设计目标

设计说明

当交流输入超过过零基准电压时，过零检测器电路会改变输出状态。此设计采用单芯片解决方案，通过反相和同相数字输出对交流正弦波进行过零检测。该电路是通过将比较器反相输入接地并将钳位正弦波施加到同相输入来创建的。输入电压由 R1 和一对反并联二极管进行钳制。在这种情况下会使用二极管代替衰减器来尽可能提高过零附近的输入压摆率，从而降低输出延迟。该电路用于控制电路中的交流线路过零检测以降低待机模式和关闭模式下的功耗。

设计说明

1. 该电路必须能够处理隔离栅上的 750V 工作电压
2. IN+ 端的最大输入电压必须为 ±1V
3. 需要反相和同相输出
4. 流经 R1 的最大电流为 100µA ±10%
5. 将成串的每个电阻的工作电压限制为最大 100V ±10%
6. 输入交流电源电压为 120V_RMS，通过修改元件可轻松适应更高的交流电压。有关详细信息，请参阅替代设计一节
7. 确保交流过零处的迟滞电压不超过 ±30mV

设计步骤

1. 确定理想的 R1 电阻值。最大峰值输入电压为 120V_RMS × √2 = 170V_PK。请注意，二极管 D1 的正向电压接近于零，不包括在该计算中。
   $R1=\frac{170\mathrm{\hspace{0.17em}}{V}_{PK}}{100\mathrm{ }\mathrm{\mu }A}=1\mathrm{.}70\mathrm{ }M\mathrm{\Omega }$
2. 将 R1 分为 3 个相等的电阻，确保符合每个电阻 ≤ 100V 的设计限制：
   $R1=\frac{1.70\mathrm{ }M\mathrm{\Omega }}{3}=566\mathrm{.}66\mathrm{ }k\mathrm{\Omega }$
3. 使用模拟工程师计算器查找 R1 的标准 E96 1% 电阻值。最接近的电阻值为 569kΩ。
4. 选择反并联二极管。选择可提供至少 ±350mV 正向电压且通过 R1 提供 100µA 电流的二极管。
5. 可选 – 在 VINP 引脚上设计由 R2 和 C1 定义的低通滤波器。频率响应定义为：
   $F_C=\frac{1}{2\pi \times R2\times C1}$

修改的设计

以下原理图显示了使用 AMC23C10 实现的修改设计。

AMC23C10 使用电容隔离技术提供 1000V 的工作电压。VDD1 的电压源额定电压范围为 3V 至 27V，通过 LDO 在内部进行控制。VDD2 的额定电压范围为 2.7V 至 5.5V。正常运行时的输入电压范围为 ±1V。OUT1 上的逻辑输出为漏极开路，可与连接到 VDD1 的上拉电阻配合使用。OUT2 为推挽式输出，无需外部上拉电阻。

设计仿真

测得的响应

以下各图显示了使用 AMC23C10 隔离式比较器测得的过零检测电路响应。曲线 1 是捕获的输入，而曲线 2 和 3 显示的分别是 OUT1 和 OUT2。在输入的上升沿和下降沿测量时，输入过零和输出转换之间的延迟不超过 220ns。

设计参考资料

有关 TI 综合电路库的信息，请参阅模拟工程师电路手册。

德州仪器 (TI)，AMC23C10 具有双路输出的快速响应、增强型隔离式比较器 数据表

设计中采用的隔离式比较器

230VAC 输入的替代设计