230VAC主電源過電圧保護回路

最近の電源のほとんどは、技術の進歩と設計の好みの改善により非常に信頼性がありますが、製造上の欠陥が原因で故障する可能性が常にあります。または、メインスイッチングトランジスタまたはMOSFETが故障している可能性があります。また、入力保護としてMetal Oxide Varistor（MOV）などの保護デバイスを使用することはできますが、入力の過電圧により故障する可能性がありますが、MOVがトリガーされるとデバイスが使用できなくなります。

この問題を解決するために、オペアンプを備えた過電圧保護デバイスを構築します。これにより、高電圧を検出し、入力電力をほんの一瞬でカットして、デバイスを高電圧サージから保護できます。また、回路の設計と動作を検証するために、回路の詳細なテストが行われます。次の調査は、この回路の構築とテストのプロセスについてのアイデアを提供します。SMPS設計に興味がある場合は、SMPSPCB設計のヒントとSMPSEMI低減技術に関する以前の記事を確認できます。

過電圧保護とは何ですか？なぜそれがそれほど重要なのですか？

電源回路が故障する可能性のある多くの方法がありますが、そのうちの1つは過電圧が原因です。前回の記事では、DC回路用の過電圧保護回路を作成しました。それが興味のピークに達するかどうかを確認できます。過電圧保護は、過電圧状態が発生すると電源がシャットダウンする機能として説明できますが、過電圧状態が発生する頻度は低くなりますが、それが発生すると、電源が使用できなくなります。また、過電圧状態の影響が電源から主回路に及ぶ可能性があり、その場合、電源が破損するだけでなく、回路も破損することになります。そのため、電子設計では過電圧保護回路が重要になります。

したがって、過電圧状態の保護回路を設計するには、過電圧保護の基本を明確にする必要があります。以前の保護回路チュートリアルでは、回路に適合できる多くの基本的な保護回路、つまり、過電圧保護、短絡保護、逆極性保護、過電流保護などを設計しました。

この記事では、入力主電源の過電圧保護回路を作成して破壊されないようにすることだけに焦点を当てます。

230V主電源過電圧保護回路はどのように機能しますか？

過電圧保護回路の基本を理解するために、回路を分解して、回路のすべての部分の基本的な動作原理を理解しましょう。

この回路の心臓部は、コンパレータとして構成されたオペアンプです。回路図には、基本的なLM358オペアンプがあり、そのピン6には、LM7812電圧レギュレータICから生成される基準電圧があり、ピン5には、メインからの入力電圧があります。供給電圧。この状況で、入力電圧が基準電圧を超えると、オペアンプの出力が高くなり、その高い信号でリレーをオンにするトランジスタを駆動できますが、この回路には大きな問題があります。、入力信号のノイズにより、オペアンプは安定する前に何度も振動します。

解決策は、ヒステリシスを追加することで、入力にシュミットトリガアクションのを。以前は、Arduinoを使用した周波数カウンターやArduinoを使用した静電容量計などの回路を作成しました。どちらもシュミットトリガー入力を使用しています。これらのプロジェクトについて詳しく知りたい場合は、これらを確認してください。正のフィードバックでオペアンプを構成することにより、必要に応じて入力のマージンを広げることができます。上の画像でわかるように、R18とR19を使用してフィードバックを提供しました。実際には、2つのしきい値電圧を追加しました。1つは上限しきい値電圧、もう1つは下限しきい値電圧です。

過電圧保護のためのコンポーネント値の計算

我々は概略図を見れば、私たちは私たちの主電源入力、持って是正の助けを借りて、それをブリッジ整流器は、その後、我々は、我々はR9、R11、およびR10で作られた電圧分割器を介してそれを置くフィルタAを通してそれを22uF 63Vのコンデンサ。

分圧器の計算を行った後、3.17Vの出力電圧が得られます。次に、上限と下限のしきい値電圧を計算する必要があります。たとえば、入力電圧が270Vに達したときに電力を削減したいとします。ここで、分圧器の計算を再度実行すると、3.56Vの出力電圧が得られます。これが上限しきい値です。オペアンプを接地したため、下限しきい値は3.17Vのままです。

これで、単純な分圧器の式を使用して、しきい値の上限電圧と下限電圧を簡単に計算できます。回路図を参考にして、計算を以下に示します。

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

これで、計算後、正のフィードバックを使用して、上限しきい値電圧をトリガーレベルより0.47V高く設定したことがはっきりとわかります。

注：抵抗の許容誤差により、実際の値は計算値と少し異なることに注意してください。

主電源過電圧保護回路PCB設計

主電源過電圧保護回路のPCBは、単一のサイドボード用に設計されています。私はEagleを使用してPCBを設計しましたが、任意の設計ソフトウェアを使用できます。私のボードデザインの2D画像を以下に示します。

パワートラックが回路基板に電流を流すために十分なトレース直径が使用されます。ACメイン入力とトランス入力セクションは左側に作成され、出力は使いやすさを向上させるために下部に作成されています。イーグルとガーバーの完全なデザインファイルは、以下のリンクからダウンロードできます。

主電源過電圧保護回路用のGERBER

これで、デザインの準備ができたので、それぞれがボードをはんだ付けします。エッチング、穴あけ、はんだ付けの工程が終了すると、ボードは下図のようになります。

過電圧および過電流保護回路のテスト

デモンストレーションには、以下の装置を使用します

Meco 108B + TRMSマルチメータ
Meco 450B + TRMSマルチメータ
Hantek6022BEオシロスコープ
9-0-9トランス
40W電球（テスト負荷）

上の画像からわかるように、この回路をテストするためにこのテストセットアップを準備しました。オペアンプのピン5とピン6に2本のワイヤをはんだ付けし、meco 108B +マルチメータが入力電圧とmeco450B +マルチメータを表示しています。は基準電圧を示しています。

この回路では、変圧器は230Vの主電源から電力を供給され、そこから電力は入力として整流回路に供給され、変圧器からの出力は回路に電力と基準電圧を供給するときにボードにも供給されます。。

上の画像からわかるように、回路はオンであり、meco 450B +マルチメータの入力電圧は基準電圧よりも低く、出力がオンであることを意味します。

ここで、基準電圧を下げると状況をシミュレートするために、出力がオフになり、過電圧状態が検出されます。また、ボード上の赤いLEDがオンになります。これは、下の画像で確認できます。

さらなる機能強化

デモンストレーションでは、回路図を使用して回路をPCB上に構築します。この回路は、パフォーマンスを向上させるために簡単に変更できます。たとえば、使用した抵抗はすべて5％の許容誤差があり、1％の定格抵抗を使用すると改善できます。回路の精度。

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