Предлагается гальванически изолированная схема, формирующая короткий импульс при переходе сетевого напряжения через ноль. Импульс возникает примерно за 200 мкс до пересечения нуля. Схема может иметь много применений, в частности, для улучшения условий выключения тиристора путем упреждающего разрыва тока управляющего электрода. Поскольку импульс генерируется только тогда, когда входное напряжение сети близко к нулю, потребляемая схемой мощность невелика и составляет порядка 200 мВт при входном напряжении 230 В/50 Гц.
 |
|
| Рисунок 1. | Этот детектор перехода через ноль собран из низковольтных компонентов и рассеивает небольшую мощность. |
Конденсатор C1 заряжается до 22 В – уровня ограничения стабилитрона D3 (Рисунок 1, [1]). Входной ток ограничивается резисторами R1 и R5. Когда выпрямленное входное напряжение опускается ниже напряжения на конденсаторе C1, открывается транзистор Q1 и генерирует импульс длительностью в несколько сотен микросекунд. Оптопара IC1 обостряет фронты и делает выходной импульс более прямоугольным. Требования к R1 и R5 определяются среднеквадратичным значением (с.к.з.) входного напряжения. Подойдут резисторы типоразмера 1206, рассчитанные, как правило, на рабочее напряжение 200 В с.к.з. Входное напряжение схемы делится поровну между резисторами R1 и R5, так что номинальное входное напряжение будет равно 400 В – вполне достаточно для работы в сети 230 В. Больше ни одного высоковольтного компонента для схемы не требуется. Отметим только, что стабилитрон D3 с номинальным напряжением стабилизации 22 В может пробиваться при напряжении до 30 В, в связи с чем рабочее напряжение конденсатора 470 нФ (C1) надо выбирать с запасом, скажем 50 В. И предпочтительно, чтобы C1 был керамическим, поскольку керамические конденсаторы намного надежнее электролитических, – алюминиевых или танталовых, – особенно, при повышенных температурах. Если вы предпочтете более малогабаритные и дешевые конденсаторы с рабочим напряжением 25 В, замените D3 стабилитроном на 18 В. Резистор R4 ограничивает пиковый ток светодиода оптопары. Первичное ограничение тока происходит за счет плавного наклона выпрямленного переменного напряжения, не позволяющего Q1 генерировать пики тока в то время, когда он разряжает конденсатор C1.
 |
|
| Рисунок 2. | Отклик схемы, смоделированной в LTspice. При снижении входного напряжения до 0 формируется короткий импульс тока через светодиод, передний фронт которого опережает, а задний отстает от точки пересечения. Пиковый ток светодиода равен 17 мА. |
Результат моделирования схемы в LTspice Version IV представлен на Рисунке 2 [2]. При входном напряжении 230 В/50 Гц пиковый ток светодиода оптопары равен 17 мА. Модель демонстрирует хорошие результаты в диапазоне сетевых напряжений от 90 до 250 В при частоте как 50, так и 60 Гц. В сети 110 В/60 Гц протекающий через светодиод пиковый ток равен 8.5 мА, для работы IC1 этого еще достаточно. Если, все же, вы захотите увеличить ток светодиода, надо уменьшить сопротивление R3 или увеличить емкость конденсатора C1.
Тестирование реальной схемы продемонстрировало хорошее совпадение с моделью (Рисунок 3). При питании фототранзистора оптрона напряжением 5 В получился импульс хорошей формы (Осциллограмма 1). Сетевой вход для безопасности подключался к осциллографу через изолирующий трансформатор с выходным напряжением 15 В (Осциллограмма 2). Вы можете использовать растяжку и свойство послесвечения осциллографа, чтобы в деталях рассмотреть процессы в точке пересечения нуля (Рисунок 4). Это позволит вам точно измерить интервал времени между моментом пересечения нуля и возникновением импульса.
 |
|
| Рисунок 3. | Тестирование реальной схемы демонстрирует хорошее совпадение с моделью. |
 |
|
| Рисунок 4. | Чтобы в деталях рассмотреть процессы в точке пересечения нуля, можно использовать растяжку и свойство послесвечения осциллографа. |
Ссылки
- Demchenko, Peter, «Improved optocoupler circuits reduce current draw, resist LED aging» EDN, Dec 14, 2007, pg 60.
- «LTspice IV,» Linear Technology Corp.
