Come realizzare un circuito rivelatore Zero Crossing

Prova Il Nostro Strumento Per Eliminare I Problemi





Realizzare un circuito rivelatore di zero crossing è in realtà molto semplice e potrebbe essere efficacemente applicato per proteggere apparecchiature elettroniche sensibili da sovratensioni di accensione.

Un circuito rivelatore di zero crossing viene utilizzato principalmente per proteggere i dispositivi elettronici da sovratensioni di accensione assicurando che durante l'accensione la fase di rete 'entri' sempre nel circuito al suo primo punto di zero crossing.
Stranamente, ad eccezione di 'wikipedia', nessun altro dei migliori siti online ha finora affrontato questa applicazione cruciale del concetto di rilevatore di zero crossing, spero che aggiorneranno i loro articoli dopo aver letto questo post.



Cos'è un rilevatore di zero crossing?

Sappiamo tutti che la nostra fase CA di rete è composta da fasi di tensione sinusoidali alternate come mostrato di seguito:

In questa corrente alternata, la corrente può essere vista alternarsi lungo la linea dello zero centrale e attraverso i livelli di picco positivo superiore e negativo inferiore, attraverso un particolare angolo di fase.



Questo angolo di fase può essere visto aumentare e diminuire in modo esponenziale, il che significa che lo fa in modo gradualmente crescente e graduale.

Il ciclo alternato in un AC avviene 50 volte al secondo per la rete 220V e 60 volte al secondo per gli ingressi di rete 120V come stabilito dalle regole standard. Questa risposta di 50 cicli è chiamata frequenza di 50 Hz e la frequenza di 60 Hz è chiamata frequenza di 60 Hz per queste prese di rete nelle nostre case.

Ogni volta che accendiamo un apparecchio o un dispositivo elettronico alla rete, esso è soggetto ad un improvviso ingresso della fase AC, e se questo punto di ingresso dovesse trovarsi al picco dell'angolo di fase potrebbe implicare la massima corrente forzata all'apparecchio al punto di accensione.

Sebbene la maggior parte dei dispositivi sarà pronta per questo e potrebbe essere dotata di stadi di protezione che utilizzano resistori, o NTC o MOV, non è mai consigliabile sottoporli a situazioni così improvvise e imprevedibili.

Per affrontare questo problema, viene utilizzato uno stadio del rilevatore di zero crossing che garantisce che ogni volta che un gadget viene acceso con l'alimentazione di rete, il circuito di zero crossing attende fino a quando il ciclo di fase AC raggiunge la linea zero, ea questo punto accende la rete potere al gadget.

Come progettare un rilevatore di Zero Crossing

Progettare un rilevatore di zero crossing non è difficile. Possiamo farlo usando un amplificatore operazionale, come mostrato di seguito, tuttavia utilizzando un amplificatore operazionale per un concetto semplice poiché sembra essere eccessivo, quindi discuteremo anche come implementare lo stesso utilizzando un normale progetto basato su transistor:

Circuito rilevatore di zero crossing Opamp

Circuito rivelatore Zero Crossing utilizzando opamp

Nota: l'ingresso CA dovrebbe provenire da un raddrizzatore a ponte

La figura sopra mostra un semplice circuito rivelatore di zero crossing basato su opamp 741 che può essere utilizzato per tutte le applicazioni che richiedono un'esecuzione basata su zero crossing.

Come si può vedere, il file 741 è configurato come un comparatore , in cui il suo pin non invertente è collegato a massa attraverso un diodo 1N4148, che provoca un potenziale di caduta di 0,6 V su questo pin di ingresso.

L'altro pin di ingresso n. 2, che è il pin invertente dell'iC, viene utilizzato per il rilevamento del passaggio per lo zero e viene applicato con il segnale CA preferito.

Poiché sappiamo che finché il potenziale del pin n. 3 è inferiore al pin n. 2, il potenziale di uscita sul pin n. 6 sarà 0 V, e non appena la tensione del pin n. 3 supera il pin n. 2, la tensione di uscita cambierà rapidamente al 12V (livello di alimentazione).

Pertanto all'interno del segnale AC in ingresso alimentato durante i periodi in cui la tensione di fase è ben al di sopra della linea zero, o almeno al di sopra di 0,6 V sopra la linea zero, l'uscita opamp mostra un potenziale zero ... ma durante i periodi in cui il la fase sta per entrare o attraversare la linea dello zero, il pin n. 2 sperimenta un potenziale inferiore al riferimento di 0,6 V come impostato per il pin n. 3, causando un immediato ritorno dell'uscita a 12V.

Quindi l'uscita durante questi punti diventa 12v ad alto livello, e questa sequenza continua ad attivarsi ogni volta che la fase attraversa la linea zero del suo ciclo di fase.

La forma d'onda risultante può essere vista all'uscita dell'IC che esprime chiaramente e conferma il rilevamento di zero crossing dell'IC.

Utilizzando un circuito BJT fotoaccoppiatore

Sebbene il rilevatore di zero crossing opamp sopra discusso sia molto efficiente, lo stesso può essere implementato utilizzando un normale accoppiatore ottico BJT con una precisione ragionevolmente buona.

Circuito rivelatore Zero Crossing basato su accoppiatore ottico

Nota: l'ingresso CA dovrebbe provenire da un raddrizzatore a ponte

Facendo riferimento all'immagine sopra, il BJT sotto forma di un fototransistor associato all'interno di un opto accoppiatore può essere efficacemente configurato come un il più semplice circuito del rivelatore di zero crossing .

La rete CA viene alimentata al LED dell'amplificatore operazionale tramite una resistenza di alto valore. Durante i suoi cicli di fase fintanto che la tensione di rete è superiore a 2V, il fototransistor rimane in modalità di conduzione e la risposta di uscita è mantenuta vicino a zero volt, tuttavia durante i periodi in cui la fase raggiunge la linea zero della sua corsa, il LED all'interno del l'opto si spegne provocando lo spegnimento anche del transistor, questa risposta fa apparire istantaneamente una logica alta nel punto di uscita indicato della configurazione.

Pratico circuito di applicazione che utilizza il rilevamento di zero crossing

Un esempio pratico di circuito che utilizza un rilevamento di zero crossing può essere visto di seguito, qui il triac non può mai essere commutato in nessun altro punto di fase eccetto il punto di zero crossing, ogni volta che l'alimentazione è accesa.

Questo assicura che il circuito sia sempre tenuto lontano dall'interruttore di sovratensione e dai relativi pericoli.

circuito rivelatore BJT Zero Crossing singolo

Nota: l'ingresso CA deve provenire da un raddrizzatore a ponte

Nel concetto sopra, un triac viene attivato attraverso un piccolo segnale SCR controllato da un BJT PNP. Questo BJT PNP è configurato per eseguire un rilevamento di zero crossing per la commutazione sicura prevista del triac e del carico associato.

Ogni volta che viene attivata l'alimentazione, l'SCR riceve l'alimentazione dell'anodo dalla sorgente di trigger CC esistente, tuttavia la sua tensione di gate viene attivata solo nel momento in cui l'ingresso transita attraverso il suo primo punto di zero crossing.

Una volta che l'SCR viene attivato al punto di passaggio zero sicuro, attiva il triac e il carico collegato e, a sua volta, si blocca garantendo una corrente di gate continua per il triac.

Questo tipo di commutazione ai punti di zero crossing ogni volta che si accende l'alimentazione garantisce un'accensione costante e sicura per il carico eliminando tutti i possibili pericoli normalmente associati all'accensione improvvisa della rete.

Eliminazione del rumore RF

Un'altra grande applicazione di un circuito rivelatore di zero crossing è per eliminando il rumore nei circuiti di commutazione triac . Prendiamo l'esempio di un file circuito dimmer elettronico della luce , normalmente troviamo tali circuiti che emettono molto rumore RF nell'atmosfera e anche nella rete elettrica causando un inutile scarico delle armoniche.

Ciò accade a causa della rapida intersezione della conduzione del triac attraverso i cicli positivi / negativi attraverso la linea di zero crossing ... specialmente intorno alla transizione di zero crossing in cui il triac è soggetto a una zona di tensione indefinita che lo induce a produrre rapidi transitori di corrente che in vengono emesse come rumore RF.

Un rilevatore di zero crossing se aggiunto a circuiti basati su triac , elimina questo fenomeno consentendo al triac di attivarsi solo quando il ciclo AC ha attraversato perfettamente la linea dello zero, il che garantisce una commutazione pulita del triac, eliminando quindi i transitori RF.

Riferimento:

Circuito Zero Crossing




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