230V vekselstrøm overspændingsbeskyttelseskredsløb

Det meste af strømforsyningen i disse dage er meget pålidelig på grund af fremskridt inden for teknologi og bedre designindstillinger, men der er altid en chance for svigt på grund af en fabrikationsfejl, eller det kan være den vigtigste skiftetransistor eller MOSFET går dårligt. Der er også en mulighed for, at det kan mislykkes på grund af overspænding ved indgangen, selvom beskyttelsesanordninger som Metal Oxide Varistor (MOV'er) kan bruges som inputbeskyttelse, men når en MOV udløser, gør den enheden ubrugelig.

For at løse dette problem skal vi bygge en overspændingsbeskyttelsesenhed med en op-forstærker, som kan registrere høje spændinger og kan skære indgangseffekten i en brøkdel af et sekund, der beskytter enheden mod en højspændingsbølge. Der vil også være en detaljeret test af kredsløbet for at kontrollere vores design og funktion af kredsløbet. Den følgende undersøgelse giver dig en idé om opbygningen og testningen af ​​dette kredsløb. Hvis du er interesseret i SMPS Design, kan du tjekke vores tidligere artikler om SMPS PCB Design Tips og SMPS EMI Reduktionsteknikker.

Hvad er beskyttelse mod overspænding, og hvorfor er det så vigtigt?

Der er mange måder, hvorpå et strømforsyningskredsløb kan mislykkes, en af ​​dem skyldes overspænding. I en tidligere artikel har vi lavet et overspændingsbeskyttelseskredsløb til DC-kredsløbet, du kan tjekke det ud, hvis det topper din interesse. Overspændingsbeskyttelse kan illustreres som en funktion, hvor strømforsyningen lukker ned, når der opstår en overspændingstilstand, selvom en overspændingssituation opstår sjældnere, når det sker, gør det strømforsyningen ubrugelig. Effekten af ​​en overspændingstilstand kan også udføres fra strømforsyningen til hovedkredsen, når det sker, vil du ende med ikke kun en brudt strømforsyning, men også med et brudt kredsløb. Derfor bliver et overspændingsbeskyttelseskredsløb vigtigt i ethvert elektronisk design.

Så for at designe et beskyttelseskredsløb til overspændingssituationer er vi nødt til at rydde det grundlæggende i overspændingsbeskyttelse. I vores tidligere tutorials om beskyttelseskredsløb har vi designet mange grundlæggende beskyttelseskredsløb, der kan tilpasses til dit kredsløb, nemlig overspændingsbeskyttelse, kortslutningsbeskyttelse, omvendt polaritetsbeskyttelse, overstrømsbeskyttelse osv.

I denne artikel vil vi kun koncentrere os om en ting, nemlig at lave et input-overspændingsbeskyttelseskredsløb for at forhindre, at det ødelægges.

Hvordan fungerer 230V netværksoverspændingsbeskyttelse?

For at forstå det grundlæggende i overspændingsbeskyttelseskredsløbet, lad os tage kredsløbet fra hinanden for at forstå det grundlæggende funktionsprincip for alle dele af kredsløbet.

Hjertet i dette kredsløb er en OP-forstærker, der er konfigureret som en komparator. I skematisk har vi en grundlæggende LM358 OP-forstærker, og i dens Pin-6 har vi vores referencespænding, der genereres fra en LM7812 spændingsregulator IC, og på pin-5 har vi vores indgangsspænding, der kommer fra hovedstrømmen forsyningsspænding. I denne situation, hvis indgangsspændingen overstiger referencespændingen, vil op-forstærkerens output blive høj, og med det høje signal kan vi køre en transistor, der tænder et relæ, men der ligger et stort problem i dette kredsløb, På grund af støj i indgangssignalet vil Op-amp svinge mange gange, før det kommer til en stabil,

Den løsning er at tilføje hysterese af Schmitt-trigger handling ved indgangen. Tidligere har vi lavet kredsløb som Frequency Counter ved hjælp af Arduino og Capacitance Meter ved hjælp af Arduino, som begge bruger Schmitt trigger- indgange. Hvis du vil lære mere om disse projekter, skal du tjekke dem ud. Ved at konfigurere op-amp med positiv feedback kan vi udvide margenen ved input i henhold til vores behov. Som du kan se i ovenstående billede, har vi givet feedback ved hjælp af R18 & R19 ved at gøre det, vi har praktisk talt tilføjet to tærskelspændinger, den ene er den øvre tærskelspænding, en anden er den nedre tærskelspænding.

Beregning af komponentværdierne til overspændingsbeskyttelse

Hvis vi ser på den skematiske, har vi vores lysnettet input, som vi rette det med hjælp fra en bro ensretter, så vi sætte det igennem en spændingsdeler, der er lavet med R9, R11, og R10, så vi filtrere det gennem et 22uF 63V kondensator.

Efter at have foretaget beregningen for spændingsdeleren får vi en udgangsspænding på 3,17V, nu skal vi beregne de øvre og nedre tærskelspændinger, Lad os sige, at vi vil skære strøm, når indgangsspændingen når 270V. Hvis vi nu beregner spændingsdeleren igen, får vi en udgangsspænding på 3,56V, hvilket er vores øvre tærskel. Vores nedre tærskel forbliver på 3,17 V, da vi har jordforbundet Op-amp.

Nu, ved hjælp af en simpel spændingsdelerformel, kan vi let beregne den øvre og den nedre tærskelspænding. Med skematisk reference som beregning er vist nedenfor, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0,47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0V

Nu efter beregningen kan vi tydeligt se, at vi har indstillet din øvre tærskelspænding til 0,47V over udløserniveauet ved hjælp af den positive feedback.

Bemærk: Vær opmærksom på, at vores praktiske værdier vil afvige en smule fra vores beregnede værdier på grund af modstandstolerancer.

Netspændingsbeskyttelse Circuit PCB Design

Printkortet til vores overstrømsbeskyttelseskredsløb er designet til en enkelt skænk. Jeg har brugt Eagle til at designe min PCB, men du kan bruge enhver Design-software efter eget valg. 2D-billedet af mit kortdesign er vist nedenfor.

En tilstrækkelig spordiameter bruges til at få kraftsporene til at strømme strømmen gennem printkortet. AC-strømindgangen og transformatorindgangssektionen oprettes på venstre side, og output oprettes på undersiden for bedre brugervenlighed. Den komplette designfil til Eagle sammen med Gerber kan downloades fra nedenstående link.

• GERBER til beskyttelseskredsløb til hovedspænding

Nu, hvor vores design er klar, er det tid hver og lodder brættet. Efter ætsning, boring og lodning er færdig, ser kortet ud som billedet vist nedenfor.

Test af overspænding og strømbeskyttelseskredsløb

Til demonstrationen anvendes følgende apparat

1. Meco 108B + TRMS multimeter
2. Meco 450B + TRMS multimeter
3. Hantek 6022BE oscilloskop
4. 9-0-9 Transformer
5. 40W pære (testbelastning)

Som du kan se fra ovenstående billede, har jeg forberedt denne testopsætning til at teste dette kredsløb, jeg har loddet to ledninger i pin5 og pin6 på Op-amp og meco 108B + Multimeter viser indgangsspændingen og meco 450B + Multimeter viser referencespændingen.

I dette kredsløb får transformatoren strøm fra 230V strømforsyning, og derfra føres strømmen til ensretterkredsløbet som input, output fra transformeren føres også ind i kortet, da den leverer strøm og referencespænding til kredsløbet.

Som du kan se fra ovenstående billede, er kredsløbet tændt, og indgangsspændingen i meco 450B + Multimeter er mindre end referencespændingen, hvilket betyder, at udgangen er tændt.

For at simulere situationen, hvis vi reducerer referencespændingen, slukkes udgangen, detekterer en overspændingsbetingelse, også en rød LED på tavlen tændes, det kan du se på billedet nedenfor.

Yderligere forbedringer

Til demonstrationen er kredsløbet konstrueret på et printkort ved hjælp af skematisk, dette kredsløb kan let modificeres for at forbedre dets ydeevne, for eksempel kan de modstande, jeg har brugt, have 5% tolerancer, ved hjælp af 1% nominelle modstande kan forbedre kredsløbets nøjagtighed.

Håber du nød artiklen og lærte noget nyttigt. Hvis du har spørgsmål, kan du lade dem være i kommentarfeltet nedenfor eller bruge vores fora til at stille andre tekniske spørgsmål.