220V交流電如何過零檢測

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，對于我們最常接觸的交流電就是我們使用的220V的市電了。

1、什么是過零檢測

在交流回路中，電壓隨時間的變化是正弦波，當波形由正半周向負半周轉換或者由負半周向正半周轉換時，經過x坐標的點就是過零點。所謂 過零檢測，就是對過零點進行檢測，判斷交流電是否到達這個點 ，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更加安全穩定，同時方便對系統進行控制。

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開關的時候都處于電壓高點，那么這個時候的電流也會對應的比較大，忽然間打開關短對系統會造成一定的 “沖擊”，有時候也會產生一些電弧火花，就是所謂的浪涌，這樣存在安全隱患，在一些帶大功率負載的交流回路中，風險會更大。如果我們系統能夠知道每次過零點的時間，在這個時候去進行開關控制，那么可以使得系統安全穩定。另外，我們通過檢測交流電信號的過零點，可以實現交流電電子設備的開關控制、電流采樣和保護功能，在調光開關/調光器、電機調速產品中，可從零點開始控制交流電導通角的大小，實現調光燈具亮度、電機速度的調節。

2、如何做過零檢測

首先要明白，我們做過零檢測，最直觀的是檢測什么？ 實際上就是電壓。電壓變成0的時候，就是零點。如何檢測，我這里直接先告訴大家，從結果來看，最常見的過零檢測電路有如下兩種方式：

第一種，過零點時候電路末端會輸出脈沖，如下圖：

第二種，過零點的時候，電路末端電平會發生變化，如下圖：

當然 ，直接ADC采樣也是一種方式，但是相對前面這兩種用得不多。

2.1 光耦

說到光耦之于220V交流的應用，之前分享過一個電路：

當時的需求只是需要檢測是否有220V交流電信號存在，使用了雙向光耦，其中右邊輸出的地方特意加了一個2.2uF的電容防止過零點時候電壓突變。我們稍微變通一下，電路變成如下，是不是理論上就能夠產生下圖所示的輸出:

當然，如果我們做一下整流，也可以使得輸出脈沖信號，如下圖：

2.2 比較器/運放

對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，然后進行處理，是比較妥當的一種方式，比如下面圖的示例：

上面的設計是脈沖，通過R22， R21控制小于Vcc/101電壓的時候 (如果VCC為3.3V ，閥門大概在0.03V) , 輸出S2會輸出一個高電平信號，因為時間很短，所以結果為脈沖。

當然大家也可以把比較器的負輸出端連接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。

2.3 三極管/MOS管

對于三極管和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，會比上面使用比較器的脈沖會寬一些。三極管0.7V就導通了，MOS管可能會更大一些，比如有些1.0V左右就導通了。

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