Jak wykonać obwód detektora przejścia przez zero

Wykonanie obwodu detektora przejścia przez zero jest w rzeczywistości bardzo łatwe i można go skutecznie zastosować do ochrony wrażliwego sprzętu elektronicznego przed przepięciami przy włączaniu zasilania.

Obwód detektora przejścia przez zero jest używany głównie do ochrony urządzeń elektronicznych przed przepięciami przy włączaniu poprzez zapewnienie, że podczas włączania zasilania faza sieci zawsze „wchodzi” do obwodu w swoim pierwszym punkcie przejścia przez zero.
O dziwo, z wyjątkiem „wikipedii”, żadna inna czołowa witryna internetowa do tej pory nie zajęła się tym kluczowym zastosowaniem koncepcji detektora przejścia przez zero, mam nadzieję, że po przeczytaniu tego postu zaktualizują swoje artykuły.

Co to jest detektor przejścia przez zero?

Wszyscy wiemy, że nasza faza sieciowa AC składa się z przemiennych sinusoidalnych faz napięcia, jak pokazano poniżej:

W tym przemiennym AC prąd można zobaczyć naprzemiennie w centralnej linii zerowej oraz w poprzek górnych dodatnich i dolnych ujemnych poziomów szczytowych, pod określonym kątem fazowym.

Ten kąt fazowy można zobaczyć, jak rośnie i maleje wykładniczo, co oznacza, że ​​robi to w sposób stopniowo rosnący i stopniowo opadający.

Cykl przemienny w sieci prądu przemiennego występuje 50 razy na sekundę dla sieci 220 V i 60 razy na sekundę dla wejść 120 V, zgodnie ze standardowymi zasadami. Ta odpowiedź 50 cykli nazywana jest częstotliwością 50 Hz, a częstotliwość 60 Hz jest nazywana częstotliwością 60 Hz dla tych gniazdek sieciowych w naszych domach.

Za każdym razem, gdy włączamy jakieś urządzenie lub urządzenie elektroniczne do sieci, jest ono poddawane nagłemu wejściu fazy prądu przemiennego, a jeśli zdarzy się, że ten punkt wejścia znajduje się w szczycie kąta fazowego, może to oznaczać maksymalny prąd docierający do urządzenia. w punkcie włączenia.

Chociaż większość urządzeń będzie na to gotowa i może być wyposażona w stopnie zabezpieczające z rezystorami lub NTC lub MOV, nigdy nie zaleca się narażania ich na tak nagłe nieprzewidziane sytuacje.

Aby rozwiązać ten problem, stosuje się stopień detektora przejścia przez zero, który zapewnia, że ​​za każdym razem, gdy gadżet jest włączany z zasilaniem sieciowym, obwód przejścia przez zero czeka, aż cykl fazowy AC osiągnie linię zerową i w tym momencie włącza sieć moc do gadżetu.

Jak zaprojektować detektor przejścia przez zero

Zaprojektowanie detektora przejścia przez zero nie jest trudne. Możemy to zrobić za pomocą wzmacniacza operacyjnego, jak pokazano poniżej, jednak używając wzmacniacza operacyjnego dla prostej koncepcji, ponieważ wygląda to na przesadę, więc omówimy również, jak zaimplementować to samo przy użyciu zwykłego projektu opartego na tranzystorze:

Obwód detektora przejścia przez zero Opamp

Uwaga: Wejście AC powinno pochodzić z prostownika mostkowego

Powyższy rysunek przedstawia prosty obwód detektora przejścia przez zero oparty na wzmacniaczu operacyjnym 741, który może być używany we wszystkich zastosowaniach wymagających wykonania opartego na przejściu przez zero.

Jak widać, plik 741 jest skonfigurowany jako komparator , w którym jego nieodwracający pin jest połączony z masą przez diodę 1N4148, co powoduje spadek potencjału 0,6V na tym pinie wejściowym.

Drugi styk wejściowy nr 2, który jest stykiem odwracającym w urządzeniu iC, jest używany do wykrywania przejścia przez zero i jest podawany z preferowanym sygnałem AC.

Jak wiemy, tak długo, jak potencjał styku nr 3 jest niższy niż styk nr 2, potencjał wyjściowy na pinie nr 6 będzie wynosił 0 V, a gdy tylko napięcie na pinie nr 3 wzrośnie powyżej styku nr 2, napięcie wyjściowe szybko się zmieni do 12V (poziom zasilania).

Dlatego w zasilanym sygnale wejściowym prądu przemiennego w okresach, gdy napięcie fazowe jest znacznie powyżej linii zerowej lub co najmniej powyżej 0,6 V powyżej linii zerowej, wyjście opamp wykazuje potencjał zerowy ... ale w okresach, gdy faza ma wkroczyć lub przekroczyć linię zerową, styk nr 2 doświadcza potencjału poniżej 0,6 V odniesienia ustawionego dla pinu nr 3, powodując natychmiastowe odwrócenie wyjścia na 12 V.

Zatem wyjście w tych punktach osiąga wysoki poziom 12 V, a ta sekwencja wyzwala się za każdym razem, gdy faza przekracza linię zerową swojego cyklu fazowego.

Powstały przebieg można zobaczyć na wyjściu układu scalonego, co wyraźnie wyraża i potwierdza wykrycie przejścia przez zero układu scalonego.

Korzystanie z obwodu BJT opto-sprzęgacza

Chociaż omówiony powyżej detektor przejścia przez zero wzmacniacza operacyjnego jest bardzo wydajny, to samo można zrealizować za pomocą zwykłego sprzęgacza optycznego BJT z dość dobrą dokładnością.

Uwaga: Wejście AC powinno pochodzić z prostownika mostkowego

Odnosząc się do powyższego obrazu, BJT w postaci fototranzystora połączonego wewnątrz sprzęgacza optycznego można skutecznie skonfigurować jako najprostszy obwód detektora przejścia przez zero .

Sieć AC jest doprowadzana do diody LED wzmacniacza operacyjnego poprzez rezystor o wysokiej wartości. Podczas cykli fazowych tak długo, jak napięcie sieci jest powyżej 2 V, fototranzystor pozostaje w trybie przewodzenia, a odpowiedź wyjściowa jest utrzymywana na poziomie bliskim zeru, jednak w momentach, gdy faza osiąga linię zerową swojej drogi, dioda LED wewnątrz opto wyłącza się, powodując wyłączenie tranzystora, ta odpowiedź natychmiast powoduje pojawienie się wysokiego poziomu logicznego we wskazanym punkcie wyjściowym konfiguracji.

Praktyczny obwód aplikacyjny wykorzystujący detekcję przejścia przez zero

Praktyczny przykład obwodu wykorzystującego wykrywanie przejścia przez zero można zobaczyć poniżej, tutaj triak nigdy nie może być przełączany w żadnym innym punkcie fazowym z wyjątkiem punktu przejścia przez zero, gdy włączane jest zasilanie.

Zapewnia to, że obwód jest zawsze trzymany z dala od przepięcia prądu włączającego i związanych z nim zagrożeń.

Uwaga: Wejście AC powinno pochodzić z prostownika mostkowego

W powyższej koncepcji triak jest odpalany przez mały sygnał SCR sterowany przez BJT PNP. Ten PNP BJT jest skonfigurowany do wykonywania wykrywania przejścia przez zero dla zamierzonego bezpiecznego przełączania triaka i związanego z nim obciążenia.

Za każdym razem, gdy zasilanie jest włączone, tyrystor otrzymuje zasilanie anodowe z istniejącego źródła wyzwalania prądu stałego, jednak jego napięcie bramki jest włączane tylko w momencie, gdy wejście przechodzi przez pierwszy punkt przejścia przez zero.

Gdy SCR zostanie wyzwolony w bezpiecznym punkcie przejścia przez zero, wyzwala triak i podłączone obciążenie, a następnie zostaje zablokowany, zapewniając ciągły prąd bramki dla triaka.

Ten rodzaj przełączania w punktach przejścia przez zero za każdym razem, gdy włączane jest zasilanie, zapewnia stałe bezpieczne włączanie obciążenia, eliminując wszystkie możliwe zagrożenia, które normalnie są związane z nagłym włączeniem zasilania sieciowego.

Eliminacja szumów RF

Innym doskonałym zastosowaniem obwodu detektora przejścia przez zero jest eliminacja szumów w obwodach przełączających triaka . Weźmy przykład elektroniczny obwód ściemniacza światła , zwykle stwierdzamy, że takie obwody emitują dużo szumów RF do atmosfery, a także do sieci zasilającej, powodując niepotrzebne zrzuty harmonicznych.

Dzieje się tak z powodu szybkiego przecięcia się przewodzenia triaka przez cykle dodatnie / ujemne przez linię przejścia przez zero ... szczególnie w okolicach przejścia przez zero, gdzie triak jest poddawany nieokreślonej strefie napięcia, powodując wytwarzanie szybkich prądów przejściowych, które w zakręty są emitowane jako szum RF.

Detektor przejścia przez zero, jeśli jest dodany do obwodów opartych na triaku eliminuje to zjawisko, pozwalając triakowi odpalić tylko wtedy, gdy cykl AC przekroczył idealnie linię zerową, co zapewnia czyste przełączanie triaka, eliminując tym samym transjenty RF.

Odniesienie:

Obwód przejścia przez zero