Síťový ochranný obvod 230 V AC

Většina napájecího zdroje je dnes velmi spolehlivá díky technologickému pokroku a lepším návrhovým preferencím, ale vždy existuje šance na poruchu z důvodu výrobní vady, nebo to může být hlavní spínací tranzistor nebo MOSFET. Existuje také možnost, že může selhat v důsledku přepětí na vstupu, i když jako ochranu vstupu lze použít ochranná zařízení, jako je varistor Metal Oxide (MOV), ale jakmile se spustí MOV, stane se zařízení nepoužitelným.

Abychom tento problém vyřešili, postavíme zařízení na ochranu proti přepětí s operačním zesilovačem, které dokáže detekovat vysoké napětí a může za zlomek sekundy snížit vstupní výkon chránící zařízení před přepětím vysokého napětí. Také proběhne podrobný test obvodu, aby se ověřil náš návrh a fungování obvodu. Následující zkouška vám poskytne představu o procesu sestavování a testování tohoto obvodu. Pokud se věnujete designu SMPS, můžete si přečíst naše předchozí články o tipech pro návrh desek plošných spojů SMPS a technikách redukce EMI SMPS.

Co je přepěťová ochrana a proč je tak důležitá?

Existuje mnoho způsobů, kterými může napájecí obvod selhat, jeden z nich je z důvodu přepětí. V předchozím článku jsme vytvořili přepěťový ochranný obvod pro stejnosměrný obvod, který můžete zkontrolovat, pokud to vrcholí vaším zájmem. Přepěťovou ochranu lze ilustrovat jako vlastnost, při níž se napájecí zdroj vypne, když dojde k podmínce přepětí, i když k situaci s přepětím dochází méně často, v takovém případě je napájení zbytečné. Dopad stavu přepětí se může projevit také ze zdroje napájení do hlavního obvodu, když k tomu dojde, skončíte nejen přerušeným napájením, ale také přerušeným obvodem. proto je v každé elektronické konstrukci důležitý obvod ochrany proti přepětí.

Abychom tedy mohli navrhnout ochranný obvod pro situace přepětí, musíme vyjasnit základy ochrany proti přepětí. V našich předchozích výukových programech ochranných obvodů jsme navrhli mnoho základních ochranných obvodů, které lze přizpůsobit vašemu obvodu, jmenovitě ochrana proti přepětí, ochrana proti zkratu, ochrana proti přepólování, ochrana proti nadproudu atd.

V tomto článku se budeme soustředit pouze na jednu věc, a to vytvořit vstupní síťový přepěťový ochranný obvod, který zabrání jeho zničení.

Jak funguje síťový přepěťový ochranný obvod 230 V?

Abychom porozuměli základům obvodu ochrany proti přepětí, rozeberme obvod, abychom porozuměli základnímu principu práce každé části obvodu.

Srdcem tohoto obvodu je OP-Amp, který je konfigurován jako komparátor. Ve schématu máme základní zesilovač LM358 OP a v jeho Pin-6 máme naše referenční napětí, které je generováno z IC regulátoru napětí LM7812 a na pin-5 máme naše vstupní napětí, které vychází z hlavního napájecí napětí. V této situaci, pokud vstupní napětí překročí referenční napětí, výstup operačního zesilovače se zvýší a s tímto vysokým signálem můžeme řídit tranzistor, který zapne relé, ale v tomto obvodu existuje obrovský problém, Kvůli šumu ve vstupním signálu bude operační zesilovač mnohokrát kmitat, než přijde na stabilní,

Řešením je přidat hystereze Schmittova spouštěcího účinku na vstupu. Dříve jsme vytvořili obvody jako Frequency Counter pomocí Arduino a Capacitance Meter pomocí Arduino, které oba používají spouštěcí vstupy Schmitt, pokud se chcete o těchto projektech dozvědět více, zkontrolujte je. Konfigurací operačního zesilovače s pozitivní zpětnou vazbou můžeme rozšířit marži na vstupu podle našich potřeb. Jak vidíte na obrázku výše, poskytli jsme zpětnou vazbu pomocí R18 a R19, prakticky jsme přidali dvě prahová napětí, jedno je horní prahové napětí, druhé je spodní prahové napětí.

Výpočet hodnot komponent pro přepěťovou ochranu

Podíváme-li se na schéma, máme náš síťový vstup, který jej opravíme pomocí můstkového usměrňovače, pak jej provedeme napěťovým děličem, který je vyroben z R9, R11 a R10, poté jej filtrujeme přes 22uF 63V kondenzátor.

Po provedení výpočtu pro dělič napětí získáme výstupní napětí 3,17 V, nyní musíme vypočítat horní a dolní prahové napětí. Řekněme, že chceme snížit výkon, když vstupní napětí dosáhne 270V. Nyní, když provedeme výpočet děliče napětí znovu, dostaneme výstupní napětí 3,56 V, což je náš horní práh. Naše spodní prahová hodnota zůstává na 3,17 V, protože jsme uzemnili operační zesilovač.

Nyní můžeme pomocí jednoduchého vzorce děliče napětí snadno vypočítat horní a dolní prahové napětí. Vezmeme-li schéma jako reference, výpočet je uveden níže, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0,47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0V

Nyní po výpočtu jasně vidíme, že jsme pomocí kladné zpětné vazby nastavili vaše horní prahové napětí na 0,47 V nad úroveň spouštění.

Poznámka: Vezměte prosím na vědomí, že naše praktické hodnoty se budou trochu lišit od našich vypočtených hodnot kvůli tolerancím odporů.

Návrh desky plošných spojů síťového ochranného obvodu

Deska plošných spojů pro náš obvod ochrany proti přepětí v síti je navržena pro jeden příborník. K návrhu své desky plošných spojů jsem použil program Eagle, ale můžete použít jakýkoli návrhový software podle vašeho výběru. 2D obrázek mého návrhu desky je zobrazen níže.

Dostatečný stopový průměr se používá k tomu, aby energetické dráhy protékaly proud deskou plošných spojů. Vstup AC a vstup transformátoru jsou vytvořeny na levé straně a výstup je vytvořen na spodní straně pro lepší použitelnost. Celý návrhový soubor pro Eagle spolu s Gerberem si můžete stáhnout z níže uvedeného odkazu.

GERBER pro síťový přepěťový ochranný obvod

Nyní, když je náš design připraven, je čas každý a pájet desku. Po dokončení procesu leptání, vrtání a pájení vypadá deska jako na obrázku níže.

Testování obvodu ochrany proti přepětí a proudu

K předvedení se používá následující zařízení

Multimetr Meco 108B + TRMS
Multimetr Meco 450B + TRMS
Osciloskop Hantek 6022BE
9-0-9 Transformátor
40W žárovka (zkušební zátěž)

Jak vidíte z výše uvedeného obrázku, připravil jsem toto testovací nastavení pro testování tohoto obvodu, připájel jsem dva vodiče na pin5 a pin6 na operačním zesilovači a multimetr meco 108B + ukazuje vstupní napětí a multimetr meco 450B + zobrazuje referenční napětí.

V tomto obvodu je transformátor napájen ze síťového napájení 230 V a odtud je napájení přiváděno do obvodu usměrňovače jako vstup, výstup z transformátoru je také přiváděn do desky, protože poskytuje napájení a referenční napětí obvodu.

Jak je vidět z výše uvedeného obrázku, obvod je zapnutý a vstupní napětí v multimetru meco 450B + je menší než referenční napětí, což znamená, že výstup je zapnutý.

Nyní, abychom simulovali situaci, pokud snížíme referenční napětí, výstup se vypne, detekuje stav přepětí, rozsvítí se také červená LED na desce, což můžete pozorovat na obrázku níže.

Další vylepšení

Pro demonstraci je obvod konstruován na desce plošných spojů pomocí schématu, tento obvod lze snadno upravit, aby se zlepšil jeho výkon, například odpory, které jsem použil, mají všechny 5% tolerance, použití 1% odporů může zlepšit přesnost obvodu.

Doufám, že se vám článek líbil a naučili jste se něco užitečného. Máte-li jakékoli dotazy, můžete je zanechat v sekci komentářů níže nebo použít naše fóra k odeslání dalších technických otázek.