Электронные компоненты для ремонта и хобби

Детектор перехода сетевого напряжения через ноль с минимальным количеством высоковольтных компонентов

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.

ER10450 – литий-тионилхлоридная батарейка FANSO EVE Energy формата ААА

 Детектор перехода сетевого напряжения через ноль с минимальным количеством высоковольтных компонентов
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.

 

Детектор перехода сетевого напряжения через ноль с минимальным количеством высоковольтных компонентов
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.

 

Детектор перехода сетевого напряжения через ноль с минимальным количеством высоковольтных компонентов
Рисунок 3. Тестирование реальной схемы демонстрирует хорошее совпадение с моделью.

 

Детектор перехода сетевого напряжения через ноль с минимальным количеством высоковольтных компонентов
Рисунок 4. Чтобы в деталях рассмотреть процессы в точке пересечения нуля, можно использовать растяжку и свойство послесвечения осциллографа.

Ссылки

  1. Demchenko, Peter, «Improved optocoupler circuits reduce current draw, resist LED aging» EDN, Dec 14, 2007, pg 60.
  2. «LTspice IV,» Linear Technology Corp.

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Mains-driven zero-crossing detector uses only a few high-voltage parts

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Интересно, кто нибудь в промежуток отсутствия в сети напряжения, посылал пакеты высокочастотных сигналов? Такие как в SSB? Ведь такое их уплотнение позволит иметь и инет и видео и скайп. И .....
  • ...До первого трансформатора.
  • To korall m -точно так!А вот по SSB-не согласен-какие пакеты?..Пакетная связь-это одно,Однополосная мод. другое...Инет по зоне от транса до транса-ЛЕГКО!Дальше праблы технического плана,но решаемые...
  • При разработке устройства, понадобился детектор перехода через "0" сетевого напряжения. Первые схемы требовали установки резисторов на 47 кОм 5 Вт, но в наличии у поставщиков не оказалось. Полазил по форумам, только эта внушила доверие, правда, для моих нужд нужны дополнительные функции, которых здесь нет, а именно защитное время от помех и регулировка начала и конца импульса для установки начала срабатывания других устройств. Спасибо автору перевода [B]AlexAAN[/B] на Русский язык. Схема стоящая, рекомендую к повторению. Одно замечание: устанавливать оптроны с малым током включения (до 5 мА), с бОльшим током могут работать неустойчиво.
  • У автора есть[URL="https://www.edn.com/improved-optocoupler-circuits-reduce-current-draw-resist-led-aging/"] ещё вот такая схема[/URL]. Не знаю, есть ли она на РадиоЛоцмане. В ней он спасает оптрон от быстрой деградации, но за это приходится платить присутствием в схеме высоковольтного транзистора. А в обсуждаемой схеме, на мой взгляд, транзистор стоило бы взять хотя бы на 100В, потому что номинал R3 большой. И диоды BAV99 заменить на более высоковольтные.
  • Есть: [URL="https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=649561"]Усовершенствованная схема включения оптрона снижает потребление тока и замедляет старение светодиода[/URL]
  • Много лет пользуюсь вот таким детектором перехода. Очень доволен: [url]https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwigx8f5zan4AhWyiv0HHS2ZA0sQFnoECBoQAQ&url=http%3A%2F%2Fd1.amobbs.com%2Fbbs_upload782111%2Ffiles_40%2Fourdev_643643NSY57M.pdf&usg=AOvVaw2FOAibW3YRVytXgFfbbqPD[/url]
  • А если ещё упростить, примерно вот так. Конечно, с огладкой на элементы. Что скажите? [IMG]https://www.rlocman.ru/forum/attachment.php?attachmentid=44585&stc=1&d=1655124495[/IMG]
  • Имхо фильтр желателен на входе, по основной гармонике. Дабы иголки душить. Но блин, он же фазу сдвинет.
  • Если оптрон достаточно медленный, то фильтр не нужен. Т. е. можно тонко "настроить" для работы на перетечках :-)
Полный вариант обсуждения »