Mạch bảo vệ quá áp nguồn điện xoay chiều 230V

Hầu hết nguồn cung cấp điện ngày nay đều rất đáng tin cậy do sự tiến bộ trong công nghệ và sở thích thiết kế tốt hơn, nhưng luôn có khả năng hỏng hóc do lỗi sản xuất hoặc nó có thể là bóng bán dẫn chuyển mạch chính hoặc MOSFET bị hỏng. Ngoài ra, có khả năng nó có thể bị lỗi do quá áp ở đầu vào, mặc dù các thiết bị bảo vệ như Metal Oxide Varistor (MOVs) có thể được sử dụng làm bảo vệ đầu vào, nhưng một khi MOV kích hoạt, nó sẽ khiến thiết bị trở nên vô dụng.

Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi sẽ chế tạo một thiết bị bảo vệ quá áp với một op-amp, có thể phát hiện điện áp cao và có thể cắt nguồn điện đầu vào trong một phần giây để bảo vệ thiết bị khỏi sự tăng điện áp cao. Ngoài ra, sẽ có một bài kiểm tra chi tiết của mạch để xác minh thiết kế và hoạt động của mạch của chúng tôi. Kiểm tra sau đây cho bạn ý tưởng về quá trình xây dựng và thử nghiệm cho mạch này. Nếu bạn yêu thích Thiết kế SMPS, bạn có thể xem các bài viết trước của chúng tôi về Mẹo thiết kế PCB SMPS và Kỹ thuật giảm thiểu SMPS EMI.

Bảo vệ quá áp là gì và tại sao nó lại quan trọng như vậy?

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến lỗi mạch nguồn, một trong số đó là do quá áp. Trong một bài viết trước, chúng tôi đã thực hiện một mạch bảo vệ quá áp cho mạch DC, bạn có thể kiểm tra nếu điều đó đạt đến mức bạn quan tâm. Bảo vệ quá áp có thể được minh họa như một tính năng mà nguồn điện sẽ tắt khi xảy ra tình trạng quá áp, mặc dù tình trạng quá áp xảy ra ít thường xuyên hơn, khi điều đó xảy ra, nó sẽ làm cho nguồn điện trở nên vô dụng. Ngoài ra, tác động của tình trạng quá áp có thể thực hiện từ nguồn điện đến mạch chính, khi điều đó xảy ra, bạn sẽ không chỉ bị hỏng nguồn điện mà còn bị đứt mạch. đó là lý do tại sao mạch bảo vệ quá áp trở nên quan trọng trong bất kỳ thiết kế điện tử nào.

Vì vậy, để thiết kế một mạch bảo vệ cho các tình huống quá áp, chúng ta cần phải làm rõ những điều cơ bản về bảo vệ quá áp. Trong các hướng dẫn về mạch bảo vệ trước đây của chúng tôi, chúng tôi đã thiết kế nhiều mạch bảo vệ cơ bản có thể được điều chỉnh cho phù hợp với mạch của bạn, cụ thể là Bảo vệ quá áp, Bảo vệ ngắn mạch, Bảo vệ phân cực ngược, Bảo vệ quá dòng, v.v.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ chỉ tập trung vào một điều, đó là tạo một mạch bảo vệ quá áp nguồn điện đầu vào để ngăn nó bị phá hủy.

Cách hoạt động của mạch bảo vệ quá áp nguồn 230V?

Để hiểu cơ bản về mạch bảo vệ quá áp, chúng ta hãy tách mạch ra để hiểu nguyên lý làm việc cơ bản của mọi bộ phận của mạch.

Trái tim của mạch này là OP-Amp, được cấu hình như một bộ so sánh. Trong sơ đồ, chúng ta có một OP-amp LM358 cơ bản và trong Pin-6 của nó, chúng ta có điện áp tham chiếu được tạo ra từ IC điều chỉnh điện áp LM7812 và trên chân-5, chúng ta có điện áp đầu vào đến từ chính Cung cấp hiệu điện thế. Trong tình huống này, nếu điện áp đầu vào vượt qua điện áp tham chiếu, đầu ra của op-amp sẽ tăng cao, và với tín hiệu cao đó, chúng ta có thể điều khiển một bóng bán dẫn bật rơ le, nhưng có một vấn đề lớn trong mạch này Do nhiễu trong tín hiệu đầu vào, Op-amp sẽ dao động nhiều lần trước khi ổn định,

Các giải pháp là thêm trễ của hành động kích hoạt Schmitt tại đầu vào. Trước đây, chúng tôi đã tạo các mạch như Bộ đếm tần số bằng Arduino và Máy đo điện dung sử dụng Arduino, cả hai đều sử dụng đầu vào kích hoạt Schmitt, nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các dự án này, hãy kiểm tra chúng. Bằng cách định cấu hình op-amp với phản hồi tích cực, chúng tôi có thể mở rộng biên độ ở đầu vào theo nhu cầu của mình. Như bạn có thể thấy trong hình trên, chúng tôi đã cung cấp phản hồi với sự trợ giúp của R18 & R19 bằng cách làm như vậy, thực tế chúng tôi đã thêm hai điện áp ngưỡng, một là điện áp ngưỡng trên, một là điện áp ngưỡng dưới.

Tính toán các giá trị thành phần để bảo vệ quá áp

Nếu chúng ta nhìn vào sơ đồ, chúng ta có đầu vào chính của mình, chúng ta chỉnh lưu nó với sự trợ giúp của bộ chỉnh lưu cầu, sau đó chúng ta đặt nó qua một bộ chia điện áp được làm bằng R9, R11 và R10, sau đó chúng ta lọc nó qua 22uF 63V tụ.

Sau khi thực hiện phép tính cho bộ chia điện áp, chúng ta sẽ nhận được điện áp đầu ra là 3,17V, bây giờ, chúng ta cần tính điện áp ngưỡng trên và dưới, Giả sử chúng ta muốn cắt nguồn khi điện áp đầu vào đạt 270V. Bây giờ nếu chúng ta thực hiện lại phép tính bộ chia điện áp, chúng ta sẽ nhận được điện áp đầu ra là 3,56V, đây là ngưỡng trên của chúng ta. Ngưỡng thấp hơn của chúng tôi vẫn ở mức 3,17V khi chúng tôi đã nối đất cho Op-amp.

Bây giờ, với sự trợ giúp của công thức phân chia điện áp đơn giản, chúng ta có thể dễ dàng tính toán điện áp ngưỡng trên và ngưỡng dưới. Lấy giản đồ làm tham chiếu, phép tính được hiển thị bên dưới, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1.5M + 62K) = 0.47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1.5M + 62K) = 0V

Bây giờ, sau khi tính toán, chúng tôi có thể thấy rõ ràng rằng chúng tôi đã đặt điện áp ngưỡng trên của bạn ở mức 0,47V trên mức kích hoạt với sự trợ giúp của phản hồi tích cực.

Lưu ý: Xin lưu ý rằng giá trị thực tế của chúng tôi sẽ khác một chút so với giá trị tính toán của chúng tôi do dung sai điện trở.

Thiết kế mạch bảo vệ quá áp nguồn chính PCB

PCB cho mạch bảo vệ quá áp nguồn của chúng tôi được thiết kế cho một bo mạch chủ duy nhất. Tôi đã sử dụng Eagle để thiết kế PCB của mình, nhưng bạn có thể sử dụng bất kỳ phần mềm Thiết kế nào mà bạn chọn. Hình ảnh 2D của thiết kế bảng của tôi được hiển thị bên dưới.

Một đường kính vết đủ được sử dụng để tạo ra các rãnh công suất để dòng điện chạy qua bảng mạch. Đầu vào nguồn điện AC và phần đầu vào Máy biến áp được tạo ở phía bên trái và đầu ra được tạo ở phía dưới để có khả năng sử dụng tốt hơn. Bạn có thể tải xuống tệp Thiết kế hoàn chỉnh cho Eagle cùng với Gerber từ liên kết bên dưới.

GERBER cho mạch bảo vệ quá áp nguồn

Bây giờ, Thiết kế của chúng tôi đã sẵn sàng, đó là thời gian mỗi và hàn bảng. Sau khi quá trình khắc, khoan và hàn kết thúc, bảng có dạng như hình bên dưới.

Kiểm tra mạch bảo vệ quá áp và dòng điện

Để chứng minh, thiết bị sau được sử dụng

Đồng hồ vạn năng Meco 108B + TRMS
Đồng hồ vạn năng Meco 450B + TRMS
Máy hiện sóng Hantek 6022BE
Máy biến áp 9-0-9
Bóng đèn 40W (Tải thử nghiệm)

Như bạn có thể thấy từ hình ảnh trên, tôi đã chuẩn bị thiết lập kiểm tra này để kiểm tra mạch này, tôi đã hàn hai dây ở chân 5 và chân6 của Op-amp và meco 108B + Đồng hồ vạn năng đang hiển thị điện áp đầu vào và meco 450B + Đồng hồ vạn năng đang hiển thị điện áp tham chiếu.

Trong mạch này, máy biến áp được cấp nguồn từ nguồn điện chính 230V, và từ đó nguồn được cấp cho mạch chỉnh lưu làm đầu vào, đầu ra từ máy biến áp cũng được đưa vào bảng vì nó đang cung cấp điện và điện áp tham chiếu cho mạch..

Như bạn có thể thấy từ hình ảnh trên, mạch đang bật và điện áp đầu vào trong meco 450B + Multimeter nhỏ hơn điện áp tham chiếu, có nghĩa là đầu ra đang bật.

Bây giờ để mô phỏng tình huống nếu chúng ta giảm điện áp tham chiếu, đầu ra sẽ tắt, phát hiện tình trạng quá áp, đồng thời đèn LED màu đỏ trên bảng sẽ bật, bạn có thể quan sát điều đó trên hình ảnh bên dưới.

Cải tiến hơn nữa

Đối với phần trình diễn, mạch được xây dựng trên PCB với sự trợ giúp của sơ đồ, mạch này có thể dễ dàng sửa đổi để cải thiện hiệu suất của nó, ví dụ, các điện trở tôi đã sử dụng đều có dung sai 5%, sử dụng điện trở định mức 1% có thể cải thiện độ chính xác của mạch.

Hy vọng bạn thích bài viết và học được một cái gì đó hữu ích. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, bạn có thể để lại trong phần bình luận bên dưới hoặc sử dụng diễn đàn của chúng tôi để đăng các câu hỏi kỹ thuật khác.