電圧変動は常に問題であり、AC機器の故障のほとんどの原因となっています。トースターのような通常の家電製品でも、CNCのような高性能の産業用機械でも、すべてに定格電圧があり、最大効率で問題なく動作します。残念ながら、国内/産業用ラインはさまざまな理由で定格電圧を提供できません。そのため、このプロジェクトでは、高/低電圧が検出されたときにリレーをトリガーして負荷を切断できる単純な電子回路ブレーカーを構築します。
このプロジェクトは、有名なオペアンプLM358を中心に設計されています。オペアンプを差動モードで動作させて、現在の電圧をプリセット電圧と比較します。プロジェクト全体をブレッドボード（電力線を除く）上に構築することができ、すぐに機能させることができます。それでは始めましょう…..
サーキットブレーカに必要なコンポーネント：
- LM358（デュアルパッケージオペアンプ）
- 7805（+ 5Vレギュレーター）
- 12V降圧トランス
- 5Vリレー
- BC547（2Nos）
- 10K可変POT
- 1K、2K、2.2K、10K、5.1K抵抗
- 100uF、10uF、0.1uFコンデンサ
- ダイオードブリッジ
- 接続線
- ブレッドボード
回路図：
電子回路ブレーカーの完全な回路図を下の画像に示します。同じことの説明については、さらに読んでください。
回路の説明：
上記のサーキットブレーカの回路図に示されているように、これは非常に単純で、抵抗、コンデンサ、その他のものがたくさんあります。しかし、これらすべての背後で実際に何が起こっているのか。コンポーネントの値はどのように選択され、ここでのそれらの役割は何ですか？
私は、これらを各セグメントに分割し、以下で説明することによって、この質問に答えようとしました。
パワーセクション：
オペアンプは、この電子回路ブレーカー図の中心です。このオペアンプに電力を供給するためには、安定化された5V電源が必要です。また、現在の電圧（特定の時間の電圧）をオペアンプに供給する必要があります。オペアンプは5Vで給電されるため、最大5Vしか処理できません。したがって、入力AC電圧（220V AC）を0-5VDCに変換する必要があります。
したがって、上記の回路は2つの目的を解決します。
- 回路の電源を入れるために一定の5Vを供給します
- オペアンプの入力AC電圧を0〜5Vにマッピングします
これを実現するために、220VACを12VACに変換する12V降圧トランスを使用し、ダイオードブリッジで12V DC（約）に整流してから、7805電圧レギュレーターを使用して電圧を5Vに調整します。入力電圧が変化すると、ダイオードブリッジの出力側の電圧値に影響します。したがって、この電圧はAC主電源の「電流電圧」と見なすことができます。5.1K抵抗と10KPOT（分圧器を形成）を使用して、0〜5Vの電圧をマッピングしました。
オペアンプセクション：
このセクションは、比較が行われる部分です。オペアンプセクションには2つのサブディビジョンがあります。1つは「電流電圧」を高電圧値と比較するために使用され、もう1つは低電圧値と比較するために使用されます。両方のセクションが下の画像に示されています。
上に示したオペアンプ回路は、オペアンプの差動モードです。オペアンプは実際にはほとんどの電子回路の主力製品であり、加算、減算、増幅などの多くの動作モードとアプリケーションがあります。ここでは、オペアンプを電圧コンパレータとして使用しました。
では、電圧コンパレータとは何ですか？なぜここでそれらが必要なのですか？
この場合の電圧コンパレータは、ピン3とピン2の間の電圧を比較し、ピン3の電圧がピン2より大きい場合、ピン1の出力はハイ（3.6V）になり、そうでない場合、出力は0Vになります。「電流電圧」を事前設定された高電圧および低電圧と比較して、高/低電圧トリガーを取得します。
上記の回路では、抵抗1Kと2Kを使用してピン2に低電圧しきい値が設定されています。高電圧しきい値は、1Kおよび2.2K抵抗を使用してピン5に設定されます。
これらの抵抗を使用すると、分圧器が形成され、3.33Vの低電圧カットオフと3.43Vの高電圧カットオフが提供されます。これは、「電流電圧」が3.33V〜3.43Vの場合にのみ、両方のオペアンプがハイになることを意味します。
注：上限カットオフが230Vで、恋人カットオフが220Vだったので、しきい値電圧を3.33Vと3.43ボルトに設定しました。それに応じてそれらを設定し、10Kポットを使用して「電流電圧」を制御することにより回路を校正できます。
リレーセクション：
これは、AC負荷を取り付ける場所です。リレーはAC負荷のON / OFFに使用します。
オペアンプのセクションで説明したように。両方のオペアンプは、電圧が高電圧と低電圧のカットオフ制限の中間にある場合にのみハイになります。したがって、両方のオペアンプの出力がハイの場合にのみ、AC負荷をオンにする必要があります。ここで、「低電圧トリガー」と「高電圧トリガー」は、それぞれピン1とピン7の出力です。
両方が高い場合にのみ、リレーが接地され、トリガーされます。リレーを介して接続されたAC負荷（ここではランプ）ID。電流制限には1Kの抵抗を使用しています。
回路がどのように機能するかを理解すれば、それを機能させることは問題にはなりません。回路を配線し、10Kポットを使用して、「高電圧トリガー」と「低電圧トリガー」の間に「電流電圧」を設定するだけです。ここで、ACメイン電圧に変化があると、オペアンプのいずれかがローになり、リレーがオフになり、それに接続されている負荷がオフになります。
ここに添付されているシミュレーションファイルを使用して、高電圧または低電圧のしきい値に基づいて回路を検証/変更することもできます。
シミュレーションでは、ポテンショメータを使用して入力電圧を変化させ、緑色のLEDを負荷として使用します。また、各端子の電圧値を監視することもできます。これは、回路をよりよく理解するのに役立ちます。
このサーキットブレーカープロジェクトが気に入って、その背後にある動作を理解していただければ幸いです。プロジェクトの完全な動作は、以下のビデオで見ることができます。
このプロジェクトには、次のような欠点があります。これは、自分にとって意味がある場合に備えて検討する必要があります。
- ここで測定された電圧はVrms電圧ではありません。値はまた、ピークとリップルの影響を受けます
- 電圧が徐々に低下/上昇すると、負荷にスイッチング効果が発生する可能性があります（ほとんどの場合は発生しません）。
- 5Aを超える電流を消費する負荷を接続しないでください。これはおそらくあなたのリレーとそのドライバーを殺すでしょう。
詳細については、この同様のプロジェクトを確認することもできます：PICマイクロコントローラーを使用した高/低電圧検出