Как да направим схема на нулев кръстосан детектор

Изработването на верига на детектор за пресичане на нула всъщност е много лесно и може да бъде ефективно приложено за защита на чувствителното електронно оборудване срещу пренапрежения на мрежовото включване.

Схема на детектор за пресичане на нула се използва главно за защита на електронните устройства от пренапрежения при включване, като се гарантира, че по време на включване на захранването фазата на мрежата винаги „влиза“ във веригата в първата си точка на пресичане на нула.
Странното е, че освен „wikipedia“ досега никой друг водещ онлайн сайт не е разглеждал това изключително важно приложение на концепцията за детектор на нулеви пресичания, надявам се, че те ще актуализират своите статии, след като прочетат тази публикация.

Какво е детектор за пресичане на нула?

Всички знаем, че нашата мрежова фаза се състои от променливи фази на синусоидално напрежение, както е показано по-долу:

При този променлив променлив ток токът може да се види редуващ се през централната нулева линия и през горните положителни и долни отрицателни пикови нива през определен фазов ъгъл.

Този фазов ъгъл може да се види покачващ и намаляващ експоненциално, което означава, че го прави постепенно нарастващ и постепенно намаляващ.

Редуващият се цикъл в променлив ток се случва 50 пъти в секунда за 220V мрежа и 60 пъти в секунда за 120V мрежови входове, както е определено от стандартните правила. Тази реакция от 50 цикъла се нарича 50 Hz честота, а 60 Hz се нарича 60 Hz честота за тези мрежови контакти в нашите домове.

Всеки път, когато включим уред или електронно устройство към електрическата мрежа, той се подлага на внезапно навлизане на променливотоковата фаза и ако тази точка на влизане се окаже в пика на фазовия ъгъл, това може да означава, че максималният ток се принуждава към устройството в точката за включване на превключвателя.

Въпреки че повечето устройства ще бъдат готови за това и могат да бъдат оборудвани със защитни стъпала, използващи резистори или NTC или MOV, никога не се препоръчва да ги подлагате на такива внезапни непредсказуеми ситуации.

За да се справи с такъв проблем, се използва етап на детектор за нулево пресичане, който гарантира, че когато дадено устройство е включено с мрежово захранване, веригата за нулево преминаване изчаква, докато фазовият цикъл на променлив ток достигне нулевата линия и в този момент той включва мрежата захранване на притурката.

Как да проектираме детектор за нулево пресичане

Проектирането на детектор за пресичане на нула не е трудно. Можем да го направим с помощта на opamp, както е показано по-долу, но използвайки opamp за проста концепция, тъй като това изглежда прекалено много, така че ще обсъдим и как да приложим същото, използвайки обикновен дизайн, базиран на транзистор:

Схема на детектор за пресичане на нула Opamp

Забележка: Входният променлив ток трябва да бъде от мостов токоизправител

Фигурата по-горе показва проста схема на детектор за нулево пресичане на базата на 741 opamp, която може да се използва за всички приложения, изискващи изпълнение на базата на нулево пресичане.

Както се вижда, 741 е конфигуриран като сравнителен , при което неинвертиращият му щифт е свързан със земя чрез диод 1N4148, което причинява потенциал за спад от 0.6V на този входен щифт.

Другият входен щифт # 2, който е инвертиращият щифт на iC, се използва за откриване на нулево пресичане и се прилага с предпочитания променлив сигнал.

Тъй като знаем, че докато потенциалът на пин № 3 е по-нисък от пин № 2, изходният потенциал на щифт № 6 ще бъде 0 V и веднага щом напрежението на щифт № 3 премине над щифта № 2, изходното напрежение бързо ще превключи до 12V (ниво на захранване).

Следователно в рамките на захранвания входен променлив сигнал през периодите, когато фазовото напрежение е доста над нулевата линия или поне над 0.6V над нулевата линия, изходът на операционния усилвател показва нулев потенциал .... но през периодите, когато фаза е на път да влезе или да пресече нулевата линия, пин # 2 изпитва потенциал под 0,6V референтен, както е зададен за пин # 3, което води до незабавно реверсиране на изхода до 12V.

По този начин изходът по време на тези точки става 12v високо ниво и тази последователност продължава да се задейства всеки път, когато фазата пресича нулевата линия на своя фазов цикъл.

Резултантната форма на вълната може да се види на изхода на IC, която ясно изразява и потвърждава откриването на нулево пресичане на IC.

Използване на BJT верига с оптосъединител

Въпреки че обсъденият по-горе детектор за пресичане на нула на opamp е много ефективен, същият може да бъде реализиран с помощта на обикновен оптичен съединител BJT с сравнително добра точност.

Забележка: Входният променлив ток трябва да бъде от мостов токоизправител

Позовавайки се на изображението по-горе, BJT под формата на фототранзистор, свързан вътре в опто съединител, може ефективно да бъде конфигуриран като най-простата верига на детектор за пресичане на нула .

AC мрежата се подава към светодиода на opamp чрез резистор с висока стойност. По време на фазовите си цикли, докато мрежовото напрежение е над 2V, фототранзисторът остава в проводящ режим и изходният отклик се задържа на почти нула волта, но по време, когато фазата достигне нулевата линия на своето движение, светодиодът вътре в opto се изключва, причинявайки също така изключване на транзистора, този отговор незабавно води до появата на висока логика в посочената изходна точка на конфигурацията.

Практическа схема за приложение, използваща откриване на пресичане на нула

Практически примерна схема, използваща откриване на пресичане на нула, може да бъде видяна по-долу, тук триакът никога не е разрешен да се превключва във всяка друга фазова точка, с изключение на точката на пресичане на нулата, когато захранването е включено

Това гарантира, че веригата винаги се държи далеч от пренапрежението на тока на превключвателя и от съответните опасности.

Забележка: Входният променлив ток трябва да бъде от мостов токоизправител

В концепцията по-горе, триак се изстрелва чрез малък сигнал SCR, контролиран от PNP BJT. Този PNP BJT е конфигуриран да изпълнява засичане на пресичане на нула за предвиденото безопасно превключване на симистора и свързания товар.

По всяко време, когато захранването е включено, SCR получава анодно захранване от съществуващия източник на постоянен ток, но напрежението на затвора му се включва само в момента, когато входът преминава през първата си точка на пресичане на нулата.

След като SCR се задейства в безопасната точка на пресичане на нулата, той задейства триак и свързания товар и от своя страна се фиксира, осигурявайки непрекъснат ток на затвора за триак.

Този вид превключване в нулевите точки на пресичане при всяко включване на захранването осигурява последователно безопасно включване на товара, елиминирайки всички възможни опасности, които обикновено са свързани с внезапно включване на мрежата.

RF елиминиране на шума

Друго чудесно приложение на детекторна схема с нулево пресичане е за премахване на шума в симисторни превключващи вериги . Да вземем примера на електронна верига за регулиране на светлината , обикновено намираме такива вериги, излъчващи много РЧ шум в атмосферата, а също и в мрежовата мрежа, причинявайки ненужно изхвърляне на хармоници.

Това се случва поради бързото пресичане на триаковата проводимост през положителните / отрицателните цикли през линията на пресичане на нулата ... особено около прехода на нулево преминаване, където симисторът е подложен на неопределена зона на напрежение, което го кара да произвежда преходни процеси с бърз ток, които завой се излъчват като RF шум.

Детектор за пресичане на нула, ако е добавен към вериги, базирани на триак , елиминира това явление, като позволява на симистора да се задейства само когато променливотоковият цикъл е прекрачил перфектно нулевата линия, което осигурява чисто превключване на симистора, като по този начин елиминира RF преходните процеси.

Справка:

Нулева кръстовища