Obwód zabezpieczający napięcie sieciowe 230 V AC

Obecnie większość zasilaczy jest bardzo niezawodna ze względu na postęp technologiczny i lepsze preferencje projektowe, ale zawsze istnieje ryzyko awarii z powodu wady produkcyjnej lub może to być główny tranzystor przełączający lub MOSFET. Istnieje również możliwość, że może się nie powieść z powodu przepięcia na wejściu, chociaż urządzenia zabezpieczające, takie jak warystor metalowo-tlenkowy (MOV), mogą być używane jako zabezpieczenie wejścia, ale po wyzwoleniu MOV powoduje to, że urządzenie jest bezużyteczne.

Aby rozwiązać ten problem, zamierzamy zbudować urządzenie zabezpieczające przed przepięciami ze wzmacniaczem operacyjnym, które może wykryć wysokie napięcia i może odciąć moc wejściową w ułamku sekundy, chroniąc urządzenie przed przepięciem wysokiego napięcia. Ponadto zostanie przeprowadzony szczegółowy test obwodu, aby zweryfikować nasz projekt i działanie obwodu. Poniższe badanie daje wyobrażenie o budowie i procesie testowania tego obwodu. Jeśli interesujesz się projektowaniem SMPS, możesz zapoznać się z naszymi poprzednimi artykułami na temat wskazówek dotyczących projektowania PCB SMPS i technik redukcji EMI SMPS.

Co to jest ochrona przeciwprzepięciowa i dlaczego jest tak ważna?

Istnieje wiele sposobów, w których układ zasilania może zawieść, jeden z nich jest z powodu przepięcia. W poprzednim artykule stworzyliśmy obwód zabezpieczający przed przepięciem dla obwodu prądu stałego, możesz to sprawdzić, jeśli wzbudzi to Twoje zainteresowanie. Ochronę przeciwprzepięciową można zilustrować jako cechę, w której zasilacz wyłącza się, gdy występuje stan przepięcia, chociaż sytuacja przepięcia występuje rzadziej, kiedy to się dzieje, czyni zasilacz bezużytecznym. Również wpływ stanu przepięcia może być przenoszony z zasilacza do obwodu głównego, kiedy to się stanie, skończy się nie tylko zerwanym zasilaczem, ale także z przerwanym obwodem. dlatego obwód ochrony przed przepięciem staje się ważny w każdym projekcie elektronicznym.

Tak więc, aby zaprojektować obwód ochronny dla sytuacji przepięciowych, musimy wyjaśnić podstawy ochrony przed przepięciem. W naszych poprzednich samouczkach dotyczących obwodów zabezpieczających zaprojektowaliśmy wiele podstawowych obwodów zabezpieczających, które można dostosować do obwodu, a mianowicie: zabezpieczenie przed przepięciem, zabezpieczenie przed zwarciem, zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją, zabezpieczenie nadprądowe itp.

W tym artykule skoncentrujemy się tylko na jednym, a mianowicie na wykonaniu obwodu ochronnego przeciwprzepięciowego sieci wejściowej, aby zapobiec jego zniszczeniu.

Jak działa obwód ochrony przeciwprzepięciowej sieci 230 V?

Aby zrozumieć podstawy obwodu ochrony przeciwprzepięciowej, rozłóżmy obwód, aby zrozumieć podstawową zasadę działania każdej części obwodu.

Sercem tego obwodu jest OP-Amp, który jest skonfigurowany jako komparator. Na schemacie mamy podstawowy wzmacniacz operacyjny LM358, aw jego Pin-6 mamy napięcie odniesienia, które jest generowane z układu scalonego regulatora napięcia LM7812, a na pinie-5 mamy napięcie wejściowe, które pochodzi z głównego napięcie zasilania. W tej sytuacji, jeśli napięcie wejściowe przewyższy napięcie odniesienia, wyjście wzmacniacza operacyjnego pójdzie w stan wysoki i tym wysokim sygnałem możemy wysterować tranzystor, który włącza przekaźnik, ale w tym obwodzie jest ogromny problem, Z powodu szumu w sygnale wejściowym, wzmacniacz operacyjny będzie oscylował wiele razy, zanim osiągnie stabilny,

Rozwiązaniem jest dodanie histerezy działania przerzutnika Schmitta na wejściu. Wcześniej stworzyliśmy obwody takie jak Licznik częstotliwości przy użyciu Arduino i miernik pojemności przy użyciu Arduino, z których oba używają wejść wyzwalających Schmitta, jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o tych projektach, sprawdź je. Konfigurując wzmacniacz operacyjny z dodatnim sprzężeniem zwrotnym, możemy poszerzyć margines na wejściu zgodnie z naszymi potrzebami. Jak widać na powyższym obrazku, dostarczyliśmy sprzężenie zwrotne za pomocą R18 i R19, robiąc to, praktycznie dodaliśmy dwa napięcia progowe, jedno to górne napięcie progowe, drugie to dolne napięcie progowe.

Obliczanie wartości komponentów dla ochrony przed przepięciami

Jeśli spojrzymy na schemacie, mamy wejście sieciowe, których naprawienia go z pomocą mostka prostownika, a następnie umieścić go poprzez dzielnik napięcia, który jest wykonany z R9, R11 i R10, wtedy filtrować go przez Kondensator 22uF 63V.

Po wykonaniu obliczeń dla dzielnika napięcia otrzymamy napięcie wyjściowe 3,17 V, teraz musimy obliczyć górne i dolne napięcia progowe, Powiedzmy, że chcemy odciąć moc, gdy napięcie wejściowe osiągnie 270 V. Teraz, jeśli ponownie wykonamy obliczenia dzielnika napięcia, otrzymamy napięcie wyjściowe 3,56 V, które jest naszym górnym progiem. Nasz dolny próg pozostaje na poziomie 3,17 V, ponieważ uziemiliśmy wzmacniacz operacyjny.

Teraz, za pomocą prostego wzoru dzielnika napięcia, możemy łatwo obliczyć górne i dolne napięcie progowe. Biorąc schemat jako odniesienie, obliczenia pokazano poniżej, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62 tys. / (1,5 mln + 62 tys.) = 0,47 V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62 tys. / (1,5 mln + 62 tys.) = 0 V

Teraz, po obliczeniach, możemy wyraźnie zobaczyć, że ustawiliśmy twoje górne napięcie progowe na 0,47 V powyżej poziomu wyzwalania za pomocą dodatniego sprzężenia zwrotnego.

Uwaga: Należy pamiętać, że nasze praktyczne wartości będą się nieco różnić od naszych obliczonych wartości ze względu na tolerancje rezystorów.

Projekt obwodu zabezpieczającego przed przepięciem sieci zasilającej

Płytka drukowana naszego obwodu zabezpieczającego przed przepięciem sieciowym jest zaprojektowana dla pojedynczego sideboardu. Użyłem programu Eagle do zaprojektowania mojej płytki PCB, ale możesz użyć dowolnego wybranego oprogramowania do projektowania. Obraz 2D mojego projektu płyty jest pokazany poniżej.

Wystarczająca średnica ścieżki jest używana, aby ścieżki mocy przepływały prąd przez płytkę drukowaną. Wejście sieci AC i sekcja wejścia transformatora są umieszczone po lewej stronie, a wyjście jest utworzone na dole, aby zapewnić lepszą użyteczność. Pełny plik projektu dla Eagle wraz z Gerber można pobrać z linku poniżej.

GERBER dla obwodu ochrony przeciwprzepięciowej sieci zasilającej

Teraz, gdy nasz projekt jest gotowy, nadszedł czas na każde i przylutowanie płytki. Po zakończeniu procesu wytrawiania, wiercenia i lutowania płytka wygląda jak na poniższym obrazku.

Testowanie obwodu zabezpieczającego przed przepięciem i prądem

Do demonstracji wykorzystuje się następującą aparaturę

Multimetr Meco 108B + TRMS
Multimetr Meco 450B + TRMS
Oscyloskop Hantek 6022BE
9-0-9 Transformator
Żarówka 40W (obciążenie testowe)

Jak widać na powyższym obrazku, przygotowałem tę konfigurację testową do testowania tego obwodu, przylutowałem dwa przewody w pin5 i pin6 wzmacniacza operacyjnego, a multimetr meco 108B + pokazuje napięcie wejściowe i multimetr meco 450B + pokazuje napięcie odniesienia.

W tym obwodzie transformator jest zasilany z sieci 230V, a stamtąd prąd podawany jest do obwodu prostownika jako wejście, wyjście z transformatora jest również podawane na płytkę, ponieważ dostarcza moc i napięcie odniesienia do obwodu..

Jak widać na powyższym obrazku, obwód jest włączony, a napięcie wejściowe w multimetrze meco 450B + jest mniejsze niż napięcie odniesienia, co oznacza, że wyjście jest włączone.

Teraz, aby zasymulować sytuację, jeśli zmniejszymy napięcie odniesienia, wyjście wyłączy się, wykrywając stan przepięcia, zapali się również czerwona dioda LED na płytce, co widać na poniższym obrazku.

Dalsze ulepszenia

Dla celów demonstracyjnych obwód jest zbudowany na PCB za pomocą schematu, obwód ten można łatwo zmodyfikować, aby poprawić jego działanie, na przykład rezystory, których użyłem, mają tolerancję 5%, użycie rezystorów znamionowych 1% może poprawić dokładność obwodu.

Mam nadzieję, że podobał Ci się artykuł i dowiedziałeś się czegoś pożytecznego. Jeśli masz jakieś pytania, możesz je zostawić w sekcji komentarzy poniżej lub skorzystać z naszych forów, aby zadać inne pytania techniczne.