什么是過零檢測？220V交流過零檢測器電路設計方案

前言

最近正好項目需求遇到需要做過零檢測，上次用到過零檢測還是數(shù)年前，所以還得來溫習一遍，想著可以來做個總結(jié)記錄。

本文我們就來簡單聊聊 過零檢測 。

需要說明的是，這里的過零檢測指的是在交流回路的中的過零檢測，對于我們最常接觸的交流電就是我們使用的 220V 的市電了。

一、什么是過零檢測

我們知道，在交流回路中，電壓隨時間的變化是正弦波，當波形由正半周向負半周轉(zhuǎn)換或者由負半周向正半周轉(zhuǎn)換時，經(jīng)過 x 坐標的點就是 過零點。

所謂 過零檢測，就是對 過零點 進行檢測，判斷交流電是否到達這個點，如下圖所示：

1.1 為何需要過零檢測

為什么需要過零檢測，簡單來說就是：

為了讓使用交流電的系統(tǒng) 更加安全穩(wěn)定，同時方便對系統(tǒng)進行控制。

我們知道交流電的電壓是在一直變化的，如果我們的用電系統(tǒng)開關(guān)的時候都處于電壓高點，那么這個時候的電流也會對應的比較大，忽然間打開關(guān)短對系統(tǒng)會造成一定的 “沖擊”，有時候也會產(chǎn)生一些電弧火花，就是所謂的浪涌，這樣存在安全隱患，在一些帶大功率負載的交流回路中，風險會更大。

如果我們系統(tǒng)能夠知道每次過零點的時間，在這個時候去進行開關(guān)控制，那么可以使得系統(tǒng)安全穩(wěn)定。

另外，我們通過檢測交流電信號的過零點，可以實現(xiàn)交流電電子設備的開關(guān)控制、電流采樣和保護功能，在調(diào)光開關(guān)/調(diào)光器、電機調(diào)速產(chǎn)品中，可從零點開始控制交流電導通角的大小，實現(xiàn)調(diào)光燈具亮度、電機速度的調(diào)節(jié)。

二、如何做過零檢測

首先我們要明白，我們做過零檢測，最直觀的是檢測什么？實際上就是電壓。電壓變成 0 的時候，就是 零點。

如何檢測，我這里直接先告訴大家，從結(jié)果來看，最常見的過零檢測電路 末端輸出 有如下兩種方式：

第一種，過零點時候電路末端會輸出脈沖，如下圖：

第二種，過零點的時候，電路末端電平會發(fā)生變化，如下圖：

當然 ，直接ADC 采樣也是一種方式，但是相對前面這兩種用得不多。

大家看了上面的兩種結(jié)果，是不是若有所思，回顧一下我們所學過的電路知識，能夠?qū)崿F(xiàn)上面這種檢測電壓變化的很多器件，比如我們的三極管，MOS管，比較器/運放，光耦，是不是感覺都可以搭建方案。

2.1 光耦

本段落我們主要講解一下測量思路，在下面一小節(jié)我會羅列匯總一些電路，提供給大家參考。

說到光耦至于 220V 交流的應用，可以查看文章

單片機檢測信號通斷通用電路（3.3V/5V直流信號，24V+直流信號，220V交流信號）

分享過一個電路：

當時的需求只是需要檢測是否有 220V 交流電信號存在，使用了雙向光耦，其中右邊輸出的地方特意加了一個 2.2uF 的電容防止過零點時候電壓突變。

我們稍微變通一下，電路變成如下，是不是理論上就能夠產(chǎn)生下圖所示的輸出:

當然，如果我們做一下整流，也可以使得輸出脈沖信號，如下圖：

2.2 比較器/運放

對于比較器以及后面的三極管而言，我們一般來說需要先降壓，然后進行處理，是比較妥當?shù)囊环N方式，比如下面圖的示例：

上面的設計是脈沖，通過 R22， R21 控制小于 Vcc /101 電壓的時候 ( 如果 VCC 為3.3V ，閥門大概在 0.03V ) , 輸出 S2 會輸出一個高電平信號，因為時間很短，所以結(jié)果為脈沖。

當然大家也可以把比較器的 負 輸出端連接 GND ，也就是 0V ，然后 + 輸入端連接降壓后但是不整流的輸入（220V的交流變成低壓的交流），這樣輸出 S2 就能形成方波輸出，但是不整流需要額外注意一些問題，這里就不詳細說明。

2.3 三極管/MOS管

對于三極管和 MOS 管來說，與上面的比較器也是類似的，直接上個示意圖：

需要說明的是，通過 三極管或者 MOS 管判斷的輸出脈沖，會比上面使用比較器的脈沖會寬一些。

三極管 0.7V 就導通了，MOS管可能會更大一些，比如有些 1.0V 左右就導通了。

2.4 過零檢測芯片

和電平轉(zhuǎn)換或者其他應用電路一樣，過零檢測也有專門的芯片，當然還是老問題，成本相對前面較高。

沒用過，暫時沒有啥好推薦的，大家可以自行搜索。

三、過零檢測電路

通過上面小結(jié)我們說明了多種 220V 交流過零檢測的方案，在實際使用中大家完全可以根據(jù)自己的情況搭建起電路使用。

博主這幾天網(wǎng)上也是查看了很多的視頻和文章，網(wǎng)上眾多的電路中，我也挑選了幾個比較實在的推薦給大家，此處的借鑒我都會注明出處，大家知道我的很多文章會隨著我的測試使用進度保持著更新，如果有機會，所有電路圖我都會做成實物進行測試的，落地才是王道！

參考電路一：

此電路來源，B站：龍順宇老師

參考電路二：

此電路來源，B站：皆行電子

在實際中我用的是基本上是這個電路，直接使用示波器查看過零信號，實際的測試結(jié)果如下：

測試是 OK 的！

結(jié)語

本文復習了一遍 過零檢測 的相關(guān)知識，給大家介紹了不同的方法實現(xiàn)過零檢測的方式。

編輯：黃飛

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