一种基于电流互感器的交流电压采样与过零检测电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于电流互感器的交流电压采样与过零检测电路，包括：交流电压输入限流模块，用于限制交流电输入电流，避免输入电流过流对电流互感器产生影响或者损坏；交流电压采样模块，将从电流互感器耦合的交流电压采样信号传输至过零检测模块，并将经过滤波处理的交流电压采样信号传输至后续处理芯片；偏置电压输出模块，连接交流电压采样模块及过零检测模块，以为后续ADC电压采样模块以及过零检测模块的比较器提供精准偏置电压；过零检测模块，用于将交流电压输入限流模块输出的交流电压采样信号与偏置电压输出模块输出的精准偏置电压进行比较以输出高电平与低电平，以便后续通过检测高低电平的维持时间检测输入电压的频率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电流互感器的交流电压采样与过零检测电路
本技术涉及一种采样检测电路，特别是涉及一种基于电流互感器的交流电压采样与过零检测电路。
技术介绍
在某些领域，例如泳池领域里的热泵的电子控制设计系统里面需对市电进行采样检测及过零检测，并根据市电的稳定程度来控制压缩机的运行情况，使热泵系统处于一个最佳的运行状态。在传统的市电电压检测系统中，通常采用工频变压器进行降压，并经过整流后再分压，最后再送入单片机进行AD计算，得出AD值后再进行查表，以此来检测市电。传统的市电检测电路如图1所示，其中，电阻R1为电压取样电阻；电容C1、C2为滤波电容；电阻R2为限流电阻，用来保护单片机端口；二极管D2为续流二极管，当电阻R2两端的电压大于5V时进行续流，不让高电压进入单片机端口，因此起到保护作用，该种设计方法尽管能实现交流电压采样，但是其变压器T1体积大，PCB占的面积大，需要合理设置R1、C1，不易滤除噪声，电路调整比较复杂。同样，热泵里面的压缩机运行控制时，需要知道输入电压的频率，以便更好控制驱动板上的电路单元功能，所以就需要以过零检测来实现，因此得知市电的过零信号显得非常重要，传统的方式如图2所示。其中，二极管D3～D6为桥式整流，电容C3为采样滤波电容；电阻R3、R4为上下偏置分压电阻，电容C4为分压滤波电容，电阻R5为上拉电阻，电阻R6为限流电阻，电容C5为输出滤波电容。变压器次级电压经过整流形成脉动直流波形，经上下偏置分压电阻R3、R4分压后，再经过分压电容C4滤波，滤去高频成分，形成C点电压波形；当C点电压大于0.7V时，三极管Q1导通，在三极管集电极形成低电平；当C点电压低于0.7V时，三极管Q1截止，三极管集电极通过上拉电阻R5，形成高电平。这样通过三极管的反复导通、截止，在芯片过零检测端口Cross点形成100Hz脉冲波形，芯片通过判断，检测电压的零点。该设计方法尽管能实现过零检测功能，但是变压器体积大，PCB占的面积大，需要合理设置采样滤波电容C3、上偏置分压电阻R3、下偏置分压电阻R4、分压滤波电容C4，不易滤除噪声，电路调整比较复杂。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本技术之目的在于提供一种基于电流互感器的交流电压采样与过零检测电路，以基于电流互感器实现交流电压采样与过零检测的目的。为达上述及其它目的，本技术提出一种基于电流互感器的交流电压采样与过零检测电路，所述电路包括：交流电压输入限流模块，用于限制交流电输入电流，避免输入电流过流对电流互感器产生影响或者损坏；交流电压采样模块，将从所述电流互感器耦合的交流电压采样信号传输至过零检测模块，并将经过滤波处理的交流电压采样信号传输至后续处理芯片以进行处理；偏置电压输出模块，连接所述交流电压采样模块及过零检测模块，以为后续处理芯片的ADC电压采样模块以及过零检测模块的比较器提供精准偏置电压；过零检测模块，用于将所述交流电压输入限流模块输出的交流电压采样信号与所述偏置电压输出模块输出的精准偏置电压进行比较以输出高电平与低电平，以便后续处理芯片通过检测高低电平的维持时间来检测输入电压的频率。优选地，所述交流电压输入限流模块包括第一至第四输入限流电阻(R1、R2、R3、R4)及电流互感器(T1)，交流输入火线L_IN经串联的所述第一输入限流电阻(R1)和第二输入限流电阻(R2)连接至所述电流互感器(T1)原边的一端，交流输入零线N_IN经所述第三输入限流电阻(R3)、第四输入限流电阻(R4)连接至电流互感器(T1)原边的另一端。优选地，所述交流电压采样模块包括第五负载电阻(R5)、第六负载电阻(R6)、双向嵌位二极管(DA1)、交流输出限流电阻(R7)、交流输出滤波电容(C1)和电流互感器(T1)次级，所述电流互感器(T1)副边与所述第五负载电阻(R5)、第五负载电阻(R6)并联，其一端连接所述第五负载电阻(R5)、第五负载电阻(R6)的一端、双向嵌位二极管(DA1)公共端、交流输出限流电阻(R7)的一端以及所述过零检测模块，另一端连接所述第五负载电阻(R5)、第五负载电阻(R6)的另一端以及所述偏置电压输出模块、过零检测模块，所述双向嵌位二极管(DA1)阳极端接地，阴极端接电源，所述交流输出限流电阻(R7)的另一端与交流输出滤波电容(C1)的一端相连组成交流电压采样输出节点并连接至后续处理芯片的AD口，交流输出滤波电容(C1)的另一端接地。优选地，所述过零检测模块包括反相输入隔离电阻(R11)、同相输入隔离电阻(R8)、上拉电阻(R9)、过零检测输出限流电阻(R10)、过零检测输出滤波电容(C2)和第二运算放大器(U1B)，所述同相输入隔离电阻(R8)一端连接所述双向嵌位二极管(DA1)公共端，另一端与第二运算放大器(U1B)的同相输入端相连，所述第二运算放大器(U1B)的反相输入端通过反相输入隔离电阻(R11)连接所述偏置电压输出模块，所述第二运算放大器(U1B)的输出端通过所述上拉电阻(R9)连接电源并连接至过零检测输出限流电阻(R10)的一端，所述过零检测输出限流电阻(R10)的另一端与过零检测输出滤波电容(C2)的一端相连组成过零检测输出ZERO节点并与后续处理芯片的过零检测口连接，过零检测输出滤波电容(C2)的另一端接地。优选地，所述偏置电压输出模块通过集成运放负反馈以提供所述精准偏置电压优选地，所述偏置电压输出模块包括上分压电阻(R12)、下分压电阻(R13)、分压滤波电容(C4)、电源滤波电容(C3)、精准偏置电压负载电阻(R16)和第一运算放大器(U1A)，所述上分压电阻(R12)与下分压电阻(R13)串联在电源和地之间，中间节点通过所述分压滤波电容(C4)接地并连接至第一运算放大器(U1A)的同相输入端，所述电源滤波电容(C3)的一端和所述第一运算放大器(U1A)的电源端接电源，所述电源滤波电容(C3)的另一端接地，所述第一运算放大器(U1A)的输出端连接所述电流互感器(T1)副边以及所述反相输入隔离电阻(R11)，并通过所述精准偏置电压负载电阻(R16)接地。优选地，所述偏置电压输出模块包括上分压电阻(R12)、下分压电阻(R13)、分压滤波电容(C4)、电源滤波电容(C3)，所述上分压电阻(R12)与下分压电阻(R13)串联在电源和地之间，中间节点通过所述分压滤波电容(C4)接地，并连接至所述第二运算放大器(U1B)的反相输入端及所述电流互感器(T1)副边，所述电源滤波电容(C3)一端接电源及串联的所述上分压电阻(R12)与下分压电阻(R13)的一端，另一端接地。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：1、使用本技术之基于电流互感器的交流电压采样与过零检测电路能缩小产品的体积，同时电路板的尺寸也减少，不必使用大体积的变压器作为降压处理，设计成本也降低了；2、本技术采用电流互感器进行交流电压采样，具有强弱电隔离作用，避免强电大电流大浪涌产生对后级的采样电路的影响，具有保护作用，一般控制系统当中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电流互感器的交流电压采样与过零检测电路，其特征在于，所述电路包括：/n交流电压输入限流模块，用于限制交流电输入电流，避免输入电流过流对电流互感器产生影响或者损坏；/n交流电压采样模块，将从所述电流互感器耦合的交流电压采样信号传输至过零检测模块，并将经过滤波处理的交流电压采样信号传输至后续处理芯片进行处理；/n偏置电压输出模块，连接所述交流电压采样模块及过零检测模块，以为后续处理芯片的ADC电压采样模块以及过零检测模块的比较器提供精准偏置电压；/n过零检测模块，用于将所述交流电压输入限流模块输出的交流电压采样信号与所述偏置电压输出模块输出的精准偏置电压进行比较以输出高电平与低电平，以便后续处理芯片通过检测高低电平的维持时间来检测输入电压的频率。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电流互感器的交流电压采样与过零检测电路，其特征在于，所述电路包括：
交流电压输入限流模块，用于限制交流电输入电流，避免输入电流过流对电流互感器产生影响或者损坏；
交流电压采样模块，将从所述电流互感器耦合的交流电压采样信号传输至过零检测模块，并将经过滤波处理的交流电压采样信号传输至后续处理芯片进行处理；
偏置电压输出模块，连接所述交流电压采样模块及过零检测模块，以为后续处理芯片的ADC电压采样模块以及过零检测模块的比较器提供精准偏置电压；
过零检测模块，用于将所述交流电压输入限流模块输出的交流电压采样信号与所述偏置电压输出模块输出的精准偏置电压进行比较以输出高电平与低电平，以便后续处理芯片通过检测高低电平的维持时间来检测输入电压的频率。


2.如权利要求1所述的一种基于电流互感器的交流电压采样与过零检测电路，其特征在于：所述交流电压输入限流模块包括第一输入限流电阻(R1)、第二输入限流电阻(R2)、第三输入限流电阻(R3)、第四输入限流电阻(R4)及电流互感器(T1)，交流输入火线L_IN经串联的所述第一输入限流电阻(R1)和第二输入限流电阻(R2)连接至所述电流互感器(T1)原边的一端，交流输入零线N_IN经所述第三输入限流电阻(R3)、第四输入限流电阻(R4)连接至电流互感器(T1)原边的另一端。


3.如权利要求2所述的一种基于电流互感器的交流电压采样与过零检测电路，其特征在于：所述交流电压采样模块包括第五负载电阻(R5)、第六负载电阻(R6)、双向嵌位二极管(DA1)、交流输出限流电阻(R7)、交流输出滤波电容(C1)和电流互感器(T1)次级，所述电流互感器(T1)副边与所述第五负载电阻(R5)、第六负载电阻(R6)并联，其一端连接所述第五负载电阻(R5)、第六负载电阻(R6)的一端、双向嵌位二极管(DA1)公共端、交流输出限流电阻(R7)的一端以及所述过零检测模块，另一端连接所述第五负载电阻(R5)、第六负载电阻(R6)的另一端以及所述偏置电压输出模块、过零检测模块，所述双向嵌位二极管(DA1)阳极端接地，阴极端接电源，所述交流输出限流电阻(R7)的另一端与交流输出滤波电容(C1)的一端相连组成交流电压采样输出节点并连接至后续处理芯片的AD口，交流输出滤波电容(C1)的另一端接地。


4.如权利要求3所述的一种基于电流互感器的交流电压采样与过零检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎振焕，范文森，于华平，
申请(专利权)人：广州安捷制造有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44