[發明專利]一種超低功耗高精度交流電壓過零點檢測電路及方法

在審

• 申請號: 201810198626.6
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108303582A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 何飛
• 申請（專利權）人: 吉林特納普節能技術有限公司
• 主分類號: G01R19/175
• 分類號: G01R19/175
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

本發明針對現有的過零點檢測電路及方法存在著抗干擾差、電路復雜、功耗大、檢測信號幅度范圍窄等缺陷，提供一種超低功耗高精度交流電壓過零點檢測電路，其特點是，包括：信號采樣及調理單元、模擬鎖相環單元、存儲器尋址地址產生單元、EEPROM存儲器單元和微處理器單元依次電連接。具有簡單可靠，功耗低，抗干擾性強等優點，并提供其適用性強，應用范圍廣，自由度大,運用靈活的檢測方法。

技術領域

本發明涉及交流電系統的一種超低功耗高精度交流電壓過零點檢測電路及方法，適用于低壓無功補償領域控制投切電容器的同步開關裝置或交流電路的頻率和周期測量。本發明可以擴展延伸至任何需要檢測或使用過零檢測的領域中實現超低功耗高精度交流電壓過零點檢測。

背景技術

交流電壓過零檢測即指的是在正弦交流電系統中，當電壓波形從正半周向負半周轉換或負半周向正半周轉換經過零位換向時，應用電子電路對該過零點時刻作出的檢測。現有的檢測電路是采用過零比較器來實現,雖然現有的檢測電路原理簡單,但需用電阻分壓取高壓信號，采用比較器需要雙電源才能實現過零信號的檢測,如圖1所示的檢測電路，需要用10KΩ電阻分壓取高壓信號，采用比較器需要+5V和-5V雙電源才能實現過零信號的檢測。

實際應用中,由于電網電壓波動,諧波干擾等背景噪聲因素,輸入信號在過零點附近通常會發生抖動,導致多過零現象和實際基波零點和提取的零點誤差比較大，嚴重時會產生誤檢測。由于采用電阻分壓取信號，功耗較大。為克服上述缺點,本領域技術人員對于過零檢測電路及方法進行了改進,常見的過零檢測電路及方法有以下幾種：

(1)采用基于同步旋轉坐標變換的軟件鎖相環及其改進技術,實時性強，無需進行過零比較，可以準確獲取輸入電壓基波正序分量頻率、幅度和相位等信息，但是此鎖相技術需要復雜的坐標變換和大量的數學運算，當電網電壓出現畸變或不平衡時，其快速性和準確性會受到影響，特別是該方法不適用于對單相電網電壓進行鎖相。此方法硬件電路比較復雜,軟件計算量大,對微處理器計算能力及運算速度要求較高，硬件成本高；

(2)利用光電轉換特性，用微處理器檢測整形后梯形波信號的前后沿對應時間，計算得出過零時刻，這種方法在過零點附近做正弦波整形，容易出現誤動作。對單片機信號處理帶來較大的誤差，另外單片機必須檢測到梯形波的下降沿，才能得到過零點時刻，此時過零點時刻已經是過去時，不能滿足某些電路的過零點準確觸發的要求；

(3)如圖2所示，利用變壓器或電壓互感器將市電轉換為同頻同相的低壓信號，采用光耦在交流電壓接近過零點時產生負脈沖，微處理器外部中斷產生時刻作為過零點時刻。該電路在外部中斷產生的時刻并不是嚴格零點時刻，誤差較大。且光耦導通時間較長，即光耦電流由零變為導通電流這個漸變過程較長，導致光耦特性邊緣時間差異明顯，實驗測試測得兩個光耦導通性能差別的最大時間差達到50μs，這為要求較高的設備使用該電路進行同步信號制造很大麻煩。同時，受光耦導通電流的限制，該電路能夠檢測的交流信號幅度范圍較窄，電路包含變壓器或電壓互感器，增大了設備體積和質量。

發明內容

本發明所要解決的問題是，針對現有的過零點檢測電路及方法存在著抗干擾差、電路復雜、功耗大、檢測信號幅度范圍窄等缺陷，提出一種簡單可靠，功耗低，抗干擾性強的超低功耗高精度交流電壓過零點檢測電路；并提供適用性強，應用范圍廣，自由度大,運用靈活的超低功耗高精度交流電壓過零點檢測方法。

解決其問題采用的技術方案是：一種超低功耗高精度交流電壓過零點檢測電路，其特征是，它包括：信號采樣及調理單元、模擬鎖相環單元、存儲器尋址地址產生單元、EEPROM存儲器單元和微處理器單元依次電連接。