高实时性的伺服交流电过零检测电路论文和设计-王刚志

全文摘要

本实用新型涉及一种高实时性的伺服交流电过零检测电路。它解决了现有设计不够合理等技术问题。包括交流电源，交流电源的一端串联有第一电阻，另一端串联有第四电阻，第一电阻和第四电阻的阻值均为1MΩ，第一电阻和第四电阻分别与双运算放大器相连，双运算放大器为LM358N芯片，第一电阻和第四电阻之间并联有相互反向设置的第一高速开关二极管和第二高速开关二极管，第一电阻和第四电阻之间还依次串联有第二电阻和第三电阻，且所述的第二电阻和第三电阻之间接地。本实用新型简化整体电路结构，该方案的时间误差仅取决于比较器电平跳变的响应速度和比较器的差分电平分辨率，实现偏差小，利用交流零点进行同步质量较高。

主设计要求

1.一种高实时性的伺服交流电过零检测电路，包括交流电源(1)，其特征在于，所述的交流电源(1)的一端串联有第一电阻(R1)，另一端串联有第四电阻(R4)，且所述的第一电阻(R1)和第四电阻(R4)的阻值均为1MΩ，所述的第一电阻(R1)和第四电阻(R4)分别与双运算放大器(2)相连，所述的双运算放大器(2)为LM358N芯片，所述的第一电阻(R1)和第四电阻(R4)之间并联有相互反向设置的第一高速开关二极管(D1)和第二高速开关二极管(D2)，且所述的第一电阻(R1)和第四电阻(R4)之间还依次串联有第二电阻(R2)和第三电阻(R3)，且所述的第二电阻(R2)和第三电阻(R3)之间接地。

设计方案

2.根据权利要求1所述的高实时性的伺服交流电过零检测电路，其特征在于，所述的第一高速开关二极管(D1)和第二高速开关二极管(D2)均为1N4148二极管。

3.根据权利要求2所述的高实时性的伺服交流电过零检测电路，其特征在于，所述的第二电阻(R2)的阻值大小和第三电阻(R3)的阻值大小均为10KΩ。

4.根据权利要求1或2或3所述的高实时性的伺服交流电过零检测电路，其特征在于，所述的双运算放大器(2)的2脚与第一电阻(R1)相连，所述的双运算放大器(2)的3脚与第四电阻(R4)相连。

5.根据权利要求4所述的高实时性的伺服交流电过零检测电路，其特征在于，所述的双运算放大器(2)的8脚连接有供电端，所述的双运算放大器(2)的4脚与接地端相连，且所述的双运算放大器(2)的1脚与输出端相连。

6.根据权利要求5所述的高实时性的伺服交流电过零检测电路，其特征在于，所述的双运算放大器(2)的8脚连接的供电端电压为5V。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于电路设备技术领域，尤其涉及一种高实时性的伺服交流电过零检测电路。

背景技术

伺服的无传感器算法需要电压重构单元，通常需要检测交流电源的零点V0以用来进行电压信号同步。目前较常见的方案如图1所示：图1的电路可以检测到交流电经过零点的时间，但是它存在诸多的弊端，列举如下：1.电阻消耗功率太大，发热较多。220V交流电，按照有效值进行计算三个47K的电阻平均每个电阻的功率为220^2\/(3*47k)\/3＝114.42mw。对于0805的贴片电阻按照1\/8w的功率计算，当前的消耗功率接近其额定功率，电阻发热大较大。同时需要注意市电的有效值为220V，其峰值电压为311V，以此计算可以得到每个电阻的瞬时最大功率为228mw，严重超过了电阻的额定功率，因此使用是存在危险的。2.光耦的过零点反应速度，TZA上升沿时间长。实际测试发现光耦过零点上升沿和下降沿的跳变时间为120us左右(高低电平压差为3.3V)。对于一般的应用可以接受，但是对于通信中的同步应用该反应时间将严重影响通信质量。因为在120us内都可以认为是发生了过零事件，也就是说，过零的判断可能存在最高达120us的偏差。3.根据光耦的导通特性，该电路的零点指示滞后实际交流电发生的零点。滞后时间可以根据光耦的导通电流计算，NEC2501的典型值是10ma，实际上，当前向电流达到1ma的时候光耦一般就已经导通了。现以1ma电流计算，电阻3×47k＝141k,则电压为141V，相应的滞后零点时间约为1.5ms。假设0.5ma导通则电压为70V，则滞后时间为722us。4.TZA输出波形和标准方波相差较大，占空比高于50％。实际测试中占空比的时间误差达到1.2ms，在应用中该时差不能被忽略。基于以上列出的各个问题导致利用交流零点进行同步质量较差，因此，目前迫切需要一种利用交流零点进行同步质量较好的电路结构。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种结构简单的高实时性的伺服交流电过零检测电路。

为达到上述目的，本实用新型提出了一种高实时性的伺服交流电过零检测电路，包括交流电源，其特征在于，所述的交流电源的一端串联有第一电阻，另一端串联有第四电阻，且所述的第一电阻和第四电阻的阻值均为1MΩ，所述的第一电阻和第四电阻分别与双运算放大器相连，所述的双运算放大器为LM358N芯片，所述的第一电阻和第四电阻之间并联有相互反向设置的第一高速开关二极管和第二高速开关二极管，且所述的第一电阻和第四电阻之间还依次串联有第二电阻和第三电阻，且所述的第二电阻和第三电阻之间接地。

在上述的高实时性的伺服交流电过零检测电路中，所述的第一高速开关二极管和第二高速开关二极管均为1N4148二极管。

在上述的高实时性的伺服交流电过零检测电路中，所述的第二电阻的阻值大小和第三电阻的阻值大小均为10KΩ。

在上述的高实时性的伺服交流电过零检测电路中，所述的双运算放大器的2脚与第一电阻相连，所述的双运算放大器的3脚与第四电阻相连。

在上述的高实时性的伺服交流电过零检测电路中，所述的双运算放大器的8脚连接有供电端，所述的双运算放大器的4脚与接地端相连，且所述的双运算放大器的1脚与输出端相连。

在上述的高实时性的伺服交流电过零检测电路中，所述的双运算放大器的8脚连接的供电端电压为5V。

与现有的技术相比，本实用新型简化整体电路结构，利用比较器的比较功能来产生标准的方波，该方案的时间误差仅取决于比较器电平跳变的响应速度和比较器的差分电平分辨率，实现偏差小，利用交流零点进行同步质量较高。

附图说明

图1是现有技术的电路结构图；

图2是本实用新型的电路结构图。

图中，交流电源1、双运算放大器2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一高速开关二极管D1、第二高速开关二极管D2。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图2所示，本实施例公开了一种高实时性的伺服交流电过零检测电路，包括交流电源1，交流电源1的一端串联有第一电阻R1，另一端串联有第四电阻R4，且第一电阻R1和第四电阻R4的阻值均为1MΩ，第一电阻R1和第四电阻R4分别与双运算放大器2相连，双运算放大器2为LM358N芯片，第一电阻R1和第四电阻R4之间并联有相互反向设置的第一高速开关二极管D1和第二高速开关二极管D2，例如，这里的第一高速开关二极管D1和第二高速开关二极管D2均可以采用1N4148二极管。另外，这里的第一电阻R1和第四电阻R4之间还依次串联有第二电阻R2和第三电阻R3，且第二电阻R2和第三电阻R3之间接地，优选地，这里的第二电阻R2的阻值大小和第三电阻R3的阻值大小均为10KΩ。

在交流电的正半周比较器输出高电平，在交流电的负半周比较器输出低电平。该方案的时间误差仅取决于比较器电平跳变的响应速度和比较器的差分电平分辨率。LM358偏置电压最大为10mv，比较灵敏度为5mv，5V输出电平跳变响应时间在300ns以内，加上asin(10e-3\/311)\/2\/\/pi\/50＝100ns。二者总共相差约400ns，远低于图1所示的方案。其偏置电流为50na，串接1M的电阻，满足偏置电流的电压为50na×1M＝50mv。按照st-lm358资料，其开环频率响应1k一下可以达到100db，因此理论上输入1mv的电平依然可以识别，和前边假设相比取50mv，asin(50mv\/311)\/2\/pi\/50＝500ns，放大器的SR为0.6V\/us，假设转换到4V，需要7us。因此使用LM358的绝对误差为7.5us,而实际上由于每个器件的共性，因此在同步上偏差小于1.5us。

其中，本实施例中的双运算放大器2的2脚与第一电阻R1相连，双运算放大器2的3脚与第四电阻R4相连，双运算放大器2的8脚连接有供电端，供电端优选采用5V电压，双运算放大器2的4脚与接地端相连，且双运算放大器2的1脚与输出端相连。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了交流电源1、双运算放大器2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一高速开关二极管D1、第二高速开关二极管D2等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

设计图

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