输出分别与干线的两个半周期同步的电路
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经常有这种情况,要在交流电源干线强大的干扰下去测量微弱的信号。如果不能过滤排除干扰信号,可以做两次时间上分开的连续测量,间隔时间为干线半周期的奇数倍,然后计算两次测量的平均值,从而得出可靠的结果。在连续的测量中,干扰信号的极性相反,平均之后相互抵消。如果对多个连续测量对做平均,结果将更加准确。也可以不计算干线的半周期,你会发现,如果能找到一种电路,它的两个输出能与干线的奇半周期或偶半周期同步,那它迟早能派上用场。
图1的电路提供了两个独立且光隔离的输出,ISO1和ISO2用于与期望的干线半周期同步。图2给出了仿真结果(使用免费版本的TI NA-TI)。电路可接受80V~240V的交流干线输入,耗电在1mA以下。
输出ISO1和ISO2的脉冲时长不到1ms。可以调整电容器C1,使得输出ISO1和ISO2的下降沿精确对齐干线的零交越点。从D1~D5的所有二极管均为小信号型1N4148或者其它类似二极管。电路工作原理如下:在干线的正半周期内,C3通过R1A、R1B、D1和D5、D3、R2B与R2A充电。充电的有效时间常数τ大约为4 3 ms。C3仅在该半周期聚集一些电荷。一旦干线的电压低于C3上存储的电压(这发生在半周期即将结束之前),充电停止,电流开始从C3经过R3流入Q5的基极,使其导通。这使得C3通过光耦OC1中的LED放电,并在电路的输出ISO1产生一个脉冲。在负半周期,动作重复,只有这个时候用D4和D2对C2进行充电。当负半周期接近结束时,R4用于激活Q5。
通过增加时间常数,可以将输出脉冲的持续时间缩短至大约600μs,即增加电阻R1和R2或者电容器C2和C3的值,但这也会缩小可接受的输入电压范围。
具体的仿真情况表明,250V交流电连接到输入时,C2和C3上的最大电压小于5V;对于电容器来说,额定电压为10V就足够了。另外,C1上的最大电压小于交流10V,二极管的反向电压小于6V。流经光耦LED的最高电流小于8mA。暴露于干线的元件只有输入电阻R1A、R1B、R2A和R2B。它们的阻值相等,因此每个需要承担25%的干线电压。
从搭建电路测得的数据表现出了与仿真结果很好的相关性。图3给出了信号输出。图4显示了零交越的定时细节,以及C1取三个不同值时的相应输出脉冲。