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什么是过零检测?如何做过零检测?220V交流过零检测电路图讲解

作者:佚名    文章来源:网络    点击数:    更新时间:2024/2/18

如何用单片机控制220V交流电的通断?首先来说,220V交流电的负载是多大,是感性负载负载还是阻性负载,正常输出功率是多大等这些都要考虑进去。

对阻性负载和感性负载的控制

1、对于阻性负载

比如普通的灯泡,一般是30到40W左右,如果用220V交流电来控制通断,简单点的就用一个双向可控硅直接控制,BT137电流达到7A,耐压值600V,驱动灯泡足够了

对于阻性负载 

也可以加一个光耦:

 

2、对于感性负载

比如电动机,因为它的内部有线圈,100W的电动机在启动的时候可能达到1000W,因此这类电器电路就要加多一个 阻容吸收电路 ,必要时候同时加一个 压敏电阻 ,可以使10D471,根据实际间距选择合适的压敏电阻,因为瞬导通时候电压很高,这样就有起到过压保护,以防一通电或者关断时候产生感应电动势产生的电压把可控硅击穿,有时候还会串联一个电感。

对于感性负载 

如何用单片机控制220V交流电的通断?

使用单片机控制220V交流电的通断,方法非常多。使用继电器是最方便的,但是继电器通断会有声音,很不好,而且继电器有次数限制,容易坏。下面提供几种方法,供大家参考:

(1)使用双向可控硅。 注意是交流电,使用双向可控硅而不是单向可控硅。

 

这种情况比较简单,但是电路可靠性不高,220V和单片机电源必须共地,电路故障很容易高压烧毁低压端的单片机。低压控制高压,最好做隔离,上图为使用光耦隔离的控制方式,也可以使用其它物理隔离芯片。

(2)使用三极管、MOS管的控制方式

 

上图是使用MOS管作开关的电路原理图,因为是交流电,使用两个N沟道的MOS管背靠背连接,该图只是一部分示意图,真正的电路还有很多关键技术,比如采样交流电的极性、判断零点,实现过零开通、断开,以减少对设备的损耗。以及过流、短路保护,区分容性负载上电瞬间的波形与过流、短路波形的区别,防止误保护。使用三极管的原理也是类似的。

220V交流过零检测

需要说明的是,这里的过零检测指的是在交流回路的中的过零检测,对于我们最常接触的交流电就是我们使用的220V的市电了。

1、什么是过零检测

在交流回路中,电压随时间的变化是正弦波,当波形由正半周向负半周转换或者由负半周向正半周转换时,经过x坐标的点就是过零点。所谓 过零检测,就是对过零点进行检测,判断交流电是否到达这个点 ,如下图所示:

 

1.1 为何需要过零检测

为什么需要过零检测,简单来说就是:为了让使用交流电的系统更加安全稳定,同时方便对系统进行控制。

我们知道交流电的电压是在一直变化的,如果我们的用电系统开关的时候都处于电压高点,那么这个时候的电流也会对应的比较大,忽然间打开关短对系统会造成一定的 “冲击”,有时候也会产生一些电弧火花,就是所谓的浪涌,这样存在安全隐患,在一些带大功率负载的交流回路中,风险会更大。如果我们系统能够知道每次过零点的时间,在这个时候去进行开关控制,那么可以使得系统安全稳定。另外,我们通过检测交流电信号的过零点,可以实现交流电电子设备的开关控制、电流采样和保护功能,在调光开关/调光器、电机调速产品中,可从零点开始控制交流电导通角的大小,实现调光灯具亮度、电机速度的调节。

2、如何做过零检测

首先要明白,我们做过零检测,最直观的是检测什么? 实际上就是电压。电压变成0的时候,就是零点。如何检测,我这里直接先告诉大家,从结果来看,最常见的过零检测电路有如下两种方式:

第一种,过零点时候电路末端会输出脉冲,如下图:

 

第二种,过零点的时候,电路末端电平会发生变化,如下图:

 

当然 ,直接ADC采样也是一种方式,但是相对前面这两种用得不多。

大家看了上面的两种结果,是不是若有所思,回顾一下我们所学过的电路知识,能够实现上面这种检测电压变化的很多器件,比如我们的三极管,MOS管,比较器/运放,光耦,是不是感觉都可以搭建方案。

2.1 光耦

说到光耦之于220V交流的应用,《单片机检测信号通断通用电路(3.3V/5V直流信号,24V+直流信号,220V交流信号)》分享过一个电路:

 

当时的需求只是需要检测是否有220V交流电信号存在,使用了双向光耦,其中右边输出的地方特意加了一个2.2uF的电容防止过零点时候电压突变。我们稍微变通一下,电路变成如下,是不是理论上就能够产生下图所示的输出:

 

当然,如果我们做一下整流,也可以使得输出脉冲信号,如下图:

 

2.2 比较器/运放

对于比较器以及后面的三极管而言,我们一般来说需要先降压,然后进行处理,是比较妥当的一种方式,比如下面图的示例:

 

上面的设计是脉冲,通过R22, R21控制小于Vcc/101电压的时候 (如果VCC为3.3V ,阀门大概在0.03V) , 输出S2会输出一个高电平信号,因为时间很短,所以结果为脉冲。

当然大家也可以把比较器的负输出端连接GND ,也就是0V ,然后+输入端连接降压后但是不整流的输入(220V的交流变成低压的交流),这样输出S2就能形成方波输出,但是不整流需要额外注意一些问题。

2.3 三极管/MOS管

对于三极管和MOS管来说,与上面的比较器也是类似的,直接上个示意图:

 

需要说明的是,通过三极管或者MOS管判断的输出脉冲,会比上面使用比较器的脉冲会宽一些。三极管0.7V就导通了,MOS管可能会更大一些,比如有些1.0V左右就导通了。

2.4 过零检测芯片

和电平转换或者其他应用电路一样,过零检测也有专门的芯片,当然还是老问题,成本相对前面较高。没用过,暂时没有啥好推荐的,大家可以自行搜索。

3、过零检测电路

通过上面小结我们说明了多种 220V 交流过零检测的方案,在实际使用中大家完全可以根据自己的情况搭建起电路使用。网上也有很多的视频和文章,网上众多的电路中,挑选了几个比较实在的推荐给大家:

参考电路一:

此电路来源,B站:龙顺宇老师

 

参考电路二:

此电路来源,B站:皆行电子

 

参考电路三:

此电路来源163博客 ,博主:ARM嵌入式研发2008年的一篇文章

 

上面这几个实际的电路,从原理上来说,都可以实际使用,感觉都可以直接照着做,但是大家得注意元器件的选型,强电安全第一。

Tags:交流过零检测电路,过零检测,过零检测电路  
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