230 V: n verkkovirta ylijännitesuojapiirissä

Suurin osa virtalähteestä on nykyään erittäin luotettavaa tekniikan kehityksen ja parempien suunnitteluasetusten takia, mutta aina on mahdollisuus vikaantumiseen valmistusvirheen takia tai se voi olla pääkytkentätransistori tai MOSFET menee pieleen. Lisäksi on mahdollista, että se voi epäonnistua tulon ylijännitteen takia, vaikka suojalaitteita, kuten Metal Oxide Varistor (MOV), voidaan käyttää tulonsuojana, mutta kun MOV laukaisee, se tekee laitteesta hyödytön.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi aiomme rakentaa ylijännitesuojalaitteen, jossa on op-vahvistin, joka pystyy havaitsemaan korkeat jännitteet ja leikkaamaan syöttötehon murto-osassa sekuntia, joka suojaa laitetta suurjännitepiiriltä. Piiristä tehdään myös yksityiskohtainen testi piirin suunnittelun ja toiminnan varmistamiseksi. Seuraava tutkimus antaa sinulle käsityksen tämän piirin rakentamisesta ja testaamisesta. Jos olet kiinnostunut SMPS-suunnittelusta, voit tutustua aiempiin artikkeleihimme SMPS-piirilevyn suunnitteluvihjeistä ja SMPS EMI -vähennystekniikoista.

Mikä on ylijännitesuoja ja miksi se on niin tärkeää?

Virransyöttöpiiri voi epäonnistua monilla tavoilla, yksi niistä johtuu ylijännitteestä. Aikaisemmassa artikkelissa olemme tehneet ylijännitesuojapiirin DC-piirille, voit tarkistaa sen, jos se ylittää kiinnostuksesi. Ylijännitesuoja voidaan kuvata ominaisuutena, jossa virtalähde sammuu, kun ylijännitetilanne ilmenee, vaikka ylijännitetilannetta esiintyy harvemmin, jolloin se tekee virtalähteestä hyödytöntä. Myös ylijännitetilan vaikutus voi tapahtua virtalähteestä pääpiiriin, kun näin tapahtuu, pääset paitsi rikkoutuneeseen virtalähteeseen myös rikkoutuneeseen piiriin. minkä vuoksi ylijännitesuojapiiri tulee tärkeäksi missä tahansa elektronisessa suunnittelussa.

Joten, jotta voimme suunnitella suojapiirin ylijännitetilanteita varten, meidän on selvitettävä ylijännitesuojauksen perusteet. Aikaisemmissa suojapiirin opetusohjelmissamme olemme suunnitelleet monia perussuojapiirejä, jotka voidaan mukauttaa piirisi, nimittäin ylijännitesuoja, oikosulkusuoja, käänteisen napaisuuden suojaus, ylivirtasuojaus jne.

Tässä artikkelissa keskitymme vain yhteen asiaan, nimittäin tulojännitteen ylijännitesuojapiirin tekemiseen sen tuhoutumisen estämiseksi.

Kuinka 230 V: n ylijännitesuojapiiri toimii?

Ymmärrämme ylijännitesuojapiirin perusteet ottamalla piiri irti, jotta ymmärrämme piirin jokaisen osan perusperiaatteen.

Tämän piirin sydän on OP-Amp, joka on konfiguroitu vertailijaksi. Kaaviossa meillä on perus LM358 OP-vahvistin ja sen Pin-6: ssa on referenssijännite, joka syntyy LM7812-jännitteen säätimen IC: stä ja napalla -5, meillä on tulojännitteemme, joka tulee päälaitteesta syöttöjännite. Tässä tilanteessa, jos tulojännite ylittää vertailujännitteen, op-vahvistimen lähtö menee korkealle, ja tämän korkean signaalin kanssa voimme käyttää transistoria, joka kytkee releen, mutta tässä piirissä on valtava ongelma, Tulosignaalin kohinan takia Op-vahvistin värähtelee monta kertaa ennen kuin se tulee vakaana,

Ratkaisu on lisätä hystereesi Schmitt-liipaisin toimia tulo. Aikaisemmin olemme tehneet piirejä kuten Taajuuslaskimen käyttämällä Arduino ja kapasitanssimittari käyttämällä Arduino jotka molemmat käyttää Schmitt laukaista tuloa, jos haluat lisätietoja näistä hankkeista, eivät tarkastamaan näitä ulos. Konfiguroimalla op-vahvistin positiivisella palautteella voimme laajentaa marginaalia tulossa tarpeidemme mukaan. Kuten yllä olevasta kuvasta näet, olemme antaneet palautetta R18: n ja R19: n avulla tekemällä niin, olemme käytännössä lisänneet kaksi kynnysjännitettä, yksi on ylempi kynnysjännite, toinen on alempi kynnysjännite.

Ylijännitesuojauksen komponenttiarvojen laskeminen

Jos tarkastellaan kaaviota, meillä on verkkotulo, jonka korjaamme sen sillan tasasuuntaajan avulla, sitten laitamme sen jännitteenjakajan läpi, joka on valmistettu R9: llä, R11: llä ja R10: lla, ja sitten suodatamme sen 22uF 63V kondensaattori.

Tehtyämme jännitteenjakajan laskennan saadaan lähtöjännite 3,17 V, nyt meidän on laskettava ylempi ja alin kynnysjännite. Oletetaan, että haluamme leikata virtaa, kun tulojännite saavuttaa 270 V. Nyt kun teemme jännitteenjakajan laskennan uudelleen, saamme lähtöjännitteen 3,56 V, joka on ylempi kynnyksemme. Alempi kynnyksemme pysyy 3,17 V: ssä, kun olemme maadoittaneet Op-vahvistimen.

Nyt voimme yksinkertaisen jännitteenjakajan avulla laskea helposti ylemmän ja alemman kynnysjännitteen. Kun kaavio on viite, laskelma on esitetty alla, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1.5M + 62K) = 0.47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1.5M + 62K) = 0V

Laskennan jälkeen voimme nyt selvästi nähdä, että olemme asettaneet ylemmän kynnysjännitteen 0,47 V: iin liipaisutason yläpuolelle positiivisen palautteen avulla.

Huomaa: Huomaa, että käytännön arvomme eroavat hieman lasketuista arvoista vastuksen toleranssien vuoksi.

Verkkovirran ylijännitesuojapiirin piirilevyn suunnittelu

Verkon ylijännitesuojapiirimme piirilevy on suunniteltu yhdelle sivupöydälle. Olen käyttänyt Eaglea piirilevyn suunnitteluun, mutta voit käyttää mitä tahansa valitsemaasi suunnitteluohjelmaa. Taulutietokoneeni 2D-kuva on esitetty alla.

Riittävää jälkihalkaisijaa käytetään saamaan voimakiskot virtaamaan virtaa piirilevyn läpi. Verkkovirran tulo ja muuntajan tulo-osa luodaan vasemmalle puolelle ja ulostulo alaosaan paremman käytettävyyden takaamiseksi. Koko Eaglen suunnittelutiedosto ja Gerber voidaan ladata alla olevasta linkistä.

GERBER verkkovirran ylijännitesuojapiirille

Nyt kun suunnittelumme on valmis, on aika kukin ja juottaa levy. Kun syövytys, poraus ja juotosprosessi on saatu päätökseen, lauta näyttää alla olevalta kuvalta.

Ylijännite- ja virtasuojapiirin testaus

Esittelyä varten käytetään seuraavaa laitetta

Meco 108B + TRMS yleismittari
Meco 450B + TRMS yleismittari
Hantek 6022BE -oskilloskooppi
9-0-9 Muuntaja
40 W: n hehkulamppu (testikuorma)

Kuten yllä olevasta kuvasta näet, olen valmistellut tämän testiasetuksen testatakseni tätä virtapiiriä, olen juotanut kaksi johtoa Op-vahvistimen nastoihin 5 ja 6 ja meco 108B + -yleismittari näyttää tulojännitteen ja meco 450B + -yleismittari näyttää vertailujännitteen.

Tässä piirissä muuntaja saa virtaa 230 V: n verkkovirtalähteestä, ja sieltä teho syötetään tasasuuntaajapiiriin tulona, muuntajan lähtö syötetään myös piirilevylle, koska se tuottaa virtaa ja vertailujännitettä piirille.

Kuten yllä olevasta kuvasta näet, piiri on päällä ja meco 450B + -yleismittarin tulojännite on pienempi kuin vertailujännite, mikä tarkoittaa, että lähtö on päällä.

Nyt simuloimaan tilannetta, jos pienennämme vertailujännitettä, lähtö sammuu, havaitessaan ylijännitetilan, myös punainen LED taulussa syttyy, voit havaita sen alla olevassa kuvassa.

Lisäparannuksia

Esittelyä varten piiri on rakennettu piirilevylle kaavion avulla, tätä piiriä voidaan helposti muokata suorituskyvyn parantamiseksi, esimerkiksi kaikilla käyttämilläni vastuksilla on 5% toleranssit, 1%: n nimellisvastusten käyttö voi parantaa piirin tarkkuus.

Toivottavasti pidit artikkelista ja opit jotain hyödyllistä. Jos sinulla on kysyttävää, voit jättää ne alla olevaan kommenttiosioon tai käyttää foorumeitamme muiden teknisten kysymysten lähettämiseen.