230V växelström överströmsskydd

Det mesta av strömförsörjningen idag är mycket tillförlitlig på grund av framsteg inom teknik och bättre designpreferenser, men det finns alltid en risk för fel på grund av en tillverkningsfel eller så kan det vara huvudomkopplingstransistorn eller MOSFET som går dåligt. Det finns också en möjlighet att den kan misslyckas på grund av överspänning vid ingången, även om skyddsanordningar som Metal Oxide Varistor (MOV) kan användas som ingångsskydd, men när en MOV utlöses gör den enheten värdelös.

För att lösa detta problem ska vi bygga en överspänningsskyddsanordning med en op-amp, som kan upptäcka höga spänningar och kan klippa av ingångseffekten på en bråkdel av en sekund som skyddar enheten från en högspänningsböj. Det kommer också att göras ett detaljerat test av kretsen för att verifiera vår design och funktion av kretsen. Följande undersökning ger dig en uppfattning om bygg- och testprocessen för denna krets. Om du gillar SMPS Design kan du kolla in våra tidigare artiklar om SMPS PCB Design Tips och SMPS EMI Reduction Techniques.

Vad är överspänningsskydd och varför är det så viktigt?

Det finns många sätt på vilka en strömförsörjningskrets kan misslyckas, ett av dem beror på överspänning. I en tidigare artikel har vi skapat en överspänningsskyddskrets för DC-kretsen, du kan kolla in det om det toppar ditt intresse. Överspänningsskydd kan illustreras som en funktion där strömförsörjningen stängs av när ett överspänningsförhållande uppstår, även om en överspänningssituation inträffar mindre ofta, när det händer gör det strömförsörjningen värdelös. Effekten av ett överspänningsförhållande kan också ske från strömförsörjningen till huvudkretsen, när det händer kommer du att sluta med inte bara en trasig strömförsörjning utan också med en trasig krets. varför en överspänningsskyddskrets blir viktig i alla elektroniska konstruktioner.

Så för att utforma en skyddskrets för överspänningssituationer måste vi rensa grunderna för överspänningsskydd. I våra tidigare handledning för skyddskrets har vi utformat många grundläggande skyddskretsar som kan anpassas till din krets, nämligen överspänningsskydd, kortslutningsskydd, omvänd polaritetsskydd, överströmsskydd etc.

I den här artikeln kommer vi bara att koncentrera oss på en sak, det vill säga att göra en ingångsström för överspänningsskydd för att förhindra att den förstörs.

Hur fungerar 230V nätöverspänningsskyddskrets?

För att förstå grunderna för överspänningsskyddskretsen, låt oss ta isär kretsen för att förstå den grundläggande arbetsprincipen för varje del av kretsen.

Kärnan i denna krets är en OP-Amp, som är konfigurerad som en komparator. I schemat har vi en grundläggande LM358 OP-amp och i dess Pin-6 har vi vår referensspänning som genereras från en LM7812 spänningsregulator IC och på pin-5 har vi vår ingångsspänning som kommer från huvudströmmen matningsspänning. I den här situationen, om ingångsspänningen överstiger referensspänningen, kommer ut-förstärkarens utgång att bli hög, och med den höga signalen kan vi driva en transistor som slår på ett relä, men det ligger ett stort problem i denna krets, På grund av brus i insignalen kommer Op-amp att oscillera många gånger innan den kommer till en stabil,

Den lösningen är att lägga hysteres av Schmitt trigger action vid ingången. Tidigare har vi gjort kretsar som Frequency Counter använder Arduino och kapacitans Meter använda Arduino som båda använder Schmitt trigger ingångar, om du vill veta mer om dessa projekt, gör kolla de ut. Genom att konfigurera op-amp med positiv feedback kan vi bredda marginalen vid ingången enligt våra behov. Som du kan se i bilden ovan har vi gett feedback med hjälp av R18 & R19 genom att göra det, vi har praktiskt taget lagt till två tröskelspänningar, en är den övre tröskelspänningen, en annan är den nedre tröskelspänningen.

Beräkning av komponentvärdena för överspänningsskydd

Om vi tittar på den schematiska, har vi vår huvudingång, som vi rätta det med hjälp av en bro likriktare, då sätter vi det genom en spänningsdelare som görs med R9, R11 och R10, då vi filtrera den genom en 22uF 63V kondensator.

Efter att ha gjort beräkningen för spänningsdelaren får vi en utspänning på 3,17V, nu måste vi beräkna de övre och nedre tröskelspänningarna, Låt oss säga att vi vill minska strömmen när ingångsspänningen når 270V. Om vi nu gör spänningsdelningsberäkningen igen får vi en utspänning på 3,56V, vilket är vår övre tröskel. Vår nedre tröskel ligger på 3,17 V när vi har jordat Op-amp.

Nu, med hjälp av en enkel spänningsdelningsformel, kan vi enkelt beräkna den övre och den nedre tröskelspänningen. Med schemat som referens visas beräkningen nedan, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0,47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0V

Nu, efter beräkningen, kan vi tydligt se att vi har ställt in din övre tröskelspänning på 0,47V över triggernivån med hjälp av den positiva återkopplingen.

Obs: Observera att våra praktiska värden kommer att skilja sig lite från våra beräknade värden på grund av motståndstoleranser.

Nätöverspänningsskydd kretskortdesign

Kretskortet för vår överspänningsskyddskrets är utformat för en enda skänk. Jag har använt Eagle för att designa min PCB, men du kan använda valfri designprogramvara. 2D-bilden av min brädedesign visas nedan.

En tillräcklig spårdiameter används för att få spåren att strömma strömmen genom kretskortet. AC-nätingången och Transformator-ingångssektionen skapas på vänster sida och utgången skapas på undersidan för bättre användbarhet. Hela designfilen för Eagle tillsammans med Gerber kan laddas ner från länken nedan.

GERBER för nätströmskyddskrets

Nu när vår design är redo är det dags att löda brädet. Efter etsning, borrning och lödningsprocessen är klar ser kortet ut som bilden som visas nedan.

Testning av överspänning och strömskyddskrets

För demonstrationen används följande apparat

Meco 108B + TRMS-multimeter
Meco 450B + TRMS-multimeter
Hantek 6022BE Oscilloskop
9-0-9 Transformator
40W glödlampa (testbelastning)

Som du kan se från ovanstående bild har jag förberett denna testinställning för att testa den här kretsen, jag har lödt två ledningar i pin5 och pin6 på Op-amp och meco 108B + Multimeter visar ingångsspänningen och meco 450B + Multimeter visar referensspänningen.

I denna krets drivs transformatorn från 230V nätströmförsörjning, och därifrån matas strömmen till likriktarkretsen som ingång, utgången från transformatorn matas också in i kortet eftersom den ger ström och referensspänning till kretsen.

Som du kan se från bilden ovan är kretsen på och ingångsspänningen i meco 450B + multimeter är mindre än referensspänningen, vilket innebär att utgången är på.

Nu för att simulera situationen om vi minskar referensspänningen kommer utgången att stängas av, detekterar ett överspänningsförhållande, även en röd lysdiod på kortet tänds, du kan observera det på bilden nedan.

Ytterligare förbättringar

För demonstrationen är kretsen konstruerad på ett kretskort med hjälp av schemat, den här kretsen kan enkelt modifieras för att förbättra dess prestanda, till exempel, motstånden jag har använt har alla 5% toleranser, med 1% nominellt motstånd kan förbättras kretsens noggrannhet.

Hoppas du gillade artikeln och lärde dig något användbart. Om du har några frågor kan du lämna dem i kommentarfältet nedan eller använda våra forum för att skicka andra tekniska frågor.