Мережа захисту від напруги 230 В змінного струму

Більшість джерел живлення в наші дні є дуже надійними завдяки вдосконаленню технологій та кращим дизайнерським уподобанням, але завжди є ймовірність виходу з ладу через виробничий дефект, або це може бути основний комутаційний транзистор або МОП-транзистор. Крім того, існує ймовірність, що він може вийти з ладу через перенапругу на вході, хоча захисні пристрої, такі як металевий оксидний варистор (MOV), можуть бути використані як захист на вході, але коли MOV спрацьовує, це робить пристрій марним.

Щоб вирішити цю проблему, ми збираємося створити пристрій захисту від перенапруги з операційним підсилювачем, який може виявляти високі напруги і може зменшити вхідну потужність за частку секунди, захищаючи пристрій від перенапруги високої напруги. Також буде проведено детальний тест схеми, щоб перевірити нашу конструкцію та роботу схеми. Наступне обстеження дає вам уявлення про процес побудови та випробування цієї схеми. Якщо ви любите дизайн SMPS, ви можете ознайомитися з нашими попередніми статтями щодо Порад щодо проектування друкованої плати SMPS та методів зменшення EMI SMPS.

Що таке захист від перенапруги і чому це так важливо?

Існує багато способів, через які ланцюг живлення може вийти з ладу, один з них через перенапругу. У попередній статті ми створили схему захисту від перенапруги для схеми постійного струму, і ви можете це перевірити, якщо це підніме ваш інтерес. Захист від перенапруги можна проілюструвати як особливість, коли джерело живлення відключається, коли виникає стан перенапруги, хоча ситуація перенапруги трапляється рідше, коли це трапляється, це робить джерело живлення марним. Крім того, вплив стану перенапруги може здійснюватися від джерела живлення до основної ланцюга, коли це трапиться, ви отримаєте не тільки непрацюючий блок живлення, але і розірваний ланцюг. саме тому схема захисту від перенапруги стає важливою в будь-якій електронній конструкції.

Отже, щоб розробити схему захисту для ситуацій із перенапругою, нам потрібно з’ясувати основи захисту від перенапруги. У наших попередніх навчальних посібниках із схем захисту ми розробили безліч основних схем захисту, які можна адаптувати до вашої схеми, а саме: захист від перенапруги, захист від короткого замикання, захист від зворотної полярності, захист від перевантаження по струму тощо.

У цій статті ми зосередимося лише на одному, а саме на створенні схеми захисту від перенапруги вхідної мережі, щоб запобігти її руйнуванню.

Як працює ланцюг захисту мережі від перенапруги 230 В?

Щоб зрозуміти основи схеми захисту від перенапруги, давайте розберемо схему, щоб зрозуміти основний принцип роботи кожної частини схеми.

Серцем цієї схеми є OP-підсилювач, який налаштований як компаратор. На схемі ми маємо базовий підсилювач LM358 OP, а в його Pin-6 ми маємо свою опорну напругу, яка генерується від мікросхеми регулятора напруги LM7812, а на контакті 5, ми маємо вхідну напругу, яка надходить від основної напруга живлення. У цій ситуації, якщо вхідна напруга перевищує еталонну напругу, вихід операційного підсилювача буде високим, і з цим високим сигналом ми можемо керувати транзистором, який включає реле, але в цій схемі криється величезна проблема, Через шум у вхідному сигналі Op-підсилювач коливатиметься багато разів, перш ніж прийде в стабільний стан,

Рішенням є додавання гістерезису в дії тригера Шмітта на вході. Раніше ми створювали такі схеми, як лічильник частоти з використанням Arduino та лічильник ємності, використовуючи Arduino, обидва з яких використовують вхідні сигнали триггера Шмітта. Якщо ви хочете дізнатись більше про ці проекти, перевірте їх. Налаштувавши операційний підсилювач із позитивними відгуками, ми можемо розширити поле на вході відповідно до наших потреб. Як ви можете бачити на наведеному вище зображенні, ми забезпечили зворотній зв'язок за допомогою R18 і R19, зробивши це, ми практично додали дві порогові напруги, одна - це верхня порогова напруга, інша - нижня порогова напруга.

Розрахунок значень компонентів для захисту від перенапруги

Якщо ми подивимося на схему, у нас є вхід мережі, який ми випрямляємо за допомогою мостового випрямляча, тоді ми проводимо його через дільник напруги, який виконаний з R9, R11 і R10, потім фільтруємо через 22uF 63V конденсатор.

Виконавши розрахунок дільника напруги, ми отримаємо вихідну напругу 3,17 В, тепер нам потрібно розрахувати верхню і нижню порогові напруги. Скажімо, ми хочемо відключити потужність, коли вхідна напруга досягне 270 В. Тепер, якщо ми знову зробимо розрахунок дільника напруги, ми отримаємо вихідну напругу 3,56 В, що є нашим верхнім порогом. Наш нижній поріг залишається на рівні 3,17 В, оскільки ми заземлили операційний підсилювач.

Тепер за допомогою простої формули дільника напруги ми можемо легко розрахувати верхню і нижню порогові напруги. Беручи схему в якості посилання, розрахунок показано нижче, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0,47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0V

Тепер, після розрахунку, ми чітко бачимо, що ми встановили верхню порогову напругу на 0,47 В вище рівня тригера за допомогою позитивного зворотного зв’язку.

Примітка: Зверніть увагу, що наші практичні значення будуть дещо відрізнятися від наших розрахункових значень через допуски резисторів.

Конструкція друкованої плати схеми захисту від перенапруги

Друкована плата для нашої схеми захисту від перенапруги призначена для єдиного серванта. Я використовував Eagle для проектування моєї друкованої плати, але ви можете використовувати будь-яке програмне забезпечення для дизайну на ваш вибір. Двовимірне зображення мого дизайну дошки показано нижче.

Достатній діаметр сліду використовується для того, щоб силові доріжки пропускали струм через друковану плату. Мережевий вхід змінного струму та секція введення трансформатора створюються з лівого боку, а вихідний - із нижньої сторони для кращого використання. Повний файл дизайну для Eagle разом із Gerber можна завантажити за посиланням нижче.

GERBER для ланцюга захисту мережі від перенапруги

Тепер, коли наш дизайн готовий, настав час кожному і припаяти дошку. Після закінчення процесу травлення, свердління та пайки дошка виглядає так, як показано на малюнку нижче.

Випробування схеми захисту від напруги та струму

Для демонстрації використовується наступний пристрій

Мультиметр Meco 108B + TRMS
Мультиметр Meco 450B + TRMS
Осцилограф Hantek 6022BE
9-0-9 Трансформатор
Лампочка 40 Вт (тестове навантаження)

Як ви можете бачити з наведеного зображення, я підготував цю тестову установку для тестування цієї схеми, я впаяв два дроти в штирі 5 і штифт 6 підсилювача, а мультиметр meco 108B + показує вхідну напругу і мультиметр meco 450B + показує опорну напругу.

У цій схемі трансформатор живиться від мережевого джерела напруги 230 В, а звідти живлення подається в схему випрямляча як вхід, вихід трансформатора також подається на плату, оскільки він забезпечує потужність і опорну напругу в ланцюзі.

Як видно з наведеного зображення, схема включена, а вхідна напруга в мультиметрі meco 450B + менше, ніж опорна напруга, а це означає, що вихід включений.

Тепер для моделювання ситуації, якщо ми зменшимо опорну напругу, вихід вимкнеться, виявивши стан перенапруги, а також увімкнеться червоний світлодіод на платі, ви можете помітити це на зображенні нижче.

Подальші вдосконалення

Для демонстрації схема побудована на друкованій платі за допомогою схеми, цю схему можна легко модифікувати для покращення її продуктивності, наприклад, усі використовувані мною резистори мають 5% допусків, використання 1% номінальних резисторів може поліпшити точність схеми.

Сподіваюся, вам сподобалась стаття і ви дізналися щось корисне. Якщо у вас виникли запитання, ви можете залишити їх у розділі коментарів нижче або використати наші форуми, щоб опублікувати інші технічні питання.