230V vekselstrøm over beskyttelseskrets

Det meste av strømforsyningen i disse dager er veldig pålitelig på grunn av fremskritt innen teknologi og bedre designpreferanser, men det er alltid en sjanse for feil på grunn av en produksjonsfeil, eller det kan være hovedbrytertransistoren eller MOSFET som går dårlig. Det er også en mulighet for at den kan mislykkes på grunn av overspenning på inngangen, selv om beskyttelsesenheter som Metal Oksid Varistor (MOV) kan brukes som inngangsbeskyttelse, men når en MOV utløser, gjør den enheten ubrukelig.

For å løse dette problemet, skal vi bygge en overspenningsbeskyttelsesenhet med en op-amp, som kan oppdage høye spenninger og kan kutte av inngangseffekten i en brøkdel av et sekund som beskytter enheten mot en høyspenningsbølge. Det vil også være en detaljert test av kretsen for å verifisere design og funksjon av kretsen. Den følgende undersøkelsen gir deg en ide om bygging og testprosessen for denne kretsen. Hvis du er interessert i SMPS Design, kan du sjekke ut våre tidligere artikler om SMPS PCB Design Tips og SMPS EMI Reduction Techniques.

Hva er overspenningsvern og hvorfor er det så viktig?

Det er mange måter en strømforsyningskrets kan mislykkes på, en av dem skyldes overspenning. I en tidligere artikkel har vi laget en overspenningsbeskyttelseskrets for DC-kretsen, du kan sjekke det ut hvis det topper din interesse. Overspenningsvern kan illustreres som en funksjon der strømforsyningen slås av når en overspenningstilstand oppstår, selv om en overspenningssituasjon oppstår sjeldnere, når det skjer, gjør det strømforsyningen ubrukelig. Effekten av en overspenningstilstand kan også utføres fra strømforsyningen til hovedkretsen. Når det skjer, vil du ende opp med ikke bare en ødelagt strømforsyning, men også med en ødelagt krets. det er grunnen til at en overspenningsvernkrets blir viktig i ethvert elektronisk design.

Så for å utforme en beskyttelseskrets for overspenningssituasjoner, må vi rydde ut det grunnleggende om overspenningsbeskyttelse. I våre tidligere opplæringer om beskyttelseskrets har vi designet mange grunnleggende beskyttelseskretser som kan tilpasses kretsen din, nemlig overspenningsbeskyttelse, kortslutningsbeskyttelse, omvendt polaritetsbeskyttelse, overstrømsbeskyttelse, etc.

I denne artikkelen vil vi konsentrere oss om bare én ting, det er å lage en inngangsstrøm for overspenningsbeskyttelse for å forhindre at den blir ødelagt.

Hvordan fungerer 230V nettoverspenningsvernkrets?

For å forstå det grunnleggende i overspenningsvernkretsen, la oss ta kretsen fra hverandre for å forstå det grunnleggende arbeidsprinsippet til alle deler av kretsen.

Hjertet i denne kretsen er en OP-Amp, som er konfigurert som en komparator. I skjemaet har vi en grunnleggende LM358 OP-amp og i sin Pin-6 har vi vår referansespenning som genereres fra en LM7812 spenningsregulator IC og på pin-5 har vi inngangsspenningen som kommer fra hovedstrømmen forsyningsspenningen. I denne situasjonen, hvis inngangsspenningen overgår referansespenningen, vil utgangseffekten til op-amp bli høy, og med det høye signalet kan vi kjøre en transistor som slår på et relé, men det ligger et stort problem i denne kretsen, På grunn av støy i inngangssignalet, vil Op-amp svinge mange ganger før det kommer til en stabil,

Den løsning er å legge til hysteresen av Schmitt-trigger virkning på inngangen. Tidligere har vi laget kretser som Frequency Counter ved hjelp av Arduino og Capacitance Meter ved hjelp av Arduino, som begge bruker Schmitt trigger- innganger. Hvis du vil lære mer om disse prosjektene, må du sjekke ut disse. Ved å konfigurere op-amp med positiv tilbakemelding, kan vi utvide margen ved inngangen i henhold til våre behov. Som du kan se på bildet ovenfor, har vi gitt tilbakemelding ved hjelp av R18 & R19 ved å gjøre det, vi har praktisk talt lagt til to terskelspenninger, en er den øvre terskelspenningen, en annen er den nedre terskelspenningen.

Beregning av komponentverdiene for beskyttelse mot overspenning

Hvis vi ser på skjematisk, har vi strøminngangen vår, som vi retter på ved hjelp av en bro likeretter, så legger vi den gjennom en spenningsdeler som er laget med R9, R11 og R10, så filtrerer vi den gjennom en 22uF 63V kondensator.

Etter å ha gjort beregningen for spenningsdeleren, vil vi få en utgangsspenning på 3,17V, nå må vi beregne øvre og nedre terskelspenning, La oss si at vi vil kutte strøm når inngangsspenningen når 270V. Nå hvis vi gjør spenningsdelerberegningen igjen, vil vi få en utgangsspenning på 3,56V, som er vår øvre terskel. Den nedre terskelen vår holder seg på 3.17V ettersom vi har jordet Op-amp.

Nå, ved hjelp av en enkel spenningsdelerformel, kan vi enkelt beregne øvre og nedre terskelspenning. Tar skjematisk som referanse beregningen er vist nedenfor, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0,47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0V

Nå, etter beregningen, kan vi tydelig se at vi har satt den øvre terskelspenningen til 0,47V over utløsernivået ved hjelp av den positive tilbakemeldingen.

Merk: Vær oppmerksom på at de praktiske verdiene våre vil avvike litt fra de beregnede verdiene på grunn av motstandstoleranser.

Strømoverspenningsbeskyttelseskrets PCB-design

PCB for vår overspenningsvernkrets er designet for en enkelt skjenk. Jeg har brukt Eagle til å designe PCB-en, men du kan bruke hvilken som helst designprogramvare du ønsker. 2D-bildet av taveldesignet mitt er vist nedenfor.

En tilstrekkelig spordiameter brukes til å få kraftsporene til å strømme strømmen gjennom kretskortet. AC-inngangen og transformatorinngangsseksjonen er opprettet på venstre side, og utgangen blir opprettet på undersiden for bedre brukervennlighet. Den komplette designfilen for Eagle sammen med Gerber kan lastes ned fra lenken nedenfor.

• GERBER for beskyttelseskrets for nettoverspenning

Nå som Designet vårt er klart, er det tid for hver og loddbrettet. Etter at etsingen, boringen og loddeprosessen er ferdig, ser brettet ut som bildet vist nedenfor.

Testing av overspenning og strømbeskyttelseskrets

For demonstrasjonen brukes følgende apparater

1. Meco 108B + TRMS multimeter
2. Meco 450B + TRMS multimeter
3. Hantek 6022BE oscilloskop
4. 9-0-9 Transformator
5. 40W lyspære (testbelastning)

Som du kan se fra bildet ovenfor, har jeg forberedt dette testoppsettet for å teste denne kretsen, jeg har loddet to ledninger i pin5 og pin6 på Op-amp og meco 108B + Multimeter viser inngangsspenningen og meco 450B + Multimeter viser referansespenningen.

I denne kretsen får transformatoren strøm fra 230V strømforsyning, og derfra blir strømmen matet til likeretterkretsen som inngang, og utgangen fra transformatoren blir også matet inn i kortet da den gir strøm og referansespenning til kretsen..

Som du kan se fra bildet ovenfor, er kretsen på, og inngangsspenningen i meco 450B + Multimeter er mindre enn referansespenningen, noe som betyr at utgangen er på.

Nå for å simulere situasjonen hvis vi reduserer referansespenningen, vil utgangen slå seg av, oppdage en overspenningstilstand, også en rød LED på kortet vil slå på, du kan observere det på bildet nedenfor.

Ytterligere forbedringer

For demonstrasjonen er kretsen konstruert på et kretskort ved hjelp av skjematisk, denne kretsen kan enkelt modifiseres for å forbedre ytelsen, for eksempel har motstandene jeg har brukt alle 5% toleranser, ved å bruke 1% nominelle motstander kan forbedre kretsens nøyaktighet.

Håper du likte artikkelen og lærte noe nyttig. Hvis du har spørsmål, kan du legge dem igjen i kommentarfeltet nedenfor eller bruke forumene våre til å legge ut andre tekniske spørsmål.