Kako narediti vezje detektorja ničelnega križanja

Izdelava vezja detektorja ničelnega prehoda je pravzaprav zelo enostavna in bi ga lahko učinkovito uporabili za zaščito občutljive elektronske opreme pred prenapetostmi omrežnega vklopa.

Vezje detektorja ničelnega prehoda se v glavnem uporablja za zaščito elektronskih naprav pred prenapetostnimi stikali, tako da med vklopom omrežne faze omrežna faza vedno 'vstopi' v tokokrog na svoji prvi ničelni točki.
Nenavadno je, da razen 'wikipedije' nobeno drugo spletno mesto doslej ni obravnavalo te ključne uporabe koncepta detektorja ničelnih prehodov, upam, da bodo po branju te objave posodobili svoje članke.

Kaj je detektor prehoda nič?

Vsi vemo, da je naša omrežna izmenična faza sestavljena iz izmeničnih sinusoidnih napetostnih faz, kot je prikazano spodaj:

V tem izmeničnem izmeničnem toku je mogoče videti tok, ki se izmenično premika čez osrednjo ničelno črto in čez zgornji pozitivni in spodnji negativni vrh, skozi določen fazni kot.

Ta fazni kot lahko vidimo, kako eksponentno narašča in pada, kar pomeni, da to počne postopoma naraščajoče in postopoma padajoče.

Izmenični cikel v izmeničnem toku se zgodi 50-krat na sekundo za 220V omrežje in 60-krat na sekundo za 120V omrežne vhode, kot določajo standardna pravila. Ta 50-ciklični odziv se imenuje frekvenca 50 Hz, frekvenca 60 Hz pa 60 Hz za te omrežne vtičnice v naših domovih.

Kadar koli vklopimo aparat ali elektronsko napravo v električno omrežje, je ta nenadoma vstopila v izmenično fazo in če je ta vstopna točka na vrhuncu faznega kota, lahko pomeni, da je v napravo prisiljen največji tok na točki stikala.

Čeprav bo večina naprav pripravljena na to in bodo lahko opremljene z zaščitnimi stopnjami, ki uporabljajo upore ali NTC ali MOV, ni priporočljivo, da jih izpostavljamo tako nenadnim nepredvidljivim situacijam.

Za reševanje take težave se uporablja stopnja detektorja ničelnega prehoda, ki zagotavlja, da vsakič, ko je pripomoček vklopljen z omrežno napetostjo, vezje ničelnega križanja počaka, dokler fazni cikel izmeničnega toka ne doseže ničelne črte, in na tej točki vklopi omrežje moč pripomočka.

Kako oblikovati detektor ničelnega križanja

Načrtovanje detektorja ničelnega prehoda ni težko. Lahko ga naredimo z uporabo opampa, kot je prikazano spodaj, vendar z opampom za preprost koncept, saj je to videti pretirano, zato bomo razpravljali tudi o tem, kako ga uporabiti z običajnim dizajnom na osnovi tranzistorja:

Vezje detektorja prehoda Opamp nič

Opomba: Vhodni izmenični tok mora biti iz usmernika mosta

Na zgornji sliki je prikazano preprosto vezje detektorja ničelnega prehoda na osnovi opampa 741, ki se lahko uporablja za vse aplikacije, ki zahtevajo izvedbo na osnovi prehoda nič.

Kot je razvidno, 741 je konfiguriran kot primerjalnik , pri čemer je njegov neinvertirni zatič povezan z zemljo prek diode 1N4148, kar povzroči 0,6V potencial padca na tem vhodnem zatiču.

Drugi vhodni zatič št. 2, ki je invertirni zatič ther iC, se uporablja za zaznavanje prehoda nič in se uporablja s prednostnim izmeničnim signalom.

Ker vemo, da dokler je potencial zatiča 3 nižji od zatiča št. 2, bo izhodni potencial na zatiču št. 6 0V in takoj, ko napetost zatiča št. 3 preide nad zatič št. 2, se izhodna napetost hitro preklopi do 12V (nivo napajanja).

Zato znotraj napajanega vhodnega AC signala v obdobjih, ko je fazna napetost precej nad ničelno črto ali vsaj nad 0,6 V nad ničelno črto, izhod opampa kaže ničelni potencial .... toda v obdobjih, ko faza bo kmalu vstopila ali prečkala ničelno črto, pin # 2 ima potencial pod referenco 0,6V, kot je nastavljen za pin 3, kar povzroči takojšnjo spremembo izhoda na 12V.

Tako izhod v teh točkah postane 12v visok nivo in to zaporedje se sproži vsakič, ko faza prečka ničelno črto svojega faznega cikla.

Nastalo valovno obliko je mogoče videti na izhodu IC, ki jasno izraža in potrjuje zaznavanje ničelnega prehoda IC.

Uporaba BJT vezja z optično spojko

Čeprav je zgoraj obravnavani detektor prečkanja ničelnega opampa zelo učinkovit, ga lahko z razmeroma dobro natančnostjo uporabimo z navadno optično spojko BJT.

Opomba: Vhodni izmenični tok mora biti iz usmernika mosta

Glede na zgornjo sliko je BJT v obliki fototranzistorja, ki je povezan z opto sklopko, mogoče učinkovito konfigurirati kot najenostavnejše vezje detektorja ničelnega prehoda .

Omrežje izmenične napetosti se prek upora visoke vrednosti napaja na LED opampa. Med faznimi cikli, dokler je omrežna napetost nad 2V, fototranzistor ostane v prevodnem načinu, izhodni odziv pa skoraj na nič voltih, vendar v času, ko faza doseže ničelno črto svojega potovanja, LED v opto izklopi, zaradi česar se tudi tranzistor izklopi, ta odziv takoj povzroči, da se na navedeni izhodni točki konfiguracije pojavi visoka logika.

Praktično aplikacijsko vezje z zaznavanjem prehoda nič

Praktičen primer vezja, ki uporablja zaznavanje prehoda nič, je mogoče videti spodaj, tukaj triak ni dovoljeno preklopiti na kateri koli drugi fazni točki, razen na ničelni točki prehoda, kadar je vklopljeno napajanje.

To zagotavlja, da je vezje vedno stran od prenapetostnega toka stikala ON in ustreznih nevarnosti.

Opomba: Vhodni izmenični tok mora biti iz usmernika mosta

V zgornjem konceptu se triak sproži skozi majhen signalni SCR, ki ga nadzoruje PNP BJT. Ta PNP BJT je konfiguriran za izvajanje zaznavanja prečkanja ničle za predvideno varno preklapljanje triaka in s tem povezane obremenitve.

Kadar koli vklopite napajanje, SCR napaja anodo iz obstoječega enosmernega vira sprožilca, vendar se napetost vrat vklopi šele v trenutku, ko vhod preide skozi prvo ničelno točko.

Ko se SCR sproži na varni prehodni točki nič, sproži triak in povezano obremenitev, nato pa postane zaskočen, kar zagotavlja neprekinjen tok toka triaka.

Takšno preklapljanje na ničelnih točkah ob vsakem vklopu napajanja zagotavlja dosledno varno vklapljanje obremenitve, ki odpravlja vse možne nevarnosti, ki so običajno povezane z nenadnim vklopom omrežnega vklopa.

RF odpravljanje hrupa

Še ena odlična uporaba detektorskega vezja ničelnega prehoda je za odpravljanje hrupa v triac stikalnih tokokrogih . Vzemimo primer elektronsko vezje za zatemnitev svetlobe , običajno najdemo takšna vezja, ki oddajajo veliko radiofrekvenčnega hrupa v ozračje in tudi v omrežje, kar povzroča nepotrebno odlaganje harmonikov.

To se zgodi zaradi hitrega presečišča triakcijskega vodenja med pozitivnimi / negativnimi cikli prek črte prehoda nič ... še posebej okoli prehoda ničelnega prehoda, kjer je triak podvržen nedefiniranemu napetostnemu območju, zaradi česar nastane hitri prehodni tok, ki v zavoj se oddajajo kot RF hrup.

Detektor prečkanja ničle, če je dodan v vezja na osnovi triak , odstrani ta pojav, tako da dovoli, da se triak sproži šele, ko je izmenični cikel popolnoma prečkal ničelno črto, kar zagotavlja čisto preklapljanje triaka in s tem odpravlja RF prehodne pojave.

Referenca:

Zero Crossing Circuit