构成高精度交流电源ZCD的双晶体管电路

使用110V/230V交流电源的许多应用需要一个ZCD（过零检测）电路来获取交流线路电压，例如，同步开关负载。一种ZCD方法是使用一个较大的限流电阻或电阻分压器来检测控制器I/O针脚的交流电压。然而，无论I/O针脚是处于 TTL 还是施密特触发器模式，ZCD有一个依赖I/O针脚阀值漂移及电源线路转换速率的延迟。例如，假定有一个230V 50Hz的交流系统电压和一个100的分压器，则，230V/100=2.3V。再假定I/O针脚在1V触发。此触发电平表明1V×100=100V ，它关系到230V交流电源。因此，由 100=230×sin(2×p×50×t) 得出一个1.43ms的延迟，它代表半周期的14.3%，这是很大的误差。



图1显示了使用两个标准晶体管的一个低成本高效的ZCD。直接来自两个交流电源，电源网络由C1、C2、D1、D2和R1构成一个简单的半波整流器，为ZCD供电。Q1与交流电源电压ZCD切换。为了补偿基射极的空隙，Q2起一个二极管的作用阻断交流的正向半周期。为了提高效率，检测器必须在较高的电压下检测到交流电源周期。此要求需要对多种晶体管作选择。Q2和Q1是 低噪声小信号 BC549B 晶体管，集电极到发射极电压极限为30V。对于这样的选择，必须要将电压从230V 衰减到30V。（对于BC546晶体管，可以将电压从230V衰减到80V。）因此，分压比为 30V/230V=13.4%，分压电阻的值为 R2/(R3+R2)=13.4/100，或 R3=6.46×R2。R2和R3必须足够大，以实现限流作用。R3的正常值为820kΩ，意味着 820kΩ/6.46=126.9kΩ或120kΩ，即最接近标准值的电阻。有了这些值，Q2就可以阻断230V×R2/(R2+R3)=29.3V。该电压小于晶体管的最大额定电压30V。

在交流正半周期，Q1的基极电压通过R4上升到0.6V左右。Q2起到简单的二极管作用。因此，当周期电压大于0V时，Q2形成反向偏置并阻断任何电流。在0V时Q2形成正向偏置，但在基极发射极结点上保持0.6V的VBE。因此，连接到Q1基极的Q2集电极或基极，保持0.6V的电压。Q1在正向周期时饱和，输出电压较低。在交流的负向周期，当交流电压小于0V时，Q2中通过电流。因此，连接到Q2集电极的Q1基极电压降到0.6V 以下，这会阻断Q1，并使输出电压升高。注意Q1的基极电压可以达到低于Q2 -30V，可以增加箝位二极管D3来避免Q1结电压高于-1V。