230V променливотоково напрежение над верига за защита от напрежение

По-голямата част от електрозахранването в наши дни е много надеждно поради напредъка в технологиите и по-добрите предпочитания към дизайна, но винаги има шанс за повреда поради производствен дефект или може да се окаже, че основният превключващ транзистор или MOSFET се повредят. Също така, има вероятност той да се провали поради пренапрежение на входа, въпреки че защитни устройства като Metal Oxide Varistor (MOVs) могат да се използват като защита на входа, но след като MOV се задейства, това прави устройството безполезно.

За да разрешим този проблем, ще изградим устройство за защита от пренапрежение с операционен усилвател, което може да открива високи напрежения и може да намали входната мощност за части от секундата, защитавайки устройството от пренапрежение с високо напрежение. Също така ще има подробен тест на веригата, за да се провери нашият дизайн и работа на веригата. Следващият преглед ви дава представа за процеса на изграждане и тестване на тази схема. Ако се занимавате с SMPS Design, можете да разгледате предишните ни статии за SMPS PCB Design Tips и SMPS EMI Techniques Reduction.

Какво е защита от пренапрежение и защо е толкова важно?

Има много начини, по които веригата на захранването може да се повреди, един от тях се дължи на пренапрежение. В предишна статия направихме схема за защита от пренапрежение за веригата за постоянен ток, можете да проверите това, ако това върши интереса ви. Защитата от пренапрежение може да бъде илюстрирана като характеристика, при която захранването се изключва, когато възникне състояние на пренапрежение, въпреки че ситуацията с пренапрежение се появява по-рядко, когато това се случи, прави захранването безполезно. Също така въздействието на състояние на пренапрежение може да се извърши от захранването към основната верига, когато това се случи, ще получите не само прекъснато захранване, но и прекъсната верига. поради което веригата за защита от пренапрежение става важна при всеки електронен дизайн.

Така че, за да проектираме схема за защита при ситуации от пренапрежение, трябва да изясним основите на защитата от пренапрежение. В предишните ни уроци за схеми за защита, ние сме проектирали много основни схеми за защита, които могат да бъдат адаптирани към вашата верига, а именно, защита от пренапрежение, защита от късо съединение, защита от обратна полярност, защита от претоварване и др.

В тази статия ще се концентрираме само върху едно нещо, а именно да направим входна мрежова верига за защита от пренапрежение, за да предотвратим нейното унищожаване.

Как работи мрежата за защита от пренапрежение 230V?

За да разберем основите на веригата за защита от пренапрежение, нека разглобим веригата, за да разберем основния принцип на работа на всяка част от веригата.

Сърцевината на тази схема е OP-усилвател, който е конфигуриран като компаратор. В схемата имаме основен LM358 OP-усилвател, а в неговия Pin-6 имаме нашето референтно напрежение, което се генерира от LM7812 IC регулатор на напрежение, а на pin-5 имаме нашето входно напрежение, което идва от основната захранващо напрежение. В тази ситуация, ако входното напрежение надвиши референтното напрежение, изходът на операционния усилвател ще се повиши и с този висок сигнал можем да задвижваме транзистор, който включва реле, но в тази верига се крие огромен проблем, Поради шум във входния сигнал, Op-усилвателят ще трепне много пъти, преди да достигне стабилно,

В решение е да се добави хистерезис на Шмит спусъка действие на входа. Преди това сме направили вериги като честотомер, използващи Arduino и Капацитет Meter използвайки Arduino и двете от които използва Шмит задейства входове, ако искате да научите повече за тези проекти, да направят проверка на тези навън. Чрез конфигуриране на операционния усилвател с положителна обратна връзка, можем да разширим полето на входа според нашите нужди. Както можете да видите на горното изображение, ние предоставихме обратна връзка с помощта на R18 и R19, като направихме това, на практика добавихме две прагови напрежения, едното е напрежението на горния праг, другото е напрежението на долния праг.

Изчисляване на стойностите на компонентите за защита от пренапрежение

Ако разгледаме схемата, имаме мрежов вход, който го коригираме с помощта на мостов токоизправител, след това го поставяме през делител на напрежението, който е направен с R9, R11 и R10, след което го филтрираме през 22uF 63V кондензатор.

След като направим изчислението за делителя на напрежението, ще получим изходно напрежение от 3.17V, сега трябва да изчислим горното и долното напрежение на прага, Да кажем, че искаме да намалим мощността, когато входното напрежение достигне 270V. Сега, ако отново направим изчислението на делителя на напрежението, ще получим изходно напрежение от 3,56 V, което е нашият горен праг. Долният ни праг остава на 3.17V, тъй като сме заземили Op-amp.

Сега, с помощта на проста формула на делителя на напрежението, можем лесно да изчислим горното и долното напрежение на прага. Вземайки схемата за справка, изчислението е показано по-долу, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1.5M + 62K) = 0.47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1.5M + 62K) = 0V

Сега, след изчислението, можем ясно да видим, че сме настроили горното прагово напрежение на 0.47V над нивото на задействане с помощта на положителната обратна връзка.

Забележка: Моля, обърнете внимание, че нашите практически стойности ще се различават малко от изчислените ни стойности поради толерансите на резистора.

Проектиране на печатни платки на веригата за защита от напрежение

Печатната платка за нашата верига за защита от пренапрежение е проектирана за единичен бюфет. Използвал съм Eagle за проектиране на моята PCB, но можете да използвате всеки софтуер за дизайн по ваш избор. 2D изображението на моя дизайн на дъска е показано по-долу.

Достатъчен диаметър на следата се използва, за да направят силовите коловози да преминават тока през платката. Входната мрежа за променлив ток и секцията за вход на трансформатора са създадени от лявата страна, а изходът е създаден от долната страна за по-добра използваемост. Пълният файл за дизайн на Eagle заедно с Gerber може да бъде изтеглен от линка по-долу.

GERBER за верига за защита от пренапрежение на мрежата

Сега, когато нашият дизайн е готов, е време всеки да запоява дъската. След като процесът на офорт, пробиване и запояване приключи, дъската изглежда като изображението, показано по-долу.

Тестване на верига за защита от напрежение и ток

За демонстрация се използва следният апарат

Мултиметър Meco 108B + TRMS
Мултиметър Meco 450B + TRMS
Осцилоскоп Hantek 6022BE
9-0-9 Трансформатор
40W крушка (тестово натоварване)

Както можете да видите от горното изображение, аз съм подготвил тази тестова настройка, за да тествам тази схема, аз съм запоил два проводника в pin5 и pin6 на Op-усилвателя и meco 108B + Multimeter показва входното напрежение и meco 450B + Multimeter показва еталонното напрежение.

В тази схема трансформаторът се захранва от мрежово захранване 230V и от там захранването се подава към токоизправителната верига като вход, изходът от трансформатора също се подава в платката, тъй като осигурява мощност и референтно напрежение на веригата.

Както можете да видите от горното изображение, веригата е включена и входното напрежение в мултиметъра meco 450B + е по-малко от референтното напрежение, което означава, че изходът е включен.

Сега, за да симулираме ситуацията, ако намалим референтното напрежение, изходът ще се изключи, откривайки състояние на пренапрежение, също така ще се включи червен светодиод на платката, можете да го наблюдавате на изображението по-долу.

Допълнителни подобрения

За демонстрация веригата е конструирана на печатни платки с помощта на схемата, тази схема може лесно да бъде модифицирана, за да се подобрят нейните характеристики, например, резисторите, които съм използвал, имат 5% допустими отклонения, използването на 1% номинални резистори може да подобри точността на веригата.

Надявам се, че статията ви е харесала и сте научили нещо полезно. Ако имате някакви въпроси, можете да ги оставите в раздела за коментари по-долу или да използвате нашите форуми, за да публикувате други технически въпроси.