过零检测电路、PFC电路及两路交错并联PFC电路的制作方法

本发明涉及过零检测技术领域，尤其涉及一种过零检测电路、pfc电路及两路交错并联pfc电路。

背景技术：

过零检测指的是：在电源系统中，波形从正半周向负半周或负半周向正半周转换，在经过零位附近时，系统输出过零信号，开关电路响应该过零信号进行相应的切换。

现有的过零检测通常采用光耦隔离或霍尔传感器等方式。但是，上述方式通常存在带宽低等问题，导致检测的过零偏离于真实的过零，使得切换后的电路中存在较大的负向电流，从而降低对应系统的可靠性。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种过零检测电路，其在过零时可以准确输出过零信号以关断对应的主开关管，并减小切换后的电路中的负向电流，从而提高该电路的可靠性和系统效率。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：一种过零检测电路，包括电流互感器、主开关管以及负向电流调节电路；其中：

所述电流互感器包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组和所述主开关管串联后构成第一变换器，所述第一变换器配合连接至交流源；

所述负向电流调节电路包括第一电阻、第三电阻、比较单元、触发单元以及直流源；所述比较单元和所述触发单元连接；所述直流源与所述比较单元和所述触发单元连接；所述第一电阻和所述第三电阻串联后并连接至所述比较单元，所述副边绕组的第一端和第二端分别连接至所述第一电阻的两端；

当所述第一变换器流经负向电流且所述负向电流的数值等于预设阈值时，所述副边绕组生成的感应电流经由第二端、第一电阻以及第三电阻流入比较单元，使得所述比较单元输出切换信号，所述触发单元响应所述切换信号自截止状态切换至运行状态并输出过零信号，所述主开关管响应所述过零信号并关断。

进一步地，所述比较单元包括比较开关管和第二电阻，所述第一端与所述直流源连接，所述第三电阻串联于第二端和比较开关管的正向端之间，所述第二电阻串联于地和比较开关管的负向端之间，所述比较开关管的基极和负向端连接或经由第五电阻接地，且所述比较开关管的基极连接至所述触发单元。

进一步地，所述比较单元包括比较开关管和第二电阻，所述第二电阻串联于直流源和比较开关管的正向端之间，所述第三电阻串联于第一端和比较开关管的负向端之间，所述第二端接地，所述比较开关管的基极和正向端连接或经由第五电阻与直流源连接，且所述比较开关管的基极连接至所述触发单元。

进一步地，所述触发单元包括触发开关管和第四电阻，触发开关管的正向端与直流源连接，所述第四电阻串联于地和触发开关管的负向端之间，所述触发开关管的基极与比较开关管的基极连接；所述触发单元自截止状态切换至运行状态时，所述触发开关管的负向端输出过零信号。

进一步地，所述触发单元包括触发开关管和第四电阻，所述第四电阻串联于直流源和触发开关管的正向端之间，所述触发开关管的负向端接地，所述触发开关管的基极与比较开关管的基极连接；所述触发单元自截止状态切换至运行状态时，所述触发开关管的正向端输出过零信号。

进一步地，负向电流调节电路还包括控制器，所述控制器的输入端连接至所述触发单元并接收所述过零信号，所述控制器的输出端连接至主开关管；当所述触发信号输出过零信号时，所述控制器控制所述主控制管关断。

本发明的目的之二在于提供一种过零检测的pfc电路，在第一过零检测电路和第二过零检测电路进行切换时，可以减小切换后的过零检测电路流经的负向电流，从而提高该电路的可靠性和系统效率。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：将上述的过零检测电路应用于pfc电路中，其包括交流源、第一二极管、第二二极管、第一电感、电容、负载以及两组过零检测电路；其中：

第一电感的一端连接于交流源的正极，另一端记为连接端f，所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极均与所述交流源的负极连接，第一过零检测电路配合连接于连接端f和第一二极管的阴极之间，第二过零检测电路配合连接于连接端f和第二二极管的阳极之间，所述电容和所述负载均并联于第一二极管的阴极和第二二极管的阳极之间。

进一步地，还包括控制器，所述第一过零检测电路和所述第二过零检测电路的主开关管、触发单元均与所述控制器连接；

当所述第一过零检测电路的触发单元输出过零信号时，所述控制器控制第一过零检测电路的主开关管关断、第二过零检测电路的主开关管导通；当所述第二过零检测电路的触发单元输出过零信号时，所述控制器控制第二过零检测电路的主开关管关断、第一过零检测电路的主开关管导通。

进一步地，所述第一过零检测电路和所述第二过零检测电路的主开关管、比较开关管以及触发开关管均为simosfet管、igbt管、ganmosfet管、sicmosfet、三极管、晶闸管和继电器中的任一种，或者它们的组合构成的双向开关。

本发明的目的之三在于提供一种带过零检测的两路交错并联pfc电路，在第一过零检测电路和第二过零检测电路进行切换、第三过零检测电路和第四过零检测电路进行切换时，可以减小切换后的过零检测电路流经的负向电流，从而提高该电路的可靠性。

本发明的目的之三采用如下技术方案实现：将上述的过零检测电路应用于两路交错并联pfc电路中，其包括交流源、第一二极管、第二二极管、第一电感、第二电感、电容、负载以及四组过零检测电路；其中：

第一二极管的阳极、第二二极管的阴极均与所述交流源的负极连接，所述电容和负载均并联于第一二极管的阴极和第二二极管的阳极之间；

第一电感的一端连接于交流源的正极，另一端记为连接端f1，第一过零检测电路配合连接于所述连接端f1和第一二极管的阴极之间，第二过零检测电路配合连接于所述连接端f1和第二二极管的阳极之间；

第二电感的一端连接于交流源的正极，另一端记为连接端f2，第三过零检测电路配合连接于所述连接端f2和第一二极管的阴极之间，第四过零检测电路配合连接于所述连接端f2和第二二极管的阳极之间。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

在该过零检测电路中，当第一变换器流经负向电流且负向电流的数值等于预设阈值时，该触发单元对应输出过零信号，即此时的第一变换器中不存在续流，从而减小切换后的电路流经的负向电流，并为后续的软件开发提供可靠的基础；通过第三电阻的更换，以调节比较单元的预设阈值，以便于与实际情况更为贴合，进而提高该过零检测电路的灵活性；

在pfc电路中，当电感电流的实际波形从正半周向负半周转换时，第一过零检测电路截止，第二过零检测电路运行，以减小第二过零检测电路中的负向电流；对应的，当电流的实际波形从负半周向正半周转换时，第一过零检测电路截止，第二过零检测电路运行，以减小第二过零检测电路中的负向电流。因此，其可以减小切换后的过零检测电路中的负向电流，并便于补偿由于负向电流引起的输入电流畸变、以减小输入电流谐波。

附图说明

图1为实施例一所示过零检测电路的电路图；

图2为实施例二所示比较单元的一种实现方式的电路图；

图3为实施例二所示比较单元的另一种实现方式的电路图；

图4为实施例二所示触发单元的一种实现方式的电路图；

图5为实施例二所示触发单元的另一种实现方式的电路图；

图6为实施例二所示负向电流调节电路的电路图；

图7为实施例三所示带过零检测的pfc电路的电路图；

图8为实施例四所示带过零检测的两路交错并联pfc电路的电路图。

图中：10、过零检测电路；101、负向电流调节电路；1011、比较单元；1012、触发单元；1013、控制器。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，以下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。

实施例一

本实施例提供了一种过零检测电路，旨在解决“对于存在续流的元器件的电路而言，难以准确地确定过零”的问题。具体地，参照图1所示，该过零检测电路10包括电流互感器ct、主开关管q1以及负向电流调节电路101。

电流互感器ct包括原边绕组和副边绕组，原边绕组和主开关管q1串联后构成第一变换器，第一变换器配合连接至交流源。原边绕组具有同名端和异名端，在此将电流自原边绕组的异名端流向同名端的电流记为该过零检测电路的正向电流，反之将电流自原边绕组的同名端流向异名端的电流记为该过零检测电路的负向电流。副边绕组也具有同名端和异名端，其中第一端a1可以为该副边绕组的同名端，第二端a2为可以副边绕组的异名端，且在第一变换器流经正向电流时，副边绕组生成的的感应电流自第一端a1流出，并经由负向调节电路101后自第二端a2流入；反之，在第二变换器流经负向电流时，副边绕组生成的感应电流自第二端a2流出，并经由负向调节电路101后自第一端a1流入。

负向电流调节电路101包括第一电阻r1、第三电阻r3、比较单元1011、触发单元1012以及直流源。其中第一电阻r1串联于第一端a1和第二端a2之间，当第一变换器流经正向电流时，该第一电阻r1可以视为下拉电阻，使得第二端a2的电压低于第一端a1的电压；当第二变换器流经负向电流时，该第一电阻r1可以视为上拉电阻，使得第二端a2的电压高于第一端a1的电压。

第三电阻r3的一端可以与第一电阻r1的任意一端连接，且第一电阻r1和第二电阻r3均连接于比较单元1011中，该比较单元1011根据第三电阻r3的阻值设置有预设阈值，因此该第三电阻r3可以选用滑动变阻器等电阻值可调的电阻器件。

当第一变换器流经正向电流时，副边绕组产生的感应电流自第一端a1流出，并经过负向电流调节电路101后自第二端a2输入，此时比较单元1011未输出切换信号，则触发单元1012处于截止状态；

当第一变换器流经负向电流且数值小于预设阈值时，副边绕组产生的感应电流自第二端a2流出，并经过负向电流调节电路后自第一端a1输入，此时比较单元1011仍未输出切换信号，则触发单元1012仍处于截止状态。

当第一变换器流经负向电流且数值等于预设阈值时，副边绕组产生的感应电流自第二端a2流出，并经过负向电流调节电路后自第一端a1输入，此时比较单元1011还输出切换信号，则触发单元1012响应该切换信号并自截止状态切换至运行状态，同时输出过零信号。

该主开关管q1响应过零信号并关断，以使得第一变换器截止。在此说明的是，该主开关管q1可以为simosfet管、igbt管、ganmosfet管、sicmosfet、三极管、晶闸管和继电器中的任一种，或者它们的组合构成的双向开关。

综上，在该过零检测电路10中，当第一变换器流经负向电流且负向电流的数值等于预设阈值时，该触发单元1012对应输出过零信号，即此时的第一变换器中不存在续流，从而减小切换后的电路流经的负向电流，并为后续的软件开发提供可靠的基础；通过第三电阻r3的更换，以调节比较单元1011的预设阈值，以便于与实际情况更为贴合，进而提高该过零检测电路10的灵活性。

在此值得说明的是，该副边绕组不限于一个，也可以是多个并在同向串联后延伸出第一端a1和第二端a2，从而对第一端a1和第二端a2的电流起到成倍放大的效果，以便于提高零件检测结果的可靠度。

作为可选的技术方案，参照图1所示，该过零检测电路还包括控制器1013，控制器1013的输入端连接至触发单元1012并接收过零信号，控制器1013的输出端连接至主开关管q1；当触发信号输出过零信号时，控制器1013控制主开关管q1关断。该控制器1013可以采用dsp处理器或微控制器等。

实施例二

本实施例提供一种过零检测电路，本实施例在实施例一的基础上进行的。

参照图1和图2所示，比较单元1011可以包括比较开关管q2和第二电阻r2。其中，第一端a1与直流源连接，第三电阻r3串联于第二端a2和比较开关管q2的正向端之间，第二电阻r2串联于地和比较开关管q2的负向端之间，比较开关管q2的基极和负向端连接或经由第五电阻后接地，且比较开关管q2的基极连接至触发单元1012。

该比较开关管q2可以为simosfet管、igbt管、ganmosfet管、sicmosfet、三极管、晶闸管和继电器中的任一种，或者它们的组合构成的双向开关。在此说明的是，在该比较单元1011中，电流自比较开关管q2的正向端流向负向端。例如当比较开关管q2选用pnp三极管时，则正向端为发射极，负向端为集电极。

通过该技术方案，当第一变换器的负向电流增大至预设阈值时，则第二端a2的电压也配合增大至符合比较开关管q2的导通范围，从而该比较开关管q2输出高电平至触发单元1012，其即为切换信号。

作为可选的技术方案，参照图1和图3所示，比较单元1011包括比较开关管q2和第二电阻r2，第二电阻r2串联于直流源和比较开关管q2的正向端之间，第三电阻r3串联于第一端a1和比较开关管q2的负向端之间，第二端a2接地，述比较开关管q2的基极和正向端连接或经由第五电阻与直流源连接，且比较开关管q2的基极连接至触发单元1012。

该比较开关管q2可以为simosfet管、igbt管、ganmosfet管、sicmosfet、三极管、晶闸管和继电器中的任一种，或者它们的组合构成的双向开关，或者它们的组合构成的双向开关。在此说明的是，在该比较单元1011中，电流自比较开关管q2的正向端流向负向端。例如当比较开关管q2选用npn三极管时，则正向端为集电极，负向端为发射极。

通过该技术方案，当第一变换器的负向电流增大至预设阈值时，则第一端a1的电压也配合减小至符合比较开关管q2的导通范围，从而该比较开关管q2输出高电平至触发单元1012，其即为切换信号。

作为可选的技术方案，参照图1和图4所示，触发单元1012包括触发开关管q3和第四电阻r4，触发开关管q3的正向端与直流源连接，第四电阻r4串联于地和触发开关管q3的负向端之间，触发开关管q3的基极可以与比较开关管q2的基极连接，以接收切换信号；当触发单元1012接收切换信号时，触发单元1012自截止状态切换至运行状态时且自触发开关管q3的负向端输出过零信号。

该触发开关管q3可以为simosfet管、igbt管、ganmosfet管、sicmosfet、三极管、晶闸管和继电器中的任一种，或者它们的组合构成的双向开关。在此说明的是，在该比较单元1011中，电流自触发开关管q3的正向端流向负向端。例如当比较开关管q2选用pnp三极管时，则正向端为发射极，负向端为集电极。

通过该技术方案，当第一变换器的负向电流增大至预设阈值时，该触发单元1012可以配合输出过零信号。

作为可选的技术方案，参照图1和图5所示，触发单元1012包括触发开关管q3和第四电阻r4，第四电阻r4串联于直流源和触发开关管q3的正向端之间，触发开关管q3的负向端接地，触发开关管q3的基极与比较开关管q2的基极连接，以接收切换信号；当触发单元1012接收切换信号时，触发单元1012自截止状态切换至运行状态时且自触发开关管q3的负向端输出过零信号。

该触发开关管q3可以为simosfet管、igbt管、ganmosfet管、sicmosfet、三极管、晶闸管和继电器中的任一种，或者它们的组合构成的双向开关，或者它们的组合构成的双向开关。在此说明的是，在该比较单元1011中，电流自触发开关管q3的正向端流向负向端。例如当触发开关管q3选用npn三极管时，则正向端为集电极，负向端为发射极。

通过该技术方案，当第一变换器的负向电流增大至预设阈值时，该触发单元1012可以配合输出过零信号。

作为可选的技术方案，该实施例中比较单元1011和触发单元1012具有多种实现方式，其中优选采用图2所示的触发单元1012和图4所示的触发单元1012的组合，组合后的电路图如图6所示，该比较开关管q2和触发开关管q3均采用pnp三级管，该负向电流调节电路101还包括第三二极管d3，该第三二极管d3的阳极与触发开关管q3的集电极连接，阴极与比较开关管q2的基极连接，从而起到保护作用。

实施例三

本实施例提供一种带过零检测的pfc电路，参照图7所示，其包括上述实施例一和/或实施例二中的过零检测电路10。具体地，该带过零检测的pfc电路包括交流源、第一二极管d1、第二二极管d2、第一电感l1、电容c、负载rx以及两组过零检测电路10。将两组过零检测电路10分别记为第一过零检测电路和第二过零检测电路。

第一电感l1的一端连接于交流源的正极，另一端记为连接端f，第一二极管d1的阳极、第二二极管d2的阴极均与交流源的负极连接，第一过零检测电路配合连接于连接端f和第一二极管d1的阴极之间，第二过零检测电路配合连接于连接端f和第二二极管d2的阳极之间，电容c和负载rx均并联于第一二极管d1的阴极和第二二极管d2的阳极之间。

在此值得说明的是，交流电源的一个周期内输出正电流或负电流，该正电流和负电流并不是第一变换器流经的正向电流和负向电流。

当交流源处于正半周时，第二二极管d2导通，第一过零检测电路的主开关管q1关断、第二过零检测电路的主开关管q1导通，该电流依次经过交流源-第一电感l1-第二过零检测电路-第二二极管d2-交流源，同时第一电感l1储能；当第二过零检测电路的主开关管q1关断时、第一过零检测电路的主开关管q1导通，在第一过零检测电路中，该电流即为第一变换器的正向电流，电流依次流经交流源-第一电感l1-第一过零检测电路-负载rx-第二二极管d2-交流源。

当交流源处于正半周、第二过零检测电路的主开关管q1关断时、第一过零检测电路的主开关管q1导通时，在第一过零检测电路中，该电流即为第一变换器的正向电流，可以参照图6和图7所示的电路图，在第一过零检测电路中，电流互感器ct的感应电流从第一端a1流出，流经第一电阻r1并产生第二端a2与第一端a1之间负电压，电流从第二端a2流回第一电流互感器ct，此时第一端a1的电压等于直流源的输出电压vcc，第二端a2的电压等于vcc加上r1上产生的电压，既第二端a2相对第一端a1为负电压，触发开关管q3基极输出为高电平的切换信号。

当交流源处于负半周、第二过零检测电路的主开关管q1关断时、第一过零检测电路的主开关管q1导通时，在第一过零检测电路中，该电流即为第一变换器的负向电流，该可以参照图6和图7所示的电路图，在第一过零检测电路中，当流经第二二极管d2电流下降至零时继续导通第二二极管d2，使第二二极管d2电流负向增加，此时电流互感器感应ct电流从第二端a2流出，流经第一电阻r1产生第二端a2与第一端a1之间正电压，电流从第一端a1流回电流互感器ct，第二端a2电压等于vcc加上第一电阻r1上产生的电压，则第二端a2相对第一端a1为正电压，当负向电流增加到通过第一电阻r1设置的预设值时，触发开关管q3的导通，且触发开关管q3的集电极自高电平翻转为低电平，从而产生边沿信号，该边沿信号即为过零信号，该过零信号可以经由控制器捕捉。

反之，当交流源处于负半周时，第一二极管d1导通，第二过零检测电路的主开关管q1关断、第一过零检测电路的主开关管q1导通，在第二过零检测电路中，该电流即为第一变换器的正向电流，该电流依次经过交流源-第一二极管d1-第一过零检测电路-第一电感l1-交流源，同时第一电感l1储能；当第一过零检测电路的主开关管q1关断时、第二过零检测电路的主开关管q1导通，电流依次流经交流源-第一二极管d1-负载rx-第二过零检测电路-第一电感l1-交流源，其中与过零检测相关说明的可以参照上述说明，在此不做赘述。

通过该技术方案，当电流的实际波形从正半周向负半周转换时，第一过零检测电路截止，第二过零检测电路运行，以减小第二过零检测电路中的负向电流；对应的，当电流的实际波形从负半周向正半周转换时，第一过零检测电路截止，第二过零检测电路运行，以减小第二过零检测电路中的负向电流。因此，其可以减小切换后的过零检测电路10中的负向电流，并便于补偿由于负向电流引起的输入电流畸变、以减小输入电流谐波。

作为可选的技术方案，该带过零检测的pfc电路还可以包括控制器1013，第一过零检测电路和第二过零检测电路的主开关管q1、触发单元1012均与控制器1013连接。该处理器不限于采用dsp处理器或微控制器。

当第一过零检测电路的触发单元1012输出过零信号时，处理器控制第一过零检测电路的主开关管q1关断、第二过零检测电路的主开关管q1导通；当第二过零检测电路的触发单元1012输出过零信号时，处理器控制第二过零检测电路的主开关管q1关断、第一过零检测电路的主开关管q1导通。

通过该技术方案，便于对第一过零检测电路和第二过零检测电路进行统筹协调，且第一过零检测电路和第二过零检测电路对用同一处理器，从而降低了该带过零检测的pfc电路的复杂度，起到了节约资源、简化线路的优点。

实施例四

本实施例提供一种带过零检测的两路交错并联pfc电路，参照图8所示，其包括上述实施例一和/或实施例二中的过零检测电路10。具体地，其包括交流源、第一二极管d1、第二二极管d2、第一电感l1、第二电感l2、电容c、负载rx以及四组过零检测电路10。将四组过零检测电路10分别记为第一过零检测电路、第二过零检测电路以及第四过零检测电路。

第一二极管d1的阳极、第二二极管d2的阴极均与交流源的负极连接，电容c和负载rx均并联于第一二极管d1的阴极和第二二极管d2的阳极之间；

第一电感l1的一端连接于交流源的正极，另一端记为连接端f1，第一过零检测电路配合连接于连接端f1和第一二极管d1的阴极之间，第二过零检测电路配合连接于连接端f1和第二二极管d2的阳极之间；第二电感l2的一端连接于交流源的正极，另一端记为连接端f2，第三过零检测电路配合连接于连接端f2和第一二极管d1的阴极之间，第四过零检测电路配合连接于连接端f2和第二二极管d2的阳极之间。

本实施例的带过零检测的两路交错并联pfc电路的具体运行可以参照实施例三中的带过零检测的pfc电路的说明，在此不再赘述。

作为可选的技术方案，该带过零检测的两路交错并联pfc电路还可以包括控制器1013，各个过零检测电路10主开关管q1、触发单元1012均与控制器1013连接。该处理器不限于采用dsp处理器或微控制器，该控制器1013的具体运行也具体运行也可以参照实施例三中的带过零检测的pfc电路的相关说明，在此不再赘述。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。