專利名稱：一種交流電源過零點檢測電路及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流電源過零點的檢測電路及檢測方法，應(yīng)用于可控硅移相控制 電路中，屬于電氣工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
過零檢測，指交流電壓過零點被自動檢測，進而以過零點為基準(zhǔn)點，根據(jù)移相角控 制電子開關(guān)導(dǎo)通，常用于可控硅作為開關(guān)器件的功率控制裝置中。由于可控硅只有當(dāng)陽極 對陰極為正偏壓且控制極對陰極也為正偏壓時才能導(dǎo)通，因此，交流電源過零點的準(zhǔn)確檢 測變得異常關(guān)鍵，因為其值的確定直接決定著同步信號的基準(zhǔn)點。同時也能實現(xiàn)電力電子 器件零電壓開通和零電流關(guān)斷的基本要求，降低了器件的開關(guān)損耗，確保其處于安全工作 區(qū)。專利號為01114618. 4公開一種交流電源同步信號的檢測電路，直接采用交流電 源作為信號源，利用二極管和電子開關(guān)器件的非線性，檢測交流電源的過零信號。這種方法 對于輸入電壓較高(如220V)以上，過零點同步觸發(fā)信號就比較準(zhǔn)確，若輸入電壓較低時(如 10V)以下，過零同步觸發(fā)信號的偏離就大，這主要是驅(qū)動三極管與發(fā)光二極管的非線性特 性所決定，且驅(qū)動電路沒有實現(xiàn)真正意義上的光電隔離，抗干擾能力弱，可靠性相對較低。專利號為200510018270. 6公開一種獲取可控硅過零同步信號及觸發(fā)控制方法， 也是直接利用交流電源作為信號源，利用光電轉(zhuǎn)換特性，用單片機檢測整形后梯形波信號 的前后沿對應(yīng)時間，計算得出過零點的時刻。這種方法在零點附近做正弦波整形，容易出現(xiàn) 誤動作，對單片機信號處理帶來較大誤差，另外，單片機必須檢測到梯形波的下降沿，才能 得到過零點時刻，此時過零點時刻已經(jīng)是過去時，不能滿足某些電路的過零點準(zhǔn)確觸發(fā)的 要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中可控硅過零點同步觸發(fā)信號的精度受到輸入電壓 高低的影響，以及觸發(fā)信號容易引起誤動作不能準(zhǔn)確觸發(fā)的不足，提供一種交流電源過零 點檢測電路，該檢測電路與輸入電壓的高低無關(guān)，保護可控硅及其負載免受電涌的沖擊。本 發(fā)明還提供該檢測電路的檢測方法，實現(xiàn)可控硅過零點高精度同步觸發(fā)。本發(fā)明檢測電路采用的技術(shù)方案是限流電阻Rl與發(fā)光二極管D2構(gòu)成半波整形 電路，保護二極管Dl陰極與限流電阻Rl相連、陽極接模擬地，限流電阻Rl的另一端連接交 流電源Ui的輸入端；光敏三極管Tl的發(fā)射極接數(shù)字地，其集電極連接單片機MCU和通過另 一個限流電阻R2與直流電源Vcc相連；在交流電源Ui的正半波，交流電源Ui電壓高于發(fā) 光二極管D2的工作電壓時發(fā)光二極管D2發(fā)光，光敏三極管Tl導(dǎo)通，輸出電壓Uo通過光敏 三極管Tl接地，輸出低電平；當(dāng)交流電源Ui電壓低于發(fā)光二極管D2的工作電壓時發(fā)光二 極管D2不發(fā)光，光敏三極管Tl截止，輸出電壓Uo通過限流電阻R2接直流電壓Vcc，輸出高 電平。
本發(fā)明檢測方法采用如下步驟單片機先檢測前1次交流電源Ui正半波的2次電 平跳變的時間tl和t3的值，然后計算前1次的波峰時刻t2的值，再檢測下1次交流電源 Ui正半波2次電平跳變時間t4和t6的值，計算此時波峰時間t5的值，然后計算得到交流電
源周期Π =值，計算下一個過零點時刻= + 的值，最后單片機保*tl=t4，
t2=t5，t3=t6這3個時刻值，為下一次檢測服務(wù)，以t7時刻為基準(zhǔn)點，根據(jù)移相角的要求輸 出控制信號，控制可控硅準(zhǔn)確觸發(fā)。本發(fā)明具有的有益效果是
1、將交流電源直接施加在限流電阻與發(fā)光二極管所構(gòu)成的串聯(lián)電路上，對交流電源的 幅值和頻率均無要求，對發(fā)光二極管的工作電壓不作限定；可容許交流電源的電壓值在大 范圍內(nèi)波動，適用性強。2、不要求硬件實現(xiàn)過零點檢測，通過發(fā)光管的發(fā)光與熄滅，使得光敏三極管導(dǎo)通 與截止，將正弦波信號整形為矩形波信號，容許正弦波在任意時刻觸發(fā)發(fā)光二級管發(fā)光，單 片機檢測矩形波信號前后沿的時間，用軟件計算的方式得到正弦波信號的周期和交流電源 的下一個過零點時刻，自由度大，運用靈活，提高了零點檢測的精度。3、電路簡單，不要其他額外的門電路來提升電壓的驅(qū)動能力，可靠性高，成本較 低，維護方便。


圖1是本發(fā)明檢測電路的原理圖； 圖2是本發(fā)明檢測方法中的算法流程圖； 圖3是本發(fā)明實施例的電壓波形圖。
具體實施例方式參照圖1，由限流電阻Rl與發(fā)光二極管D2構(gòu)成半波整形電路，保護二極管Dl的陽 極接模擬地，其陰極與限流電阻Rl相連，限流電阻Rl的另一端連接交流電源Ui的輸入端； 光敏三極管Tl的發(fā)射極接數(shù)字地，其集電極通過另一個限流電阻R2與直流電源Vcc相連， 同時該集電極輸出經(jīng)整形的輸出電壓U0,輸出電壓U0連接到單片機MCU的輸入端。這樣輸 入、輸出信號不共地，完全實現(xiàn)信號隔離，提高電路的可靠性。在交流電源Ui的正半波，當(dāng)交流電源Ui的電壓高于發(fā)光二極管D2的工作電壓時， 發(fā)光二極管D2發(fā)光，光敏三極管Tl導(dǎo)通，輸出電壓U0通過光敏三極管Tl接地，輸出低電 平；當(dāng)交流電源Ui的電壓低于發(fā)光二極管D2的工作電壓時，發(fā)光二極管D2不發(fā)光，光敏三 極管Tl截止，輸出電壓U0通過限流電阻R2接直流電壓Vcc，輸出高電平。單片機MCU分別 檢測高低電平翻轉(zhuǎn)的時間，通過軟件計算得出正弦波信號的周期和交流電源下一個過零點 的時刻。單片機MCU檢測的步驟參照圖2，具體如下
步驟302 單片機MCU首先檢測前1次交流電源Ui正半波的2次電平跳變的時間tl和 t3的值；
步驟304 單片機MCU計算前1次的波峰時刻t2的值；步驟306 單片機MCU再檢測下1次交流電源Ui正半波2次電平跳變時間t4和t6的
值；
步驟308 單片機MCU計算此時波峰時間t5的值； 步驟310 單片機MCU計算得到交流電源周期Tl的值； 步驟312 單片機MCU計算下一個過零點時刻t7的值；
步驟314 單片機MCU保留tl=t4，t2=t5, t3=t6這3個時刻值，為下一次檢測服務(wù)； 將上述單片機MCU檢測的程序循環(huán)往復(fù)，不斷地預(yù)估下一個時刻的過零點，由此可知， 及時電源的幅度發(fā)生變化，也可以順利檢測出過零點。以下提供本發(fā)明的1個實施例以進一步說明本發(fā)明。
實施例先按照圖1所示將電路連接好，然后參照圖3的電壓波形，顯示了交流電源Ui的兩 個波峰，交流電源Ui在A點處使發(fā)光二極管D2導(dǎo)通，輸出電壓U。得到低電平，單片機MCU 檢測到該時刻的時間值是tl ；交流電源Ui在B點處電壓值降低，發(fā)光二極管D2不發(fā)光，輸 出電壓隊獲得高電平，單片機MCU檢測到該時刻的時間值是t3 ；如此類推，單片機MCU分別 檢測并記錄下C、D點處的時間值t4與t6，則此交流電源Ui的兩個波峰所發(fā)生的時刻可由 下式計算得到
權(quán)利要求
1.一種交流電源過零點檢測電路，其特征是限流電阻Rl與發(fā)光二極管D2構(gòu)成半波 整形電路，保護二極管Dl陰極與限流電阻Rl相連、陽極接模擬地，限流電阻Rl的另一端連 接交流電源Ui的輸入端；光敏三極管Tl的發(fā)射極接數(shù)字地，其集電極連接單片機MCU和通 過另一個限流電阻R2與直流電源Vcc相連；在交流電源Ui的正半波，交流電源Ui電壓高 于發(fā)光二極管D2的工作電壓時發(fā)光二極管D2發(fā)光，光敏三極管Tl導(dǎo)通，輸出電壓Uo通過 光敏三極管Tl接地，輸出低電平；當(dāng)交流電源Ui電壓低于發(fā)光二極管D2的工作電壓時發(fā) 光二極管D2不發(fā)光，光敏三極管Tl截止，輸出電壓Uo通過限流電阻R2接直流電壓Vcc，輸 出高電平。
2.一種交流電源過零點檢測方法，其特征是采用如下步驟1)單片機檢測前1次交流電源Ui正半波的2次電平跳變的時間tl和t3的值；2)單片機MCU計算前1次的波峰時刻t2的值；3)單片機MCU再檢測下1次交流電源Ui正半波2次電平跳變時間t4和t6的值；4)單片機MCU計算此時波峰時間t5的值；.5 ) 單片機M C U計算得到交流電源周期 T1=I5-I2 的值；6)單片機MCU計算下一個過零點時刻6= +.的值；7)單片機MCU保留tl=t4，t2=t5,t3=t6這3個時刻值，為下一次檢測服務(wù)；8)單片機MCU以t7時刻為基準(zhǔn)點，根據(jù)移相角的要求輸出控制信號，控制可控硅準(zhǔn)確 觸發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種交流電源過零點檢測電路及檢測方法，由限流電阻與發(fā)光二極管構(gòu)成半波整形電路，保護二極管陰極與限流電阻連，限流電阻另一端連接交流電源輸入端；光敏三極管集電極連接單片機和通過另一個限流電阻與直流電源相連；單片機先檢測前1次交流電源正半波的2次電平跳變的時間t1和t3，計算前1次波峰時刻t2，再檢測下1次交流電源正半波2次電平跳變時間t4和t6和此時波峰時間t5，得到交流電源周期，以下一個過零點時刻為基準(zhǔn)點，輸出控制信號控制可控硅準(zhǔn)確觸發(fā)。本發(fā)明不需其他門電路來提升電壓的驅(qū)動能力，對交流電源的幅值和頻率均無要求，對發(fā)光二極管的工作電壓不作限定，可容許交流電源的電壓值在大范圍內(nèi)波動。
文檔編號G01R19/175GK102062810SQ201010586260
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者潘天紅, 盛占石 申請人:江蘇大學(xué)