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什么是过零检测信号,如何设计过零电路,有哪几种方法可实现

作者:不详 ; 发布时间:2019-8-3 23:03:49 ; 来源:互联网  点击:

一、前言

在有可控硅应用的电路中,攻城狮们往往遇到各种各样的问题,可控硅开通电流尖峰过大,整机EMI难整改……如果电路中有了过零检测电路,可控硅过零开通,这些问题就能迎刃而解。另外,在移相调光,调速,调功率时,AC 过零点可以作为脉宽控制的参考点。因此过零检测有着广泛的应用。

看似简单的过零检测线路,有时却也会困扰我们攻城狮们,过零检测完全采集不到信号?过零信号不准?

二、半波整流过零分析

过零信号一般用NPN三极管来检测,当AC电压过零时,三极管基极电压低于0.7V,三极管截止,从而集电极为高电平,MCU检测到上升沿即为过零信号。

在小家电应用中,很多情况下输入用半波整流,为了过Surge,二极管的耐压往往选取比较大,一般用两颗二极管1N4007串联,串联常用如下两种电路结构,第一种N和GND直接相连,第二种N和GND有二极管隔开,两种结构对过零检测是否成功有着很大关系。

什么是过零检测信号,如何设计过零电路,有哪几种方法可实现

图1

什么是过零检测信号,如何设计过零电路,有哪几种方法可实现

图2

1.N和GND直接相连在BUCK电路中的应用

什么是过零检测信号,如何设计过零电路,有哪几种方法可实现

 

此种电路结构N和过零检测的地GND相连,任何时候,L对GND(N)都是AC输入电压。对于过零检测线路,在正半周,三级管导通,Vzc为低电平;在负半周,三极管Vbe被钳在-0.7V,处于截止状态,Vzc为高电平。过零检测线路在整个交流周期内都能够准确的检测到输入交流电压,因此过零检测OK。

下图为实测波形:两种波形分别为Vac和Vzc。

什么是过零检测信号,如何设计过零电路,有哪几种方法可实现

 

2.N和GND二极管隔开在BUCK电路中的应用

什么是过零检测信号,如何设计过零电路,有哪几种方法可实现

 

此种情况下,N和GND被D2隔开,因为输入电解电容的储能原因,D1 D2不是一直导通。当D1,D2导通,即AC对输入电解电容充电时,L对GND电压为确定值,在D1,D2截止时,L 对GND电压为不定状态,所以三极管的基极检测不到准确的过零电压信号,过零信号检测FAIL。

下图为实测波形:两种波形分别为Vac和Vzc。

什么是过零检测信号,如何设计过零电路,有哪几种方法可实现

 

因此,在有过零检测的线路且输入为半波整流时,需采用N和GND直接相连,避免被二极管隔开,这样过零检测电路才能够准确的检测到交流电压,过零信号才能够准确。

三、全波整流过零分析

当整流电路为桥式全波整流时, N和GND没有直接相连,被整流桥二极管隔开,只有桥式整流二极管导通时,L/N对于GND电压才是确定状态,其他截止期间电压都为不定状态,那么桥式整流如何检测过零信号呢?

方法1:整流桥和输入电容之间增加二极管

 

什么是过零检测信号,如何设计过零电路,有哪几种方法可实现

 

加了二极管D17后,过零检测采样点被D17和输入电解电容隔开,过零采样的电压对于GND为馒头波,可以准确的检测过零信号,过零检测OK。

下图为实测波形:两种波形分别为Vac和Vzc。

什么是过零检测信号,如何设计过零电路,有哪几种方法可实现

 

方法2:采用两颗二极管采样

上述电路可以准确的检测过零信号,但是在较大功率电路中,D17的损耗会较大,会降低整个系统的效率。那怎么样提高效率呢?可以用下面的电路。

此种电路在输入的正负半周,输入对GND都不会出现不定电压状态,可以很好的检测过零信号,过零检测OK。

什么是过零检测信号,如何设计过零电路,有哪几种方法可实现

 

以下为实测波形:

什么是过零检测信号,如何设计过零电路,有哪几种方法可实现

 

方法3:采用光耦采样

什么是过零检测信号,如何设计过零电路,有哪几种方法可实现

 

此种电路用在需要AC交流输入和MCU电气隔离的系统中,用光耦采样过零信号。可以很好的采集过零信号,过零检测OK。

下图为实测波形:

什么是过零检测信号,如何设计过零电路,有哪几种方法可实现

 

此种电路结构需要注意R4电阻的取值,R4电阻过大,光耦开启延时,会影响过零采集精度;电阻过小时,待机功耗又会过高,所以需要折中考虑取值。待机要求较高时,光耦可以选择高CTR系列,从而增大R4电阻,减小待机损耗。

四、最后

从上面的分析和实测结果可以看出,要能够正确的检测过零信号,在整个输入交流周期内,过零检测电路采集输入电压都要为确定状态,避免出现上述的不定电压状态,一旦出现不定电压状态,过零检测Fail。过零信号的元器件的参数选取还影响待机功耗和采样精度等性能,因此需综合考虑。

 
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