- Что такое защита от перенапряжения и почему она так важна?
- Как работает схема защиты от перенапряжения сети 230 В?
- Расчет значений компонентов для защиты от перенапряжения
- Схема печатной платы защиты от перенапряжения в сети
- Проверка цепи защиты от перенапряжения и тока
- Дальнейшие улучшения
Большинство источников питания в наши дни очень надежны благодаря прогрессу в технологиях и лучшему дизайну, но всегда есть вероятность отказа из-за производственного дефекта, или это может быть основной переключающий транзистор или выход из строя MOSFET. Кроме того, существует вероятность того, что он может выйти из строя из-за перенапряжения на входе, хотя защитные устройства, такие как металлооксидный варистор (MOV), могут использоваться в качестве защиты входа, но после срабатывания MOV это делает устройство бесполезным.
Чтобы решить эту проблему, мы собираемся построить устройство защиты от перенапряжения с операционным усилителем, которое может обнаруживать высокие напряжения и может отключать входную мощность за доли секунды, защищая устройство от скачков высокого напряжения. Кроме того, будет проведено подробное тестирование схемы, чтобы проверить нашу конструкцию и работу схемы. Следующий экзамен дает вам представление о процессе сборки и тестирования этой схемы. Если вы занимаетесь проектированием SMPS, вы можете ознакомиться с нашими предыдущими статьями о советах по проектированию печатных плат SMPS и методах уменьшения электромагнитных помех SMPS.
Что такое защита от перенапряжения и почему она так важна?
Существует множество причин выхода из строя цепи питания, один из которых связан с перенапряжением. В предыдущей статье мы сделали схему защиты от перенапряжения для цепи постоянного тока, вы можете проверить это, если это вас заинтересует. Защиту от перенапряжения можно проиллюстрировать как функцию, при которой источник питания отключается при возникновении состояния перенапряжения, хотя ситуация перенапряжения возникает реже, когда это происходит, она делает источник питания бесполезным. Кроме того, воздействие состояния перенапряжения может происходить от источника питания к главной цепи, когда это произойдет, вы получите не только неисправный источник питания, но и разрыв цепи. Вот почему схема защиты от перенапряжения становится важной в любой электронной конструкции.
Итак, чтобы разработать схему защиты от ситуаций перенапряжения, нам необходимо прояснить основы защиты от перенапряжения. В наших предыдущих руководствах по схемам защиты мы разработали множество базовых схем защиты, которые можно адаптировать к вашей схеме, а именно: защиту от перенапряжения, защиту от короткого замыкания, защиту от обратной полярности, защиту от перегрузки по току и т. Д.
В этой статье мы сосредоточимся только на одном, а именно на создании схемы защиты от перенапряжения входной сети, чтобы предотвратить ее выход из строя.
Как работает схема защиты от перенапряжения сети 230 В?
Чтобы понять основы схемы защиты от перенапряжения, давайте разберем схему, чтобы понять основной принцип работы каждой части схемы.
Сердцем этой схемы является OP-Amp, который настроен как компаратор. В схеме, мы имеем базовый LM358 ОУ и в его Pin-6, у нас есть опорное напряжение, которое генерируется из регулятора LM7812 напряжения IC и на штыре-5, мы имеем наше входное напряжение, которое поступает из основных напряжение питания. В этой ситуации, если входное напряжение превышает опорное напряжение, на выходе ОУ будет идти высокий, и с этим высоким сигналом, мы можем управлять транзистором, который поворачивает на реле, но лежит огромная проблема в этой схеме, Из-за шума во входном сигнале операционный усилитель будет многократно колебаться, прежде чем станет стабильным.
Решением является добавление гистерезиса в действии триггера Шмитта на входе. Ранее мы создавали такие схемы, как счетчик частоты с использованием Arduino и измеритель емкости с использованием Arduino, оба из которых используют триггерные входы Шмитта, если вы хотите узнать больше об этих проектах, обязательно ознакомьтесь с ними. Настроив операционный усилитель с положительной обратной связью, мы можем увеличить запас на входе в соответствии с нашими потребностями. Как вы можете видеть на изображении выше, мы обеспечили обратную связь с помощью R18 и R19, таким образом, мы практически добавили два пороговых напряжения, одно - верхнее пороговое напряжение, другое - нижнее пороговое напряжение.
Расчет значений компонентов для защиты от перенапряжения
Если мы посмотрим на схему, у нас есть сетевой вход, который мы выпрямляем с помощью мостового выпрямителя, затем пропускаем его через делитель напряжения, который состоит из R9, R11 и R10, затем мы фильтруем его через 22uF 63V конденсатор.
После выполнения расчета для делителя напряжения мы получим выходное напряжение 3,17 В, теперь нам нужно рассчитать верхнее и нижнее пороговые напряжения. Допустим, мы хотим отключить питание, когда входное напряжение достигнет 270 В. Теперь, если мы снова сделаем расчет делителя напряжения, мы получим выходное напряжение 3,56 В, что является нашим верхним порогом. Наш нижний порог остается на уровне 3,17 В, поскольку мы заземлили операционный усилитель.
Теперь, с помощью простой формулы делителя напряжения, мы можем легко вычислить верхнее и нижнее пороговые напряжения. Взяв схему за образец, расчет показан ниже.
UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0,47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0V
Теперь, после расчета, мы можем ясно видеть, что мы установили ваше верхнее пороговое напряжение на 0,47 В выше уровня срабатывания с помощью положительной обратной связи.
Примечание: обратите внимание, что наши практические значения будут немного отличаться от наших расчетных значений из-за допусков резисторов.
Схема печатной платы защиты от перенапряжения в сети
Печатная плата нашей схемы защиты от перенапряжения рассчитана на одиночный сервант. Я использовал Eagle для разработки своей печатной платы, но вы можете использовать любое программное обеспечение для проектирования по вашему выбору. 2D-изображение моего дизайна платы показано ниже.
Диаметр дорожки достаточен для того, чтобы силовые дорожки пропускали ток через печатную плату. Вход сети переменного тока и входная секция трансформатора расположены на левой стороне, а выход - на нижней стороне для удобства использования. Полный файл дизайна для Eagle вместе с Gerber можно скачать по ссылке ниже.
- GERBER для схемы защиты от перенапряжения в сети
Теперь, когда наш дизайн готов, пора каждому и паять плату. После завершения процесса травления, сверления и пайки плата выглядит так, как показано на рисунке ниже.
Проверка цепи защиты от перенапряжения и тока
Для демонстрации используется следующая аппаратура.
- Мультиметр Meco 108B + TRMS
- Мультиметр Meco 450B + TRMS
- Осциллограф Hantek 6022BE
- 9-0-9 Трансформатор
- Лампочка 40 Вт (тестовая нагрузка)
Как вы можете видеть на изображении выше, я подготовил эту испытательную установку для проверки этой схемы, я припаял два провода к контактам 5 и 6 операционного усилителя, а мультиметр meco 108B + показывает входное напряжение, а мультиметр meco 450B + показывает опорное напряжение.
В этой схеме, трансформатор питаются от сети 230 питания, а оттуда питание подается на схему выпрямителя в качестве входных данных, на выходе из трансформатора также подаются на плату, как это обеспечивает мощность и опорное напряжение в цепи.
Как видно из приведенного выше изображения, схема включена, и входное напряжение в Меко 450b + мультиметра меньше, чем опорное напряжение, что означает, что выход включен.
Теперь, чтобы смоделировать ситуацию, если мы уменьшаем опорное напряжение, выход выключится, обнаружения по условию напряжения, и красный светодиод на плате включается, вы можете наблюдать, что на изображение ниже.
Дальнейшие улучшения
Для демонстрации схема построена на печатной плате с помощью схемы, эту схему можно легко изменить для улучшения ее характеристик, например, все резисторы, которые я использовал, имеют допуск 5%, использование резисторов с номиналом 1% может улучшить точность схемы.
Надеюсь, вам понравилась статья и вы узнали что-то полезное. Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете оставить их в разделе комментариев ниже или использовать наши форумы, чтобы задать другие технические вопросы.