CN110146736A - 电源过零检测电路、电机控制电路、电源过零检测方法以及电机驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源过零检测电路、电机控制电路、电源过零检测方法以及电机驱动方法，该电路包括：零线输入端、火线输入端、单向光耦、开关电路以及主控电路，零线输入端和火线输入端分别与单向光耦的初级电连接，单向光耦的次级与开关电路的输入端电连接，开关电路的输出端与主控电路电连接；单向光耦在交流电源正向周期控制开关电路向主控电路发送正向过零检测信号，单向光耦在交流电源负向周期截止；主控电路根据正向过零检测信号获得交流电源负向周期对应的负向过零检测信号。电机控制电路应用该电源过零检测电路。电源过零检测方法应用在该电路上。电机驱动方法应用该电源过零检测方法。应用本发明可实现降低成本，提高过零检测的灵敏度。

Description

电源过零检测电路、电机控制电路、电源过零检测方法以及电 机驱动方法

技术领域

本发明涉及电源检测技术领域，具体的，涉及一种电源过零检测电路，还涉及应用该电源过零检测电路的电机控制电路，还涉及应用在该电源过零检测电路上的电源过零检测方法，还涉及应用在电机控制电路上的电机驱动方法。

背景技术

电器产品中，很多负载控制都需要使用到供电电源过零点信号，作为控制负载参考依据点，例如：控制交流PG电机转速稳定可靠性，就需要及时获取电源过零点信号，以当前零点时刻作为调节转速参考控制点。

检测过零点信号一般由专用的过零检测电路处理，PG电机为交流强电控制负载，以过零点为参考的电机控制信号为弱电信号，且供电电源波形为交流正弦波，一个周期内产生2个过零信号点，例如，供电交流电源波形如图1所示，供电电源经过过零检测电路检测后，得到的过零信号如图2所示。

因交流电源的一个周期有正负电压，一个周期内产生2个过零信号点，检测电路中光耦需要使用双向导通光耦，即电源正负电压都可以导通，产生过零信号参考点。但双向光耦成本较高，从而导致电器产品的生产成本较高。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种降低成本，提高检测灵敏度的电源过零检测电路。

本发明的第二目的是提供一种降低成本，提高过零检测的灵敏度以及控制精确度的电机控制电路。

本发明的第三目的是提供一种提高检测灵敏度的电源过零检测方法。

本发明的第四目的是提供一种提高过零检测的灵敏度以及驱动控制精确度的电机驱动方法。

为了实现上述第一目的，本发明提供的电源过零检测电路包括零线输入端、火线输入端、单向光耦、开关电路以及主控电路，火线输入端与单向光耦的初级第一端电连接，零线输入端与单向光耦的初级第二端电连接，单向光耦的次级与开关电路的输入端电连接，开关电路的输出端与主控电路电连接；单向光耦在交流电源正向周期控制开关电路向主控电路发送正向过零检测信号，单向光耦在交流电源负向周期截止；主控电路根据正向过零检测信号获得交流电源负向周期对应的负向过零检测信号。

由上述方案可见，本发明的电源过零检测电路通过利用单向光耦在交流电源正向周期控制开关电路向主控电路发送正向过零检测信号，并通过主控电路根据正向过零检测信号获得交流电源负向周期对应的负向过零检测信号，从而实现通过仅检测交流电源正向周期的正向过零检测信号即可获得电源整个周期中的过零检测信号，减少全部过零检测信号均由硬件电路产生所造成的延迟，从而提高过零检测的灵敏度。同时，采用单向光耦代替现有的双向光耦作为过零检测元件，可相对降低成本。

进一步的方案中，开关电路包括开关晶体管，开关晶体管的控制极与单向光耦的次级电连接，开关晶体管的输出极与主控电路电连接。

由此可见，由于开关晶体管具有较高的灵敏反应度，因此，开关电路采用开关晶体管进行正向过零检测信号的发送，可提高检测的灵敏度。

进一步的方案中，电源过零检测电路还包括一个二极管，二极管的正极与单向光耦的初级第二端电连接，二极管的负极与单向光耦的初级第一端电连接。

由此可见，由于单向光耦属于单向导通器件，因此，交流电源只能在正向周期使单向光耦导通，为了确保检测电路在交流电源负向周期时可以导通，可通过设置单向导通的二极管，将其设置成与单向光耦导通方向相反，从而确保检测电路在交流电源正向周期和负向周期均导通。

进一步的方案中，电源过零检测电路还包括第一降压电路，火线输入端通过第一降压电路与单向光耦的初级第一端电连接。

进一步的方案中，电源过零检测电路还包括第二降压电路，零线输入端通过第二降压电路与单向光耦的初级第二端电连接。

由此可见，为了避免降低单向光耦被烧毁的风险，电源过零检测电路设置第一降压电路和第二降压电路，从而降低交流电源与单向光耦的初级之间的电压，保障单向光耦安全使用。

为了实现上述第二目的，本发明提供的电机控制电路包括电源过零检测电路和电机驱动电路，电源过零检测电路应用上述的电源过零检测电路；电机驱动电路与主控电路电连接，主控电路根据正向过零检测信号或负向过零检测信号向电机驱动电路发送驱动控制信号。

由上述方案可见，本发明电机控制电路的电源过零检测电路通过利用单向光耦在交流电源正向周期控制开关电路向主控电路发送正向过零检测信号，并通过主控电路根据正向过零检测信号获得交流电源负向周期对应的负向过零检测信号，从而实现通过仅检测交流电源正向周期的正向过零检测信号即可获得电源整个周期中的过零检测信号，减少全部过零检测信号均由硬件电路产生所造成的延迟，从而提高过零检测的灵敏度，进而提高电机驱动控制的精确度。同时，采用单向光耦代替现有的双向光耦作为过零检测元件，可相对降低成本。

为了实现上述第三目的，本发明提供的电源过零检测方法包括：判断是否获取到交流电源正向周期对应的过零检测信号，若是，根据正向过零检测信号获得交流电源负向周期对应的负向过零检测信号。

由上述方案可见，本发明电源过零检测方法通过获取交流电源正向周期对应的过零检测信号，并根据正向过零检测信号获得交流电源负向周期对应的负向过零检测信号，从而实现通过仅检测交流电源正向周期的正向过零检测信号即可获得电源整个周期中的过零检测信号，减少全部过零检测信号均由硬件电路产生所造成的延迟，从而提高过零检测的灵敏度。

进一步的方案中，根据正向过零检测信号获得交流电源负向周期对应的负向过零检测信号的步骤包括：确定交流电源的电源周期；若当前时刻距离获取到正向过零检测信号的时刻达到电源周期一半时长时，生成交流电源负向周期对应的负向过零检测信号。

由此可见，在获取交流电源的相邻两次正向过零检测信号间隔时间后，则确定交流电源的电源周期，并在交流电源正向过零点开始计时，当计时时间达到电源周期一半的时长后，生成负向过零检测信号，可根据不同的电源周期自适应获得过零检测信号，提高电路的应用范围。

为了实现上述第四目的，本发明提供的电机驱动方法包括：判断是否获取到交流电源正向周期对应的过零检测信号，若是，根据正向过零检测信号获得交流电源负向周期对应的负向过零检测信号；根据正向过零检测信号或负向过零检测信号向电机驱动电路发送驱动控制信号。

由上述方案可见，本发明电机驱动方法通过获取交流电源正向周期对应的过零检测信号，并根据正向过零检测信号获得交流电源负向周期对应的负向过零检测信号，从而实现通过仅检测交流电源正向周期的正向过零检测信号即可获得电源整个周期中的过零检测信号，减少全部过零检测信号均由硬件电路产生所造成的延迟，从而提高过零检测的灵敏度，进而提高电机驱动控制的精确度。

附图说明

图1是供电交流电源波形的示意图。

图2是交流电源经过现有过零检测电路检测后得到的过零信号的示意图。

图3是本发明电机控制电路实施例的电路原理图。

图4是本发明电机控制电路实施例中交流电源经过过零检测电路检测后得到的过零信号的示意图。

图5是本发明电源过零检测方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

电源过零检测电路实施例：

如图3所示，本发明的电源过零检测电路1包括零线输入端N、火线输入端L、单向光耦U1、开关电路3以及主控电路4，火线输入端L与单向光耦U1的初级第一端电连接，零线输入端N与单向光耦U1的初级第二端电连接，单向光耦U1的次级与开关电路3的输入端电连接，开关电路3的输出端与主控电路4电连接。单向光耦U1在交流电源正向周期控制开关电路3向主控电路4发送正向过零检测信号，单向光耦U1在交流电源负向周期截止。主控电路4根据正向过零检测信号获得交流电源负向周期对应的负向过零检测信号。

电源过零检测电路1还包括一个二极管D1，二极管D1的正极与单向光耦U1的初级第二端电连接，二极管D1的负极与单向光耦U1的初级第一端电连接。

单向光耦U1的初级第一端和单向光耦U1的初级第二端之间还并联有RC滤波电路7，RC滤波电路7包括电阻R7和电容C1，电阻R7和电容C1并联连接。

电源过零检测电路1还包括第一降压电路5和第二降压电路6，火线输入端L通过第一降压电路5与单向光耦U1的初级第一端电连接。零线输入端N通过第二降压电路6与单向光耦U1的初级第二端电连接。第一降压电路5包括电阻R1、电阻R2和电阻R3，电阻R1、电阻R2和电阻R3并联连接。第二降压电路6包括电阻R4、电阻R5和电阻R6，电阻R4、电阻R5和电阻R6并联连接。

开关电路3包括开关晶体管Q1，开关晶体管Q1的控制极与单向光耦U1的次级电连接，开关晶体管Q1的输出极与主控电路4电连接。开关晶体管Q1可以是三极管、场效应管或MOS管，可根据需要设置。本实施例中，开关晶体管Q1为NPN型三极管，NPN型三极管的集电极分别与直流电源和主控电路4电连接，单向光耦U1的次级第二端与直流电源电连接，NPN型三极管的基极与单向光耦U1的次级第一端电连接，NPN型三极管的发射极接地。

在交流电源正向周期时，电压由火线输入端L经过第一降压电路5降压后输入单向光耦U1初级端，再经过第二降压电路6回到零线输入端N构成回路。此时，单向光耦U1初级两端形成导通压差，单向光耦U1导通，开关晶体管Q1形成发射极正偏、集电极反偏导通条件，开关晶体管Q1导通，直流电源+5V通过电阻R10和开关晶体管Q1构成回路，此时主控电路4检测到低电平。在交流电源正向电压逐渐下降，当下降到小于单向光耦U1初级端导通电压时，单向光耦U1次级截止，主控电路4检测到高电平，即检测到有从低到高的上升沿电平变化，主控电路4认为此时有电源零点产生。在交流电源负向周期时，电压由零线输入端N经过第二降压电路6降压，经过二极管D1，再经过第一降压电路5回到火线输入端L构成回路，同理，此时单向光耦U1截止，主控电路4始终检测到高电平。因此，本实施例中，图1中的交流电源经过单向光耦U1后，主控电路4检测到的过零信号如图4所示。

电源过零检测方法实施例：

本发明的电源过零检测方法是应用在上述电源过零检测电路1中主控电路4的应用程序，用于实现对电源进行过零检测。

如图5所示，本发明的电源过零检测方法在进行工作时，首先执行步骤S1，判断是否获取到交流电源正向周期对应的过零检测信号。在判断是否获取到交流电源正向周期对应的过零检测信号时，主控电路4可通过判断获取的到电压是否由低电平跳转到高电平，若是，则认为获取到交流电源正向周期对应的过零检测信号。例如，参见图4，在t1、t3时刻，电压由低电平跳转到高电平，因此，在t1、t3时刻认为获取到交流电源正向周期对应的过零检测信号。

在获得交流电源正向周期对应的过零检测信号后，执行步骤S2，根据正向过零检测信号获得交流电源负向周期对应的负向过零检测信号。为了减少全部过零检测信号均由硬件电路产生所造成的延迟，在获得交流电源正向周期对应的过零检测信号后，根据正向过零检测信号获得交流电源同一电源周期下负向周期对应的负向过零检测信号。

根据正向过零检测信号获得交流电源负向周期对应的负向过零检测信号的步骤包括：确定交流电源的电源周期；若当前时刻距离获取到正向过零检测信号的时刻达到电源周期一半时长时，生成交流电源负向周期对应的负向过零检测信号。

为了根据不同的电源周期自适应获得过零检测信号，因此，在获得交流电源正向周期对应的过零检测信号后，需确认当前待检测的交流电源的电源周期。交流电源的电源周期可通过主控电路4检测到两次相邻的交流电源正向周期对应过零检测信号的间隔时间获取，例如，参见4，t1时刻到t3时刻为一个电源周期。在获取到交流电源正向周期对应的过零检测信号的时刻，则开启计时。若当前时刻距离获取到正向过零检测信号的时刻达到电源周期一半时长时，生成交流电源负向周期对应的负向过零检测信号，从而获得一个完整电源周期的所有过零信号。

电机控制电路实施例：

如图3所示，本发明的电机控制电路包括电源过零检测电路1和电机驱动电路2。电源过零检测电路采用上述电源过零检测电路实施例中的电源过零检测电路1。电机驱动电路2与所述主控电路4电连接，所述主控电路4根据所述正向过零检测信号或所述负向过零检测信号向所述电机驱动电路2发送驱动控制信号。电机驱动电路2采用已知的电机驱动电路，在此不再赘述。

电机驱动方法实施例：

本发明的电机驱动方法应用在上述电机控制电路中。

本发明的电机驱动方法在对电机进行驱动时，首先利用上述电源过零检测方法实施例中的电源过零检测方法，获得交流电源正向周期对应的过零检测信号以及交流电源负向周期对应的负向过零检测信号。再根据正向过零检测信号或负向过零检测信号向电机驱动电路发送驱动控制信号。主控电路4根据正向过零检测信号或负向过零检测信号向电机驱动电路发送驱动控制信号是本领域技术人员公知的技术，在此不再赘述。

由上述可知，本发明的电源过零检测电路通过利用单向光耦在交流电源正向周期控制开关电路向主控电路发送正向过零检测信号，并通过主控电路根据正向过零检测信号获得交流电源负向周期对应的负向过零检测信号，从而实现通过仅检测交流电源正向周期的正向过零检测信号即可获得电源整个周期中的过零检测信号，减少全部过零检测信号均由硬件电路产生所造成的延迟，从而提高过零检测的灵敏度。同时，采用单向光耦代替现有的双向光耦作为过零检测元件，可相对降低成本。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源过零检测电路，其特征在于：包括

零线输入端、火线输入端、单向光耦、开关电路以及主控电路，所述火线输入端与所述单向光耦的初级第一端电连接，所述零线输入端与所述单向光耦的初级第二端电连接，所述单向光耦的次级与所述开关电路的输入端电连接，所述开关电路的输出端与所述主控电路电连接；

所述单向光耦在交流电源正向周期控制所述开关电路向所述主控电路发送正向过零检测信号，所述单向光耦在所述交流电源负向周期截止；

所述主控电路根据所述正向过零检测信号获得所述交流电源负向周期对应的负向过零检测信号。

2.根据权利要求1所述的电源过零检测电路，其特征在于：

所述开关电路包括开关晶体管，所述开关晶体管的控制极与所述单向光耦的次级电连接，所述开关晶体管的输出极与所述主控电路电连接。

3.根据权利要求1或2所述的电源过零检测电路，其特征在于：

所述电源过零检测电路还包括一个二极管，所述二极管的正极与所述单向光耦的初级第二端电连接，所述二极管的负极与所述单向光耦的初级第一端电连接。

4.根据权利要求1或2所述的电源过零检测电路，其特征在于：

所述电源过零检测电路还包括第一降压电路，所述火线输入端通过所述第一降压电路与所述单向光耦的初级第一端电连接。

5.根据权利要求4所述的电源过零检测电路，其特征在于：

所述电源过零检测电路还包括第二降压电路，所述零线输入端通过所述第二降压电路与所述单向光耦的初级第二端电连接。

6.电机控制电路，包括电源过零检测电路和电机驱动电路，其特征在于：

所述电源过零检测电路应用上述权利要求1至5任一项所述的电源过零检测电路；

所述电机驱动电路与所述主控电路电连接，所述主控电路根据所述正向过零检测信号或所述负向过零检测信号向所述电机驱动电路发送驱动控制信号。

7.一种电源过零检测方法，应用于权利要求1至5任一项所述的电源过零检测电路，其特征在于：所述方法包括：

判断是否获取到交流电源正向周期对应的所述过零检测信号，若是，根据所述正向过零检测信号获得所述交流电源负向周期对应的负向过零检测信号。

8.根据权利要求7所述的电源过零检测方法，其特征在于：

所述根据所述正向过零检测信号获得所述交流电源负向周期对应的负向过零检测信号的步骤包括：

确定所述交流电源的电源周期；

若当前时刻距离获取到所述正向过零检测信号的时刻达到所述电源周期一半时长时，生成所述交流电源负向周期对应的负向过零检测信号。

9.一种电机驱动方法，应用于权利要求6所述的电机，其特征在于，所述方法包括：

判断是否获取到交流电源正向周期对应的所述过零检测信号，若是，根据所述正向过零检测信号获得所述交流电源负向周期对应的负向过零检测信号；

根据所述正向过零检测信号或所述负向过零检测信号向所述电机驱动电路发送驱动控制信号。

10.根据权利要求9所述的电机驱动方法，其特征在于：

所述根据所述正向过零检测信号获得所述交流电源负向周期对应的负向过零检测信号的步骤包括：

确定所述交流电源的电源周期；

若当前时刻距离获取到所述正向过零检测信号的时刻达到所述电源周期一半时长时，生成所述交流电源负向周期对应的负向过零检测信号。