230V AC netspanningsbeveiligingscircuit

Het grootste deel van de stroomvoorziening is tegenwoordig zeer betrouwbaar vanwege de vooruitgang in technologie en betere ontwerpvoorkeuren, maar er is altijd een kans op uitval als gevolg van een fabricagefout of het kan de hoofdschakeltransistor of de MOSFET zijn die kapot gaat. Er is ook een mogelijkheid dat het defect raakt als gevolg van overspanning aan de ingang, hoewel beveiligingsapparatuur zoals Metal Oxide Varistor (MOV's) kan worden gebruikt als ingangsbescherming, maar zodra een MOV wordt geactiveerd, wordt het apparaat onbruikbaar.

Om dit probleem op te lossen, gaan we een overspanningsbeveiligingsapparaat bouwen met een op-amp, die hoge spanningen kan detecteren en het ingangsvermogen in een fractie van een seconde kan onderbreken om het apparaat te beschermen tegen een hoge spanningspiek. Er zal ook een gedetailleerde test van het circuit zijn om ons ontwerp en de werking van het circuit te verifiëren. Het volgende onderzoek geeft u een idee over het bouw- en testproces voor deze schakeling. Als je van SMPS Design houdt, kun je onze eerdere artikelen over SMPS PCB Design Tips en SMPS EMI Reduction Techniques bekijken.

Wat is overspanningsbeveiliging en waarom is het zo belangrijk?

Er zijn veel manieren waarop een stroomvoorzieningscircuit kan uitvallen, een daarvan is te wijten aan overspanning. In een vorig artikel hebben we een overspanningsbeveiligingscircuit gemaakt voor het DC-circuit, dat kun je checken als dat je interesse wekt. Overspanningsbeveiliging kan worden geïllustreerd als een functie waarbij de voeding wordt uitgeschakeld wanneer een overspanningstoestand optreedt, hoewel een overspanningssituatie minder vaak voorkomt, wanneer dat gebeurt, wordt de voeding onbruikbaar. Ook kan de impact van een overspanningstoestand optreden van de stroomtoevoer naar het hoofdcircuit, wanneer dat gebeurt, krijgt u niet alleen een kapotte stroomtoevoer maar ook een kapot circuit. daarom wordt een overspanningsbeveiligingscircuit belangrijk in elk elektronisch ontwerp.

Dus om een beveiligingscircuit te ontwerpen voor overspanningssituaties, moeten we de basisprincipes van overspanningsbeveiliging opruimen. In onze eerdere tutorials over beveiligingscircuits hebben we veel basisbeveiligingscircuits ontworpen die in uw circuit kunnen worden aangepast, namelijk overspanningsbeveiliging, kortsluitbeveiliging, beveiliging tegen omgekeerde polariteit, overstroombeveiliging, enz.

In dit artikel zullen we ons op slechts één ding concentreren, namelijk het maken van een overspanningsbeveiligingscircuit op het ingangsnet om te voorkomen dat het beschadigd raakt.

Hoe werkt het 230V-overspanningsbeveiligingscircuit?

Om de basisprincipes van het overspanningsbeveiligingscircuit te begrijpen, laten we het circuit uit elkaar halen om het basiswerkprincipe van elk onderdeel van het circuit te begrijpen.

Het hart van dit circuit is een OP-Amp, die is geconfigureerd als een comparator. In het schema hebben we een basis LM358 OP-amp en in de Pin-6 hebben we onze referentiespanning die wordt gegenereerd door een LM7812-spanningsregelaar-IC en op pin-5 hebben we onze ingangsspanning die van de hoofdstroom komt. voedingsspanning. In deze situatie, als de ingangsspanning de referentiespanning overtreft, zal de uitgang van de op-amp hoog worden, en met dat hoge signaal kunnen we een transistor aansturen die een relais inschakelt, maar er schuilt een enorm probleem in dit circuit Vanwege ruis in het ingangssignaal zal de Op-amp vele malen oscilleren voordat hij naar een stabiele,

De oplossing is om hysterese van Schmitt-triggeractie aan de ingang toe te voegen. Eerder hebben we circuits gemaakt zoals Frequency Counter met Arduino en Capacitance Meter met Arduino, die beide Schmitt- trigger- ingangen gebruiken, als je meer wilt weten over deze projecten, bekijk die dan eens. Door de op-amp met positieve feedback te configureren, kunnen we de marge bij de invoer vergroten volgens onze behoeften. Zoals je kunt zien in de bovenstaande afbeelding, hebben we feedback gegeven met behulp van R18 & R19 door dit te doen, we hebben praktisch twee drempelspanningen toegevoegd, een is de bovenste drempelspanning, een andere is de onderste drempelspanning.

Berekening van de componentwaarden voor overspanningsbeveiliging

Als we kijken naar het schema, hebben we onze netingang, die wij corrigeren met behulp van een brug gelijkrichter, dan zetten we het door een spanningsdeler die wordt gemaakt met R9, R11 en R10, dan we filteren het door een 22uF 63V condensator.

Nadat we de berekening voor de spanningsdeler hebben uitgevoerd, krijgen we een uitgangsspanning van 3,17 V, nu moeten we de bovenste en onderste drempelspanningen berekenen. Laten we zeggen dat we de stroom willen uitschakelen wanneer de ingangsspanning 270 V bereikt . Als we de berekening van de spanningsdeler nu opnieuw uitvoeren, krijgen we een uitgangsspanning van 3,56 V, wat onze bovenste drempel is. Onze lagere drempel blijft op 3.17V omdat we de Op-amp hebben geaard.

Nu kunnen we met behulp van een eenvoudige spanningsdelerformule eenvoudig de bovenste en onderste drempelspanningen berekenen. Met het schema als referentie wordt de berekening hieronder weergegeven, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62 K / (1,5 M + 62 K) = 0,47 V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62 K / (1,5 M + 62 K) = 0 V

Nu, na de berekening, kunnen we duidelijk zien dat we met behulp van de positieve feedback uw bovenste drempelspanning hebben ingesteld op 0,47 V boven het triggerniveau.

Opmerking: Houd er rekening mee dat onze praktische waarden enigszins zullen afwijken van onze berekende waarden vanwege weerstandstoleranties.

Netspanningsbeveiliging Circuit PCB-ontwerp

De printplaat voor ons overspanningsbeveiligingscircuit op het lichtnet is ontworpen voor een enkel dressoir. Ik heb Eagle gebruikt om mijn PCB te ontwerpen, maar je kunt elke ontwerpsoftware van je keuze gebruiken. De 2D-afbeelding van mijn bordontwerp wordt hieronder weergegeven.

Er wordt een voldoende grote diameter gebruikt om ervoor te zorgen dat de stroomsporen de stroom door de printplaat laten stromen. De AC-netvoedingsingang en het Transformer-ingangsgedeelte zijn aan de linkerkant gemaakt en de uitvoer aan de onderkant voor een betere bruikbaarheid. Het complete Design-bestand voor Eagle samen met de Gerber kan worden gedownload via onderstaande link.

GERBER voor netspanningsbeveiligingscircuit

Nu ons ontwerp klaar is, is het de tijd om het bord te solderen. Nadat het ets-, boor- en soldeerproces is voltooid, ziet het bord eruit als de onderstaande afbeelding.

Testen van overspanning en stroombeveiligingscircuit

Voor de demonstratie wordt het volgende apparaat gebruikt

Meco 108B + TRMS-multimeter
Meco 450B + TRMS-multimeter
Hantek 6022BE Oscilloscoop
9-0-9 Transformator
40W gloeilamp (testbelasting)

Zoals je kunt zien op de bovenstaande afbeelding, heb ik deze testopstelling voorbereid om dit circuit te testen, ik heb twee draden in de pin5 en pin6 van de Op-amp gesoldeerd en de meco 108B + Multimeter toont de ingangsspanning en de meco 450B + Multimeter toont de referentiespanning.

In dit circuit wordt de transformator gevoed door 230V netspanning, en van daaruit wordt de stroom naar het gelijkrichterschakeling gevoerd als input, de output van de transformator wordt ook naar het bord gevoerd, aangezien het vermogen en referentiespanning aan het circuit levert..

Zoals je kunt zien op de bovenstaande afbeelding, is het circuit ingeschakeld en is de ingangsspanning in de meco 450B + multimeter lager dan de referentiespanning, wat betekent dat de uitgang is ingeschakeld.

Om de situatie te simuleren als we de referentiespanning verlagen, wordt de uitgang uitgeschakeld en wordt een overspanningstoestand gedetecteerd, ook gaat een rode LED op het bord aan, dat kun je zien op de onderstaande afbeelding.

Verdere verbeteringen

Voor de demonstratie is het circuit gebouwd op een PCB met behulp van het schema, dit circuit kan eenvoudig worden aangepast om de prestaties te verbeteren, de weerstanden die ik heb gebruikt hebben bijvoorbeeld allemaal 5% toleranties, het gebruik van 1% nominale weerstanden kan verbeteren de nauwkeurigheid van het circuit.

Ik hoop dat je het artikel leuk vond en iets nuttigs hebt geleerd. Als u vragen heeft, kunt u deze achterlaten in het commentaargedeelte hieronder of onze forums gebruiken om andere technische vragen te stellen.