Het maken van een nuldoorgangsdetectorcircuit is eigenlijk heel eenvoudig en het zou effectief kunnen worden toegepast om gevoelige elektronische apparatuur te beschermen tegen stroomstoten.
Een nuldoorgangdetectorcircuit wordt voornamelijk gebruikt voor het beschermen van elektronische apparaten tegen inschakelpieken door ervoor te zorgen dat tijdens het inschakelen van de stroom de netfase altijd het circuit 'binnenkomt' op het eerste nuldoorgangspunt.
Vreemd genoeg, behalve 'wikipedia', heeft geen enkele andere topwebsite tot nu toe deze cruciale toepassing van een nuldoorgangsdetectorconcept behandeld, ik hoop dat ze hun artikelen zullen bijwerken na het lezen van dit bericht.
Wat is een nuldoorgangsdetector?
We weten allemaal dat onze AC-netfase bestaat uit afwisselende sinusvormige spanningsfasen, zoals hieronder weergegeven:
In deze wisselstroom kan de stroom afwisselend worden gezien over de centrale nullijn en over de bovenste positieve en onderste negatieve piekniveaus, via een bepaalde fasehoek.
Deze fasehoek is te zien exponentieel stijgend en dalend, wat betekent dat dit op een geleidelijk stijgende en geleidelijk dalende manier gebeurt.
De wisselcyclus in een wisselstroom vindt 50 keer per seconde plaats voor 220 V-netvoeding en 60 keer per seconde voor 120 V-netvoeding, zoals bepaald door de standaardregels. Deze respons van 50 cycli wordt 50 Hz-frequentie genoemd en de 60 Hz-frequentie wordt 60 Hz-frequentie genoemd voor deze stopcontacten in onze huizen.
Telkens wanneer we een apparaat of een elektronisch apparaat op het lichtnet inschakelen, wordt het onderworpen aan een plotselinge ingang van de AC-fase, en als dit ingangspunt zich op het hoogtepunt van de fasehoek bevindt, kan dit betekenen dat er een maximale stroom naar het apparaat wordt gedwongen op het AAN-punt.
Hoewel de meeste apparaten hier klaar voor zijn en mogelijk zijn uitgerust met beschermingstrappen met behulp van weerstanden, of NTC of MOV, wordt het nooit aanbevolen om ze aan dergelijke plotselinge onvoorspelbare situaties te onderwerpen.
Om een dergelijk probleem aan te pakken, wordt een nuldoorgangdetectortrap gebruikt die ervoor zorgt dat wanneer een apparaat wordt ingeschakeld met netvoeding, het nuldoorgangscircuit wacht totdat de wisselstroomfasecyclus de nullijn bereikt, en op dit punt schakelt het de netvoeding IN macht naar de gadget.
Hoe ontwerp je een Zero Crossing Detector?
Het ontwerpen van een nuldoorgangsdetector is niet moeilijk. We kunnen het maken met een opamp, zoals hieronder getoond, maar met een opamp voor een eenvoudig concept, omdat dit een overkill lijkt te zijn, dus we zullen ook bespreken hoe je hetzelfde kunt implementeren met een gewoon transistorgebaseerd ontwerp:
Opamp nuldoorgang detector circuit
Opmerking: AC-ingang moet afkomstig zijn van een bruggelijkrichter
De bovenstaande afbeelding toont een eenvoudig 741 opamp-gebaseerd nuldoorgangsdetectorcircuit dat kan worden gebruikt voor alle toepassingen die een op nuldoorgang gebaseerde uitvoering vereisen.
Zoals te zien is, is de 741 is geconfigureerd als een comparator , waarbij de niet-inverterende pin is verbonden met aarde via een 1N4148-diode, die een valpotentiaal van 0,6 V op deze ingangspen veroorzaakt.
De andere ingangspen # 2, die de inverterende pen van de iC is, wordt gebruikt voor de detectie van nuldoorgangen en wordt toegepast met het geprefereerde AC-signaal.
Zoals we weten, zolang pin # 3-potentiaal lager is dan pin # 2, zal het output-potentiaal op pin # 6 0V zijn, en zodra pin # 3-spanning boven pin # 2 komt, zal de uitgangsspanning snel omschakelen naar de 12V (voedingsniveau).
Daarom vertoont binnen het toegevoerde AC-ingangssignaal gedurende de perioden dat de fasespanning ruim boven de nullijn ligt, of ten minste boven de 0,6V boven de nullijn, de opamp-uitgang een nulpotentiaal ... maar tijdens de perioden waarin de fase op het punt staat de nullijn binnen te gaan of te passeren, ervaart pin # 2 een potentiaal onder 0,6V-referentie zoals ingesteld voor pin # 3, waardoor de output onmiddellijk wordt teruggedraaid naar 12V.
Aldus wordt de output tijdens deze punten 12v hoog niveau, en deze reeks wordt getriggerd telkens wanneer de fase de nullijn van zijn fasecyclus overschrijdt.
De resulterende golfvorm is te zien aan de uitgang van de IC die de nuldoorgangsdetectie van de IC duidelijk uitdrukt en bevestigt.
Met behulp van een opto-coupler BJT-circuit
Hoewel de hierboven besproken nuldoorgangsdetector opamp zeer efficiënt is, kan hetzelfde worden geïmplementeerd met behulp van een gewone optische koppeling BJT met een redelijk goede nauwkeurigheid.
Opmerking: AC-ingang moet afkomstig zijn van een bruggelijkrichter
Verwijzend naar de bovenstaande afbeelding, kan de BJT in de vorm van een fototransistor die is gekoppeld aan een optokoppeling effectief worden geconfigureerd als een eenvoudigste nuldoorgang detector circuit
Het wisselstroomnet wordt via een hoogwaardige weerstand naar de LED van de opamp gevoerd. Tijdens zijn fasecycli, zolang de netspanning hoger is dan 2V, blijft de fototransistor in de geleidende modus en wordt de uitgangsrespons op bijna nul volt gehouden, maar gedurende tijden dat de fase de nullijn van zijn reis bereikt, wordt de LED in de opto wordt uitgeschakeld waardoor de transistor ook wordt uitgeschakeld, deze reactie veroorzaakt onmiddellijk een hoge logica op het aangegeven uitgangspunt van de configuratie.
Praktisch Applicatiecircuit met nuldoorgangsdetectie
Een praktisch voorbeeldcircuit met een nuldoorgangsdetectie is hieronder te zien, hier mag de triac nooit worden geschakeld op een ander fasepunt behalve het nuldoorgangspunt, wanneer de stroom is ingeschakeld.
Dit zorgt ervoor dat het circuit altijd uit de buurt wordt gehouden van de inschakelstroompiek en de relevante gevaren ervan.
Opmerking: AC-ingang moet afkomstig zijn van een bruggelijkrichter
In het bovenstaande concept wordt een triac afgevuurd door een klein signaal SCR bestuurd door een PNP BJT. Deze PNP BJT is geconfigureerd om een nuldoorgangsdetectie uit te voeren voor het beoogde veilige schakelen van de triac en de bijbehorende belasting.
Elke keer dat de stroom wordt ingeschakeld, krijgt de SCR zijn anodevoeding van de bestaande gelijkstroom-triggerbron, maar de poortspanning wordt alleen ingeschakeld op het moment dat de ingang door zijn eerste nuldoorgang gaat.
Zodra de SCR wordt geactiveerd op het veilige nuldoorgangspunt, vuurt deze de triac en de aangesloten belasting af en wordt op zijn beurt vergrendeld en zorgt voor een continue poortstroom voor de triac.
Dit soort omschakeling op de nuldoorgangen telkens wanneer de stroom wordt ingeschakeld, zorgt voor een consistente, veilige inschakeling van de belasting en elimineert alle mogelijke gevaren die normaal geassocieerd zijn met het plotseling inschakelen van de netvoeding.
Ruisonderdrukking
Een andere geweldige toepassing van een nuldoorgangsdetectorcircuit is voor het elimineren van ruis in triac-schakelcircuits Laten we het voorbeeld nemen van een elektronisch licht dimmer circuit , vinden we normaal dat dergelijke circuits veel RF-ruis in de atmosfeer en ook in het elektriciteitsnet uitzenden, wat onnodige uitval van harmonischen veroorzaakt.
Dit gebeurt vanwege het snelle snijpunt van de triac-geleiding over de positieve / negatieve cycli via de nuldoorgangslijn ... vooral rond de nuldoorgangsovergang waar de triac wordt onderworpen aan een ongedefinieerde spanningszone waardoor deze snelle stroomtransiënten produceert die in beurt worden uitgezonden als RF-ruis.
Een nuldoorgangsdetector indien toegevoegd aan op triac gebaseerde circuits , elimineert dit fenomeen door de triac alleen te laten vuren als de wisselstroomcyclus de nullijn perfect heeft overschreden, wat zorgt voor een zuivere schakeling van de triac, waardoor de RF-transiënten worden geëlimineerd.
Referentie:
Vorige: MPPT verbinden met zonne-omvormer Volgende: Een dimmer aan een LED-lamp toevoegen
