CN206618797U - 一种电力线载波过零检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力线载波过零检测电路，包括：电阻R1、电容C1、电阻R、二极管VD1、二极管VD2、电容C、三极管VT1、三极管VT2、光耦D1，电阻R1的第一端与火线相连，电阻R1的第二端与电容C1的第一端、电阻R的第一端相连；电容C1的第二端、二极管VD1的负极、电容C的第一端、光耦D1的阳极分别相连，二极管VD1的正极、电容C的第二端、二极管VD2的正极、三极管VT2的发射极分别与火线相连；R的第二端、VD2的负极、VT1的基极分别相连；VT1的发射极与VT2的基极相连，VT1的集电极与VT2的集电极、D1的阴极分别相连；D1的集电极与电源电压VCC相连，D1的发射极接地。本实用新型的电力线载波过零检测电路实现了强弱电隔离，精度高，功耗低，抗干扰性强。

Description

一种电力线载波过零检测电路

技术领域

本实用新型涉及电力线载波通信领域，尤其涉及一种电力线载波过零检测电路。

背景技术

随着智能电表和电力线载波通信技术的不断发展和成熟，国网公司对于电力线载波通信的抄表成功率逐渐提高。与此同时随着开关电源在家用电器中的普及，其谐波泄露对于电网的污染也逐步提高，由于频带接近，该谐波直接影响到电力线载波通信的成功率，因此很难满足国网公司对于抄表成功率的要求。同时低压电力现场大量测量数据表明，交流电在过零点附近具有阻抗连续、谐波污染值低、周期和相位稳定等特点，非常适合做载波通信。

因此过零点通信被各大载波通信方案厂商所采用，经过大量通信现场测量数据的验证，也取得了很好的通信效果和通信成功率。过零检测电路作为载波通信电路的一部分，用来精确检测交流电的过零点，载波通信芯片根据检测到的过零点，将长帧数据分割，在连续多个过零点附近很短的时间范围内进行数据通信，进而降低由于负载和阻抗不连续、谐波污染等原因引起的通信不成功。

由于过零检测电路直接与220V交流电连接，现有过零检测电路一般采用阻容降压或者稳压管钳位方式直接将交流电降压后驱动三极管或光耦。前者强弱电不隔离，使用中存在安全隐患，而且功耗大、精度低、抗干扰性很差，容易出现误触发；后者虽然强弱电隔离，但同样抗干扰性差，当电网有重负载起停时，很容易引起光耦误触发。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术存在以下技术问题：第一、常规过零检测电路强弱电不隔离；第二、常规过零检测电路检测精度低；第三、常规过零检测电路功耗高；第四、常规过零检测电路抗干扰性能差。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种对电力线载波过零点进行检测的电路，从而克服现有技术中存在的过零检测电路强弱电不隔离、精度低、功耗高以及抗干扰性能差等问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种电力线载波过零检测电路，包括：电阻R1、电容C1、电阻R、二极管VD1、二极管VD2、电容C、三极管VT1、三极管VT2、光耦D1，所述电阻R1的第一端与火线相连，所述电阻R1的第二端与所述电容C1的第一端、所述电阻R的第一端相连；所述电容C1的第二端、所述二极管VD1的负极、所述电容C的第一端、所述光耦D1的阳极分别相连，所述二极管VD1的正极、所述电容C的第二端、所述二极管VD2的正极、所述三极管VT2的发射极分别与火线相连；所述电阻R的第二端、所述二极管VD2的负极、所述三极管VT1的基极分别相连；所述三极管VT1的发射极与所述三极管VT2的基极相连，所述三极管VT1的集电极与所述三极管VT2的集电极、所述光耦D1的阴极分别相连；所述光耦D1的集电极与电源电压VCC相连，所述光耦D1的发射极接地。

在一种可能的实现方式中，该电路还包括：电阻R2，所述电阻R2的第一端与所述电容C1的第二端相连，所述电阻R2的第二端与所述光耦D1的阳极相连。

在一种可能的实现方式中，该电路还包括：电阻R5，所述光耦D1的集电极通过所述电阻R5与所述电源电压VCC相连。

在一种可能的实现方式中，该电路还包括：电容C4，所述电容C4的第一端与所述光耦D1的集电极相连，所述电容C4的第二端接地。

在一种可能的实现方式中，所述电阻R包括电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8，所述电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8相互串联。

在一种可能的实现方式中，所述电容C包括电容C2、电容C3，所述电容C2与所述电容C3并联。

在一种可能的实现方式中，所述二极管VD1为稳压二极管。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：通过调节储能电容的容值大小直接调节检测到的过零点与实际零点之间的延迟大小，更加精确的检测到过零点，降低成本的同时提高了电路的安全性、可靠性、抗干扰性，也降低了功耗。本实用新型的电力线载波过零检测电路能够实现：在过零点附近很短时间延迟内精确检测到过零点；强弱电隔离，消除使用中的触电危险；低功耗，可大幅提高产品效率，不用额外处理发热等问题；抗干扰性强，适用范围广，能够更好的适应电力线负载突变，解决误触发问题；成本低廉，占用PCB面积小，适用大批量生产。

附图说明

图1是本实用新型的电力线载波过零检测电路的原理示意图。

图2是本实用新型的交流电波形图及CLK50_IA端口输出信号的波形图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，本实用新型的一种电力线载波过零检测电路，包括：电阻R1、电容C1、电阻R、二极管VD1、二极管VD2、电容C、三极管VT1、三极管VT2、光耦D1，所述电阻R1的第一端与火线相连，所述电阻R1的第二端与所述电容C1的第一端、所述电阻R的第一端相连；所述电容C1的第二端、所述二极管VD1的负极、所述电容C的第一端、所述光耦D1的阳极分别相连，所述二极管VD1的正极、所述电容C的第二端、所述二极管VD2的正极、所述三极管VT2的发射极分别与火线相连；所述电阻R的第二端、所述二极管VD2的负极、所述三极管VT1的基极分别相连；所述三极管VT1的发射极与所述三极管VT2的基极相连，所述三极管VT1的集电极与所述三极管VT2的集电极、所述光耦D1的阴极分别相连；所述光耦D1的集电极与电源电压VCC相连，所述光耦D1的发射极接地。

在一种可能的实现方式中，该电路还包括：电阻R2，所述电阻R2的第一端与所述电容C1的第二端相连，所述电阻R2的第二端与所述光耦D1的阳极相连。R2限制导通电流，防止由电力线负载瞬间变动引起的光耦误动作，提高电路稳定性和抗干扰性；R2起到限流作用，防止由于L/N间负载突变引起光耦误触发；

在一种可能的实现方式中，该电路还包括：电阻R5，所述光耦D1的集电极通过所述电阻R5与所述电源电压VCC相连。R5控制光耦次级电流大小，保证类方波的正常输出，也通过调节VCC电压值，调节输出方波的高电平电压值。

在一种可能的实现方式中，该电路还包括：电容C4，所述电容C4的第一端与所述光耦D1的集电极相连，所述电容C4的第二端接地。电容C4主要起滤波作用，对输出类方波做简单滤波。

在一种可能的实现方式中，所述电阻R包括电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8，所述电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8相互串联。

在一种可能的实现方式中，所述电容C包括电容C2、电容C3，所述电容C2与所述电容C3并联。

在一种可能的实现方式中，所述二极管VD1为稳压二极管。

以下对本实用新型的电力线载波过零检测电路的工作流程进行详细说明：

当火线L点交流电压由负变正的过程中，220V交流电经R1、R3、R4、R6、R7、R8降压后驱动三极管VT1、VT2导通，同时经R1、C1、VD1降压后光耦D1导通，CLK50_IA输出低电平。电阻R3、R4、R6、R7、R8的阻值可以适当提高，但是如果阻值过大会导致通过R3、R4、R6、R7、R8的电流过小，C2、C3充电时间过长，VT1、VT2不能正常导通。随着交流电压由负变正的过程，电压值不断提高，经R1、R3、R4、R6、R7、R8降压后VT1基极电压也不断提高，当超过VT1、VT2基极导通电压之后VT1、VT2便会导通。在本实用新型中，如果R1单独降压，要将交流电压降到光耦D1正常工作电压的话，对电阻R1的功率要求比较高，导致电阻R1体积很大，功耗也很大，而R1、C1同时降压可以在控制电阻功耗和体积前提下把电压降到合适的范围，VD1为稳压二极管，将电压钳位在一定范围内，确保光耦D1正常工作。

当L点交流电压通过最高点向零轴的过程中，三极管VT1、VT2截止，光耦D1截止，CLK50_IA输出高电平；如图2所示，方波为输出端口CLK50_IA的输出波形(当交流电由负变正的过零点附近，光耦D1导通输出一个低电平)，正弦波为交流电波形。

CLK50_IA的电平转换点非常接近交流电的过零点，用来完成过零检测；R1为功率电阻具有一定的防浪涌特性，提高整个电路的稳定和安全性；C2、C3储能保证光耦和三极管的稳定正常导通，同时调节该电容大小可以调节检测到过零点的时间延迟；在本实用新型中，电容C2、C3并联是为了提高电容量，也方便通过调节电容值来调节检测到的过零点的延迟时间，当光耦导通时起到续流作用。C2、C3电容量的大小决定了两个电容充电(保证光耦D1正常导通)所需时间的长短，而电容有效充电过程是从正弦波通过零点时开始的，因此充电时间的长短决定了CLK50_IA端口输出低电平时与实际过零点的时间差，即检测到的过零点的时间延迟。

VD2提供回路防止VT1、VT2反向击穿，交流电由正变负的过程中，零线N端电压高而火线L端电压低，VD2导通，VD2两端电压大约0.7V，用来保护VT1、VT2，防止VT1、VT2反向击穿。如果没有VD2，VT1基极和VT2发射基间直接承受交流电压值(因为VT1、VT2截止)容易反向击穿。光耦D1起到强弱电隔离，解决了隔离问题；整个电路全部采用被动器件，成本低廉。

本实用新型的电力线载波过零检测电路，通过调节储能电容的容值大小直接调节检测到的过零点与实际零点之间的延迟大小，更加精确的检测到过零点，降低成本的同时提高了电路的安全性、可靠性、抗干扰性，也降低了功耗。本实用新型的电力线载波过零检测电路能够实现：在过零点附近很短时间延迟内精确检测到过零点；强弱电隔离，消除使用中的触电危险；低功耗，可大幅提高产品效率，不用额外处理发热等问题；抗干扰性强，适用范围广，能够更好的适应电力线负载突变，解决误触发问题；成本低廉，占用PCB面积小，适用大批量生产。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种电力线载波过零检测电路，其特征在于，包括：电阻R1、电容C1、电阻R、二极管VD1、二极管VD2、电容C、三极管VT1、三极管VT2、光耦D1，所述电阻R1的第一端与火线相连，所述电阻R1的第二端与所述电容C1的第一端、所述电阻R的第一端相连；

所述电容C1的第二端、所述二极管VD1的负极、所述电容C的第一端、所述光耦D1的阳极分别相连，所述二极管VD1的正极、所述电容C的第二端、所述二极管VD2的正极、所述三极管VT2的发射极分别与火线相连；

所述电阻R的第二端、所述二极管VD2的负极、所述三极管VT1的基极分别相连；

所述三极管VT1的发射极与所述三极管VT2的基极相连，所述三极管VT1的集电极与所述三极管VT2的集电极、所述光耦D1的阴极分别相连；

所述光耦D1的集电极与电源电压VCC相连，所述光耦D1的发射极接地。

2.根据权利要求1所述的电力线载波过零检测电路，其特征在于，该电路还包括：电阻R2，所述电阻R2的第一端与所述电容C1的第二端相连，所述电阻R2的第二端与所述光耦D1的阳极相连。

3.根据权利要求1所述的电力线载波过零检测电路，其特征在于，该电路还包括：电阻R5，所述光耦D1的集电极通过所述电阻R5与所述电源电压VCC相连。

4.根据权利要求1所述的电力线载波过零检测电路，其特征在于，该电路还包括：电容C4，所述电容C4的第一端与所述光耦D1的集电极相连，所述电容C4的第二端接地。

5.根据权利要求1所述的电力线载波过零检测电路，其特征在于，所述电阻R包括电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8，所述电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8相互串联。

6.根据权利要求1所述的电力线载波过零检测电路，其特征在于，所述电容C包括电容C2、电容C3，所述电容C2与所述电容C3并联。

7.根据权利要求1所述的电力线载波过零检测电路，其特征在于，所述二极管VD1为稳压二极管。