一種光耦驅動的過零檢測電路的製作方法

2023-07-01 09:38:16 1

一種光耦驅動的過零檢測電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種過零檢測電路，特別是一種交流狀態下可控矽兩端的過零信號檢測技術。本實用新型公開了一種具有高精度的過零檢測電路，包括順次供電電路（11）、過零信號整形電路（12）、過零信號輸出電路（13）及電壓鉗位電路（113）；其中過零信號整形電路（12）主要由兩個NPN型三極體（Q3、Q6）、兩個PNP型三極體（Q4、Q6）及四個儲能電容（C2、C3、C4、C5）組成，過零信號輸出電路（13）主要由兩個光耦器件（IC1、IC2）和信號驅動電路（132）組成。本實用新型的具有高精度的過零檢測器用於檢測交流輸入信號的過零點，可以直接連接到功率組件的兩端獲取過零信號。
【專利說明】一種光耦驅動的過零檢測電路

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種交流狀態下可控矽兩端的過零信號檢測技術。

【背景技術】
[0002]過零檢測是利用電子電路檢測交流電源的過零點。現有技術是利用光耦器件來實現的，當交流電源接入點兩端的電勢差不為零時觸發光耦工作，此方法需要直接從交流電源的接入端取電，例如發明專利CN 102890184 A中的一種基於光耦的過零檢測電路的設計形式，當電流電源電壓比較高時，為了保護光耦器件限流電阻取值較大，當交流電源壓差低時不能觸發光耦器件導通，同時限流電阻的阻值隨著會隨著溫度變化存在一定的浮動，使電路檢測出的過零點出現失真。這種利用光耦器件實現過零檢測的方法需要直接從交流電源接入端取電，當配合功率器件工作時，需要有特定的接線方式，且接線複雜易出錯。現有技術也有利用硬體過零比較器來實現過零檢測點，但是此方法電路複雜，且需要雙電源才能實現過零信號的檢測，同時該方法在配合功率器件應用時也需要特定的接線方式，否則不能正常工作。現有技術中也有利用硬體過零比較器例如發明專利CN 102497144 A中提出的一種基於硬體比較採集過零點的直流無刷電機驅動控制裝置，這種電路的設計方法複雜，且需要雙電源驅動才能實現過零信號的檢測，同時該方法在配合功率器件應用時需要特定的接線方式，否則不能正常工作。
實用新型內容
[0003]針對上述現有技術，本實用新型解決的技術問題是提供一種過零信號檢測電路，可以直接連接到功率器件兩端檢測過零信號，並且輸出的過零信號波形寬度穩定精度更聞。
[0004]為解決上述問題，本實用新型的過零信號檢測電路包括:供電電路、過零信號整形電路、過零信號輸出電路及電壓鉗位電路；所述的供電電路與交流信號的兩個輸入端相連為過零信號整形電路中的三極體提供偏置電壓和交流信號，過零信號整形電路將供電電路輸入的交流信號的波形進行整形後觸發過零信號輸出電路中光耦器件的交替導通，在交流信號輸入端信號過零點時過零信號輸出電路輸出過零信號。
[0005]所述的供電電路由壓降電路及交流半周整流電路組成。所述供電電路與兩個交流信號輸入端相連，兩個交流信號輸入端分別為交流信號輸入端的第一、第二輸入端；所述的壓降電路與交流信號的第一輸入端相連後連接交流半周整流電路，為零信號整形電路中的三極體提供合適的偏壓和交流信號；所述的交流半周整流電路由兩個二極體D3、D4組成，為交流輸入正負信號提供不同的通路，二極體D3的陽極和二極體D4的陰極相連，其連接節點與壓降電路相連，二極體D3的陰極和二極體D4的陽極作為供電電路的兩個輸出端與過零信號整形電路相連。
[0006]所述的過零信號整形電路由四個三極體、儲能電容C2、儲能電容C3、儲能電容C4、儲能電容C5及五個電阻組成；過零信號整形電路中的四個三極體分為兩組，每組都由一個NPN型三極體的發射極和一個PNP型三極體的發射極相連組成；兩組三極體中的NPN型三極體和PNP型三極體的連接節點均連接到第二交流信號輸入端上；第一組中的三極體根據供電電路輸入的交流信號的正負交替導通；第二組中的三極體根據第一組三極體傳輸的信號交替導通，向過零信號輸出電路的輸入端輸出觸發信號；第一組中的NPN型電晶體的集電極通過儲能電容C4與第二組中的PNP型電晶體的基極相連，第一組中的PNP型電晶體的集電極通過儲能電容C5與第二組中的NPN型電晶體的基極相連，第一組三極體中的NPN型電晶體的基極和PNP型電晶體的基極相連後其節點通過電阻R2連接到第一交流信號輸入端上，第一組三極體中的NPN型電晶體的集電極和PNP型電晶體的集電極分別串聯一個電阻後作為過零信號整形電路的兩個輸入端與供電電路的輸出端相連；第二組三極體中的NPN型電晶體的集電極和PNP型電晶體的集電極作為過零信號整形電路的第一、第二輸出端與過零信號輸出電路相連；儲能電容C2串接在過零信號整形電路的第一輸入端和第一組電晶體的連接節點之間，儲能電容C3串聯在過零信號整形電路的第二輸入端和第一組電晶體的連接節點之間。
[0007]所述的過零信號輸出電路由光耦電路、信號驅動電路、電阻R4、電阻R7及過零信號輸出端?ο構成；光|禹電路由兩個光I禹器件構成；第一個光I禹器件的輸入正極通過一個限流電阻R4與過零信號整形電路的第一輸入端相連，第一個光耦器件的輸入負極與過零信號整形電路的第一輸出端相連；第二個光耦器件的輸入正極與過零信號整形電路的第二輸出端相連，第二個光耦器件的輸入負極通過一個限流電阻R7與過零信號整形電路的第二輸入端相連。第一個光I禹器件的輸出正極和第二個光I禹器件的輸出正極相連作為光I禹電路的第一輸出端，第一個光I禹器件的輸出負極和第二個光I禹器件的輸出負極相連作為光I禹電路的第二輸出端，光耦電路的兩個輸出端分別與信號驅動電路的兩個輸入端相連，控制信號驅動電路的導通狀態，由連接在信號驅動電路上的過零信號輸出端1輸出過零信號。
[0008]所述的電壓鉗位電路由穩壓二極體Dl和穩壓二極體D2組成；穩壓二極體Dl的陽極和穩壓二極體D2的陽極相連後並接在壓降電路(111)和第二交流信號輸入端上，用來保護電路在輸入電壓過大時不會被擊穿。
[0009]在上述技術方案中，運用儲能電容為過零信號整形電路的第二組三極體進行供電，交替的為過零信號輸出電路中的兩個光耦器件提供短暫的觸發信號後輸出過零信號，相比傳統的過零檢測電路將交流電源連接較大的限流電阻後直接控制光耦器件的通斷來輸出過零信號的電路精度更高，當配合功率器件工作時，傳統的過零檢測電路需要有特定的接線方式，且接線複雜易出錯，改進的技術方案的交流信號輸入端能夠直接與負載相連，減少過零信號的失真。
[0010]作為本實用新型的進一步改進，所述的壓降電路可以由一個電阻和一個電容並聯組成。
[0011]作為本實用新型的進一步改進，所述的信號驅動電路可以由NPN型三極體Q7、電阻R9、R10、R11及直流電源V組成；NPN型三極體Q7的發射極接地，基極通過電阻RlO後接地；NPN型三極體Q7的集電極通過電阻Rll與直流電源V相連後作為信號驅動電路(132)的第一輸入端，NPN型三極體Q7的基極串聯電阻R9後作為信號驅動電路(132)的第二輸入端，這兩個輸入端分別與光耦電路(131)的第一、第二輸出端相連；過零信號輸出端1接在NPN型三極體Q7的集電極處。
[0012]作為本實用新型的進一步改進，所述的信號驅動電路可以由一個反向電路構成。當光耦電路斷開時，信號輸出端輸出高電平；當光耦電路導通時，過零信號輸出端1輸出低電平。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的第一種實施例的電路結構示意圖。
[0014]圖2是本實用新型的第二種實施例的電路結構示意圖。
[0015]圖3是本實用新型的第三種實施例的電路結構示意圖。

【具體實施方式】
[0016]現結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進一步說明。
[0017]實施例1:
[0018]本實用新型的固態繼電器的第一種實施方式如圖1所示，包括供電電路11、過零信號整形電路12、過零信號輸出電路13及電壓鉗位電路113。
[0019]供電電路11由壓降電路111及交流半周整流電路112組成。供電電路(11)直接與兩個交流信號輸入端相連，兩個交流信號輸入端分別為第一交流信號輸入端和第二交流信號輸入端；所述的壓降電路211由電阻Rl和電容Cl並聯組成，其並聯的兩個節點中的一個第一交流信號輸入端相連，另一個節點與半周整流電路112相連；所述的半周整流電路212由二極體D3和二極體D4組成，二極體D3的陽極與二極體D4的陰極相串聯，其節點與壓降電路111相連，二極體D3的陰極和二極體D3的陽極作為供電電路的第一、第二輸出端連接過零信號整形電路12。
[0020]過零信號整形電路12由NPN型三極體Q3、PNP型三極體Q4、NPN型三極體Q5和PNP型三極體Q6、儲能電容C2、儲能電容C3、儲能電容C4、儲能電容C5及電阻R2、電阻R3、電阻R5、電阻R6、電阻R8構成。NPN型三極體Q3的發射極和PNP型三極體Q4發射極相連，NPN型三極體Q3的集電極串聯電阻R3後作為過零信號整形電路12的第一輸入端，PNP型三極體Q4的集電極串聯電阻R6後作為過零信號整形電路12的第二輸入端，兩個輸入端分別與供電電路11的第一、第二輸出端相連；NPN型三極體Q3的基極和PNP型三極體Q4的基極相連後的節點通過電阻R2連接到第一交流信號輸入端上，NPN型三極體Q3的發射極和PNP型三極體Q4發射極相連接的節點連接到第二交流信號輸入端上；儲能電容C2串接在過零信號整形電路12的第一輸入端與NPN型三極體Q3的發射極之間；儲能電容C3串接在過零信號整形電路12的第二輸入端與PNP型三極體Q4發射極之間；PNP型三極體Q5的發射極和NPN型三極體Q6的發射極相連接，其連接節點與第二交流信號輸入端相連，PNP型三極體Q5的基極串聯儲能電容C4後與PNP型三極體Q4的集電極相連，PNP型三極體Q6的基極串聯儲能電容C5後與PNP型三極體Q3的集電極相連，電阻R5串接在NPN型三極體Q5的基極和發射極之間，電阻R6串接在NPN型三極體Q6的基極和發射極之間，NPN型三極體Q5和PNP型三極體Q6的集電極作為過零信號整形電路的第一、第二輸出端與過零信號輸出電路13相連。
[0021]過零信號輸出電路13由光耦電路131、信號驅動電路132、電阻R4、電阻R7及過零信號輸出端1構成。所述的光耦電路131由光耦器件ICl和光耦器件IC2構成；光耦器件ICl的輸入正極連接電阻R4後與過零信號整形電路12的第一輸入端相連，光耦器件ICl的輸入負極與過零信號整形電路12的第一輸出端相連；光耦器件IC2的輸入負極串連接電阻R7後與過零信號整形電路12的第二輸入端相連，光耦器件IC2中的輸入正極與過零信號整形電路12的第二輸出端相連。光敏器件ICl的輸出正極與光敏器件IC2的輸出正極相連的節點作為作為光I禹電路131的第一輸出端,光敏器件ICl的輸出負極和光敏器件IC2的輸出負極相連的節點作為光耦電路131的第二輸出端，光耦電路131的兩個輸出端與信號驅動電路132相連；所述的信號驅動電路132由NPN型三極體Q7、電阻R9、R10、R11及直流電源V組成；NPN型三極體Q7的發射極接地，NPN型三極體Q7的基極連接電阻RlO後接地；NPN型三極體Q7的集電極通過電阻Rll與直流電源V相連後作為信號驅動電路132的第一輸入端，NPN型三極體Q7的基極串聯電阻R9後作為信號驅動電路132的第二輸入端，這兩個輸入端分別與光耦電路131的第一、第二輸出端相連；過零信號輸出端1接在NPN型三極體Q7的集電極處；光耦電路131的導通狀態控制信號驅動電路132的導通與斷開，根據光耦電路131輸入給信號驅動電路132的信號過零信號輸出端1輸出過零信號。
[0022]電壓鉗位電路113由穩壓二極體Dl和穩壓二極體D2組成；穩壓二極體Dl的陽極和穩壓二極體D2的陽極相連，穩壓二極體Dl的陰極與二極體D3和二極體D4的連接節點相連，穩壓二極體D2的陰極與第二交流信號輸入端相連。通過增加電壓鉗位電路113可以保護整體電路在輸入電壓過大時不會被擊穿燒毀。
[0023]當第一交流信號輸入端處於交流正半周信號時，半周整流電路112中的二極體D3導通，D4截止；此時NPN型三極體Q3的基極電位高於發射極電位，NPN型三極體Q3導通，NPN型三極體Q3的集電極電位迅速下降，由於儲能電容C5兩端的電壓不能突變，使得PNP型三極體Q6的基極產生一個負電壓的三角脈衝，使PNP型三極體Q6導通，觸發光耦器件IC2的導通，光耦器件IC2的導通又觸發了 NPN型三極體Q7的導通，NPN型三極體Q7的集電極電位迅速下降使過零信號輸出端1輸出低電平；由於儲能電容C5上的電壓迅速下降，所以光耦器件IC2隻會被觸發工作很短的時間，當光耦器件IC2斷開時，NPN型三極體Q7截止，過零信號輸出端1輸出高電平。
[0024]當第二交流信號輸入端處於交流正半周信號時，半周整流電路112中的二極體D4導通，D3截止；此時PNP型三極體Q4的基極電位低於發射極電位，PNP型三極體Q4導通，PNP型三極體Q4的集電極電位迅速上升，由於儲能電容C4兩端的電壓不能突變，使得NPN型三極體Q5的基極產生一個正電壓的三角脈衝，使NPN型三極體Q5導通，觸發光耦器件ICl的導通，光耦器件ICl的導通又觸發了 NPN型三極體Q7的導通，NPN型三極體Q7的集電極電位迅速下降使過零信號輸出端1輸出低電平；由於儲能電容C4上的電壓迅速下降，所以光耦器件IC2隻會被觸發工作很短的時間，當光耦器件ICl斷開時，NPN型三極體Q7截止，過零信號輸出端1輸出高電平。
[0025]在整個交流信號周期上，光耦器件ICl和IC2在交流信號半周期的過零點處交替的被短暫觸發導通使過零信號輸出端1在交流信號的過零點輸出低電平。
[0026]通過如上所述過零檢測電路中過零信號輸出端1的輸出電平就能判斷交流輸入信號的過零點，同時交流信號輸入端可以直接與交流負載相連。
[0027]實施例2:
[0028]優選的，如圖2所示，作為本實用新型的進一步改進，實施例1的過零檢測電路中的信號驅動電路132由直流電源V、電阻R12組成；過零信號輸出端1輸接在過零信號整形電路的第一輸出端上。
[0029]實施例3:
[0030]優選的，如圖3所示，作為本實用新型的進一步改進，實施例1或2的過零檢測電路中的信號驅動電路132後增加一個CMOS反相器1322 ;所述的方向器由電阻R13、PM0S管Q7、NMOS管Q8構成；PM0S管Q7和NMOS管Q8的漏極相連的節點與過零信號整形電路的第一輸出端相連，PMOS管Q7的源極通過電阻R13與直流電源V相連，NMOS管Q8的源極與地相連，PMOS管Q7和NMOS管Q8的柵極相連後的節點連接過零信號輸出端1 ;當光耦器件ICl或光耦器件IC2導通時過零信號輸出端1輸出高電平，當光耦器件ICl和光耦器件IC2均斷開時過零信號輸出端1輸出低電平。
[0031]以上所列舉的3個實施例中的壓降電路的電路形態除了上述實施例中的結構外還可以有其它形式的設計方法，比如單獨使用一個電阻作為壓降電路等；供電電路的保護電路除上述實施例中的結構外還可以有其它形式的設計方法，比如供電電路增加串聯限幅保護電路、RC阻容吸收回路等；信號驅動電路可以採用其他電路結構，如使用同相緩衝器或開關晶片等。
[0032]儘管結合優選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本實用新型的精神和範圍內，在形式上和細節上可以對本實用新型做出各種變化，均為本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種光耦驅動的過零檢測電路，包括:供電電路(11)、過零信號整形電路(12)、過零信號輸出電路(13)及電壓鉗位電路(I 13);其特徵在於: 供電電路(11)由壓降電路(111)及交流半周整流電路(112)組成；供電電路(11)直接與兩個交流信號輸入端相連，兩個交流信號輸入端分別為第一交流信號輸入端和第二交流信號輸入端；所述的壓降電路(111)連接第一交流信號輸入端後與交流半周整流電路(112)相連；所述的交流半周整流電路(112)由二極體D3和二極體D4組成，二極體D3的陽極與二極體D4的陰極相連，其串聯節點與壓降電路(111)相連，二極體D3的陰極和二極體D4的陽極分別作為供電電路的第一、第二輸出端連接過零信號整形電路(12)； 過零信號整形電路(12)由NPN型三極體Q3、PNP型三極體Q4、NPN型三極體Q5和PNP型三極體Q6、儲能電容C2、儲能電容C3、儲能電容C4和儲能電容C5及電阻R2、電阻R3、電阻R5、電阻R6和電阻R8組成；NPN型三極體Q3的發射極和PNP型三極體Q4發射極相連，NPN型三極體Q3的集電極串聯電阻R3後作為過零信號整形電路(12)的第一輸入端，PNP型三極體Q4的集電極串聯電阻R6後作為過零信號整形電路(12)的第二輸入端，過零信號整形電路(12)的第一、第二輸入端與供電電路(11)的第一、第二輸出端相連；NPN型三極體Q3的基極和PNP型三極體Q4的基極相連後的節點通過電阻R2連接到第一交流信號輸入端上，NPN型三極體Q3的發射極和PNP型三極體Q4發射極相連後的節點連接到第二交流信號輸入端上；儲能電容C2串接在過零信號整形電路(12)的第一輸入端和NPN型三極體Q3的發射極之間，儲能電容C3串聯在過零信號整形電路(12)的第二輸入端和PNP型三極體Q4發射極之間；PNP型三極體Q5的發射極和NPN型三極體Q6的發射極相連接，其串聯節點和NPN型三極體Q3與PNP型三極體Q4的串聯節點相連，PNP型三極體Q5的基極串聯儲能電容C4後與PNP型三極體Q4的集電極相連，PNP型三極體Q6的基極串聯儲能電容C5後與PNP型三極體Q3的集電極相連，NPN型三極體Q5的基極和發射極間串聯電阻R5，PNP型三極體Q6的基極和發射極間串聯電阻R6，NPN型三極體Q5的集電極和PNP型三極體Q6的集電極分別作為過零信號整形電路(12)的第一、第二輸出端與過零信號輸出電路(13)相連； 過零信號輸出電路(13 )由光耦電路(131)、信號驅動電路(132 )、電阻R4、電阻R7及過零信號輸出端1構成；所述的光耦電路(131)由光耦器件ICl和光耦器件IC2構成，光耦器件ICl的輸入正極連接電阻R4後與過零信號整形電路(12)的第一輸入端相連，光耦器件ICl的輸入負極與過零信號整形電路(12)的第一輸出端相連；光|禹器件IC2的輸入負極連接電阻R7後與過零信號整形電路(12)的第二輸入端相連，光耦器件IC2中的輸入正極與過零信號整形電路(12)的第二輸出端相連；光敏器件ICl的輸出正極和光敏器件IC2的輸出正極相連的節點作為光I禹電路(131)的第一輸出端，光敏器件ICl的輸出負極和光敏器件IC2的輸出負極相連的節點作為光耦電路(131)的第二輸出端；光耦電路(131)的第一、第二輸出端與信號驅動電路(132 )相連，信號驅動電路(132 )的輸出端輸出過零檢測信號; 所述的電壓鉗位電路(113)由穩壓二極體Dl和穩壓二極體D2組成；穩壓二極體Dl的陽極和穩壓二極體D2的陽極相連後並接在壓降電路(111)和第二交流信號輸入端上。
2.根據權利要求1所述的光耦驅動的過零檢測電路，其特徵是:供電電路(11)中的壓降電路(111)可以由一個電阻和一個電容並聯組成。
3.根據權利要求1或2所述的光耦驅動的過零檢測電路，其特徵是:過零信號輸出電路(13 )中的信號驅動電路(132 )是三極體反相電路。
4.根據權利要求3所述的光耦驅動的過零檢測電路，其特徵是:所述的三極體反相電路由NPN型三極體Q7、電阻R9、R1、Rll及直流電源V組成；NPN型三極體Q7的發射極接地，基極通過電阻RlO後接地；NPN型三極體Q7的集電極通過電阻Rll與直流電源V相連後作為信號驅動電路(132)的第一輸入端，NPN型三極體Q7的基極串聯電阻R9後作為信號驅動電路(132)的第二輸入端，這兩個輸入端分別與光耦電路(131)的第一、第二輸出端相連；過零信號輸出端1接在NPN型三極體Q7的集電極處。
5.根據權利要求1或2所述的光耦驅動的過零檢測電路，其特徵是:過零信號輸出電路(13)中的信號驅動電路(132)由反相器或同相緩衝器或開關晶片構成。
【文檔編號】G01R19/175GK204065223SQ201420431679
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2014年8月1日
【發明者】林俊華, 金峻 申請人:庫頓電子科技（廈門）有限公司