高精度過零檢測電路原理和案例

1. 什么是過零檢測

在日常的電子電路設計和應用中，經常要用到對交流電信號的零點電壓檢測技術，這種電子技術稱為零點電壓檢測技術，簡稱過零檢測。

過零檢測指的是在交流系統中，在一個交流周期中，當波形從正半周向負半周或者從負半周向正半周轉換時，經過零位時，系統檢測出這個過零位，并產生對應的信號輸出。

實際應用中，在二端口電壓從正電壓變為0或者從負電壓變為0的時刻，輸出相應的電平或者脈沖，電平和脈沖的上升沿或者下降沿可表征交變電壓過零點的位置和時刻，通常在過零點的位置具有較低的電源噪聲。

2. 過零檢測作用

用于檢測追蹤交流電的正半波和負半波交變過零點的位置和時刻。通過過零點檢測，可以獲得交變電壓的相位、頻率、抖動等瞬時和長期變化信息。

過零檢測，常用于控制、調制、保護等領域。比如大功率電源的接入避免打火，抑制電弧，防止瞬間高溫，也作為簡單的同步時鐘源，同步控制信號的輸出。

交流過零點檢測電路在電力載波通訊、功率設備和家電接入切換等領域都有廣泛應用。目前在智能開關、智能通斷器產品中，應用過零檢測技術來實現零電壓時刻通斷，從而抑制開機浪涌電流，抑制電弧和瞬間高溫，達到保護繼電器觸點等器件的目的；在一些智慧照明領域，調光設備應用過零檢測技術，從零點開始控制交流電導通角的大小，實現亮度調節；在工業控制領域，進行同步信號輸出判斷，實現電機速度調節。

通常也用于電力載波通信和其他電力電子設備，實現過零點通信、相位識別、逆相序判別、零火線反接、臺區識別、掉電檢測等。

3. 過零檢測電路原理

過零檢測電路實際就是一個電壓比較器，它的輸入信號即為需要進行過零檢測的來源信號。其原理是通過對輸入信號進行整流和濾波，然后將其與一個基準電平進行比較。當輸入信號通過零點時，輸出信號會發生跳變，這個跳變就是過零點。

通常利用二極管導通和光耦隔離特性進行過零檢測來改變輸出狀態。

4. 常用過零檢測電路分析比較

以下是目前業內常用的過零檢測電路的案例，對他們的電路和功能特性進行檢測分析，方便進行綜合對比。

方案1：過零脈沖輸出，分離器件

電路描述：

該類電路采用二極管和穩壓二極管構成整流濾波部分。輸出過零點脈沖信號。

主要特點：

■半周期儲能

■過零脈沖輸出

■功耗較低，大約30mW~50mW

■檢測精度中等，一般約30us左右

■抗擾度一般，容易被過零點附近噪聲干擾造成抖動或重復輸出

■一致性一般，受溫度影響和外圍器件影響因素多

■外圍器件較多

方案2：電平輸出，分離器件

電路描述：

該類電路采用分離器件搭建，最終輸出電平信號，交流電過零時輸出低電平，交流電未過零時輸出高電平。

主要特點：

■過零電平輸出

■需要對輸出進行整形

■功耗高，大約60mW~100mW

■檢測精度低，通常偏差大于200us以上

■抗擾能力差

■一致性差，光耦影響大

■所需外圍器件少，成本低

方案3：脈沖輸出，采用專門的過零檢測芯片，比如GS1102。

電路描述：

該類電路采用專門的過零檢測芯片GS1102搭建,電路一致性高，抗干擾性好，檢測進度高，最終輸出過零脈沖信號。

主要特點：

■半周期儲能

■過零脈沖輸出

■功耗極低，大約10mW~20mW

■檢測精度高，偏差小于10us

■內部遲滯，高抗擾度

■閾值溫度偏差小，基本有外圍器件無關，一致性高

■外圍器件極少

5. 特性對比總結

經過分析，使用目前市場上已經存在專業的過零檢測芯片方案，成本和設計方面都有比較大的優勢。當然，大家在實際的電路設計過程中，需要根據實際的情況酌情選擇適合自己的方案。

綜合對比結果如下：

審核編輯黃宇