Hogyan készítsünk egy nulla kereszteződés-érzékelő áramkört

A nulla keresztezési érzékelő áramkör létrehozása valójában nagyon egyszerű, és hatékonyan alkalmazható az érzékeny elektronikus berendezések védelmére a hálózati kapcsoló BE túlfeszültségei ellen.

A nulla kereszteződés-érzékelő áramkört főleg arra használják, hogy megvédjék az elektronikus eszközöket a bekapcsolási túlfeszültségektől azáltal, hogy az áramellátás bekapcsolása alatt a hálózati fázis mindig az első nulla keresztezési pontján „lép be” az áramkörbe.
Furcsa módon, kivéve a „wikipédiát”, eddig egyetlen legnépszerűbb online webhely sem foglalkozott a nulla keresztezésű detektor koncepciójának ezzel a kulcsfontosságú alkalmazásával, remélem, hogy a bejegyzés elolvasása után frissítik cikkeiket.

Mi az a nulla keresztezésű detektor?

Mindannyian tudjuk, hogy a hálózati váltóáramú fázisunk váltakozó szinuszos feszültségfázisokból áll, az alábbiak szerint:

Ebben a váltakozó váltakozó áramban az áram látható a központi nulla vonalon, valamint a felső pozitív és az alsó negatív csúcsszinteken váltakozva, egy adott fázisszögön keresztül.

Ez a fázisszög exponenciálisan látható és csökken, vagyis fokozatosan növekszik és csökken.

A váltakozó ciklus váltakozó áramban másodpercenként 50-szer fordul elő 220 V-os hálózatnál, és 60-szor másodpercenként 120 V-os hálózati bemeneteknél, a standard szabályok szerint. Ezt az 50 ciklusos reakciót 50 Hz frekvenciának, a 60 Hz-et 60 Hz frekvenciának nevezzük ezeknek a hálózati csatlakozóknak otthonainkban.

Amikor bekapcsolunk egy készüléket vagy egy elektronikus eszközt a hálózatra, hirtelen belép az AC fázisba, és ha ez a belépési pont a fázisszög csúcsán van, az azt jelenti, hogy a készülékre maximális áramot kényszerítenek a bekapcsolási ponton.

Bár a legtöbb eszköz erre készen áll, és esetleg ellenállásokkal, vagy NTC vagy MOV védelmi fokozatokkal lesz ellátva, soha nem ajánlott ilyen hirtelen kiszámíthatatlan helyzeteknek kitenni őket.

Egy ilyen probléma megoldására egy nulla kereszteződés-érzékelő fokozatot használnak, amely biztosítja, hogy amikor egy kütyüt hálózati feszültséggel kapcsolnak be, a nulla keresztező áramkör megvárja, amíg az AC fázis-ciklus eléri a nulla vonalat, és ekkor bekapcsolja a hálózatot áramellátás a szerkentyűhöz.

Hogyan tervezzünk egy nulla kereszteződés-érzékelőt

A nulla keresztezésű detektor megtervezése nem nehéz. Opamp segítségével készíthetjük el, amint az alább látható, azonban opampot használunk egy egyszerű koncepcióhoz, mivel ez túlzottnak tűnik, ezért megvitatjuk azt is, hogyan lehet ezt megvalósítani egy közönséges tranzisztor alapú tervezéssel:

Opamp nulla kereszteződés érzékelő áramkör

Megjegyzés: Az AC bemenetnek Bridge Rectifier-től kell származnia

A fenti ábra egy egyszerű 741 opamp alapú nulla kereszteződés detektor áramkört mutat, amely minden olyan alkalmazáshoz használható, amely nulla keresztezésen alapuló végrehajtást igényel.

Mint látható, a A 741 összehasonlítóként van konfigurálva ahol nem invertáló csapja 1N4148 diódán keresztül csatlakozik a földhöz, ami 0,6 V esési potenciált okoz ezen a bemeneti csapon.

A másik # 2 bemeneti tű, amely az iC invertáló csapja, a nulla kereszteződés detektálására szolgál, és az előnyös váltakozó áramú jelrel együtt kerül alkalmazásra.

Mivel tudjuk, hogy amíg a # 3 tűs potenciál alacsonyabb, mint a # 2, addig a # 6 tű kimeneti potenciálja 0V lesz, és amint a # 3 tű feszültsége meghaladja a # 2 tűt, a kimeneti feszültség gyorsan átkapcsol 12 V-ra (tápfeszültség).

Ezért a táplált bemeneti AC jelen belül azokban az időszakokban, amikor a fázisfeszültség jóval meghaladja a nulla vonalat, vagy legalább a 0,6 V fölött van a nulla vonalon, az opamp kimenet nulla potenciált mutat .... de azokban az időszakokban, amikor a szakasz hamarosan belép vagy átmegy a nulla vonalon, a # 2 tű megtapasztalja a 0,6 V referencia alatti potenciált, amint az a # 3 tűre van beállítva, ami a kimenet azonnali visszaállását 12 V-ra váltja.

Így a kimenet ezekben a pontokban 12v magas szintre változik, és ez a sorrend tovább vált ki, amikor a fázis átlépi fázisciklusának nulla vonalát.

Az így kapott hullámforma látható az IC kimenetén, amely egyértelműen kifejezi és megerősíti az IC nullpont kereszteződésének detektálását.

Opto-csatoló BJT áramkör használata

Bár a fent tárgyalt opamp nulla keresztezési detektor nagyon hatékony, ugyanez megvalósítható egy közönséges BJT opto csatolóval, meglehetősen jó pontossággal.

Megjegyzés: Az AC bemenetnek Bridge Rectifier-től kell származnia

A fenti képre hivatkozva a BJT egy fototranzisztor formájában, amely egy opto csatolóban van társítva, hatékonyan konfigurálható a legegyszerűbb nulla keresztezésű detektor áramkör .

A váltóáramú hálózatot nagy értékű ellenálláson keresztül táplálják az opamp LED-jére. Fázisciklusai alatt, amíg a hálózati feszültség meghaladja a 2 V-ot, a fototranzisztor vezető üzemmódban marad, és a kimeneti válasz nulla volt közelében van, azonban amikor a fázis eléri az utazás nulla vonalát, a LED a Az opto kikapcsol, így a tranzisztor is kikapcsol, ez a válasz azonnal magas logikát eredményez a konfiguráció jelzett kimeneti pontján.

Gyakorlati alkalmazási áramkör nulla keresztezési érzékeléssel

Az alábbiakban egy nulla keresztezési detektálást alkalmazó gyakorlati példa látható, itt a triacot soha nem szabad kapcsolni a nulla keresztezési pont kivételével más fázisban, amikor a tápellátás be van kapcsolva.

Ez biztosítja, hogy az áramkört mindig távol tartsák a bekapcsolt áram áramlökésétől és a vonatkozó veszélyektől.

Megjegyzés: Az AC bemenetnek Bridge Rectifier-től kell származnia

A fenti koncepcióban egy triacot egy kis SCR jelen keresztül lőnek ki, amelyet egy PNP BJT vezérel. Ez a PNP BJT úgy van konfigurálva, hogy nulla keresztezési érzékelést hajtson végre a triac és a hozzá tartozó terhelés tervezett biztonságos kapcsolásához.

Az áramellátás bekapcsolásakor az SCR bármikor megkapja anódellátását a meglévő egyenáramú kioldó forrásból, azonban kapufeszültsége csak akkor kapcsol be, amikor a bemenet átmegy az első nulla keresztezési pontján.

Miután az SCR a biztonságos nulla keresztezési ponton elindult, kilövi a triacot és a csatlakoztatott terhelést, és ezután reteszelődik, biztosítva a triac folyamatos kapuáramát.

Ez a fajta kapcsolás a nulla átkelési ponton minden bekapcsoláskor biztosítja a terhelés következetes biztonságos bekapcsolását, kiküszöbölve az összes lehetséges veszélyt, amely általában a hálózati hirtelen bekapcsoláshoz kapcsolódik.

RF zaj megszüntetése

A nulla keresztezésű detektor áramkör másik nagyszerű alkalmazása kiküszöbölve a triac kapcsoló áramkörök zaját . Vegyünk egy an példáját elektronikus fénytompító áramkör , általában azt találjuk, hogy az ilyen áramkörök sok RF-zajt bocsátanak ki a légkörbe és a hálózati hálózatba is, ami szükségtelen felharmonikusokat okoz.

Ez a pozitív és negatív ciklusokon átívelő triakvezetés gyors kereszteződése miatt következik be a nulla keresztezési vonalon keresztül ... különösen a nulla kereszteződés átmenete körül, ahol a triac egy meghatározatlan feszültségzónába kerül, ami gyors áramátmeneteket eredményez, amelyek fordulatot RF zajként bocsátják ki.

Zéró kereszteződés-érzékelő, ha hozzá van adva a triac alapú áramkörökhöz , kiküszöböli ezt a jelenséget azzal, hogy csak akkor engedi meg a triacot, ha az AC ciklus tökéletesen átlépte a nulla vonalat, ami biztosítja a triac tiszta kapcsolását, ezzel kiküszöbölve az RF tranzienseket.

Referencia:

Zero Crossing Circuit