零点检测装置及系统的制作方法

本实用新型涉及电气控制技术领域，尤其是涉及一种零点检测装置及系统。

背景技术：

在工频交流配电或控制以及相关的工业控制领域中，工频零点检测是一种特殊的设计需求。工频零点检测主要用于斩波、电机软启动、晶闸管投切等等，而相关领域仍然缺乏合格低功耗高精度的过零检测器件。

现有的工频零点检测方法可以是用线性变压器整流隔离后检测，或用运算放大器比较输出。然而，这两种方法都存在设计复杂、开发周期长、精度低、稳定性差、过零延迟等问题。而且这两种方法的功耗较高，高功耗导致限幅电阻发热寿命缩短，而运放作为电压敏感性器件易受工频脉冲影响，稳定性差。

针对上述现有技术中工频零点检测存在成本高、精度低、功耗高的问题，目前尚未提出有效解决方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种零点检测装置及系统，以降低成本、提高精度并且减少功耗。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种零点检测装置，包括：电压输入模块、限流整流模块和稳压触发模块；电压输入模块、限流整流模块和稳压触发模块依次连接；电压输入模块还与待检测的电压输入装置连接；稳压触发模块还与电压输出装置连接；电压输入模块，用于接收待检测的电压信号；限流整流模块，用于将待检测的电压信号转化为小信号直流电压信号；稳压触发模块，用于当小信号直流电压信号处于高电平时充电，当小信号直流电压信号处于低电平时向电压输出装置放电。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，电压输入模块，包括：连接器；连接器的输入端与待检测的电压输入装置连接，连接器的输出端与限流整流模块连接；连接器，用于接收待检测的电压输入装置输出的待检测的电压信号，将待检测的电压信号输出到限流整流模块。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，限流整流模块，包括：整流芯片、限流电阻和滤波电容；

整流芯片的输入端与电压输入模块的输出端连接，整流芯片的输出端与电压输入模块的输入端连接；滤波电容，设置于整流芯片的输入端与整流芯片的输出端之间；限流电阻设置于整流芯片的输入端与电压输入模块的输出端之间，和/或，限流电阻设置于整流芯片的输出端与电压输入模块的输入端之间；整流芯片，用于将待检测的电压信号整流为小信号直流电压信号；限流电阻，用于限制待检测的电压信号的电流大小；滤波电容，用于对限流后的待检测的电压信号滤波。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，稳压触发模块，包括：二极管、电容和三极管；二极管的阳极与限流整流模块的第二输出端连接，二极管的阴极与三极管的发射极连接，三极管的基极与二极管的阳极连接；电容的正极与二极管的阴极连接；电容的负极与限流整流模块的第二输入端连接；限流整流模块的第二输出端输出小信号直流电压信号，当小信号直流电压信号的电压高于二极管的阈值电压时，二极管导通，电容充电；当小信号直流电压信号低于二极管的阈值电压时，电容放电，三极管导通，三极管的集电极放电。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，稳压触发模块，还包括：稳压二极管、限流电阻；稳压二极管与限流电阻并联，设置于限流整流模块的第二输出端与限流整流模块的第二输入端之间；稳压二极管，用于将小信号直流电压信号的电压限制在预设的电压阈值之内；限流电阻，用于将小信号直流电压信号的电压限制在预设的电流阈值之内。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括：光耦触发模块；稳压触发模块和光耦触发模块连接；光耦触发模块，用于在稳压触发模块放电时输出触发信号。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，光耦触发模块，包括：光耦合器；光耦合器的阳极与稳压触发模块的第二输出端连接，光耦合器的阴极与稳压触发模块的第二输入端连接，光耦合器的集电极接入固定电压，光耦合器的发射极接地；当稳压触发模块的第二输出端向光耦合器的阳极放电，光耦的发光二极管导通发光，光耦合器的光敏三极管导通，光耦合器的发射极输出触发信号。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括：压宽滤波模块；压宽滤波模块与光耦触发模块连接；压宽滤波模块，用于将触发信号的电压转化为固定电压的直流信号。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，还包括：电平输出模块；电平输出模块与压宽滤波模块连接；电平输出模块，用于根据固定电压的直流信号输出触发电平信号。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种零点检测系统，包括：待检测的电压输入装置和如第一方面及其各可能的实施方式之一提供的零点检测装置；待检测的电压输入装置和电压输入模块连接；待检测的电压输入装置，用于输出待检测的电压信号。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型实施例提供的零点检测装置及系统，通过电压输入模块接收待检测的电压信号，经过限流整流模块将待检测的电压信号转化为小信号直流电压信号后，当小信号直流电压信号处于高电平时稳压触发模块充电，当小信号直流电压信号处于低电平时稳压触发模块放电，可以降低成本、提高精度并且减少功耗。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种零点检测装置的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的一种零点检测装置的电路结构图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种零点检测装置的结构图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种零点检测装置的结构图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种零点检测装置的结构图；

图6为本实用新型实施例提供的一种零点检测装置的波形图；

图7为本实用新型实施例提供的另一种零点检测装置的波形图；

图8为本实用新型实施例提供的一种零点检测系统的结构示意图。

图标：1-电压输入模块；2-限流整流模块；3-稳压触发模块；101-电压输入装置；103-电压输出装置；4-光耦触发模块；5-压宽滤波模块；6-电平输出模块；100-零点检测装置。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

现有的工频零点检测方法存在设计复杂、开发周期长、精度低、稳定性差、过零延迟等问题现有的工频零点检测方法功耗较高，高功耗导致限幅电阻发热寿命缩短，而运放作为电压敏感性器件易受工频脉冲影响，稳定性差。基于此，本实用新型实施例提供的一种零点检测装置及系统，可以应用于工业控制或电气控制领域，尤其是可以应用于工频交流配电或控制以及相关的工业控制领域中。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种零点检测装置进行详细介绍。

实施例一：

本实用新型实施例提供了一种零点检测装置，参见图1所示的一种零点检测装置的结构图，包括：电压输入模块1、限流整流模块2和稳压触发模块3；

电压输入模块1、限流整流模块2和稳压触发模块3依次连接；电压输入模块1还与待检测的电压输入装置101连接；稳压触发模块3还与电压输出装置103连接；

电压输入模块、限流整流模块和稳压触发模块之间均有两个通道进行连接，而电压输入模块与待检测的电压输入装置有1个通道进行连接，稳压触发模块与电压输出装置之间也是1个通道进行连接。

电压输入模块1，用于接收待检测的电压信号；

待检测的电压输入装置将待检测的电压信号发送到电压输入模块，电压输入模块接收到待检测的电压信号后，会将待检测的电压信号发送到限流整流模块。

限流整流模块2，用于将待检测的电压信号转化为小信号直流电压信号；

限流整流模块在接收到待检测的电压信号后，会对待检测的电压信号进行限流和整流，生成小信号直流电压信号，并将小信号直流电压信号发送到稳压触发模块。

稳压触发模块3，用于当小信号直流电压信号处于高电平时充电，当小信号直流电压信号处于低电平时向电压输出装置103放电。

小信号直流电压信号处于高电平时，稳压触发模块接收到小信号直流电压信号后，稳压触发模块会先充电，这时电压输出装置不会接收到信号；当小信号直流电压信号处于低电平时，即电压信号处于工频零点状态，稳压触发模块会放电，这时电压输出装置会接收电压信号，以实现工频零点检测的功能。

本实用新型实施例提供的上述装置，通过电压输入模块接收待检测的电压信号，经过限流整流模块将待检测的电压信号转化为小信号直流电压信号后，当小信号直流电压信号处于高电平时稳压触发模块充电，当小信号直流电压信号处于低电平时稳压触发模块放电，可以降低成本、提高精度并且减少功耗。具体的电路结构，参见图2所示的一种零点检测装置的电路结构图，需要说明的是，图2中的各个器件的值仅给出一种例子，也可以为其他值，器件也可以进行删减和替换。

对于电压输入模块，参见图2所示的一种零点检测装置的电路结构图，包括：连接器，连接器的输入端与待检测的电压输入装置连接，连接器的输出端与限流整流模块连接；连接器，用于接收待检测的电压输入装置输出的待检测的电压信号，将待检测的电压信号输出到限流整流模块。

连接器就是图2中的p1，p1用于工频电压输入。p1的插槽可以插入待检测的电压输入装置。p1的端口2为火线，端口1为零线。本实用新型实施例提供的上述装置，电压输入模块包括连接器，用于插入电压输入装置。

对于限流整流模块，参见图2所示的一种零点检测装置的电路结构图，包括：整流芯片、限流电阻和滤波电容；整流芯片的输入端与电压输入模块的输出端连接，整流芯片的输出端与电压输入模块的输入端连接；滤波电容，设置于整流芯片的输入端与整流芯片的输出端之间；限流电阻设置于整流芯片的输入端与电压输入模块的输出端之间，和/或，限流电阻设置于整流芯片的输出端与电压输入模块的输入端之间；整流芯片，用于将待检测的电压信号整流为小信号直流电压信号；限流电阻，用于限制待检测的电压信号的电流大小；滤波电容，用于对限流后的待检测的电压信号滤波。

在图2中的限流整流模块，不仅包括方框2的内容，还包括：电阻r1、电阻r3和电容c1。整流芯片为图2中的u1，型号为mb6s，mb6s是一种整流桥，即将交流电转化为直流电。电阻r1、电阻r3并不同时需要，可以只有一个，r1和r3可以均为300kω。电容c1可以为1kv，150pf的电容。电阻r1、电阻r3用于限制待检测的电压信号的电流大小，电容c1为相位滞后并滤波，用于对限流后的待检测的电压信号滤波。整流芯片u1用于整流，将将工频交流整流为脉冲直流，即小信号直流电压信号。本实用新型实施例提供的上述装置，限流整流模块包括整流芯片、限流电阻和滤波电容，用于限流和整流。

对于稳压触发模块，参见图2所示的一种零点检测装置的电路结构图，包括：二极管、电容和三极管；二极管的阳极与限流整流模块的第二输出端连接，二极管的阴极与三极管的发射极连接，三极管的基极与二极管的阳极连接；电容的正极与二极管的阴极连接；电容的负极与限流整流模块的第二输入端连接；限流整流模块的第二输出端输出小信号直流电压信号，当小信号直流电压信号的电压高于二极管的阈值电压时，二极管导通，电容充电；当小信号直流电压信号低于二极管的阈值电压时，电容放电，三极管导通，三极管的集电极放电。

图2中的二极管d1即为上述的二极管，型号为1n4148；电容c2和电容c3即为上述电容，需要说明的是电容c3和电容c2均可以为50v，1uf的电容，也可以用其他的不同数量的电容替代，例如：可以使用一个50v，2uf的电容替代电容c3和电容c2；三极管q1即为上述三极管，型号为s8550。当输入的小信号直流电压信号达到二极管d1的导通阈值电压是，二极管d1导通，最高电压一般为11.3v，电容c3和电容c2充电，由于此时三极管q1基极为高电平所以集电极与发射极不导通，当输入的小信号直流电压信号低于二极管d1的阈值电压，阈值电压一般为0.7v，即此时的小信号直流电压信号区域零点，将三极管q1基极电位拉低，三极管q1导通，三极管的集电极放电。本实用新型实施例提供的上述装置，限流整流模块稳压触发模块包括二极管、电容和三极管，用于在高电位电容充电，工频零点三极管放电。

此外，对于稳压触发模块，参见图2所示的一种零点检测装置的电路结构图，还包括：稳压二极管、限流电阻；稳压二极管与限流电阻并联，设置于限流整流模块的第二输出端与限流整流模块的第二输入端之间；稳压二极管，用于将小信号直流电压信号的电压限制在预设的电压阈值之内；限流电阻，用于将小信号直流电压信号的电压限制在预设的电流阈值之内。

图2中的二极管d2即为上述稳压二极管，型号为1n4742；电阻r2即为限流电阻，电阻r2的阻值可以为300kω。二极管d2用于将小信号直流电压信号的电压限制在预设的电压阈值之内，一般在12v电压以内。电阻r2用于对小信号直流电压信号限流。本实用新型实施例提供的上述装置，稳压触发模块还包括稳压二极管、限流电阻，用于稳压和限流。

此外，参见图3所示的另一种零点检测装置的结构图，上述零点检测装置还包括：光耦触发模块4；稳压触发模块3和光耦触发模块4连接；光耦触发模块4，用于在稳压触发模块放电时输出触发信号。

在工频零点时，稳压触发模块放电，光耦触发模块相当于一个开关，输出触发信号。具体的电路图参见图2所示的一种零点检测装置的电路结构图，光耦触发模块，包括：光耦合器；光耦合器的阳极与稳压触发模块的第二输出端连接，光耦合器的阴极与稳压触发模块的第二输入端连接，光耦合器的集电极接入固定电压，光耦合器的发射极接地；当稳压触发模块的第二输出端向光耦合器的阳极放电，光耦的发光二极管导通发光，光耦合器的光敏三极管导通，光耦合器的发射极输出触发信号。图2中的光耦型号为el3h7d，工频零点时电容c2、c3将施放存储电压通过三极管q1触发el3h7d光耦。光耦导通，并输出高电平。电阻r5的阻值为10kω，耦合器的集电极接入5v的固定电压。本实用新型实施例提供的上述装置，通过光耦触发模块包括的光耦合器输出触发信号。

光耦输出的电压信号为线性电压信号，需要稳压和限流，因此，参见图4所示的另一种零点检测装置的结构图，上述零点检测装置还包括：压宽滤波模块5；压宽滤波模块5与光耦触发模块4连接；压宽滤波模块5，用于将触发信号的电压转化为固定电压的直流信号。

压宽滤波模块包括一个施密特反相器和限流电阻，如图2所示，施密特反相器的型号为sn74lvc1g14dbv，电阻r4为限流电阻，阻值4.7kω。施密特反相器接入5v的固定电压，光耦工作在线性放大区，输出的电压存在波动。经过上述施密特反相器后得到稳定电压输出，一般输出的电压为5v的直流信号，之后经过电阻r4限流。本实用新型实施例提供的上述装置，通过压宽滤波模块输出稳压直流信号。

输出的直流信号还需要通过电平输出模块与电压输出装置连接，参见图5所示的另一种零点检测装置的结构图，上述零点检测装置还包括：电平输出模块6；电平输出模块6与压宽滤波模块5连接；电平输出模块6，用于根据固定电压的直流信号输出触发电平信号。

参见图2所示的一种零点检测装置的电路结构图，电平输出模块的注意为连接器p2。连接器p2的引脚3需提供5v的检测电压，引脚2为过零电平输出引脚，引脚1为信号gnd端。图5给出的零点检测装置，过零检测成本较低；检测功耗较低，工频侧电流<70mw；检测精度很高，约等于1°。将电压输出装置插入连接器的插槽中，即可将触发电平信号提供给电压输出装置使用。本实用新型实施例提供的上述装置，通过电平输出模块与电压输出装置连接，输出触发电平信号。

此外，当电容c2、c3充电，三极管q1导通光耦触发之间，电容c2、c3充电电压与光耦触发脉冲的关系可以参见图6所示的一种零点检测装置的波形图，上方是电容充电和放电的波形，下方是光耦触发的波形，可以看出：电容没放电一次，光耦触发一次，并且精度很高。

对于工频交流零点与光耦输出电压关系，可以参见图7所示的另一种零点检测装置的波形图，可以看出：每一个工频交流的零点伴随着一个光耦的触发，并且精度很高。

本实用新型实施例提供的零点检测装置。通过电压输入模块接收待检测的电压信号，经过限流整流模块将待检测的电压信号转化为小信号直流电压信号后，当小信号直流电压信号处于高电平时稳压触发模块充电，当小信号直流电压信号处于低电平时稳压触发模块放电；电压输入模块包括连接器，用于插入电压输入装置；限流整流模块包括整流芯片、限流电阻和滤波电容，用于限流和整流；限流整流模块稳压触发模块包括二极管、电容和三极管，用于在高电位电容充电，工频零点三极管放电；稳压触发模块还包括稳压二极管、限流电阻，用于稳压和限流；通过光耦触发模块包括的光耦合器输出触发信号；通过压宽滤波模块输出稳压直流信号；通过电平输出模块与电压输出装置连接，输出触发电平信号；可以降低成本、提高精度并且减少功耗。

实施例二：

本实用新型实施例2提供一种零点检测系统，参见图8所示的一种零点检测系统的结构示意图，包括：待检测的电压输入装置101和第一方面及其各可能的实施方式之一提供的零点检测装置100；

待检测的电压输入装置101和电压输入模块1连接；

待检测的电压输入装置101，用于输出待检测的电压信号。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的零点检测系统的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本实用新型实施例提供的零点检测系统，与上述实施例提供的零点检测装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。