什么是过零检测?220V交流过零检测器电路设计的具体方案

  最近正好项目需求遇到需要做过零检测,上次用到过零检测还是数年前,所以还得来温习一遍,想着可以来做个总结记录。

  需要说明的是,这里的过零检测指的是在交流回路的中的过零检测,对我们最常接触的交流电就是个人会使用的 220V 的市电了。

  我们知道,在交流回路中,电压随时间的变化是正弦波,当波形由正半周向负半周转换或者由负半周向正半周转换时,经过 x 坐标的点就是 过零点。

  所谓 过零检测,就是对 过零点 进行仔细的检测,判断交流电是否到达这个点,如下图所示:

  我们知道交流电的电压是在一直变化的,如果我们的用电系统开关的时候都处于电压高点,那么这样一个时间段的电流也会对应的比较大,忽然间打开关短对系统会造成一定的 “冲击”,有时候也会产生一些电弧火花,是所谓的浪涌,这样存在安全风险隐患,在一些带大功率负载的交流回路中,风险会更大。

  如果我们系统能够知道每次过零点的时间,在这样一个时间段去进行开关控制,那就能使得系统安全稳定。

  另外,我们通过检验测试交流电信号的过零点,能轻松实现交流电电子设备的开关控制、电流采样和保护功能,在调光开关/调光器、电机调速产品中,可从零点开始控制交流电导通角的大小,实现调光灯具亮度、电机速度的调节。

  首先我们要明白,我们做过零检测,最直观的是检测什么?实际上就是电压。电压变成 0 的时候,就是 零点。

  如何检测,我这里直接先对大家说,从结果来看,最常见的过零检测电路 末端输出 有如下两种方式:

  大家看了上面的两种结果,是不是若有所思,回顾一下我们所学过的电路知识,可以在一定程度上完成上面这种检测电压变化的很多器件,比如我们的三极管,MOS管,比较器/运放,光耦,是不是感觉都可以搭建方案。

  本段落我们主要讲解一下测量思路,在下面一小节我会罗列汇总一些电路,提供给大家参考。

  单片机检测信号通断通用电路(3.3V/5V直流信号,24V+直流信号,220V交流信号)

  当时的需求只是需要检测是否有 220V 交流电信号存在,使用了双向光耦,其中右边输出的地方特意加了一个 2.2uF 的电容防止过零点时候电压突变。

  对于比较器以及后面的三极管而言,我们一般来说需要先降压,接着进行处理,是比较妥当的一种方式,比如下面图的示例:

  上面的设计是脉冲,通过 R22, R21 控制小于 Vcc /101 电压的时候 ( 如果 VCC 为3.3V ,阀门大概在 0.03V ) , 输出 S2 会输出一个高电平信号,由于时间很短,所以结果为脉冲。

  当然大家也可以把比较器的 负 输出端连接 GND ,也就是 0V ,然后 + 输入端连接降压后但是不整流的输入(220V的交流变成低压的交流),这样输出 S2 就能形成方波输出,但是不整流需要额外注意一些问题,这里就不详细说明。

  对于三极管和 MOS 管来说,与上面的比较器也是类似的,直接上个示意图:

  需要说明的是,通过 三极管或者 MOS 管判断的输出脉冲,会比上面使用比较器的脉冲会宽一些。

  三极管 0.7V 就导通了,MOS管可能会更大一些,比如有些 1.0V 左右就导通了。

  和电平转换或者其他应用电路一样,过零检测也有专门的芯片,当然还是老问题,成本相对前面较高。

  通过上面小结我们说明了多种 220V 交流过零检测的方案,在实际使用中大家可完全根据自己的情况搭建起电路使用。

  博主这几天网上也是查看了很多的视频和文章,网上众多的电路中,我也挑选了几个比较实在的推荐给大家,此处的借鉴我都会标注明确出处,各位明白我的很多文章会随着我的测试使用进度保持着更新,如果有机会,所有电路图我都会做成实物来测试的,落地才是王道!

  在实际中我用的是绝大多数都是这个电路,直接用示波器查看过零信号,实际的测试结果如下:

  本文复习了一遍 过零检测 的相关知识,给大家介绍了不同的方法实现过零检测的方式。



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