开关为什么要过零检测？内附带代码

经历

在以前的公司做项目的时候，经常涉及到智能开关的。特别是单火线的可控硅来控制电路的导通，其中就会用到过零点电路。然而其他的零火线开关，磁保持单火线开关都没有设计到过零点电路。盲目的认为只有可控硅才需要做到过零点。
然后去到新公司面试的时候，技术面试官就问我之前设计的智能开关有没有设置到过零点？单火线的、零火线的、继电器的、可控硅的？当我表达出可控硅才需要过零点的时候，被大佬庞大的知识面无情的吊打。原来不管是直流电还是交流电，在断开主控制回路的机械式开关，为了安全都需要做到过零点检测。
其实这时候不免得就疑问了，为什么要过零检测？过零点是为了什么？会有什么用？

为什么要过零检测？

因为现实中不管是直流电还是交流电，只要是在断开主控制回路的机械式开关的时候，在触点上都能看到电火花现象，并伴随着发热。
在主回路切断前，所经过的电流越大，那么其静触点与动触点之间所产生的电火花越严重，这种现象就叫做拉弧现象。
电弧主要发生在大电流分断时的机械触点之间，长期以来会对触点造成腐蚀损坏，并有可能导致火灾或者爆炸，严重威胁生产、财产安全。
也可以测频率。电机上面也时常用到过零检测。

过零检测电路

一般来说过零检测电路，采用电阻分压到运放或者用光耦隔离两个方案。
下面我们分析一下光耦隔离的方案。因为交流电具有方向性，我们可以通过整流桥整流为脉动直流，再经过光耦隔离后将零点信号输出。这里采用整流桥的方案设计过零检测电路，所设计的电路图如下图所示。
因为交流电经过整流桥的整流后，交流电的负半周期被翻转为正。因此在过零点以外的地方都可以使光耦导通，而在零点附近光耦截止。光耦的输出端连接上拉电阻。波形分析如下：
正半周期：光耦的发光二极管导通，输出端导通，输出信号为低电平；
负半周期：光耦的发光二极管导通，输出端导通，输出信号为低电平；
零点附近：光耦的发光二极管截止，输出端截止，输出信号为高电平。
从上面的波形可以看出，MCU只要检测到高电平即可判断零点即将来临，这时候只要控制接触器/继电器的线圈，就能保证触点在交流零点电流最小的时候断开，从而抑制了电弧的产生。

过零检测代码

//***************************************
// 函数名称：Nop
// 函数功能：延时函数
// 入口参数：延时时间
// 出口参数：无
//***************************************
void Nopt(uint8 T_Dly)
{   while(T_Dly--);     return ;
}
//*************************************
// 函数名称：ReadZer0Pin
// 函数功能：重复读管脚电平 返回该管脚的电平状态值
// 入口参数：读该管脚的次数
// 出口参数：无
// 返回值：  该管脚的电平状态值
//***************************************
uint8 ReadZer0Pin(uint8 InValue)
{uint8 Tcon = 0 ;uint8 i ;for(i=InValue;i>0;i--)  //读10次{//    Nopt(5) ;Nopt(2) ;if(P_ZER0 == 1) {Tcon ++ ;}   }if(Tcon > ((InValue>>1) + 1))//所读数据次数的一半以上为1 则认定该管脚为1{return 1 ;}else {return 0 ;}
}
//*************************************
// 函数名称：ReadZ0
// 函数功能：检测过零信号
// 入口参数：无
// 出口参数：无
// 本检测方式为等待检测过零的方法
//***************************************
void ReadZ0(void)
{               while(1){           if((!ReadZer0Pin(5)) && F_PZL) {F_PZL = 0 ;break ;}else if((ReadZer0Pin(5))&&(!F_PZL))  {F_PZL = 1 ;break ;}      }
}
//---实例应用------
void main(void)
{while(1){ReadZ0() ;//如市电频率为50HZ  则10MS跑一次主循环CmdKey() ; // 检测按键CmdDisplay() ; //控制显示数据...}
}

总结

过零检测电路是抑制电弧的辅助手段，在主控回路中告知处理器零点的来临，处理器及时在电流最小的零点处将主回路断开，最大限度地杜绝了电弧的产生。但是该电路只适用于交流回路，不适用于直流回路。直流控制回路地电弧目前没有非常有效的手段来解决，依然依赖于磁吹、灭弧室、灭弧栅、充惰性气体等方式。

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