本實(shí)用新型過零檢測裝置及同步開關(guān)屬于電學(xué)領(lǐng)域,特別是一種適合應(yīng)用于接觸器、繼電器、及其它機(jī)械開關(guān)中作為過零檢測的過零檢測裝置，及一種無需電流傳感器的同步開關(guān)。

背景技術(shù)：

目前在電氣控制系統(tǒng)中,廣泛使用光電耦合器串聯(lián)一限流電阻組成過零檢測裝置，由于光電耦合器驅(qū)動(dòng)電流大、驅(qū)動(dòng)電流離散性大，存在限流電阻能耗大及檢測過零盲區(qū)大的缺點(diǎn)（在220V交流系統(tǒng)中，一般為十幾伏以上），不適合在同步開關(guān)中用于機(jī)械開關(guān)的斷開的檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有過零檢測裝置的不足之處而提供一種工作能耗低、成本低、檢測精度高，且可以在同步開關(guān)中使用的過零檢測裝置，及一種無需電流傳感器、成本低、投切精度高的同步開關(guān)。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來達(dá)到的：

一種過零檢測裝置，包括一半導(dǎo)體開關(guān)、第一限流元件、第一光電耦合器、一整流器件、一電容，半導(dǎo)體開關(guān)的控制端通過第一限流元件與所需檢測的信號(hào)源連接，工作電源通過整流器件為電容充電，電容通過第一光電耦合器的控制端、半導(dǎo)體開關(guān)形成放電回路，第一光電耦合器輸出檢測信號(hào)。

一種過零檢測裝置，半導(dǎo)體開關(guān)在檢測到信號(hào)源電壓大于零時(shí)導(dǎo)通。

一種過零檢測裝置，半導(dǎo)體開關(guān)包括一晶體管，或達(dá)林頓管，或一達(dá)林頓電路，或晶體管驅(qū)動(dòng)晶體管電路。

一種過零檢測裝置，工作電源由一變壓器輸出繞組提供。

一種過零檢測裝置，為半波檢測電路。

一種過零檢測裝置，包括第二限流元件、一穩(wěn)壓器件，第二限流元件與整流器件串聯(lián)，穩(wěn)壓器件與電容并聯(lián)，或穩(wěn)壓器件通過整流器件與電容并聯(lián)。

一種過零檢測裝置，工作電源由中性線或相對(duì)于信號(hào)源的另一相線提供。

一種同步開關(guān)，其包括所述的過零檢測裝置，還包括控制單元、機(jī)械開關(guān)，控制單元與機(jī)械開關(guān)連接，半導(dǎo)體開關(guān)的控制端通過第一限流元件與機(jī)械開關(guān)連接，第一光電耦合器輸出信號(hào)傳遞至控制單元。

一種同步開關(guān)，控制單元根據(jù)第一光電耦合器輸出的信號(hào)，調(diào)整控制機(jī)械開關(guān)閉合或分?jǐn)嗟臅r(shí)間參數(shù)。

一種同步開關(guān)，連接一用于控制放電回路的第二光電耦合器，第二光電耦合器的控制端與控制單元連接。

一種同步開關(guān)，在閉合的工作過程中，控制單元提供第二光電耦合器控制信號(hào)，控制機(jī)械開關(guān)在放電回路導(dǎo)通后閉合。

一種同步開關(guān)，還包括一單向晶閘管，單向晶閘管與機(jī)械開關(guān)并聯(lián)，半導(dǎo)體開關(guān)的控制端通過第一限流元件與單向晶閘管的陽極連接，電容通過半導(dǎo)體開關(guān)、單向晶閘管的觸發(fā)極、單向晶閘管的陰極形成驅(qū)動(dòng)回路，半導(dǎo)體開關(guān)用于檢測單向晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，控制單元根據(jù)單向晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間調(diào)整控制機(jī)械開關(guān)的時(shí)間參數(shù)。

一種同步開關(guān)，連接一用于控制放電回路的第二光電耦合器，第二光電耦合器的控制端與控制單元連接。

一種同步開關(guān)，在閉合的工作過程中，控制單元先提供第二光電耦合器控制信號(hào)，控制機(jī)械開關(guān)在單向晶閘管過零導(dǎo)通后四分之一周波內(nèi)閉合。

一種同步開關(guān)，在分?jǐn)嗟墓ぷ鬟^程中，控制單元控制機(jī)械開關(guān)斷開，且滿足單向晶閘管導(dǎo)通時(shí)間小于半個(gè)周波。

一種同步開關(guān)，半導(dǎo)體開關(guān)包括第一晶體管、第二晶體管、二極管，第一晶體管為PNP型晶體管、第二晶體管為NPN型晶體管，第二晶體管的基極通過第一限流元件與單向晶閘管的陽極連接，第二晶體管的發(fā)射極與單向晶閘管的陰極連接，第二晶體管的集電極與第一晶體管的基極連接，第一晶體管的發(fā)射極、第一晶體管的集電極串聯(lián)在放電回路中，二極管與第二晶體管的發(fā)射極、第二晶體管的基極反向并聯(lián)。

本實(shí)用新型過零檢測裝置具有電路簡單、檢測精度高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

利用本實(shí)用新型過零檢測裝置的本實(shí)用新型同步開關(guān)具有無需電流傳感器、投切準(zhǔn)確、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1本實(shí)用新型過零檢測裝置及同步開關(guān)的實(shí)施例一電路原理圖。

圖2本實(shí)用新型過零檢測裝置及同步開關(guān)的實(shí)施例一達(dá)林頓電路原理圖。

圖3本實(shí)用新型過零檢測裝置及同步開關(guān)的實(shí)施例二電路原理圖。

圖4本實(shí)用新型過零檢測裝置及同步開關(guān)的實(shí)施例三電路原理圖。

圖5本實(shí)用新型過零檢測裝置及同步開關(guān)的實(shí)施例三半導(dǎo)體開關(guān)電路原理圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型過零檢測裝置及同步開關(guān)的實(shí)施例一，如圖1所示：

一種過零檢測裝置，其為半波檢測電路，其包括半導(dǎo)體開關(guān)Q1、第一光電耦合器OPT1、第一限流元件R1（電阻）、整流器件D1（二極管）、電容C1，半導(dǎo)體開關(guān)Q1（晶體管）的控制端第一限流元件R1與所需檢測的信號(hào)源（機(jī)械開關(guān)的K1兩端）連接，工作電源（工作電源由變壓器輸出繞組提供）通過整流器件D1為電容C1充電，電容C1通過第一光電耦合器OPT1的控制端、半導(dǎo)體開關(guān)Q1形成放電回路，第一光電耦合器OPT1輸出檢測信號(hào)，串聯(lián)在電容C1放電回路的第三電阻R3用于限流，根據(jù)需要選用。

半導(dǎo)體開關(guān)Q1：為方便理解，圖1為一晶體管Q1，第四電阻R4、二極管Z3與晶體管Q1的基極、發(fā)射極并聯(lián)，當(dāng)晶體管Q1內(nèi)置有相關(guān)部件時(shí)，可省略，實(shí)際應(yīng)用時(shí)為降低第一限流元件R1的功耗，也可以為達(dá)林頓管，或一達(dá)林頓電路，或晶體管驅(qū)動(dòng)晶體管電路，相關(guān)電路如圖2所示，半導(dǎo)體開關(guān)Q1在檢測到機(jī)械開關(guān)K1兩端電壓大于零且滿足半導(dǎo)體開關(guān)Q1驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)導(dǎo)通。

一種同步開關(guān)包括以上所述的過零檢測裝置，還包括控制單元（A）、機(jī)械開關(guān)K1，控制單元（A）與機(jī)械開關(guān)K1連接，半導(dǎo)體開關(guān)Q1的控制端通過第一限流元件R1與機(jī)械開關(guān)K1連接，第一光電耦合器OPT1輸出信號(hào)傳遞至控制單元（A）。

工作原理：在同步開關(guān)分?jǐn)喙ぷ鬟^程中，控制單元（A）控制機(jī)械開關(guān)K1兩端電壓在滿足驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開關(guān)Q1導(dǎo)通電壓方向，且導(dǎo)通時(shí)間小于四分之一周波分?jǐn)?，控制單元（A）可以根據(jù)第一光電耦合器OPT1輸出的信號(hào)，調(diào)整控制機(jī)械開關(guān)K1分?jǐn)嗟臅r(shí)間參數(shù)；如需過零接通，在同步開關(guān)閉合工作過程中，控制單元（A）控制機(jī)械開關(guān)K1在兩端電壓滿足驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開關(guān)Q1導(dǎo)通電壓方向時(shí)閉合，控制單元（A）可以根據(jù)第一光電耦合器OPT1輸出的信號(hào)，調(diào)整控制機(jī)械開關(guān)K1閉合的時(shí)間參數(shù)。

本實(shí)用新型過零檢測裝置及同步開關(guān)的實(shí)施例二，如圖3所示：

一種過零檢測裝置，其為半波檢測電路，包括半導(dǎo)體開關(guān)Q1、第一限流元件R1（電阻）、整流器件D1（二極管）、電容C1、第二限流元件R2（電阻）、穩(wěn)壓器件Z1、第一光電耦合器OPT1、第二光電耦合器OPT2，半導(dǎo)體開關(guān)Q1（晶體管）的控制端通過第一限流元件R1與所需檢測的信號(hào)源（機(jī)械開關(guān)的K1兩端）連接，工作電源（圖中工作電源由中性線提供，也可以由相對(duì)于信號(hào)源的另一相線提供）通過第二限流元件R2、整流器件D1為電容C1充電，電容C1通過第一光電耦合器OPT1的控制端、第二光電耦合器OPT2、半導(dǎo)體開關(guān)Q1形成放電回路，第一光電耦合器OPT1輸出檢測信號(hào)，穩(wěn)壓器件Z1與電容C1并聯(lián)（也可以穩(wěn)壓器件Z1通過整流器件D1與電容C1并聯(lián)），第二光電耦合器OPT2用于控制放電回路，其不限于與放電回路串聯(lián)，也可以與半導(dǎo)體開關(guān)Q1控制端連接，當(dāng)用在同步開關(guān)時(shí)，且不需要過零投入時(shí)，第二光電耦合器OPT2可以省略，串聯(lián)在電容C1放電回路的第三電阻R3用于限流，根據(jù)需要選用。

半導(dǎo)體開關(guān)Q1：為方便理解，圖3為一晶體管Q1，第四電阻R4、二極管Z3與晶體管Q1的基極、發(fā)射極并聯(lián)，當(dāng)晶體管Q1內(nèi)置有相關(guān)部件時(shí)，可省略，實(shí)際應(yīng)用時(shí)為降低第一限流元件R1功耗，也可以為達(dá)林頓管，或一達(dá)林頓電路，或晶體管驅(qū)動(dòng)晶體管電路，相關(guān)電路如圖2所示，半導(dǎo)體開關(guān)Q1在檢測到機(jī)械開關(guān)K1兩端電壓大于零且滿足半導(dǎo)體開關(guān)Q1驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)導(dǎo)通。

一種同步開關(guān)包括以上所述的過零檢測裝置，還包括控制單元（A）、機(jī)械開關(guān)K1，控制單元（A）與機(jī)械開關(guān)K1連接，半導(dǎo)體開關(guān)Q1的控制端通過第一限流元件R1與機(jī)械開關(guān)K1連接，第一光電耦合器OPT1輸出信號(hào)傳遞至控制單元（A），第二光電耦合器OPT2的控制端與控制單元（A）連接。

工作原理：如需過零接通，在閉合的工作過程中，控制單元（A）提供第二光電耦合器OPT2控制信號(hào)，控制機(jī)械開關(guān)K1在電容C1的放電回路導(dǎo)通后閉合，控制單元（A）控制機(jī)械開關(guān)K1在兩端電壓滿足驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開關(guān)Q1導(dǎo)通電壓方向時(shí)閉合，控制單元（A）根據(jù)第一光電耦合器OPT1輸出的信號(hào)，調(diào)整控制機(jī)械開關(guān)K1閉合的時(shí)間參數(shù)。在同步開關(guān)分?jǐn)喙ぷ鬟^程中，控制單元（A）控制機(jī)械開關(guān)K1在兩端電壓滿足驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開關(guān)Q1導(dǎo)通電壓方向，且驅(qū)動(dòng)時(shí)間小于四分之一周波分?jǐn)?，然后關(guān)閉第二光電耦合器OPT2導(dǎo)通控制信號(hào)，控制單元（A）根據(jù)第一光電耦合器OPT1輸出的信號(hào)，調(diào)整控制機(jī)械開關(guān)K1分?jǐn)嗟臅r(shí)間參數(shù)。

本實(shí)施例，無需變壓器提供過零檢測裝置工作電源，直接有機(jī)械開關(guān)K1所在的交流電網(wǎng)非隔離供電，其采用電容儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)第一光電耦合器OPT1的驅(qū)動(dòng)形式，通過第二限流元件R2電流可以設(shè)定為0.1毫安左右，設(shè)為0.1毫安，當(dāng)工作電壓為220V時(shí)，能耗僅為0.022W，在機(jī)械開關(guān)K1閉合時(shí)，半導(dǎo)體開關(guān)Q1截止，電容C1處于充電狀態(tài)，當(dāng)需要同步開關(guān)過零接通控制時(shí)，只需要增加用于控制電容C1放電的第二光電耦合器OPT2即可，本實(shí)施例具有電路簡單、能耗小、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型過零檢測裝置及同步開關(guān)的實(shí)施例三，如圖4所示：

一種過零檢測裝置，其為半波檢測電路，其包括半導(dǎo)體開關(guān)（B）、第一限流元件R1、整流器件D1（二極管）、電容C1、第二限流元件R2、穩(wěn)壓器件Z1、第一光電耦合器OPT1、第二光電耦合器OPT2，半導(dǎo)體開關(guān)（B）（晶體管）的控制端通過第一限流元件R1與所需檢測的信號(hào)源（機(jī)械開關(guān)的K1兩端）連接，工作電源（圖中工作電源由中性線提供，也可以由相對(duì)于信號(hào)源的另一相線提供）通過第二限流元件R2、整流器件D1為電容C1充電，電容C1通過第一光電耦合器OPT1的控制端、第二光電耦合器OPT2、半導(dǎo)體開關(guān)（B）、單向晶閘管SCR1的觸發(fā)極、單向晶閘管SCR1的陰極形成放電回路，第一光電耦合器OPT1輸出檢測信號(hào)，穩(wěn)壓器件Z1通過整流器件D1與電容C1并聯(lián)（也可以穩(wěn)壓器件Z1直接與電容C1并聯(lián)），第二光電耦合器OPT2用于控制放電回路，其不限于與放電回路串聯(lián)，也可以與半導(dǎo)體開關(guān)（B）控制端連接，當(dāng)用在同步開關(guān)，且不需要過零投入時(shí)，第二光電耦合器OPT2可以省略，串聯(lián)在電容C1放電回路的第三電阻R3用于限流，根據(jù)需要選用。

半導(dǎo)體開關(guān)（B）：如圖5所示，半導(dǎo)體開關(guān)（B）在檢測到機(jī)械開關(guān)K1兩端電壓大于零且滿足半導(dǎo)體開關(guān)（B）驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)導(dǎo)通；半導(dǎo)體開關(guān)（B）包括第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、二極管D2、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7，第一晶體管Q1為PNP型晶體管、第二晶體管Q2為NPN型晶體管，第二晶體管Q2的基極通過第一限流元件R1與單向晶閘管SCR1的陽極連接，第二晶體管Q2的發(fā)射極與單向晶閘管SCR1的陰極連接，第二晶體管Q2的集電極與第一晶體管Q1的基極連接，第一晶體管Q1的發(fā)射極、第一晶體管Q1的集電極串聯(lián)在電容C1的放電回路中，二極管D2與第二晶體管Q2的發(fā)射極、第二晶體管Q2的基極反向并聯(lián)，第五電阻R5與二極管D1并聯(lián)，第六電阻R6兩端分別與第一晶體管Q1的基極、第一晶體管Q1的發(fā)射極連接，第七電阻R7串聯(lián)在第一晶體管Q1的基極用于限流，第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7根據(jù)需要選用。

一種同步開關(guān)，包括以上所述的過零檢測裝置，還包括控制單元（A）、機(jī)械開關(guān)K1、單向晶閘管SCR1（半控型器件），控制單元（A）與機(jī)械開關(guān)K1連接，半導(dǎo)體開關(guān)（B）的控制端通過第一限流元件R1與機(jī)械開關(guān)K1連接，第一光電耦合器OPT1輸出信號(hào)傳遞至控制單元（A），第二光電耦合器OPT2的控制端與控制單元（A）連接，單向晶閘管SCR1與機(jī)械開關(guān)K1并聯(lián)，半導(dǎo)體開關(guān)（B）的控制端通過第一限流元件R1與單向晶閘管SCR1的陽極連接，電容C1通過第一光電耦合器OPT1的控制端、第二光電耦合器OPT2、半導(dǎo)體開關(guān)（B）、單向晶閘管SCR1的觸發(fā)極、單向晶閘管SCR1的陰極形成驅(qū)動(dòng)回路，半導(dǎo)體開關(guān)（B）用于檢測單向晶閘管SCR1的導(dǎo)通時(shí)間，控制單元（A）根據(jù)單向晶閘管SCR1的導(dǎo)通時(shí)間調(diào)整控制機(jī)械開關(guān)K1的時(shí)間參數(shù)。注：第一光電耦合器OPT1的控制端、第二光電耦合器OPT2不限于與單向晶閘管SCR1的驅(qū)動(dòng)回路串聯(lián)，也可以串聯(lián)在半導(dǎo)體開關(guān)（B）的內(nèi)部電路中，如與半導(dǎo)體開關(guān)（B）的2腳、4腳回路串聯(lián)。

工作原理：如需過零接通，在閉合的工作過程中，控制單元（A）提供第二光電耦合器OPT2控制信號(hào)，控制機(jī)械開關(guān)K1在單向晶閘管SCR1過零導(dǎo)通后四分之一周波內(nèi)閉合，控制單元（A）根據(jù)第一光電耦合器OPT1輸出的信號(hào)，調(diào)整控制機(jī)械開關(guān)閉合的時(shí)間參數(shù)，在分?jǐn)嗟墓ぷ鬟^程中，控制單元（A）控制機(jī)械開關(guān)K1滿足單向晶閘管SCR1導(dǎo)通時(shí)間小于半個(gè)周波斷開，控制單元（A）根據(jù)第一光電耦合器OPT1輸出的信號(hào)，調(diào)整控制機(jī)械開關(guān)分?jǐn)嗟臅r(shí)間參數(shù)。

本實(shí)施例，無需變壓器提供過零檢測裝置工作電源及單向晶閘管SCR1的驅(qū)動(dòng)能量，直接由機(jī)械開關(guān)K1所在的交流電網(wǎng)非隔離供電，其采用電容儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)第一光電耦合器OPT1和單向晶閘管SCR1的形式，通過第二限流元件R2的電流可以設(shè)定為0.1毫安左右，如設(shè)為0.1毫安，當(dāng)工作電壓為220V時(shí)，能耗僅為0.022W，在機(jī)械開關(guān)K1閉合時(shí)，半導(dǎo)體開關(guān)Q1截止，電容C1處于充電狀態(tài)，當(dāng)需要同步開關(guān)過零接通控制時(shí)，只需要增加用于控制電容C1放電的第二光電耦合器OPT2即可，單向晶閘管SCR1的驅(qū)動(dòng)不需要高壓電子開關(guān)（如3083光耦驅(qū)動(dòng)）及觸發(fā)變壓器，本實(shí)施例具有單向晶閘管SCR1導(dǎo)通時(shí)間短、過載能力強(qiáng)、電路簡單、性價(jià)比高、可靠性的優(yōu)點(diǎn)；

由一變壓器一繞組提供單向晶閘管SCR1驅(qū)動(dòng)能量和過零檢測裝置的工作電源時(shí)，本實(shí)施例的第二限流元件R2、穩(wěn)壓器件Z1、第二光電耦合器OPT2可以省略。

綜上所述：本實(shí)用新型過零檢測裝置具有電路簡單、檢測精度高、功耗小、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

采用本實(shí)用新型過零檢測裝置的本實(shí)用新型同步開關(guān)具有需電流傳感器，不會(huì)因負(fù)載電流的大小影響精度，具有投切準(zhǔn)確、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。