- Kaj je zaščita pred prenapetostjo in zakaj je tako pomembna?
- Kako deluje 230V omrežno prenapetostno zaščitno vezje?
- Izračun komponentnih vrednosti za zaščito pred napetostjo
- Načrtovanje tiskanih vezij zaščitnega vezja nad napetostjo
- Preskušanje napetostnega in tokovnega zaščitnega vezja
- Nadaljnje izboljšave
Večina oskrbe z električno energijo je danes zelo zanesljiva zaradi napredka v tehnologiji in boljših načrtovalskih preferenc, vendar vedno obstaja možnost okvare zaradi proizvodne napake ali pa je lahko glavni preklopni tranzistor ali MOSFET slab. Obstaja tudi možnost, da ne bo uspel zaradi prenapetosti na vhodu, čeprav se lahko zaščitne naprave, kot je kovinsko oksidni varistor (MOV), uporabljajo kot zaščita vhoda, toda ko se MOV sproži, naprava postane neuporabna.
Da bi rešili to težavo, bomo zgradili napravo za zaščito pred prenapetostjo z opcijskim ojačevalnikom, ki lahko zazna visoke napetosti in lahko v delčku sekunde zmanjša vhodno moč, da zaščiti napravo pred visokonapetostnim prenapetostnim tokom. Prav tako bo izveden podroben test vezja, da se preveri naša zasnova in delovanje vezja. Naslednji pregled vam daje predstavo o postopku gradnje in preskušanja tega vezja. Če se ukvarjate z oblikovanjem SMPS, si lahko ogledate naše prejšnje članke o nasvetih za oblikovanje tiskanih vezij SMPS in tehnikah zmanjšanja EMI EMPS.
Kaj je zaščita pred prenapetostjo in zakaj je tako pomembna?
Obstaja veliko načinov, kako napajalni tokokrog lahko odpove, eden od njih je posledica prenapetosti. V prejšnjem članku smo izdelali prenapetostno zaščitno vezje za enosmerni tok, to lahko preverite, če to doseže vaše zanimanje. Zaščito pred prenapetostjo lahko ponazorimo kot funkcijo, pri kateri se napajanje izklopi, ko pride do prenapetostnega stanja, čeprav se prenapetostna situacija pojavlja manj pogosto, v tem primeru pa napajalnik postane neuporaben. Vpliv stanja prenapetosti lahko povzroči tudi napajanje glavnega tokokroga, ko se to zgodi, ne boste imeli samo okvarjenega napajanja, temveč tudi prekinjenega tokokroga. zato postane zaščitno vezje pred prenapetostjo pomembno pri vsaki elektronski zasnovi.
Torej, da bi oblikovali zaščitno vezje za prenapetostne situacije, moramo razjasniti osnove prenapetostne zaščite. V naših prejšnjih vajah za zaščitno vezje smo oblikovali veliko osnovnih zaščitnih vezij, ki jih lahko prilagodimo vašemu vezju, in sicer zaščito pred prenapetostjo, zaščito pred kratkim stikom, zaščito pred povratno polarnostjo, zaščito pred prenapetostjo itd.
V tem članku se bomo osredotočili le na eno stvar, to je, da naredimo vhodno omrežno zaščito pred prenapetostjo, da preprečimo njegovo uničenje.
Kako deluje 230V omrežno prenapetostno zaščitno vezje?
Da bi razumeli osnove vezja za zaščito pred prenapetostjo, razstavimo vezje, da bi razumeli osnovno načelo dela vsakega dela vezja.
Srce tega vezja je OP-ojačevalnik, ki je konfiguriran kot primerjalnik. V shemi imamo osnovni ojačevalnik LM358, v njegovem Pin-6 pa referenčno napetost, ki se generira iz IC napetostnega regulatorja LM7812, na pin-5 pa vhodno napetost, ki prihaja iz glavnega napajalna napetost. Če bo v tem primeru vhodna napetost presegla referenčno napetost, bo izhod op-ojačevalnika visok in s tem visokim signalom lahko zaženemo tranzistor, ki vklopi rele, vendar je v tem vezju velik problem, Zaradi hrupa v vhodnem signalu bo Op-amp velikokrat nihal, preden bo prišel v stabilno stanje,
Rešitev, da se histerezo za Schmitt sprožitveno na vhodu. Prej smo iz vezja, kot Frequency Counter uporabo Arduino in kapacitivni merilnik uporabo Arduino ki ju uporablja Schmitt sprožilnih vhode, če želite izvedeti več o teh projektih, narediti preverite jih ven. S konfiguracijo op-amp z pozitivnimi povratnimi informacijami lahko na vhodu razširimo rob glede na naše potrebe. Kot lahko vidite na zgornji sliki, smo s pomočjo R18 in R19 posredovali povratne informacije, tako da smo praktično dodali dve pražni napetosti, ena je napetost zgornjega praga, druga napetost spodnjega praga.
Izračun komponentnih vrednosti za zaščito pred napetostjo
Če pogledamo shemo, imamo omrežni vhod, ki ga s pomočjo mostnega usmernika popravimo, nato pa ga postavimo skozi delilnik napetosti, ki je narejen z R9, R11 in R10, nato pa filtriramo skozi 22uF 63V kondenzator.
Po opravljenem izračunu za delilnik napetosti bomo dobili izhodno napetost 3,17V, zdaj moramo izračunati zgornjo in spodnjo mejno napetost. Recimo, da želimo zmanjšati moč, ko vhodna napetost doseže 270V. Zdaj, če ponovno opravimo izračun napetostnega delilnika, bomo dobili izhodno napetost 3,56 V, kar je naš zgornji prag. Naš spodnji prag ostaja pri 3,17 V, saj smo Op-amp ozemljili.
Zdaj lahko s pomočjo preproste formule delilnika napetosti enostavno izračunamo zgornji in spodnji prag napetosti. Če upoštevamo shemo kot referenco, je izračun prikazan spodaj, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0,47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0V
Po izračunu lahko jasno vidimo, da smo s pomočjo pozitivnih povratnih informacij nastavili zgornjo mejno napetost na 0,47 V nad nivojem sprožilca.
Opomba: Upoštevajte, da se bodo naše praktične vrednosti nekoliko razlikovale od izračunanih vrednosti zaradi toleranc uporov.
Načrtovanje tiskanih vezij zaščitnega vezja nad napetostjo
PCB za naše omrežno vezje za zaščito pred prenapetostjo je zasnovan za eno samo stransko ploščo. Eagle sem uporabil za oblikovanje PCB-ja, lahko pa uporabite katero koli programsko opremo Design po vaši izbiri. 2D-slika moje zasnove plošče je prikazana spodaj.
Zadosten premer sledenja se uporablja za napeljevanje močnostnih tirov toka skozi vezje. Omrežni vhod za izmenični tok in odsek za vhod transformatorja sta ustvarjena na levi strani, izhod pa na spodnji strani za boljšo uporabnost. Celotno oblikovalsko datoteko za Eagle skupaj z Gerberjem lahko prenesete s spodnje povezave.
- GERBER za omrežno prenapetostno zaščitno vezje
Zdaj, ko je naš dizajn pripravljen, je čas, da vsak spajkate ploščo. Po končanem jedkanju, vrtanju in spajkanju je plošča videti kot spodnja slika.
Preskušanje napetostnega in tokovnega zaščitnega vezja
Za predstavitev se uporablja naslednja naprava
- Meco 108B + TRMS multimeter
- Meco 450B + TRMS multimeter
- Hantek 6022BE osciloskop
- 9-0-9 transformator
- 40W žarnica (preskusna obremenitev)
Kot lahko vidite na zgornji sliki, sem pripravil to testno nastavitev za preizkus tega vezja, prilepil sem dve žici na pin5 in pin6 Op-amp-a, multimeter meco 108B + pa prikazuje vhodno napetost in meco 450B + Multimeter prikazuje referenčno napetost.
V tem vezju se transformator napaja iz omrežja 230 V, od tam pa se napajanje usmerja v usmerniško vezje kot vhod, izhod iz transformatorja se napaja tudi na ploščo, saj vezju zagotavlja moč in referenčno napetost.
Kot lahko vidite iz zgornje slike, je vezje vklopljeno in vhodna napetost v meco 450B + Multimeter je manjša od referenčne napetosti, kar pomeni, da je izhod vklopljen.
Zdaj, da simuliramo situacijo, če zmanjšamo referenčno napetost, se izhod izklopi in zazna stanje prenapetosti, vključi se tudi rdeča LED na plošči, kar lahko opazite na spodnji sliki.
Nadaljnje izboljšave
Za predstavitev je vezje izdelano na tiskani plošči s pomočjo sheme, to vezje je mogoče enostavno spremeniti, da izboljša njegovo zmogljivost, na primer upori, ki sem jih uporabljal, imajo 5% toleranc, uporaba 1% nazivnih uporov pa lahko izboljša natančnost vezja.
Upam, da ste članek uživali in se naučili kaj koristnega. Če imate kakršna koli vprašanja, jih lahko pustite v spodnjem oddelku za komentarje ali uporabite naše forume za objavo drugih tehničnih vprašanj.