At lave et nulkrydsningsdetektorkredsløb er faktisk meget let, og det kan effektivt anvendes til at beskytte følsomt elektronisk udstyr mod strømafbrydelser.
Et nulkrydsningsdetektorkredsløb bruges hovedsageligt til at beskytte elektroniske enheder mod at tænde for strøm ved at sikre, at strømforsyningen altid 'kommer ind' i kredsløbet ved dets første nulkrydsningspunkt under tænd / sluk-kontakten.
Mærkeligt, bortset fra 'wikipedia', har intet andet top online site hidtil behandlet denne vigtige anvendelse af et nulkrydsningsdetektorkoncept, jeg håber, de vil opdatere deres artikler efter at have læst dette indlæg.
Hvad er en nulkrydsningsdetektor?
Vi ved alle, at vekselstrømsfasen består af alternerende sinusformede spændingsfaser som vist nedenfor:
I denne vekslende vekselstrøm kan strømmen ses skiftevis på tværs af den centrale nullinie og over de øverste positive og nederste negative spidsniveauer gennem en bestemt fasevinkel.
Denne fasevinkel kan ses stige og falde eksponentielt, hvilket betyder at den gør det gradvist stigende og gradvist faldende.
Den skiftende cyklus i en vekselstrøm sker 50 gange i sekundet for 220V strømforsyning og 60 gange i sekundet for 120V lysindgange som angivet i standardreglerne. Denne 50 cyklusrespons kaldes 50 Hz frekvens og 60 Hz kaldes 60 Hz frekvens for disse stikkontakter i vores hjem.
Hver gang vi tænder for et apparat eller en elektronisk enhed til lysnettet, udsættes det for en pludselig indgang i vekselstrømsfasen, og hvis dette indgangspunkt tilfældigvis befinder sig på toppen af fasevinklen, kan det medføre, at den maksimale strøm tvinges til enheden ved tændingspunktet.
Selvom de fleste enheder vil være klar til dette og muligvis være udstyret med beskyttelsestrin ved hjælp af modstande eller NTC eller MOV, anbefales det aldrig at udsætte dem for så pludselige uforudsigelige situationer.
For at tackle et sådant problem anvendes et nulkrydsningsdetektortrin, der sikrer, at når en gadget tændes med strømforsyning, venter nulkrydsningsfeltet, indtil vekselstrømsfasecyklussen når nullinjen, og på dette tidspunkt tænder den for lysnettet strøm til gadgeten.
Sådan designes en nulkrydsningsdetektor
Det er ikke svært at designe en nulkrydsningsdetektor. Vi kan gøre det ved hjælp af en opamp, som vist nedenfor, men ved hjælp af en opamp til et simpelt koncept, da dette ser ud til at være en overkill, så vi vil også diskutere, hvordan man implementerer det samme ved hjælp af et almindeligt transistorbaseret design:
Opamp nul kryds detektor kredsløb
Bemærk: Input AC skal være fra en Bridge-ensretter
Ovenstående figur viser et simpelt 741 opamp-baseret nulkrydsningsdetektorkredsløb, som kan bruges til alle applikationer, der kræver en nulkrydsningsbaseret udførelse.
Som det kan ses, er 741 er konfigureret som en komparator , hvor dens ikke-inverterende stift er forbundet med jord gennem en 1N4148-diode, hvilket forårsager et 0,6V faldspotentiale ved denne indgangsstift.
Den anden indgangsstift nr. 2, som er den inverterende ben på ther iC, anvendes til nulkrydsningsdetektering og påføres med det foretrukne AC-signal.
Som vi ved, at så længe pin nr. 3 potentiale er lavere end pin nr. 2, vil udgangspotentialet ved pin nr. 6 være 0V, og så snart pin nr. 3 spænding går over pin nr. 2, vil udgangsspændingen hurtigt skifte til 12V (forsyningsniveau).
Derfor inden for det tilførte AC-signal i de perioder, hvor fasespændingen er et godt stykke over nul-linjen eller i det mindste over 0,6 V over nul-linjen, viser opamp-udgangen et nulpotentiale .... men i de perioder, hvor fase er ved at komme ind eller krydse nul-linjen, oplever pin nr. 2 et potentiale under 0,6V reference som indstillet til pin nr. 3, hvilket forårsager en øjeblikkelig tilbageførsel af output til 12V.
Således bliver output under disse punkter 12v højt niveau, og denne sekvens fortsætter med at udløse hver gang fasen krydser nullinjen i sin fasecyklus.
Den resulterende bølgeform kan ses ved udgangen af IC'en, som tydeligt udtrykker og bekræfter IC-nulkrydsningsdetekteringen.
Brug af et optisk koblings BJT-kredsløb
Selvom den ovenfor diskuterede opamp-nulkrydsningsdetektor er meget effektiv, kan den samme implementeres ved anvendelse af en almindelig optokobler BJT med rimelig god nøjagtighed.
Bemærk: Input AC skal være fra en Bridge-ensretter
Med henvisning til billedet ovenfor kan BJT i form af en fototransistor tilknyttet inde i en optokobler effektivt konfigureres som en enkleste nulkrydsningsdetektorkredsløb .
AC-strømforsyningen tilføres opampens LED via en modstand med høj værdi. I løbet af sine fasecyklusser, så længe netspændingen er over 2V, forbliver fototransistoren i ledende tilstand, og udgangssvaret holdes på næsten nul volt, men i tidspunkter, hvor fasen når nullinjen for sin bevægelse, lysdioden inde i opto slukker, hvilket får transistoren til også at slukke, dette svar får øjeblikkeligt en høj logik til at vises ved det angivne outputpunkt i konfigurationen.
Praktisk applikationskredsløb ved hjælp af detektering uden krydsning
Et praktisk eksempelkredsløb, der bruger en nulkrydsningsdetektion, kan ses nedenfor, her får triac aldrig lov til at blive skiftet på noget andet fasepunkt undtagen nulkrydsningspunktet, når strømmen tændes.
Dette sørger for, at kredsløbet altid holdes væk fra tænd / sluk-strømstød og fra dets relevante farer.
Bemærk: Input AC skal være fra en Bridge-ensretter
I ovenstående koncept affyres en triac gennem et lille signal SCR styret af en PNP BJT. Denne PNP BJT er konfigureret til at udføre en nulkrydsningsregistrering for den tilsigtede sikre skift af triac og den tilhørende belastning.
Når som helst når strømmen er tændt, får SCR sin anodeforsyning fra den eksisterende DC-triggerkilde, men portens spænding er kun tændt i det øjeblik, hvor indgangen transmitterer gennem dets første nulkrydsningspunkt.
Når SCR er udløst ved det sikre nulkrydsningspunkt, affyrer det triac og den tilsluttede belastning, og igen bliver låst, hvilket sikrer en kontinuerlig portstrøm for triacen.
Denne form for omskiftning ved nulovergangspunkter hver gang strømmen tændes sikrer en konstant sikker tænding for belastningen, hvilket eliminerer alle mulige farer, der normalt er forbundet med en pludselig strømafbryder TIL.
Fjernelse af RF-støj
En anden god anvendelse af et nulkrydsningsdetektorkredsløb er til eliminering af støj i triac-koblingskredsløb . Lad os tage eksemplet med en elektronisk lysdæmperkredsløb , finder vi normalt sådanne kredsløb, der udsender en masse RF-støj i atmosfæren og også til lysnettet, der forårsager unødvendig dumping af harmoniske.
Dette sker på grund af den hurtige krydsning af triac-ledningen over de positive / negative cyklusser via nulkrydsningslinjen ... især omkring nulkrydsningsovergangen, hvor triacen udsættes for en udefineret spændingszone, der får den til at producere hurtige strømtransienter, som i drej udsendes som RF-støj.
En nulkrydsningsdetektor, hvis den føjes til triac-baserede kredsløb eliminerer dette fænomen ved kun at lade triacen affyres, når vekselstrømscyklussen har krydset nulpunktet perfekt, hvilket sikrer en ren omskiftning af triacen, hvorved RF-transienterne elimineres.
Reference:
Tidligere: Tilslutning af MPPT med Solar Inverter Næste: Sådan tilføjes en dæmperfacilitet til en LED-pære
