你会学到什么：
- 什么是继电器？
- 什么是零电压切换？
- 如何使用简单的外部电路创建零交叉继电器驱动器。
继电器是一种装置，它允许一个较小的电子开关控制一个较大的机械开关打开和关闭一个接触端子，两者之间有电气隔离。它们无处不在，从冰箱到电梯，从放大器到智能电表。由于大多数继电器涉及交流负载，如果继电器在交流信号接近峰值时打开和关闭触点，那么在开关时产生电弧和额外的功率损失就会成为一个问题。只有在交流信号过零伏或过零时进行切换，才能防止这种情况的发生。
继电器是什么?
继电器由两个隔离电路组成:一个控制“一次”电路和一个被控制的“二次”电路。初级电路通常包括一个晶体管，该晶体管控制一个电磁线圈用其电磁场拉或推次级电路上的机械电枢（图。1）．它通常由较小的直流电源供电。辅助电路具有由电枢打开和关闭的接触端子。它通常涉及交流负载，例如风扇，光，放大器电路或智能仪表。
零电压切换
零电压开关(ZVS)的目的是改变继电器或电子开关的状态时，没有显著的电压通过开关元件。在这个时刻也不应该有任何重要的传导电流。这有助于减少机械接触的磨损，并减少感应负载的感应回退的风险。
在这个应用中，测量交流电源路径的零电压过渡点，并将信号转换成可管理的直流方波。当有过零的情况时，这个直流方波将信号IC关闭电枢。
ZVS也可以用来测量交流信号的频率或相位。我们将使用ZVS的这一方面，只有当60赫兹的交流电源被提供到带有频率检测器的二次电路时，才打开线圈。
提供提供ZVS的零交叉电压检测器（ZCVD）电路可以以多种方式实现。找到了对ZVS使用GreenPak IC的一个专注的解释一个- 1210（在本文中，ZVS称为ZVCD）。该设计使用低功耗ZCVD，该ZCVD由馈入4N25光电耦合器的半波整流器组成（图2)．
在光电耦合器中，整流的AC信号在内部开启LED，该LED将发光，其强度与输入信号成比例到也在内部的光电晶体管。当光达到某个阈值时，光电晶体管将打开。光电耦合器的直流输出处于达到数字输入的级别。
Pin7上的继电器连接到继电器的低侧（图3）．本文采用G5NB-1A-E DC12继电器。当继电器ON是HIGH时，电枢将打开并断开电源插座和交流负载之间的连接。当继电器ON低，电枢将关闭电源插座和交流负载之间的连接。一个飞轮1N4148二极管添加在线圈的两极之间，以消除线圈的反电动势(EMF)的安全。继电器的操作时间也必须由GreenPAK补偿，如果它是关闭在真正的过零时刻。继电器的最大工作时间额定为10毫秒数据表．
两个Agilent DC电源用于向电路供电，但是可以使用调节电压（例如使用二极管环和稳压器IC）来从电源插座提供12V和5V。
ZCVD电路在PIN3中的AC输入和ZCVD之间外部添加。在真正的零交叉时刻之后，光耦合器的输出具有轻微的延迟，并且必须在该IC内进行补偿。光耦合器的测量延迟为740μs，不考虑输入滞后。图表是从50 Hz输入信号的模拟测试和光耦输出的模拟测试来估算该延迟（图4和5）．VIHmin= 0.5 × vDD和Vilmax.= 0.3×vDD．用VDD3 V，值为vIHmin= 1.5 V和vilmax.= 0.9 V。
我们最关心的偏移量是真正的零交叉和v之间的延迟IHmin(1.5 V)，约为550µs(图6)．
系统设计
对于此应用程序，我们选择了GreenPak SLG47105．这个设备有四个高压输出，可以达到13.2 V，这使得它可以控制一个12 V线圈。HV OUT CTRL0设置为“半桥”HV OUT模式，并且转换速率设置为默认的“电机驱动器慢”。PIN7设置为“LOW side on”，激活时将继电器的LOW side拉下到地面，使继电器接通(图7)．
4位LUT0连接到DFF3的NRST和HV OUT CTRL0的OE。当ARM继电器（PIN2）高时，LUT（查找表）被配置为高电平，频率比55Hz更快的信号被发送到ZCVD，过电流ACMP低于阈值，并且欠压ACMP高于阈值临界点。当4位LUT0变为高电平时，它将激活继电器驱动器操作和活动（PIN17）将标志高。
OCP和UVP输入可以通过电阻分压器连接到负载、电源或其他被监控的IC上，ACMP阈值设置为正确的值。在测试中，OCP连接GND, UVP连接VDD从电路中删除它们的功能。可以找到完整的电路设计文件在这里．
Open/Close (PIN14)连接到DFF3的D，延迟的ZCVD IN输入连接到它的CLK。DFF3的nQ输出连接HV OUT CTRL0的IN0。当DFF被激活时，它会检查Open/Close状态。如果Open/Close上有一个HIGH，电路将在交流线路的未来过零处发出闭合继电器的信号，LOW将信号打开继电器。
将ZCVD IN后上升沿DLY0设置为7.407 ms左右，以校正测量到的740µs ZCVD延迟和继电器在真过零时电枢闭合的最大操作时间10 ms。这是因为下一个大于10 ms的零穿越是16.667 ms (60 Hz周期)，到真正零穿越的总偏移(操作时间减去ZCVD延迟)是9.26 ms。使用下面的公式，该值被计算为7.407 ms(可以改变该延迟以适应不同的操作时间):
Total Offset =下一个过零的时间段
测试
这些测试的范围的信道分配具有连接到SLG47105，通道2（浅蓝色）的ZCVD的通道1（黄色），驱动器输出上的继电器，通道3（粉红色）到出口信号，以及通道4（蓝色）到继电器联系。
在没有载荷的情况下，电路在707-MS延迟中进行了测试，但继电器没有在真正的零交叉处切换（当电源插座信号为零时(图8)．
为了纠正这一点，通过观察继电器之间的距离和作为电源插座信号相同的值来测量继电器之间的距离和作为电源插座的值相同的值来测量继电器的实际操作时间。测量这是4.16毫秒(图9)．
利用上述公式，计算出校正后的延迟为4.793 ms。运行时间后的下一个过零点为电源插座的半段时间(8.333 ms)。通过改变计数器的值，可以很容易地改变DLY0的延迟值，从而在GreenPAK设计器中反映这一点。当电路用这个新的延迟值重新测试时，继电器在开启和闭合时切换到真正的过零(图10、图11)．
结论
通过一些外部电路和正确的延迟，芯片能够在真正过零时驱动12v继电器。该电路是在空载情况下测试的，因此可以进一步调整，使其功能与预期负载相适应。额外的可用逻辑允许集成额外的功能。在GreenPAK可实现的各种应用中，它可以提供一个可配置的继电器驱动程序，在真正的过零开关，以实现更安全、更高效的操作。
