CN220040594U - 一种过零检测电路及电力线载波*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种过零检测电路及电力线载波***，涉及电力线载波通信技术领域，该过零检测电路应用于电力线载波***，包括隔离单元、分压偏置单元、整形单元及检测单元；其中，隔离单元的输入端与电源单元连接，作为过零检测电路的信号输入端，用于接收输入信号；隔离单元的输出端与整形单元的输入端以及所述分压偏置单元的输入端连接；分压偏置单元的输出端与整形单元的输入端连接；整形单元的输出端与检测单元的输入端连接；检测单元的输出端作为过零检测电路的信号输出端，用于输出过零检测信号；本实用新型通过电容耦合替代光耦器件，构建的过零检测电路可在满足电气隔离的要求下，明显降低过零检测电路的功耗。

Description

一种过零检测电路及电力线载波***

技术领域

本实用新型涉及电力线载波通信技术领域，具体而言，涉及一种过零检测电路及电力线载波***。

背景技术

电力线电压过零检测是电力线载波通信的必备功能。因为在电压过零点时，电网电压上的噪声相对较小，不少载波通信方案会选择在电压过零点这个时刻开始数据通信。

过零检测则是在交流***中，当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时，***作出的检测。在电力线载波通信的应用方案中，通常要求电路是满足电气隔离的要求。

现有技术中，通常采用光耦实现电气隔离，同时，光耦需要足够的正向导通电流才能实现信号的隔离传输，常规正向导通电流一般需要满足1mA以上，但是在此基础上，电压过零检测电路的强电侧则具有较高的功耗。

常规技术中，过零检测电路的功耗主要是受光耦正向导通电流限值的影响，因此可用更低功耗的电气隔离方法，例如电容耦合，替换光耦器件但在满足电气隔离的基础上，就会对电容耦合器件进行进一步限制，例如必须要满足电容容量足够小且满足加强绝缘的隔离要求，但是在此限制下，几乎无法找到可用的电容器。

因此现有技术中，缺乏一种即满足电气隔离又能明显降低电压过零检测电路的功耗的可选方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种过零检测电路及电力线载波***，能够在满足电气隔离的基础上，明显降低电压过零检测电路的功耗。

一方面，本实用新型提供一种技术方案：

一种过零检测电路，应用于电力线载波***，所述电力线载波***包含电源单元，包括隔离单元、分压偏置单元、整形单元及检测单元；

其中，所述隔离单元的输入端与所述电源单元连接，作为所述过零检测电路的信号输入端，用于接收输入信号；

所述隔离单元的输出端与所述整形单元的输入端、所述分压偏置单元的输出端连接；

所述分压偏置单元的输入端与所述电源单元连接；

所述分压偏置单元的输出端与所述整形单元的输入端连接；

所述整形单元的输出端与所述检测单元的输入端连接；

所述检测单元的输出端作为所述过零检测电路的信号输出端，用于输出过零检测信号。

优选地，所述隔离单元包含第一电容、第二电容；

所述第一电容与所述第二电容分别串联在所述过零检测电路的信号输入端；所述第一电容的输出端，作为所述隔离单元的第一输出端；所述第二电容的输出端，作为所述隔离单元的第二输出端。

优选地，所述第一电容、所述第二电容均为平板电容。

优选地，所述整形单元包括比较器、第五电阻；

其中，所述第五电阻的一端与所述比较器的输出端连接；所述第五电阻的另一端与所述比较器的第二输入端连接；

所述比较器的第一输入端、第二输入端作为所述整形单元的输入端，与所述分压偏置单元的输出端连接。

优选地，所述比较器包括推挽输出比较器。

优选地，所述分压偏置单元包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻；

其中，所述第三电阻的一端分别与所述隔离单元的输出端、所述整形单元的第一输入端连接；所述第三电阻的另一端分别与所述第四电阻的一端、所述第二电阻的一端、所述第一电阻的一端连接；所述第四电阻的另一端与所述整形单元的第二输入端连接；所述第二电阻的另一端接地；所述第一电阻的另一端与电源单元连接。

优选地，所述第三电阻与所述第四电阻的阻值相同。

优选地，所述第一电阻与所述第二电阻的阻值相同。

优选地，所述分压偏置单元还包括第三电容；所述第三电容与所述第二电阻并联。

另一方面，本实用新型还提供一种技术方案：

一种电力线载波***，包括第一方面中任一项所述的过零检测电路。

本实用新型提供的一种过零检测电路及电力线载波***的有益效果是：

该过零检测电路应用于电力线载波***，包括隔离单元、分压偏置单元、整形单元及检测单元；其中，隔离单元的输入端与电源单元连接，作为过零检测电路的信号输入端，用于接收输入信号；隔离单元的输出端与整形单元的输入端以及所述分压偏置单元的输入端连接；分压偏置单元的输出端与整形单元的输入端连接；整形单元的输出端与检测单元的输入端连接；检测单元的输出端作为过零检测电路的信号输出端，用于输出过零检测信号；

本实用新型通过电容耦合替代光耦器件，构建的过零检测电路可在满足电气隔离的要求下，明显降低过零检测电路的功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为传统过零检测电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的过零检测电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的过零检测电路中隔离单元的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的过零检测电路中整形单元的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的过零检测电路中分压偏置单元的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的过零检测电路的仿真电路图；

图7为本实用新型实施例提供的过零检测电路的仿真结果图；

图8为本实用新型实施例提供的过零检测电路的对比仿真电路图；

图9为本实用新型实施例提供的过零检测电路的对比仿真结果图；

图标：100-过零检测电路；11-隔离单元；12-分压偏置单元；13-整形单元；14-检测单元。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

传统的过零检测电路可选光耦U1实现电气隔离，其电路图如图1所示，且该光耦U1需要足够的正向导通电流才能实现信号的隔离传输，而电阻R1作为限流电阻，为光耦U1提供足够的正向导通电流，而常规光耦的正向导通电流一般需要确保1mA以上才能稳定工作，则意味着传统的过零检测电路的强电侧有较大的功耗。

一方面，请参阅图2，本实施例提供了一种过零检测电路100，应用于电力线载波***，所述电力线载波***包含电源单元，包括隔离单元11、分压偏置单元12、整形单元13及检测单元14；

其中，所述隔离单元11的输入端与所述电源单元连接，作为所述过零检测电路100的信号输入端，用于接收输入信号；

所述隔离单元11的输出端连接所述整形单元13的输入端以及所述分压偏置单元12的输入端；

所述分压偏置单元12的输出端与所述整形单元13的输入端连接；

所述整形单元13的输出端与所述检测单元14的输入端连接；

所述检测单元14的输出端作为所述过零检测电路100的信号输出端，用于输出过零检测信号。

如图3所示，在一种实施方案中，所述隔离单元11包含第一电容、第二电容；

所述第一电容与所述第二电容分别串联在所述过零检测电路100的信号输入端；所述第一电容的输出端，作为所述隔离单元11的第一输出端；所述第二电容的输出端，作为所述隔离单元11的第二输出端。

在一种实施方案中，所述第一电容C1、所述第二电容C2均为平板电容。

其中，传统的电压过零检测电路的功耗主要是受光耦正向导通电流限值，本实施例中选用更低功耗的电气隔离方式来替代光耦器件，在满足电气隔离的基础上，该电容器件需要满足：

1、电容量足够小，pF级别；

2、满足加强绝缘的隔离要求。

该第一电容C1、第二电容C2均为平板电容，且为PCB平板电容，即：第一电容C1、第二电容C2均为平板电容，该平板电容集成于PCB上。

且由于第一电容C1、第二电容C2均为pF级，其工作频率越低，阻抗越大，阻抗越大，则通过第一电容C1、第二电容C2的电流就越小，即为后续分压偏置单元的提供较小电压。

如图4所示，在一种实施方案中，所述整形单元13包括比较器、第五电阻；

其中，所述第五电阻R5的一端与所述比较器的输出端连接；所述第五电阻R5的另一端与所述比较器的第一输入端连接；

所述比较器的第一输入端、第二输入端作为所述整形单元13的输入端，与所述分压偏置单元12的输出端连接。

其中，第五电阻R5用于为比较器提供正反馈功能，为比较器的输入侧提供额外的迟滞功能，当第五电阻R5的阻值越小，则通过第五电阻R5提供的迟滞电压就越大，其阻值可根据选型自主决定。

比较器的输入侧满足一定范围的压差，比较器才会发生跳转，而在单限比较器在输入信号的门限值附近存在微小干扰时，输出电压就会产生相应的抖动，而第五电阻R5就可以克服这一波动。

在一种实施方案中，所述比较器包括推挽输出比较器。

其中，该比较器会对第一电容C1与第二电容C2隔离后的微小信号进行整形和放大，以输出方波信号给后端连接的检测单元。

如图5所示，在一种实施方案中，所述分压偏置单元12包含第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4；

其中，所述第三电阻R3的一端分别与所述隔离单元11的输出端、所述整流单元13的第一输入端连接；所述第三电阻R3的另一端分别与所述第四电阻R4的一端、所述第二电阻R2的一端、所述第一电阻R1的一端连接；所述第四电阻R4的另一端与所述整形单元13的第二输入端连接；所述第二电阻R2的另一端接地；所述第一电阻R1的另一端与电源单元VCC连接。

在一种实施方案中，所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的阻值相同。

其中，第三电阻R1与第四电阻R2的阻值相同，用于实现电源单元的分压，为后端的第一电阻R3、第二电阻R4提供分压电压。

在一种实施方案中，所述第三电阻R3与所述第四电阻R4的阻值相同。

其中，第三电阻R3与第四电阻R4用于为后续比较器的两个输入端提供偏置电压，设置在第一电阻R1与第二电阻R2后，该偏置电压刚好是比较器供电电压的中间值，可确保从电源单元L/N输入的交流信号围绕VCC/2波动，使得比较器的两端输入电压稳定在比较器的电源单元的电压范围；

且该第三电阻R3与第四电阻R4还用于根据第一电容C1以及第二电容C2形成的交流电流转换成交流电压，否则，比较器输入端只包含直流偏置电压。

在一种实施方案中，所述分压偏置单元12还包括第三电容C3；所述第三电容C3与所述第二电阻R2并联。

另一方面，本实用新型还提供一种技术方案：

一种电力线载波***，包括第一方面中任一项所述的过零检测电路。

一种电力线载波***包含上述一种过零检测电路的全部技术手段及技术效果。

如图6所示，在一种可实施的实施例中，第一电阻R1与第二电阻R2可选为10kΩ，第三电阻R3与第四电阻R4可选为100kΩ，第一电容C1与第二电容C2选为1pF。

其中，如图7所示，将VCC设置为3.3V时，电压V1与电压V2都是围绕着VCC/2波动，即电压V1与电压V2都是围绕着1.65V波动。

如图8所示，当取消第三电阻R3与第四电阻R4后，其仿真结果如图9所示，可知第三电阻R3与第四电阻R4还用于根据第一电容C1以及第二电容C2形成的交流电流转换成交流电压。

本申请实施例中提供功耗对比实验：

如图1所示，传统过零检测电路在强电侧的功耗P1的计算式为：

其中，R″1为图1中传统过零检测电路中的限流电阻，Uac为强电侧的电压。当选取限流电阻阻值为100kΩ时，该传统过零检测电路在强电侧的功耗P1则为0.242W；

如图6所示，本实用新型实施例提供的过零检测电路在强电侧的功耗产生的路径为L-C1-R3-R5-C3-N；

首先，计算第一电容C1或第二电容C2在工频50Hz下的阻抗，该阻抗计算式为：

由于第一电容C1或第二电容C2的容值极小，满足：1pF；

在工频位50Hz条件下，第一电容C1或第二电容C2的阻抗远大于第三电阻R3与第四电阻R4，因此功耗路径上的电流受第一电容C1或第二电容C2的限制，此路径电流为：

最终可得本申请实施例在强电侧的功耗，即为第三电阻R3与第四电阻R4上的功耗P2：

P2＝Iac²*(R3+R5)＝239pW

根据对比上述计算的传统过零检测电路在强电侧的功耗P1与本申请实施例在强电侧的功耗P2，可知本申请实施例提供的一种过零检测电路可在满足电气隔离的要求下，明显降低过零检测电路的功耗。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种过零检测电路，应用于电力线载波***，所述电力线载波***包含电源单元，其特征在于，所述过零检测电路包括隔离单元、分压偏置单元、整形单元及检测单元；

其中，所述隔离单元的输入端与所述电源单元连接，作为所述过零检测电路的信号输入端，用于接收输入信号；

所述隔离单元的输出端与所述整形单元的输入端、所述分压偏置单元的输出端连接；

所述分压偏置单元的输入端与所述电源单元连接；

所述分压偏置单元的输出端与所述整形单元的输入端连接；

所述整形单元的输出端与所述检测单元的输入端连接；

所述检测单元的输出端作为所述过零检测电路的信号输出端，用于输出过零检测信号。

2.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述隔离单元包含第一电容、第二电容；

所述第一电容与所述第二电容分别串联在所述过零检测电路的信号输入端；所述第一电容的输出端，作为所述隔离单元的第一输出端；所述第二电容的输出端，作为所述隔离单元的第二输出端。

3.根据权利要求2所述的过零检测电路，其特征在于，所述第一电容、所述第二电容均为平板电容。

4.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述整形单元包括比较器、第五电阻；

其中，所述第五电阻的一端与所述比较器的输出端连接；所述第五电阻的另一端与所述比较器的第二输入端连接；

所述比较器的第一输入端、第二输入端作为所述整形单元的输入端，与所述分压偏置单元的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的过零检测电路，其特征在于，所述比较器包括推挽输出比较器。

6.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述分压偏置单元包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻；

其中，所述第三电阻的一端分别与所述隔离单元的输出端、所述整形单元的第一输入端连接；所述第三电阻的另一端分别与所述第四电阻的一端、所述第二电阻的一端、所述第一电阻的一端连接；所述第四电阻的另一端与所述整形单元的第二输入端连接；所述第二电阻的另一端接地；所述第一电阻的另一端与电源单元连接。

7.根据权利要求6所述的过零检测电路，其特征在于，所述第三电阻与所述第四电阻的阻值相同。

8.根据权利要求6所述的过零检测电路，其特征在于，所述第一电阻与所述第二电阻的阻值相同。

9.根据权利要求6所述的过零检测电路，其特征在于，所述分压偏置单元还包括第三电容；所述第三电容与所述第二电阻并联。

10.一种电力线载波***，其特征在于，包含上述权利要求1至9任一项所述的过零检测电路。