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一文剖析:家电过零检测如何选择?

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文章出处:骊微电子责任编辑:电源管理芯片人气:-发表时间:2019-06-28 09:21
  过零检测指的是在交流系统中,当波形从正半周向负半周转换时,经过零位时,系统作出的检测,过零信号一般用NPN三极管来检测,当AC电压过零时,三极管基极电压低于0.7V,三极管截止,从而集电极为高电平,MCU检测到上升沿即为过零信号,可作开关电路或者频率检测,家电设备电路过零检测主要是防止可控硅在非零电压开启时产生干扰,影响电器运行。
  
  PN8034芯片集成PFM控制器及650V高雪崩能力智能功率MOSFET,PN8034内置高压启动模块,实现系统快速启动、超低待机功能,同时该芯片提供了完整的智能化保护功能,包括过流保护,欠压保护,过温保护,另外PN8034的降频调制技术有助于改善EMI特性。
  
  在小家电应用中,很多情况下输入用半波整流,为了过Surge,二极管的耐压往往选取比较大,一般用两颗二极管1N4007串联,串联常用如下两种电路结构,第一种N和GND直接相连,第二种N和GND有二极管隔开,两种结构对过零检测是否成功有着很大关系。
 
  
  1.N和GND直接相连在BUCK电路中的应用
 
  
  此电路结构N和过零检测的地GND相连,任何时候,L对GND(N)都是AC输入电压。对于过零检测线路,在正半周,三级管导通,Vzc为低电平;在负半周,三极管Vbe被钳位在-0.7V,处于截止状态,Vzc为高电平。过零检测线路在整个交流周期内都能够准确的检测到输入交流电压,因此过零检测OK。
    (两种波形分别为Vac和Vzc)
  
  2.N和GND二极管隔开在BUCK电路中的应用
  
  此种情况下,N和GND被D2隔开,因为输入电解电容的储能原因,D1 D2不是一直导通。当D1,D2导通,即AC对输入电解电容充电时,L对GND电压为确定值,在D1,D2截止时,L 对GND电压为不定状态,所以三极管的基极检测不到准确的过零电压信号,过零信号检测FAIL。
 
  
  (两种波形分别为Vac和Vzc)
  
  因此,在有过零检测的线路且输入为半波整流时,需采用N和GND直接相连,避免被二极管隔开,这样过零检测电路才能够准确的检测到交流电压,过零信号才能够准确。
  
  当整流电路为桥式全波整流时, N和GND没有直接相连,被整流桥二极管隔开,只有桥式整流二极管导通时,L/N对于GND电压才是确定状态,其他截止期间电压都为不定状态。那么桥式整流如何检测过零信号呢?
  
  一、整流桥和输入电容之间增加二极管
  
  加了二极管D17后,过零检测采样点被D17和输入电解电容隔开,过零采样的电压对于GND为馒头波,可以准确的检测过零信号,过零检测OK。
  
  二、采用两颗二极管采样  
  整流桥和输入电容之间增加二极管虽然可以准确的检测过零信号,但是在较大功率电路中,D17的损耗会较大,会降低整个系统的效率。那怎么样提高效率呢?可以用下面的电路。
 
  
  此种电路在输入的正负半周,输入对GND都不会出现不定电压状态,可以很好的检测过零信号,过零检测OK。
  
  三、采用光耦采样
  
  此种电路用在需要AC交流输入和MCU电气隔离的系统中,用光耦采样过零信号。可以很好的采集过零信号,过零检测OK。
 
  
  此种电路结构需要注意R4电阻的取值,R4电阻过大,光耦开启延时,会影响过零采集精度;电阻过小时,待机功耗又会过高,所以需要折中考虑取值。待机要求较高时,光耦可以选择高CTR系列,从而增大R4电阻,减小待机损耗。
  
  过零信号的元器件的参数选取直接影响待机功耗和采样精度等性能,因此选择PN8034可以提升系统的可靠性,同时PN8034良好的特性也将提升整机系统的稳定性,降低整机失效率,被广泛用于外围元器件极精简的小功率非隔离开关电源。
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