監(jiān)控交流線路的隔離電路

　圖1中的電路提供一個(gè)低成本的隔離交流線路監(jiān)控器，它可測(cè)量交流線路電壓，并有其它獨(dú)特的能力。對(duì)電路的分析很簡(jiǎn)單：當(dāng)交流輸入V_IN對(duì)零線為正時(shí)，將其應(yīng)用到由R₁、R₂、D₁及光耦合器IC₁的LED組成的網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)電壓足夠高使齊納二極管D₁和光耦合器中二極管導(dǎo)通時(shí)，電流就會(huì)流經(jīng)此網(wǎng)絡(luò)。二極管對(duì)的導(dǎo)通電壓為啟動(dòng)電壓V_E。齊納二極管的反向擊穿電壓為47V，光耦合器的LED的正向電壓為1.2V，使啟動(dòng)電壓達(dá)到48.2V。任何低于此值的電壓都會(huì)使光耦合器輸出升高。當(dāng)電壓超過(guò)啟動(dòng)電壓時(shí)，光耦合器中的晶體管飽和，將輸出拉低。輸出在輸入電壓降到啟動(dòng)電壓之前繼續(xù)保持低值。

　　產(chǎn)生的輸出為一個(gè)有固定時(shí)間t_TOTAL的方波，它會(huì)根據(jù)輸入電壓高于啟動(dòng)電壓的時(shí)間長(zhǎng)短而改變。如果輸出的電壓從120V變化到到144V，產(chǎn)生的方波波形會(huì)加寬，如果電壓下降，脈沖寬度也減小。為了得到計(jì)算此電路的公式，可以將輸入波形視為余弦函數(shù)。由于在零時(shí)間處輸入電壓達(dá)到峰值，此時(shí)光耦合器電路導(dǎo)通，輸出電壓較低。輸出電壓保持低值，直到輸入電壓低于啟動(dòng)電壓。下列公式可計(jì)算這種變化出現(xiàn)的時(shí)間：
　　　　　　V_E=V_IN×cos(2×p×f×t_ON).

　　由于余弦函數(shù)以零為對(duì)稱點(diǎn)，時(shí)間t_ON為輸出脈沖較高時(shí)的總時(shí)間的一半。由于微處理器定時(shí)器端口經(jīng)常采集時(shí)間，最簡(jiǎn)單的利用脈沖寬度計(jì)算輸入電壓的方法，是用總時(shí)間來(lái)替換導(dǎo)通時(shí)間，就可以解出公式，求得輸入電壓，其結(jié)果為所測(cè)量的光耦合器脈沖寬度輸出的函數(shù)。

　　可以用軟件或?qū)?strong>脈沖寬度轉(zhuǎn)換為輸入電壓的查尋表來(lái)完成此公式。切記輸入電壓為峰值交流電壓，如果有必要，必須將其轉(zhuǎn)換成RMS值。由于輸出頻率與占空比無(wú)關(guān)，可將此電路用作時(shí)鐘線路。輸出為恒定的60Hz，可以用作計(jì)時(shí)。由于占空比沿時(shí)間偏移實(shí)際的零交叉，如果根據(jù)輸入電壓將此時(shí)間外插到零交叉，還能將其用作零交叉負(fù)載驅(qū)動(dòng)。

　　在此電路中還要注意其他一些設(shè)計(jì)原則。當(dāng)交流輸入變?yōu)樨?fù)時(shí)，D₂保護(hù)光耦合器中的二極管。在某些情況下，由于流過(guò)網(wǎng)絡(luò)的反向漏電保證了LED不會(huì)超過(guò)其最大的反向電壓，所以光耦合器二極管不受任何影響。然而，采用對(duì)二極管進(jìn)行旁路是對(duì)使用二極管的光耦合器電壓進(jìn)行鉗位的最佳途徑。增加此二極管并非有利無(wú)害，雖然可將電路中靜態(tài)電流增加一倍以上，但由于將此電流施加到交流線路上，就要考慮輸入電路中的電阻的能量消耗及功耗。

　　如果需要更準(zhǔn)確地估計(jì)輸入電壓，還有一些選項(xiàng)可提高電路的功能。這種變動(dòng)的主要來(lái)源為齊納二極管電壓5%的容差。5%的電壓波動(dòng)對(duì)輸入電壓大小的估計(jì)會(huì)形成較大的誤差。規(guī)定一個(gè)更精確的二極管或校定每個(gè)電路板（可應(yīng)用一個(gè)已知的輸入電壓并將該值儲(chǔ)存在內(nèi)存中作為固定校定），可提高該電路的整個(gè)精度。