CN102385000B - 电表***的过零检测电路 - Google Patents
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Abstract
一种电表***的过零检测电路，包括：过零检测单元，其包括输入端、输出端、电源端和电源地，该输入端与高压交流的相线相连，该地与高压交流的零线相连；供电单元，其输入连接在高压交流的相线和零线之间，其输出连接该过零检测单元的电源端和电源地；隔离单元，包括相互隔离的输入侧和输出侧，该输入侧串接在该过零检测单元的电源端和输出端之间，该输出侧提供检测结果，能够精确检测高压交流的过零点并实现高压交流隔离。
Description
技术领域
本发明涉及电表***，尤其涉及一种在载波电表中的过零检测电路。
背景技术
电力线载波通讯技术广泛应用于自动抄表领域，这种通讯方式经常需要精确检测电力线上交流电的过零点以实现正常的通讯。现有的过零检测电路多是用电阻分压或稳压管的方式获得过零点，这种方法虽然容易实现、成本较低，但在电气隔离和抗干扰能力等方面较差；有的检测电路需要专用电源向其供电，成本高、结构复杂、占用较多的PCB面积，难以在体积较小的***中使用。并且，在载波电表中，通常设置有多种人体可接触的弱电接口，而电表本身是挂在电力线上的，电表内部的元器件很可能带有危害人身安全的高压交流电，如果不进行有效的隔离的话，会比较容易导致触电事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种能够精确检测高压交流的过零点并实现高压交流隔离的过零检测电路。
本发明针对上述技术问题而提出的技术方案包括，提出一种电表***的过零检测电路，包括：过零检测单元，其包括输入端、输出端、电源端和电源地，该输入端与高压交流的相线相连，该电源地与高压交流的零线相连；供电单元，其输入连接在高压交流的相线和零线之间，其输出连接该过零检测单元的电源端和电源地；隔离单元，包括相互隔离的输入侧和输出侧，该输入侧串接在该过零检测单元的电源端和输出端之间，该输出侧提供检测结果；该过零检测单元包括检测电阻、输入保护二极管、输入电阻和相互级联的两个三极管，该相互级联的两个三极管包括第一个三极管和第二个三极管,该检测电阻串接在高压交流的相线与该输入电阻之间，该输入电阻串接在该检测电阻和该相互级联的两个三极管的输入端之间，该输入保护二极管的正极接电源地、负极与该检测电阻与输入电阻的连接端相连，该输出端与该第二个三极管的输出端连接，该电源端连接在该第一个三极管的输出端与该隔离单元的输入侧之间；该供电单元包括取电电阻、稳压二极管、整流二极管和蓄电电容，该取电电阻、整流二极管和蓄电电容相互串联地设置在高压交流的相线和零线之间，该整流二极管的正极与取电电阻相连，该稳压二极管的正极与高压交流的零线相连、负极与该整流二极管的正极相连，该供电单元的输出连接在该整流二极管的负极与蓄电电容之间；其中，当高压交流的相线上的电压处于正半周的时候，该输入侧维持在截止状态；当高压交流的相线上的电压由正半周往负半周地过零的时候，该输入侧由截止状态转变为导通状态；当高压交流的相线上的电压处于负半周的时候，该输入侧维持在导通状态；当高压交流的相线上的电压由负半周往正半周地过零的时候，该输入侧由导通状态转变为截止状态。
该第一个三极管为NPN型，其基极与该输入电阻相连，其集电极经由一电阻与该过零检测单元的电源端相连，其发射极与电源地相连；该第二个三极管为NPN型，其基极与该第一个三极管的集电极相连，其集电极与该隔离单元的输入侧相连，其发射极与电源地相连。
该检测电阻包括多个串联的电阻。
该过零检测单元还包括与该输入保护二极管并联的电容。
该蓄电电容包括一个电容或者相互并联的至少两个电容。所述的电容可以是有极性的电解电容，也可以是无极性的陶瓷电容。
该取电电阻包括多个串联的电阻。
该隔离单元包括光藕器件，其包括位于输入侧的发光二极管和输出侧的光敏三极管，该光敏三极管连接直流电源，该光敏三极管的发射极连接该直流电源的接地端，集电极经由电阻连接该直流电源的电源端，该集电极可直接提供检测结果的输出，或者，该集电极可连接反相电路，由该反相电路提供检测结果的输出。
与现有技术相比，本发明的电表***的过零检测电路，能够精确检测高压交流的过零点并实现高压交流隔离。
附图说明
图1是本发明的电表***的过零检测电路实施例的电原理图。
图2是本发明的电表***的过零检测电路实施例的输入与第一种输出波形图。
图3是本发明的电表***的过零检测电路实施例的输入与第二种输出波形图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。
图1是本发明的电表***的过零检测电路实施例的电原理图。该过零检测电路包括：过零检测单元、供电单元和隔离单元。
该供电单元包括取电电阻R1、R2和R3、稳压二极管Z1、整流二极管D1和蓄电电容C1和C2，该取电电阻R1、R2和R3、整流二极管Z1和蓄电电容C1和C2相互串联地设置在高压交流的相线L-Line和零线N-Line之间，该整流二极管D1的正极与取电电阻R1、R2和R3相连，该稳压二极管Z1的正极与高压交流的零线N-Line相连、负极与该整流二极管D1的正极相连。可见，该取电电阻包括三个串联的电阻R1、R2和R3，这种结构提高电路的耐压性，从而提高整个电路的可靠性，该蓄电电容包括相互并联的两个电容C1和C2，每个电容可以是有极性的电解电容，也可以是无极性的陶瓷电容，这种结构一方面可以提高蓄电能力，另一方面可提高整个电路的可靠性。在一个实际电路中，取电电阻R1、R2和R3均选用68K欧姆，稳压二极管Z1选用10V的管，整流二极管D1选用IN4148，蓄电电容C1和C2均选用10μF，需要说明的是，蓄电电容只采用一个容值为10μF的电解电容/陶瓷电容C1或C2来实现也是可以的。
该过零检测单元包括检测电阻R6、R7和R8、输入保护二极管D2、输入电阻R9、电容C3和相互级联的两个三极管Q1、Q2，该检测电阻R6、R7和R8串接在高压交流的相线L-Line与该输入电阻R9之间，该输入电阻R9串接在该检测电阻R6、R7和R8和该相互级联的两个三极管Q1、Q2的输入端之间，该输入保护二极管D2的正极接电源地、负极与该检测电阻R6、R7和R8与输入电阻R9的连接端相连，电容C3与该输入保护二极管D2并联。该相互级联的两个三极管包括第一个三极管Q1和第二个三极管Q2；该第一个三极管Q1为NPN型，其基极与该输入电阻R9相连，其集电极经由一电阻R4与该过零检测单元的电源端相连，其发射极与电源地相连；该第二个三极管Q2为NPN型，其基极与该第一个三极管Q1的集电极相连，其集电极与该隔离单元的输入侧相连，其发射极与电源地相连。在一个实际电路中，检测电阻R6、R7和R8均选用150K欧姆，输入保护二极管D2选用BAT54S，输入电阻R9选用510欧姆，电容C3均选用10Nf，两个三极管Q1、Q2均选用BC847。
该隔离单元包括光藕器件U1，其包括位于输入侧的发光二极管和输出侧的光敏三极管，该发光二极管的正极通过电阻R5与该供电单元中的蓄电电容C1和C2的正极相连，该发光二极管的负极与该过零检测单元中的第二个三极管Q2的集电极相连；该光敏三极管连接直流电源，该光敏三极管的发射极连接该直流电源的接地端，集电极经由电阻R10连接该直流电源的电源端3V3，该集电极可直接提供检测结果的输出TP1，这时的过零检测电路相当于在图1中去除电阻R11和NPN型三极管Q3，这时的输入、输出波形如图3所示，其中，输入为正弦波，输出为方波，并且，该方波与该正弦波同相，也就是：在输入处于正半周的时候，输出处于高电平；在输入处于负半周的时候，输出也处于低电平；在输入的正弦波过零的时候，输出的方波反转。在一个实际电路中，该光藕器件U1选用2501，电阻R5选用1K欧姆，电阻R10选用10K欧姆。
或者，过零检测电路如图1所示，该集电极可连接由电阻R11和NPN型三极管Q3构成的反相电路，该反相电路提供检测结果的输出TP2，这时的输入、输出波形如图2所示，其中，输入为正弦波，输出为方波，并且，该方波与该正弦波反相，也就是：在输入处于正半周的时候，输出处于低电平；在输入处于负半周的时候，输出也处于高电平；在输入的正弦波过零的时候，输出的方波反转。在一个实际电路中，电阻R11选用10K欧姆，电阻R10选用10K欧姆，NPN型三极管Q3选用BC847。
与现有技术相比，本发明的电表***的过零检测电路，具有的有益效果包括：
1.可实现精确检测电力线交流电的过零点；
2.实现高压电力线与弱电检测***的隔离，有效避免触电发生，保障人身安全；
3.无需在高压侧增加专用电源，本电路可自行供电；
4.抗干扰能力强；
5.电路简单，成本较低；
6.受环境温度等因素影响小，工作稳定、可靠。
上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种电表***的过零检测电路，其特征在于，包括：过零检测单元，其包括输入端、输出端、电源端和电源地，该输入端与高压交流的相线相连，该电源地与高压交流的零线相连；供电单元，其输入连接在高压交流的相线和零线之间，其输出连接该过零检测单元的电源端和电源地；隔离单元，包括相互隔离的输入侧和输出侧，该输入侧串接在该过零检测单元的电源端和输出端之间，该输出侧提供检测结果；该过零检测单元包括检测电阻、输入保护二极管、输入电阻和相互级联的两个三极管，该相互级联的两个三极管包括第一个三极管和第二个三极管,该检测电阻串接在高压交流的相线与该输入电阻之间，该输入电阻串接在该检测电阻和该相互级联的两个三极管的输入端之间，该输入保护二极管的正极接电源地、负极与该检测电阻与输入电阻的连接端相连，该过零检测单元的输出端与该第二个三极管的输出端连接，该过零检测单元的电源端连接在该第一个三极管的输出端与该隔离单元的输入侧之间；该供电单元包括取电电阻、稳压二极管、整流二极管和蓄电电容，该取电电阻、整流二极管和蓄电电容相互串联地设置在高压交流的相线和零线之间，该整流二极管的正极与取电电阻相连，该稳压二极管的正极与高压交流的零线相连、负极与该整流二极管的正极相连，该供电单元的输出连接在该整流二极管的负极与蓄电电容之间；其中，当高压交流的相线上的电压处于正半周的时候，该输入侧维持在截止状态；当高压交流的相线上的电压由正半周往负半周地过零的时候，该输入侧由截止状态转变为导通状态；当高压交流的相线上的电压处于负半周的时候，该输入侧维持在导通状态；当高压交流的相线上的电压由负半周往正半周地过零的时候，该输入侧由导通状态转变为截止状态。
2.如权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，该第一个三极管为NPN型，其基极与该输入电阻相连，其集电极经由一电阻与该过零检测单元的电源端相连，其发射极与电源地相连；该第二个三极管为NPN型，其基极与该第一个三极管的集电极相连，其集电极与该隔离单元的输入侧相连，其发射极与电源地相连。
3.如权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，该检测电阻包括多个串联的电阻。
4.如权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，该过零检测单元还包括与该输入保护二极管并联的电容。
5.如权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，该蓄电电容包括一个电容或者相互并联的至少两个电容。
6.如权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，该取电电阻包括多个串联的电阻。
7.如权利要求1至6任一所述的过零检测电路，其特征在于，该隔离单元包括光藕器件，其包括位于输入侧的发光二极管和输出侧的光敏三极管，该光敏三极管连接直流电源，该光敏三极管的发射极连接该直流电源的接地端，集电极经由电阻连接该直流电源的电源端，该集电极直接提供检测结果的输出。
8.如权利要求1至6任一所述的过零检测电路，其特征在于，该隔离单元包括光藕器件，其包括位于输入侧的发光二极管和输出侧的光敏三极管，该光敏三极管连接直流电源，该光敏三极管的发射极连接该直流电源的接地端，集电极经由一电阻连接该直流电源的电源端，该集电极还连接反相电路，该反相电路提供检测结果的输出。
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