過零檢測電路有隔離的非隔離的,有簡單的有復雜的,過零時刻準確度也不同,還要考慮電網噪聲引發的干擾等問題,準備探討一下各種過零檢測電路的優缺點以及是否有改善的空間。
首先從非隔離的開始
圖1-1 非隔離過零檢測電路1
電路1的工作過程分解如下:
圖1-2 電路1的等效電路及工作分解
電路1因借用了系統的整流橋及+5V電源(鉗位用)所以器件少電路簡單。
將其中一個二極管用達林頓管取代,過零輸出電壓L_Z不受鉗位電壓Vcc的限制,考慮電網噪聲可以選擇增加RC濾波電路,見下圖
圖1-3 達林頓管過零檢測電路
這種方式的過零檢測時刻是不對稱的,下圖是將輸入電壓幅值降低以放大這種不對稱現象
圖1-4 非對稱過零檢測
如上圖所示輸出的L_Z信號占空比明顯大于50%了。要實現對稱性其中的一種方式可以使用正負雙電源系統。
下圖是采用雙達林頓管實現的"對稱"過零檢測電路,為了突顯特征輸入電壓峰值仍然設置為8V
圖1-5 雙達林頓過零檢測電路
在圖1-5電路的基極上增加一對地電阻可以實現對過零時刻的微調(超前滯后均可),輸入電壓峰值設置為310V的仿真結果如下:
圖1-6 過零點對稱可調電路
圖1-6電路中的三極管存在一個開啟電壓1.4V(或普通三極管0.7V、0.3V)當輸入電壓低于這個值時會發生交越失真,失真比例跟交流輸入電壓大小有關。調節基極對地電阻可以實現某個輸入電壓下精準過零判斷,但當輸入電壓條件改變時零點會發生偏移,見下圖:
圖2-1 不同輸入電壓下的過零點偏移
上圖2-1分別列舉了260Vac、220Vac、80Vac交流輸入條件下的過零點變化情況,要進一步解決這個問題可以用運放替代三極管。
圖2-2 差分過零檢測電路
圖2-2是常見的一種方法先利用差分運放把輸入交流電壓等比例縮小,再增加一個直流偏置方便后續處理,最后通過一單電源比較器將正弦波整成方波。
這種電路缺點是需要雙電源,而最終目的只是要實現過零檢測所以沒必要整出精準的正弦波,稍作修改后用一單電源比較器就可以實現“差分過零檢測”,見下圖:
圖2-3 單電源比較器實現的過零檢測
因為比較的是L和N線電壓只有L>N、L和L=N這三種狀態所以不受輸入電壓大小的影響,又因為用的是比較器(運放)解決了交越失真問題,總之性能還是比較理想的。