电容器投切过零检测电路的制作方法

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种电容器投切过零检测电路。

背景技术：

近年来随着电力电子装置的广泛应用，电网中的无功负荷日益增加。由于无功功率会增加线路损耗，严重影响供电质量，因此，在电网中装设无功补偿装置已成为满足电网无功需求的必要手段，以保证电网有功功率的充分利用，减少线路损耗，降低配电线路的成本具有非常重要的意义。

目前无功补偿电容器装置主要由无功补偿控制器、电容器投切开关和电容器构成，其中电容器投切开关性能好坏直接影响无功补偿的效果，而投切时间点的精准控制是投切开关性能的一个重要体现。现基本上投切开关都采用过零投切的方式，过零检测电路的好坏直接决定了投切电容器的质量。如果投切过零检测比较精准，投切电容器时基本不会出现大浪涌电流和过电压的现象，导致电容器损坏。目前一些过零检测电路还存在有相位延迟，检测不够精确，抗干扰能力较差等缺陷，因此设计精准的过零检测电路是很重要的。

现有技术方案的过零投切电容器是指电压过零时投入电容和电流过零时切除电容。目前常用的电容投切过零检测电路如图1所示，其主要由运算放大器、稳压管D1、D2，电阻R1、R2、R3、R4等组成。运算放大器负端输入待检测信号，正端接地，当输入信号的瞬时值小于零，运算放大器输出一个数值A，当输入信号的瞬时值大于零，运算放大器输出一个数值B。运算放大器的输出是一个相对于输入过零时刻的一个方波信号，从而实现了同步的过零检测。

由于运算放大器的失调电压和输入偏置电流都很小，故电压输出的震荡幅值一般较大，尽管电路中采用了限幅二极管限制输出电压幅值，但在小范围内失真较多。这种过零检测虽然电路结构较简单，灵敏度较高，但过零检测精度不够高，信号抗干扰性较差。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种电容器投切过零检测电路。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

本实用新型由电感、第一电阻至第四电阻、二极管、稳压管、三极管和光耦器组成，所述电感的第一端为输入端，电感的第二端同时与二极管的负极、第二电阻的第一端和第一电阻的第一端连接，二极管的正极同时与稳压管的正极和光耦器内发光管的负极连接，第二电阻的第二端同时与三极管的基极和稳压管的负极连接，第一电阻的第二端与三极管的集电极连接，三极管的发射极与第三电阻的第一端连接，第三电阻的第二端与光耦器内发光管的正极连接，光耦器内感光管的集电极与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端连接电源正极，光耦器内感光管的发射极与电源负极连接并作为信号输出端。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型是一种电容器投切过零检测电路，与现有技术相比，本实用新型基于光耦TLP621-4兼容高低压的过零检测电路，输入的三相电压不需要变比可直接接入到检测电路中，检测高压相比于比较器低压检测的误差延迟小。对于相同的门限阀值，高电压响应时间短，过零导通角较小，检测更精准。由于光耦的过零检测电路不需要外加电源，检测电路就没有外加电源的串入干扰，从而解决了常规过零检测信号抗干扰性较差的问题，具有推广应用的价值。

附图说明

图1是现有技术中的过零检测电路的电路结构原理图；

图2是本实用新型的电路结构原理图；

图3是本实用新型的过零检测仿真波形图；

图4是本实用新型的不同输入电压门限对应时间曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图2所示：本实用新型由电感L、第一电阻R1至第四电阻R4、二极管D1、稳压管D2、三极管Q和光耦器U1组成，所述电感L的第一端为输入端，电感L的第二端同时与二极管D1的负极、第二电阻R2的第一端和第一电阻R1的第一端连接，二极管D1的正极同时与稳压管D2的正极和光耦器U1内发光管的负极连接，第二电阻R2的第二端同时与三极管Q的基极和稳压管D2的负极连接，第一电阻R1的第二端与三极管Q的集电极连接，三极管Q的发射极与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端与光耦器U1内发光管的正极连接，光耦器U1内感光管的集电极与第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端连接电源正极VCC，光耦器U1内感光管的发射极与电源负极连接并作为信号输出端。

常规过零检测电路的输入电源需要从380V经变压器变压后才能接入比较电路，速度较慢而且会出现一定的延迟，且检测电路中运放要求有较高质量的外接电源，不同电源的串入也会干扰输入电源信号，但一般市电工频电压接入时会很多不同频率的参杂干扰信号，将影响过零点的判断。因此，比较器过零检测电路存在过零检测精度较低和信号抗干扰性较差的问题，需要设计一种设计更加精准的过零检测电路，采用光耦来实现过零检测。

(1)光耦：光耦TLP621-4由4个独立单元的快速光耦组成，其电流转换率为100％-600％，转换速度非常快，可达到微秒级，适应范围较大。隔离电压可达到5000V，光耦内部有集成的光电隔离，能够滤除输入端的干扰信号，光耦导通电压Vce最低为55V，输出电压适应范围较广。

(2)电感：在输入电路前端的电感L，能够滤除一定输入端的干扰杂滤。

(3)电路工作过程：电流在电路中的流向有2个路径，1路径是从Q、R3经过光耦U1、D2构成一个回路，2路径是从R2、D2到接地端。当电流经过路径2时，电阻R2限制了路径2的电流，当电流达到一定值时，Q导通，电路继续给D2充电时，稳压二极管通过一定的电流就到达稳压的状态5V，此时R3决定了回路1电流大小，因此可选取适当的R3使光耦工作在最快速状态。光耦导通，控制输出端UIO高电平。

(4)过零检测仿真：光耦TLP621-4开关速度在20μs左右，保证了它能输出稳定的方波，每一个过零点都与输出方波的边沿对应着。过零检测仿真波形图如图3所示，从图中可知过零检测的准确性好。

(5)电路优点：基于光耦TLP621-4兼容高低压的过零检测电路，输入的三相电压不需要变比可直接接入到检测电路中，检测高压相比于比较器低压检测的误差延迟要小。如图4所示，对于相同的门限阀值，高电压响应时间明显要短些，过零导通角也较小，这样检测更精准。由于光耦的过零检测电路不需要外加电源，检测电路就没有外加电源的串入干扰，从而解决了常规过零检测信号抗干扰性较差的问题。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。