- Mi a túlfeszültség-védelem és miért olyan fontos?
- Hogyan működik a 230 V-os hálózati túlfeszültség-védelmi áramkör?
- A túlfeszültség-védelem alkatrészértékeinek kiszámítása
- Hálózati túlfeszültség-védelmi áramkör NYÁK-tervezése
- Túlfeszültség és áramvédő áramkör tesztelése
- További fejlesztések
Az áramellátás nagy része manapság nagyon megbízható a technológiai fejlődés és a jobb tervezési preferenciák miatt, de a gyártási hiba miatt mindig fennáll a meghibásodás esélye, vagy ez lehet a fő kapcsoló tranzisztor vagy a MOSFET megromlása. Ezenkívül fennáll annak a lehetősége, hogy a bemeneti túlfeszültség miatt meghibásodhat, bár olyan védőeszközök, mint a fémoxid-varisztor (MOV) használhatók bemeneti védelemként, de ha egy MOV elindul, használhatatlanná teszi az eszközt.
A probléma megoldására, fogunk építeni egy túlfeszültség védő eszköz egy op-erősítő, amely érzékeli a magas feszültség, és lehet vágni a bemeneti teljesítmény egy része a második védő eszköz egy nagyfeszültségű lökés. Ezenkívül az áramkör részletes tesztje is lesz, hogy ellenőrizzük az áramkör tervezését és működését. A következő vizsgálat képet ad az áramkör felépítéséről és teszteléséről. Ha foglalkozik az SMPS tervezéssel, megnézheti korábbi cikkeit az SMPS NYÁK-tervezési tippekről és az SMPS EMI csökkentési technikákról.
Mi a túlfeszültség-védelem és miért olyan fontos?
Az áramellátás áramköre sokféleképpen meghibásodhat, az egyik a túlfeszültségnek köszönhető. Egy korábbi cikkünkben túlfeszültség-védelmi áramkört készítettünk az egyenáramú áramkörhöz. Ezt ellenőrizheti, ha ez meghaladja az érdeklődését. A túlfeszültség-védelem olyan funkcióként szemléltethető, ahol a tápegység leáll, ha túlfeszültségi állapot lép fel, bár a túlfeszültség-helyzet ritkábban fordul elő, amikor ez megtörténik, használhatatlanná teszi az áramellátást. Ezenkívül a túlfeszültség hatása az áramellátástól a főáramkörig terjedhet, amikor ez megtörténik, akkor nemcsak megszakadt áramellátás, hanem megszakadt áramkör is lesz. éppen ezért a túlfeszültség-védelmi áramkör fontossá válik minden elektronikus tervezésnél.
Tehát a túlfeszültség-helyzetek védelmi áramkörének megtervezéséhez tisztáznunk kell a túlfeszültség-védelem alapjait. Korábbi védelmi áramkör-oktatóinkban számos alapvető védelmi áramkört terveztünk, amelyek adaptálhatók az áramkörébe, nevezetesen: Túlfeszültség-védelem, Rövidzárlat-védelem, Fordított polaritásvédelem, Túláramvédelem stb.
Ebben a cikkben csak egy dologra fogunk koncentrálni, nevezetesen egy bemeneti hálózati túlfeszültség-védelmi áramkör létrehozására, hogy megakadályozzuk annak megsemmisülését.
Hogyan működik a 230 V-os hálózati túlfeszültség-védelmi áramkör?
A túlfeszültség-védelmi áramkör alapjainak megértéséhez szedjük szét az áramkört annak érdekében, hogy megértsük az áramkör minden részének alapvető működési elvét.
Ennek az áramkörnek a szíve egy OP-Amp, amely komparátorként van konfigurálva. A sematikus ábrán van egy alap LM358 OP-erősítő, és annak Pin-6-ban megvan a referenciafeszültségünk, amelyet egy LM7812 feszültségszabályozó IC-ből és az 5-ös érintkezőből generálunk, megvan a bemeneti feszültségünk, tápfeszültség. Ebben a helyzetben, ha a bemeneti feszültség meghaladja a referenciafeszültséget, az op-amp kimenete magasra emelkedik, és ezzel a magas jellel tranzisztort vezethetünk, amely bekapcsol egy relét, de ebben az áramkörben óriási probléma rejlik, A bemeneti jel zaja miatt az Op-erősítő sokszor oszcillál, mielőtt stabil állapotba kerül,
A megoldás az, hogy a bemenetnél hozzáadjuk a Schmitt kiváltó művelet hiszterézisét. Korábban olyan áramköröket készítettünk, mint az Arduino és a Capacitance Meter, az Arduino használatával, és mindkettő Schmitt trigger bemeneteket használ. Ha többet szeretne megtudni ezekről a projektekről, ellenőrizze ezeket. Az op-amp pozitív visszacsatolással történő konfigurálásával szükség esetén bővíthetjük a bemenet margóját. Amint a fenti képen látható, az R18 és R19 segítségével visszajelzést adtunk ezáltal, gyakorlatilag két küszöbfeszültséget adtunk hozzá, az egyik a felső küszöbfeszültség, a másik az alsó küszöbfeszültség.
A túlfeszültség-védelem alkatrészértékeinek kiszámítása
Ha megnézzük a vázlatos, van hálózati bemenet, amit orvosolni, hogy a segítségével egy híd egyenirányító, majd rakjuk egy feszültségosztó, amely készül R9, R11 és R10, akkor szűrje át egy 22uF 63V kondenzátor.
A feszültségosztó számításának elvégzése után 3,17 V kimeneti feszültséget kapunk, most ki kell számolnunk a felső és az alsó küszöbfeszültséget. Tegyük fel, hogy csökkenteni akarjuk az áramot, amikor a bemeneti feszültség eléri a 270 V-ot. Most, ha újra elvégezzük a feszültségosztó számítását, 3,56V kimeneti feszültséget kapunk, ami a felső küszöbértékünk. Alsó küszöbünk 3,17 V-nál marad, mivel földeltük az Op-erősítőt.
Most egy egyszerű feszültségosztó képlet segítségével könnyen kiszámíthatjuk a felső és az alsó küszöbfeszültséget. A vázlatot referenciaként véve a számítás az alábbiakban látható, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1.5M + 62K) = 0.47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1.5M + 62K) = 0V
Most, a számítás után egyértelműen láthatjuk, hogy a pozitív visszacsatolás segítségével a felső küszöbfeszültséget 0,47 V-ra állítottuk be a kiváltó szint felett.
Megjegyzés: Felhívjuk figyelmét, hogy gyakorlati értékeink az ellenállási tűrések miatt kissé eltérnek a számított értékektől.
Hálózati túlfeszültség-védelmi áramkör NYÁK-tervezése
A hálózati túlfeszültség-védelmi áramkörünk nyomtatott áramköre egyetlen tálcához van tervezve. Az Eagle-t használtam a NYÁK tervezéséhez, de bármilyen tetszőleges Design szoftvert használhat. Az alaplapom 2D képe az alábbiakban látható.
Megfelelő nyomátmérőt használnak arra, hogy az erőpályák áramot áramoljanak az áramköri lapon. Az AC hálózati bemenet és a Transformer bemeneti szakasz a jobb oldalon, a kimenet pedig az alsó oldalon jön létre a jobb használhatóság érdekében. Az Eagle teljes tervezési fájlja és a Gerber az alábbi linkről tölthető le.
- GERBER hálózati túlfeszültség-védelmi áramkörhöz
Most, hogy a tervünk készen áll, itt az ideje, és forrasztani kell a táblát. A maratás, a fúrás és a forrasztás befejezése után a tábla úgy néz ki, mint az alábbi kép.
Túlfeszültség és áramvédő áramkör tesztelése
A demonstrációhoz a következő berendezést használják
- Meco 108B + TRMS multiméter
- Meco 450B + TRMS multiméter
- Hantek 6022BE oszcilloszkóp
- 9-0-9 Transformer
- 40 W-os izzó (tesztterhelés)
Amint az a fenti képen látható, elkészítettem ezt a tesztelést az áramkör teszteléséhez. Forrasztottam két vezetéket az Op-amp5 és pin6 tűibe, és a meco 108B + multiméter mutatja a bemeneti feszültséget, és a meco 450B + multiméter a referenciafeszültséget mutatja.
Ebben az áramkörben a transzformátort 230 V-os hálózati tápfeszültségről táplálják, és onnan az egyenirányító áramkörébe táplálják az energiát bemenetként, a transzformátor kimenetét pedig a kártya is táplálja, mivel ez áramot és referenciafeszültséget szolgáltat az áramkörnek.
Amint a fenti képen látható, az áramkör be van kapcsolva, és a meco 450B + multiméter bemeneti feszültsége kisebb, mint a referenciafeszültség, ami azt jelenti, hogy a kimenet be van kapcsolva.
Most, hogy szimuláljuk a helyzetet, ha csökkentjük a referenciafeszültséget, a kimenet kikapcsol, érzékelve a túlfeszültség állapotát, és a táblán egy piros LED is kigyullad, ezt megfigyelheti az alábbi képen.
További fejlesztések
A bemutatáshoz az áramkört a vázlat segítségével egy NYÁK-ra építik, ez az áramkör könnyen módosítható a teljesítményének javítása érdekében, például az általam használt ellenállások mindegyike 5% -os tűréssel rendelkezik, az 1% -os névleges ellenállások használata javulhat az áramkör pontossága.
Remélem, tetszett a cikk, és valami hasznosat tanult. Ha bármilyen kérdése van, hagyja őket az alábbi megjegyzés részben, vagy fórumunkon keresztül további technikai kérdéseket tehet fel.