Ako vyrobiť obvod detektora nulového prechodu

Výroba obvodu detektora prechodu nulou je v skutočnosti veľmi ľahká a mohla by sa účinne použiť na ochranu citlivých elektronických zariadení pred prepätiami v sieti.

Obvod detektora prechodu nulou sa používa hlavne na ochranu elektronických zariadení pred prepätím zapnutia ON zabezpečením toho, že počas zapnutia napájania fáza napájania vždy „vstupuje“ do obvodu v prvom bode prechodu nulou.
Je čudné, že okrem „wikipédie“ zatiaľ žiadna iná špičková online stránka neriešila túto zásadnú aplikáciu konceptu detektora nulového prechodu, dúfam, že po prečítaní tohto príspevku svoje články aktualizujú.

Čo je detektor prechodu nulou?

Všetci vieme, že naša sieťová striedavá fáza je tvorená fázami striedavého sínusového napätia, ako je uvedené nižšie:

V tomto striedavom striedavom prúde je možné prúd vidieť striedavo cez stredovú nulovú čiaru a cez najvyššiu pozitívnu a spodnú negatívnu špičkovú hladinu cez konkrétny fázový uhol.

Tento fázový uhol je možné vidieť exponenciálne stúpať a klesať, čo znamená, že sa tak deje postupne stúpajúcim a postupne klesajúcim spôsobom.

Striedavý cyklus v AC sa deje 50-krát za sekundu pre sieťové napájanie 220 V a 60-krát za sekundu pre 120 V sieťové vstupy, ako je stanovené v štandardných pravidlách. Táto 50-cyklová odozva sa nazýva 50 Hz frekvencia a 60 Hz sa nazýva 60 Hz frekvencia pre tieto sieťové zásuvky v našich domácnostiach.

Kedykoľvek zapneme spotrebič alebo elektronické zariadenie do elektrickej siete, dôjde k jeho náhlemu vstupu do fázy striedavého prúdu a ak je tento vstupný bod na vrchole fázového uhla, môže to znamenať, že do zariadenia bude vynútený maximálny prúd. v bode zapnutia.

Aj keď väčšina zariadení bude na to pripravená a môžu byť vybavené ochrannými stupňami pomocou rezistorov alebo NTC alebo MOV, nikdy sa neodporúča vystaviť ich takým náhlym nepredvídateľným situáciám.

Na riešenie tohto problému sa používa fáza detektora prechodu nulou, ktorá zaisťuje, že vždy, keď je modul gadget ZAPNUTÝ sieťovým napájaním, obvod prechodu nulou počká, kým cyklus fázy AC nedosiahne nulovú čiaru, a v tomto okamihu zapne sieť napájanie modulu gadget.

Ako navrhnúť detektor nulového prechodu

Navrhnúť detektor prechodu nulou nie je ťažké. Môžeme ho vyrobiť pomocou operačného zosilňovača, ako je uvedené nižšie, avšak s využitím operačného zosilňovača pre jednoduchý koncept, pretože sa to zdá byť nadmerné, takže budeme diskutovať aj o tom, ako ho implementovať pomocou bežného tranzistorového dizajnu:

Obvod detektora prechodu nulového bodu operačného zosilňovača

Poznámka: Vstupný AC by mal byť z Bridge Rectifier

Obrázok vyššie zobrazuje jednoduchý obvod detektora prechodu nulovým bodom založený na operačnom zosilňovači 741, ktorý je možné použiť pre všetky aplikácie vyžadujúce vykonávanie prechodu nulovým bodom.

Ako je zrejmé, 741 je nakonfigurovaný ako komparátor , kde jeho neinvertujúci kolík je spojený so zemou cez diódu 1N4148, čo na tomto vstupnom kolíku spôsobuje pokles potenciálu 0,6V.

Druhý vstupný kolík # 2, ktorý je invertujúcim kolíkom ther iC, sa používa na detekciu prechodu nulou a je aplikovaný s preferovaným AC signálom.

Pretože vieme, že pokiaľ je potenciál kolíka č. 3 nižší ako kolík č. 2, výstupný potenciál na kolíku č. 6 bude 0 V a hneď ako napätie č. 3 stúpne nad kolík č. 2, výstupné napätie sa rýchlo prepne. na 12V (úroveň napájania).

Preto v rámci napájaného vstupného striedavého signálu počas období, keď je fázové napätie vysoko nad nulovou čiarou alebo aspoň nad 0,6 V nad nulovou čiarou, výstup operačného zosilňovača vykazuje nulový potenciál .... ale v obdobiach, keď fáza sa chystá vstúpiť alebo prekročiť nulovú čiaru, pin # 2 zažíva potenciál pod 0,6V referenciou nastavenou pre pin # 3, čo spôsobí okamžitú reverziu výstupu na 12V.

Výstup počas týchto bodov sa tak stane na vysokej úrovni 12 V a táto postupnosť sa spúšťa zakaždým, keď fáza prekročí nulovú čiaru svojho fázového cyklu.

Výsledný tvar vlny je možné vidieť na výstupe IC, ktorý jasne vyjadruje a potvrdzuje detekciu IC prechodu nulou.

Pomocou obvodu BJT s optočlenom

Aj keď je vyššie diskutovaný detektor prechodu nulovým bodom operačného zosilňovača veľmi efektívny, je možné ho implementovať pomocou bežného optočlenu BJT s primerane dobrou presnosťou.

Poznámka: Vstupný AC by mal byť z Bridge Rectifier

S odkazom na vyššie uvedený obrázok môže byť BJT vo forme fototranzistora združeného vo vnútri optočlenu efektívne nakonfigurovaný ako najjednoduchší obvod detektora prechodu nulou .

AC sieť je napájaná na LED operačného zosilňovača cez rezistor s vysokou hodnotou. Počas fázových cyklov, pokiaľ je sieťové napätie nad 2 V, zostáva fototranzistor vo vodivom režime a výstupná odozva je udržiavaná na hodnote takmer 0 V, avšak v čase, keď fáza dosiahne nulovú líniu svojho chodu, LED vo vnútri opto sa vypne a spôsobí tiež vypnutie tranzistora, táto reakcia okamžite spôsobí, že sa v uvedenom výstupnom bode konfigurácie objaví vysoká logika.

Praktický aplikačný obvod využívajúci detekciu prechodu nulou

Praktický príklad obvodu využívajúceho detekciu prechodu nulou je uvedený nižšie, tu sa triak nikdy nesmie zapnúť v žiadnom inom fázovom bode okrem bodu prechodu nulou, kedykoľvek je zapnuté napájanie.

To zaisťuje, že obvod je vždy chránený pred nárazovým prúdom pri zapnutí a pred príslušnými nebezpečenstvami.

Poznámka: Vstupný AC by mal byť z Bridge Rectifier

V koncepcii vyššie je triak vystrelený cez malý signál SCR riadený PNP BJT. Tento PNP BJT je nakonfigurovaný na vykonávanie snímania prechodu nulou pre zamýšľané bezpečné prepínanie triaku a súvisiaceho zaťaženia.

Kedykoľvek po zapnutí napájania dostane SCR svoje anódové napájanie z existujúceho zdroja spúšťania jednosmerným prúdom, avšak jeho hradlové napätie je zapnuté až v okamihu, keď vstup prechádza cez prvý bod prechodu nulou.

Akonáhle je SCR spustený v bezpečnom bode prechodu nulou, vystrelí triak a pripojenú záťaž a následne sa zablokuje, čím zabezpečí nepretržitý hradlový prúd pre triak.

Tento druh zapínania v bodoch prechodu nulou zakaždým, keď je napájanie zapnuté, zaisťuje konzistentné bezpečné zapnutie záťaže a vylučuje všetky možné riziká, ktoré sú obvykle spojené s náhlym zapnutím napájania zo siete.

RF eliminácia šumu

Ďalšou skvelou aplikáciou obvodu detektora prechodu nulou je eliminácia šumu v spínacích obvodoch triaku . Zoberme si príklad an obvod elektronického stmievača svetla , bežne nájdeme také obvody, ktoré emitujú veľa RF šumu do atmosféry a tiež do siete, čo spôsobuje zbytočné vylučovanie harmonických.

Stáva sa to kvôli rýchlemu priesečníku triakového vedenia cez kladné / záporné cykly cez čiaru prechodu nulou ... najmä okolo prechodu cez nulu, kde je triak vystavený nedefinovanej napäťovej zóne, čo spôsobí, že bude produkovať rýchle prechodné prúdy, ktoré v sú vyžarované ako RF šum.

Detektor prechodu nulou, ak sa pridá do obvodov založených na triaku , eliminuje tento jav tým, že nechá triak vystreliť iba vtedy, keď cyklus striedavého prúdu dokonale prekročí nulovú čiaru, čo zaisťuje čisté prepnutie triaku, čím eliminuje RF prechody.

Referencia:

Okruh prechodu nulou