监控AC线路与孤立的电路

文章：David Williams

电路中的电路数字显示一个廉价的隔离交流监视器，可测量AC线电压电平，并具有一些其他独特的功能。对电路的分析很简单：当AC输入时，V_在，是相对于中性的正，您将其应用于包括R的网络₁，R.₂，D.₁和光耦合器IC中的LED₁。当电压足够高以获得齐纳二极管D时，电流在该网络中流动₁和光耦合器中的二极管进行。该二极管对的导电电压是使能电压，V_E.。齐纳二极管的反向击穿电压为47V，光耦合器的LED正向电压为1.2V，使能电压为48.2V。此级别以下的任何电压都驱动了光电耦合器的输出。当电压超过使能电压时，光耦合器中的晶体管变得饱和，拉动输出低。输出继续保持低电平，直到输入电压降至低于使能电压。

图1：这个简单的交流电源电压监视器的输出是一个方波，其宽度与输入电压电平成比例。

得到的输出是一个固定时间的方波，T_全部的，基于输入电压高于使能电压的长度。如果输入上的电压从120到144V变化，所得的方波波形变宽;如果电压向下变化，则脉冲宽度降低。要计算该电路的公式，请考虑输入波形作为余弦功能。由于输入电压峰值为零，因此光耦合器电路接通，输出电压低。在输入电压在使能电压以下移动之前，它仍然很低。以下方程产生此交叉发生的时间：
V._E.= V._在×cos（2×π×f×t_上）。
因为余弦函数在零周围对称，所以时间t_上是输出脉冲高的总时间的一半。因为微处理器的定时器端口通常捕获时间，计算从脉冲宽度的输入电压的最简单方法是用总时间替换接通时间，然后求解输入电压的方程，这使得结果为结果来自光电耦合器的测量脉冲宽度输出的功能：

您可以在软件或查找表中实现此公式，将脉冲宽度转换为输入电压。请注意，输入电压是峰值交流电压，因此如果需要，您必须将其转换为RMS值。您还可以使用此电路作为时钟线，因为输出频率与占空比无关。输出一致为60Hz，您可以使用它进行计时。如果您基于输入电压将时间推回到过零交叉路口，您也可以使用它来用于过零负载驾驶，因为占空比边沿从真正的零交叉时间转换。
该电路中的其他一些设计原则需要注意。D.₂当AC输入变为负时，保护DIODE在光电耦合器中。在大多数情况下，光耦合器二极管未受影响，因为通过网络反向泄漏确保LED不超过其最大反向电压。然而，绕过二极管是使用二极管钳位该光耦合器两端电压的最佳方法。添加该二极管的电路中的静态电流增加了多于加倍的静态电流，因为将此电流应用于交流线，所以它可能是输入电路中电阻中的能量消耗和功耗。
如果您需要更准确的输入电压估计，则一些选项可以改善电路功能。该变化的主要来源是齐纳电压的5％容差。对于输入电压幅度的估计，该电压的5％变化可能导致对输入电压幅度的估计有显着误差。通过应用已知的输入电压来指定更精确的二极管或校准每个板，并将该值存储在存储器中，以固定校准提高该电路的总体精度。

本文是由编辑选择重新发布的设计理念。它于2007年7月5日在edn.com上发表。