本發(fā)明屬于電氣工程信號(hào)采集領(lǐng)域，具體涉及一種交流電壓過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路。

背景技術(shù)：

在三相交流調(diào)壓或者可控整流的設(shè)備中，調(diào)壓主要是通過(guò)控制網(wǎng)側(cè)電源的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)，而算法軟件計(jì)算導(dǎo)通角則是依據(jù)網(wǎng)側(cè)電源的過(guò)零點(diǎn)為基礎(chǔ)的。因此網(wǎng)側(cè)電源過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)的準(zhǔn)確性直接決定了調(diào)壓或者可控整流調(diào)備的性能好壞。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有許多方法來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電源的過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)，但是現(xiàn)有方法對(duì)器件的要求依然較高，存在著功耗大、體積大等缺陷。

申請(qǐng)?zhí)枮?01310117752、201310122464、201310272944、201410295187、201410746237、201510254127的專(zhuān)利都是基于軟件算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)不同的計(jì)算方法來(lái)提高精度及濾除一些錯(cuò)誤的信息點(diǎn)。此類(lèi)軟件算法對(duì)于那些實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合得到較好的效果，但是對(duì)于調(diào)壓設(shè)備中實(shí)時(shí)性要求非常高的導(dǎo)通角，此類(lèi)軟件算法就會(huì)大打折扣，因?yàn)檐浖惴ǘ际腔诙鄠€(gè)采樣點(diǎn)，分步進(jìn)行判斷和處理，以致實(shí)時(shí)性非常差。

申請(qǐng)?zhí)枮?01520631182的專(zhuān)利采用先將網(wǎng)側(cè)線(xiàn)電壓分壓之后，再用分得的電壓來(lái)控制三極管的通斷來(lái)判斷過(guò)零點(diǎn)，這種方法實(shí)時(shí)性較好，但是控制三極管需要一個(gè)額外的5V電源來(lái)供電，而且這個(gè)5V電源的參考地必須與網(wǎng)側(cè)的零線(xiàn)連在一起，這個(gè)額外的電源會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性，進(jìn)而使可靠性降低。

申請(qǐng)?zhí)枮?01010586260、201520230814、201510528122的專(zhuān)利均采用電阻與光耦結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)，此類(lèi)方法實(shí)時(shí)性較好，也不需要在電網(wǎng)側(cè)增加額外的電源，但是此類(lèi)方法卻存在檢測(cè)精度依賴(lài)于器件精度、體積、功耗等因素，具體原因如下：光耦的導(dǎo)通需要一定的電流，這個(gè)電流會(huì)在電阻上產(chǎn)生壓差，這個(gè)壓差即實(shí)際過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)精度。普通光耦需要2mA才能正常導(dǎo)通，假設(shè)電阻為25KΩ，則過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)精度為2mA*25KΩ＝50V,

也就是說(shuō)真正需要的0V的過(guò)零點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)需要在50V的地方才能檢測(cè)到，檢測(cè)精度特別差。如果采用特殊工藝的光耦，其導(dǎo)通電流可以做到0.5mA，檢測(cè)精度可以大幅度提高，但是其價(jià)格卻是普通光耦的6-7倍；如果將電阻的阻值進(jìn)一步減小，將25KΩ減小到5KΩ也可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)精度的大幅提高，但是為了滿(mǎn)足功耗的要求電阻的體積將會(huì)增加10倍左右，在工業(yè)產(chǎn)品上是絕對(duì)不能接受的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種交流電壓過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路，檢測(cè)精度控制在10V以?xún)?nèi)，并且采用普通的器件即可實(shí)現(xiàn)，且不會(huì)有功耗較大的器件產(chǎn)生。

本發(fā)明提供了一種交流電壓過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路，其特征在于包括負(fù)載電容C1、用于信號(hào)傳遞的光耦U1、光耦輸出的下拉電阻R1；其中負(fù)載電容C1的一端與光耦U1原邊的一腳相連組成公共端，電容C1的另一端和光耦U1原邊的另一腳分別與電網(wǎng)側(cè)電壓輸出端相連；光耦U1副邊的發(fā)射極腳輸出檢測(cè)信號(hào)且經(jīng)下拉電阻R1與數(shù)字電源的接地端連接，光耦U1副邊的集電極腳與數(shù)字電源輸出端連接。

所述負(fù)載電容C1的電壓等級(jí)高于電網(wǎng)的電壓等級(jí)。

所述光耦U1采用雙向光耦。

所述下拉電阻R1采用1KΩ～10KΩ范圍內(nèi)的任意阻值。

所述的電容C1的容值C須滿(mǎn)足不等式：

Δi＝C*U*ω-i₀＞0；

其中，U為電網(wǎng)側(cè)電壓峰值；ω為電網(wǎng)側(cè)電壓頻率，i₀為光耦U1標(biāo)稱(chēng)的最小導(dǎo)通電流。

所述的數(shù)字電源為3.3V。

本發(fā)明以電容作為電網(wǎng)側(cè)的負(fù)載，構(gòu)建一個(gè)非線(xiàn)性的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)。線(xiàn)性系統(tǒng)中，負(fù)載電流完全隨交流電源的變化而變化，負(fù)載能量全部轉(zhuǎn)化為有功能量消耗。但在非線(xiàn)性系統(tǒng)中，負(fù)載電流就不完全取決于交流電源的變化，所以本專(zhuān)利采用電容作為非線(xiàn)性負(fù)載，對(duì)器件的依賴(lài)將減到最小。本發(fā)明將檢測(cè)的偏差控制為-5V至5V。負(fù)載電容C1與雙向光耦U1進(jìn)行串聯(lián)方式聯(lián)結(jié)，即電容C1的任一腳與光耦U1原邊的1腳或者2腳任意一腳相連組成公共端，電容的另一腳(非公共端)和光耦原邊的另一腳(非公共端)分別與電網(wǎng)側(cè)電壓相連。下拉電阻R1接在光耦的3腳(即副邊的發(fā)射極腳)與數(shù)字電源的地之間，光耦的4腳(即副邊的集電極腳)接數(shù)字電源3.3V(或者其它電壓值的數(shù)字電源)，這樣可以保證過(guò)零點(diǎn)時(shí)輸出對(duì)地為高電平。光耦U1采用最普通的雙向光耦即可，下拉電阻R1采用1KΩ～10KΩ范圍內(nèi)的任意阻值均可，器件選擇簡(jiǎn)單。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明示意圖；

圖2是電網(wǎng)側(cè)電壓及過(guò)零點(diǎn)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，便于清楚地了解本發(fā)明，但它們不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限定。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種交流電壓過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路，其特征在于包括負(fù)載電容C1、用于信號(hào)傳遞的光耦U1、光耦輸出的下拉電阻R1；其中負(fù)載電容C1的一端與光耦U1原邊的一腳相連組成公共端，電容C1的另一端和光耦U1原邊的另一腳分別與電網(wǎng)側(cè)電壓輸出端相連；光耦U1副邊的發(fā)射極腳輸出檢測(cè)信號(hào)且經(jīng)下拉電阻R1與數(shù)字電源的接地端連接，光耦U1副邊的集電極腳與數(shù)字電源輸出端連接。

所述負(fù)載電容C1的電壓等級(jí)高于電網(wǎng)的電壓等級(jí)。

所述光耦U1采用雙向光耦。

所述下拉電阻R1采用1KΩ～10KΩ范圍內(nèi)的任意阻值。

所述的電容C1的容值C須滿(mǎn)足不等式：

Δi＝C*U*ω-i₀＞0；

其中，U為電網(wǎng)側(cè)電壓峰值；ω為電網(wǎng)側(cè)電壓頻率，i₀為光耦U1標(biāo)稱(chēng)的最小導(dǎo)通電流。

所述的數(shù)字電源為3.3V。

如圖2所示：電網(wǎng)側(cè)的電源電壓為交流有效值380V，頻率50Hz，過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)的含義是將電網(wǎng)電源的每一個(gè)過(guò)零點(diǎn)都給出一個(gè)很窄的脈沖信號(hào)輸出，圖2中的正弦的交流電源與0V(橫實(shí)線(xiàn))的交點(diǎn)即理想的過(guò)零點(diǎn)，但是過(guò)零檢測(cè)都是存在偏差的，工程上不可能得到理想的過(guò)零點(diǎn)，如背景技術(shù)中描述的申請(qǐng)?zhí)枮?01010586260、201520230814、201510528122的專(zhuān)利，其檢測(cè)誤差為-50V與50V，本專(zhuān)利的目標(biāo)是將檢測(cè)的偏差控制為-5V與5V，圖中所示的兩條橫虛線(xiàn)分別為-5V與5V，即為我們需要達(dá)到的目標(biāo)。圖1中所示的過(guò)零點(diǎn)信號(hào)(窄脈沖)即為實(shí)際電網(wǎng)側(cè)交流電源過(guò)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。

如圖2所示，是本專(zhuān)利對(duì)電網(wǎng)側(cè)的電源進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)的具體實(shí)施的電路示意圖。電路包含：電網(wǎng)側(cè)的負(fù)載電容C1，信號(hào)傳遞的雙向光耦U1，光耦輸出的下拉電阻R1。其中負(fù)載電容C1與雙向光耦U1進(jìn)行串聯(lián)方式聯(lián)結(jié)，即電容C1的任一腳與光耦U1原邊的1腳或者2腳任意一腳相連組成公共端，電容的另一腳(非公共端)和光耦原邊的另一腳(非公共端)分別與電網(wǎng)側(cè)電壓相連即可。下拉電阻R1接在光耦的3腳(即副邊的發(fā)射極腳)與數(shù)字電源的地之間，光耦的4腳(即副邊的集電極腳)接數(shù)字電源3.3V(或者其它電壓值的數(shù)字電源)即可，這樣可以保證過(guò)零點(diǎn)時(shí)輸出對(duì)地為高電平。其中負(fù)載電容C1電壓等級(jí)必須高于電網(wǎng)的電壓等級(jí)。光耦U1采用最普通的光耦即可，但要求必須是雙向光耦。下拉電阻R1采用1KΩ～10KΩ范圍內(nèi)的任意阻值均可。

首先從物理過(guò)程上來(lái)描述本專(zhuān)利過(guò)零檢測(cè)的工作原理：當(dāng)網(wǎng)側(cè)電源電壓處于圖2中所示的t1～t3時(shí)刻時(shí)，圖1中L1電勢(shì)相對(duì)于L2電勢(shì)處于減小的趨勢(shì)，即負(fù)載電容C1兩端的電壓在慢慢減小，電容處于放電狀態(tài)，在t1時(shí)刻的放電電流為0，在t1～t2時(shí)刻內(nèi)的放電電流慢慢增加，在t2時(shí)刻放電電流達(dá)到最大，在t2～t3時(shí)刻內(nèi)的放電電流慢慢減小，在t3時(shí)刻的放電電流為0；當(dāng)電網(wǎng)側(cè)電源電壓處于圖2中所示的t3～t5時(shí)刻時(shí)，圖1中L1電勢(shì)相對(duì)于L2電勢(shì)處于增加的趨勢(shì)，即負(fù)載電容C1兩端的電壓在慢慢增加，負(fù)載電容C1處于充電狀態(tài)，在t3時(shí)刻的充電電流為0，在t3～t4時(shí)刻內(nèi)的充電電流慢慢增加，在t4時(shí)刻充電電流達(dá)到最大，在t4～t5時(shí)刻內(nèi)的充電電流慢慢減小，在t5時(shí)刻的放電電流為0；t5時(shí)刻之后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期，循環(huán)重復(fù)t1～t5的過(guò)程。上述物理過(guò)程中，在t2和t4時(shí)刻(實(shí)際電網(wǎng)的過(guò)零點(diǎn))流過(guò)負(fù)載電容C1的電流達(dá)到最大，若將此最大電流設(shè)置為光耦U1的最小導(dǎo)通電流，則光耦U1會(huì)在t2和t4時(shí)刻分別輸出一個(gè)高電平，而其它時(shí)刻負(fù)載電容C1上的電流太小達(dá)不到光耦的導(dǎo)通條件致使光耦輸出低電平，所以光耦只在過(guò)零的時(shí)刻輸出高電平，而在其它時(shí)刻都輸出低電平。

下面從數(shù)學(xué)的角度來(lái)分析本發(fā)明的工作原理：

負(fù)載電容在充放電時(shí)電流的基本公式：

假設(shè)電網(wǎng)兩端的電壓U_L＝U*sin(ωt)，

則電容上的電流方程為i＝C*U*ω*cos(ωt)；

當(dāng)電網(wǎng)側(cè)電壓U_L＝0時(shí)，即sin(ωt)＝0時(shí)，則cos(ωt)＝±1，即電容上的電流的絕對(duì)值達(dá)到最大值i₁＝C*U*ω。當(dāng)電容上電流達(dá)到最大值時(shí)光耦導(dǎo)通輸出高電平，即輸出對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)側(cè)的過(guò)零點(diǎn)。

工程上實(shí)現(xiàn)時(shí)，不同廠家的光耦的最小導(dǎo)通電流不一樣，采用不同容值的電容即可滿(mǎn)足要求。即通過(guò)調(diào)整電容的容值來(lái)滿(mǎn)足光耦的最小導(dǎo)通電流的要求，而對(duì)光耦自身的最小導(dǎo)通電流沒(méi)有要求。例如，某廠家的光耦標(biāo)稱(chēng)的最小導(dǎo)通電流為i₀，由于電網(wǎng)側(cè)電壓峰值U和頻率ω均已知，選擇合適的電容值C滿(mǎn)足i₁＝C*U*ω＞i₀即可，即電容的容值只需滿(mǎn)足不等式Δi＝C*U*ω-i₀＞0即可。而Δi＝C*U*ω-i₀＞0的值的大小則決定了過(guò)零檢測(cè)的精度，此值越小，則精度越高；此值越大，則精度越差。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，電容在充放電的過(guò)程中產(chǎn)生的功耗可以忽略不計(jì)，但電容的電壓等級(jí)必須高于電網(wǎng)電壓，而現(xiàn)有的技術(shù)其電阻會(huì)產(chǎn)生較大的功耗；對(duì)器件的依賴(lài)度而言，此方法主要取決于公式Δi＝C*U*ω-i₀中的電容值，而不取決于光耦的最小導(dǎo)通電流，現(xiàn)有電容的制造工藝及過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)各種不同的容值，而光耦的最小導(dǎo)通電流要進(jìn)一步減小以現(xiàn)有的技術(shù)而言是不可能實(shí)現(xiàn)的；檢測(cè)的精度而言，現(xiàn)有技術(shù)如果要提高精度，必須選擇價(jià)格高的低電流導(dǎo)通光耦，而本專(zhuān)利只需簡(jiǎn)單的調(diào)整電容容值使Δi＝C*U*ω-i₀盡量小即可調(diào)整精度，但對(duì)光耦的導(dǎo)通電流卻沒(méi)有要求。

本說(shuō)明書(shū)未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。