[发明专利]一种交流电源过零点检测电路及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流电源过零点的检测电路及检测方法，应用于可控硅移相控制电路中，属于电气工程领域。 

背景技术

过零检测，指交流电压过零点被自动检测，进而以过零点为基准点，根据移相角控制电子开关导通，常用于可控硅作为开关器件的功率控制装置中。由于可控硅只有当阳极对阴极为正偏压且控制极对阴极也为正偏压时才能导通，因此，交流电源过零点的准确检测变得异常关键，因为其值的确定直接决定着同步信号的基准点。同时也能实现电力电子器件零电压开通和零电流关断的基本要求，降低了器件的开关损耗，确保其处于安全工作区。 

专利号为01114618.4公开一种交流电源同步信号的检测电路，直接采用交流电源作为信号源，利用二极管和电子开关器件的非线性，检测交流电源的过零信号。这种方法对于输入电压较高（如220V）以上，过零点同步触发信号就比较准确，若输入电压较低时（如10V）以下，过零同步触发信号的偏离就大，这主要是驱动三极管与发光二极管的非线性特性所决定，且驱动电路没有实现真正意义上的光电隔离，抗干扰能力弱，可靠性相对较低。 

专利号为200510018270.6公开一种获取可控硅过零同步信号及触发控制方法，也是直接利用交流电源作为信号源，利用光电转换特性，用单片机检测整形后梯形波信号的前后沿对应时间，计算得出过零点的时刻。这种方法在零点附近做正弦波整形，容易出现误动作，对单片机信号处理带来较大误差，另外，单片机必须检测到梯形波的下降沿，才能得到过零点时刻，此时过零点时刻已经是过去时，不能满足某些电路的过零点准确触发的要求。 

发明内容

本发明为克服上述现有技术中可控硅过零点同步触发信号的精度受到输入电压高低的影响，以及触发信号容易引起误动作不能准确触发的不足，提供一种交流电源过零点检测电路，该检测电路与输入电压的高低无关，保护可控硅及其负载免受电涌的冲击。本发明还提供该检测电路的检测方法，实现可控硅过零点高精度同步触发。 

本发明检测电路采用的技术方案是：限流电阻R1与发光二极管D2构成半波整形电路，保护二极管D1阴极与限流电阻R1相连、阳极接模拟地，限流电阻R1的另一端连接交流电源Ui的输入端；光敏三极管T1的发射极接数字地，其集电极连接单片机MCU和通过另一个限流电阻R2与直流电源Vcc相连；在交流电源Ui的正半波，交流电源Ui电压高于发光二极管D2的工作电压时发光二极管D2发光，光敏三极管T1导通，输出电压Uo通过光敏三极管T1接地，输出低电平；当交流电源Ui电压低于发光二极管D2的工作电压时发光二极管D2不发光，光敏三极管T1截止，输出电压Uo通过限流电阻R2接直流电压Vcc，输出高电平。 

本发明检测方法采用如下步骤：单片机先检测前1次交流电源U_i正半波的2次电平跳变的时间t1和t3的值，然后计算前1次的波峰时刻t2的值，再检测下1次交流电源U_i正半波2次电平跳变时间t4和t6的值，计算此时波峰时间t5的值，然后计算得到交流电源周期 的值，计算下一个过零点时刻的值，最后单片机保留t1=t4，t2=t5，t3=t6这3个时刻值，为下一次检测服务，以t7时刻为基准点，根据移相角的要求输出控制信号，控制可控硅准确触发。 

本发明具有的有益效果是： 

1、将交流电源直接施加在限流电阻与发光二极管所构成的串联电路上，对交流电源的幅值和频率均无要求，对发光二极管的工作电压不作限定；可容许交流电源的电压值在大范围内波动，适用性强。

2、不要求硬件实现过零点检测，通过发光管的发光与熄灭，使得光敏三极管导通与截止，将正弦波信号整形为矩形波信号，容许正弦波在任意时刻触发发光二级管发光，单片机检测矩形波信号前后沿的时间，用软件计算的方式得到正弦波信号的周期和交流电源的下一个过零点时刻，自由度大，运用灵活，提高了零点检测的精度。 

3、电路简单，不要其他额外的门电路来提升电压的驱动能力，可靠性高，成本较低，维护方便。 

附图说明

图1是本发明检测电路的原理图；图2是本发明检测方法中的算法流程图；图3是本发明实施例的电压波形图。 

具体实施方式