電力載波通信過零電路分析

1、Zero Crossing Detection目 錄1引言42原理分析43參數(shù)分析6VersionDateDescriptionAuthorV1.002017-7-8載波經(jīng)典過零電路原理分析HT1 引言在交流系統(tǒng)中，當(dāng)波形從正半周向負(fù)半周轉(zhuǎn)換時(shí)，經(jīng)過零位時(shí)，系統(tǒng)作出的檢測。可作開關(guān)電路或者頻率檢測。漏電開關(guān)的漏電檢測是檢測零序電流。大致有兩種方案，一是變壓器隔離，二是光耦隔離的。目前比較常用的時(shí)光耦過零方案，大部分過零電路存在前級消耗功率過大，過零時(shí)延過大的問題，本文介紹的過零電路存在兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一、功耗低；二、過零點(diǎn)延遲小。2 原理分析圖1 過零電路原理圖圖1過零電路的原理圖，交流電正半周時(shí)，

2、電流方向通過D1，R1，R2，C2，D3流動(dòng)，如圖2所示，給C2電容充電；D2為5.1V穩(wěn)壓管，限制充電電壓不超過5.1V；D3 1N4148的作用是保證三極管在正半周時(shí)保持截止?fàn)顟B(tài)，D3導(dǎo)通后，Q1基極電壓Ube保持在負(fù)0.4V，Q保持截止；圖2 交流電正半周交流電負(fù)半周，如圖2交流電負(fù)半周時(shí)，電流流動(dòng)方向；當(dāng)進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，由于D1 1N4007的存在，交流電反向截止；進(jìn)入負(fù)半周時(shí)C2開始放電，放電途徑分為兩部分，第一部分通過R3，R4到Q1，此時(shí)D3失去鉗位的作用，Q1開啟；第二部分，U1，Q1開始放電，U1的電流通過R3和R4限制，Q1基極電流Ib=UC2-UbeR3+R48.5A，放電

3、的過程中UC2不斷下降，因此Q1的要選擇100以上，保證前級電流.圖3 交流電負(fù)半周圖4 Pspice仿真波形，源文件在Pspice目錄下。圖4 Pspice仿真輸出過零信號圖5 實(shí)測波形3 參數(shù)分析前級功耗約等于VACrms*VACrms2*（R1+R2），約等于23.7mw。后級功耗需要先推算出脈沖寬度，根據(jù)脈沖寬度計(jì)算功耗，設(shè)放電時(shí)負(fù)載電阻為R，電容C2儲(chǔ)存電壓為U，初始值為5.1V，因?yàn)閁R=1+*(U-UbeR3+R4)，所以R=U*(R3+R4)1+*(U-Ube)，帶入數(shù)值R585.9 k。電容放電公式Ut=Uo*e-tRC；據(jù)此推導(dǎo)出電容放電時(shí)間t=-RClnUtUO；光耦后級

4、輸出電壓Vt=IF*CTR*R5，為了保險(xiǎn)冗余按80%*VCC計(jì)算，K1010C的CTR為200% 400%，IF14A - 28A；IF=Ut-UF-UceR，設(shè)開始放電時(shí)間為t，Ut為C2為放電到t時(shí)刻的電壓，UF為光耦前端導(dǎo)通電壓，典型值為1.2V，Uce為三極管CE間電壓，可以忽略；根據(jù)上面推導(dǎo)的公式可以推導(dǎo)出IF=Ut-1.2R，所以Ut=IF*R+1.2，MMBT2222A的值為100300；帶入 IF值、R的值和值，推算出Ut值1.227V1.364V，到此范圍后光耦后端電壓低于80%*VCC，即2.64V；將Ut值帶入 t=-RClnUtUO，可以計(jì)算出t0.61ms1.7ms，實(shí)際測試在1.6ms左右；因此，光耦后端功耗為17W。過零時(shí)延分析，首先分析C5充電時(shí)間，電容充電公式Ut=UO(1-e-tRC)，將C5通過R3，R4充電到0.6V的時(shí)間，經(jīng)過推導(dǎo)t=-RCl