3 Geteste 220V hoog- en laagspanningscircuits met IC 324 en transistors

Een hoog / laag-uitschakelinrichting op het wisselstroomnet zal de stroomtoevoer naar de woning afsnijden of loskoppelen wanneer een situatie met hoge of lage spanning wordt gedetecteerd. Op deze manier zorgt het voor totale veiligheid voor de bedrading en apparaten in huis tegen elektrische brand als gevolg van abnormale overspanningen of bruine lage spanningen.

Het artikel beschrijft 3 nauwkeurige automatische over- en onderspanningscircuits die thuis kunnen worden gemaakt om de huishoudelijke apparaten te beschermen tegen plotselinge gevaarlijke hoge en lage spanningsinstroom. Het eerste ontwerp legt een LM324-transformatorgebaseerd circuit uit, het tweede circuit gebruikt een transformatorloze versie, dat wil zeggen dat het werkt zonder een transformator, terwijl het derde concept een transistorgebaseerd uitschakelcircuit uitlegt, die allemaal thuis kunnen worden geïnstalleerd voor controle over en onder voltage afgesneden bescherming.

Overzicht

Het uitschakelcircuit voor hoog- en laagspanning dat in dit artikel wordt uitgelegd, is zeer eenvoudig te bouwen en toch zeer betrouwbaar en nauwkeurig. Het circuit maakt gebruik van een enkele IC LM 324 voor de nodige detectie en schakelt onmiddellijk de relevante relais zodat de aangesloten belastingen worden geïsoleerd van de gevaarlijke ingangen.

Het circuit geeft ook visuele indicaties van de respectievelijke spanningsniveaus op elk moment.

Het volgende circuit maakt gebruik van een transformator om het circuit van stroom te voorzien

Schakelschema

Onderdelenlijst voor het voorgestelde beschermingscircuit voor hoge en lage netspanning.

• R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 = 4K7,
• P1, P2, P3, P4 = 10 K Voorinstellingen
• C1 = 1000 uF / 25 V,
• OP1, OP2 = MCT 2E, opto-koppeling
• Z1, Z2, Z3, Z4 = 6 volt, 400 mW,
• D1, D2, D3, D4 = 1N4007,
• D5, D6 = 1N4148,
• T1, T2 = BC547B,
• LED = ROOD, GROEN zoals gewenst,
• Transformator = 0 - 12 V, 500 mA
• Relais = SPDT, 12 Volt, 400 Ohm

Circuitwerking

In een van mijn vorige berichten zagen we een heel eenvoudig maar effectief ontwerp van een overspanning- en laagspanningsuitschakelingscircuit, dat in staat is om de netvoeding te schakelen en af ​​te sluiten om de aangesloten apparaten te bereiken zodra de ingangsspanning de onder de gevaarlijke drempels.

Vanwege de eenvoud van het ontwerp, waarbij slechts een paar transistors zijn betrokken, heeft het circuit zijn eigen beperkingen, met als belangrijkste beperking minder nauwkeurigheid en aanzienlijke hysterese, resulterend in een hoge drempelwaarde van meer dan 60 volt tussen de hoge en de lage limieten.

Het huidige ontwerp van een hoogspannings- en laagspanningscircuit is niet alleen zeer nauwkeurig, maar geeft ook visuele indicaties met betrekking tot de relevante spanningsinstappen. De nauwkeurigheid is zo hoog dat praktisch de drempels kunnen worden gescheiden en gedetecteerd binnen een bereik van 5 volt.

De integratie van opamps in het circuit rust het uit met de bovenstaande functie en daarom wordt het hele idee zeer betrouwbaar.

Laten we het circuit in detail begrijpen:

Hoe de opamps werken als vergelijkers

De opamps, A1, A2, A3, A4 worden verkregen uit een enkele IC 324, die een quad opamp IC is, die bestaat uit vier opamp-blokken in één pakket.

Het IC is buitengewoon betrouwbaar en eenvoudig te configureren en vormt nauwelijks een probleem met zijn werking, kortom, het heeft robuuste specificaties en is te flexibel met de meeste configuraties.

De vier opamps zijn opgetuigd als spanningsvergelijkers. De inverterende ingangen van alle opamps worden op een vaste referentiewaarde van 6 volt geklemd, wat gebeurt via een weerstand / zener-netwerk voor ech van de opamps discreet.

De niet-inverterende ingang van A1 tot A4 is verbonden met de voeding van het circuit via een spanningsdelernetwerk gevormd door respectievelijk de presets P1, P2, P3 en P4.

De presets kunnen naar wens worden aangepast om de uitgangen van de respectievelijke opamps om te draaien wanneer het relevante ingangsniveau het referentieniveau overschrijdt dat is ingesteld via de inverterende ingangen van de respectievelijke opamps.

De uitgangen van A1 tot A4 zijn op een nogal speciale manier geïntegreerd in LED-indicatoren. Hier in plaats van de conventionele methode te volgen om de LED-kathodes met de aarde te verbinden, wordt het verbonden met de uitgang van de uitgang van de vorige opamp.

Deze speciale opstelling zorgt ervoor dat slechts één relevante LED wordt ingeschakeld als reactie op de stijgende of dalende spanningsniveaus van de opamps.

Hoe de optocouplers werken

Twee opt-koppelingen worden in serie geïntroduceerd met de bovenste en onderste LED's zodat de opto's ook geleiden met de relevante LED's tijdens hoog- en laagspanningsniveaus, gespecificeerd als gevaarlijke drempels.

De geleiding van de optokoppelingen schakelt onmiddellijk de interne transistor die op zijn beurt het respectieve relais schakelt.

De polen van de twee relais en de polen van de relais zijn in serie geschakeld voordat ze de uitgang via hen naar de belasting sturen.

De serieschakeling van de contacten zorgt ervoor dat als een van de relais geleidt, de netvoeding naar de belasting of het aangesloten apparaat wordt onderbroken.

Waarom de opamps Comparators in serie gerangschikt

Op normale niveaus kunnen opamp A1, A2 of zelfs A3 geleidend zijn omdat deze allemaal in een incrementele volgorde zijn gerangschikt en in volgorde blijven schakelen als reactie op geleidelijk stijgende spanningen en vice versa.

Stel dat op bepaalde normale niveaus A1, A2 en A3 allemaal geleidend zijn (uitgangen hoog) en A4 niet geleidend, op dit punt zou alleen de LED die is aangesloten op R7 gaan branden, omdat de kathode het vereiste negatief ontvangt van de uitgang van A4, terwijl de kathodes van de onderste LED's zijn allemaal hoog vanwege de hoge potentialen van de bovenstaande opamps.

De LED die is aangesloten op R8 blijft ook uitgeschakeld omdat de output van A4 laag is.

De bovenstaande resultaten hebben een passende invloed op de respectieve optische koppelingen en de relais, zodat de relais alleen geleiden tijdens gevaarlijke lage of gevaarlijke hoogspanningsniveaus gedetecteerd door respectievelijk alleen A1 en A4.

Triac gebruiken in plaats van relais voor het afsnijden

Na wat analyse realiseerde ik me dat het bovenstaande beschermingscircuit voor hoge en lage netspanning kan worden vereenvoudigd tot een veel eenvoudigere versie met behulp van een enkele triac. Raadpleeg het onderstaande diagram, het spreekt voor zich en is zeer eenvoudig te begrijpen.

Als je het echter moeilijk hebt om het te begrijpen, stuur me dan een opmerking.

Het ontwerp wijzigen in een transformatorloze versie

De transformatorloze hoog-laagspanningsuitschakelcircuitversie van het hierboven toegelichte ontwerp kan in het volgende diagram worden weergegeven:

Waarschuwing: het hieronder getoonde circuit is niet geïsoleerd van het lichtnet. Wees uiterst voorzichtig om een ​​dodelijk ongeluk te voorkomen.

Als een enkel relais bedoeld is om te worden gebruikt in plaats van een triac, kan het ontwerp worden gewijzigd zoals weergegeven in de volgende afbeelding:

Gebruik een condensator van 22uF / 25V over de transistorbasis en aarde, om er zeker van te zijn dat het relais niet stottert tijdens de omschakelingsperioden ...

PNP Relay-stuurprogramma gebruiken

Zoals getoond in de gegeven netspanning AC hoog, laagspanningsbeveiligingscircuit kunnen we zien dat twee opamps van de IC LM 324 worden gebruikt voor de vereiste detectie.

De bovenste opamp heeft zijn niet-inverterende ingang opgetuigd naar een preset en wordt afgesloten met de DC-voedingsspanning, pin # 2 is hier voorzien van een referentieniveau, zodat zodra de potentiaal op pin # 3 de ingestelde drempel overschrijdt (door P1), gaat de output van de opamp hoog.

Evenzo is de onderste opamp ook geconfigureerd voor enige spanningsdrempeldetectie, maar hier zijn de pinnen gewoon omgekeerd, waardoor de opamp-uitgang hoog wordt met detectie van lage spanningsingangen.

Daarom reageert de bovenste opamp op de hoge spanningsdrempel en de onderste opamp op de lage spanningsdrempel. Voor beide detecties wordt de output van de respectievelijke opamp hoog.

Diodes D5 en D7 zorgen ervoor dat hun junctie een gemeenschappelijke output produceert van de opamp output pin outs. Dus wanneer een van de opampoutputs hoog wordt, wordt deze geproduceerd op de kruising van de D5- en D7-kathodes.

De basis van transistor T1 is verbonden met de bovengenoemde diodeovergang, en zolang de uitgang van de opamps laag blijft, mag T1 geleiden door de voorspanning door R3 te krijgen.

Maar op het moment dat een van de opamp-uitgangen hoog wordt (wat kan gebeuren tijdens abnormale spanningsomstandigheden), wordt de diode-overgang ook hoog, waardoor T1 niet kan geleiden.

Relais R1 schakelt zichzelf en de aangesloten belasting onmiddellijk UIT. De aangesloten belasting blijft dus AAN zolang de opamp-uitgangen laag zijn, wat op zijn beurt alleen kan gebeuren als het ingangsnet zich binnen het veilige vensterniveau bevindt, zoals aangepast door P1 en P2. P1 is ingesteld voor het detecteren van hoge spanningsniveaus, terwijl P2 voor het lagere onveilige spanningsniveau.

Pin Details van IC LM 324

Onderdelenlijst voor het bovenstaande beschermingscircuit voor hoge en lage netspanning

R1, R2, R3 = 2K2,
P1 en P2 = 10K preset,
C1 = 220uF / 25V
Alle diodes zijn = 1N4007,
T1 = BC557,
Relais = 12 V, 400 Ohm, SPDT,
opamps = 2 opamps van IC LM 324
Zeners = 4,7 volt, 400 mW,
Transformator = 12V, 500mA

PCB-indeling

Tot dusver hebben we een IC-versie van het circuit geleerd, laten we nu eens kijken hoe een 220V of 120V netspanningsbeveiligingscircuit kan worden gebouwd met slechts een paar transistors.

Een zeer eenvoudig circuit dat wordt gepresenteerd wanneer het in het huis wordt geïnstalleerd, kan het probleem in grote mate helpen beperken.

Hier zullen we twee ontwerpen van over- en onderspanningscircuits leren, de eerste op basis van transistors en de andere met een opamp.

Over / onder spanning afgesneden circuit met behulp van transistors

Het zal je verbazen dat een leuk klein circuit voor de genoemde beveiligingen kan worden gebouwd met slechts een paar transistors en een paar andere passieve componenten.

Als we naar de figuur kijken, zien we een heel eenvoudige opstelling waarbij T1 en T2 zijn vastgezet als een inverterconfiguratie, wat betekent dat T2 tegengesteld reageert op T1. Raadpleeg het schakelschema.

In eenvoudige bewoordingen: wanneer T1 geleidt, schakelt T2 uit en vice versa. De meetspanning die wordt afgeleid van de DC-voedingsspanning zelf wordt via preset P1 naar de basis van T1 gevoerd.

De preset wordt gebruikt zodat de uitschakeldrempels nauwkeurig kunnen worden bepaald en het circuit begrijpt wanneer de besturingsacties moeten worden uitgevoerd.

De voorinstelling voor automatisch afsnijden instellen

P1 is ingesteld voor het detecteren van hoogspanningsgrenzen. Aanvankelijk, wanneer de spanning binnen het veilige venster valt, blijft T1 uitgeschakeld en hierdoor kan de vereiste voorspanning door P2 gaan en T2 bereiken, terwijl deze blijft ingeschakeld.

Daarom blijft het relais ook geactiveerd en krijgt de aangesloten belasting de vereiste wisselspanning.

Echter, in het geval dat de netspanning de veilige limiet overschrijdt, stijgt de detectiespanning aan de basis van T1 ook boven de ingestelde drempel, T1 geleidt en aardt onmiddellijk de basis van T2. Dit resulteert in het uitschakelen van T2 en ook het relais en de bijbehorende belasting.

Het systeem zorgt er dus voor dat de gevaarlijke spanning de belasting niet bereikt en beveiligt deze zoals verwacht.

Stel nu dat de netspanning te laag wordt, T1 is al uitgeschakeld en in deze situatie stopt ook T2 met geleiden vanwege de instellingen van P2, die zo is ingesteld dat T2 stopt met geleiden als de netspanning onder een bepaald onveilig niveau komt.

Dus het relais wordt opnieuw uitgeschakeld, waardoor de stroom naar de belasting wordt onderbroken en de vereiste veiligheidsmaatregelen worden gevraagd.

Hoewel het circuit redelijk nauwkeurig is, is de vensterdrempel te breed, wat betekent dat het circuit alleen triggert voor spanningsniveaus boven 260 V en onder 200 V, of boven 130 V en onder 100 V voor normale voedingsingangen van 120 V.

Daarom is het circuit misschien niet erg handig voor mensen die op zoek zijn naar absoluut nauwkeurige uitschakelpunten en bedieningselementen die kunnen worden geoptimaliseerd volgens hun persoonlijke voorkeur.

Om dit mogelijk te maken is het mogelijk dat er in plaats van transistors een aantal opamps nodig zijn.

Onderdelenlijst voor het bovenstaande AC-netspanningsbeveiligingscircuit voor overspanning en onderspanning.

• R1, R2 = 1K,
• P1, P2 = 10K,
• T1, T2 = BC547B,
• C1 = 220uF / 25V
• RELAIS = 12 V, 400 OHM, SPDT,
• D1 = 1N4007
• TR1 = 0-12 V, 500 mA