Das Herstellen einer Nulldurchgangsdetektorschaltung ist tatsächlich sehr einfach und kann effektiv zum Schutz empfindlicher elektronischer Geräte gegen Überspannungen des Netzschalters eingesetzt werden.
Eine Nulldurchgangsdetektorschaltung wird hauptsächlich zum Schutz elektronischer Geräte vor Einschaltstößen verwendet, indem sichergestellt wird, dass während des Einschaltens die Netzphase immer an ihrem ersten Nulldurchgangspunkt in die Schaltung 'eintritt'.
Seltsamerweise, außer 'Wikipedia', hat sich bisher keine andere Top-Online-Site mit dieser entscheidenden Anwendung eines Nulldurchgangsdetektorkonzepts befasst. Ich hoffe, dass sie ihre Artikel nach dem Lesen dieses Beitrags aktualisieren werden.
Was ist ein Nulldurchgangsdetektor?
Wir alle wissen, dass unsere Netzwechselphase aus alternierenden sinusförmigen Spannungsphasen besteht, wie unten gezeigt:
In diesem Wechselstrom kann gesehen werden, dass sich der Strom über die zentrale Nulllinie und über die oberen positiven und unteren negativen Spitzenpegel über einen bestimmten Phasenwinkel abwechselt.
Dieser Phasenwinkel kann exponentiell ansteigen und abfallen, was bedeutet, dass er allmählich ansteigt und allmählich abfällt.
Der Wechselzyklus in einem Wechselstrom erfolgt 50 Mal pro Sekunde für 220-V-Netz und 60 Mal pro Sekunde für 120-V-Netzeingänge, wie in den Standardregeln festgelegt. Diese 50-Zyklus-Antwort wird als 50-Hz-Frequenz bezeichnet, und die 60-Hz-Frequenz wird als 60-Hz-Frequenz für diese Netzsteckdosen in unseren Häusern bezeichnet.
Wenn wir ein Gerät oder ein elektronisches Gerät an das Stromnetz anschließen, tritt plötzlich ein Wechselstrom in die Wechselstromphase ein. Wenn dieser Eintrittspunkt zufällig auf der Spitze des Phasenwinkels liegt, kann dies bedeuten, dass dem Gerät maximaler Strom zugeführt wird am Einschaltpunkt.
Obwohl die meisten Geräte dafür bereit sind und möglicherweise mit Schutzstufen mit Widerständen oder NTC oder MOV ausgestattet sind, wird niemals empfohlen, sie solchen plötzlichen unvorhersehbaren Situationen auszusetzen.
Um ein solches Problem anzugehen, wird eine Nulldurchgangsdetektorstufe verwendet, die sicherstellt, dass bei jedem Einschalten eines Geräts mit Netzstrom der Nulldurchgangsstromkreis wartet, bis der Wechselstromphasenzyklus die Nulllinie erreicht, und an diesem Punkt das Netz einschaltet Strom zum Gadget.
So entwerfen Sie einen Nulldurchgangsdetektor
Das Entwerfen eines Nulldurchgangsdetektors ist nicht schwierig. Wir können es mit einem Opamp machen, wie unten gezeigt, jedoch mit einem Opamp für ein einfaches Konzept, da dies ein Overkill zu sein scheint. Daher werden wir auch diskutieren, wie dasselbe mit einem gewöhnlichen transistorbasierten Design implementiert werden kann:
Opamp Nulldurchgangsdetektorschaltung
Hinweis: Der Eingangswechselstrom sollte von einem Brückengleichrichter stammen
Die obige Abbildung zeigt eine einfache 741-Opamp-basierte Nulldurchgangsdetektorschaltung, die für alle Anwendungen verwendet werden kann, die eine Nulldurchgangs-basierte Ausführung erfordern.
Wie zu sehen ist, ist die 741 ist als Komparator konfiguriert wobei sein nichtinvertierender Pin über eine 1N4148-Diode mit Masse verbunden ist, was an diesem Eingangspin ein Abfallpotential von 0,6 V verursacht.
Der andere Eingangspin Nr. 2, der der invertierende Pin des iC ist, wird für die Nulldurchgangserkennung verwendet und mit dem bevorzugten Wechselstromsignal angelegt.
Da wir wissen, dass das Ausgangspotential an Pin 6 0 V beträgt, solange das Potential von Pin 3 niedriger als Pin 2 ist, und sobald die Spannung von Pin 3 über Pin 2 steigt, schaltet die Ausgangsspannung schnell um auf 12V (Versorgungsniveau).
Daher zeigt der Operationsverstärkerausgang innerhalb des eingespeisten Wechselstromsignals während der Perioden, in denen die Phasenspannung deutlich über der Nulllinie oder zumindest über 0,6 V über der Nulllinie liegt, ein Nullpotential .... aber während der Perioden, in denen die Wenn die Phase in die Nulllinie eintritt oder diese überquert, erfährt Pin 2 ein Potential unter 0,6 V Referenz, wie für Pin 3 eingestellt, was eine sofortige Umkehrung des Ausgangs auf 12 V bewirkt.
Somit wird der Ausgang während dieser Punkte zu einem 12-V-Hochpegel, und diese Sequenz wird jedes Mal ausgelöst, wenn die Phase die Nulllinie ihres Phasenzyklus überschreitet.
Die resultierende Wellenform ist am Ausgang des IC zu sehen, was die Nulldurchgangserkennung des IC klar ausdrückt und bestätigt.
Verwendung einer Optokoppler-BJT-Schaltung
Obwohl der oben diskutierte Opamp-Nulldurchgangsdetektor sehr effizient ist, kann der gleiche unter Verwendung eines gewöhnlichen Optokopplers BJT mit einigermaßen guter Genauigkeit implementiert werden.
Hinweis: Der Eingangswechselstrom sollte von einem Brückengleichrichter stammen
Unter Bezugnahme auf das obige Bild kann der BJT in Form eines Fototransistors, der in einem Optokoppler zugeordnet ist, effektiv als konfiguriert werden einfachste Nulldurchgangsdetektorschaltung .
Das Wechselstromnetz wird über einen hochwertigen Widerstand der LED des Operationsverstärkers zugeführt. Während seiner Phasenzyklen bleibt der Fototransistor im leitenden Modus, solange die Netzspannung über 2 V liegt, und die Ausgangsantwort wird nahe Null Volt gehalten. In Zeiten, in denen die Phase die Nulllinie ihrer Bewegung erreicht, befindet sich die LED im Inneren opto schaltet ab, wodurch der Transistor ebenfalls abgeschaltet wird. Diese Reaktion bewirkt sofort, dass am angegebenen Ausgangspunkt der Konfiguration eine hohe Logik angezeigt wird.
Praktische Anwendungsschaltung mit Nulldurchgangserkennung
Eine praktische Beispielschaltung mit einer Nulldurchgangserkennung ist unten zu sehen. Hier darf der Triac niemals an einem anderen Phasenpunkt als dem Nulldurchgangspunkt geschaltet werden, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird.
Dies stellt sicher, dass der Stromkreis immer vom Stromstoß beim Einschalten und den damit verbundenen Gefahren ferngehalten wird.
Hinweis: Der Eingangswechselstrom sollte von einem Brückengleichrichter stammen
In dem obigen Konzept wird ein Triac durch ein kleines Signal SCR abgefeuert, das von einem PNP-BJT gesteuert wird. Dieser PNP-BJT ist konfiguriert, um eine Nulldurchgangserfassung für das beabsichtigte sichere Schalten des Triacs und der zugehörigen Last auszuführen.
Jedes Mal, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, erhält der SCR seine Anodenversorgung von der vorhandenen DC-Triggerquelle, jedoch wird seine Gate-Spannung nur in dem Moment eingeschaltet, in dem der Eingang seinen ersten Nulldurchgangspunkt durchläuft.
Sobald der SCR am sicheren Nulldurchgangspunkt ausgelöst wird, löst er den Triac und die angeschlossene Last aus und wird wiederum verriegelt, um einen kontinuierlichen Gate-Strom für den Triac sicherzustellen.
Diese Art des Schaltens an den Nulldurchgangspunkten bei jedem Einschalten der Stromversorgung gewährleistet ein gleichmäßiges sicheres Einschalten der Last, wodurch alle möglichen Gefahren beseitigt werden, die normalerweise mit dem plötzlichen Einschalten des Netzes verbunden sind.
HF-Rauschunterdrückung
Eine weitere großartige Anwendung einer Nulldurchgangsdetektorschaltung ist für Beseitigung von Rauschen in Triac-Schaltkreisen . Nehmen wir das Beispiel eines elektronische Lichtdimmerschaltung Normalerweise finden wir solche Schaltkreise, die viel HF-Rauschen in die Atmosphäre und auch in das Stromnetz abgeben, was zu unnötigem Abladen von Oberschwingungen führt.
Dies geschieht aufgrund des schnellen Schnittpunkts der Triac-Leitung über die positiven / negativen Zyklen über die Nulldurchgangslinie ... insbesondere um den Nulldurchgangsübergang herum, wo der Triac einer undefinierten Spannungszone ausgesetzt wird, wodurch er schnelle Stromtransienten erzeugt, die in wiederum werden als HF-Rauschen ausgegeben.
Ein Nulldurchgangsdetektor, wenn er zu Triac-basierten Schaltkreisen hinzugefügt wird beseitigt dieses Phänomen, indem der Triac nur dann ausgelöst wird, wenn der Wechselstromzyklus die Nulllinie perfekt überschritten hat, wodurch ein sauberes Schalten des Triac sichergestellt wird, wodurch die HF-Transienten beseitigt werden.
Referenz:
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