CN102662104A - 过零检测方法及电路 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例公开了一种过零检测方法及电路，涉及电力线通信及控制领域，为解决现有技术中过零检测电路功耗高的问题而发明。所述过零检测方法包括：检测市电电压在检测端端口从低电平跳转到高电平的时间点t0和相邻地从高电平跳转到低电平的时间点t1；根据检测到的时间点t0和t1，确定市电电压通过零点时的时间点t。所述过零检测电路，包括市电的火线和零线，所述市电的火线和零线连接有整流电路，所述整流电路连接有输出电路，且在所述市电的火线和零线与所述整流电路之间连接有限流电路。本发明用于进行市电网络的过零检测。

Description

过零检测方法及电路
技术领域
本发明涉及电力线通信及控制领域，尤其涉及一种过零检测方法及电路。
背景技术
在电力线通信中，需要通过一个统一的时间点对通信进行同步控制，检测市电通过零点时的时间点可以确定一个统一的时间基准，从而对通信进行同步控制，因此市电的过零点检测成为电力线通信中不可缺少的组成部分。
目前过零检测电路方案有多种。如图1所示，为现有技术中的一种过零检测电路。在图1中，市电网络的火线连接桥式整流电路D的第一引脚，市电网络的零线连接桥式整流电路D的第三引脚；桥式整流电路D的第二引脚通过电阻R1连接光耦U1的一个输入端，桥式整流电路D的第四引脚连接光耦U1的另一个输入端；光耦U1的一个输出端接电源VDD，光耦U1的另一个输出端通过电阻R2连接三极管Q1的基极；三极管Q1的集电极通过电阻R3连接至三极管Q1的基极，且三极管Q1的集电极接检测端口P1.0。
该电路将市电直接通过全桥整流，形成100Hz的脉动直流信号，当光耦U1导通时，三极管Q1的集电极显示低电平，当光耦U1不导通时，三极管Q1的集电极显示高电平，而检测端口P1.0检测的是高电平，因市电在过零点时光耦U1不导通，故最终会在过零点产生一个100Hz的正脉冲信号，来实现过零点检测的目的。
但是在实现上述过零点检测的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：由于市电电压高于光耦U1导通电压的时间较长，即图1所示过零检测电路中光耦U1导通的时间较长，因此功耗非常高。
发明内容
本发明的实施例提供一种过零检测方法及过零检测电路，用来降低现有技术中过零检测电路的功耗。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明实施例提供一种过零检测方法，包括：
检测市电电压在检测端端口从低电平跳转到高电平的时间点t 0和相邻地从高电平跳转到低电平的时间点t1；
根据检测到的时间点t0和t1，确定市电电压通过零点时的时间点t。
本发明实施例提供的过零检测方法，通过检测市电电压在接近峰值时的两个特征点的时间点t0和t1，来间接检测过零点的时间点，由于市电电压高于接近峰值时的该两个特征点处电压的时间段较短，因此所述过零检测方法使过零检测电路的导通时间较短，所以功耗较低。
本发明实施例还提供了一种实现上述过零检测方法的过零检测电路，包括市电的火线和零线，所述市电的火线和零线连接有整流电路，所述整流电路连接有输出电路，且在所述市电的火线和零线与所述整流电路之间连接有限流电路。
本发明实施例提供的过零检测电路，通过所述限流电路的强限流作用使整个所述过零检测电路的电流大幅减小，从而使市电电压在接近峰值时所述过零检测电路才导通，所以所述过零检测电路导通时间短，因而功耗低。
附图说明
图1为现有技术中一种过零检测电路的具体实现电路示意图；
图2为本发明实施例过零检测方法的示意图；
图3为本发明实施例1过零检测电路的原理图；
图4为图3所示原理图的具体实现电路示意图；
图5为本发明实施例2过零检测电路的原理图；
图6为图5所示原理图的具体实现电路示意图；
图7为本发明实施例2过零检测电路的时序图。
具体实施方式
为了解决现有技术过零检测电路功耗高的问题，本发明提供一种过零检测方法及电路，下面结合附图和具体的实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本发明实施例提供一种过零检测方法，包括：
S1、检测市电电压在检测端端口从低电平跳转到高电平的时间点t0和相邻地从高电平跳转到低电平的时间点t1；
S2、根据检测到的时间点t0和t1，确定市电电压通过零点时的时间点t。
本发明实施例提供的过零检测方法，通过检测市电电压在接近峰值时的两个特征点的时间点t0和t1，来间接检测过零点的时间点，由于市电电压高于接近峰值时的该两个特征点处电压的时间段较短，因此所述过零检测方法使过零检测电路的导通时间较短，所以功耗较低。
在步骤S2中，所述根据检测到的时间点t0和t1，确定市电电压通过零点时的时间点t包括：t＝t0+0.5(t1-t0)-5。
例如，结合图7所示，以我国220伏市电为例，当市电电源上电时，在市电的火线端测得信号为220V正弦波，t0对应正弦波一个接近峰值电压的时间点，t1对应与上述接近峰值电压相邻的另一个接近峰值电压的时间点，t即为市电电压过零点的时间点，t2与t0正好相差一个周期。
由于市电的频率为50Hz，根据上述峰值检测原理，产生的脉冲信号周期为20ms，即图7中t2-t0＝20ms；假设t1-t0＝Δt，则最终计算得过零点t＝(t0+0.5Δt-5)ms。
此外，本发明还提供了过零检测电路的实施例，下面以我国220伏市电为例来说明本发明中过零检测电路的实施例。
实施例1：
本发明实施例1提供了一种实现上述过零检测方法的过零检测电路原理示意图，如图3所示，整个过零检测电路包括市电的火线和零线，市电的火线和零线连接有整流电路，整流电路连接有输出电路，且在市电的火线和零线与整流电路之间连接有限流电路。
本发明实施例1提供的过零检测电路，通过限流电路的强限流作用使整个过零检测电路的电流大幅减小，从而使市电电压在接近峰值时过零检测电路才导通，所以过零检测电路导通时间短，因而功耗低。
本发明实施例1提供的过零检测电路的具体实现电路示意图如图4所示，所述过零检测电路具体为：所述限流电路包括第一限流电阻R1和第二限流电阻R2，且第一限流电阻R1连接在火线中，第二限流电阻R2连接在零线中；整流电路为半桥整流电路，所述半桥整流电路包括第一整流二极管D3和第二整流二极管D4，第一整流二极管D3的正极连接至第一限流电阻R1、负极通过保护电阻R4连接输出电路，第二整流二极管D4的正极连接至第二限流电阻R2、负极通过保护电阻R4连接至输出电路；所述输出电路包括光耦U1、三极管Q1、直流电源U2和检测端口，光耦U1的第一输入端通过保护电阻R4连接第一整流二极管D3和第二整流二极管D4的负极、第二输入端连接第二整流二极管D4的正极、第一输出端连接三极管Q1的基极、第二输出端接地，三极管Q1的基极连接光耦U1的第一输出端并通过第一上拉电阻R5连接至直流电源U2、发射极接地、集电极通过第二上拉电阻R6连接至直流电源U2，且从三极管Q1的集电极引出有所述检测端口。
当市电电源上电时，半桥整流电路将正弦信号整流成只有正向信号，而将负向信号截止，首先将电路的导通时间减少一半，而且当光耦U1的输入电压大于光耦U1本身的导通电压时光耦U1导通，经三极管Q1的反相作用在检测端口输出负脉冲信号。由于第一限流电阻R1和第二限流电阻R2的强限流作用，使电路中的电流大幅度减小，这样光耦U1只有在市电电压接近峰值时才能导通，整个电路的导通时间大幅度减少，因而功耗低。
作为对上述实施例做的进一步改进，第一限流电阻R1和所述第二限流电阻R2的阻值均大于等于300千欧，只有在限流电阻比较大时才能对过零检测电路起到强限流作用。
进一步地，第一限流电阻R1和第二限流电阻R2为可调电阻。因为市电电压有一定程度的偏差，比如我国的电力***在正常情况下，供电电压允许的最大偏差为额定值的+7％和-10％，因此需要调整第一限流电阻R1和第二限流R2的阻值调节输出负脉冲的电压值，保证电压值在市电可变的范围内；另外也可以通过调整第一限流电阻R1和第二限流R2的阻值来调节输出负脉冲的电压值，使市电电压在最接近峰值时输出负脉冲信号。
进一步地，上述实施例的过零检测电路还包括开关S1，开关S1的一端连接直流电源U2、另一端连接第一上拉电阻R5和第二上拉电阻R6。增加开关S1，只有在外场检测时将开关打开，进行过零点的检测，这样可以进一步降低过零检测电路的功耗。
实施例2：
本发明实施例2提供了一种实现上述过零检测方法的过零检测电路的另一种原理示意图，如图5所示，与实施例1不同的是，该实施例的过零检测电路还包括低通滤波电路和稳压保护电路，低通滤波电路连接在限流电路和整流电路之间，稳压保护电路连接在低通滤波电路和整流电路之间。
本发明实施例2提供的过零检测电路的具体实现电路示意图如图6所示，与实施例1的具体实现电路的区别在于，图6所示的电路具体还包括由相互并联的电阻R3和电容C1构成的RC低通滤波电路和由相互串联的第一稳压二极管D1和第二稳压二极管D2构成的稳压保护电路，而且，电阻R3和电容C1的一端均连接第一限流电阻R1、另一端均连接第二限流电阻R2；第一稳压二极管D1的正极连接第一限流电阻R1、负极连接第二稳压二极管D2的负极，第二稳压二极管D2的正极连接第二限流电阻R2、负极连接第一稳压二极管D1的负极。
本实施例在实施例1的基础上增加了低通滤波电路和稳压保护电路，RC低通滤波电路将市电的高频信号过滤掉，稳压保护电路将施加在整流桥上的电压稳定在一定范围内，这样避免了高频高压信号对检测电路的错误触发，使过零检测电路更具稳定性。
下面结合实施例1和实施例2，对检测过零点的方法做具体解释：
如图7所示为实施例2过零检测电路的时序图。结合图6所示可知，市电电源上电时，a点测得信号为220V正弦波，经过半桥整流后的b点只有正向信号，光耦U1导通后，使c点电压拉低，在c点处光耦U1会输出一个负脉冲信号，经过Q1的反相后最终输出正脉冲信号。
由于市电的频率为50Hz，根据上述峰值检测原理，产生的脉冲信号周期为20ms，即图6中t2-t0＝20ms；根据图6所示的电路最终得到脉冲信号的t1-t0＝Δt；计算得输出负脉冲的电压值U0＝220*sin((5-0.5Δt)π/5)；最终计算得过零点t＝(t0+0.5Δt-5)ms。
同时，此电路的功耗简单计算为P＝220*220/(R1+R2)。当R1＝R2＝300千欧时，排除由于开关S1节省的电路导通时间，功耗P＝40.3毫瓦，相比同类过零检测电路有比较明显的优势。
另外，根据我国市电电压标准，在电力***正常状况下，供电频率允许的偏差为±0.5Hz，同时根据我国市电电压标准，在电力***正常状况下，供电电压允许的最大偏差为额定值的+7％和-10％，因此需要调整电阻R1、R2的阻值调节输出负脉冲的电压值，保证电压值在市电可变的范围内。
本发明实施例2中的低通滤波电路和稳压保护电路起到滤掉市电的高频高压信号的作用，以使过零检测更准确。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种过零检测方法，其特征在于，包括：
检测市电电压在检测端端口从低电平跳转到高电平的时间点t 0和相邻地从高电平跳转到低电平的时间点t1；
根据检测到的时间点t0和t1，确定市电电压通过零点时的时间点t。
2.根据权利1所述的过零检测方法，其特征在于，所述根据检测到的时间点t0和t1，确定市电电压通过零点时的时间点t包括：
t＝t0+0.5(t1-t0)-5。
3.一种用来实现权利要求1或2所述过零检测方法的过零检测电路，其特征在于，包括市电的火线和零线，所述市电的火线和零线连接有整流电路，所述整流电路连接有输出电路，且在所述市电的火线和零线与所述整流电路之间连接有限流电路。
4.根据权利要求3所述的过零检测电路，其特征在于，所述限流电路包括第一限流电阻和第二限流电阻，且所述第一限流电阻连接在所述火线中，所述第二限流电阻连接在所述零线中。
5.根据权利要求4所述的过零检测电路，其特征在于，所述第一限流电阻和所述第二限流电阻的阻值均大于等于300千欧。
6.根据权利要求5所述的过零检测电路，其特征在于，所述第一限流电阻和所述第二限流电阻为可调电阻。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的过零检测电路，其特征在于，所述整流电路为半桥整流电路，所述半桥整流电路包括第一整流二极管和第二整流二极管，
所述第一整流二极管的正极连接至所述第一限流电阻、负极通过保护电阻连接所述输出电路；
所述第二整流二极管的正极连接至所述第二限流电阻、负极通过所述保护电阻连接至所述输出电路。
8.根据权利要求7所述的过零检测电路，其特征在于，所述输出电路包括光耦、三极管、直流电源和检测端口，
所述光耦的第一输入端通过所述保护电阻连接所述第一整流二极管和所述第二整流二极管的负极、第二输入端连接所述第二整流二极管的正极、第一输出端连接所述三极管的基极、第二输出端接地；
所述三极管的基极连接所述光耦的第一输出端并通过第一上拉电阻连接至所述直流电源、发射极接地、集电极通过第二上拉电阻连接所述直流电源，且从所述三极管的集电极引出有所述检测端口。
9.根据权利要求8所述的过零检测电路，其特征在于，还包括开关，所述开关的一端连接所述直流电源、另一端连接所述第一上拉电阻和所述第二上拉电阻。
10.根据权利要求4-6中任一项所述的过零检测电路，其特征在于，还包括低通滤波电路，所述低通滤波电路连接在所述限流电路和所述整流电路之间。
11.根据权利要求10所述的过零检测电路，其特征在于，所述低通滤波电路为RC低通滤波电路；
所述RC低通滤波电路包括相互并联的电阻和电容，所述电阻和所述电容的一端均连接所述第一限流电阻、另一端均连接所述第二限流电阻。
12.根据权利要求11所述的过零检测电路，其特征在于，还包括稳压保护电路，所述稳压保护电路连接在所述低通滤波电路和所述整流电路之间。
13.根据权利要求12所述的过零检测电路，其特征在于，所述稳压保护电路包括相互串联的第一稳压二极管和第二稳压二极管，且所述第一稳压二极管的正极连接所述第一限流电阻、负极连接所述第二稳压二极管的负极，所述第二稳压二极管的正极连接所述第二限流电阻、负极连接所述第一稳压二极管的负极。
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