Jak vyrobit obvod detektoru nulového přechodu

Vytvoření obvodu nulového přechodu je ve skutečnosti velmi snadné a mohlo by být účinně použito k ochraně citlivých elektronických zařízení před přepětím do polohy ON.

Okruh detektoru průchodu nulou se používá hlavně k ochraně elektronických zařízení před přepětím zapnutí ON tím, že zajišťuje, že během zapnutí napájení fáze sítě vždy „vstupuje“ do obvodu v prvním bodě přechodu nuly.
Kupodivu, kromě „wikipedie“, žádný jiný špičkový online web dosud neřešil tuto zásadní aplikaci konceptu detektoru nulového přechodu, doufám, že po přečtení tohoto příspěvku své články aktualizují.

Co je to detektor nulového přechodu?

Všichni víme, že naše síťová fáze je tvořena fázemi střídavého sinusového napětí, jak je znázorněno níže:

V tomto střídavém střídavém proudu lze proud vidět střídavě přes centrální nulovou linii a přes horní kladnou a spodní zápornou špičkovou hladinu přes určitý fázový úhel.

Tento fázový úhel lze vidět exponenciálně stoupat a klesat, což znamená, že to dělá postupně rostoucím a postupně klesajícím způsobem.

Střídavý cyklus v AC probíhá 50krát za sekundu pro síťové napětí 220V a 60krát za sekundu pro síťové vstupy 120V, jak je stanoveno standardními pravidly. Tato odezva 50 cyklů se nazývá 50 Hz frekvence a 60 Hz se nazývá 60 Hz frekvence pro tyto zásuvky v našich domovech.

Kdykoli zapneme spotřebič nebo elektronické zařízení do sítě, je vystaveno náhlému vstupu střídavé fáze, a pokud je tento vstupní bod na vrcholu fázového úhlu, může to znamenat, že do zařízení bude přiveden maximální proud. v bodě zapnutí.

Ačkoli většina zařízení na to bude připravena a může být vybavena ochrannými fázemi pomocí odporů nebo NTC nebo MOV, nikdy se nedoporučuje vystavit je takovým náhlým nepředvídatelným situacím.

K řešení takového problému se používá stupeň nulového přechodu, který zajišťuje, že kdykoli je gadget zapnutý síťovým napájením, obvod nulového přechodu čeká, dokud cyklus fází střídavého proudu nedosáhne nulové linie, a v tomto okamžiku zapne síť napájení gadgetu.

Jak navrhnout detektor nulového přechodu

Návrh detektoru průchodu nulou není obtížný. Můžeme to udělat pomocí operační zesilovače, jak je znázorněno níže, ale pomocí operačního zesilovače pro jednoduchý koncept to vypadá jako přehnané, takže budeme také diskutovat o tom, jak implementovat totéž pomocí běžného designu založeného na tranzistoru:

Obvod detektoru průchodu nuly operační zesilovač

Poznámka: Vstup AC by měl být z Bridge Rectifier

Obrázek nahoře ukazuje jednoduchý obvod detektoru nulového přechodu nulového bodu 741, který lze použít pro všechny aplikace vyžadující provedení nulového přechodu.

Jak je vidět, 741 je nakonfigurován jako komparátor , přičemž jeho neinvertující kolík je spojen se zemí přes diodu 1N4148, což na tomto vstupním kolíku způsobí pokles potenciálu 0,6V.

Druhý vstupní kolík # 2, který je invertujícím kolíkem ther iC, se používá pro detekci průchodu nulou a je aplikován s preferovaným AC signálem.

Jak víme, pokud je potenciál pinu č. 3 nižší než pinu č. 2, bude výstupní potenciál na pinu č. 6 0 V a jakmile napětí č. 3 překročí pin č. 2, výstupní napětí se rychle přepne na 12V (úroveň napájení).

Proto v napájeném vstupním střídavém signálu během období, kdy je fázové napětí značně nad nulovou linií, nebo alespoň nad 0,6 V nad nulovou linií, výstup operační zesilovač vykazuje nulový potenciál .... ale během období, kdy fáze se chystá vstoupit nebo překročit nulovou linii, pin # 2 zažívá potenciál pod 0,6 V reference, jak je nastaveno pro pin # 3, což způsobí okamžitou reverzi výstupu na 12V.

Výstup během těchto bodů se tak stane vysokou úrovní 12 V a tato sekvence se spouští pokaždé, když fáze překročí nulovou linii svého fázového cyklu.

Výsledný tvar vlny lze vidět na výstupu IC, který jasně vyjadřuje a potvrzuje detekci přechodu nuly IC.

Použití obvodu BJT s optickým vazebním členem

Ačkoli je výše diskutovaný detektor přechodu nulového bodu operační zesilovač velmi účinný, lze jej implementovat pomocí běžného optického vazebního členu BJT s přiměřeně dobrou přesností.

Poznámka: Vstup AC by měl být z Bridge Rectifier

S odkazem na výše uvedený obrázek lze BJT ve formě fototranzistoru sdruženého uvnitř optočlenu efektivně konfigurovat jako nejjednodušší obvod průchodu nulou .

Střídavá síť je napájena LED diodami operačního zesilovače pomocí vysoce hodnotného rezistoru. Během fázových cyklů, pokud je síťové napětí vyšší než 2 V, zůstává fototranzistor ve vodivém režimu a výstupní odezva je udržována na téměř nulových voltech, avšak v době, kdy fáze dosáhne nulové linie svého chodu, LED uvnitř opto se vypne a způsobí také vypnutí tranzistoru, tato reakce okamžitě způsobí, že se v uvedeném výstupním bodě konfigurace objeví vysoká logika.

Praktický aplikační obvod využívající detekci křížení nuly

Praktický ukázkový obvod využívající detekci překročení nuly lze vidět níže, zde triak nikdy nesmí být přepnut v žádném jiném fázovém bodě kromě bodu přechodu nuly, kdykoli je zapnuto napájení.

Tím je zajištěno, že obvod bude vždy chráněn před přepětím proudu při zapnutí a před příslušnými nebezpečími.

Poznámka: Vstup AC by měl být z Bridge Rectifier

Ve výše uvedeném konceptu je triak vystřelen malým signálem SCR řízeným PNP BJT. Tento PNP BJT je nakonfigurován k provádění snímání přechodu nuly pro zamýšlené bezpečné spínání triaku a související zátěže.

Kdykoli, když je zapnuto napájení, dostane SCR své anodové napájení ze stávajícího zdroje stejnosměrného spouštění, avšak jeho hradlové napětí je zapnuto pouze v okamžiku, kdy vstup prochází prvním bodem přechodu nuly.

Jakmile je SCR spuštěn v bezpečném bodu přechodu na nulu, vystřelí triak a připojenou zátěž a následně se zablokuje a zajistí tak nepřetržitý hradlový proud pro triak.

Tento druh přepínání v bodech přechodu na nulu při každém zapnutí napájení zajišťuje konzistentní bezpečné zapnutí zátěže a eliminuje všechna možná nebezpečí, která jsou obvykle spojena s náhlým zapnutím napájení ze sítě.

RF eliminace šumu

Další skvělá aplikace obvodu nulového přechodu je pro eliminace šumu ve spínacích obvodech triaku . Vezměme si příklad obvod elektronického stmívače světla , normálně najdeme takové obvody vyzařující velké množství RF šumu do atmosféry a také do rozvodné sítě, což způsobuje zbytečné ukládání harmonických.

To se děje kvůli rychlému průniku triakového vedení napříč kladnými / zápornými cykly přes linii přechodu nuly ... zejména kolem přechodu nuly, kde je triak vystaven nedefinované napěťové zóně, což způsobuje, že produkuje rychlé přechodové proudy, které v jsou vyzařovány jako RF šum.

Detektor nulového přechodu, pokud je přidán do obvodů založených na triaku , eliminuje tento jev tím, že umožňuje triaku střílet pouze tehdy, když cyklus střídavého proudu dokonale překročil nulovou linii, což zajišťuje čisté přepnutí triaku, čímž eliminuje RF přechodné jevy.

Odkaz:

Nulový přechodový obvod