230V ac mains over voltage protection circuit

Karamihan sa mga supply ng kuryente sa mga araw na ito ay napaka maaasahan dahil sa pag-unlad ng teknolohiya at mas mahusay na mga kagustuhan sa disenyo, ngunit palaging may isang pagkakataon ng kabiguan dahil sa isang depekto sa pagmamanupaktura o maaari itong maging pangunahing switching transistor o ang MOSFET na magiging masama. Gayundin, may posibilidad na maaari itong mabigo dahil sa sobrang lakas ng pag-input, kahit na ang mga aparato sa proteksyon tulad ng Metal Oxide Varistor (MOVs) ay maaaring magamit bilang proteksyon sa pag-input, ngunit sa sandaling mag-trigger ang isang MOV, ginagawang walang silbi ang aparato.

Upang malutas ang problemang ito, magtatayo kami ng isang aparatong proteksyon ng higit na boltahe na may isang op-amp, na makakakita ng mataas na boltahe at maaaring maputol ang lakas ng pag-input sa isang maliit na bahagi ng isang segundo na pinoprotektahan ang aparato mula sa isang mataas na boltahe na paggulong. Gayundin, magkakaroon ng isang detalyadong pagsubok ng circuit upang mapatunayan ang aming disenyo at pagtatrabaho ng circuit. Ang sumusunod na pagsusuri ay nagbibigay sa iyo ng isang ideya tungkol sa proseso ng pagbuo at pagsubok para sa circuit na ito. Kung ikaw ay nasa Disenyo ng SMPS, maaari mong suriin ang aming nakaraang mga artikulo sa Mga Tip sa Disenyo ng SMPS PCB at Mga diskarte sa Pagbawas ng SMPS EMI.

Ano ang Proteksyon ng Overvoltage at Bakit Ito Napakahalaga?

Maraming mga paraan kung saan maaaring mabigo ang isang circuit ng supply ng kuryente, ang isa sa mga ito ay dahil sa sobrang lakas. Sa isang nakaraang artikulo, gumawa kami ng isang labis na boltahe na proteksyon circuit para sa circuit ng DC, maaari mong suriin iyon kung naakyat sa iyong interes. Maaaring mailarawan ang proteksyon ng labis na lakas bilang isang tampok kung saan ang supply ng kuryente ay nasara kapag nangyari ang isang sobrang lakas na kondisyon, kahit na ang isang sitwasyon ng sobrang lakas ay nangyayari nang mas madalas, kapag nangyari iyon, ginagawa nitong walang silbi ang supply ng kuryente. Gayundin, ang epekto ng isang sobrang kondisyon ng kundisyon ay maaaring isagawa mula sa suplay ng kuryente sa pangunahing circuit, kapag nangyari iyon, magtatapos ka sa hindi lamang isang sirang suplay ng kuryente ngunit mayroon ding sirang circuit. na kung saan ay bakit ang isang overvoltage protection circuit ay nagiging mahalaga sa anumang elektronikong disenyo.

Kaya, upang mag- disenyo ng isang circuit ng proteksyon para sa mga sitwasyon ng sobrang lakas, kailangan naming i-clear ang mga pangunahing kaalaman sa proteksyon ng sobrang boltahe. Sa aming nakaraang mga tutorial ng proteksyon sa circuit, nag-disenyo kami ng maraming pangunahing mga circuit ng proteksyon na maaaring iakma sa iyong circuit, katulad ng, Over Voltage Protection, Short-Circuit Protection, Reverse polarity protection, Overcurrent Protection, atbp.

Sa artikulong ito, magtutuon lamang kami sa isang bagay, iyon ay upang makagawa ng isang input na mains over circuit ng proteksyon ng sobrang lakas upang maiwasan itong masira.

Paano gumagana ang 230V Mains Overvoltage Protection Circuit?

Upang maunawaan ang mga pangunahing kaalaman sa circuit ng proteksyon ng labis na lakas, kunin natin ang circuit upang maunawaan ang pangunahing prinsipyo ng pagtatrabaho ng bawat bahagi ng circuit.

Ang puso ng circuit na ito ay isang OP-Amp, na na-configure bilang isang paghahambing. Sa eskematiko, mayroon kaming pangunahing LM358 OP-amp at sa Pin-6 nito, mayroon kaming aming boltahe ng sanggunian na nabuo mula sa isang LM7812 voltage regulator IC at sa pin-5, mayroon kaming input boltahe na nagmula sa pangunahing supply boltahe. Sa sitwasyong ito, kung ang input boltahe ay malampasan ang sanggunian boltahe, ang output ng op-amp ay magiging mataas, at sa mataas na signal, maaari naming humimok ng isang transistor na lumiliko sa isang relay, ngunit mayroong isang malaking problema sa circuit na ito, Dahil sa ingay sa signal ng pag-input, ang Op-amp ay makakilos nang maraming beses bago dumating sa isang matatag,

Ang solusyon ay upang magdagdag ng hysteresis ng Schmitt trigger na pagkilos sa input. Dati gumawa kami ng mga circuit tulad ng Frequency Counter na gumagamit ng Arduino at Capacitance Meter na gumagamit ng Arduino na kapwa gumagamit ng Schmitt trigger ng mga input, kung nais mong malaman ang tungkol sa mga proyektong ito, suriin ang mga iyon. Sa pamamagitan ng pag-configure ng op-amp na may positibong feedback, maaari naming palawakin ang margin sa input ayon sa aming mga pangangailangan. Tulad ng nakikita mo sa imahe sa itaas, nagbigay kami ng feedback sa tulong ng R18 & R19 sa pamamagitan ng paggawa nito, halos naidagdag namin ang dalawang boltahe ng threshold, ang isa ay ang pinakamataas na boltahe ng threshold, isa pa ang mas mababang boltahe ng threshold.

Kinakalkula ang Mga Halaga ng Component para sa Higit na Proteksyon ng Boltahe

Kung titingnan natin ang eskematiko, mayroon kaming ang aming mga mains input, na kung saan namin maitama mo ito sa tulong ng isang bridge rectifier, pagkatapos namin itong ilagay sa pamamagitan ng isang boltahe divider na kung saan ay ginawa gamit R9, R11, at R10, pagkatapos namin i-filter ito sa pamamagitan ng 22uF 63V capacitor.

Matapos gawin ang pagkalkula para sa divider ng boltahe, makakakuha kami ng isang output boltahe ng 3.17V, ngayon, kailangan nating kalkulahin ang itaas at mas mababang mga boltahe ng threshold, Sabihin nating nais nating i-cut ang lakas kapag ang input boltahe ay umabot sa 270V. Ngayon kung gagawin namin muli ang pagkalkula ng boltahe ng divider, makakakuha kami ng isang boltahe ng output na 3.56V, na kung saan ay ang aming itaas na threshold. Ang aming mas mababang threshold ay mananatili sa 3.17V habang na-ground namin ang Op-amp.

Ngayon, Sa tulong ng isang simpleng pormula ng divider ng boltahe, madali naming makakalkula ang itaas at ang mas mababang mga boltahe ng threshold. Ang pagkuha ng eskematiko bilang sanggunian ang pagkalkula ay ipinapakita sa ibaba, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1.5M + 62K) = 0.47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1.5M + 62K) = 0V

Ngayon, pagkatapos ng pagkalkula, malinaw na makikita namin na itinakda namin ang iyong boltahe sa itaas na threshold sa 0.47V sa itaas ng antas ng pag-trigger sa tulong ng positibong feedback.

Tandaan: Mangyaring tandaan na ang aming mga praktikal na halaga ay kakaiba nang kaunti sa aming kinakalkula na halaga dahil sa mga tolerance ng resistor.

Mains Over Disenyo ng Proteksyon ng Boltahe Circuit PCB

Ang PCB para sa aming mains circuit ng proteksyon ng overvoltage ay dinisenyo para sa isang solong sideboard. Ginamit ko ang Eagle upang idisenyo ang aking PCB, ngunit maaari mong gamitin ang anumang Disenyo ng software na iyong pinili. Ang imahe ng 2D ng aking disenyo ng board ay ipinapakita sa ibaba.

Ang isang sapat na diameter ng pagsubaybay ay ginagamit upang makagawa ng mga power track upang mapadaloy ang kasalukuyang sa pamamagitan ng circuit board. Ang input ng AC mains at ang seksyon ng input ng Transformer ay nilikha sa kaliwang bahagi at ang output ay nilikha sa ilalim na bahagi para sa mas mahusay na kakayahang magamit. Ang kumpletong file ng Disenyo para sa Eagle kasama ang Gerber ay maaaring ma-download mula sa link sa ibaba.

GERBER para sa Mains Overvoltage Protection Circuit

Ngayon, na handa na ang aming Disenyo, oras na bawat isa at maghinang sa pisara. Matapos ang proseso ng pag-ukit, pagbabarena, at paghihinang, ang board ay mukhang imahe na ipinakita sa ibaba.

Pagsubok Sa Boltahe at Kasalukuyang Proteksyon ng Circuit

Para sa demonstrasyon, ginagamit ang sumusunod na aparato

Meco 108B + TRMS Multimeter
Meco 450B + TRMS Multimeter
Hantek 6022BE Oscilloscope
9-0-9 Transformer
40W light Bulb (Test Load)

Tulad ng nakikita mo mula sa imahe sa itaas, inihanda ko ang pag-set up ng pagsubok na ito upang subukan ang circuit na ito, nag-solder ako ng dalawang wires sa pin5 at pin6 ng Op-amp at ipinapakita ng meco 108B + Multimeter ang input boltahe at ang meco 450B + Multimeter ay nagpapakita ng boltahe ng sanggunian.

Sa circuit na ito, ang transpormer ay pinalakas mula sa 230V mains supply ng kuryente, at mula doon ang lakas ay pinakain sa rectifier circuit bilang input, ang output mula sa transpormer ay pinapakain din sa board habang nagbibigay ito ng lakas at boltahe ng sanggunian sa circuit.

Tulad ng nakikita mo mula sa imahe sa itaas, ang circuit ay nakabukas, at ang input boltahe sa meco 450B + Multimeter ay mas mababa kaysa sa sanggunian boltahe, na nangangahulugang ang output ay nakabukas.

Ngayon upang gayahin ang sitwasyon kung bawasan namin ang boltahe ng sanggunian, ang output ay papatayin, na tiktikan ang isang higit sa kundisyon ng boltahe, isang pulang LED sa board ay bubuksan, maaari mong obserbahan na sa imahe sa ibaba.

Karagdagang Mga Pagpapahusay

Para sa pagpapakita, ang circuit ay itinayo sa isang PCB sa tulong ng eskematiko, ang circuit na ito ay maaaring madaling mabago upang mapabuti ang pagganap nito, halimbawa, ang mga resistor na ginamit ko lahat ay may 5% tolerance, ang paggamit ng 1% na rate ng resistors ay maaaring mapabuti ang kawastuhan ng circuit.

Inaasahan kong nasiyahan ka sa artikulo at natutunan ang isang bagay na kapaki-pakinabang. Kung mayroon kang anumang mga katanungan, maaari mong iwanan ang mga ito sa seksyon ng komento sa ibaba o gamitin ang aming mga forum upang mag-post ng iba pang mga teknikal na katanungan.