Как сделать схему детектора перехода через ноль

Создать схему детектора перехода через ноль на самом деле очень просто, и ее можно эффективно применить для защиты чувствительного электронного оборудования от скачков напряжения при включении сетевого выключателя.

Схема детектора перехода через ноль в основном используется для защиты электронных устройств от скачков включения, гарантируя, что во время включения питания фаза сети всегда «входит» в цепь в своей первой точке пересечения нуля.
Как ни странно, за исключением «википедии», ни один другой популярный онлайн-сайт до сих пор не рассматривал это важное применение концепции детектора пересечения нуля, я надеюсь, что они обновят свои статьи после прочтения этого сообщения.

Что такое детектор пересечения нуля?

Все мы знаем, что фаза переменного тока нашей сети состоит из переменных фаз синусоидального напряжения, как показано ниже:

В этом переменном переменном токе можно увидеть чередующийся ток через центральную нулевую линию и через верхний положительный и нижний отрицательный пиковые уровни через определенный фазовый угол.

Этот фазовый угол можно увидеть экспоненциально увеличивающимся и уменьшающимся, что означает, что он постепенно растет и постепенно уменьшается.

Переменный цикл в сети переменного тока происходит 50 раз в секунду для сети 220 В и 60 раз в секунду для входов сети 120 В, как установлено стандартными правилами. Эта характеристика в 50 циклов называется частотой 50 Гц, а частота 60 Гц называется частотой 60 Гц для этих сетевых розеток в наших домах.

Всякий раз, когда мы включаем прибор или электронное устройство в сеть, он подвергается внезапному переходу фазы переменного тока, и если эта точка входа оказывается на пике фазового угла, это может означать, что на устройство подается максимальный ток. в точке включения.

Хотя большинство устройств будут готовы к этому и могут быть оснащены ступенями защиты с использованием резисторов, NTC или MOV, никогда не рекомендуется подвергать их таким внезапным непредсказуемым ситуациям.

Для решения такой проблемы используется каскад детектора перехода через нуль, который гарантирует, что всякий раз, когда гаджет включается от сети, схема перехода через ноль ожидает, пока цикл фазы переменного тока не достигнет нулевой линии, и в этот момент она включает сеть. питание гаджета.

Как разработать детектор пересечения нуля

Создать детектор перехода через ноль не сложно. Мы можем сделать это с помощью операционного усилителя, как показано ниже, но с использованием операционного усилителя для простой концепции, поскольку это выглядит излишним, поэтому мы также обсудим, как реализовать то же самое, используя обычную конструкцию на основе транзистора:

Схема детектора пересечения нуля операционного усилителя

Примечание: входной переменный ток должен быть от мостового выпрямителя.

На рисунке выше показана простая схема детектора перехода через нуль на базе 741 операционного усилителя, которую можно использовать для всех приложений, требующих выполнения на основе перехода через нуль.

Как видно, 741 настроен как компаратор , в котором его неинвертирующий вывод соединен с землей через диод 1N4148, что вызывает падение потенциала 0,6 В. на этом входном выводе.

Другой входной контакт # 2, который является инвертирующим контактом тер IC, используется для обнаружения пересечения нуля и подается с предпочтительным сигналом переменного тока.

Поскольку мы знаем, что до тех пор, пока потенциал контакта №3 ниже, чем контакт №2, выходной потенциал на контакте №6 будет 0В, и как только напряжение на контакте №3 поднимется выше контакта №2, выходное напряжение быстро переключится. до 12 В (уровень питания).

Следовательно, в пределах подаваемого входного сигнала переменного тока в периоды, когда фазное напряжение значительно выше нулевой линии или, по крайней мере, выше 0,6 В над нулевой линией, выход операционного усилителя показывает нулевой потенциал ... но в периоды, когда напряжение фаза собирается войти или пересечь нулевую линию, контакт № 2 испытывает опорный потенциал ниже 0,6 В, установленный для контакта № 3, что приводит к немедленному переключению выходного напряжения на 12 В.

Таким образом, выходной сигнал во время этих точек становится высоким уровнем 12 В, и эта последовательность запускается каждый раз, когда фаза пересекает нулевую линию своего фазового цикла.

Результирующую форму волны можно увидеть на выходе ИС, которая четко выражает и подтверждает обнаружение пересечения нуля ИС.

Использование оптопары BJT

Хотя описанный выше детектор перехода через нуль операционного усилителя очень эффективен, то же самое можно реализовать с помощью обычного оптопара BJT с достаточно хорошей точностью.

Примечание: входной переменный ток должен быть от мостового выпрямителя.

Ссылаясь на изображение выше, BJT в виде фототранзистора, связанного внутри оптопары, может быть эффективно сконфигурирован как простейшая схема детектора перехода через ноль .

Сеть переменного тока подается на светодиод операционного усилителя через резистор высокого номинала. Во время фазовых циклов, пока сетевое напряжение выше 2 В, фототранзистор остается в проводящем режиме, а выходная характеристика поддерживается на уровне около нуля вольт, однако в периоды, когда фаза достигает нулевой линии своего хода, светодиод внутри opto отключается, вызывая отключение транзистора, этот ответ мгновенно вызывает появление высокого логического уровня в указанной выходной точке конфигурации.

Схема практического применения с использованием обнаружения пересечения нуля

Практический пример схемы, использующей обнаружение пересечения нуля, можно увидеть ниже, здесь симистор никогда не разрешается переключать в любой другой фазовой точке, кроме точки пересечения нуля, всякий раз, когда включается питание.

Это гарантирует, что цепь всегда находится вдали от скачка тока включения и от связанных с этим опасностей.

Примечание: входной переменный ток должен быть от мостового выпрямителя.

В приведенной выше концепции симистор запускается через малосигнальный тиристор, управляемый PNP BJT. Этот PNP BJT сконфигурирован для выполнения определения перехода через нуль для предполагаемого безопасного переключения симистора и связанной нагрузки.

Каждый раз при включении питания SCR получает анодное питание от существующего источника триггера постоянного тока, однако его напряжение затвора включается только в момент, когда вход проходит через свою первую точку пересечения нуля.

Как только SCR срабатывает в безопасной точке пересечения нуля, он запускает симистор и подключенную нагрузку и, в свою очередь, становится фиксированным, обеспечивая постоянный ток затвора для симистора.

Такой вид переключения в точках пересечения нуля каждый раз при включении питания обеспечивает стабильное безопасное включение нагрузки, устраняя все возможные опасности, которые обычно связаны с внезапным включением питания в сети.

Устранение радиочастотного шума

Еще одно замечательное применение схемы детектора перехода через ноль - устранение шума в схемах переключения симисторов . Возьмем пример схема электронного регулятора освещенности , мы обычно обнаруживаем, что такие цепи излучают много радиочастотных шумов в атмосферу, а также в электрическую сеть, вызывая ненужный сброс гармоник.

Это происходит из-за быстрого пересечения проводимости симистора через положительные / отрицательные циклы через линию пересечения нуля ... особенно вокруг перехода пересечения нуля, когда симистор подвергается воздействию неопределенной зоны напряжения, вызывая быстрые переходные процессы тока, которые в очередь излучается как шум RF.

Детектор перехода через ноль, если он добавлен в схемы на основе симистора , устраняет это явление, позволяя симистору срабатывать только тогда, когда цикл переменного тока полностью пересекает нулевую линию, что обеспечивает чистое переключение симистора, тем самым устраняя переходные процессы RF.

Ссылка:

Цепь нулевого пересечения