交流信号过零点检测装置的制作方法

本发明涉及过零点检测技术，特别是一种交流信号过零点检测装置。

背景技术：

过零点检测广泛应用于漏电检测、开关电路、电网工频频率和相位的测量以及谐波分析等领域，随着技术的发展，新的检测方法不断出现，但是由于种种原因引起的电网频率的漂移，使得n个采样点并非均匀地分布在一个整周期内，从而使测量出现误差，导致整个系统精度不够、可靠性不高。

在开关控制领域，实现高压开关过零同步投切关键在于对三相电压过零点的精确检测。传统的高压开关的动作相位是随机的,会在系统中产生很大的浪涌电流和很高的感应电压,降低电力系统的供电质量,对开关等设备造成损坏,使设备寿命降低。由同步开关的工作原理可知,同步开关的成功与否关键在于开关相位的准确控制，而影响相位控制准确度的因素,以合闸过程为例,包括控制单元的数据处理和控制时间、开关的关合时间等。其中同步控制单元的数据处理和控制时间由微机完成,准确度可在微秒级以内。但是,作为同步控制过程时间起点——三相电压或电流过零点的检测方法,其准确度将严重影响相控开关技术的实施,特别是在系统电压波形中含有较大的背景噪声、谐波分量、瞬态脉冲干扰等情况。传统检测方法是在零点提取中采用硬件过零比较器来实现,但是在实际中由于受比较器的失调电压、交流信号中的谐波和白噪声的影响,实际基波的零点和提取的零点误差比较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种交流信号过零点检测装置。

实现本发明目的的技术方案为：

一种交流信号过零点检测装置，包括输入端保护电路、信号放大电路、光电耦合电路、微处理器和供电电源；

输入端保护电路的输入端接入待检测的交流信号，对交流信号进行限流和限幅处理，输入端保护电路的输出端与信号放大电路的输入端相连，信号放大电路对输入端保护电路处理后的交流信号进行放大处理，信号放大电路的输出端与光电耦合电路的输入端相连，光电耦合电路对放大后的交流信号进行信号隔离，光电耦合电路的输出端与微处理器相连，微处理器对接收的交流信号进行过零点检测，得到过零点相位，所述供电电源为信号放大电路、光电耦合电路、微处理器供电。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：

(1)本发明获得的过零点时刻误差极小，且求出的过零点时刻为下一个信号周期服务，满足过零点准确触发的应用场合；

(2)本发明的输入、输出信号不共地，完全实现信号隔离，减小了背景噪声、谐波分量、瞬态脉冲干扰，提高了电路的可靠性；输入端设计有保护电路，防止因差模电压过大而损坏运放，减小输入电压使正负电源电压在有限的供电范围内输出电压均不会失真；

(3)本发明基于单光耦和微处理器的捕获中断功能实现电源过零点检测，简单可靠，成本低，实用性强，可实现零点高精度检测；

(4)本发明的交流信号过零点检测装置通过控制光电耦合器件开闭状态进行过零点的提取，信号顶部和底部被截部分全部为正值或者负值，不会产生过零点交跃点，不影响过零点的提取。

附图说明

图1是本发明的交流信号过零点检装置原理框图。

图2是本发明的交流信号过零点检测装置硬件电路图。

图3是本发明的交流信号过零点检测装置输入输出波形图。

具体实施方式

结合图1、图2，本发明的一种交流信号过零点检测装置，包括输入端保护电路、信号放大电路、光电耦合电路、微处理器和供电电源；

输入端保护电路的输入端与待检测的交流信号相连，对交流信号进行限流和限幅处理，输入端保护电路的输出端与信号放大电路的输入端相连，信号放大电路对输入端保护电路处理后的交流信号进行放大处理，信号放大电路的输出端与光电耦合电路的输入端相连，光电耦合电路对放大后的交流信号进行信号隔离，光电耦合电路的输出端与微处理器相连，微处理器对接收的交流信号进行过零点检测，得到过零点相位，所述供电电源为信号放大电路、光电耦合电路、微处理器供电。

进一步的，所述输入端保护电路包括第一电阻r1、第一二极管d1和第二二极管d2，所述第一电阻r1的一端与待检测的交流信号连接，另一端与第一二极管d1的阴极和第二二极管d2的阳极连接，同时与信号放大电路连接，所述第一二极管d1的阳极和第二二极管d2的阴极接地并与待检测的交流信号连接。

进一步的，所述信号放大电路包括第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第一运算放大器u1a和第二运算放大器u1b，所述第二运算放大器u1b的正向输入端与第一二极管d1的阴极和第二二极管d2的阳极连接，第二运算放大器u1b的反向输入端分别与第二电阻r2、第三电阻r3的一端连接，第二电阻r2的另一端接地，第三电阻r3的另一端同时与第二运算放大器u1b的输出端和第一运算放大器u1a的正向输入端连接，所述第一运算放大器u1a的反向输入端同时与第四电阻r4、第五电阻r5的一端连接，第四电阻r4的另一端接地，第五电阻r5的另一端同时与第一运算放大器u1a的输出端和光电耦合电路连接。

进一步的，所述光电耦合电路包括第六电阻r6、第七电阻r7和光电耦合器u2，所述第六电阻r6的一端与第一运算放大器u1a的输出端连接，另一端与光电耦合器u2的发光二极管阳极连接，发光二极管阴极接地，所述光电耦合器u2光敏管的集电极与第七电阻r7的一端连接，同时与微处理器连接，第七电阻r7的另一端接供电电源，光敏管的源极接地。

如图3所示，交流电源ui在a点处使光电耦合器件发光二极管导通，输出电压u0得到低电平，微处理器mcu检测到该时刻的时间值为t1；交流电源ui在b点处电压值降低，光电耦合器件发光二极管d2不发光，输出电压u0获得高电平，微处理器mcu检测到的该时刻的时间值是t3,；以此类推，微处理器分别检测并记录下c、d点处的时间值t4与t6，则此交流电源ui的两个波峰所在的时刻t2与t5分别为：

交流周期t1:

t1＝t5-t2

这样，从第二个波峰时刻t5到交流电源ui的下一个过零点e的时刻t7的时间刚好为交流电源周期t1的四分之一，即：

最后微处理器保留t1＝t4、t2＝t5、t3＝t6这3个时刻值，为下一次检测服务。