目 录 一、历史更改记录……………………………………………………………………………… 1 二、概述…………………………………………………………………………………… 三、典型电路…………………………………………………………………………………… 1、在阻容降压电路中使用三极管的过零检测电路……………………………………2 1.1原理图……………………………………………………………………………… 1.2电路参数选型及分析…………………………………………………………………… 1.3电路原理分析……………………………………………………………………… 1.4相应的波形图……………………………………………………………………… 1.5该类电路的应用场合说明…………………………………………………………… 1.6注意事项…………………………………………………………………………… 2、在变压器降压电路中使用三极管的过零检测电路………………………………4 2.1原理图……………………………………………………………………………… 2.2电路参数选型及分析…………………………………………………………………… 2.3电路原理分析……………………………………………………………………… 2.4相应的波形图……………………………………………………………………… 2.5该类电路的应用场合说明…………………………………………………………… 2.6注意事项…………………………………………………………………………… 3、使用电阻的过零检测电路………………………………………………………6 3.1原理图……………………………………………………………………………… 3.2电路参数选型及分析…………………………………………………………………… 3.3电路原理分析……………………………………………………………………… 3.4相应的波形图……………………………………………………………………… 3.5该类电路的应用场合说明…………………………………………………………… 3.6注意事项…………………………………………………………………………… 4、使用光藕隔离的过零检测电路……………………………………………………7 4.1原理图……………………………………………………………………………… 4.2电路参数选型及分析…………………………………………………………………… 4.3电路原理分析……………………………………………………………………… 4.4相应的波形图……………………………………………………………………… 4.5该类电路的应用场合说明…………………………………………………………… 4.6注意事项…………………………………………………………………………… 四、总结……………………………………………………………………………………9 1 过零检测电路（硬件平台）说明书 一、历史更改记录 版本 更改内容 更改日期 更改原因 更改人 备注 1 二、概述 过零检测的作用就是为给主芯片提供一个标准，这个标准的起点是零电压，可控硅导通角的大小就是依据这个标准。也就是说电机高、中、低、微转速和其它负载的各种功率都对应一个导通角，而每个导通角的导通时间是从零电压开始计算的，导通时间不一样，导通角度的大小就不一样，因此电机的转速和其它负载的功率就不一样。此外，过零检测的也可提供一个定时脉冲信号，作为系统的定时基准；用于检测是否有电源信号。 所以，好的过零检测电路必须是：保证电源电压过零时，会有一个脉冲信号输出。并且，每个脉冲的有一个基准和过零点的时间一致。 在家电控制器中我们一般会遇到以下几种单片机过零检测电路：使用三极管的过零检测电路、使用电阻的过零检测电路、使用光藕隔离的过零检测电路。在实际应用时，可以根据不同的情况选用不同的方案。本平台介绍常用的几种典型电路。 三、典型电路 1、在阻容降压电路中使用三极管的过零检测电路 该电路常用于阻容降压线路中，为系统提供过零信号。要求是：每一个电源正弦波输出一个脉冲信号，如果要求不高的系统，可直接取脉冲上升或下降沿作为过零。也可以取上升沿和下降沿的中心，通过计算得出精确的过零点。 1.1原理图 F11.25A 250VACCN1LAC 250V 50HZAC 120V 60HZC1104/275VACZNR110D561R5470KZ112V1/1WZ212V1/1WC3220U/35VR70/3WC21U/275VACR310KI/OTR19013R41K-5-5C61N过零检测Z35V1+C4470U/16V C5100NCN2NR1470KD1IN4007-24-5R2470K 图 1 2 D1IN4007F11.25A 250VACCN1LAC 250V 50HZAC 120V 60HZZNR110D561C1100N/275VACC21U/275VACD2IN4007D3IN400724VR70/3WZ112V1/1WZ212V1/1W5VR5470KC3220U/35VZ35V1+C5100NC4470U/16V CN2NR1470K5VD4IN4007R310KR2470KTR19013I/OR41KC61N过零检测 图 2 1.2电路参数选型及分析 符号 元器件名称 型号 备注 由电源电压决定 决定上升沿和下降沿的斜率 此电阻保护单片机的I/O口，可以不用。 有时采用。 R1,R2 碳膜(贴片)电阻 470K(120V) 1M(220V) R3 碳膜(贴片)电阻 10K R4 碳膜(贴片)电阻 1K 当采用插件元器件时用9013 H， TR1 三极管 当采用贴片元器件时用MMBT3904LT1。 瓷片(贴片)电容 103，104 C6 1.3电路原理分析 上面图1和图2中，R1,R2,R3,R4,C6和TR1一起组成过零检测电路，分别对应直流负电源和正电源的电路。当电源电压从零开始与三极管的E极形成正向压差时，三极管的基极电流Ib＝（Vac-Vbe）/(R1+R2) ，集电极电压Vce＝Vcc－βIbR3。当Vac达到一定值时，Vce近似为零。并且不同R1,R2和R3就可得到不同斜率的上升沿。其它可等同分析。 1.4相应的波形图 图1波形 3 图2波形 上述图中正弦波是电源信号，脉冲为过零信号。图的顺序是先分开，然后重叠，再放大。 1.5该类电路的应用场合说明 该电路常用于阻容降压线路中，为系统提供过零信号。 1.6注意事项 对于图1，R1是接在N线上；对于图2，R1是接在L线上，不能反接。考虑耐压，R1，R2用两个电阻。R4可以不用，单片机内部有上拉电阻时，R3也可以取消。 2、在变压器降压电路中使用三极管的过零检测电路 该电路常用于变压器降压线路中，为系统提供过零信号。 2.1原理图 +5R210KR110KTR13904+12CN203#250*0.8LFUSE201120V/60Hz1.25A/250VACCN202#250*0.8NC201100N/250V X2ZNR2017D271D2011N4007D2021N4007C202470U/25VD2031N4007D2041N4007C203100NU20178L0578L05+5R31KI/OC1过零检测10NT201120V /10.5V 150mAC204220U/16VC205100NR20110K 图3 4 +5R210KR110KTR13904+12CN203#250*0.8L120V/60HzCN202#250*0.8NC201100N/250V X2FUSE2011.25A/250VACZNR2017D271D2011N4007D2021N4007D2051N4007U20178L0578L05+5R31KI/OC1过零检测10NT201120V /10.5V 150mAC202470U/25VC203100ND2031N4007D2041N4007C204220U/16VC205100NR20110K 图4 2.2电路参数选型及分析 符号 元器件名称 型号 备注 阻值的大小会影响斜率 有时采用。 有时采用。 R1，R2 碳膜(贴片)电阻 10K R3 碳膜（贴片）电阻 1K 当采用插件元器件时用3904， TR1 三极管 当采用贴片元器件时用MMBT3904LT1。 C102 瓷片（贴片）电容 103，104 2.3电路原理分析 上述两个图中，R1,R2,R3,C1和TR1一起组成过零检测电路，图3的周期和电源同步，图4是电源的每个半波都有一个正脉冲。工作过程一样，当电源电压从零开始与三极管的E极形成正向压差时，三极管的基极电流Ib＝（Vac-Vbe）/R1 ，集电极电压Vce＝Vcc－βIbR2。当Vac达到一定值时，Vce近似为零。并且不同R2就可得到不同斜率的上升沿。 2.4相应的波形图 图3波形 5 上述图中正弦波是电源信号，脉冲为过零信号。图的顺序是先分开，然后重叠，再放大。 图4 上述图中前面一张为电源和过零脉冲对照图，黄色是电源信号，绿色为过零信号。后面一张为R1和D201连接点电压波形和过零信号对照图。同样，黄色是电源信号，绿色为过零信号。 2.5该类电路的应用场合说明 该电路常用于变压器降压线路中，为系统提供过零信号。特别在要区分正负半周时，要用到 图3此种线路。 2.6注意事项 单片机内部有上拉电阻时，R2也可以取消。 3、使用电阻的过零检测电路 该电路常用于阻容降压线路中，为系统提供过零信号。要求是：每一个电源正弦波输出一个脉冲信号，如果要求不高的系统，可直接取脉冲上升或下降沿作为过零。也可以取上升沿和下降沿的中心通过计算得出精确的过零点。 3.1原理图 F11.25A 250VACCN1LAC 250V 50HZAC 120V 60HZZNR110D561C1100N/275VACR41MZ15.6V/1WC3470U/16VVCCCN2NR1470KR2470KVCCC21U/275VAC X2D1BTA54I/O过零检测D31N4007R3680KC5100N 图5 3.2电路参数选型及分析 6 符号 元器件名称 型号 备注 阻值与电源电压有关，用两个电阻的目的是一个电阻的耐压不够。 有时采用。它可以调节脉冲的宽度。 用一个SOT封装中带两个二极管。也可用1N4148，单片机内带时可省略 R1，R2 碳膜（贴片）电阻 470K R3 碳膜（贴片）电阻 680K D1 C5 3.3电路原理分析 贴片二极管 BTA54 瓷片（贴片）电容 10N或100N 上述图中，R1,R2,R3,C5和D1一起组成过零检测电路。当上电时，电源电压通过电阻分压直接接在I/O口，通过二极管的嵌位，I/O的电压随电源电压的升高而高，并且维持在－0.7到Vcc＋0.7V之间。一般可不用R3，在一些单片机的内部有二极管嵌位时，可省掉二极管。 3.4相应的波形图 略 3.5该类电路的应用场合说明 该电路常用于阻容降压线路中，为系统提供过零信号。 3.6注意事项 图中R1是接在N线上，不能反接。 4、使用光藕隔离的过零检测电路 使用光藕隔离的过零检测电路，能增加控制板的安全性，提高抗干扰能力. 4.1原理图及波形 +5R410KLAC 220VNR147KR247KR347KD11N4007U1PC817I/O过零检测 图6 +5R410KLAC 220VNU1PC814R147KR247KR347KI/O过零检测 图7 4.2电路参数选型及分析 符号 元器件名称 型号 备注 阻值：R1＋R2＋R3〈 Vac/IF（IF为光藕的导通电R1～R3 碳膜（贴片）电阻 47K 7 R4 U1 D1 碳膜（贴片）电阻 10K 光藕 PC817或PC814 二极管 1N4148，1N4007 流） 功率：Vac*Vac/ (R1＋R2＋R3) 有时采用。 保护光藕，防止电源反向时击穿。 4.3电路原理分析 上述两图中，图1电流从L流向N时，电压到适合时候，光藕的LED发光，光敏导通，单片机的I/O口检测到低电平。当电流从N流向L时，半波时电流从二极管流过，光藕的LED不发光，光敏不导通，单片机的I/O口检测到高电平，全波时电压到适合时候，光藕的LED发光，光敏导通，单片机的I/O口检测到低电平。 4.4相应的波形图 图6波形（黄色是电源信号，绿色为过零信号。） 图7波形（黄色是电源信号，绿色为过零信号。） 4.4该类电路的应用场合说明 该电路常用于变压器降压，并且需要高低压隔离的线路中，为系统提供过零信号。 4.5注意事项 电阻的阻值选择和脉冲的宽度有关，注意电阻功率的选择，防止过热，并且D1是必不可少的。单片机内部有上拉电阻时，R4也可以取消。 8 四、总结 以上几种线路，在家电设计中都比较常见。第1，3种一般使用在阻容降压的系统中。第2和第1种线路差不多，只是使用在有变压器降压的线路中。对精度、安全和抗干扰要求比较高的系统中，一般使用第4种。第3种线路也可以用在变压器降压的线路中，只是阻值要调整。 9
