专利名称：交流信号过零检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测技术，尤其涉及一种交流信号过零检测电路；属于自动化技 术领域。
背景技术：
过零检测指的是交流信号波形从正半周向负半周转换过程中，对其经过零位的检 测。过零检测在交流系统中有着重要作用，例如在交流功率设备的开关设计中，通常会将 开关点选择在交流信号的过零点，这样可以减少对电源的干扰，且不容易出现打火及噪声 等现象，同时对设备起到保护作用。现有技术中对交流信号的过零检测，通常将比较器的同相输入端经过电阻接地， 在比较器的输出端连接限流电阻，在比较器的同相输入端及输出端之间连接电阻，将待检 测交流信号直接输入比较器的反相输入端或经由各种滤波器输入比较器的反向输入端。由 于交流信号中含有谐波，因此，容易导致得到的过零信号与输入的交流信号不同频或不同 相。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种交流信号过零检测电路，以解决现有技术 中由于交流信号中含有谐波而导致的得到的过零信号与输入的交流信号不同频或不同相 的问题。本发明提供一种交流信号过零检测电路，包括一比较器，所述比较器的同相输入 端连接有一接地电阻，所述比较器的输出端连接有一限流电阻，所述比较器的同相输入端 与所述限流电阻之间连接有一电阻，待检测信号与所述比较器的反相输入端之间串接有两 个以上滤波器。其中，所述两个以上滤波器中包括一个以上的第一带通滤波器和一个以上的第二 带通滤波器；所述第一带通滤波器中心频率小于所述待检测信号频率，且所述第二带通滤 波器中心频率大于所述待检测信号频率。进一步的，所述第一带通滤波器中心频率与所述待检测信号频率差值的绝对值之 和，与所述第二带通滤波器中心频率与所述待检测信号频率差值的绝对值之和相等。本发明提供的交流信号过零检测电路，通过在待检测信号和比较器的反相输入端 串接两个以上滤波器，实现了准确捕获交流信号的过零点，使得到的过零点与输入的交流 信号同频、同相。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发 明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明一个交流信号过零检测电路实施例的电路图；图2为本发明又一个交流信号过零检测电路实施例的电路图；图3为本发明一个正弦交流信号过零检测实施例的相位图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例一图1为本发明一个交流信号过零检测电路实施例的电路图，如图1所示，该电路装 置包括一比较器U1，该比较器U1的同相输入端连接有一接地电阻R1，比较器U1的输出端 连接有一限流电阻R3，比较器U1的同相输入端与限流电阻R3之间连接有一电阻R2，待检 测信号与比较器U1的反相输入端(-)之间串接有两个以上滤波器F。具体的，由比较器U1、接地电阻R1、限流电阻R3以及电阻R2组成过零检测电路， 待检测信号为交流信号，由于交流信号中含有谐波，因此，很难保证输出的过零信号与待检 测交流信号同频、同相。在待检测信号与比较器U1的反相输入端(_)之间，串接两个以上的滤波器F，待检 测信号输入比较器U1的反相输入端(_)之前，首先经过两个以上的滤波器F，这些滤波器F 的作用是滤除待检测信号中的谐波，并且调整待检测交流信号的相位。由于滤波器F中含有电容等储能元件，这将导致输入滤波器F的待检测信号与输 出滤波器F的信号不同相。由于滤波器F会使输入信号相位超前或滞后，因此，在待检测信 号与比较器U1的反相输入端(_)之间串接两个以上的滤波器F，实现至少一个滤波器F使 待检测信号的相位超前，至少一个滤波器F使待检测信号的相位滞后，通过选择合适频率 的滤波器F，使超前与滞后的相位相等。具体的，当串接两个滤波器F时，第一个滤波器F能够使待检测信号的相位超前一 定角度，第二个滤波器F能够使待检测信号的相位滞后一定角度，通过选择适合频率的滤 波器F，来使第一滤波器F超前的角度和第二个滤波器F滞后的角度相同，使超前和滞后的 角度互相抵消，从而实现输出信号与待检测信号同相。又由于两个滤波器F本身具有滤波 作用，实现输出信号与待检测信号同频。同样，若第一个滤波器F使待检测信号滞后一定角 度，第二个滤波器F使待检测信号超前一定角度，同样能够实现输出信号与待检测信号同 频。可以理解的是，当串接有三个以上滤波器F时，这些滤波器F中，通过选择滤波器 的频率，保证至少有一个滤波器F使待检测信号超前一定的角度，其他滤波器F使待检测信 号滞后同样的角度，从而使超前和滞后的角度互相抵消；或者保证至少有一个滤波器F使 待检测信号滞后一定的角度，其他滤波器F使待检测信号超前同样的角度。其中，滤波器F可以选择低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器或其他类型的滤波器。
本实施例提供的交流信号过零检测电路，通过在待检测信号与比较器之间串接 两个以上滤波器，从而保证至少有一个滤波器使待检测信号的相位超前一定角度，且至少 有一个滤波器使待检测信号的相位滞后一定角度，从而使超前的角度与滞后的角度互相抵 消，实现准确捕获交流信号的过零点，使得到的过零点与待检测的交流信号同频、同相。实施例二图2为本发明又一个交流信号过零检测电路实施例的电路图，如图2所示，该电路 装置包括一比较器U1，该比较器U1的同相输入端连接有一接地电阻R1，比较器U1的输出 端连接有一限流电阻R3，比较器U1的同相输入端和限流电阻R3之间连接有一电阻R2，待 检测信号与比较器U1的反相输入端(-)之间串接有两个以上滤波器。其中，两个以上滤波器中包括一个以上的第一带通滤波器和一个以上的第二带通 滤波器；第一带通滤波器中心频率小于待检测信号频率，且第二带通滤波器中心频率大于 待检测信号频率。第一带通滤波器中心频率与待检测信号频率差值的绝对值之和，与第二带通滤波 器中心频率与待检测信号频率差值的绝对值之和相等。具体的，待检测信号和比较器U1的反相输入端之间设置有两个以上的滤波器，待 检测的交流信号输入比较器U1的反相输入端之前，首先通过两个以上滤波器进行滤波和 相位调整。本实施例中选用一个以上第一带通滤波器和一个以上第二带通滤波器对待检测 信号进行滤波和相位调整。对于带通滤波器，中心频率小于待检测信号频率的带通滤波器 会使待检测信号的相位滞后，中心频率大于待检测信号频率的带通滤波器会使待检测信号 的相位超前。根据带通滤波器的这个特点，可以选择第一带通滤波器的中心频率小于待检 测信号频率，并且，第二带通滤波器的中心频率大于待检测信号的频率。当带通滤波器的中 心频率大于待检测信号频率时，待检测信号经过该带通滤波器后，其相位将超前一定角度， 而当带通滤波器中心频率小于待检测信号频率时，待检测信号经过该带通滤波器后，其相 位将滞后一定角度。待检测信号在进入比较器U1的反相输入端之前，可以先通过中心频率小于待检 测信号频率的第一带通滤波器，再通过中心频率大于待检测信号频率的第二带通滤波器； 也可以先通过第二带通滤波器，再通过第一带通滤波器。若待检测信号和比较器U1的反相输入端之间仅有一个第一带通滤波器和一个第 二带通滤波器，则选择的第一带通滤波器和第二带通滤波器的频率需满足以下条件以保证 待检测信号的相位超前的角度与滞后的角度完全抵消<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，f0为待检测信号的频率，fl为第一带通滤波器的中心频率，f2为第二带通 滤波器的中心频率。若待检测信号和比较器U1的反相输入端之间串接有一个以上第一带通滤波器和 一个以上第二带通滤波器时，则选择的第一带通滤波器和第二带通滤波器的频率需满足以 下条件以保证待检测信号的相位超前的角度与滞后的角度完全抵消<formula>formula see original document page 5</formula>
其中n≥l，m≥1，fin为第一带通滤波器的中心频率，f2m为第二带通滤波器的
中心频率。以图2所示的待检测信号和比较器U1的反相输入端之间设置有三个带通滤波器 的情况为例，设待检测信号的频率为f0，滤波器F1的中心频率为H，滤波器F2的中心频率 为f2，滤波器F3的中心频率为f3。可以选择F1和F2为第二带通滤波器fl > f0, f2 > f0, F3为第一带通滤波器 f3 < f0，且满足 |n-fO| + |f2-fO| = fo-f3 ；其中，从F1输出的信号signall超前一定角度，从F2输出的信号signa12相较 signall又进一步超前一定角度，而从F3输出的信号signa13与待检测信号signalO同相。 即F1和F2使待检测信号超前的角度与F3使待检测信号滞后的角度相同。还可以选择fl> f0，f2 < f0，f3 < f0，且 |n-f0| = fo-f2 I +1 fo-f3 ；即F1使待检测信号超前的角度与F2及F3使待检测信号滞后的角度相同。以上
仅举出两种可行的情况，只要满足玄<formula>formula see original document page 6</formula>,均可以使待检测信号超前的相
位与滞后的相位完全抵消。此外，由于交流信号经过滤波器后，其幅值会出现一定的衰减，若待检测信号经过 两个以上滤波器，则幅值很可能出现严重衰减，因此，可以通过选择增益A来保证待检测信 号的幅值。以下提供一个更为具体的例子进行说明，参见图3，输入的工频电网信号signalO 的幅值为VI，频率为f0 = 50Hz ；在工频电网信号的输入端与比较器的反相输入端设置两个 带通滤波器，其频率分别为fl和f2，fl = 30Hz,f2 = 70Hz，若不考虑待检测信号的幅值衰 减，则可取两个带通滤波器的增益可以选为1 ；比较器U1的输出电平为V2，V2的大小由比 较器的型号决定。工频电网信号signalO经过第一个带通滤波器时，相位滞后一定角度，再 经过第二个带通滤波器时，相位超前一定角度，由于f0-fl = f2-f0,因此，输出的方波信号 与输入的交流信号同频、同相。另外，实施例提供的交流信号过零检测电路仅提供了输出的过零信号为方波的电 路，而对于脉冲或三角波等其他类型的过零信号，同样可以采用本实施例提供的交流信号 过零检测电路来得到同频、同相的过零信号。本实施例提供的交流信号过零检测电路，通过在待检测信号与比较器的反相输入 端串接两个以上滤波器，从而保证至少有一个滤波器使待检测信号的相位超前一定角度， 且至少有一个滤波器使待检测信号的相位滞后一定角度，从而使超前的角度与滞后的角度 互相抵消。电路结构简单，容易实现，能够准确捕获正弦交流信号的过零点，实现了得到的 过零点与输入的正弦交流信号同频、同相。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。
权利要求
一种交流信号过零检测电路，包括一比较器，所述比较器的同相输入端连接有一接地电阻，所述比较器的输出端连接有一限流电阻，所述比较器的同相输入端与所述限流电阻之间连接有一电阻，其特征在于待检测信号与所述比较器的反相输入端之间串接有两个以上滤波器。
2.根据权利要求1所述的交流信号过零检测电路，其特征在于所述两个以上滤波器 中包括一个以上的第一带通滤波器和一个以上的第二带通滤波器；所述第一带通滤波器中心频率小于所述待检测信号频率，且所述第二带通滤波器中心 频率大于所述待检测信号频率。
3.根据权利要求2所述的交流信号过零检测电路，其特征在于所述第一带通滤波器中心频率与所述待检测信号频率差值的绝对值之和，与所述第二 带通滤波器中心频率与所述待检测信号频率差值的绝对值之和相等。
全文摘要
本发明提供一种交流信号过零检测电路。该电路包括一比较器，所述比较器的同相输入端连接有一接地电阻，所述比较器的输出端连接有一限流电阻，所述比较器的同相输入端与所述限流电阻之间连接有一电阻，待检测信号与所述比较器的反相输入端之间串接有两个以上滤波器。本发明通过在待检测信号和比较器的反相输入端之间串接两个以上滤波器，实现准确捕获交流信号的过零点，使得到的过零点与输入的交流信号同频、同相。
文档编号G01R19/175GK101833031SQ201010182029
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者刘丽, 王雪迪, 车向中, 高宏洋 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心