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过零检测器——有效保护敏感电子设备

  • 发表时间:2021-09-17 08:35:49
  • 来源:本站
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电源控制系统如何承受高涌流?这似乎是一项艰巨的任务。尽管如此,这正是过零检测器 (ZCD) 派上用场的地方。 

通过过零检测,信号波形的转换将无缝发生。因此,交叉检测器电路对于需要时间间隔的系统很重要。  

我们将详细说明过零检测器的工作原理。此外,我们将解释创建交叉检测器电路的简单方法。因此,请继续阅读以获取见解。 

1. 过零检测器原理

过零检测器在电力控制系统的电路网络中运行。它有助于比较器输出波形的转换。交流信号达到零参考电压时会发生这种情况因此,设备会延迟时间。目的是保护电路免受高输入信号电流的影响。 

2. 基本过零检测器电路说明

首先,这是过零检测器电路的图示。 

图 1:过零检测器的电路图说明。

上面的串联电路图显示了一个简单的交叉检测器电路。在组装过程中,将输入信号连接到运算放大器的反相端子。对于同相端,通过输入电阻将其接地。 

当输入信号与参考电压不同时,设备会进行识别。您应该将参考电压设置为 0。因此,每次发生这种情况时,输出信号的饱和电平都会发生变化。

图 2:电路板

在运算放大器的同相端施加输入信号。在这种情况下,电压参考电平为零。系统会将运算放大器输入端的正弦波与电压参考进行比较。 

每一次,正弦波的相位都会从负移到正,反之亦然。 

让我们考虑输入信号的每种可能情况。 

以输入端存在正正弦信号的情况为例。比较器将输入信号与参考电压电平进行比较。因此,这种情况的等式是:  

V输出= V参考– V输入信号

因此,假设您有 0V 参考电压,我们可以将 V Reference等同于零。因此,等式将变为:  

V输出= 0 – V输入信号

因此,输出波形信号的电压将具有负饱和。检查这个最终方程: 

V输出= – V输入信号

因此,正脉冲产生负输出波形。 

另一方面,考虑存在负正弦信号的情况。同样,比较器会将输入信号与参考电压电平进行比较。 

因此,方程将再次为 V输出= V参考 – V输入信号。

当我们将方程中的 = V Reference替换为零时,我们将获得,

V输出= 0 –(V输入信号

因此,V输出= + V输入信号

在这种情况下,输出波形信号将具有正饱和度。 

因此,过零检测器有效地将输入信号转换为相反符号的输出波形。如果输入信号为负,则交叉电路将其转换为正,反之亦然。 

3.如何制作过零检测电路?

图 3:正弦波

您可以轻松设计过零检测器。此外,您可以将此电路用于各种应用。 

以下是此电路所需的组件: 

一个 6V齐纳二极管

两个 100K 电阻 

IC 741 比较器

您必须确保连接来自桥式整流器的输入交流电。此外,在该电路中,IC 741 用作比较器。您应该提供 12V 的电源电压。 

此外,请确保将同相引脚连接到 1N4148 二极管。另一方面,您应该将反相引脚连接到选择的输入信号。 

请注意,电路的输出波形将与输入信号相反。因此,该电路遵循传统的过零检测器的原理。 

当输入引脚上有正电流时,设备会检测到这一点。当参考电压为零时,输出波形会发生变化。当您连接相反的电流时,会发生相反的情况。在这种情况下,输出将为正。 

4. 过零检测器的应用

过零检测器电路有广泛的应用。您可以在频率计数器等电子设备中找到它们。此外,您还会在电力电子电路中找到它们。 

图 4:电子元件的 3D 插图

以下是交叉电路的一些典型应用: 

ZCD 作为相位计

当您有两个电压时,您可以使用 ZCD 作为相位计来确定相位角。ZCD 将首先获得正负循环中的连续脉冲。然后,它将测量第一个正弦波电压脉冲的时间间隔的电压。它将对另一个正弦波的电压脉冲重复该过程。 

因此,时间间隔将给出输入信号电压之间的相位差。您可以使用相位计测量 0 度到 360 度的正弦波。  

ZCD 作为时间标记生成器

考虑图 1 中过零检测器的比较器电路图。如果输入引脚是正弦波,则输出信号将是方波发生器。因此,它将创建一个串联电路。 

此外,请考虑时间常数相对于周期较小的情况。在这种情况下,电阻器上的电压可以是正脉冲。此外,它可以是负脉冲。通过二极管向限幅电路施加电压。它只产生正脉冲的负载电压。因此,您会将过零检测器的正弦波转换为正脉冲。这个结果的前提是一个网络电路和一个限幅电路。 

使用 IC 311 和晶体管的过零检测器

图 5:波形图

您还可以在运算放大器比较器电路的设计中使用过零检测器。我们在图 1 中说明了这种直接应用。当您以这种方式使用它时,它将是一个方波转换器。 

此外,在该电路中,您可以使用反相或同相比较器作为过零检测器。尽管如此,您必须确保将参考电压设置为零。 

该电路的工作原理也类似于其他过零检测器应用。 

因此,当正输入电压过零时,输出波形将处于负饱和状态。另一方面,当输入电压为负时,输出波形将处于正饱和状态。 

因此,波形输入中的负周期将产生正波形。同样,波形输入中的正周期将产生负波形。 

使用光耦合器的过零检测器

另一种使用过零检测器的方法是在光耦合器的设计过程中这是模拟设计光耦合器的图示。 

图 6:光耦合器图示

查看电路的输出波形,它根据输入而变化。例如,当输入信号达到 0 时,输出波形将上升。每次输入信号到达这一点时都会发生这种情况,如上例所示。   

结论

简而言之,过零检测器在电源控制系统中必不可少。没有它们,就可以运行交流循环电路。 

我们对其他类型的电路有其他见解。查看我们的网站,了解有关电路的更多信息。此外,如有任何疑问,请随时与我们联系。