聊聊過零檢測，以及如何實(shí)現(xiàn)過零檢測  ...... by 矜辰所致

前言

最近正好項(xiàng)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(xí)一遍，想著可以來做個(gè)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(duì)于我們最常接觸的交流電就是我們使用的 220V 的市電了。

我是矜辰所致，全網(wǎng)同名，盡量用心寫好每一系列文章，不浮夸，不將就，認(rèn)真對(duì)待學(xué)知識(shí)的我們，矜辰所致，金石為開！

一、什么是過零檢測

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

所謂 過零檢測，就是對(duì) 過零點(diǎn) 進(jìn)行檢測，判斷交流電是否到達(dá)這個(gè)點(diǎn)，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(shí)方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(shí)候都處于電壓高點(diǎn)，那么這個(gè)時(shí)候的電流也會(huì)對(duì)應(yīng)的比較大，忽然間打開關(guān)短對(duì)系統(tǒng)會(huì)造成一定的 “沖擊”，有時(shí)候也會(huì)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(fù)載的交流回路中，風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更大。

如果我們系統(tǒng)能夠知道每次過零點(diǎn)的時(shí)間，在這個(gè)時(shí)候去進(jìn)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(hào)的過零點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)交流電電子設(shè)備的開關(guān)控制、電流采樣和保護(hù)功能，在調(diào)光開關(guān)/調(diào)光器、電機(jī)調(diào)速產(chǎn)品中，可從零點(diǎn)開始控制交流電導(dǎo)通角的大小，實(shí)現(xiàn)調(diào)光燈具亮度、電機(jī)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(shí)際上就是電壓。 電壓變成 0 的時(shí)候，就是 零點(diǎn)。

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(diǎn)時(shí)候電路末端會(huì)輸出脈沖，如下圖：

第二種，過零點(diǎn)的時(shí)候，電路末端電平會(huì)發(fā)生變化，如下圖：

當(dāng)然 ，直接ADC 采樣也是一種方式，但是相對(duì)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(xué)過的電路知識(shí)，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(yùn)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(huì)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(yīng)用，在我很早的一篇文章《單片機(jī)檢測信號(hào)通斷通用電路（3.3V/5V直流信號(hào)，24V+直流信號(hào)，220V交流信號(hào)）》分享過一個(gè)電路：

當(dāng)時(shí)的需求只是需要檢測是否有 220V 交流電信號(hào)存在，使用了雙向光耦，其中右邊輸出的地方特意加了一個(gè) 2.2uF 的電容防止過零點(diǎn)時(shí)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(dāng)然，如果我們做一下整流，也可以使得輸出脈沖信號(hào)，如下圖：

2.2 比較器/運(yùn)放

對(duì)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(jìn)行處理，是比較妥當(dāng)?shù)囊环N方式，比如下面圖的示例：

上面的設(shè)計(jì)是脈沖，通過 R22， R21 控制小于 Vcc /101 電壓的時(shí)候 ( 如果 VCC 為3.3V ，閥門大概在 0.03V ) , 輸出 S2 會(huì)輸出一個(gè)高電平信號(hào)，因?yàn)闀r(shí)間很短，所以結(jié)果為脈沖。

當(dāng)然大家也可以把比較器的 負(fù) 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(xì)說明。

2.3 三極管/MOS管

對(duì)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(gè)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(huì)比上面使用比較器的脈沖會(huì)寬一些。

三極管 0.7V 就導(dǎo)通了，MOS管可能會(huì)更大一些，比如有些 1.0V 左右就導(dǎo)通了。

2.4 過零檢測芯片

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

沒用過，暫時(shí)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(shí)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(gè)比較實(shí)在的推薦給大家，此處的借鑒我都會(huì)注明出處，大家知道我的很多文章會(huì)隨著我的測試使用進(jìn)度保持著更新，如果有機(jī)會(huì)，所有電路圖我都會(huì)做成實(shí)物進(jìn)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

參考電路三：

此電路來源163博客 ，博主：ARM嵌入式研發(fā) 08年的一篇文章

上面這幾個(gè)實(shí)際的電路，從原理上來說，都可以實(shí)際使用，感覺都可以直接照著做，但是大家得注意元器件的選型，強(qiáng)電安全第一。

結(jié)語

本文復(fù)習(xí)了一遍 過零檢測 的相關(guān)知識(shí)，給大家介紹了不同的方法實(shí)現(xiàn)過零檢測的方式。

最后還得再次提醒一下大家，實(shí)際使用中重點(diǎn)在于元器件的選型，這點(diǎn)大家務(wù)必注意！

好了，本文就到這里，謝謝大家！
審核編輯：湯梓紅