的输出信号以进行过零检测。

2.根据权利要求1所述过零检测电路，其特征在于：

所述输出模块(5)的输出信号为电压信号。

3.根据权利要求1所述过零检测电路，其特征在于：

所述过零检测电路还包括设置在限流模块(2)和光耦控制模块(3)之间并与限流模块(2)和光耦控制模块(3)分别相连的整流模块(6)。

4.根据权利要求1所述过零检测电路，其特征在于：

所述限流模块(2)包括串接在火线(UL)上的第二电阻(R2)以及串接在零线(UN)上的第五电阻(R5)。

5.根据权利要求4所述过零检测电路，其特征在于：

所述第二电阻(R2)和第五电阻(R5)阻值均为1MΩ。

6.根据权利要求3所述过零检测电路，其特征在于：

所述整流模块(6)包括设置在火线(UL)中并与光耦模块(1)的发光二极管相连的第一双向二极管(VD1)以及设置在零线(UN)中与第一双向二极管(VD1)和光耦模块(1)的发光二极管电连接的第二双向二极管(VD2)。

7.根据权利要求6所述过零检测电路，其特征在于：

所述光耦控制模块(3)包括第一电容(C1)、第一NPN型三极管(V1)、第三双向二极管(VD3)；

所述第一电容(C1)与第一双向二极管(VD1)、第二双向二极管(VD2)以及第三双向二极管(VD3)分别相连以当火线(UL)电压为正半周时充电而火线(UL)电压为负半周时向光耦模块(1)放电以使光耦模块(1)导通；

所述第一NPN型三极管(V1)的基极与第一双向二极管(VD1)和第二双向二极管(VD2)分别电连接而集电极与第一双向二极管(VD1)和光耦模块(1)的发光二极管分别相连且发射极与第三双向二极管(VD3)和第一电容(C1)分别连接以实现火线(UL)电压为正半周时截止使第一电容(C1)充电而火线(UL)电压为负半周时导通使第一电容(C1)向光耦模块(1)放电。

8.根据权利要求7所述过零检测电路，其特征在于：

所述光耦控制模块(3)还包括第四电阻(R4)、第六电阻(R6)以及第五电容(C5)，所述第六电阻(R6)一端与第一NPN型三极管(V1)基极相连而另一端与第四电阻(R4)的一端连接，第四电阻(R4)的另一端与第一双向二极管(VD1)相连，所述第五电容(C5)接在第一NPN型三极管(V1)的发射极和基极之间。

9.根据权利要求2所述过零检测电路，其特征在于：

所述输出模块(5)包括第二电容(C2)、第三电阻(R3)、第二NPN型三极管(V2)以及第七电阻(R7)；

所述第三电阻(R3)与直流电源(4)和第二电容(C2)分别相连；所述第二NPN型三极管(V2)基极连接光耦模块(1)的光敏三极管的发射极而集电极连接在第三电阻(R3)与第二电容(C2)之间且发射极接地；

所述第七电阻(R7)设置在第二NPN型三极管(V2)的基极与发射极之间；所述第二电容(C2)的另一端提供所述输出信号并通过第四双向二极管(VD4)接地。

10.根据权利要求4所述过零检测电路，其特征在于：

所述火线(UL)与零线(UN)之间还连接有压敏电阻(RV1)。

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