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一种交流 电压过零点检测电路

阅读：1012发布：2020-08-20

专利汇可以提供一种交流电压过零点检测电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开一种交流电压过零点检测电路，包括：电压调理及上抬电路、电压比较电路、参考电压生成电路和电压产生电路；所述电压调理及上抬电路将接入的交流输入电压的数值进行处理，并上抬所述参考电压的数值，使电压调理及上抬电路的输出电压处于电压比较电路接收的电压范围内；所述电压比较电路将电压调理及上抬电路输出电压的数值与参考电压的数值做比较并处理，得到交流输入电压的过零时刻。本实用新型提出了一种交流电压过零点检测电路，仅需要正电源，而无需负电源，进一步降低电路复杂度及成本；本实用新型集市电采样功能与过零点采样功能为一体，电路更简洁，集成化程度更高。，下面是一种交流电压过零点检测电路专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种交流电压过零点检测电路，其特征在于，包括：电压调理及上抬电路、电压比较电路和参考电压生成电路；所述参考电压生成电路的输出端生成一个参考电压，并分别与电压调理及上抬电路和电压比较电路的输入端连接；所述电压调理及上抬电路的输入端还接入交流输入电压，电压调理及上抬电路的输出端接电压比较电路；
所述电压调理及上抬电路将接入的交流输入电压的数值进行处理，并上抬所述参考电压的数值，使电压调理及上抬电路的输出电压处于电压比较电路接收的电压范围内；所述电压比较电路将电压调理及上抬电路输出电压的数值与参考电压的数值做比较并处理，得到交流输入电压的过零时刻。
2.根据权利要求1所述的交流电压过零点检测电路，其特征在于，还包括电源产生电路；所述电源产生电路的输入端接入交流输入电压，电源产生电路的输出端分别产生第一正电源电压和第二正电源电压；电源产生电路输出第一正电源电压的输出端分别与电压调理及上抬电路和电压比较电路的输入端连接，用于电压调理及上抬电路和电压比较电路的供电；电源产生电路输出第二正电源电压的输出端与参考电压生成电路的输入端连接，用于参考电压生成电路的供电。
3.根据权利要求2所述的交流电压过零点检测电路，其特征在于，还包括滤波及保护电路，所述滤波及保护电路的输入端分别接电压比较电路的输出端和电源产生电路输出第二正电源电压的输出端。
4.根据权利要求1所述的交流电压过零点检测电路，其特征在于，所述电压调理及上抬电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2和运算放大器U1；所述电阻R1与电阻R2串联后，接运算放大器U1的负输入端，电阻R3和电阻R4串联后，接运算放大器U21的正输入端；电阻R5的两端分别接运算放大器U1的负输入端和运算放大器U1的输出端，所述电容C1并连在电阻R5的两端；电阻R6的一端接运算放大器U1的正输入端，另一端接参考电压生成电路，电容C2并联在电阻C6的两端；电容C3的一端接运算放大器U1的负极，另一端接地；电阻R7的一端接运算放大器U1的输出端，另一端分别接二极管D1和二极管D2，电容C4的一端接在二极管D2与电阻R7之间，另一端接地。
5.根据权利要求1所述的交流电压过零点检测电路，其特征在于，所述电压比较电路将电压调理及上抬电路输出电压的数值与参考电压的数值做比较，在输出电压大于参考电压的情况下，电压比较电路设置了迟滞窗口电压。
6.根据权利要求5所述的交流电压过零点检测电路，其特征在于，所述电压比较电路包括：电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C5、电容C6、二极管D3和运算放大器U2；所述电阻R8接运算放大器U2的负输入端，电容C5接运算放大器U2的负输入端；电阻R9的一端接运算放大器U2的正输入端，另一端接电阻参考电压产生电路；二极管D3的负极接运算放大器U2的正输入端，二极管D3的正极接电阻R10后接运算放大器U2的输出端；所述运算放大器U2的输出端还接电阻R11后接电源产生电路。
7.根据权利要求3所述的交流电压过零点检测电路，其特征在于，所述滤波及保护电路包括：电阻R12、电容C7、二极管D4、二极管D5；所述电容C7一端接电阻R12，另一端接地；二极管D5的一端接地，另一端接二极管D4。
8.根据权利要求1所述的交流电压过零点检测电路，其特征在于，所述参考电压生成电路包括TIREF1930芯片，用于产生1.5V0.1％参考电压。

说明书全文

一种交流电压过零点检测电路

技术领域

[0001] 本实用新型涉及电压过零点检测技术领域，尤其涉及一种交流电压过零点检测电路。

背景技术

[0002] 在电压的有效值、功率等周期性信号计算测量中，电压过零点检测技术是其中最为关键的技术之一。在电力监控、电能质量检测或治理设备等中，即需要对电压本身进行模拟采样，又需要进行过零点的侦测。

[0003] 传统的过零点电压检测通过市电二极管整流及光耦进行，现有技术对方式进行了改进，改进后的技术通过双电源的运算放大器进行调理后再通过电压比较器进行过零点对比。

[0004] 改进后的方案相对于传统检测方案具有明显的优势：其一，模拟采样及过零侦测可以复用部分电路，减少成本；其二，在安规考虑及Layout布局时更为简单，减少体积。然而，改进后的方案需要使用正负双电源，给检测带来了不便。

[0005] 因此，现有技术存在缺陷，需要改进。实用新型内容

[0006] 本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种交流电压过零点检测电路。

[0007] 本实用新型的技术方案如下：一种交流电压过零点检测电路，包括：电压调理及上抬电路、电压比较电路和参考电压生成电路；所述参考电压生成电路的输出端生成一个参考电压，并分别与电压调理及上抬电路和电压比较电路的输入端连接；所述电压调理及上抬电路的输入端还接入交流输入电压，电压调理及上抬电路的输出端接电压比较电路；

[0008] 所述电压调理及上抬电路将接入的交流输入电压的数值进行处理，并上抬所述参考电压的数值，使电压调理及上抬电路的输出电压处于电压比较电路接收的电压范围内；所述电压比较电路将电压调理及上抬电路输出电压的数值与参考电压的数值做比较并处理，得到交流输入电压的过零时刻。

[0009] 进一步地，本实用新型还包括电源产生电路；所述电源产生电路的输入端接入交流输入电压，电源产生电路的输出端分别产生第一正电源电压和第二正电源电压；电源产生电路输出第一正电源电压的输出端分别与电压调理及上抬电路和电压比较电路的输入端连接，用于电压调理及上抬电路和电压比较电路的供电；电源产生电路输出第二正电源电压的输出端与参考电压生成电路的输入端连接，用于参考电压生成电路的供电。

[0010] 进一步地，本实用新型还包括滤波及保护电路，所述滤波及保护电路的输入端分别接电压比较电路的输出端和电源产生电路输出第二正电源电压的输出端。

[0011] 进一步地，所述电压调理及上抬电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2和运算放大器U1；所述电阻R1与电阻R2串联后，接运算放大器U1的负输入端，电阻R3和电阻R4串联后，接运算放大器U1的正输入端；电阻R5的两端分别接运算放大器U1的负输入端和运算放大器U1的输出端，所述电容C1并连在电阻R5的两端；电阻R6的一端接运算放大器U1的正输入端，另一端接参考电压生成电路，电容C2并联在电阻C6的两端；电容C3的一端接运算放大器U1的负极，另一端接地；电阻R7的一端接运算放大器U1的输出端，另一端分别接二极管D1和二极管D2，电容C4的一端接在二极管D2与电阻R7之间，另一端接地。

[0012] 进一步地，所述电压比较电路将电压调理及上抬电路输出电压的数值与参考电压的数值做比较，在输出电压大于参考电压的情况下，电压比较电路设置了迟滞窗口电压。

[0013] 进一步地，所述电压比较电路包括：电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C5、电容C6、二极管D3和运算放大器U2；所述电阻R8接运算放大器U2的负输入端，电容C5接运算放大器U2的负输入端；电阻R9的一端接运算放大器U2的正输入端，另一端接电阻参考电压产生电路；二极管D3的负极接运算放大器U2的正输入端，二极管D3的正极接电阻R10后接运算放大器U2的输出端；所述运算放大器U2的输出端还接电阻R11后接电源产生电路。

[0014] 进一步地，所述滤波及保护电路包括：电阻R12、电容C7、二极管D4、二极管D5；所述电容C7一端接电阻R12，另一端接地；二极管D5的一端接地，另一端接二极管D4。

[0015] 进一步地，所述参考电压生成电路包括TIREF1930芯片，用于产生1.5V0.1％高精度参考电压。

[0016] 采用上述方案，本实用新型提出了一种交流电压过零点检测电路，仅需要正电源，而无需负电源，进一步降低电路复杂度及成本；本实用新型集市电采样功能与过零点采样功能为一体，电路更简洁，集成化程度更高。附图说明

[0017] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

[0018] 图1为本实用新型的结构示意图；

[0019] 图2为电压调理及上抬电路的电路原理图；

[0020] 图3为电压比较电路的电路原理图；

[0021] 图4滤波及保护电路的电路原理图；

[0022] 图5为交流输入电压Vac_IN和最终的输出电压AC_ZERO_DET的波形图。

[0023] 本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

[0024] 以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

[0025] 参照图1至图5所示，本实用新型提供一种交流电压过零点检测电路，包括：电压调理及上抬电路2、电压比较电路3和参考电压生成电路4；所述参考电压生成电路4的输出端生成一个参考电压V_ref，并分别与电压调理及上抬电路2和电压比较电路3的输入端连接；所述电压调理及上抬电路2的输入端还接入交流输入电压Vac_IN，电压调理及上抬电路2的输出端接电压比较电路3；

[0026] 所述电压调理及上抬电路2将接入的交流输入电压Vac_IN的数值进行处理，并上抬所述参考电压V_ref的数值，使电压调理及上抬电路2的输出电压Vac_con大于零；所述电压比较电路3将电压调理及上抬电路2输出电压Vac_con的数值与参考电压V_ref的数值做比较并处理，得到如附图5的方波，其上升时刻为交流输入电压从正穿越至负的过零时刻。作为一种实施例，所述参考电压生成电路4包括但不限于TIREF1930芯片，用于产生
1.5V0.1％高精度参考电压。

[0027] 所述电压调理及上抬电路2包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2和运算放大器U1；所述电阻R1与电阻R2串联后，接运算放大器U1的负输入端，电阻R3和电阻R4串联后，接运算放大器U1的正输入端；电阻R5的两端分别接运算放大器U1的负输入端和运算放大器U1的输出端，所述电容C1并连在电阻R5的两端；电阻R6的一端接运算放大器U1的正输入端，另一端接参考电压生成电路4，电容C2并联在电阻C6的两端；电容C3的一端接运算放大器U1的负极，另一端接地；电阻R7的一端接运算放大器U1的输出端，另一端分别接二极管D1和二极管D2，电容C4的一端接在二极管D2与电阻R7之间，另一端接地。

[0028] 本实用新型的交流输入电压Vac_IN可为市电，所述电压调理及上抬电路可外接数字处理单元(即单片机)，实现电压调理及上抬电路的市电采样功能。

[0029] 所述电压比较电路3包括：电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C5、电容C6、二极管D3和运算放大器U2；所述电阻R8接运算放大器U2的负输入端，电容C5接运算放大器U2的负输入端；电阻R9的一端接运算放大器U2的正输入端，另一端接电阻参考电压产生电路；二极管D3的负极接运算放大器U2的正输入端，二极管D3的正极接电阻R10后接运算放大器U2的输出端；所述运算放大器U2的输出端还接电阻R11后接电源产生电路。

[0030] 该电路通过Vcc2，R11，R10，D3，R9及Vref，设定交流输入电压从负穿到正时的过零点判断迟滞窗口电压

[0031] 在另一种实施例中，电压比较电路3包括ADC/DSP等采集单元。所述电压调理及上抬电路将接入的交流输入电压的数值进行处理，并上抬所述参考电压的数值，使电压调理及上抬电路的输出电压大于零，并处于ADC/DSP等采集单元的接收范围。

[0032] 本实用新型还包括电源产生电路1；所述电源产生电路1的输入端接入交流输入电压Vac_IN，电源产生电路1的输出端分别产生第一正电源电压Vcc1和第二正电源电压Vcc2；电源产生电路1输出第一正电源电压Vcc1的输出端分别与电压调理及上抬电路2和电压比较电路3的输入端连接，用于电压调理及上抬电路2和电压比较电路3的供电；电源产生电路
1输出第二正电源电压Vcc2的输出端与参考电压生成电路4的输入端连接，用于参考电压生成电路4的供电。作为一种实施例，此电源产生电路1可采用现有的AC/DC及DC/DC电源模块实施。

[0033] 本实用新型还包括滤波及保护电路5，所述滤波及保护电路5的输入端分别接电压比较电路3的输出端和电源产生电路1输出第二正电源电压Vcc2的输出端。滤波及保护电路5将电压比较电路3的输出电压滤波，形成最终的输出电压曲线AC_ZERO_DET。

[0034] 作为一种实施例，所述滤波及保护电路5包括：电阻R12、电容C7、二极管D4、二极管D5；所述电容C7一端接电阻R12，另一端接地；二极管D5的一端接地，另一端接二极管D4。

[0035] 本实用新型工作原理：

[0036] 以市电为例，市电交流输入作为电源产生电路1和电压调理及上抬电路2的交流输入电压Vac_IN。电源产生电路1将交流输入电压Vac_IN转化为第一正电源电压Vcc1和第二正电源电压Vcc2，第一正电源电压Vcc1和第二正电源电压Vcc2均为正电源。其中，第一正电源电压Vcc1给电压调理及上抬电路2和电压比较电路3供电，第二正电源电压Vcc2给参考电压生成电路4和滤波及保护电路5供电。

[0037] 电压调理及上抬电路2将交流输入电压Vac_IN进行比例缩小或放大，同时将上抬参考电压V_ref，使电压调理及上抬电路2输出电压Vac_con大于0，并在一定范围内，将输出电压Vac_con作为电压比较电路3的输入电压。

[0038] 电压比较电路3将输出电压Vac_con与参考电压V_ref作比较，当输出电压Vac_con开始小于参考电压V_ref时，电压比较电路3输出由低电平转变为高电平；在输出电压Vac_con从小于参考电压V_ref回复至大于参考电压V_ref的情况下，电压比较电路3设置了迟滞窗口电压Vacwindow，在输出电压Vac_con回复至大于参考电压V_ref+迟滞窗口电压Vacwindow时，电压比较电路3输出由高电平转变为低电平；最后电压比较电路3输出的电压通过滤波及保护电路5进一步提高其抗干扰性，形成最终的输出电压曲线AC_ZERO_DET，从而得到电压的过零时刻。

[0039] 以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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