本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種過零檢測(cè)電路。

背景技術(shù)：

過零信息在電力載波領(lǐng)域非常重要，能夠通過過零信息確認(rèn)相位，理清整個(gè)臺(tái)區(qū)拓?fù)潢P(guān)系。

目前電力公司都需要提供過零信息，而電力線載波過零檢測(cè)目前都是通過光耦電路實(shí)現(xiàn)的，但是光耦電路使得過零信號(hào)精度比較差，過零信號(hào)的抖動(dòng)比較厲害，同時(shí)外圍電路中的負(fù)載亦會(huì)增加功耗。若減小過零信號(hào)的抖動(dòng)與負(fù)載的功耗，則需要過多電子器件，從而增加檢測(cè)的成本。同時(shí)AC信號(hào)通過載波光耦電路后，信號(hào)受到嚴(yán)重的衰減和失真，在檢測(cè)時(shí)對(duì)AC頻率和相位的恢復(fù)和跟蹤具有一定的難度。

下面兩種過零檢測(cè)電路均為現(xiàn)有技術(shù)中通過光耦實(shí)現(xiàn)過零檢測(cè)，下面結(jié)合具體兩個(gè)附圖：圖1，圖2分析現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷：

如圖1所示，圖1中的過零檢測(cè)電路，雖然圖1中使用了較少的電子器件，但是外圍電路的負(fù)載1會(huì)增加較多功耗，浪費(fèi)電能。同時(shí)光耦2的缺點(diǎn)是信號(hào)會(huì)嚴(yán)重的衰減與失真，對(duì)于檢測(cè)的精確性有較大的難度。

如圖2所示，雖然圖2減少了負(fù)載的功耗，但是圖2過零檢測(cè)電路中卻增加了較多的電子器件，這會(huì)增加檢測(cè)的成本，結(jié)構(gòu)復(fù)雜也不 便于維修和保護(hù)。同時(shí)光耦2的缺陷也未能避免，通過現(xiàn)有技術(shù)，以及現(xiàn)有技術(shù)的兩者結(jié)合均不能實(shí)現(xiàn)較好的檢測(cè)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本申請(qǐng)記載了一種過零檢測(cè)電路，該電路使得過零信號(hào)精度高，功耗小，節(jié)約成本。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)記載了一種過零檢測(cè)電路，具有：

耦合單元，具有第一輸入端與第二輸入端，用以將所述第一輸入端與所述第二輸入端之間的輸入信號(hào)耦合輸出，

濾波單元，與所述耦合單元相連，用以接收所述耦合單元輸出的所述輸入信號(hào)，對(duì)所述輸入信號(hào)做濾波處理以形成濾波信號(hào)輸出；

檢測(cè)單元，與所述濾波單元相連，用以接收所述濾波信號(hào)，并根據(jù)預(yù)定的計(jì)算方法對(duì)所述濾波信號(hào)計(jì)算，形成檢測(cè)相位信息。

進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)方案，所述耦合單元由電容器和變壓器串聯(lián)形成：

所述電容器的輸入端連接所述第一輸入端，所述電容器的輸出端連接所述變壓器初級(jí)繞組的一端，所述變壓器初級(jí)繞組的相對(duì)另一端均與所述第二輸入端相連。

進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)方案，所述濾波單元與所述變壓器的次級(jí)繞組相連。

進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)方案，所述濾波單元為高通濾波器。

進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)方案，所述預(yù)定的計(jì)算方法為：

所述檢測(cè)相位信息

其中，A1為所述檢測(cè)相位信息的幅度，為相位角度。

進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)方案，所述濾波單元輸入端信號(hào)V2的函數(shù)關(guān)系式是：

其中，A1*A2為所述濾波單元輸入端信號(hào)的幅度，A2為信號(hào)經(jīng)過濾波器的幅度變化值，β為所述濾波單元輸入端信號(hào)至所述檢測(cè)單元檢測(cè)信號(hào)相位角的變化量。

所述濾波單元輸入端信號(hào)V2的函數(shù)關(guān)系式是：

其中，C1為所述電容器的容量，L1為所述變壓器等效電感的電感量，V1為所述第一輸入端與所述第二輸入端之間的輸入信號(hào)。

進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)方案，L1為50uH-1mH，C1為0.1-0.47uF，1-ω²L₁C₁≈1，所述濾波單元輸入端信號(hào)V2＝-ω²L₁C₁*V1。

進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)方案，所述第一輸入端與所述第二輸入端之間的輸入信號(hào)與所述濾波單元輸入端信號(hào)的相位相差180°。

進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)方案，所述濾波單元與所述檢測(cè)單元之間連接模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，形成所述數(shù)字信號(hào)輸出。

進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)方案，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)方案，所述濾波單元的輸出端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單 元的輸入端之間連接VGA模塊，所述VGA模塊用以將所述濾波信號(hào)放大，保證后續(xù)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的位數(shù)。

進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)方案，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的輸出端與檢測(cè)單元的輸入端依次連接BPF模塊、AGC模塊、PLL模塊，所述BPF模塊用于濾除除了所述第一輸入端與所述第二輸入端之間的信號(hào)頻率的其他信號(hào)，以形成清晰的所述第一輸入端與所述第二輸入端之間的信號(hào)；所述AGC模塊用于根據(jù)所述第一輸入端與所述第二輸入端之間的信號(hào)幅度自動(dòng)調(diào)整所述VGA模塊的放大倍數(shù)；所述PLL模塊用于鎖定所述第一輸入端與所述第二輸入端之間的信號(hào)，以保證信號(hào)過零點(diǎn)穩(wěn)定，并能夠保證在發(fā)送信號(hào)時(shí)過零穩(wěn)定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明記載的過零檢測(cè)電路無需增加外圍電路，并充分利用電容器和變壓器以形成高通濾波器，大幅減少器件。

2、對(duì)耦合后的交流電信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行恢復(fù)和鎖相，由于工頻交流電相位檢測(cè)和跟蹤電路是通過數(shù)字信號(hào)處理方法實(shí)現(xiàn)的，它不但能提供交流電過零信息，而且能為電力載波工頻同步傳輸提供準(zhǔn)確的交流電相位信息，因而具有收斂速度快，交流電相位精度高的優(yōu)點(diǎn)。

3、交流電數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)可以集成或整合到數(shù)字通信芯片中，與圖1、2中的分離元件方案相比，具有明顯的成本少、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。

4、通過本發(fā)明可以合用電力載波耦合電路非常方便地檢測(cè)出過 零信息，耦合線圈電感和電容器都是儲(chǔ)能器件，不會(huì)消耗有功功率，同時(shí)本發(fā)明記載的技術(shù)方案使用了較少的器件，故該電路可以實(shí)現(xiàn)低功耗。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光耦帶負(fù)載過零檢測(cè)電路圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中光耦無負(fù)載過零檢測(cè)電路圖；

圖3為實(shí)施例一的連接電路圖；

圖4為實(shí)施例二的連接電路圖；

圖5為實(shí)施例三的連接電路圖。

1-負(fù)載；2-光耦電路；101-第一輸入端；102-第二輸入端；C1-電容器；L1-等效電感；V1-第一、第二輸入端的輸入信號(hào)；V2-濾波單元輸入端信號(hào)；V3-檢測(cè)相位信息；103-濾波單元；R1-等效電阻；T1-變壓器；104-BPF模塊；105-AGC模塊；106-PLL模塊；107-VGA模塊；108-模數(shù)轉(zhuǎn)換單元；109-LPF模塊；110-檢測(cè)單元。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：

如附圖3所示，本實(shí)施例記載的一種過零檢測(cè)電路，包括：耦合單元，耦合單元具有第一輸入端101與第二輸入端102，耦合單元用以將第一、第二輸入端的輸入信號(hào)V1耦合后輸出。

濾波單元103與耦合單元相連，用以接收耦合單元輸出的輸入信 號(hào)，對(duì)輸入信號(hào)做濾波處理以形成濾波信號(hào)輸出，第一輸入端101通過一個(gè)電容器C1連接到一個(gè)變壓器T1初級(jí)繞組的一端，也即該電容器C1連接在變壓器T1初級(jí)繞組的該一端和第一輸入端101之間，而第二輸入端102則連接到變壓器T1初級(jí)繞組的相對(duì)另一端。變壓器T1次級(jí)繞組的一端連接到濾波單元103的輸入端而變壓器T1次級(jí)繞組的相對(duì)另一端則接地GND，當(dāng)受到的干擾環(huán)境不強(qiáng)時(shí)，采用單端輸入信號(hào)的方法，將變壓器T1的次級(jí)繞組的相對(duì)另一端接地GND將信號(hào)輸入至濾波單元103。

本發(fā)明一個(gè)較佳的實(shí)施例，變壓器T1的次級(jí)繞組的兩端均可作為輸入端與濾波單元103的輸入端相連，采用差分輸入的方式將差分信號(hào)輸入至濾波單元，當(dāng)輸入信號(hào)的處于較強(qiáng)的干擾環(huán)境中時(shí)，采用差分輸入的方法有利于降低干擾誤差，提高檢測(cè)的精度。

檢測(cè)單元110與濾波單元103相連，用以接收濾波信號(hào)，并根據(jù)預(yù)定的計(jì)算方法對(duì)濾波信號(hào)計(jì)算，形成檢測(cè)相位信息。

本發(fā)明一個(gè)較佳的實(shí)施例，濾波單元103的輸出端傳輸?shù)男盘?hào)傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換單元108，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元用以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，形成數(shù)字信號(hào)輸出。

本發(fā)明一個(gè)較佳的實(shí)施例，濾波單元103為高通濾波器。

本發(fā)明一個(gè)較佳的實(shí)施例，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

對(duì)耦合后的交流電信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元108，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行恢復(fù)和鎖相，數(shù)字鎖相環(huán)不僅吸收了數(shù)字電路可靠性高、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，還解決了模擬鎖 相環(huán)的直流零點(diǎn)漂移、器件飽和及易受電源和環(huán)境溫度變化等缺點(diǎn)。交流電數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)集成或整合到數(shù)字通信芯片中，與現(xiàn)有技術(shù)中的分離元件方案相比，具有明顯的成本少、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。例如在第一輸入端101與第二輸入端102之間施加市電交流電，例如常規(guī)的交流市電AC110V/220V，其市電頻率為50Hz/60Hz,由于工頻交流電相位檢測(cè)和跟蹤電路是通過數(shù)字信號(hào)處理方法實(shí)現(xiàn)的，它不但能提供交流電過零信息，而且能為電力載波工頻同步傳輸提供準(zhǔn)確的交流電相位信息，因而濾波單元103與濾波單元所連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元108具有收斂速度快，交流電相位精度高的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)施例中預(yù)定的計(jì)算方法為：

檢測(cè)相位信息其中，A1為檢測(cè)相位信息的幅度，為相位角度。

濾波單元輸入端信號(hào)V2的函數(shù)關(guān)系式是：

其中，A1×A2為濾波單元輸入端信號(hào)的幅度，A2為信號(hào)經(jīng)過濾波器的幅度變化值，β為濾波單元輸入端信號(hào)至檢測(cè)單元檢測(cè)信號(hào)相位角的變化量。

濾波單元輸入端信號(hào)V2的函數(shù)關(guān)系式是：

其中C1為電容器的容量，L1為變壓器等效電感的電感量，V1為第一輸入端與第二輸入端之間的輸入信號(hào)。

由于L1為50uH-1mH,C1為0.1-0.47uF，故1-ω²L₁C₁≈1，濾波單元輸入端信號(hào)V2的關(guān)系式是：V2＝-ω²L₁C₁*V1。

得知：第一輸入端與第二輸入端之間的輸入信號(hào)與濾波單元輸入端信號(hào)的相位相差180°，由此計(jì)算出第一輸入端與第二輸入端之間的輸入信號(hào)V1的相位信息。

實(shí)施例二：

本實(shí)施例是基于實(shí)施例一電路的模型電路電路，如附圖4所示，本發(fā)明的耦合單元具有第一輸入端101和第二輸入端102；第一輸入端101與電容器C1相連，并且在第二輸入端102和電容器C1的輸出端之間耦合有一個(gè)等效電感L1，等效電感L1為實(shí)施例一中變壓器T1的等效電感，以及在等效電感L1對(duì)應(yīng)第一輸入端101的一端連接濾波單元103的輸入端，濾波單元103的輸出端連接等效電阻R1，等效電阻R1為圖1模數(shù)轉(zhuǎn)換單元108的等效電阻。

本實(shí)施例的一個(gè)較佳的實(shí)施例，第二輸入端102與等效電阻R1的相對(duì)另一端接地GND。

本實(shí)施例中，等效電感L1是對(duì)實(shí)際的耦合電感線圈進(jìn)行了等效，從而更容易且更加直觀推算濾波單元輸入端信號(hào)V2的相位信息。藉由檢測(cè)相位信息V3擷取濾波單元輸入端信號(hào)的相位信息V2，并由濾波單元輸入端信號(hào)的相位信息V2計(jì)算出第一、第二輸入端的輸入信號(hào)V1。

本實(shí)施例中，第一輸入端101與第二輸入端102之間的輸入信號(hào) V1的得出方法與實(shí)施例一中的預(yù)定的計(jì)算方法相同。

實(shí)施例三：

本實(shí)施例是基于實(shí)施例一、二的實(shí)際電路，如附圖5所示，本實(shí)施例中耦合單元具有第一輸入端101和第二輸入端102；第一輸入端101通過一個(gè)電容器C1連接到一個(gè)變壓器T1初級(jí)繞組的一端，也即該電容器C1連接在變壓器T1初級(jí)繞組的該一端和第一輸入端101之間，而第二輸入端102則連接到變壓器T1初級(jí)繞組的相對(duì)另一端；變壓器T1次級(jí)繞組的兩端均與LPF模塊109，用于增強(qiáng)檢測(cè)精度，排出干擾誤差。LPF模塊109與圖1和圖2中的濾波單元103起相同作用，此處LPF模塊109將電力線高頻噪聲濾掉。

本發(fā)明一個(gè)較佳的實(shí)施例：例如在第一輸入端101與第二輸入端102之間施加市電交流電，例如常規(guī)的交流市電AC110V/220V，其市電頻率為50Hz/60Hz，LPF模塊109的輸出端與VGA模塊107的輸入端連接，VGA模塊107用于將信號(hào)放大，由于電容器C1和變壓器T1構(gòu)成高通濾波單元，50Hz/60Hz信號(hào)經(jīng)過該高通濾波單元后會(huì)衰減幾十dB，故增加VGA模塊107將信號(hào)放大，保證后續(xù)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元108的位數(shù)。

VGA模塊107的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換單元108的輸入端相連，此處模數(shù)轉(zhuǎn)換單元108與實(shí)施例一中的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元108起到相同作用，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元108后依次連接BPF模塊104、AGC模塊105、PLL模塊106。

BPF模塊104用于濾除除了50Hz/60Hz信號(hào)，用于增強(qiáng)50Hz/60Hz信號(hào)的清晰度。同時(shí)AGC模塊105與VGA模塊107通訊連接，AGC模塊105根據(jù)50Hz/60Hz的信號(hào)幅度自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整VGA模塊107的放大倍數(shù)，以適應(yīng)即使的信號(hào)變化；PLL模塊106鎖定50Hz/60Hz的信號(hào)，保證過零點(diǎn)穩(wěn)定，并能夠保證在發(fā)送信號(hào)時(shí)過零穩(wěn)定。

本實(shí)施例中，過零檢測(cè)電路無需增加外圍電路，充分利用電容器C1和變壓器T1大幅減少器件，非常方便地檢測(cè)出過零信息，變壓器T1耦合線圈電感和電容器C1都是儲(chǔ)能器件，不會(huì)消耗有功功率，故該電路可以實(shí)現(xiàn)低功耗。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)變化例，這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。

以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保 護(hù)的范圍內(nèi)。