كيفية عمل دائرة كاشف معبر صفري

جرب أداة القضاء على المشاكل





إن إنشاء دائرة كشف عبور صفري هو في الواقع أمر سهل للغاية ويمكن تطبيقه بشكل فعال لحماية المعدات الإلكترونية الحساسة من زيادات التيار الكهربائي في التشغيل.

تُستخدم دائرة كاشف التقاطع الصفري بشكل أساسي لحماية الأجهزة الإلكترونية من ارتفاعات التبديل في التشغيل من خلال ضمان أنه أثناء مفتاح الطاقة ON ، `` تدخل '' مرحلة التيار الكهربائي دائمًا الدائرة عند أول نقطة عبور صفرية.
الغريب ، باستثناء 'ويكيبيديا' ، لم يقم أي موقع آخر على الإنترنت بمعالجة هذا التطبيق المهم لمفهوم كاشف التقاطع الصفري ، آمل أن يقوموا بتحديث مقالاتهم بعد قراءة هذا المنشور.



ما هو كاشف العبور الصفري؟

نعلم جميعًا أن طور التيار المتردد الرئيسي لدينا يتكون من أطوار جهد جيبي متناوب كما هو موضح أدناه:

في هذا التيار المتردد المتناوب ، يمكن رؤية التيار بالتناوب عبر خط الصفر المركزي وعبر أعلى مستويات الذروة الموجبة والسفلية السفلية ، من خلال زاوية طور معينة.



يمكن رؤية زاوية الطور هذه وهي ترتفع وتنخفض بشكل كبير ، مما يعني أنها تقوم بذلك بشكل تدريجي صعودي وهبوط تدريجي.

تحدث الدورة المتناوبة في التيار المتردد 50 مرة في الثانية لأنابيب 220 فولت و 60 مرة في الثانية لمدخلات التيار الكهربائي 120 فولت على النحو المنصوص عليه في القواعد القياسية. تسمى استجابة 50 دورة بتردد 50 هرتز ، ويطلق على 60 هرتز تردد 60 هرتز لهذه المنافذ الرئيسية في منازلنا.

عندما نشغل جهازًا أو جهازًا إلكترونيًا بالتيار الكهربائي ، فإنه يخضع لدخول مفاجئ في طور التيار المتردد ، وإذا حدث أن نقطة الدخول هذه في ذروة زاوية الطور ، فقد يعني ذلك أن أقصى تيار يتم فرضه على الجهاز عند نقطة التبديل ON.

على الرغم من أن معظم الأجهزة ستكون جاهزة لهذا وقد تكون مجهزة بمراحل حماية باستخدام المقاومات ، أو NTC أو MOV ، لا يُنصح أبدًا بإخضاعها لمثل هذه المواقف المفاجئة غير المتوقعة.

لمعالجة مثل هذه المشكلة ، يتم استخدام مرحلة كاشف عبور صفري والتي تضمن أنه كلما تم تشغيل أداة ما بالطاقة الرئيسية ، تنتظر دائرة العبور الصفري حتى تصل دورة طور التيار المتردد إلى خط الصفر ، وعند هذه النقطة يتم تشغيل التيار الكهربائي القوة للأداة.

كيفية تصميم كاشف معبر صفري

تصميم كاشف معبر صفري ليس بالأمر الصعب. يمكننا أن نجعلها باستخدام opamp ، كما هو موضح أدناه ، ولكن باستخدام opamp لمفهوم بسيط لأن هذا يبدو أنه مبالغة ، لذلك سنناقش أيضًا كيفية تنفيذ ذلك باستخدام تصميم عادي يعتمد على الترانزستور:

دائرة كاشف عبور Opamp صفر

حلبة كاشف عبور الصفر باستخدام opamp

ملاحظة: يجب أن يكون مدخلات التيار المتردد من مقوم الجسر

يوضح الشكل أعلاه دائرة كاشف عبور صفرية بسيطة تعتمد على 741 opamp والتي يمكن استخدامها لجميع التطبيقات التي تتطلب تنفيذًا قائمًا على التقاطع الصفري.

كما يتضح ، فإن تم تكوين 741 كمقارن ، حيث يتم توصيل دبوسه غير المقلوب بالأرض من خلال الصمام الثنائي 1N4148 ، مما يتسبب في انخفاض الجهد بمقدار 0.6 فولت عند دبوس الإدخال هذا.

يتم استخدام دبوس الإدخال الآخر رقم 2 وهو الدبوس المقلوب لـ ther iC للكشف عن التقاطع الصفري ، ويتم تطبيقه مع إشارة التيار المتردد المفضلة.

كما نعلم أنه طالما أن احتمال الدبوس رقم 3 أقل من الدبوس رقم 2 ، فإن إمكانات الخرج عند الطرف رقم 6 ستكون 0 فولت ، وبمجرد أن يرتفع جهد الدبوس رقم 3 فوق الدبوس رقم 2 ، سيتحول جهد الخرج بسرعة إلى 12V (مستوى العرض).

لذلك ، ضمن إشارة إدخال التيار المتردد التي يتم تغذيتها خلال الفترات التي يكون فيها جهد الطور أعلى بكثير من خط الصفر ، أو على الأقل أعلى من 0.6 فولت فوق خط الصفر ، يُظهر خرج opamp احتمالًا صفريًا .... ولكن خلال الفترات التي يكون فيها جهد الطور أعلى من خط الصفر. المرحلة على وشك الدخول أو عبور خط الصفر ، يواجه الدبوس رقم 2 مرجعًا محتملاً أقل من 0.6 فولت كما هو محدد للدبوس رقم 3 ، مما يتسبب في ارتداد فوري للإخراج إلى 12 فولت.

وبالتالي يصبح الناتج خلال هذه النقاط مستوى مرتفعًا بجهد 12 فولت ، ويستمر هذا التسلسل في التشغيل في كل مرة تعبر فيها المرحلة خط الصفر لدورة طورها.

يمكن رؤية شكل الموجة الناتج عند خرج IC الذي يعبر بوضوح ويؤكد اكتشاف التقاطع الصفري لـ IC.

باستخدام دائرة BJT البصرية المقرنة

على الرغم من أن كاشف التقاطع الصفري opamp الذي تمت مناقشته أعلاه فعال للغاية ، إلا أنه يمكن تنفيذ نفس الشيء باستخدام مقرنة بصرية عادية BJT بدقة جيدة بشكل معقول.

حلبة الكشف عن المعابر الصفرية القائمة على optocoupler

ملاحظة: يجب أن يكون مدخلات التيار المتردد من مقوم الجسر

بالإشارة إلى الصورة أعلاه ، يمكن تكوين BJT في شكل ترانزستور ضوئي مرتبط بداخل مقرن البصريات بشكل فعال أبسط دائرة للكشف عن عبور الصفر .

يتم تغذية أنابيب التيار المتردد إلى الصمام الثنائي الباعث للضوء عبر مقاوم عالي القيمة. أثناء دورات الطور ، طالما أن جهد التيار الكهربائي أعلى من 2 فولت ، يظل الترانزستور الضوئي في وضع التوصيل ويتم الاحتفاظ باستجابة الخرج بالقرب من الصفر فولت ، ولكن في الأوقات التي يصل فيها الطور إلى خط الصفر في مساره ، فإن مؤشر LED داخل يتم إيقاف تشغيل opto مما يؤدي إلى إيقاف تشغيل الترانزستور أيضًا ، وتتسبب هذه الاستجابة على الفور في ظهور منطق مرتفع عند نقطة الإخراج المشار إليها للتكوين.

دارة تطبيق عملية باستخدام كشف العبور الصفري

يمكن رؤية مثال عملي للدائرة باستخدام كشف التقاطع الصفري أدناه ، حيث لا يُسمح أبدًا بتبديل التيرستورات عند أي نقطة طور أخرى باستثناء نقطة العبور الصفرية ، عندما يتم تشغيل الطاقة.

هذا يضمن بقاء الدائرة دائمًا بعيدًا عن اندفاع التيار الكهربائي ON ، وعن الأخطار ذات الصلة.

دارة كاشف BJT Zero Crossing واحدة

ملاحظة: يجب أن يكون مدخلات التيار المتردد من مقوم الجسر

في المفهوم أعلاه ، يتم إطلاق التيرستورات من خلال إشارة SCR صغيرة يتم التحكم فيها بواسطة PNP BJT. تم تكوين PNP BJT هذا لتنفيذ استشعار عبور صفري للتبديل الآمن المقصود للتيرستورات والحمل المرتبط به.

في أي وقت عندما يتم تشغيل الطاقة ، يحصل SCR على إمداد الأنود الخاص به من مصدر تشغيل التيار المستمر الحالي ، ومع ذلك يتم تشغيل جهد البوابة الخاص به فقط في الوقت الذي يمر فيه الإدخال عبر أول نقطة عبور صفرية.

بمجرد تشغيل SCR عند نقطة العبور الصفرية الآمنة ، فإنه يطلق التيرستورات والحمل المتصل ، ويصبح بدوره مغلقًا لضمان استمرار تيار بوابة التيرستورات.

يضمن هذا النوع من التبديل عند نقاط العبور الصفرية في كل مرة يتم فيها تشغيل الطاقة وجود مفتاح تشغيل آمن ثابت للحمل مما يلغي جميع المخاطر المحتملة المرتبطة عادةً بمفتاح الطاقة المفاجئ في التيار الكهربائي.

إزالة ضوضاء التردد اللاسلكي

تطبيق رائع آخر لدائرة كاشف عبور صفري هو القضاء على الضوضاء في دوائر تبديل التيرستورات . لنأخذ مثال دائرة باهتة الضوء الإلكترونية ، عادةً ما نجد مثل هذه الدوائر تصدر الكثير من ضوضاء التردد اللاسلكي في الغلاف الجوي وأيضًا إلى شبكة الكهرباء مما يتسبب في إغراق غير ضروري للتوافقيات.

يحدث هذا بسبب التقاطع السريع لتوصيل التيرستورات عبر الدورات الموجبة / السالبة عبر خط العبور الصفري ... خاصة حول الانتقال الصفري حيث يتعرض التيرستورات في منطقة جهد غير محددة مما يؤدي إلى إنتاج عابرات تيار سريعة والتي في بدوره كضوضاء RF.

كاشف معبر صفري إذا تمت إضافته إلى الدوائر القائمة على التيرستورات ، يقضي على هذه الظاهرة عن طريق السماح لإطلاق التيرستورات فقط عندما تتجاوز دورة التيار المتردد خط الصفر تمامًا ، مما يضمن التبديل النظيف للتيرستورات ، وبالتالي القضاء على عابرات التردد اللاسلكي.

المرجعي:

حلبة العبور الصفرية




السابق: توصيل MPPT مع العاكس الشمسي التالي: كيفية إضافة مرفق باهتة إلى لمبة LED