过零检测原理收集.pdf
本文档主要介绍了交流电过零点检测电路的原理和实现方法,并对现有的检测电路进行了分析和比较。该文档分为两个部分:第一部分介绍了当前常见的交流电过零点检测方案,并对其进行了分析和比较;第二部分介绍了基于比较器的过零点检测方案的设计和实现。
当前交流电过零点检测方案
当前的交流电过零点检测方案主要是基于光耦的电路, 如图 1 所示。该电路可以检测到交流电经过零点的时间,但是它存在诸多的弊端:
1. 电阻消耗功率太大,发热较多。
2. 光耦的过零点反应速度慢,TZA 上升沿时间长。
3. 根据光耦的导通特性,该电路的零点指示滞后实际交流电发生的零点。
4. 光耦导通时间较长, 即光耦电流由 0 变为导通电流这个渐变过程较长,导致光耦特性边缘时间差异明显,产品一致性差。
5. 受光耦导通电流限制,该电路能够检测的交流信号幅度范围较窄。
6. TZA 输出波形和标准方波相差较大,占空比高于50% 。
这些弊端导致了交流电过零点检测方案的同步质量较差,需要改进。
基于比较器的过零点检测方案
基于比较器的过零点检测方案是通过比较器的比较功能来产生标准的方波。在交流电的正半周比较器输出高电平, 在交流电的负半周比较器输出低电平。该方案的时间误差仅取决于比较器电平跳变的响应速度和比较器的差分电平分辨率。
以 LM319 为例,偏置电压最大为 10mv ,比较灵敏度为 5mv ,5V 输出电平跳变响应时间在 300ns 以内,加上 asin(10e-3/311)/2//pi/50 = 100ns。二者总共相差约 400ns ,远低于图 1 所示的方案。
在实际应用中,我们使用了 LM358 来代替比较器,其偏置电流为 50na,串接 1M 的电阻,满足偏置电流的电压为 50na× 1M=50mv 。按照 st-lm358 资料,其开环频率响应 1k 下可以达到 100db,因此理论上输入 1mv 的电平依然可以识别,和前边假设相比取 50mv ,asin(50mv/311)/2/pi/50 = 500ns,放大器的 SR 为 0.6V/us,假设转换到 4V,需要 7us。因此使用 LM358 的绝对误差为 7.5us,而实际上由于每个器件的共性,因此在同步上偏差应该小于 1.5us 。
电路设计和调试
在实际电路设计和调试过程中,我们遇到了许多问题,主要包括差分运放电路缺乏基本的认识,最初考虑用电阻分压电路,但最终以失败告终。经过学习和查找原因,我们发现是因为没有可靠的工作点,或者说没有统一的参考地,浮地输入无法实现放大。
因此,我们需要对差分放大电路提供统一的参考基准,以便实现可靠的工作点。