- Čo je prepäťová ochrana a prečo je taká dôležitá?
- Ako funguje sieťový prepäťový ochranný obvod 230 V?
- Výpočet hodnôt komponentov pre prepäťovú ochranu
- Dizajn DPS sieťového ochranného obvodu
- Testovanie obvodu ochrany proti prepätiu a prúdu
- Ďalšie vylepšenia
Väčšina napájacích zdrojov je v dnešnej dobe veľmi spoľahlivá vďaka technologickému pokroku a lepším dizajnovým preferenciám, vždy však existuje šanca na poruchu z dôvodu výrobnej chyby alebo to môže byť hlavný spínací tranzistor alebo porucha tranzistora MOSFET. Existuje tiež možnosť, že nemusí zlyhať v dôsledku prepätia na vstupe, aj keď ako ochranu vstupu je možné použiť ochranné zariadenia ako varistor na báze oxidu kovu (MOV), ale akonáhle sa spustí MOV, stane sa zariadenie zbytočným.
Na vyriešenie tohto problému zostrojíme prepäťové ochranné zariadenie s operačným zosilňovačom, ktoré dokáže detegovať vysoké napätie a dokáže znížiť príkon za zlomok sekundy a chrániť zariadenie pred prepätím vysokého napätia. Bude tiež vykonaný podrobný test obvodu, aby sa overil náš návrh a fungovanie obvodu. Nasledujúce preskúmanie vám poskytne predstavu o procese budovania a testovania tohto obvodu. Ak sa zaoberáte dizajnom SMPS, môžete si prečítať naše predchádzajúce články o tipoch na návrh dosiek plošných spojov SMPS a technikách redukcie EMI SMPS.
Čo je prepäťová ochrana a prečo je taká dôležitá?
Existuje mnoho spôsobov, ako môže zlyhať obvod napájacieho zdroja, jeden z nich je spôsobený prepätím. V predchádzajúcom článku sme vytvorili obvod na ochranu proti prepätiu pre jednosmerný obvod, ktorý môžete skontrolovať, či to vrcholí vašim záujmom. Prepäťovú ochranu možno ilustrovať ako funkciu, pri ktorej sa napájací zdroj vypne, keď dôjde k stavu prepätia, aj keď k situácii s prepätím dôjde menej často, v takom prípade je napájací zdroj zbytočný. Tiež môže mať vplyv na stav prepätia z napájacieho zdroja do hlavného obvodu, keď k tomu dôjde, skončíte nielen s prerušeným napájacím zdrojom, ale aj s prerušeným obvodom. čo je dôvod, prečo je obvod ochrany proti prepätiu dôležitý v každom elektronickom prevedení.
Aby sme teda mohli navrhnúť ochranný obvod pre situácie s prepätím, musíme si objasniť základy ochrany proti prepätiu. V našich predchádzajúcich výukových programoch ochranných obvodov sme navrhli mnoho základných ochranných obvodov, ktoré je možné prispôsobiť vášmu obvodu, menovite ochrana proti prepätiu, ochrana proti skratu, ochrana proti prepólovaniu, ochrana proti nadprúdu atď.
V tomto článku sa budeme venovať iba jednej veci, a to vytvoreniu vstupného sieťového obvodu proti prepätiu, ktorý zabráni jeho zničeniu.
Ako funguje sieťový prepäťový ochranný obvod 230 V?
Aby sme pochopili základy ochranného obvodu proti prepätiu, urobme si obvod oddelene, aby sme porozumeli základnému princípu práce každej časti obvodu.
Srdcom tohto obvodu je OP-Amp, ktorý je konfigurovaný ako komparátor. V schéme máme základný zosilňovač LM358 OP a v jeho kolíku 6 máme naše referenčné napätie, ktoré je generované z IC regulátora napätia LM7812 a na kolíku 5 máme naše vstupné napätie, ktoré vychádza z hlavného napájacie napätie. V tejto situácii, ak vstupné napätie prekročí referenčné napätie, výstup operačného zosilňovača sa zvýši a s týmto vysokým signálom môžeme riadiť tranzistor, ktorý zapne relé, ale v tomto obvode existuje obrovský problém., Kvôli šumu vo vstupnom signáli bude operačný zosilňovač mnohokrát kmitať, kým sa nedostane do stabilnej polohy,
Riešením je pridať hysterézia Schmittova spúšťacieho účinku na vstupe. Predtým sme vytvorili obvody ako Frequency Counter pomocou Arduina a Capacitance Meter s použitím Arduina, ktoré obidva využívajú spúšťacie vstupy Schmitt. Ak sa chcete o týchto projektoch dozvedieť viac, pozrite si ich. Konfiguráciou operačného zosilňovača s pozitívnou spätnou väzbou môžeme rozšíriť maržu na vstupe podľa našich potrieb. Ako môžete vidieť na obrázku vyššie, pomocou R18 a R19 sme poskytli spätnú väzbu, prakticky sme pridali dve prahové napätia, jedno je horné prahové napätie, ďalšie je dolné prahové napätie.
Výpočet hodnôt komponentov pre prepäťovú ochranu
Ak sa pozrieme na schému, máme náš sieťový vstup, ktorý ho usmerníme pomocou mostíkového usmerňovača, potom ho prevedieme cez delič napätia, ktorý je vyrobený s R9, R11 a R10, potom ho prefiltrujeme cez 22uF 63V kondenzátor.
Po vykonaní výpočtu pre rozdeľovač napätia dostaneme výstupné napätie 3,17V, teraz musíme vypočítať horné a spodné prahové napätie. Povedzme, že chceme znížiť výkon, keď vstupné napätie dosiahne 270V. Teraz, keď urobíme výpočet deliča napätia znova, dostaneme výstupné napätie 3,56 V, čo je náš horný prah. Naša dolná hranica zostáva na 3,17 V, keď sme uzemnili operačný zosilňovač.
Teraz môžeme pomocou jednoduchého vzorca na delenie napätia ľahko vypočítať horné a dolné prahové napätie. Ak vezmeme schému ako referenciu, výpočet je uvedený nižšie, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0,47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0V
Teraz po výpočte jasne vidíme, že sme pomocou pozitívnej spätnej väzby nastavili vaše horné prahové napätie na 0,47 V nad úroveň spúšťania.
Poznámka: Upozorňujeme, že naše praktické hodnoty sa budú trochu líšiť od našich vypočítaných hodnôt kvôli toleranciám rezistorov.
Dizajn DPS sieťového ochranného obvodu
DPS pre náš obvod ochrany proti prepätiu v sieti je navrhnutý pre jeden príborník. Na návrh svojej DPS som použil program Eagle, ale môžete použiť akýkoľvek návrhový softvér podľa vášho výberu. 2D obrázok môjho návrhu dosky je zobrazený nižšie.
Dostatočný priemer stopy sa používa na zabezpečenie toho, aby silové stopy mohli prúdiť prúdom cez dosku plošných spojov. Vstup pre striedavý prúd a vstup pre transformátor sú vytvorené na ľavej strane a výstup pre spodnú časť pre lepšiu použiteľnosť. Celý návrhový súbor pre Eagle spolu s Gerberom si môžete stiahnuť z odkazu nižšie.
- GERBER pre obvod ochrany pred prepätím v sieti
Teraz, keď je náš Dizajn pripravený, je čas každý a spájkovať dosku. Po dokončení procesu leptania, vŕtania a spájkovania vyzerá doska ako na obrázku nižšie.
Testovanie obvodu ochrany proti prepätiu a prúdu
Na demonštráciu sa používa nasledujúci prístroj
- Multimetr Meco 108B + TRMS
- Multimetr Meco 450B + TRMS
- Osciloskop Hantek 6022BE
- 9-0-9 Transformátor
- 40W žiarovka (testovacie zaťaženie)
Ako môžete vidieť z vyššie uvedeného obrázka, pripravil som toto testovacie nastavenie na otestovanie tohto obvodu. Spájkoval som dva vodiče na pin5 a pin6 operačného zosilňovača a multimetr meco 108B + zobrazuje vstupné napätie a meco 450B + zobrazuje referenčné napätie.
V tomto obvode je transformátor napájaný z elektrickej siete 230 V a odtiaľ sa napája do obvodu usmerňovača ako vstup, výstup z transformátora sa tiež dodáva do dosky, pretože dodáva do obvodu napájacie a referenčné napätie..
Ako vidíte na vyššie uvedenom obrázku, obvod je zapnutý a vstupné napätie v multimetri meco 450B + je menšie ako referenčné napätie, čo znamená, že výstup je zapnutý.
Teraz, aby sme simulovali situáciu, ak znížime referenčné napätie, výstup sa vypne, pričom sa zistí stav prepätia, tiež sa rozsvieti červená dióda LED na doske, čo môžete pozorovať na obrázku nižšie.
Ďalšie vylepšenia
Pre demonštráciu je obvod skonštruovaný na doske plošných spojov pomocou schémy. Tento obvod je možné ľahko upraviť tak, aby sa zlepšil jeho výkon. Napríklad odpory, ktoré som použil, majú všetky 5% tolerancie, použitie 1% odporov môže vylepšiť presnosť obvodu.
Dúfam, že sa vám článok páčil a dozvedeli ste sa niečo užitočné. Ak máte akékoľvek otázky, môžete ich zanechať v sekcii komentárov nižšie alebo použiť naše fóra na zverejnenie ďalších technických otázok.