繼電器用于將鈴聲發(fā)生器與電話線連接或斷開。但如果兩點處于不同電位，則會在連接瞬間出現(xiàn)高瞬態(tài)電流，而這會導致接觸產(chǎn)生電弧和點蝕，致使繼電器壽命由于接觸故障而縮短。

鑒于以上原因，最好能在兩點電位差為零的瞬間合或開。但根據(jù)現(xiàn)代電子學原理，繼電器從開到合，或從合到開的轉(zhuǎn)換需要一段相對較長的時間。本文介紹一種產(chǎn)生閉合或斷開繼電器的信號、使接觸在鈴聲發(fā)生器的鈴聲信號處于零電位時合或開的方法。同時介紹一種可產(chǎn)生用于從負和正向進行零交叉的脈沖、并以一個固定時間或繼電器工作所需時間來預先進行零交叉的簡單電路。

圖1 簡單零交叉檢波器電路

圖2 在電容兩端跨接一個電阻

圖3 角度與電阻關(guān)系曲線

圖4 最終電路

圖5 預零交叉檢波器與脈沖發(fā)生器電原理圖

在鈴聲發(fā)生器中，繼電器的有限工作時間僅占輸入鈴聲電壓周期的一小部分。如果繼電器在所需電壓上開/關(guān)，則必須讓脈沖在鈴聲信號所需電壓之前的一個給定時間開始。

電路原理非常簡單。通過將一個電容和一個電阻與信號端及接地端串聯(lián)，即可讓通過該串聯(lián)組合的電流超前于電壓，所產(chǎn)生的相移為兩個串聯(lián)元件的函數(shù)。例如一個串聯(lián)R/C電路，其中R為60k，C為200nF，即可讓電流超前電壓33.5，承載鈴聲電壓的正弦波帶有直流偏移，從正向交叉的角度和斜率與從負向交叉的角度和斜率不同，且均不在鈴聲電壓正弦波的0- 180。

由于電容隔直，因此電流波形在零電流上對稱，而具有-48V偏移的電壓波形則在-48V電平上對稱，但直流偏移意味著它對地不對稱。

圖1給出了一種簡單的零電流交叉檢波器電路，用這種檢波器及超前于電壓的電流，即可在電壓過零點之前產(chǎn)生脈沖。

如圖1所示，對于從R2流入D2的電流，D2正極上的電壓(VD2)高于二極管壓降(5V)。隨著電流從D3流入R2，它再變成低于地電位的二極管壓降。這種轉(zhuǎn)換意味著電流極性改變。但是電流仍相對于零對稱。這將導致兩次轉(zhuǎn)換時的電流交叉點和電壓交叉點之間的時間差不同。電壓直流偏移越大，此時間差也就越大。這種不同可通過增加一個跨接在電容C1兩端的電阻來部分補償。

通過在電容C1兩端跨接一個電阻(見圖2)，給電流增加一個類似于電壓偏移的直流分量，即可獲得一個非對稱的零電流交叉。

利用這種由所增加電阻帶給電流波形的相移和直流偏移，可將超前系數(shù)編程至電流中，以使電流在兩次轉(zhuǎn)換時以同樣的時間在先于電壓零交叉時過零點。繼電器要求線圈在繼電器閉合前大約2.5ms時被激勵。

利用Mathcad并解阻抗反相角(其中R2允許改變)方程：

可從圖3曲線得出R2為41.7k。

但是，下斜和上斜零交叉仍不是同樣的預定時間，兩者都不滿足要求，因為上、下斜電流零交叉與電壓零交叉之間的時間差均大于所需的時間。

通過將R2增加至60 k，上斜時間差可滿足2.5ms的要求，但下斜時間差則只有大約1ms。在剩下的1.5 ms內(nèi)，電壓將下降20V，從而在繼電器開或合時出現(xiàn)極大的電壓。

如果在電容到地之間增加一個電阻及一個二極管(圖4中D4和R4)，則它只會影響電流的一個極性。以圖4所示配置，正電流的時間改變?yōu)樾略绊懙奈ㄒ粎?shù)。
利用此完整電路及零電流檢波器，即可產(chǎn)生一個具有提前于電壓零交叉一個預定時間的脈沖。在該點上，繼電器在零電壓交叉時間上被觸發(fā)閉合。

這種變化允許使用如圖5所示的電路來檢測正、負預交叉點。此外，這種脈沖還允許該電路觸發(fā)繼電器，以使繼電器在零電壓交叉時閉合。這樣可以實現(xiàn)更長的接觸壽命及更高的產(chǎn)品可靠性。

該電路采用可產(chǎn)生鈴聲信號的UCC3570型鈴聲發(fā)生控制器來構(gòu)建和測試。
測試結(jié)果顯示，電流轉(zhuǎn)換導致在實際零電壓交叉前大約2.5 ms處產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。

結(jié)語
該電路可提供對電壓波形零電壓交叉的可編程預測。通過預測零電壓交叉何時發(fā)生以及提前啟動繼電器來考慮工作時間，可使繼電器在零電壓交叉時閉合。這能保護繼電器接觸免受電弧的損壞，從而延長繼電器使用壽命，減少維修成本以及提高整個設備的平均故障間隔時間 (MTBF)。