ไฟ AC 230V เกินวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้า

แหล่งจ่ายไฟส่วนใหญ่ในปัจจุบันมีความน่าเชื่อถือมากเนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและความต้องการในการออกแบบที่ดีขึ้น แต่ก็มีโอกาสที่จะล้มเหลวเนื่องจากข้อบกพร่องในการผลิตหรืออาจเป็นทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งหลักหรือ MOSFET จะเสีย นอกจากนี้ยังมีความเป็นไปได้ที่อาจล้มเหลวเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเกินที่อินพุตแม้ว่าอุปกรณ์ป้องกันเช่นMetal Oxide Varistor (MOVs)สามารถใช้เป็นการป้องกันอินพุตได้ แต่เมื่อ MOV ทริกเกอร์อุปกรณ์จะทำให้อุปกรณ์ไร้ประโยชน์

เพื่อแก้ปัญหานี้เราจะไปสร้างอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าในช่วงที่มีสหกรณ์แอมป์ซึ่งสามารถตรวจจับแรงดันไฟฟ้าสูงและสามารถตัดอำนาจของการป้อนข้อมูลในเสี้ยววินาทีปกป้องอุปกรณ์จากที่ไฟกระชากแรงดันสูงนอกจากนี้จะมีการทดสอบโดยละเอียดของวงจรเพื่อตรวจสอบการออกแบบและการทำงานของวงจร การตรวจสอบต่อไปนี้ให้แนวคิดเกี่ยวกับการสร้างและขั้นตอนการทดสอบสำหรับวงจรนี้ หากคุณสนใจการออกแบบ SMPS คุณสามารถอ่านบทความก่อนหน้าของเราเกี่ยวกับเคล็ดลับการออกแบบ SMPS PCB และเทคนิคการลด SMPS EMI

การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินคืออะไรและทำไมจึงสำคัญ?

มีหลายวิธีในการที่วงจรแหล่งจ่ายไฟสามารถล้มเหลวเป็นหนึ่งในนั้นคือเนื่องจาก ไฟแรงดันสูงในบทความก่อนหน้านี้เราได้สร้างวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินสำหรับวงจร DC คุณสามารถตรวจสอบได้ว่าสิ่งนั้นทำให้คุณสนใจหรือไม่ การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินสามารถแสดงเป็นคุณลักษณะที่แหล่งจ่ายไฟปิดลงเมื่อเกิดสภาวะแรงดันไฟฟ้าเกินแม้ว่าสถานการณ์แรงดันไฟฟ้าเกินจะเกิดขึ้นน้อยกว่า แต่เมื่อเกิดเหตุการณ์ดังกล่าว แต่จะทำให้แหล่งจ่ายไฟไร้ประโยชน์ นอกจากนี้ผลกระทบของสภาวะแรงดันไฟฟ้าเกินสามารถเกิดขึ้นได้จากแหล่งจ่ายไฟไปยังวงจรหลักเมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้นคุณจะได้รับไม่เพียง แต่แหล่งจ่ายไฟเสีย แต่ยังรวมถึงวงจรเสียด้วย ด้วยเหตุนี้วงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินจึงมีความสำคัญในการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ

ดังนั้นในการออกแบบวงจรป้องกันสำหรับสถานการณ์แรงดันไฟฟ้าเกินเราจำเป็นต้องล้างข้อมูลพื้นฐานของการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน ในบทแนะนำเกี่ยวกับวงจรป้องกันก่อนหน้านี้เราได้ออกแบบวงจรการป้องกันพื้นฐานมากมายที่สามารถปรับให้เข้ากับวงจรของคุณได้เช่นการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรการป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับการป้องกันกระแสเกินเป็นต้น

ในบทความนี้เราจะมุ่งเน้นไปที่สิ่งเดียวนั่นคือการสร้างวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินอินพุตเพื่อป้องกันไม่ให้ถูกทำลาย

วงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน 230V Mains ทำงานอย่างไร

เพื่อให้เข้าใจถึงพื้นฐานของวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินให้แยกวงจรออกเพื่อที่จะเข้าใจหลักการทำงานพื้นฐานของทุกส่วนของวงจร

หัวใจของวงจรนี้เป็น OP-Amp ซึ่งมีการกำหนดค่าเป็นตัวเปรียบเทียบในแผนผังเรามี LM358 OP-amp พื้นฐานและใน Pin-6 เรามีแรงดันอ้างอิงของเราซึ่งสร้างจากIC ควบคุมแรงดันไฟฟ้า LM7812และที่พิน -5 เรามีแรงดันไฟฟ้าอินพุตซึ่งมาจากหลัก แรงดันไฟฟ้า ในสถานการณ์เช่นนี้หากแรงดันไฟฟ้าเข้าเกินแรงดันอ้างอิงเอาต์พุตของ op-amp จะสูงและด้วยสัญญาณที่สูงนั้นเราสามารถขับทรานซิสเตอร์ที่เปิดรีเลย์ได้ แต่มีปัญหาใหญ่ในวงจรนี้ เนื่องจากสัญญาณรบกวนในสัญญาณอินพุต Op-amp จะแกว่งหลายครั้งก่อนที่จะมาถึงที่เสถียร

แก้ปัญหาคือการเพิ่ม hysteresisของมิตการเรียกในการป้อนข้อมูล ก่อนหน้านี้เราได้สร้างวงจรเช่น Frequency Counter โดยใช้ Arduino และ Capacitance Meter โดยใช้ Arduino ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ใช้อินพุตทริกเกอร์Schmitt หากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงการเหล่านี้โปรดตรวจสอบสิ่งเหล่านี้ ด้วยการกำหนดค่า op-amp พร้อมข้อเสนอแนะเชิงบวกเราสามารถขยายระยะขอบที่อินพุตได้ตามความต้องการของเรา ดังที่คุณเห็นในภาพด้านบนเราได้ให้ข้อเสนอแนะด้วยความช่วยเหลือของR18 & R19โดยการทำเช่นนั้นเราได้เพิ่มแรงดันไฟฟ้าสองเกณฑ์ในทางปฏิบัติหนึ่งคือแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์บนส่วนอีกค่าหนึ่งคือแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ที่ต่ำกว่า

การคำนวณค่าส่วนประกอบสำหรับการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน

หากเราดูที่แผนผังเรามีอินพุตไฟหลักซึ่งเราแก้ไขด้วยความช่วยเหลือของวงจรเรียงกระแสสะพาน จากนั้นเราวางผ่านตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าซึ่งทำด้วย R9, R11 และ R10 จากนั้นเรากรองผ่าน a 22uF 63Vตัวเก็บประจุ

หลังจากทำการคำนวณสำหรับตัวแบ่งแรงดันเราจะได้แรงดันเอาต์พุต 3.17Vตอนนี้เราต้องคำนวณแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์บนและล่างสมมติว่าเราต้องการตัดไฟเมื่อแรงดันไฟฟ้าเข้าถึง270V ตอนนี้ถ้าเราทำการคำนวณตัวแบ่งแรงดันอีกครั้งเราจะได้แรงดันเอาต์พุต 3.56Vซึ่งเป็นเกณฑ์บนของเรา เกณฑ์ที่ต่ำกว่าของเราจะอยู่ที่ 3.17V เนื่องจากเราได้ต่อสายดินของ Op-amp

ตอนนี้ด้วยความช่วยเหลือของสูตรตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าอย่างง่ายเราสามารถคำนวณแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์บนและล่างได้อย่างง่ายดาย การใช้แผนผังเป็นข้อมูลอ้างอิงการคำนวณดังแสดงด้านล่าง

UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1.5M + 62K) = 0.47V LT = R18 / (R18 + R19) * - ออก = 62K / (1.5M + 62K) = 0V

ตอนนี้หลังจากการคำนวณเราจะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าเราได้ตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์บนของคุณที่ 0.47V เหนือระดับทริกเกอร์ด้วยความช่วยเหลือของการตอบรับเชิงบวก

หมายเหตุ:โปรดทราบว่าค่าในทางปฏิบัติของเราจะแตกต่างจากค่าที่คำนวณได้เล็กน้อยเนื่องจากความคลาดเคลื่อนของตัวต้านทาน

การออกแบบ PCB วงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน

PCB สำหรับวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินของเราออกแบบมาสำหรับไซด์บอร์ดเดียว ฉันใช้ Eagle เพื่อออกแบบ PCB ของฉัน แต่คุณสามารถใช้ซอฟต์แวร์ออกแบบใดก็ได้ที่คุณเลือก ภาพ 2D ของการออกแบบบอร์ดของฉันแสดงอยู่ด้านล่าง

ใช้เส้นผ่านศูนย์กลางการติดตามที่เพียงพอเพื่อให้รางไฟฟ้าไหลกระแสผ่านแผงวงจร อินพุตไฟ AC และส่วนอินพุต Transformer ถูกสร้างขึ้นที่ด้านซ้ายมือและเอาต์พุตจะถูกสร้างขึ้นที่ด้านล่างเพื่อการใช้งานที่ดีขึ้น ไฟล์ออกแบบที่สมบูรณ์สำหรับ Eagle พร้อมกับ Gerber สามารถดาวน์โหลดได้จากลิงค์ด้านล่าง

GERBER สำหรับวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินหลัก

ตอนนี้การออกแบบของเราพร้อมแล้วก็ถึงเวลาที่แต่ละคนจะประสานบอร์ด หลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการแกะสลักการเจาะและการบัดกรีบอร์ดจะมีลักษณะดังภาพที่แสดงด้านล่าง

การทดสอบวงจรป้องกันแรงดันและกระแสเกิน

สำหรับการสาธิตจะใช้อุปกรณ์ดังต่อไปนี้

Meco 108B + TRMS มัลติมิเตอร์
มัลติมิเตอร์ Meco 450B + TRMS
Hantek 6022BE ออสซิลโลสโคป
9-0-9 หม้อแปลง
หลอดไฟ 40W (โหลดทดสอบ)

ดังที่คุณเห็นจากภาพด้านบนฉันได้เตรียมการตั้งค่าการทดสอบนี้เพื่อทดสอบวงจรนี้ฉันได้บัดกรีสายไฟสองเส้นในพิน 5 และพิน 6 ของ Op-amp และมัลติมิเตอร์ meco 108B + กำลังแสดงแรงดันไฟฟ้าอินพุตและ meco 450B + มัลติมิเตอร์ กำลังแสดงแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง

ในวงจรนี้หม้อแปลงใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟหลัก 230V และจากนั้นกระแสไฟจะถูกป้อนไปยังวงจรเรียงกระแสเป็นอินพุตเอาต์พุตจากหม้อแปลงจะถูกป้อนเข้าในบอร์ดด้วยเช่นกันเนื่องจากให้พลังงานและแรงดันอ้างอิงไปยังวงจร.

ดังที่คุณเห็นจากภาพด้านบนวงจรเปิดอยู่และแรงดันไฟฟ้าขาเข้าในมัลติมิเตอร์ meco 450B + น้อยกว่าแรงดันอ้างอิงซึ่งหมายความว่าเอาต์พุตเปิดอยู่

ตอนนี้เพื่อจำลองสถานการณ์ถ้าเราลดแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงเอาต์พุตจะดับลงตรวจจับสภาวะแรงดันไฟฟ้าเกินนอกจากนี้ไฟ LED สีแดงบนบอร์ดจะเปิดขึ้นคุณสามารถสังเกตได้จากภาพด้านล่าง

การปรับปรุงเพิ่มเติม

สำหรับการสาธิตวงจรที่มีการสร้างขึ้นบน PCB ด้วยความช่วยเหลือของวงจรที่เป็นวงจรนี้สามารถแก้ไขได้อย่างง่ายดายเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานตัวอย่างเช่นตัวต้านทานที่ฉันได้ใช้ทุกคนมีความคลาดเคลื่อน 5%, ใช้ตัวต้านทานอันดับ 1%สามารถปรับปรุง ความถูกต้องของวงจร

หวังว่าคุณจะสนุกกับบทความและเรียนรู้สิ่งที่เป็นประโยชน์ หากคุณมีคำถามใด ๆ คุณสามารถฝากไว้ในส่วนความคิดเห็นด้านล่างหรือใช้ฟอรัมของเราเพื่อโพสต์คำถามทางเทคนิคอื่น ๆ