230 فولت تيار متردد على دائرة حماية الجهد

معظم إمدادات الطاقة هذه الأيام موثوقة للغاية بسبب التقدم في التكنولوجيا وتفضيلات التصميم الأفضل ، ولكن هناك دائمًا فرصة للفشل بسبب عيب في التصنيع أو يمكن أن يكون ترانزستور التحويل الرئيسي أو MOSFET سيئًا. أيضًا ، هناك احتمال أن يفشل بسبب الجهد الزائد عند الإدخال ، على الرغم من أنه يمكن استخدام أجهزة الحماية مثل Metal Oxide Varistor (MOVs) كحماية للمدخلات ، ولكن بمجرد تشغيل MOV ، فإنها تجعل الجهاز عديم الفائدة.

لحل هذه المشكلة ، سنقوم ببناء جهاز حماية من الجهد الزائد مع op-amp ، والذي يمكنه اكتشاف الفولتية العالية ويمكن أن يقطع طاقة الإدخال في جزء من الثانية لحماية الجهاز من ارتفاع الجهد العالي. أيضًا ، سيكون هناك اختبار مفصل للدائرة للتحقق من تصميم الدائرة وعملها. يمنحك الفحص التالي فكرة عن عملية البناء والاختبار لهذه الدائرة. إذا كنت تستخدم SMPS Design ، فيمكنك الاطلاع على مقالاتنا السابقة حول SMPS PCB Design Tips و SMPS EMI Reduction Techniques.

ما هي الحماية من الجهد الزائد وما سبب أهميتها؟

هناك العديد من الطرق التي يمكن أن تفشل فيها دائرة إمداد الطاقة ، أحدها بسبب الجهد الزائد. في مقال سابق ، قمنا بعمل دائرة حماية من الجهد الزائد لدائرة التيار المستمر ، يمكنك التحقق من ذلك إذا كان ذلك يزيد من اهتمامك. يمكن توضيح الحماية من الجهد الزائد كميزة حيث يتم إيقاف تشغيل مزود الطاقة عند حدوث حالة زيادة الجهد ، على الرغم من حدوث حالة زيادة الجهد في كثير من الأحيان ، وعندما يحدث ذلك ، فإنه يجعل مصدر الطاقة عديم الفائدة. أيضًا ، يمكن أن يحدث تأثير حالة الجهد الزائد من مصدر الطاقة إلى الدائرة الرئيسية ، وعندما يحدث ذلك ، ستنتهي ليس فقط بمصدر طاقة مكسور ولكن أيضًا بدائرة معطلة. وهذا هو سبب أهمية دائرة حماية الجهد الزائد في أي تصميم إلكتروني.

لذلك ، لتصميم دائرة حماية لحالات الجهد الزائد ، نحتاج إلى توضيح أساسيات حماية الجهد الزائد. في برامجنا التعليمية السابقة لدائرة الحماية ، قمنا بتصميم العديد من دوائر الحماية الأساسية التي يمكن تكييفها مع دائرتك ، وهي حماية الجهد الزائد ، وحماية الدائرة القصيرة ، وحماية القطبية العكسية ، وحماية التيار الزائد ، إلخ.

في هذه المقالة ، سنركز على شيء واحد فقط ، وهو إنشاء دائرة حماية من الجهد الزائد لأنابيب الإدخال لمنعها من التدمير.

كيف تعمل دائرة حماية الجهد الزائد 230 فولت؟

لفهم أساسيات دائرة حماية الجهد الزائد ، دعنا نفصل الدائرة من أجل فهم مبدأ العمل الأساسي لكل جزء من الدائرة.

قلب هذه الدائرة هو OP-Amp ، والذي تم تكوينه كمقارن. في التخطيطي ، لدينا LM358 OP-amp أساسي وفي Pin-6 ، لدينا جهدنا المرجعي الذي يتم إنشاؤه من منظم الجهد LM7812 IC وعلى pin-5 ، لدينا جهد الدخل الذي يأتي من الرئيسي مصدر التيار. في هذه الحالة ، إذا تجاوز جهد الدخل الجهد المرجعي ، فإن خرج op-amp سوف يرتفع ، وبهذه الإشارة العالية ، يمكننا قيادة ترانزستور يعمل على مرحل ، ولكن هناك مشكلة كبيرة في هذه الدائرة ، بسبب الضوضاء في إشارة الإدخال ، سوف يتأرجح Op-amp عدة مرات قبل أن يصل إلى مستقر ،

و الحل هو إضافة التباطؤ العمل الزناد شميت في المدخلات. في السابق ، قمنا بصنع دوائر مثل عداد التردد باستخدام Arduino و Capacitance Meter باستخدام Arduino وكلاهما يستخدم مدخلات مشغل Schmitt ، إذا كنت تريد معرفة المزيد عن هذه المشاريع ، فقم بفحصها. من خلال تكوين op-amp بتعليقات إيجابية ، يمكننا توسيع الهامش عند الإدخال وفقًا لاحتياجاتنا. كما ترون في الصورة أعلاه ، فقد قدمنا ​​ملاحظات بمساعدة R18 و R19 من خلال القيام بذلك ، لقد أضفنا عمليًا عتبة جهدين ، أحدهما هو جهد العتبة العليا ، والآخر هو جهد الحد الأدنى.

حساب قيم المكونات للحماية من الجهد الزائد

إذا نظرنا إلى التخطيطي ، فلدينا مدخلاتنا الرئيسية ، والتي نقوم بتصحيحها بمساعدة مقوم الجسر ، ثم نضعها في مقسم جهد مصنوع من R9 و R11 و R10 ، ثم نقوم بترشيحه من خلال 22uF 63V مكثف.

بعد إجراء حساب مقسم الجهد ، سنحصل على جهد خرج يبلغ 3.17 فولت ، والآن نحتاج إلى حساب جهد العتبة العلوية والسفلية ، لنفترض أننا نريد قطع الطاقة عندما يصل جهد الدخل إلى 270 فولت . الآن إذا قمنا بحساب مقسم الجهد مرة أخرى ، فسنحصل على جهد خرج يبلغ 3.56 فولت ، وهو الحد الأعلى لدينا. يبقى الحد الأدنى لدينا عند 3.17 فولت حيث قمنا بتأريض Op-amp.

الآن ، بمساعدة صيغة بسيطة لمقسم الجهد ، يمكننا بسهولة حساب الفولتية العلوية والسفلية. بأخذ التخطيطي كمرجع ، يظهر الحساب أدناه ،

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

الآن ، بعد الحساب ، يمكننا أن نرى بوضوح أننا قمنا بتعيين جهد الحد الأعلى عند 0.47 فولت فوق مستوى الزناد بمساعدة ردود الفعل الإيجابية.

ملاحظة: يرجى ملاحظة أن قيمنا العملية ستختلف قليلاً عن قيمنا المحسوبة بسبب تفاوتات المقاومة.

تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لدائرة حماية الجهد الكهربائي

تم تصميم PCB لدائرة الحماية من الجهد الزائد لدينا للوحة جانبية واحدة. لقد استخدمت Eagle لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاص بي ، لكن يمكنك استخدام أي برنامج تصميم من اختيارك. الصورة ثنائية الأبعاد لتصميم لوحي موضحة أدناه.

يتم استخدام قطر التتبع الكافي لجعل مسارات الطاقة لتدفق التيار عبر لوحة الدائرة. يتم إنشاء مدخلات التيار المتردد وقسم إدخال المحول على الجانب الأيسر ويتم إنشاء الإخراج على الجانب السفلي من أجل استخدام أفضل. يمكن تنزيل ملف التصميم الكامل لـ Eagle مع Gerber من الرابط أدناه.

• جربر لدائرة حماية الجهد الزائد

الآن ، بعد أن أصبح تصميمنا جاهزًا ، فقد حان الوقت ولحام السبورة. بعد الانتهاء من عملية الحفر والحفر واللحام ، تبدو اللوحة مثل الصورة الموضحة أدناه.

اختبار على دائرة حماية الجهد والتيار

للعرض ، يتم استخدام الجهاز التالي

1. Meco 108B + TRMS Multimeter
2. ميكو 450B + TRMS المتعدد
3. راسم الذبذبات Hantek 6022BE
4. 9-0-9 محول
5. 40W المصباح الكهربائي (اختبار تحميل)

كما ترون من الصورة أعلاه ، لقد أعددت إعداد الاختبار هذا لاختبار هذه الدائرة ، لقد قمت بلحام سلكين في pin5 و pin6 من Op-amp ويظهر meco 108B + Multimeter جهد الإدخال و meco 450B + Multimeter يظهر الجهد المرجعي.

في هذه الدائرة ، يتم تشغيل المحول من مصدر طاقة رئيسي 230 فولت ، ومن هناك يتم تغذية الطاقة إلى دائرة المعدل كمدخل ، كما يتم تغذية الإخراج من المحول إلى اللوحة حيث يوفر الطاقة والجهد المرجعي للدائرة.

كما ترون من الصورة أعلاه ، فإن الدائرة قيد التشغيل ، والجهد الداخل في meco 450B + Multimeter أقل من الجهد المرجعي ، مما يعني أن الإخراج قيد التشغيل.

الآن لمحاكاة الموقف إذا قللنا الجهد المرجعي ، سيتم إيقاف الإخراج ، واكتشاف حالة الجهد الزائد ، كما سيتم تشغيل مؤشر LED أحمر على اللوحة ، يمكنك ملاحظة ذلك على الصورة أدناه.

مزيد من التحسينات

من أجل العرض التوضيحي ، تم إنشاء الدائرة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور بمساعدة التخطيطي ، ويمكن تعديل هذه الدائرة بسهولة لتحسين أدائها ، على سبيل المثال ، المقاومات التي استخدمتها جميعًا لها تفاوتات بنسبة 5 ٪ ، ويمكن أن تتحسن المقاومات المقدرة بنسبة 1 ٪ دقة الدائرة.

آمل أن تكون قد استمتعت بالمقال وتعلمت شيئًا مفيدًا. إذا كانت لديك أي أسئلة ، فيمكنك تركها في قسم التعليقات أدناه أو استخدام منتدياتنا لنشر أسئلة فنية أخرى.