Att skapa en nollkorsningsdetektorkrets är faktiskt väldigt enkelt och det kan effektivt användas för att skydda känslig elektronisk utrustning mot strömbrytare.
En nollkorsningsdetektorkrets används huvudsakligen för att skydda elektroniska apparater från strömbrytare genom att säkerställa att nätströmmen alltid kommer in i kretsen vid dess första nollgenomgångspunkt under strömbrytaren PÅ.
Konstigt, förutom 'wikipedia' har ingen annan topp online-webbplats hittills tagit upp denna viktiga tillämpning av ett nollkorsningsdetektorkoncept, jag hoppas att de kommer att uppdatera sina artiklar efter att ha läst det här inlägget.
Vad är en nollkorsningsdetektor?
Vi vet alla att vår växelströmsfas består av alternerande sinusformade spänningsfaser enligt nedan:
I denna växlande växelström kan strömmen ses växla över den centrala nollinjen och över de övre positiva och nedre negativa toppnivåerna genom en viss fasvinkel.
Denna fasvinkel kan ses exponentiellt stiga och minska, vilket betyder att den gör det på ett gradvis stigande och gradvis fallande sätt.
Den växlande cykeln i en växelström sker 50 gånger per sekund för 220V elnät och 60 gånger per sekund för 120V nätingångar enligt standardreglerna. Detta 50-cykelsvar kallas 50 Hz-frekvensen och 60 Hz kallas 60 Hz-frekvensen för dessa eluttag i våra hem.
Varje gång vi slår PÅ en apparat eller en elektronisk enhet till elnätet utsätts den för en plötslig inträde av växelströmsfasen, och om denna ingångspunkt råkar befinna sig vid toppen av fasvinkeln kan det innebära att maximal ström tvingas till enheten på ON-punkten.
Även om de flesta enheter är redo för detta och kan vara utrustade med skyddssteg med motstånd, eller NTC eller MOV, rekommenderas det aldrig att utsätta dem för sådana plötsliga oförutsägbara situationer.
För att ta itu med ett sådant problem används ett nollgenomgångsdetektorsteg som säkerställer att när en gadget slås PÅ med nätström, väntar nollgenomgångskretsen tills AC-fascykeln når nollinjen, och vid den här tiden slår den på nätet kraft till gadgeten.
Hur man utformar en nollkorsningsdetektor
Att utforma en nollkorsningsdetektor är inte svårt. Vi kan göra det med en opamp, som visas nedan, men med en opamp för ett enkelt koncept eftersom det ser ut att vara en överdrift, så vi kommer också att diskutera hur man implementerar detsamma med en vanlig transistorbaserad design:
Opamp nollkorsningsdetektorkrets
Obs! Ingångs AC bör vara från en Bridge Rectifier
Figuren ovan visar en enkel 741 opamp-baserad nollkorsning-detektorkrets som kan användas för alla applikationer som kräver en nollkorsningsbaserad körning.
Som kan ses, 741 konfigureras som en jämförare , varvid dess icke-inverterande stift är ansluten till jord via en 1N4148-diod, vilket orsakar en 0,6 V-dropppotential vid denna ingångsstift.
Den andra ingångsstiftet # 2 som är det inverterande stiftet för ther iC används för nollkorsningsdetektering och appliceras med den föredragna växelströmssignalen.
Som vi vet att så länge stift nr 3 är lägre än stift nr 2, kommer utgångspotentialen vid stift nr 6 att vara 0V, och så snart stift nr 3 spänning går över stift nr 2, kommer utgångsspänningen snabbt att växla till 12V (försörjningsnivå).
Inom den matade ingången växelströmssignal under de perioder då fasspänningen ligger långt över nollinjen, eller åtminstone över 0,6 V över nollinjen, visar opamputgången en nollpotential .... men under de perioder då fasen är på väg att komma in eller korsa nolllinjen, upplever stift nr 2 en potential under 0,6V referens som inställd för stift # 3, vilket orsakar en omedelbar reversering av utgången till 12V.
Således blir utgången under dessa punkter 12v hög nivå, och denna sekvens fortsätter att utlösas varje gång fasen passerar nollinjen i sin fascykel.
Den resulterande vågformen kan ses vid IC-utgången som tydligt uttrycker och bekräftar nollkorsningsdetekteringen av IC.
Med en optokopplare BJT-krets
Även om den ovan diskuterade opamp-nollkorsningsdetektorn är mycket effektiv, kan densamma implementeras med användning av en vanlig optokopplare BJT med rimligt god noggrannhet.
Obs! Ingångs AC bör vara från en Bridge Rectifier
Med hänvisning till bilden ovan kan BJT i form av en fototransistor associerad inuti en optokopplare effektivt konfigureras som en enklaste nollkorsningsdetektorkretsen .
AC-nätet matas till lysdioden på opampen via ett högt värdemotstånd. Under dess fascykler så länge som nätspänningen är över 2V stannar fototransistorn i ledningsläget och utgångssvaret hålls nära noll volt, men under tider när fasen når nollinjen för sin rörelse, lyser lysdioden inuti opto stängs av vilket gör att transistorn också stängs av, detta svar får direkt en hög logik att visas vid den angivna utgångspunkten för konfigurationen.
Praktisk applikationskrets med nollkorsningsdetektering
En praktisk krets som använder en nollkorsningsdetektering kan bevittnas nedan, här får triacen aldrig bytas vid någon annan faspunkt utom nollgenomgångspunkten när strömmen slås PÅ.
Detta ser till att kretsen alltid hålls borta från strömbrytaren för strömbrytaren och från dess relevanta faror.
Obs! Ingångs AC bör vara från en Bridge Rectifier
I konceptet ovan avfyras en triac genom en liten signal SCR styrd av en PNP BJT. Denna PNP BJT är konfigurerad för att utföra en nollkorsningsavkänning för den avsedda säkra omkopplingen av triac och tillhörande belastning.
När som helst när strömmen slås PÅ får SCR sin anodmatning från den befintliga likströmskällan, men dess grindspänning slås endast PÅ i det ögonblick då ingången passerar genom sin första nollkorsningspunkt.
När SCR har utlösts vid den säkra nollgenomgångspunkten avfyrar den triac och den anslutna belastningen och i sin tur låses och säkerställer en kontinuerlig grindström för triac.
Denna typ av omkoppling vid nollkorsningspunkterna varje gång strömmen slås på garanterar en konsekvent säker tillkoppling för lasten, vilket eliminerar alla möjliga faror som normalt är förknippade med strömbrytaren PÅ.
Eliminering av RF-brus
En annan bra tillämpning av en nollkorsningsdetektorkrets är för eliminera buller i triac-omkopplingskretsar . Låt oss ta exemplet på en elektronisk ljusdimmerkrets , vi hittar normalt sådana kretsar som avger mycket RF-brus i atmosfären och även till elnätet som orsakar onödig dumpning av övertoner.
Detta händer på grund av den snabba skärningen av triac-ledningen över de positiva / negativa cyklerna via nollgenomgångslinjen ... speciellt runt nollgenomgångsövergången där triacen utsätts för en odefinierad spänningszon som får den att producera snabba strömtransienter som i varv avges som RF-brus.
En nollkorsningsdetektor om den läggs till triac-baserade kretsar eliminerar detta fenomen genom att endast låta triac avfyras när växelströmscykeln har passerat nolllinjen perfekt, vilket säkerställer en ren omkoppling av triacen, varigenom RF-transienterna elimineras.
Referens:
Tidigare: Anslutning av MPPT med Solar Inverter Nästa: Hur man lägger till en dimmeranläggning i en LED-lampa
