CN103499732B - 一种双向过零检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双向过零检测电路及其方法，包括：输入信号端，提供一个稳定的正弦信号，其频率决定了精确计时的精度；波形转换模块，将输入端信号进行两次转换，先将正弦波形转换为等幅值的方波波形，再将方波波形转换为等幅值的尖脉冲波形；波形分离模块，将尖脉冲波形分离成正向和负向波形，正向波形直接输出为正向过零检测波形；反向处理器，将负向波形处理为反向过零检测波形。
Description
技术领域
本发明涉及单片机通信及控制领域，特别是涉及一种既可以提供中断过零检测，又可以精确计时的双向过零检测电路及方法。
背景技术
目前，许多计算机控制***为了实现对大功率负载的控制，采用可控硅调功方式控制负载功率，其中可控硅功率器件的准确触发是一个关键技术。如何实现触发信号和电源信号的同步，确保控制精准，交流电源信号的过零检测是其中的关键。现有的过零检测方法大部分采用电阻分压或稳压管取压等方式进行波形转换获得过零点，虽然实现容易，但不能提供精准的双向过零检测信号，不能形成单片机控制***所需要的准确的中断信号，并且上述方法在波形转换过程中，由于信号不稳定、噪声等因素，会使零点附近发生抖动影响，容易影响把抖动误判为零点，这样将直接影响控制精度。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可以输出双向过零检测信号，保证相位不出现偏差，并能精确计时的双向过零检测电路。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案：
一种双向过零检测电路，包括：输入信号端，提供一个稳定的正弦信号，其频率决定了精确计时的精度；波形转换模块，将输入信号端的正弦信号进行两次转换，先将正弦波形转换为等幅值的方波波形，再将方波波形转换为等幅值的尖脉冲波形；波形分离模块，将尖脉冲波形分离成正向波形和负向波形，正向波形直接输出为正向过零检测波形；反向处理器，将负向波形处理为负向过零检测波形，所述的波形转换模块，包含两个带通滤波器RC电路，电阻R113和电容C43组成第一个RC电路；R117与C44组成第二个RC电路；输入交流电压或电流正弦信号正向接电阻R113，通过电容C43再接地；保护电阻分别为R114和R110，R114接运算放大器LM258的正极，R110一端接电容C43，一端与运算放大器LM258的负极相连；运算放大器LM258输出分两支，一支通过保护电阻R109接电源VCC，另一支接第二个滤波电路的电容C44，经电容C44滤波后再分两路，一路通过电阻R117接地，另一路接后面的波形分离模块。
该波形转换模块还包含与运算放大器并联的电容。
该过零检测电路所包含的运算放大器是双运算放大器。
该过零检测电路所包含的波形分离模块，包括两个保护电阻R111、R112和一个桥式电路，桥式电路包含四个二极管，分别为D23、D24、D25、D26，额定正向工作电流为1A；波形转换模块输出同时接两个二极管D23、D24，一支接D23的正极，经D23后，一路通过保护电阻R111，输出正向过零检测波形，一路接D25的负极，D25的正极接地；波形转换模块输出同时接D24的负极，经D24后，再分两路，一路通过保护电阻R122到反向处理器，一路接D26的正极，D26的负极接地。
该过零检测电路所包括的反向处理器，包括两个保护电阻R119、R116，一个反向电阻R108，波形分离模块的输出接运算放大器的负极，同时也通过反向电阻R108，接运算放大器的输出，运算放大器的正极通过保护电阻R119接地；运算放大器的输出接保护电阻R116，输出负向过零检测波形。
与现有技术相比，本发明的有益效果是，为单片机提供精确的双向过零中断信号，同时保证没有相位偏差，实现精确计时。
附图说明
图1为双向过零检测电路流程图；
图2为本发明的双向过零检测电路实施例的波形转换电路。
图3为本发明的双向过零检测电路实施例的波形分离电路。
图4为本发明的双向过零检测电路实施例的波形分离电路中的桥式电路。
图5为本发明的双向过零检测电路实施例的反向处理器电路。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
本发明主要应用于交流信号的过零检测，通过对交流电压(或电流)的正弦波形进行过零检测，得到交流信号过零的时刻或过零时刻的脉冲信号，此脉冲信号输入到高精度计时器，通过计时器的延时计时，可以给出大功率可控硅装置的任意要求时刻的触发信号。计数器精度越高，控制触发脉冲越精准。由于计算机技术的飞速发展和广泛应用，触发控制技术越来越向数字化的方向发展。图1为本发明方法的流程原理图，首先将输入信号端输入的正弦波进行波形转换，转换为与正弦波等幅值的方波信号，再通过RC电路将方波信号转换成在正弦波信号的正、负向过零位置上有脉冲的尖脉冲信号，得到的正负向尖脉冲信号后进行波形分离，正、负两相尖脉冲，由于单片机的只能识别正向波形，所以得到的负向波形需要经过反向处理器，得到的即为所需的负向过零检测波形。
图2为该电路中的波形转换模块电路原理图，包含两个带通滤波器RC电路，电阻为R113和电容为C43组成上述低通滤波，即为第一个RC电路，该无源低通滤波电路，为一阶***，是将高频信号衰减的电路。R117与C44组成第二个RC电路，即为微分电路，该电路输入信号为方波，通过对该方波的微分，将原来的方波波形转换为尖脉冲。输入交流电压(或电流)正弦信号正向接该带通滤波器的电阻R113，通过电容C43再接地；保护电阻分别为R114和R110，R114接运算放大器LM258的正极，R110一端接电容43地，一端与运算放大器LM258的负极相连；运算放大器LM258输出分两支，一支接保护电阻R109，同时接电源VCC，另一支接第二个滤波电路的电容C44，经电容C44滤波后再分两路，一路接电阻R117，接地，另一路接后面的波形分离模块。
图3为该电路的波形分离模块，包含两个保护电阻R111、R112和一个桥式电路(如图4)，桥式电路包含四个二极管，分别为D23、D24、D25、D26，额定正向工作电流为1A。波形转换模块输出同时接两个二极管D23、D24，一支接D23的正极，经D23后，一路通过保护电阻R111，输出正向过零检测波形，一路接D25的负极，再接地；波形转换模块输出同时接D24的负极,再分两路，一路通过保护电阻R122到反向处理器，一路接D26的正极，再接地。
图4为一种典型的桥式单相全波整流电路，不仅可以把交流电转换为直流电，而且电源利用率低，输出电压平稳。四个节点的特点：1点和3点是两个相邻二极管的不同极性端相连的点，接到变压器的次级绕组上；2点和4点是两个相邻二极管的相同极性端相连的点，接到负载上；2点是两相邻二极管的负极端相邻的点，接负载电压正极端，4点是相邻二极管的正极端相连的点，接负载电压负极端。四个二极管连成一个回路时的特点：保证每一个二极管和一个相邻二极管顺串，和另一个相邻二极管反串。
图5为该电路的反向处理器，包括两个保护电阻R119，R116，一个反向电阻R108，波形分离模块的输出接运算放大器的负极，同时也通过反向电阻R108，接运算放大器的输出，运算放大器的正极接保护电阻R119，再接地；运算放大器的输出接保护电阻R116，输出负向过零检测波形
图5中的运算放大器是一个低功耗的双向运算放大器，内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感器放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
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、可实现精确检测交流电压(或电流)正弦信号的过零点；
2、每周期的正向和负向的两个过零点全部用来提取相位信息；
3、相位信息从正弦信号的过零点提取，可以大大提高相位测量的灵敏度和精度；
4、双向过零检测不存在相位偏差；
5、如遇到谐波、直流偏置、噪声等双向过零检测误差在正、负向过零点处与其值相等、极性相反，利用误差的互补性，采用双向过零检测，并进行平均，可以使测量误差减至最小。
6、抗干扰能力强；
7、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 (5)
1.一种双向过零检测电路，其特征在于，包括：输入信号端，提供一个稳定的正弦信号，其频率决定了精确计时的精度；波形转换模块，将输入信号端的正弦信号进行两次转换，先将正弦波形转换为等幅值的方波波形，再将方波波形转换为等幅值的尖脉冲波形；波形分离模块，将尖脉冲波形分离成正向波形和负向波形，正向波形直接输出为正向过零检测波形；反向处理器，将负向波形处理为负向过零检测波形，所述的波形转换模块，包含两个带通滤波器RC电路，电阻R113和电容C43组成第一个RC电路；R117与C44组成第二个RC电路；输入交流电压或电流正弦信号正向接电阻R113，通过电容C43再接地；保护电阻分别为R114和R110，R114接运算放大器LM258的正极，R110一端接电容C43，一端与运算放大器LM258的负极相连；运算放大器LM258输出分两支，一支通过保护电阻R109接电源VCC，另一支接第二个滤波电路的电容C44，经电容C44滤波后再分两路，一路通过电阻R117接地，另一路接后面的波形分离模块。
2.根据权利要求1所述的双向过零检测电路，其特征在于，该波形转换模块还包含与运算放大器并联的电容。
3.根据权利要求1所述的双向过零检测电路，其特征在于，该过零检测电路所包含的运算放大器是双运算放大器。
4.根据权利要求1所述的双向过零检测电路，其特征在于，所述波形分离模块，包括两个保护电阻R111、R112和一个桥式电路，桥式电路包含四个二极管，分别为D23、D24、D25、D26，额定正向工作电流为1A；波形转换模块输出同时接两个二极管D23、D24，一支接D23的正极，经D23后，一路通过保护电阻R111，输出正向过零检测波形，一路接D25的负极，D25的正极接地；波形转换模块输出同时接D24的负极，经D24后，再分两路，一路通过保护电阻R122到反向处理器，一路接D26的正极，D26的负极接地。
5.根据权利要求1所述的双向过零检测电路，其特征在于，所述的反向处理器，包括两个保护电阻R119、R116，一个反向电阻R108，波形分离模块的输出接运算放大器的负极，同时也通过反向电阻R108，接运算放大器的输出，运算放大器的正极通过保护电阻R119接地；运算放大器的输出接保护电阻R116，输出负向过零检测波形。
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