Circuit de protecció a la xarxa elèctrica de 230V ca

Actualment, la majoria de la font d’alimentació és molt fiable a causa de l’avenç tecnològic i de les millors preferències de disseny, però sempre hi ha una possibilitat de fallada a causa d’un defecte de fabricació o pot ser que el transistor de commutació principal o el MOSFET vagin malament. A més, hi ha la possibilitat que falli a causa de la sobretensió a l’entrada, tot i que es poden utilitzar dispositius de protecció com el Varistor d’òxid metàl·lic (MOV) com a protecció d’entrada, però un cop es desencadena un MOV, el dispositiu queda inútil.

Per solucionar aquest problema, anem a construir un dispositiu de protecció contra sobretensió amb un amplificador operacional, que pugui detectar altes tensions i pot reduir la potència d’entrada en una fracció de segon protegint el dispositiu d’una sobretensió. A més, hi haurà una prova detallada del circuit per verificar el nostre disseny i funcionament del circuit. El següent examen us dóna una idea sobre el procés de construcció i proves d’aquest circuit. Si esteu interessats en el disseny de SMPS, podeu consultar els nostres articles anteriors sobre consells de disseny de PCB SMPS i tècniques de reducció de SMI EMI.

Què és la protecció contra sobretensions i per què és tan important?

Hi ha moltes maneres en què un circuit d'alimentació pot fallar, una d'elles es deu a la sobretensió. En un article anterior, hem creat un circuit de protecció contra sobretensió per al circuit de corrent continu. Podeu comprovar-ho si això és el vostre interès. La protecció contra sobretensió es pot il·lustrar com una característica en què la font d'alimentació s'apaga quan es produeix una condició de sobretensió, tot i que es produeix una situació de sobretensió amb menys freqüència, quan això passa, fa que la font d'alimentació sigui inútil. A més, l'impacte d'una condició de sobretensió es pot produir des de la font d'alimentació fins al circuit principal, quan això passi, acabareu no només amb una font d'alimentació trencada sinó també amb un circuit trencat. raó per la qual un circuit de protecció contra sobretensió esdevé important en qualsevol disseny electrònic.

Per tant, per dissenyar un circuit de protecció per a situacions de sobretensió, hem d’esborrar els fonaments de la protecció contra sobretensió. Als nostres tutorials anteriors sobre circuits de protecció, hem dissenyat molts circuits bàsics de protecció que es poden adaptar al vostre circuit, a saber, protecció contra sobretensió, protecció contra curtcircuits, protecció contra polaritat inversa, protecció contra sobrecorrent, etc.

En aquest article, ens centrarem només en una cosa, és a dir, fer un circuit de protecció contra sobretensió de la xarxa d’entrada per evitar que es destrueixi.

Com funciona el circuit de protecció de sobretensió de xarxa de 230V?

Per entendre els conceptes bàsics del circuit de protecció contra sobretensions, desmuntem el circuit per comprendre el principi bàsic de funcionament de cada part del circuit.

El cor d’aquest circuit és un OP-Amp, que es configura com un comparador. A l’esquema, tenim un amplificador OP LM358 bàsic i en el seu Pin-6, tenim la nostra tensió de referència que es genera a partir d’un regulador de tensió LM7812 IC i al pin-5, tenim la nostra tensió d’entrada que prové de la xarxa principal. tensió d'alimentació. En aquesta situació, si la tensió d’entrada supera la tensió de referència, la sortida de l’ampli operatiu augmentarà i, amb aquest senyal elevat, podem accionar un transistor que engegui un relé, però hi ha un problema enorme en aquest circuit., A causa del soroll del senyal d'entrada, l'amplificador operatiu oscil·larà moltes vegades abans d'arribar a un estable.

La solució és afegir histèresi de l'acció de desencadenament de Schmitt a l'entrada. Anteriorment, hem creat circuits com el comptador de freqüències amb Arduino i el Capacitance Meter amb Arduino, que utilitzen les entrades de disparador Schmitt; si voleu obtenir més informació sobre aquests projectes, consulteu-los. Configurant l’ampli operatiu amb retroalimentació positiva, podem ampliar el marge de l’entrada segons les nostres necessitats. Com podeu veure a la imatge anterior, hem proporcionat comentaris amb l'ajuda de R18 i R19 fent-ho, pràcticament hem afegit dos voltatges llindars, un és el voltatge llindar superior, un altre és el voltatge llindar inferior.

Càlcul dels valors dels components per a la protecció contra sobretensió

Si ens fixem en l'esquema, tenim la nostra entrada de la xarxa, el que ens vam rectificar amb l'ajuda d'un pont rectificador, a continuació, el sotmetem a un divisor de tensió que es fa amb R9, R11, i R10, després filtrar a través d'una 22uF 63V condensador.

Després de fer el càlcul per al divisor de tensió, obtindrem una tensió de sortida de 3,17 V, ara cal calcular les tensions del llindar superior i inferior, diguem que volem tallar energia quan la tensió d’entrada arriba a 270 V. Ara, si tornem a fer el càlcul del divisor de tensió, obtindrem un voltatge de sortida de 3,56 V, que és el nostre llindar superior. El nostre llindar inferior es manté a 3,17 V, ja que hem connectat a terra l’amplificador operatiu.

Ara, amb l'ajuda d'una fórmula simple de divisor de tensió, podem calcular fàcilment les tensions del llindar superior i inferior. Prenent l’esquema com a referència, el càlcul es mostra a continuació, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0,47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0V

Ara, després del càlcul, podem veure clarament que hem establert la tensió del llindar superior a 0,47 V per sobre del nivell d’activació amb l’ajut de la retroalimentació positiva.

Nota: tingueu en compte que els nostres valors pràctics diferiran una mica dels valors calculats a causa de les toleràncies de la resistència.

Disseny de circuits de protecció de sobretensió de xarxa

El PCB del nostre circuit de protecció contra sobretensió de xarxa està dissenyat per a un aparador únic. He utilitzat Eagle per dissenyar el meu PCB, però podeu utilitzar qualsevol programari de disseny que trieu. A continuació es mostra la imatge 2D del disseny del meu tauler.

S'utilitza un diàmetre de traça suficient per fer que les pistes de potència flueixin el corrent a través de la placa de circuit. La secció d’entrada de corrent altern i la secció d’entrada del transformador es creen a la part esquerra i la sortida es crea a la part inferior per a una millor usabilitat. El fitxer de disseny complet per a Eagle juntament amb el Gerber es pot descarregar des de l’enllaç següent.

• GERBER per a circuit de protecció contra sobretensió de xarxa

Ara, quan el nostre disseny està llest, és el moment de soldar la placa. Un cop finalitzats els processos de gravat, perforació i soldadura, el tauler sembla la imatge que es mostra a continuació.

Prova de circuit de protecció contra sobretensió i corrent

Per a la demostració, s’utilitza l’aparell següent

1. Multímetre Meco 108B + TRMS
2. Multímetre Meco 450B + TRMS
3. Oscil·loscopi Hantek 6022BE
4. 9-0-9 Transformador
5. Bombeta de 40W (càrrega de prova)

Com podeu veure a la imatge anterior, he preparat aquesta configuració de prova per provar aquest circuit, he soldat dos cables al pin5 i pin6 de l’amplificador operatiu i el multímetre meco 108B + mostra la tensió d’entrada i el multímetre meco 450B mostra el voltatge de referència.

En aquest circuit, el transformador s’alimenta de la xarxa elèctrica de 230 V i, a partir d’aquí, l’energia s’alimenta al circuit del rectificador com a entrada, la sortida del transformador també s’alimenta a la placa ja que proporciona alimentació i tensió de referència al circuit.

Com podeu veure a la imatge anterior, el circuit està activat i el voltatge d’entrada del multímetre meco 450B + és inferior al voltatge de referència, la qual cosa significa que la sortida està activada.

Ara, per simular la situació si reduïm el voltatge de referència, la sortida s’apagarà, detectant un estat de sobretensió, també s’encendrà un LED vermell a la placa, podeu observar-ho a la imatge següent.

Millores addicionals

Per a la demostració, el circuit es construeix sobre un PCB amb l'ajuda de l'esquema, aquest circuit pot ser fàcilment modificat per millorar el seu rendiment, per exemple, les resistències He utilitzats tots tenen un 5% en toleràncies, usant 1% de resistències nominals pot millorar la precisió del circuit.

Espero que us hagi agradat l'article i hàgiu après alguna cosa útil. Si teniu cap pregunta, podeu deixar-les a la secció de comentaris o fer servir els nostres fòrums per publicar altres preguntes tècniques.