Cara Membuat Rangkaian Detektor Zero Crossing

Membuat rangkaian detektor zero crossing sebenarnya sangat mudah dan dapat diterapkan secara efektif untuk melindungi peralatan elektronik yang sensitif terhadap lonjakan saklar ON.

Rangkaian detektor persimpangan nol terutama digunakan untuk melindungi perangkat elektronik dari lonjakan sakelar ON dengan memastikan bahwa selama sakelar daya ON, fasa listrik selalu 'memasuki' rangkaian pada titik persimpangan nol pertamanya.
Anehnya, kecuali 'wikipedia' sejauh ini tidak ada situs online top lain yang membahas aplikasi penting dari konsep detektor persimpangan nol ini, saya harap mereka akan memperbarui artikel mereka setelah membaca posting ini.

Apa itu detektor penyeberangan nol?

Kita semua tahu bahwa fasa AC utama kita terdiri dari fasa tegangan sinusoidal bolak-balik seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Dalam AC bolak-balik ini, arus dapat dilihat bolak-balik melintasi garis pusat nol dan melintasi tingkat puncak positif dan negatif bawah atas, melalui sudut fase tertentu.

Sudut fase ini dapat dilihat naik dan turun secara eksponensial, artinya itu dilakukan dengan cara naik dan turun secara bertahap.

Siklus bolak-balik dalam AC terjadi 50 kali per detik untuk listrik 220V dan 60 kali per detik untuk input listrik 120V sebagaimana diatur oleh aturan standar. Respons 50 siklus ini disebut frekuensi 50 Hz dan 60 Hz disebut frekuensi 60 Hz untuk saluran listrik di rumah kita.

Setiap kali kita MENGAKTIFKAN alat atau perangkat elektronik ke listrik, itu mengalami masuknya fasa AC secara tiba-tiba, dan jika titik masuk ini kebetulan berada di puncak sudut fasa dapat menyiratkan arus maksimum yang didorong ke perangkat pada titik saklar ON.

Meskipun, sebagian besar perangkat akan siap untuk ini dan mungkin dilengkapi dengan tahapan perlindungan menggunakan resistor, atau NTC atau MOV, tidak pernah disarankan untuk mengarahkan mereka ke situasi yang tiba-tiba tidak dapat diprediksi.

Untuk mengatasi masalah seperti itu, tahap detektor penyeberangan nol digunakan yang memastikan bahwa setiap kali gadget DIAKTIFKAN dengan daya listrik, rangkaian penyeberangan nol menunggu hingga siklus fasa AC mencapai garis nol, dan pada titik ini ia menyalakan listrik. kekuatan ke gadget.

Bagaimana Mendesain Zero Crossing Detector

Merancang detektor zero crossing tidaklah sulit. Kita bisa membuatnya dengan menggunakan opamp, seperti yang ditunjukkan di bawah ini, namun menggunakan opamp untuk konsep yang sederhana karena ini terlihat berlebihan, jadi kita juga akan membahas cara mengimplementasikannya dengan menggunakan desain berbasis transistor biasa:

Rangkaian detektor penyeberangan nol Opamp

Catatan: Input AC harus dari Bridge Rectifier

Gambar di atas menunjukkan rangkaian detektor penyeberangan nol berbasis opamp 741 sederhana yang dapat digunakan untuk semua aplikasi yang memerlukan eksekusi berbasis persimpangan nol.

Seperti yang bisa dilihat, file 741 dikonfigurasi sebagai pembanding , di mana pin non-pembalik dihubungkan dengan ground melalui dioda 1N4148, yang menyebabkan potensi penurunan 0.6V pada pin input ini.

Pin input lainnya # 2 yang merupakan pin pembalik iC digunakan untuk deteksi zero crossing, dan diterapkan dengan sinyal AC yang disukai.

Seperti yang kita ketahui bahwa selama potensi pin # 3 lebih rendah dari pin # 2, potensi keluaran pada pin # 6 akan menjadi 0V, dan segera setelah tegangan pin # 3 naik di atas pin # 2, tegangan keluaran akan dengan cepat beralih ke 12V (level suplai).

Oleh karena itu dalam sinyal input AC yang diumpankan selama periode ketika tegangan fase jauh di atas garis nol, atau setidaknya di atas 0,6V di atas garis nol, output opamp menunjukkan potensi nol .... tetapi selama periode ketika fase akan memasuki atau melewati garis nol, pin # 2 mengalami potensi di bawah referensi 0.6V seperti yang ditetapkan untuk pin # 3, menyebabkan pengembalian langsung dari output ke 12V.

Jadi, output selama titik-titik ini menjadi level tinggi 12v, dan urutan ini terus terpicu setiap kali fase melewati garis nol dari siklus fase.

Bentuk gelombang yang dihasilkan dapat dilihat pada output IC yang dengan jelas menyatakan dan menegaskan deteksi persimpangan nol dari IC.

Menggunakan rangkaian BJT opto-coupler

Meskipun detektor penyeberangan nol opamp yang dibahas di atas sangat efisien, hal yang sama dapat diterapkan menggunakan BJT opto coupler biasa dengan akurasi yang cukup baik.

Catatan: Input AC harus dari Bridge Rectifier

Mengacu pada gambar di atas, BJT dalam bentuk phototransistor yang terhubung di dalam opto coupler dapat dikonfigurasi secara efektif sebagai a rangkaian detektor penyeberangan nol paling sederhana .

Sumber listrik AC diumpankan ke LED opamp melalui resistor nilai tinggi. Selama siklus fase selama tegangan listrik di atas 2V, fototransistor tetap dalam mode konduksi dan respons keluaran ditahan pada hampir nol volt, namun selama fase mencapai garis nol perjalanannya, LED di dalam opto mati menyebabkan transistor juga mati, respons ini langsung menyebabkan logika tinggi muncul di titik output konfigurasi yang ditunjukkan.

Sirkuit Aplikasi Praktis menggunakan deteksi persimpangan nol

Contoh rangkaian praktis menggunakan deteksi persimpangan nol dapat disaksikan di bawah ini, di sini triac tidak pernah diizinkan untuk dinyalakan pada titik fase lain kecuali titik persimpangan nol, setiap kali daya dinyalakan.

Ini memastikan bahwa rangkaian selalu dijauhkan dari saklar ON lonjakan arus, dan dari bahaya yang relevan.

Catatan: Input AC harus dari Bridge Rectifier

Dalam konsep di atas, triac ditembakkan melalui SCR sinyal kecil yang dikendalikan oleh PNP BJT. PNP BJT ini dikonfigurasi untuk mengeksekusi sensor persimpangan nol untuk peralihan aman yang dimaksudkan dari triac dan beban terkait.

Kapan pun ketika daya DIAKTIFKAN, SCR mendapatkan suplai anoda dari sumber pemicu DC yang ada, namun tegangan gerbangnya AKTIF hanya pada saat input transit melalui titik persimpangan nol pertamanya.

Setelah SCR dipicu pada titik persimpangan nol yang aman, SCR menembakkan triac dan beban yang terhubung, dan pada gilirannya menjadi terkunci untuk memastikan arus gerbang kontinu untuk triac.

Jenis peralihan di titik persimpangan nol ini setiap kali daya DIAKTIFKAN memastikan sakelar ON yang aman dan konsisten untuk beban menghilangkan semua kemungkinan bahaya yang biasanya terkait dengan sakelar daya listrik tiba-tiba ON.

Penghapusan Derau RF

Aplikasi hebat lain dari sirkuit detektor penyeberangan nol adalah untuk menghilangkan kebisingan di sirkuit switching triac . Mari kita ambil contoh file sirkuit peredup cahaya elektronik , kami biasanya menemukan sirkuit seperti itu memancarkan banyak noise RF ke atmosfer dan juga ke jaringan listrik yang menyebabkan pembuangan harmonisa yang tidak perlu.

Ini terjadi karena perpotongan cepat dari konduksi triac melintasi siklus positif / negatif melalui garis persimpangan nol ... terutama di sekitar transisi persimpangan nol di mana triac dikenakan zona tegangan yang tidak ditentukan sehingga menghasilkan transien arus cepat yang di belokan dipancarkan sebagai gangguan RF.

Detektor nol persimpangan jika ditambahkan ke sirkuit berbasis triac , menghilangkan fenomena ini dengan membiarkan triac menyala hanya ketika siklus AC telah melewati garis nol dengan sempurna, yang memastikan peralihan bersih dari triac, sehingga menghilangkan transien RF.

Referensi:

Sirkuit Zero Crossing