两个晶体管组成高精度交流电源ZCD

文章作者:Djessas Zoheir

例如，许多使用110V/ 230v交流市电的应用需要交流电压的过零检测(ZCD)电路，以同步负载的切换。ZCD的一种方法是使用高值限流电阻或阻压分压器来检测控制器I/O引脚处的交流电压。然而，根据I/O引脚是否处于TTL或Schmitt-trigger模式，ZCD有一个延迟，该延迟取决于I/O引脚的阈值摆动和电力线的旋转速率。例如，假设交流系统电压为230V, 50Hz，分压器为100，即230V/100=2.3V。此外，假设I/O引脚在1V时触发。这个触发电平意味着1V×100=100V参考230V-ac市电。因此，100=230×sin(2×π×50×t)产生了1.43毫秒的延迟，这代表了半周周期的14.3%——一个显著的误差。

图:这种简单的双晶体管电路精确地检测输入交流电源的过零。

的数字展示了一个使用两个标准晶体管的低成本、高效的ZCD。直接来自交流电源，供电网络包括C₁C₂D₁D₂和r.₁形成一个简单的半波整流器，它为ZCD供电。问₁拨动交流电压ZCD。为了补偿基极-发射极间隙，Q₂充当二极管以阻止交流正循环。为效率，检测器必须以尽可能高的电压感测交流电源周期。此要求驱动晶体管的选择。问₂和问₁，低噪声，小信号BC549B晶体管，有30V的集电极到发射极电压限制。在这种选择下，必须将交流市电电压从230伏衰减到30V。(对于BC546晶体管，你可以衰减230到80V。)因此，分压比为30V/230V=13.4%，分压电阻的值为R₂/ (R_3.+ R₂) = 13.4/100,或R_3.= 6.46×R₂。R₂和R_3.必须足够高的电流限制。R的归一化值_3.820 kΩ，表示R₂是820 kΩ/6.46=126.9 kΩ或120 kΩ，最近的标准值电阻。用这些值Q₂可以阻止230 v×R₂/ (R₂+ R_3.)=29.3V，小于晶体管的最大额定30V。
在正循环上，Q的底₁通过R上升到大约0.6V₄。问₂作为一个简单的二极管。因此，当循环电压高于0V时，Q₂是反向偏置，并阻塞任何电流。在0 v, Q₂是正向偏见的，但它在基础 - 发射器交界处保持0.6V，V_是。因此，Q的收集器或基座₂，连接到Q的基础₁，保持在0.6V。问₁正循环饱和，输出电压低。在交流负循环时，当交流电压小于0V时，电流流过Q₂。因此，Q的底₁，连接到Q₂的收集器，下降到小于0.6V，导致Q阻塞₁输出电压变得很高。注意Q的底₁Q能达到-30V₂;你可以添加箝位二极管D_3.对问₁结保护高于-1V。

这篇文章是由编辑挑选的重新出版的设计构思。它于2007年6月7日首次发表在EDN.com上。