电力载波通信经典过零电路分析

精品文档 1欢迎下载 ZeroZero CrossingCrossing DetectionDetection 精品文档 2欢迎下载 目目 录录 1引言 4 2原理分析 4 3参数分析 6 精品文档 3欢迎下载 VersionVersionDateDateDescriptionDescriptionAuthorAuthor V1 002017 7 8 载波经典过零电路原理分析 HT 精品文档 4欢迎下载 精品文档 5欢迎下载 1 1引言引言 在交流系统中 当波形从正半周向负半周转换时 经过零位时 系统作出的检测 可作开关电 路或者频率检测 漏电开关的漏电检测是检测零序电流 大致有两种方案 一是变压器隔离 二是光耦 隔离的 目前比较常用的时光耦过零方案 大部分过零电路存在前级消耗功率过大 过零时延过大的问题 本文介绍的过零电路存在两个优点 一 功耗低 二 过零点延迟小 2 2原理分析原理分析 D1 D1N4007 R1510KR2510K U1 PS2501 1 2 3 4 V1 3 3Vdc C1 1nF R3 470K C2 0 22uF C3 0 1uF ZERO V2 FREQ 50Hz VAMPL 311V VOFF 0V AC R447K SMBT2222A INF Q1 0 R5 47K C4 1nFD3 D1N4148 C5 1nF R610e30 0 3 3V D2 BZT55B5V1 图 1 过零电路原理图 图 1 过零电路的原理图 交流电正半周时 电流方向通过 D1 R1 R2 C2 D3 流动 如图 2 所 示 给 C2 电容充电 D2 为 5 1V 稳压管 限制充电电压不超过 5 1V D3 1N4148 的作用是保证三极管在 正半周时保持截止状态 D3 导通后 Q1 基极电压保持在负 0 4V Q 保持截止 精品文档 6欢迎下载 D1 D1N4007 R1510KR2510K U1 PS2501 1 2 3 4 V1 3 3Vdc C1 1nFR3 470K C2 0 22uF C3 0 1uF ZERO V2 FREQ 50Hz VAMPL 311V VOFF 0V AC R447K SMBT2222A INF Q1 0 R5 47K C4 1nFD3 D1N4148 C5 1nF R610e30 0 3 3V D2 5V1 图 2 交流电正半周 交流电负半周 如图 2 交流电负半周时 电流流动方向 当进入负半周时 由于 D1 1N4007 的存在 交流电反向截止 进入负半周时 C2 开始放电 放电途径分为两部分 第一部分通过 R3 R4 到 Q1 此时 D3 失去钳位的作用 Q1 开启 第二部分 U1 Q1 开始放电 U1 的电流通过 R3 和 R4 限制 Q1 基极电流 放电的过程中不断下降 因此 Q1 的 要选择 100 以上 保证前级电流 2 3 4 8 5 2 D1 D1N4007 R1510KR2510K U1 PS2501 1 2 3 4 V1 3 3Vdc C1 1nFR3 470K C2 0 22uF C3 0 1uF ZERO V2 FREQ 50Hz VAMPL 311V VOFF 0V AC R447K SMBT2222A INF Q1 0 R5 47K C4 1nFD3 D1N4148 C5 1nF R610e30 0 3 3V D2 5V1 图 3 交流电负半周 图 4 Pspice 仿真波形 源文件在 Pspice 目录下 精品文档 7欢迎下载 图 4 Pspice 仿真输出过零信号 图 5 实测波形 3 3参数分析参数分析 前级功耗约等于 约等于 23 7mw 2 1 2 后级功耗需要先推算出脉冲宽度 根据脉冲宽度计算功耗 设放电时负载电阻为 R 电容 C2 储存电 精品文档 8欢迎下载 压为 U 初始值为 5 1V 因为 所以 带入数值R k 电容放电 1 3 4 3 4 1 585 9 公式 据此推导出电容放电时间 光耦后级输出电压 为了保险冗 ln 5 余按80 VCC计算 K1010C 的 CTR 为200 400 14 A 28 A 设开始放电时间为 t 为 C2 为放电到 t 时刻的电压 为光耦前端导通电压 典型值为 1 2V 为三极管 CE 间电压 可以忽略 根据上面推导 的公式可以推导出 所以 MMBT2222A 的 值为 100 300 带入 值 R 的值和 值 推算出 1 2 1 2 值 1 227V 1 364V 到此范围后光耦后端电压低于 80 VCC 即 2 64V 将值带入 可以计算出 t 0 61ms 1 7ms 实际测试在 1 6ms 左右 因此 光耦后端功耗为17 W ln 过零时延分析 首先分析 C5 充电时间 电容充电公式 将 C5 通过 R3 R4 充电到 1 0 6V 的时间 经过推导 经过计算约为 64uS 即过零信号的输出延迟 64us 这是在 C5 l