一种基于偏置电路的锁相式电网过零检测系统

本发明涉及一种检测系统，具体是指一种基于偏置电路的锁相式电网过零检测系 统。

随着智能电网的迅猛发展，电力载波通讯技术也得到广泛的应用。电力载波通讯 技术在应用时需要精确的检测电力线上交流电的过零点，以确保其通讯性能。目前电力线 上交流电的过零点通常采用过零检测系统进行检测，然而，现有的过零检测系统抗干扰能 力较差，在电网出现波动时信号容易出现偏移，导致检测精度差，无法满足人们的需求。

本发明的目的在于解决现有的过零检测系统抗干扰能力较差的缺陷，提供一种基 于偏置电路的锁相式电网过零检测系统。

本发明的目的通过下述技术方案现实：一种基于偏置电路的锁相式电网过零检测 系统，主要由检测芯片U，电源电路，分别与电源电路相连接的稳频电路和采样电路，负极与 检测芯片U的B管脚相连接、正极与采样电路相连接的电容C3，正极与检测芯片U的CEXT管脚 相连接、负极与检测芯片U的REXT管脚相连接的电容C4，一端与检测芯片U的VCC管脚相连 接、另一端与电源电路相连接的电阻R4，与检测芯片U的Q管脚相连接的锁相环电路，以及分 别与锁相环电路和检测芯片U的GND管脚相连接的检测输出电路组成；所述检测输出电路还 与电源电路相连接。

进一步的，所述锁相环电路由放大器P1，放大器P2，三极管VT5，串接在放大器P2的 输出端和放大器P1的正极之间的电阻R10，串接在放大器P2的输出端和放大器P1的负极之 间的电阻R11，串接在放大器P1的负极和三极管VT5的发射极之间的电阻R12，串接在放大器 P1的正极和三极管VT5的集电极之间的电阻R14，正极与放大器P1的正极相连接、负极与放 大器P1的输出端相连接的电容C9，正极与放大器P1的输出端相连接、负极经电阻R15后与三 极管VT5的基极相连接的电容C10，N极与放大器P2的正极相连接、P极经电阻R16后与电容 C10的负极相连接的二极管D7，以及串接在放大器P2的输出端和负极之间的电阻R13组成； 所述放大器P2的输出端作为该锁相环电路的输入端并与检测芯片U的Q管脚相连接；所述三 极管VT5的发射极接地；所述放大器P1的输出端作为该锁相环电路的输出端并与检测输出 电路相连接。

所述稳频电路由场效应管MOS，三极管VT3，三极管VT4，负极与场效应管MOS的栅极 相连接、正极作为该稳频电路的输入端的电容C7，串接在三极管VT3的基极和场效应管MOS 的栅极之间的电阻R6，一端与三极管VT3的集电极相连接、另一端接地的电阻R7，N极与场效 应管MOS的源极相连接、P极接地的二极管D5，串接在场效应管MOS的漏极和二极管D5的P极 之间的电阻R8，串接在三极管VT4的发射极和二极管D5的P极之间的电阻R9，P极与三极管 VT4的集电极相连接、N极与三极管VT3的集电极相连接的二极管D6，以及正极与三极管VT4 的发射极相连接、负极作为该稳频电路的输出端的电容C8组成；所述场效应管MOS的源极与 三极管VT3的发射极相连接；所述三极管VT4的基极与三极管VT3的发射极相连接；所述稳频 电路的输入端与电源电路相连接、其输出端则与采样电路相连接。

所述电源电路由变压器T，正极与变压器T的副边电感线圈的非同名端相连接、负 极与变压器T的副边电感线圈的同名端相连接的电容C1组成；所述电容C1的正极与稳频电 路的输入端相连接、其负极则与采样电路相连接。

所述采样电路由放大器P，N极与放大器P的负极相连接、P极经电阻R2后与放大器P 的负极相连接的二极管D3，P极与放大器P的负极相连接、N极与二极管D3的P极相连接的二 极管D2，N极与放大器P的正极相连接、P极经电阻R3后分别与电容C1的负极和检测芯片U的 GND管脚相连接的二极管D1，正极与放大器P的负极相连接、负极与二极管D3的P极相连接的 电容C2，以及一端与放大器P的负极相连接、另一端与稳频电路的输出端相连接的电阻R1组 成；所述放大器P的输出端与电容C3的正极相连接；所述电容C1的正极还经电阻R4后与检测 芯片U的VCC管脚相连接。

所述检测输出电路由三极管VT1，三极管VT2，正极与锁相环电路的输出端相连接、 负极与三极管VT1的基极相连接的电容C5，一端与三极管VT1的发射极相连接、另一端与检 测芯片U的GND管脚相连接的电阻R5，正极与三极管VT2的发射极相连接、负极与检测芯片U 的GND管脚相连接的同时接地的电容C6，以及N极与电容C1的正极相连接、P极与三极管VT2 的基极相连接的二极管D4组成；所述三极管VT2的基极与三极管VT1的集电极相连接、其集 电极与二极管D4的N极相连接、其发射极作为输出端。

所述检测芯片U为SN74121N集成芯片。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

(1)本发明采用SN74121N集成芯片与外围电路相结合，使其拥有更强的抗干扰能 力，即使在电网出现波动的情况下仍然能够稳定的工作，精确的检测出电力线上交流电的 过零点。

(2)本发明可以对信号的频率进行处理，使信号频率更加稳定，极大的提高了本发 明的检测精度。

(3)本发明可以对电压的相位进行锁定，避免电压相位波动而影响本发明过零检 测精度。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的稳频电路的结构图。

图3为本发明的锁相环电路的结构图。

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于 此。

实施例

如图1所示，本发明主要由检测芯片U，电源电路，分别与电源电路相连接的稳频电 路和采样电路，负极与检测芯片U的B管脚相连接、正极与采样电路相连接的电容C3，正极与 检测芯片U的CEXT管脚相连接、负极与检测芯片U的REXT管脚相连接的电容C4，一端与检测 芯片U的VCC管脚相连接、另一端与电源电路相连接的电阻R4，与检测芯片U的Q管脚相连接 的锁相环电路，以及分别与锁相环电路和检测芯片U的GND管脚相连接的检测输出电路组 成；所述检测输出电路还与电源电路相连接。为了更好的实施本发明，所述检测芯片U优选 SN74121N集成芯片来实现。

其中，所述电源电路由变压器T，正极与变压器T的副边电感线圈的非同名端相连 接、负极与变压器T的副边电感线圈的同名端相连接的电容C1组成；所述电容C1的正极与稳 频电路的输入端相连接、其负极则与采样电路相连接。

该所述采样电路由放大器P，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电容C2，二极管D1，二极管D2 以及二极管D3组成。

连接时，二极管D3的N极与放大器P的负极相连接、其P极经电阻R2后与放大器P的 负极相连接。二极管D2的P极与放大器P的负极相连接、其N极与二极管D3的P极相连接。二极 管D1的N极与放大器P的正极相连接、其P极经电阻R3后分别与电容C1的负极和检测芯片U的 GND管脚相连接。电容C2的正极与放大器P的负极相连接、其负极与二极管D3的P极相连接。 电阻R1的一端与放大器P的负极相连接、其另一端与稳频电路的输出端相连接所述电容C1 的正极还经电阻R4后与检测芯片U的VCC管脚相连接。所述放大器P的输出端与电容C3的正 极相连接。

另外，所述检测输出电路由三极管VT1，三极管VT2，电阻R5，电容C5，电容C6以及二 极管D4组成。

连接时，电容C5的正极与锁相环电路的输出端相连接、其负极与三极管VT1的基极 相连接。电阻R5的一端与三极管VT1的发射极相连接、其另一端与检测芯片U的GND管脚相连 接。电容C6的正极与三极管VT2的发射极相连接、其负极与检测芯片U的GND管脚相连接的同 时接地。二极管D4的N极与电容C1的正极相连接、其P极与三极管VT2的基极相连接。所述三 极管VT2的基极与三极管VT1的集电极相连接、其集电极与二极管D4的N极相连接、其发射极 作为输出端并接外部单片机。

如图2所示，所述稳频电路由场效应管MOS，三极管VT3，三极管VT4，电阻R6，电阻 R7，电阻R8，电阻R9，二极管D6，二极管D5，电容C7以及电容C8组成。

连接时，电容C7的负极与场效应管MOS的栅极相连接、其正极作为该稳频电路的输 入端并与电容C1的正极相连接。电阻R6串接在三极管VT3的基极和场效应管MOS的栅极之 间。电阻R7的一端与三极管VT3的集电极相连接、其另一端接地。二极管D5的N极与场效应管 MOS的源极相连接、其P极接地。电阻R8串接在场效应管MOS的漏极和二极管D5的P极之间。电 阻R9串接在三极管VT4的发射极和二极管D5的P极之间。二极管D6的P极与三极管VT4的集电 极相连接、其N极与三极管VT3的集电极相连接。电容C8的正极与三极管VT4的发射极相连 接、其负极作为该稳频电路的输出端并经电阻R1后与放大器P的负极相连接。所述场效应管 MOS的源极与三极管VT3的发射极相连接。所述三极管VT4的基极与三极管VT3的发射极相连 接。

如图3所示，所述锁相环电路由放大器P1，放大器P2，三极管VT5，电阻R10，电阻 R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，二极管D7，电容C9以及电容C10组成。

连接时，电阻R10串接在放大器P2的输出端和放大器P1的正极之间。电阻R11串接 在放大器P2的输出端和放大器P1的负极之间。电阻R12串接在放大器P1的负极和三极管VT5 的发射极之间。电阻R14串接在放大器P1的正极和三极管VT5的集电极之间。电容C9的正极 与放大器P1的正极相连接、其负极与放大器P1的输出端相连接。电容C10的正极与放大器P1 的输出端相连接、其负极经电阻R15后与三极管VT5的基极相连接。二极管D7的N极与放大器 P2的正极相连接、其P极经电阻R16后与电容C10的负极相连接。电阻R13串接在放大器P2的 输出端和负极之间。所述放大器P2的输出端作为该锁相环电路的输入端并与检测芯片U的Q 管脚相连接。所述三极管VT5的发射极接地；所述放大器P1的输出端作为该锁相环电路的输 出端并与电容C5的正极相连接。

本发明采用SN74121N集成芯片与外围电路相结合，使其拥有更强的抗干扰能力， 即使在电网出现波动的情况下仍然能够稳定的工作，精确的检测出电力线上交流电的过零 点。同时，本发明可以对信号的频率进行处理，使信号频率更加稳定，本发明还可以对电压 的相位进行锁定，极大的提高了本发明的检测精度。

如上所述，便可很好的实现本发明。