Hvordan lage en Zero Crossing Detector Circuit

Å lage en nullkryssende detektorkrets er faktisk veldig enkelt, og det kan effektivt brukes til å beskytte sensitivt elektronisk utstyr mot strømbryter.

En detektorkrets for null kryssing brukes hovedsakelig for å beskytte elektroniske enheter mot bryter for å slå på PÅ ved å sikre at strømfasen alltid 'kommer' inn i kretsen ved sitt første nullkryssingspunkt under strømbryteren.
Merkelig, bortsett fra 'wikipedia', har ingen andre populære nettsteder hittil adressert denne viktige anvendelsen av et nullkryssende detektorkonsept, jeg håper de vil oppdatere artiklene sine etter å ha lest dette innlegget.

Hva er en null kryssdetektor?

Vi vet alle at vekselstrømsfasen vår består av vekslende sinusformede spenningsfaser som vist nedenfor:

I denne vekslende vekselstrømmen kan strømmen sees vekselvis over den sentrale nullinjen og over de øverste positive og nederste negative toppnivåene, gjennom en bestemt fasevinkel.

Denne fasevinkelen kan sees stigende og synkende eksponentielt, noe som betyr at den gjør det på en gradvis stigende og gradvis fallende måte.

Den vekslende syklusen i en vekselstrøm skjer 50 ganger per sekund for 220V strøm og 60 ganger per sekund for 120V strøminnganger som angitt av standardreglene. Denne 50-syklusresponsen kalles 50 Hz-frekvens og 60 Hz kalles 60 Hz-frekvensen for disse stikkontaktene i våre hjem.

Hver gang vi slår på et apparat eller en elektronisk enhet til strømnettet, utsettes det for en plutselig inngang av vekselstrømsfasen, og hvis dette inngangspunktet tilfeldigvis befinner seg på toppen av fasevinkelen, kan det innebære at maksimal strøm blir tvunget til enheten på bryter PÅ-punktet.

Selv om de fleste enheter vil være klare for dette og kan være utstyrt med beskyttelsestrinn ved hjelp av motstander, eller NTC eller MOV, anbefales det aldri å utsette dem for slike plutselige uforutsigbare situasjoner.

For å takle et slikt problem brukes et nullkryssingsdetektorstrinn som sikrer at når en gadget slås PÅ med strøm, venter nullkryssingskretsen til AC-fasesyklusen når nulllinjen, og på dette tidspunktet slår den på strømmen strøm til dingsen.

Hvordan lage en null kryssdetektor

Det er ikke vanskelig å designe en detektor med null kryss. Vi kan lage det ved hjelp av en opamp, som vist nedenfor, men ved å bruke en opamp for et enkelt konsept, da dette ser ut til å være en overkill, så vil vi også diskutere hvordan du implementerer det samme ved hjelp av en vanlig transistorbasert design:

Opamp null kryssdetektor krets

Merk: Inngangsstrømmen skal være fra en Bridge-likeretter

Figuren over viser en enkel 741 opamp-basert nullkryssingsdetektorkrets som kan brukes til alle applikasjoner som krever en nullkryssingsbasert utførelse.

Som man kan se, er 741 er konfigurert som en komparator , hvor dens ikke-inverterende stift er forbundet med jord gjennom en 1N4148-diode, som forårsaker et 0,6V fallpotensial ved denne inngangstappen.

Den andre inngangspinnen nr. 2, som er den inverterende pinnen til ther iC, brukes til deteksjon av null kryss og påføres med det foretrukne vekselstrømssignalet.

Som vi vet at så lenge pin # 3 potensial er lavere enn pin # 2, vil utgangspotensialet på pin # 6 være 0V, og så snart pin # 3 spenning går over pin # 2, vil utgangsspenningen raskt bytte til 12V (forsyningsnivå).

Derfor, innenfor det matede inngangsstrømssignalet i periodene når fasespenningen er godt over null-linjen, eller i det minste over 0,6 V over null-linjen, viser opamp-utgangen et nullpotensial .... men i periodene når fasen er i ferd med å komme inn eller krysse nulllinjen, opplever pinne nr. 2 et potensial under 0,6V referanse som satt for pinne nr. 3, og forårsaker en umiddelbar reversering av utgangen til 12V.

Dermed blir utgangen i løpet av disse punktene 12v høyt nivå, og denne sekvensen utløses hver gang fasen krysser nulllinjen i sin fasesyklus.

Den resulterende bølgeformen kan sees på utgangen av ICen som tydelig uttrykker og bekrefter nullkryssingsdeteksjonen til IC.

Bruke en optokobler BJT-krets

Selv om den ovenfor omtalte opamp nullkryssingsdetektoren er veldig effektiv, kan den samme implementeres ved bruk av en vanlig optokobler BJT med rimelig god nøyaktighet.

Merk: Inngangsstrømmen skal være fra en Bridge-likeretter

Med henvisning til bildet ovenfor kan BJT i ​​form av en fototransistor assosiert inne i en optokobler effektivt konfigureres som en enkleste null kryssdetektor krets .

AC-strømforsyningen mates til opampens LED via en motstand med høy verdi. I løpet av fasesyklusene så lenge nettspenningen er over 2V, forblir fototransistoren i ledende modus, og utgangssvaret holdes på nesten null volt, men i tider når fasen når nulllinjen for sin kjøring, lysdioden inne i opto slår seg av og forårsaker at transistoren også slås av, dette svaret får øyeblikkelig en høy logikk til å vises ved det angitte utgangspunktet for konfigurasjonen.

Praktisk applikasjonskrets med null kryssdeteksjon

En praktisk krets som bruker null kryssdeteksjon kan bli vitne nedenfor, her får triac aldri bli slått på noe annet fasepunkt unntatt nullkryssingspunktet når strømmen slås PÅ.

Dette sørger for at kretsen alltid holdes borte fra bryterens PÅ-strøm, og fra dens relevante farer.

Merk: Inngangsstrømmen skal være fra en Bridge-likeretter

I konseptet over avfyres en triac gjennom et lite signal SCR styrt av en PNP BJT. Denne PNP BJT er konfigurert til å utføre en nullovergangsavkjenning for den tiltenkte sikre byttingen av triacen og den tilhørende belastningen.

Når som helst når strømmen slås PÅ, får SCR sin anodeforsyning fra den eksisterende likestrømsutløserkilden, men portens spenning slås kun på i det øyeblikket inngangen går gjennom sitt første nullkryssingspunkt.

Når SCR er utløst ved det sikre nullkryssingspunktet, skyter den triacen og den tilkoblede lasten, og blir igjen låst og sørger for en kontinuerlig portstrøm for triacen.

Denne typen innkobling ved null overgangspunkter hver gang strømmen slås PÅ, sørger for en konsekvent sikker innkobling for lasten, og eliminerer alle mulige farer som normalt er forbundet med strømnettet.

Fjernelse av RF-støy

En annen flott anvendelse av en nullkryssende detektorkrets er for eliminere støy i triac-bryterkretser . La oss ta eksemplet på en elektronisk lysdimmerkrets , finner vi normalt slike kretser som sender ut mye RF-støy i atmosfæren og også til strømnettet og forårsaker unødvendig dumping av overtoner.

Dette skjer på grunn av det raske skjæringspunktet mellom triac-ledningen over de positive / negative syklusene via nullkryssingslinjen ... spesielt rundt nullkryssingsovergangen der triacen utsettes for en udefinert spenningssone som får den til å produsere raske strømtransienter som i sving sendes ut som RF-støy.

En null kryssdetektor hvis den er lagt til triac-baserte kretser , eliminerer dette fenomenet ved å la triacen bare skyte når vekselstrømssyklusen har krysset nulllinjen perfekt, noe som sikrer en ren svitsjing av triacen, hvorved RF-transientene elimineres.

Referanse:

Zero Crossing Circuit