Πώς να φτιάξετε ένα κύκλωμα ανιχνευτή μηδενικής διέλευσης

Η κατασκευή κυκλώματος ανιχνευτή μηδενικής διέλευσης είναι στην πραγματικότητα πολύ εύκολη και θα μπορούσε να εφαρμοστεί αποτελεσματικά για την προστασία ευαίσθητου ηλεκτρονικού εξοπλισμού από υπερτάσεις κεντρικού διακόπτη.

Ένα κύκλωμα ανιχνευτή διέλευσης μηδέν χρησιμοποιείται κυρίως για την προστασία ηλεκτρονικών συσκευών από υπερτάσεις του διακόπτη ΟΝ, διασφαλίζοντας ότι κατά τη διάρκεια του διακόπτη τροφοδοσίας ΟΝ η κεντρική φάση «εισέρχεται πάντα» στο κύκλωμα στο πρώτο σημείο διέλευσης μηδέν.
Περιέργως, εκτός από τη «wikipedia», κανένας άλλος κορυφαίος διαδικτυακός ιστότοπος δεν έχει ασχοληθεί με αυτήν την κρίσιμη εφαρμογή μιας έννοιας ανιχνευτή μηδενικής διέλευσης, ελπίζω ότι θα ενημερώσουν τα άρθρα τους μετά την ανάγνωση αυτής της ανάρτησης.

Τι είναι ο ανιχνευτής μηδενικής διέλευσης;

Όλοι γνωρίζουμε ότι η φάση AC του δικτύου μας αποτελείται από εναλλασσόμενες φάσεις ημιτονοειδούς τάσης όπως φαίνεται παρακάτω:

Σε αυτό το εναλλασσόμενο εναλλασσόμενο ρεύμα, το ρεύμα μπορεί να φανεί εναλλασσόμενο κατά μήκος της κεντρικής μηδενικής γραμμής και κατά μήκος των κορυφαίων θετικών και κάτω αρνητικών κορυφών, μέσω μιας συγκεκριμένης γωνίας φάσης.

Αυτή η γωνία φάσης μπορεί να φανεί ότι αυξάνεται και μειώνεται εκθετικά, που σημαίνει ότι το κάνει με βαθμιαία αύξηση και σταδιακή πτώση.

Ο εναλλασσόμενος κύκλος σε εναλλασσόμενο ρεύμα συμβαίνει 50 φορές το δευτερόλεπτο για ρεύματα 220V και 60 φορές το δευτερόλεπτο για εισόδους ρεύματος 120V, όπως ορίζεται από τους τυπικούς κανόνες. Αυτή η απόκριση 50 κύκλων ονομάζεται συχνότητα 50 Hz και η συχνότητα 60 Hz ονομάζεται συχνότητα 60 Hz για αυτές τις πρίζες στα σπίτια μας.

Κάθε φορά που ανάβουμε μια συσκευή ή μια ηλεκτρονική συσκευή στην πρίζα, υπόκειται σε μια ξαφνική είσοδο της φάσης AC και εάν αυτό το σημείο εισόδου τυχαίνει να βρίσκεται στην κορυφή της γωνίας φάσης θα μπορούσε να σημαίνει ότι το μέγιστο ρεύμα είναι αναγκασμένο στη συσκευή στο σημείο ενεργοποίησης.

Αν και, οι περισσότερες συσκευές θα είναι έτοιμες για αυτό και ενδέχεται να είναι εξοπλισμένες με στάδια προστασίας χρησιμοποιώντας αντιστάσεις, ή NTC ή MOV, δεν συνιστάται ποτέ να υποβάλλονται σε τέτοιες ξαφνικές απρόβλεπτες καταστάσεις.

Για να αντιμετωπίσει ένα τέτοιο ζήτημα, χρησιμοποιείται ένα στάδιο ανίχνευσης μηδενικής διέλευσης που διασφαλίζει ότι κάθε φορά που ένα gadget είναι ενεργοποιημένο με τροφοδοσία ρεύματος, το κύκλωμα διέλευσης μηδέν περιμένει έως ότου ο κύκλος φάσης AC φτάσει στη γραμμή μηδέν και σε αυτό το σημείο ενεργοποιεί το δίκτυο δύναμη στο gadget.

Πώς να σχεδιάσετε έναν ανιχνευτή μηδενικής διέλευσης

Ο σχεδιασμός ανιχνευτή μηδενικής διέλευσης δεν είναι δύσκολος. Μπορούμε να το κάνουμε χρησιμοποιώντας ένα opamp, όπως φαίνεται παρακάτω, ωστόσο χρησιμοποιώντας ένα opamp για μια απλή ιδέα, καθώς αυτό φαίνεται να είναι υπερβολικό, οπότε θα συζητήσουμε επίσης πώς να εφαρμόσουμε το ίδιο χρησιμοποιώντας ένα συνηθισμένο σχέδιο βασισμένο σε τρανζίστορ:

Κύκλωμα ανιχνευτή διέλευσης μηδέν Opamp

Σημείωση: Η είσοδος AC πρέπει να προέρχεται από Bridge Rectifier

Το παραπάνω σχήμα δείχνει ένα απλό κύκλωμα ανιχνευτή διέλευσης μηδενικής διέλευσης 741 που βασίζεται σε opamp, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για όλες τις εφαρμογές που απαιτούν εκτέλεση με βάση μηδενική διέλευση.

Όπως φαίνεται, το Το 741 διαμορφώνεται ως συγκριτικό , όπου ο μη αναστρέψιμος πείρος του συνδέεται με τη γείωση μέσω διόδου 1N4148, η οποία προκαλεί δυναμικό πτώσης 0,6V σε αυτόν τον πείρο εισόδου.

Ο άλλος ακροδέκτης εισόδου # 2 που είναι ο αντιστρεπτικός πείρος του iC χρησιμοποιείται για την ανίχνευση μηδενικής διέλευσης και εφαρμόζεται με το προτιμώμενο σήμα AC.

Καθώς γνωρίζουμε ότι όσο το δυναμικό του ακροδέκτη # 3 είναι χαμηλότερο από τον ακροδέκτη # 2, το δυναμικό εξόδου στον ακροδέκτη # 6 θα είναι 0V και μόλις η τάση ακίδας # 3 υπερβεί τον ακροδέκτη # 2, η τάση εξόδου θα αλλάξει γρήγορα στο 12V (επίπεδο τροφοδοσίας).

Επομένως, εντός του τροφοδοτούμενου σήματος εναλλασσόμενου ρεύματος κατά τις περιόδους όπου η τάση φάσης είναι πολύ πάνω από τη γραμμή μηδέν, ή τουλάχιστον πάνω από τα 0,6V πάνω από τη γραμμή μηδέν, η έξοδος opamp δείχνει μηδενικό δυναμικό .... αλλά κατά τις περιόδους όταν Η φάση πρόκειται να εισέλθει ή να διασχίσει τη μηδενική γραμμή, ο πείρος # 2 βιώνει πιθανότητα αναφοράς κάτω από 0,6V όπως έχει οριστεί για τον πείρο # 3, προκαλώντας άμεση αναστροφή της εξόδου στα 12V.

Έτσι, η έξοδος κατά τη διάρκεια αυτών των σημείων γίνεται 12v υψηλό επίπεδο και αυτή η ακολουθία ενεργοποιείται κάθε φορά που η φάση διασχίζει τη μηδενική γραμμή του κύκλου φάσης της.

Η προκύπτουσα κυματομορφή μπορεί να φανεί στην έξοδο του IC που εκφράζει σαφώς και επιβεβαιώνει την ανίχνευση μηδενικής διέλευσης του IC.

Χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα οπτικοζεύκτη BJT

Αν και ο προαναφερθείς ανιχνευτής μηδενικής διέλευσης opamp είναι πολύ αποδοτικός, ο ίδιος μπορεί να εφαρμοστεί χρησιμοποιώντας έναν συνηθισμένο οπτικό ζεύκτη BJT με αρκετά καλή ακρίβεια.

Σημείωση: Η είσοδος AC πρέπει να προέρχεται από Bridge Rectifier

Αναφερόμενος στην παραπάνω εικόνα, το BJT με τη μορφή ενός φωτοτρανζίστορ που συνδέεται μέσα σε έναν οπτικό ζεύκτη μπορεί να διαμορφωθεί αποτελεσματικά ως απλούστερο κύκλωμα ανιχνευτή διέλευσης μηδέν .

Το δίκτυο AC τροφοδοτείται στο LED του opamp μέσω υψηλής αντίστασης αντίστασης. Κατά τη διάρκεια των κύκλων φάσης, αρκεί η τάση του δικτύου να είναι πάνω από 2V, ο φωτοτρανζίστορ παραμένει σε κατάσταση αγώγιμης λειτουργίας και η απόκριση εξόδου διατηρείται σε σχεδόν μηδενικά βολτ, ωστόσο σε περιόδους που η φάση φτάνει στην μηδενική γραμμή του ταξιδιού της, το LED μέσα στο Το opto σβήνει προκαλώντας το κλείσιμο του τρανζίστορ, αυτή η απόκριση προκαλεί αμέσως μια υψηλή λογική να εμφανίζεται στο υποδεικνυόμενο σημείο εξόδου της διαμόρφωσης.

Πρακτικό κύκλωμα εφαρμογής με ανίχνευση μηδενικής διέλευσης

Ένα πρακτικό παράδειγμα κυκλώματος που χρησιμοποιεί ανίχνευση μηδενικής διέλευσης μπορεί να δει παρακάτω, εδώ το triac δεν επιτρέπεται ποτέ να αλλάζει σε οποιοδήποτε άλλο σημείο φάσης εκτός από το σημείο μηδενικής διέλευσης, κάθε φορά που η τροφοδοσία είναι ενεργοποιημένη.

Αυτό διασφαλίζει ότι το κύκλωμα διατηρείται πάντα μακριά από το ρεύμα του διακόπτη ON και από τους σχετικούς κινδύνους.

Σημείωση: Η είσοδος AC πρέπει να προέρχεται από Bridge Rectifier

Στην παραπάνω ιδέα, ένα triac πυροδοτείται μέσω ενός μικρού σήματος SCR που ελέγχεται από ένα PNP BJT. Αυτό το PNP BJT έχει διαμορφωθεί ώστε να εκτελεί ανίχνευση μηδενικής διέλευσης για την επιδιωκόμενη ασφαλή εναλλαγή του triac και του σχετικού φορτίου.

Οποιαδήποτε στιγμή όταν η τροφοδοσία είναι ενεργοποιημένη, το SCR παίρνει την παροχή ανόδου από την υπάρχουσα πηγή σκανδάλης DC, ωστόσο η τάση πύλης είναι ενεργοποιημένη μόνο τη στιγμή που η είσοδος διέρχεται μέσω του πρώτου μηδενικού σημείου διέλευσης.

Μόλις ενεργοποιηθεί το SCR στο ασφαλές μηδενικό σημείο διέλευσης, πυροδοτεί το triac και το συνδεδεμένο φορτίο, και με τη σειρά του ασφαλίζεται εξασφαλίζοντας συνεχές ρεύμα πύλης για το triac.

Αυτό το είδος εναλλαγής στα μηδενικά σημεία διέλευσης κάθε φορά που ενεργοποιείται το ON διασφαλίζει μια συνεπή ασφαλή ενεργοποίηση για το φορτίο εξαλείφοντας όλους τους πιθανούς κινδύνους που συνήθως συνδέονται με το διακόπτη λειτουργίας ξαφνικής τροφοδοσίας.

Εξάλειψη θορύβου RF

Μια άλλη εξαιρετική εφαρμογή ενός κυκλώματος ανιχνευτή μηδενικής διέλευσης είναι για εξάλειψη του θορύβου στα κυκλώματα εναλλαγής triac . Ας πάρουμε το παράδειγμα ενός ηλεκτρονικό κύκλωμα dimmer φωτός , συνήθως βρίσκουμε τέτοια κυκλώματα που εκπέμπουν πολύ θόρυβο RF στην ατμόσφαιρα και επίσης στο δίκτυο δικτύου προκαλώντας περιττή απόρριψη αρμονικών.

Αυτό συμβαίνει λόγω της ταχείας τομής της αγωγιμότητας τριακ σε όλους τους θετικούς / αρνητικούς κύκλους μέσω της γραμμής μηδενικής διέλευσης ... ειδικά γύρω από τη μετάβαση μηδενικής διέλευσης όπου η τριάδα υποβάλλεται σε μια απροσδιόριστη ζώνη τάσης προκαλώντας την παραγωγή ταχέων μεταβατικών ρεύματος που σε στροφή εκπέμπονται ως θόρυβος RF.

Ανιχνευτής διέλευσης μηδέν εάν προστεθεί σε κυκλώματα που βασίζονται σε τριακ , εξαλείφει αυτό το φαινόμενο επιτρέποντας στο triac να ενεργοποιηθεί μόνο όταν ο κύκλος AC έχει περάσει τέλεια τη μηδενική γραμμή, γεγονός που εξασφαλίζει καθαρή εναλλαγή του triac, εξαλείφοντας έτσι τις μεταβατικές συχνότητες RF.

Αναφορά:

Κύκλωμα μηδενικής διέλευσης