一种基于采样放大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，具体是指一种基于采样放大电路的锁相式电网 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 一种基于采样放大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：一种基于采样放大电路的锁相式电 网过零检测系统，主要由检测芯片U，电源电路，与电源电路相连接的采样电 路，与采样电路相连接的采样放大电路，负极与检测芯片U的B管脚相连接、 正极与采样放大电路相连接的电容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R9，串接在放大器P2的输 出端和放大器P1的负极之间的电阻R10，串接在放大器P1的负极和三极管VT5 的发射极之间的电阻R11，串接在放大器P1的正极和三极管VT5的集电极之间 的电阻R13，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C10，正极与放大器P1的输出端相连接、负极经电阻R14后与三极管 VT5的基极相连接的电容C11，N极与放大器P2的正极相连接、P极经电阻R15 后与电容C11的负极相连接的二极管D8，以及串接在放大器P2的输出端和负 极之间的电阻R12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。

所述采样放大电路由三极管VT3，三极管VT4，负极与三极管VT3的基极 相连接、正极作为该采样放大电路的输入端的电容C7，一端与三极管VT3的发 射极相连接、另一端接地的电阻R6，N极与三极管VT4的发射极相连接、P极 接地的二极管D7，正极与三极管VT4的发射极相连接、负极与二极管D7的P 极相连接的电容C8，串接在二极管D7的P极和三极管VT3的基极之间的电阻 R7，正极经电阻R8后与三极管VT3的发射极相连接、负极作为该采样放大电 路的输出端的电容C9，N极与电容C9的正极相连接、P极与三极管VT4的集 电极相连接的二极管D6，以及N极与电容C9的正极相连接、P极与三极管VT3 的集电极相连接的二极管D5组成；所述三极管VT4的基极与三极管VT3的集 电极相连接；所述采样放大电路的输入端与采样电路相连接、其输出端则与电 容C3的正极相连接。

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的正极和负极均与采样电路相连接。

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、另一端与电容C1的正极相连接的电阻R1 组成；所述放大器P的输出端与采样放大电路的输入端相连接；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)本发明可以对信号进行放大，使本发明能够更好的对信号进行识别、 处理，从而可以提高本发明的检测精度。

(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为本发明的采样放大电路的结构图。

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，与电源电路相连接的 采样电路，与采样电路相连接的采样放大电路，负极与检测芯片U的B管脚相 连接、正极与采样放大电路相连接的电容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的正极和负极均与采样电路相连接。

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、其另一端与电容C1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。所述放大器P 的输出端与采样放大电路的输入端相连接。

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，所述采样放大电路由三极管VT3，三极管VT4，电阻R6，电 阻R7，电阻R8，二极管D5，二极管D6，二极管D7，电容C7，电容C8以及 电容C9组成。

连接时，电容C7的负极与三极管VT3的基极相连接、其正极作为该采样 放大电路的输入端并与放大器P的输出端相连接。电阻R6的一端与三极管VT3 的发射极相连接、其另一端接地。二极管D7的N极与三极管VT4的发射极相 连接、其P极接地。电容C8的正极与三极管VT4的发射极相连接、其负极与 二极管D7的P极相连接。电阻R7串接在二极管D7的P极和三极管VT3的基 极之间。电容C9的正极经电阻R8后与三极管VT3的发射极相连接、其负极作 为该采样放大电路的输出端并与电容C3的正极相连接。二极管D6的N极与电 容C9的正极相连接、其P极与三极管VT4的集电极相连接。二极管D5的N 极与电容C9的正极相连接、其P极与三极管VT3的集电极相连接。所述三极 管VT4的基极与三极管VT3的集电极相连接。

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 R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，二极管 D8，电容C10以及电容C11组成。

连接时，电阻R9串接在放大器P2的输出端和放大器P1的正极之间。电阻 R10串接在放大器P2的输出端和放大器P1的负极之间。电阻R11串接在放大 器P1的负极和三极管VT5的发射极之间。电阻R13串接在放大器P1的正极和 三极管VT5的集电极之间。电容C10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C11的正极与放大器P1的输出端相连接、 其负极经电阻R14后与三极管VT5的基极相连接。二极管D8的N极与放大器 P2的正极相连接、其P极经电阻R15后与电容C11的负极相连接。电阻R12 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，本发明可以对信号进行放大，并对电压的相位 进行锁定使本发明能够更好的对信号进行识别、处理，从而可以提高本发明的 检测精度。

如上所述，便可很好的实现本发明。