少元件的零交叉检测器用电量低 线电压, 交叉点, 用电量, 检测器

Bazinga

有很多电路展示了使用50Hz和60Hz电线的零交叉检测器的工作原理。虽然电路有很多种，但是大多数都有不足之处。本例中展示的电路可使用少量的通用元件来提供更高的性能，且耗电量低。



在图1所示电路的VO处产生了一段波形，其上升沿与线电压VAC的零交叉点相一致。该电路很容易修改，这样电路中就可以产生与VAC保持同步的下降沿波形。




该电路的运作方式如下：在VAC的零交叉点上，通过电容器和HCPL-4701光耦合器LED的电流要满足方程式1。方程式2是弧度每秒与赫兹之间的标准转换公式，也解释了vi(t)的来历。方程式3和4是方程式1的简式。因为通过LED的电压接近于一个常量，该值在时间方面的变量趋近于0。

通过LED的电流峰值为电容器C的函数。C的取值需满足以下条件：时间为起始时间(t=0)，满足所给的最小供给电压值，并且强度需要超过光耦合器的触发阈值。在HCPL-4701中，IF(ON)=40μA。

二极管D1不仅允许电容器放电，而且还可阻止LED上的反向电压。HCPL-4701的最大反向输入电压为2.5V。




当ic(t)<0(图2)时，电阻器R1在每个vi(t)循环的后段释放出电容器中储存的能量。R1的最大值受到以下因素的限制：电容器、供应电压峰值(VAC-PEAK)以及通过与AC电压零交叉点(图2)相关的LED电流上升沿的可接受最大时延。R1的最小值取决于R1中可允许的最大功耗([VAC-RMS]2/R1)，可依据实际情况取折中值。




表1展示了通过LED电流上升沿的时延(tDELAY)以及R1取三种不同值时所对应的功耗。需要注意的是，与VAC零交叉点对应的VO上升沿的时延必须包含光耦合器的传播时延。HCPL-4701的传播时延为70μs。
基于上述信息，可以得到下列C与R1的实际取值：
VAC=230VRMS±20%(图3)：C=0.5nF/400V(MKT-HQ370金属化聚酯膜，MKT系列)，R1=560kΩ/0.25W，tDELAY=114μs(与VAC零交叉点相关的VO上升沿时延)，P≈100mW(AC线缆平均功率)。




VAC=115VRMS±20%(图4)：C=1nF/200V，R1=220kΩ/0.25W，tDELAY=130μs(与VAC零交叉点相关的VO上升沿时延)，P≈65mW(AC线缆平均功率)。




80VRMS~280VRMS的运行状态下：C=1nF/400V,R1=330kΩ/0.25W。各个取值的经验值为VAC=267VRMS、C1=1nF、R1=220kΩ(图5)。




注意：在已通电设备上对该电路进行台架测试时，请绝对小心。在设计印刷电路板时请遵循相关指南。