交流電源的零交越脈沖電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的電路可生成一個(gè)交流電源的零交越脈沖，并提供電氣絕緣。輸出脈沖的下降沿出現(xiàn)在零交越點(diǎn)前約200μs。使用這個(gè)電路可以安全地停止一個(gè)可控硅柵極的觸發(fā)，使之有時(shí)間正常地關(guān)斷。只有當(dāng)主電壓約為0V時(shí)，電路才產(chǎn)生短脈沖，因此在230V、50Hz輸入下只耗電200mW。

電路為電容C1充電，直至達(dá)到22V齊納二極管D3的上限(圖1與參考文獻(xiàn)1)。電阻R1和R5用于限制輸入電流。當(dāng)輸入整流電壓降至C1電壓以下時(shí)，Q1開始導(dǎo)通，產(chǎn)生一個(gè)幾百微秒長的脈沖。IC1的耦合使得Q1方波發(fā)生器作出響應(yīng)。rms工作電壓只需要R1和R5。SMD的1206型電阻一般能承受rms為200V的電壓。本設(shè)計(jì)將R1和R5之間的輸入電壓一分為二，總額定電壓為rms值400V。D3用于將橋的電壓限制在22V，因此后面所有元件都有較低的額定電壓。22V齊納管可以箝位在30V，因此本設(shè)計(jì)使用了一只50V、470nF的陶瓷電容。陶瓷電容較電解電容或鉭電容有更好的可靠性，尤其是在高溫下。如果愿意使用更便宜更小的25V元件，可以將齊納管的電壓改為18V，仍保有不錯(cuò)的安全邊際。R4用于限制LED上的峰值電流。對(duì)LED電流的主要限制是整流AC輸入的斜率。緩慢的斜率使得C1釋放儲(chǔ)存的能量時(shí)，Q1不會(huì)產(chǎn)生電流尖峰。

圖1，這個(gè)零交越檢測器使用了低壓元件，功耗很低

可以在LTspice Version IV中仿真此電路的運(yùn)行(圖2與參考文獻(xiàn)2)。在230V、50Hz下，仿真顯示在光耦LED上有一個(gè)17mA的峰值。仿真在90V~250V(50Hz和60Hz)輸入時(shí)都有好的結(jié)果。在110V、60Hz輸入時(shí)，LED電流峰值為8.5mA，因此IC1仍能工作。如果需要更高的LED驅(qū)動(dòng)電流，可以減小R3的值，或增加C1的值。

圖2，這是個(gè)LTspice仿真，當(dāng)輸入電壓跌穿0V時(shí)，LED電流產(chǎn)生一個(gè)脈沖，其邊沿領(lǐng)先和滯后于交越點(diǎn)。光耦LED的峰值電流為17mA

圖3，原型電路的結(jié)果與仿真有很好的相關(guān)性

對(duì)一個(gè)實(shí)際電路的測試表明與仿真有很好的相關(guān)性(圖3)。用一個(gè)5V邏輯電源驅(qū)動(dòng)絕緣輸出，可獲得好的脈沖波形(軌跡1)。為保證安全，主輸入端通過一個(gè)15V隔離變壓器送至示波器(軌跡2)。用示波器的余輝特性可以顯示出過渡的零交越點(diǎn)(圖4)。這種方案能夠精確地測量出與輸入零交相關(guān)的脈沖時(shí)序。

圖4，使用示波器的余輝功能，顯示出精準(zhǔn)的零交越