Circuit de protecție la supratensiune de la rețea 230V c.a.

Majoritatea sursei de alimentare din zilele noastre sunt foarte fiabile datorită avansului tehnologic și preferințelor de proiectare mai bune, dar există întotdeauna șansa de defecțiune din cauza unui defect de fabricație sau poate fi tranzistorul principal de comutare sau MOSFET-ul merge prost. De asemenea, există posibilitatea ca acesta să eșueze din cauza supratensiunii la intrare, deși dispozitivele de protecție precum Varistorul de oxid metalic (MOV) pot fi utilizate ca protecție de intrare, dar odată ce un MOV se declanșează, acesta face dispozitivul inutil.

Pentru a rezolva această problemă, vom construi un dispozitiv de protecție la supratensiune cu un op-amp, care poate detecta tensiuni ridicate și poate reduce puterea de intrare într-o fracțiune de secundă, protejând dispozitivul de o supratensiune de înaltă tensiune. De asemenea, va exista un test detaliat al circuitului pentru a verifica proiectarea și funcționarea circuitului nostru. Următoarea examinare vă oferă o idee despre procesul de construcție și testare pentru acest circuit. Dacă sunteți interesat de proiectarea SMPS, puteți consulta articolele noastre anterioare despre sfaturi de proiectare SMPS PCB și tehnici de reducere SMI EMI.

Ce este protecția la supratensiune și de ce este atât de importantă?

Există mai multe moduri în care un circuit de alimentare poate eșua, unul dintre ele se datorează supratensiunii. Într-un articol anterior, am realizat un circuit de protecție la supratensiune pentru circuitul de curent continuu, puteți verifica dacă acest lucru vă interesează. Protecția la supratensiune poate fi ilustrată ca o caracteristică în care sursa de alimentare se oprește atunci când apare o stare de supratensiune, deși o situație de supratensiune apare mai rar, când acest lucru se întâmplă, face inutilă sursa de alimentare. De asemenea, impactul unei stări de supratensiune poate avea loc de la sursa de alimentare la circuitul principal, atunci când se întâmplă acest lucru, veți ajunge nu numai la o sursă de alimentare ruptă, ci și la un circuit întrerupt. motiv pentru care un circuit de protecție la supratensiune devine important în orice proiect electronic.

Deci, pentru a proiecta un circuit de protecție pentru situații de supratensiune, trebuie să eliminăm elementele de bază ale protecției la supratensiune. În tutorialele noastre de circuit de protecție anterioare, am proiectat multe circuite de protecție de bază care pot fi adaptate circuitului dvs., și anume, protecție la supratensiune, protecție la scurtcircuit, protecție împotriva polarității inversă, protecție la supracurent etc.

În acest articol, ne vom concentra pe un singur lucru, adică să realizăm un circuit de protecție la supratensiune de la rețeaua de intrare pentru a preveni distrugerea acestuia.

Cum funcționează circuitul de protecție la supratensiune la rețeaua 230V?

Pentru a înțelege elementele de bază ale circuitului de protecție la supratensiune, să separăm circuitul pentru a înțelege principiul de bază de funcționare al fiecărei părți a circuitului.

Inima acestui circuit este un amplificator OP, care este configurat ca un comparator. În schemă, avem un amplificator OP LM358 de bază, iar în Pin-6, avem tensiunea de referință generată de un regulator de tensiune LM7812 IC și pe pin-5, avem tensiunea de intrare care vine de la Tensiunea de alimentare. În această situație, dacă tensiunea de intrare depășește tensiunea de referință, ieșirea amplificatorului opțional va crește și, cu acel semnal înalt, putem conduce un tranzistor care pornește un releu, dar există o problemă uriașă în acest circuit., Datorită zgomotului semnalului de intrare, amplificatorul Op va oscila de multe ori înainte de a ajunge la un grajd,

Solutia este de a adăuga histerezis de declanșare Schmitt la intrare. Anterior am creat circuite precum Contorul de frecvență folosind Arduino și Capacitance Meter folosind Arduino, ambele folosind intrări de declanșare Schmitt, dacă doriți să aflați mai multe despre aceste proiecte, verificați-le. Configurând op-amp-ul cu feedback pozitiv, putem lărgi marja la intrare în funcție de nevoile noastre. După cum puteți vedea în imaginea de mai sus, am oferit feedback cu ajutorul R18 și R19, procedând astfel, am adăugat practic două tensiuni de prag, una este tensiunea de prag superioară, alta este tensiunea de prag inferioară.

Calculul valorilor componentelor pentru protecția la supratensiune

Dacă ne uităm la schemă, avem intrarea de rețea, pe care o rectificăm cu ajutorul unui redresor de punte, apoi o trecem printr-un divizor de tensiune care este realizat cu R9, R11 și R10, apoi îl filtrăm printr-un Condensator 22uF 63V.

După efectuarea calculului pentru divizorul de tensiune, vom obține o tensiune de ieșire de 3,17V, acum, trebuie să calculăm tensiunile de prag superioare și inferioare, Să presupunem că dorim să tăiem puterea când tensiunea de intrare ajunge la 270V. Acum, dacă facem din nou calculul divizorului de tensiune, vom obține o tensiune de ieșire de 3,56V, care este pragul nostru superior. Pragul nostru inferior rămâne la 3,17 V, deoarece am pus la pământ amplificatorul Op.

Acum, cu ajutorul unei formule simple de divizare a tensiunii, putem calcula cu ușurință tensiunile de prag superioare și inferioare. Luând schema ca referință, calculul este prezentat mai jos, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0,47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0V

Acum, după calcul, putem vedea clar că v-am setat tensiunea de prag superioară la 0,47 V peste nivelul declanșatorului cu ajutorul feedback-ului pozitiv.

Notă: Vă rugăm să rețineți că valorile noastre practice vor diferi puțin de valorile calculate din cauza toleranțelor rezistenței.

Circuit de protecție la tensiune de rețea

PCB-ul pentru circuitul nostru de protecție la supratensiune este proiectat pentru un singur bufet. Am folosit Eagle pentru a-mi proiecta PCB-ul, dar puteți utiliza orice software de proiectare la alegere. Imaginea 2D a designului plăcii mele este prezentată mai jos.

Se utilizează un diametru de urmărire suficient pentru a face ca pistele de putere să curgă curentul prin placa de circuit. Intrarea de rețea CA și secțiunea de intrare Transformator sunt create în partea stângă, iar ieșirea este creată în partea de jos pentru o mai bună utilizare. Fișierul complet de proiectare pentru Eagle împreună cu Gerber poate fi descărcat de pe linkul de mai jos.

GERBER pentru circuitul de protecție la supratensiune a rețelei

Acum, când Design-ul nostru este gata, este momentul în care fiecare și lipim placa. După terminarea procesului de gravare, găurire și lipire, placa arată ca imaginea de mai jos.

Testarea circuitului de protecție la supratensiune și curent

Pentru demonstrație, se folosește următorul aparat

Multimetru Meco 108B + TRMS
Multimetru Meco 450B + TRMS
Osciloscop Hantek 6022BE
9-0-9 Transformator
Bec de 40W (încărcare de test)

După cum puteți vedea din imaginea de mai sus, am pregătit această configurație de testare pentru a testa acest circuit, am lipit două fire în pinul și pinul 6 ale amplificatorului op, iar multimetrul meco 108B + arată tensiunea de intrare și multimetrul meco 450B + arată tensiunea de referință.

În acest circuit, transformatorul este alimentat de la o sursă de alimentare de 230V, iar de acolo puterea este alimentată către circuitul redresor ca intrare, ieșirea din transformator este, de asemenea, alimentată în placă, deoarece furnizează putere și tensiune de referință circuitului.

După cum puteți vedea din imaginea de mai sus, circuitul este pornit, iar tensiunea de intrare în multimetrul meco 450B + este mai mică decât tensiunea de referință, ceea ce înseamnă că ieșirea este pornită.

Acum, pentru a simula situația dacă reducem tensiunea de referință, ieșirea se va opri, detectând o stare de supratensiune, de asemenea, un LED roșu de pe placă se va aprinde, puteți observa că pe imaginea de mai jos.

Îmbunătățiri suplimentare

Pentru demonstrație, circuitul este construit pe un PCB cu ajutorul schemei, acest circuit poate fi ușor modificat pentru a-și îmbunătăți performanța, de exemplu, rezistențele pe care le-am folosit au toleranțe de 5%, folosind rezistențe nominale de 1% se pot îmbunătăți precizia circuitului.

Sper că ți-a plăcut articolul și ai învățat ceva util. Dacă aveți întrebări, le puteți lăsa în secțiunea de comentarii de mai jos sau puteți folosi forumurile noastre pentru a posta alte întrebări tehnice.