过零检测电路、设备及高频感应电源系统的制作方法

1.本实用新型属于过零检测技术领域，具体涉及一种过零检测电路、设备及高频感应电源系统。


背景技术：

2.过零检测技术是指利用电路准确检测并指示出信号的过零点所在的位置的技术。把正弦信号与水平轴的交点作为信号的过零点，则正弦信号一个周期内有2个过零点，信号从负值通过零点到达正值称为正向过零，对应的过零时刻则称为正向过零点；信号从正值到负值的过零点则称为负向过零，对应的过零时刻称为负向过零点。因此，过零检测技术可分为单向过零检测和双向过零检测。对感应加热电源的输出电流进行频率检测可以实现频率追踪的目的，因此高频的过零检测的准确性显得十分关键。
3.相关技术的过零检测电路通常检测电网电压的频率，而当应用此种过零检测电路来检测高频电路时，会出现上升沿和下降沿速度都较慢、波形失真延时或超前的问题，对于感应加热电源的频率追踪的控制产生很大的负面影响，甚至导致无法追踪而超出频率范围情况的发生。
4.因此，如何实现提升对高频电路的过零检测的准确度，解决现有技术中过零检测存在上升沿或下降沿速度较慢、波形延时或超前的问题，成为现有技术中亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种过零检测电路、设备及高频感应电源系统，以解决现有技术中过零检测存在上升沿或下降沿速度较慢、波形延时或超前的的技术问题。
6.本实用新型提供的技术方案如下：
7.一方面，一种过零检测电路，应用于高频感应电源，所述电路包括：
8.差分模块、比较模块和波形整形模块；所述差分模块的输入端连接高频感应电源的输出端；所述差分模块的输出端连接所述比较模块的输入端；所述比较模块的另一输入端接地，以获取接地零值信号；
9.所述差分模块，用于从所述高频感应电源获取高频信号，并对所述高频信号进行差分处理，得到处理后的目标高频信号；所述比较模块，用于比较所述目标高频信号与所述接地零值信号的大小，得到方波信号；所述波形整形模块，用于对所述方波信号整形，得到整形后的的方波信号，作为过零检测信号；
10.所述波形整形模块，包括：上拉电阻、下拉电阻和二极管；所述上拉电阻的一端连接供电电源，所述上拉电阻的另一端连接所述二极管的正极；所述下拉电阻的一端连接所述二极管的负极，所述下拉电阻的另一端接地。
11.可选的，所述下拉电阻的阻值为所述上拉电阻阻值的3倍至20倍；所述二极管的正极连接所述比较模块的输出端。
12.可选的，所述差分模块，包括：第一滤波单元、第二滤波单元和运算放大器；
13.所述第一滤波单元的一端连接所述运算放大器的负输入端，所述第一滤波单元的另一端连接所述运算放大器的输出端；所述第二滤波单元的一端连接所述运算放大器的正输入端，所述第二滤波单元的另一端接地；
14.所述运算放大器的输出端连接所述比较模块的输入端。
15.可选的，所述差分模块，还包括：第一电阻和第二电阻；
16.所述第一电阻的一端连接所述高频感应电源的负极，另一端连接所述运算放大器的负输入端；所述第二电阻的一端连接所述高频感应电源的正极，另一端连接所述运算放大器的正输入端。
17.可选的，所述第一滤波单元，包括相互并联的第一电容和第三电阻；所述第二滤波单元，包括相互并联的第二电容和第四电阻；
18.所述相互并联后的第一电容和第三电阻的一端作为所述第一滤波单元的一端；所述相互并联后的第一电容和第三电阻的另一端作为所述第一滤波单元的另一端；
19.所述相互并联后的第二电容和第四电阻的一端作为所述第二滤波单元的一端；所述相互并联后的第二电容和第四电阻的另一端作为所述第二滤波单元的另一端。
20.可选的，所述第一滤波单元的截止频率和所述第二滤波单元的截止频率均为采集的所述高频信号频率的5倍至10倍，以使所述差分模块的截止频率为采集所述高频信号频率的5倍至10倍。
21.可选的，所述比较模块，包括：比较器；所述比较器的正输入端连接所述差分模块的输出端；所述比较器的负输入端接地。
22.可选的，所述比较模块，包括：第三滤波单元和第四滤波单元；
23.所述第三滤波单元的第一端连接所述差分模块的输出端，第二端连接所述比较器的正输入端，第三端接地；
24.所述第四滤波单元的一端连接所述比较器的负输入端，所述第四滤波单元的另一端连接接地。
25.可选的，所述第三滤波单元的截止频率和所述第四滤波单元的截止频率均为采集所述高频信号频率的5倍至10倍，以使所述比较模块的截止频率为采集所述高频信号频率的5倍至10倍。
26.可选的，所述第三滤波单元包括第五电阻和第三电容；所述第五电阻的一端连接所述差分模块的输出端，所述第五电阻的另一端分别连接所述第三电容的一端和所述比较器的所述正输入端，所述第三电容的另一端接地；
27.所述第四滤波单元包括第六电阻和第四电容；所述比较器的所述负输入端分别连接所述第六电阻的一端和所述第四电容的一端；所述第六电阻的另一端和所述第四电容的另一端分别接地。
28.可选的，所述波形整形模块，还包括整形单元；所述整形单元包括：第五电容、第九电阻和异或门；
29.所述第九电阻的一端连接所述二极管的负极，另一端分别连接所述第五电容的一端和所述异或门的第一输入端；所述异或门的第二输入端接地；所述异或门输出所述整形后的方波信号。
30.可选的，所述高频信号为正弦信号。
31.又一方面，一种过零检测设备，包括壳体和上述任一过零检测电路；所述过零检测电路设置在所述壳体内。
32.又一方面，一种高频感应电源系统，包括高频感应电源和上述任一所述的过零检测电路；所述高频感应电源和所述过零检测电路相连，所述过零检测电路检测所述高频感应电源的电源信号的过零点。
33.本实用新型的有益效果为：
34.本实用新型实施例提供的过零检测电路、设备及高频感应电源系统，通过设置差分模块，对接入的高频信号进行差分处理，去除干扰，得到目标高频信号；通过比较模块将目标高频信号与零值信号进行比较，得到方波信号；通过波形整形模块对方波信息进行整形处理，得到过零检测信号。其中，通过设置波形整形模块中的下拉电阻位上拉电阻阻值的3倍至20倍，来提升方波信号的上升沿速度和下降沿速度，使得方波波形平稳和趋于理想化。
附图说明
35.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本实用新型实施例提供的一种过零检测电路的工作原理示意图；
37.图2为本实用新型实施例提供的又一种过零检测电路的工作原理示意图；
38.图3为本实用新型实施例提供的一种过零检测输入输出波形示意图；
39.图4为本实用新型实施例提供的一种过零检测设备的结构示意图；
40.图5为本实用新型实施例提供的一种高频感应电源系统的结构示意图。
具体实施方式
41.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
42.为了至少解决本实用新型中提出的技术问题，本实用新型实施例提供一种过零检测电路。
43.实施例一
44.图1为本实用新型实施例提供的一种过零检测电路的工作原理示意图，参阅图1，本实用新型实施例提供的过零检测电路可以包括差分模块1、比较模块2和波形整形模块3；差分模块1的输入端连接高频感应电源v1的输出端；差分模块1的输出端连接比较模块2的输入端，比较模块2的另一输入端接地，以获取接地零值信号；差分模块1，用于从高频感应电源获取高频信号，并对高频信号进行差分处理，得到处理后的目标高频信号；比较模块2，用于比较目标高频信号与接地零值信号的大小，得到方波信号；波形整形模块3，用于对方
波信号整形，得到整形后的的方波信号v0，作为过零检测信号；波形整形模块3，包括：上拉电阻、下拉电阻和二极管；上拉电阻的一端连接供电电源，另一端连接二极管的正极；下拉电阻的一端连接二极管的负极，另一端接地。
45.在一些实施例中，可选的，下拉电阻的阻值为上拉电阻阻值的3倍至20倍；二极管的正极连接比较模块的输出端。
46.其中，高频信号可以为正弦信号，目标高频信息可以为目标正弦信号，本实施例中以正弦信号为例，进行说明。
47.在具体的过零检测过程中，高频感应电源输出高频电流信号，可以通过电流传感器对高频电流信号采样后输出电压信号vp，即，差分模块获取到的正弦信号vp，正弦信号经过差分模块1进行差分处理，得到稳定的目标正弦信号；目标正弦信号经过比较模块和零值进行对比，得到方波信号；方波信号上升沿和下降沿的上升和下降速度快慢不同，造成信号波形不稳和失真，通过设置下拉电阻阻值为上拉电阻阻值的3倍至20倍，实现对方波信号波形的调整。
48.参阅图1，上拉电阻r01的一端接vcc电源，另外一端连接二极管d1的正极；二极管d1的负极分别连接下拉电阻r02的一端；下拉电阻r02的另一端接地。方波信号通过二极管d1后，去除负电平值。由于二极管d1反向恢复时间的存在，对于高频信号会出现上升信号快慢不同，上拉电阻r01和下拉电阻r02的大小决定了输出方波信号上升沿的快慢以及最高电平的电压值，为了过零检测信号被识别，需要使得输出高电平电压不小于2.5v，考虑二极管的压降，设置下拉电阻至少是上拉电阻的3倍以上，当下拉电阻过大时，则会影响输出方波的下降沿和上升沿的尖峰，出现下降沿缓慢，上升沿尖峰过大，所以下拉电阻也不能大于下拉电阻的20倍。
49.需要说明的是，设定上拉电阻所接电源为3.3v，当下拉电阻是上拉电阻的3倍时输出高电平电压为3.3
×
(3/(3+1))＝2.5v，因此，若下拉电阻小于上拉电阻的3倍，则不能保证输出的过零检测信号被dsp处理器准确识别。根据二极管的反向恢复时间和电压尖峰来测量，当下拉电阻大于上拉电阻20倍时，流经二极管的电流较小关断时间较长，产生较长的拖尾电流导致输出方波的下降沿下降缓慢，并且二极管关断的电压尖峰较大。当二极管的方向恢复参数不同时，上限倍数有所不同。本实施例中，可以设定上拉电阻r01为1.0kω，二极管d1为1n4148型号，下拉电阻r02为20kω。
50.本实用新型实施例提供的过零检测电路，通过设置差分模块，对接入的高频信号进行差分处理，去除干扰，得到目标高频信号；通过比较模块将目标高频信号与零值信号进行比较，得到方波信号；通过波形整形模块对方波信息进行整形处理，得到过零检测信号。其中，通过设置波形整形模块中的下拉电阻位上拉电阻阻值的3倍至20倍，来提升方波信号的上升沿速度和下降沿速度，使得方波波形平稳和趋于理想化。
51.实施例二
52.基于一个总的实用新型构思，本实用新型实施例还提供一种过零检测电路。
53.图2为本实用新型实施例提供的又一种过零检测电路的工作原理示意图，参阅图2，在上述实施例的基础上，差分模块1，包括：第一滤波单元11、第二滤波单元12和运算放大器u1a。其中，第一滤波单元11的一端连接运算放大器的负输入端，第一滤波单元的另一端连接运算放大器u1a的输出端；第二滤波单元12的一端连接运算放大器u1a的正输入端，第
二滤波单元12的另一端接地；运算放大器u1a的输出端连接比较模块2的输入端。其中，运算放大器u1a可以以
±
15v电压进行供电，负输入端连接电源v3的负极，正输入端连接电源v4的正极，电源v3和v4均为15v，运算放大器u1a的型号可以为opa4228ua，值得说明的是，此处对运算放大器u1a型号只是列举，并不是限定。
54.在一些实施例中，可选的，参阅图2，差分模块，还包括：第一电阻r1和第二电阻r2；第一电阻r1的一端连接高频感应电源的负极，另一端连接运算放大器的负输入端；第二电阻r2的一端连接高频感应电源的正极，另一端连接运算放大器u1a的正输入端。
55.在一些实施例中，可选的，参阅图2，第一滤波单元11，包括相互并联的第一电容c1和第三电阻r3；第二滤波单元12，包括相互并联的第二电容c2和第四电阻r4。相互并联后的第一电容c1和第三电阻r3的一端作为第一滤波单元的一端；相互并联后的第一电容c1和第三电阻r3的另一端作为第一滤波单元的另一端；相互并联后的第二电容c2和第四电阻r4的一端作为第二滤波单元的一端；相互并联后的第二电容c2和第四电阻r4的另一端作为第二滤波单元的另一端。
56.在一些实施例中，可选的，述第一滤波单元的截止频率和第二滤波单元的截止频率均为采集高频信号频率的5倍至10倍，差分模块的截止频率即为采集高频信号频率的5倍到10倍。
57.需要说明的是，本实施例中设置截止频率为采集频率的5到10倍，对其余不需要干扰信号的衰减效果较好，并且有效保证了采集信号的真实性。设置的截止频率太高则不能滤除杂散干扰信号，设置的太低则不能保证采集信号的真实性。
58.截止频率的计算公式为fc＝1/2πrc，其中，r为电阻阻值，c为电容大小，以此，通过公式计算得到截止频率。本实施例中的差分模块，通过设置第一电容c1、第二电容c2配合第三电阻r3、第四电阻r4来设置差分模块的截止频率为采集正弦信号频率的5倍到10倍，其中，采集正弦信号频率范围为8-40khz，可以根据截止频率计算公式，设置相应的电容值和电阻值。例如，本技术中，设置第一电容c1为10pf,第三电阻r3为7.5kω；设置第二电容c2为10pf,第四电阻r4为7.5kω，以满足截止频率的设定需求。对差分模块计算截止频率的计算为现有技术，此处不做具体赘述。
59.本实施例中，为了提高正弦信号的稳定性，可以设置第一电阻r1和第二电阻r2阻值相同，本技术中，设置第一电阻r1和第二电阻r2阻值均为7.5kω。
60.在一些实施例中，可选的，比较模块2，包括：比较器u2a；比较器u2a的正输入端连接差分模块1的输出端；比较器u2a的负输入端接地。
61.在一些实施例中，可选的，比较模块2，包括：第三滤波单元21和第四滤波单元22；第三滤波单元21的第一端连接差分模块1的输出端，第二端连接比较器2的正输入端，第三端接地；第四滤波单元22的一端连接比较器的负输入端，第四滤波单元22的另一端连接接地。
62.在一些实施例中，可选的，第三滤波单元21的截止频率和第四滤波单元22的截止频率均为采集高频信号频率的5倍至10倍，以使比较模块2的截止频率为采集高频信号频率的5倍至10倍。
63.在一些实施例中，可选的，第三滤波单元21包括第五电阻r5和第三电容c3；第五电阻r5的一端连接差分模块的输出端，第五电阻r5的另一端分别连接第三电容c3的一端和比
较器u2a的正输入端，第三电容c3的另一端接地；第四滤波单元22包括第六电阻r6和第四电容c4；比较器u2a的负输入端分别连接第六电阻r6的一端和第四电容c4的一端；第六电阻r6的另一端和第四电容c4的另一端分别接地。
64.需要说明的是，设置截止频率为采集正弦信号频率的5倍至10倍的原因，与上述设置原因相同，对其余不需要干扰信号的衰减效果较好，并且有效保证了采集信号的真实性。设置的截止频率太高则不能滤除杂散干扰信号，设置的太低则不能保证采集信号的真实性。本实施例中，通过设置c4、c5配合r5、r6同样设置截止频率为采集信号的5到10倍，具体过程不再赘述，参阅上述截止频率设置公式进行设置。例如，参阅图2，本实施例设定第五电阻r5为7.5kω，第三电容c3为10pf；第六电阻r6为7.5kω，第四电容c4为10pf；设定比较器u2a型号为lm293ad，设定比较器采用
±
15v供电，提高信号抗干扰能力，值得说明的是此处对比较器型号仅仅是列举，并不是限定。
65.在一些实施例中，可选的，波形整形模块3，还包括整形单元31；整形单元包括31：第五电容c5、第九电阻r9和异或门u3a；第九电阻r9的一端连接二极管d1的负极，另一端分别连接第五电容c5的一端和异或门u3a的第一输入端；异或门的第二输入端接地；异或门u3a输出整形后的方波信号。其中，本技术可以设定第九电阻r9大小为470ω，设定第五电容c5为30pf,异或门u3a的型号为7486n。整形单元通过数字异或门将不规整的方波信号整形成理想的方波信号，即输出的信号与零电平做异或再输出，当异或门的输入信号存在毛刺或是干扰时，与零做异或输入与零不同时则输出高电平，相同时则输出低电平，这样既不改变输入信号的逻辑也可将输出电平信号理想化。
66.本实用新型实施例提供通过设定整形单元，对于方波信号波形可能出现尖峰或是出现干扰时波形上升沿出现多次抖动，经过整形单元进行波形整形后则消除波形尖峰及抖动问题。
67.图3为本实用新型实施例提供的一种过零检测输入输出波形示意图，其中，正弦信号vp为实际高频电流信号；方波信号v0为输出方波信号，即过零检测信号。通过图3可知，输出的方波信号，无杂波、消除了波形尖峰及抖动现象，上升沿和下降沿符合理想化趋势。因此，本技术实施例提供的过零检测电路，可以理想化检测高频电流信号的过零点。
68.实施例三
69.基于一个总的实用新型构思，本实用新型实施例还提供一种过零检测设备。
70.图4为本实用新型实施例提供的一种过零检测设备的结构示意图，参阅图4，本实用新型实施例提供的过零检测设备，包括壳体和上述任一实施例记载的过零检测电路a；过零检测电路设置在壳体内。
71.实施例四
72.基于一个总的实用新型构思，本实用新型实施例还提供一种高频感应电源系统。
73.图5为本实用新型实施例提供的一种高频感应电源系统的结构示意图，参阅图5，本实用新型实施例体用的高频感应电源系统，包括高频感应电源m和上述任一实施例记载的过零检测电路a；所述高频感应电源和所述过零检测电路相连，所述过零检测电路检测所述高频感应电源的电源信号的过零点。
74.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化
或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
75.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
76.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
77.应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
78.此外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
79.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
80.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
81.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。