耗电量低且少元件的零交叉检测器

　有很多电路展示了使用50Hz和60Hz电线的零交叉检测器的工作原理。虽然电路有很多种，但是大多数都有不足之处。本例中展示的电路可使用少量的通用元件来提供更高的性能，且耗电量低。

　　

　　在图1所示电路的VO处产生了一段波形，其上升沿与线电压VAC的零交叉点相一致。该电路很容易修改，这样电路中就可以产生与VAC保持同步的下降沿波形。

　　

　　该电路的运作方式如下：在VAC的零交叉点上，通过电容器和HCPL-4701光耦合器LED的电流要满足方程式1。方程式2是弧度每秒与赫兹之间的标准转换公式，也解释了vi（t）的来历。方程式3和4是方程式1的简式。因为通过LED的电压接近于一个常量，该值在时间方面的变量趋近于0。

　　通过LED的电流峰值为电容器C的函数。C的取值需满足以下条件：时间为起始时间（t=0），满足所给的最小供给电压值，并且强度需要超过光耦合器的触发阈值。在HCPL-4701中，IF（ON）=40μA。

　　二极管D1不仅允许电容器放电，而且还可阻止LED上的反向电压。HCPL-4701的最大反向输入电压为2.5V。

　　

　　当ic（t）《0（图2）时，电阻器R1在每个vi（t）循环的后段释放出电容器中储存的能量。R1的最大值受到以下因素的限制：电容器、供应电压峰值（VAC-PEAK）以及通过与AC电压零交叉点（图2）相关的LED电流上升沿的可接受最大时延。R1的最小值取决于R1中可允许的最大功耗（［VAC-RMS］2/R1），可依据实际情况取折中值。

　　

　　表1展示了通过LED电流上升沿的时延（tDELAY）以及R1取三种不同值时所对应的功耗。需要注意的是，与VAC零交叉点对应的VO上升沿的时延必须包含光耦合器的传播时延。HCPL-4701的传播时延为70μs。

　　基于上述信息，可以得到下列C与R1的实际取值：

　　VAC=230VRMS±20%（图3）：C=0.5nF/400V（MKT-HQ370金属化聚酯膜，MKT系列），R1=560kΩ/0.25W，tDELAY=114μs（与VAC零交叉点相关的VO上升沿时延），P≈100mW（AC线缆平均功率）。

　　

　　VAC=115VRMS±20%（图4）：C=1nF/200V，R1=220kΩ/0.25W，tDELAY=130μs（与VAC零交叉点相关的VO上升沿时延），P≈65mW（AC线缆平均功率）。

　　

　　80VRMS~280VRMS的运行状态下：C=1nF/400V，R1=330kΩ/0.25W。各个取值的经验值为VAC=267VRMS、C1=1nF、R1=220kΩ（图5）。

　　

　　注意：在已通电设备上对该电路进行台架测试时，请绝对小心。在设计印刷电路板时请遵循相关指南。

原文作者：C Castro-Miguens M Pérez Suárez 西班牙Vigo大学；JB Castro-Miguens 西班牙马德里Cesinel