專利名稱：交流信號過零檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測技術(shù)，尤其涉及一種交流信號過零檢測電路；屬于自動化技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
過零檢測指的是交流信號波形從正半周向負(fù)半周轉(zhuǎn)換過程中，對其經(jīng)過零位的檢 測。過零檢測在交流系統(tǒng)中有著重要作用，例如在交流功率設(shè)備的開關(guān)設(shè)計中，通常會將 開關(guān)點(diǎn)選擇在交流信號的過零點(diǎn)，這樣可以減少對電源的干擾，且不容易出現(xiàn)打火及噪聲 等現(xiàn)象，同時對設(shè)備起到保護(hù)作用?，F(xiàn)有技術(shù)中對交流信號的過零檢測，通常將比較器的同相輸入端經(jīng)過電阻接地， 在比較器的輸出端連接限流電阻，在比較器的同相輸入端及輸出端之間連接電阻，將待檢 測交流信號直接輸入比較器的反相輸入端或經(jīng)由各種濾波器輸入比較器的反向輸入端。由 于交流信號中含有諧波，因此，容易導(dǎo)致得到的過零信號與輸入的交流信號不同頻或不同 相。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種交流信號過零檢測電路，以解決現(xiàn)有技術(shù) 中由于交流信號中含有諧波而導(dǎo)致的得到的過零信號與輸入的交流信號不同頻或不同相 的問題。本發(fā)明提供一種交流信號過零檢測電路，包括一比較器，所述比較器的同相輸入 端連接有一接地電阻，所述比較器的輸出端連接有一限流電阻，所述比較器的同相輸入端 與所述限流電阻之間連接有一電阻，待檢測信號與所述比較器的反相輸入端之間串接有兩 個以上濾波器。其中，所述兩個以上濾波器中包括一個以上的第一帶通濾波器和一個以上的第二 帶通濾波器；所述第一帶通濾波器中心頻率小于所述待檢測信號頻率，且所述第二帶通濾 波器中心頻率大于所述待檢測信號頻率。進(jìn)一步的，所述第一帶通濾波器中心頻率與所述待檢測信號頻率差值的絕對值之 和，與所述第二帶通濾波器中心頻率與所述待檢測信號頻率差值的絕對值之和相等。本發(fā)明提供的交流信號過零檢測電路，通過在待檢測信號和比較器的反相輸入端 串接兩個以上濾波器，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確捕獲交流信號的過零點(diǎn)，使得到的過零點(diǎn)與輸入的交流 信號同頻、同相。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明一個交流信號過零檢測電路實(shí)施例的電路圖；圖2為本發(fā)明又一個交流信號過零檢測電路實(shí)施例的電路圖；圖3為本發(fā)明一個正弦交流信號過零檢測實(shí)施例的相位圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例一圖1為本發(fā)明一個交流信號過零檢測電路實(shí)施例的電路圖，如圖1所示，該電路裝 置包括一比較器U1，該比較器U1的同相輸入端連接有一接地電阻R1，比較器U1的輸出端 連接有一限流電阻R3，比較器U1的同相輸入端與限流電阻R3之間連接有一電阻R2，待檢 測信號與比較器U1的反相輸入端(-)之間串接有兩個以上濾波器F。具體的，由比較器U1、接地電阻R1、限流電阻R3以及電阻R2組成過零檢測電路， 待檢測信號為交流信號，由于交流信號中含有諧波，因此，很難保證輸出的過零信號與待檢 測交流信號同頻、同相。在待檢測信號與比較器U1的反相輸入端(_)之間，串接兩個以上的濾波器F，待檢 測信號輸入比較器U1的反相輸入端(_)之前，首先經(jīng)過兩個以上的濾波器F，這些濾波器F 的作用是濾除待檢測信號中的諧波，并且調(diào)整待檢測交流信號的相位。由于濾波器F中含有電容等儲能元件，這將導(dǎo)致輸入濾波器F的待檢測信號與輸 出濾波器F的信號不同相。由于濾波器F會使輸入信號相位超前或滯后，因此，在待檢測信 號與比較器U1的反相輸入端(_)之間串接兩個以上的濾波器F，實(shí)現(xiàn)至少一個濾波器F使 待檢測信號的相位超前，至少一個濾波器F使待檢測信號的相位滯后，通過選擇合適頻率 的濾波器F，使超前與滯后的相位相等。具體的，當(dāng)串接兩個濾波器F時，第一個濾波器F能夠使待檢測信號的相位超前一 定角度，第二個濾波器F能夠使待檢測信號的相位滯后一定角度，通過選擇適合頻率的濾 波器F，來使第一濾波器F超前的角度和第二個濾波器F滯后的角度相同，使超前和滯后的 角度互相抵消，從而實(shí)現(xiàn)輸出信號與待檢測信號同相。又由于兩個濾波器F本身具有濾波 作用，實(shí)現(xiàn)輸出信號與待檢測信號同頻。同樣，若第一個濾波器F使待檢測信號滯后一定角 度，第二個濾波器F使待檢測信號超前一定角度，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)輸出信號與待檢測信號同 頻?？梢岳斫獾氖?，當(dāng)串接有三個以上濾波器F時，這些濾波器F中，通過選擇濾波器 的頻率，保證至少有一個濾波器F使待檢測信號超前一定的角度，其他濾波器F使待檢測信 號滯后同樣的角度，從而使超前和滯后的角度互相抵消；或者保證至少有一個濾波器F使 待檢測信號滯后一定的角度，其他濾波器F使待檢測信號超前同樣的角度。其中，濾波器F可以選擇低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器或其他類型的濾波器。
本實(shí)施例提供的交流信號過零檢測電路，通過在待檢測信號與比較器之間串接 兩個以上濾波器，從而保證至少有一個濾波器使待檢測信號的相位超前一定角度，且至少 有一個濾波器使待檢測信號的相位滯后一定角度，從而使超前的角度與滯后的角度互相抵 消，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確捕獲交流信號的過零點(diǎn)，使得到的過零點(diǎn)與待檢測的交流信號同頻、同相。實(shí)施例二圖2為本發(fā)明又一個交流信號過零檢測電路實(shí)施例的電路圖，如圖2所示，該電路 裝置包括一比較器U1，該比較器U1的同相輸入端連接有一接地電阻R1，比較器U1的輸出 端連接有一限流電阻R3，比較器U1的同相輸入端和限流電阻R3之間連接有一電阻R2，待 檢測信號與比較器U1的反相輸入端(-)之間串接有兩個以上濾波器。其中，兩個以上濾波器中包括一個以上的第一帶通濾波器和一個以上的第二帶通 濾波器；第一帶通濾波器中心頻率小于待檢測信號頻率，且第二帶通濾波器中心頻率大于 待檢測信號頻率。第一帶通濾波器中心頻率與待檢測信號頻率差值的絕對值之和，與第二帶通濾波 器中心頻率與待檢測信號頻率差值的絕對值之和相等。具體的，待檢測信號和比較器U1的反相輸入端之間設(shè)置有兩個以上的濾波器，待 檢測的交流信號輸入比較器U1的反相輸入端之前，首先通過兩個以上濾波器進(jìn)行濾波和 相位調(diào)整。本實(shí)施例中選用一個以上第一帶通濾波器和一個以上第二帶通濾波器對待檢測 信號進(jìn)行濾波和相位調(diào)整。對于帶通濾波器，中心頻率小于待檢測信號頻率的帶通濾波器 會使待檢測信號的相位滯后，中心頻率大于待檢測信號頻率的帶通濾波器會使待檢測信號 的相位超前。根據(jù)帶通濾波器的這個特點(diǎn)，可以選擇第一帶通濾波器的中心頻率小于待檢 測信號頻率，并且，第二帶通濾波器的中心頻率大于待檢測信號的頻率。當(dāng)帶通濾波器的中 心頻率大于待檢測信號頻率時，待檢測信號經(jīng)過該帶通濾波器后，其相位將超前一定角度， 而當(dāng)帶通濾波器中心頻率小于待檢測信號頻率時，待檢測信號經(jīng)過該帶通濾波器后，其相 位將滯后一定角度。待檢測信號在進(jìn)入比較器U1的反相輸入端之前，可以先通過中心頻率小于待檢 測信號頻率的第一帶通濾波器，再通過中心頻率大于待檢測信號頻率的第二帶通濾波器； 也可以先通過第二帶通濾波器，再通過第一帶通濾波器。若待檢測信號和比較器U1的反相輸入端之間僅有一個第一帶通濾波器和一個第 二帶通濾波器，則選擇的第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的頻率需滿足以下條件以保證 待檢測信號的相位超前的角度與滯后的角度完全抵消<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，f0為待檢測信號的頻率，fl為第一帶通濾波器的中心頻率，f2為第二帶通 濾波器的中心頻率。若待檢測信號和比較器U1的反相輸入端之間串接有一個以上第一帶通濾波器和 一個以上第二帶通濾波器時，則選擇的第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的頻率需滿足以 下條件以保證待檢測信號的相位超前的角度與滯后的角度完全抵消<formula>formula see original document page 5</formula>
其中n≥l，m≥1，fin為第一帶通濾波器的中心頻率，f2m為第二帶通濾波器的
中心頻率。以圖2所示的待檢測信號和比較器U1的反相輸入端之間設(shè)置有三個帶通濾波器 的情況為例，設(shè)待檢測信號的頻率為f0，濾波器F1的中心頻率為H，濾波器F2的中心頻率 為f2，濾波器F3的中心頻率為f3?？梢赃x擇F1和F2為第二帶通濾波器fl > f0, f2 > f0, F3為第一帶通濾波器 f3 < f0，且滿足 |n-fO| + |f2-fO| = fo-f3 ；其中，從F1輸出的信號signall超前一定角度，從F2輸出的信號signa12相較 signall又進(jìn)一步超前一定角度，而從F3輸出的信號signa13與待檢測信號signalO同相。 即F1和F2使待檢測信號超前的角度與F3使待檢測信號滯后的角度相同。還可以選擇fl> f0，f2 < f0，f3 < f0，且 |n-f0| = fo-f2 I +1 fo-f3 ；即F1使待檢測信號超前的角度與F2及F3使待檢測信號滯后的角度相同。以上
僅舉出兩種可行的情況，只要滿足玄<formula>formula see original document page 6</formula>,均可以使待檢測信號超前的相
位與滯后的相位完全抵消。此外，由于交流信號經(jīng)過濾波器后，其幅值會出現(xiàn)一定的衰減，若待檢測信號經(jīng)過 兩個以上濾波器，則幅值很可能出現(xiàn)嚴(yán)重衰減，因此，可以通過選擇增益A來保證待檢測信 號的幅值。以下提供一個更為具體的例子進(jìn)行說明，參見圖3，輸入的工頻電網(wǎng)信號signalO 的幅值為VI，頻率為f0 = 50Hz ；在工頻電網(wǎng)信號的輸入端與比較器的反相輸入端設(shè)置兩個 帶通濾波器，其頻率分別為fl和f2，fl = 30Hz,f2 = 70Hz，若不考慮待檢測信號的幅值衰 減，則可取兩個帶通濾波器的增益可以選為1 ；比較器U1的輸出電平為V2，V2的大小由比 較器的型號決定。工頻電網(wǎng)信號signalO經(jīng)過第一個帶通濾波器時，相位滯后一定角度，再 經(jīng)過第二個帶通濾波器時，相位超前一定角度，由于f0-fl = f2-f0,因此，輸出的方波信號 與輸入的交流信號同頻、同相。另外，實(shí)施例提供的交流信號過零檢測電路僅提供了輸出的過零信號為方波的電 路，而對于脈沖或三角波等其他類型的過零信號，同樣可以采用本實(shí)施例提供的交流信號 過零檢測電路來得到同頻、同相的過零信號。本實(shí)施例提供的交流信號過零檢測電路，通過在待檢測信號與比較器的反相輸入 端串接兩個以上濾波器，從而保證至少有一個濾波器使待檢測信號的相位超前一定角度， 且至少有一個濾波器使待檢測信號的相位滯后一定角度，從而使超前的角度與滯后的角度 互相抵消。電路結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，能夠準(zhǔn)確捕獲正弦交流信號的過零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了得到的 過零點(diǎn)與輸入的正弦交流信號同頻、同相。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡 管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然 可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替 換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精 神和范圍。
權(quán)利要求
一種交流信號過零檢測電路，包括一比較器，所述比較器的同相輸入端連接有一接地電阻，所述比較器的輸出端連接有一限流電阻，所述比較器的同相輸入端與所述限流電阻之間連接有一電阻，其特征在于待檢測信號與所述比較器的反相輸入端之間串接有兩個以上濾波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流信號過零檢測電路，其特征在于所述兩個以上濾波器 中包括一個以上的第一帶通濾波器和一個以上的第二帶通濾波器；所述第一帶通濾波器中心頻率小于所述待檢測信號頻率，且所述第二帶通濾波器中心 頻率大于所述待檢測信號頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流信號過零檢測電路，其特征在于所述第一帶通濾波器中心頻率與所述待檢測信號頻率差值的絕對值之和，與所述第二 帶通濾波器中心頻率與所述待檢測信號頻率差值的絕對值之和相等。
全文摘要
本發(fā)明提供一種交流信號過零檢測電路。該電路包括一比較器，所述比較器的同相輸入端連接有一接地電阻，所述比較器的輸出端連接有一限流電阻，所述比較器的同相輸入端與所述限流電阻之間連接有一電阻，待檢測信號與所述比較器的反相輸入端之間串接有兩個以上濾波器。本發(fā)明通過在待檢測信號和比較器的反相輸入端之間串接兩個以上濾波器，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確捕獲交流信號的過零點(diǎn)，使得到的過零點(diǎn)與輸入的交流信號同頻、同相。
文檔編號G01R19/175GK101833031SQ201010182029
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者劉麗, 王雪迪, 車向中, 高宏洋 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心