Kako napraviti sklop detektora nultih križanja

Izrada sklopa detektora prelaska nule zapravo je vrlo jednostavna i mogla bi se učinkovito primijeniti za zaštitu osjetljive elektroničke opreme od mrežnih prenaponskih sklopova.

Krug detektora prelaska s nulom uglavnom se koristi za zaštitu elektroničkih uređaja od prenaponskih napona osiguravajući da tijekom uključivanja napajanja mrežna faza uvijek 'uđe' u krug na svojoj prvoj nuli.
Čudno, ali osim 'wikipedije' nijedna druga vodeća internetska stranica do sada se nije pozabavila ovom ključnom primjenom koncepta detektora nule, nadam se da će ažurirati svoje članke nakon što pročitaju ovaj post.

Što je detektor prelaska nule?

Svi znamo da se naša mrežna izmjenična faza sastoji od izmjeničnih sinusoidnih naponskih faza kao što je prikazano dolje:

U ovoj izmjeničnoj izmjeničnoj struji može se vidjeti struja koja se izmjenjuje preko središnje nulte crte i preko gornje pozitivne i donje negativne vršne razine, kroz određeni fazni kut.

Ovaj se fazni kut može vidjeti kako eksponencijalno raste i opada, što znači da to čini postupno u porastu i u postupnom padu.

Naizmjenični ciklus u izmjeničnom napajanju događa se 50 puta u sekundi za 220V mrežne i 60 puta u sekundi za 120V mrežne ulaze kako je postavljeno standardnim pravilima. Ovaj odziv od 50 ciklusa naziva se frekvencija 50 Hz, a 60 Hz naziva se frekvencija 60 Hz za ove mrežne utičnice u našim domovima.

Kad god uključimo uređaj ili elektronički uređaj na mrežu, on je podvrgnut naglom ulasku izmjenične faze, a ako se ta ulazna točka nalazi na vrhuncu faznog kuta, to može značiti prisiljavanje maksimalne struje na uređaj na točki prekidača ON.

Iako će većina uređaja biti spremna za to i možda će biti opremljene zaštitnim stupnjevima pomoću otpornika ili NTC-a ili MOV-a, nikad se ne preporučuje da ih izlažete takvim iznenadnim nepredvidivim situacijama.

Da bi se riješio takav problem, koristi se stupanj detektora prelaska nule koji osigurava da kad god je uređaj uključen mrežnom strujom, krug prelaska nule čeka dok fazni ciklus izmjenične struje ne dosegne nultu crtu, a u ovom trenutku uključuje mrežu napajanje uređaja.

Kako dizajnirati detektor nultih križanja

Dizajn detektora prelaska nule nije teško. Možemo ga izraditi pomoću opampa, kao što je prikazano u nastavku, no koristeći opamp za jednostavan koncept, jer ovo izgleda pretjerano, pa ćemo također razgovarati o tome kako ga implementirati pomoću uobičajenog dizajna temeljenog na tranzistorima:

Opamp krug detektora nule križanja

Napomena: Ulazni izmjenični napon trebao bi biti s mostovskog ispravljača

Gornja slika prikazuje jednostavan sklop detektora nultog prijelaza zasnovan na opamu 741 koji se može koristiti za sve aplikacije kojima je potrebno izvršenje na osnovi prelaska nule.

Kao što se može vidjeti, 741 je konfiguriran kao usporednik , pri čemu je njegov neinvertirajući pin povezan sa masom kroz 1N4148 diodu, što uzrokuje potencijal pada 0,6 V na ovom ulaznom pinu.

Drugi ulazni pin # 2 koji je invertirajući pin drugog iC-a koristi se za otkrivanje prelaska nule i primjenjuje se sa željenim izmjeničnim signalom.

Kao što znamo da je sve dok je potencijal pina 3 manji od pina 2, izlazni potencijal na pinu 6 bit će 0V, a čim napon pina 3 pređe iznad pina 2, izlazni napon će se brzo prebaciti na 12V (razina napajanja).

Stoga unutar napajanog ulaznog izmjeničnog signala tijekom razdoblja kada je fazni napon znatno iznad nulte linije ili barem iznad 0,6 V preko nulte linije, izlaz opampa pokazuje nulti potencijal .... ali tijekom razdoblja kada faza sprema se ući ili prijeći nultu liniju, pin # 2 ima potencijal ispod referentne vrijednosti 0,6V kako je postavljen za pin # 3, što uzrokuje trenutnu reverziju izlaza na 12V.

Tako izlaz tijekom ovih točaka postaje 12v visoke razine, a ovaj slijed nastavlja se aktivirati svaki put kad faza prijeđe nultu crtu svog faznog ciklusa.

Rezultirajući valni oblik može se vidjeti na izlazu IC-a koji jasno izražava i potvrđuje otkrivanje prelaska nule IC-a.

Korištenje BJT sklopa opto-spojnice

Iako je gore raspravljeni detektor prelaska nule opamp vrlo učinkovit, isti se može implementirati pomoću obične optičke spojnice BJT s relativno dobrom točnošću.

Napomena: Ulazni izmjenični napon trebao bi biti s mostovskog ispravljača

Pozivajući se na gornju sliku, BJT u obliku fototranzistora pridruženog unutar opto spojnice može se učinkovito konfigurirati kao najjednostavniji krug detektora križanja nule .

Mrežni napon izmjenične struje dovodi se na LED opampa preko otpora velike vrijednosti. Tijekom svojih faznih ciklusa sve dok je mrežni napon veći od 2V, fototranzistor ostaje u provodnom načinu rada, a izlazni odziv zadržava se na blizu nula volti, međutim za vrijeme kada faza dosegne nultu crtu svog putovanja, LED unutar opto se isključi, zbog čega se tranzistor također isključio, ovaj odgovor odmah uzrokuje pojavu visoke logike na naznačenoj izlaznoj točki konfiguracije.

Praktični aplikacijski krug koji koristi otkrivanje nule

Praktični primjer sklopa koji koristi detekciju križanja nule može se vidjeti u nastavku, ovdje se trijak nikada ne smije prebaciti u bilo koju drugu faznu točku, osim nulte točke prijelaza, kad god je napajanje UKLJUČENO.

To osigurava da se krug uvijek drži podalje od prenapona struje prekidača i relevantnih opasnosti.

Napomena: Ulazni izmjenični napon trebao bi biti s mostovskog ispravljača

U gornjem konceptu, trijak se ispaljuje kroz mali signalni SCR kontroliran PNP BJT. Ovaj PNP BJT konfiguriran je za izvršavanje senzora prelaska nule za predviđeno sigurno prebacivanje triaka i pripadajućeg opterećenja.

Kad god se napajanje uključi, SCR napaja anodu iz postojećeg izvora okidača istosmjerne struje, međutim napon na vratima uključuje se samo u trenutku kada ulaz prolazi kroz svoju prvu točku prijelaza nula.

Jednom kada se SCR aktivira na sigurnoj točki prijelaza nule, on aktivira trijak i priključeno opterećenje, a zauzvrat postaje zaskočen osiguravajući kontinuiranu struju vrata za triac.

Ovakva vrsta uključivanja na nultim prijelaznim točkama pri svakom uključivanju napajanja osigurava dosljedno sigurno uključivanje tereta, eliminirajući sve moguće opasnosti koje su obično povezane s naglim uključivanjem mreže.

Uklanjanje RF buke

Sljedeća sjajna primjena kruga detektora prelaska nule je za uklanjanje šuma u sklopcima za prebacivanje triaka . Uzmimo primjer elektronički sklop za prigušivanje svjetlosti , obično nalazimo da takvi krugovi emitiraju puno RF buke u atmosferu, a također i u mrežnu mrežu uzrokujući nepotrebno bacanje harmonika.

To se događa zbog brzog presijecanja provodljivosti trijaka kroz pozitivni / negativni ciklus kroz liniju prijelaza nule ... posebno oko prijelaza nule prijelaza, gdje je triak podvrgnut nedefiniranoj naponskoj zoni zbog čega proizvodi prolazne struje brze struje koja u zavoj se emitiraju kao RF šum.

Detektor prelaska nule ako se doda u krugove temeljene na trijaku , eliminira ovu pojavu dopuštajući da se trijac aktivira samo kada je izmjenični ciklus savršeno prešao nultu crtu, što osigurava čisto prebacivanje triaka, čime se eliminiraju RF prijelazni signali.

Referenca:

Krug nultog prijelaza