230V交流電源過電壓保護(hù)電路

由于技術(shù)的進(jìn)步和更好的設(shè)計(jì)偏好，大多數(shù)電源現(xiàn)在都非?？煽浚捎谥圃烊毕?，或者可能是主開關(guān)晶體管或MOSFET壞了，總是有可能發(fā)生故障。此外，它也有可能由于輸入過電壓而失效，盡管像金屬氧化物壓敏電阻(MOV)這樣的保護(hù)裝置可以用作輸入保護(hù)，但是一旦MOV觸發(fā)，它就會(huì)使設(shè)備失效。

為了解決這個(gè)問題，我們將構(gòu)建一個(gè)帶有運(yùn)算放大器的過電壓保護(hù)裝置，它可以檢測(cè)高壓并在幾分之一秒內(nèi)切斷輸入功率，保護(hù)裝置免受高壓浪涌的影響。此外，還將對(duì)電路進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試，以驗(yàn)證我們的設(shè)計(jì)和電路的工作。下面的檢查可以讓您了解該電路的構(gòu)建和測(cè)試過程。如果您對(duì)SMPS設(shè)計(jì)感興趣，您可以查看我們之前關(guān)于SMPS PCB設(shè)計(jì)技巧和SMPS EMI降低技術(shù)的文章。

什么是過壓保護(hù)?為什么過壓保護(hù)如此重要?

電源電路故障的原因有很多，其中之一就是過電壓。在之前的一篇文章中，我們?yōu)橹绷麟娐分谱髁诉^壓保護(hù)電路，如果您感興趣，可以查看一下。過電壓保護(hù)可以解釋為當(dāng)過電壓情況發(fā)生時(shí)電源關(guān)閉的特征，盡管過電壓情況發(fā)生的頻率較低，但當(dāng)過電壓情況發(fā)生時(shí)，它會(huì)使電源無用。此外，過壓情況的影響可以從電源到主電路進(jìn)行，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，您不僅會(huì)導(dǎo)致電源故障，還會(huì)導(dǎo)致電路故障。這就是過壓保護(hù)電路在任何電子設(shè)計(jì)中變得重要的原因。

因此，為了設(shè)計(jì)過壓保護(hù)電路，我們需要明確過壓保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)。在我們之前的保護(hù)電路教程中，我們?cè)O(shè)計(jì)了許多基本的保護(hù)電路，可以適應(yīng)您的電路，即過壓保護(hù)，短路保護(hù)，反極性保護(hù)，過流保護(hù)等。

在本文中，我們將只關(guān)注一件事，那就是使輸入電源過壓保護(hù)電路，以防止它被破壞。

組件的要求

交流主過壓保護(hù)電路

我們的主過壓保護(hù)的完整電路圖如下所示。電路的工作原理將在下面進(jìn)一步討論。

230V市電過壓保護(hù)電路如何工作?

為了了解過壓保護(hù)電路的基本原理，讓我們將電路拆開，以便了解電路各部分的基本工作原理。

該電路的核心是一個(gè)運(yùn)算放大器，它被配置為比較器。在原理圖中，我們有一個(gè)基本的LM358運(yùn)算放大器，在它的引腳6中，我們有來自LM7812穩(wěn)壓IC的參考電壓，在引腳5上，我們有來自主電源電壓的輸入電壓。在這種情況下，如果輸入電壓超過參考電壓，運(yùn)算放大器的輸出將變高，并且有了這個(gè)高信號(hào)，我們可以驅(qū)動(dòng)晶體管打開繼電器，但是在這個(gè)電路中存在一個(gè)巨大的問題，由于輸入信號(hào)中的噪聲，運(yùn)算放大器在達(dá)到穩(wěn)定之前會(huì)振蕩多次。

解決方法是在輸入端增加施密特觸發(fā)作用的滯后。以前我們已經(jīng)使用Arduino制作了頻率計(jì)數(shù)器和電容計(jì)等電路，兩者都使用施密特觸發(fā)輸入，如果你想了解更多關(guān)于這些項(xiàng)目的信息，請(qǐng)查看。通過配置帶正反饋的運(yùn)算放大器，我們可以根據(jù)需要在輸入端加寬余量。如上圖所示，我們通過R18和R19提供了反饋，我們實(shí)際上增加了兩個(gè)閾值電壓，一個(gè)是上閾值電壓，一個(gè)是下閾值電壓。

過壓保護(hù)元件值的計(jì)算

如果我們看一下原理圖，我們有主電源輸入，我們?cè)跇蚴秸髌鞯膸椭聦?duì)其進(jìn)行整流，然后我們將其通過由R9， R11和R10制成的分壓器，然后我們通過22uF 63V電容器對(duì)其進(jìn)行濾波。

對(duì)分壓器進(jìn)行計(jì)算后，我們將得到3.17V的輸出電壓，現(xiàn)在，我們需要計(jì)算上下限閾值電壓，假設(shè)我們要在輸入電壓達(dá)到270V時(shí)切斷電源?，F(xiàn)在，如果我們?cè)俅芜M(jìn)行分壓器計(jì)算，我們將得到3.56V的輸出電壓，這是我們的上限閾值。由于運(yùn)算放大器接地，我們的下閾值保持在3.17V。

現(xiàn)在，借助一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓器公式，我們可以很容易地計(jì)算出上、下閾值電壓。參考原理圖，計(jì)算如下圖所示：

現(xiàn)在，經(jīng)過計(jì)算，我們可以清楚地看到，我們已經(jīng)在正反饋的幫助下，將你的上閾值電壓設(shè)置在觸發(fā)電平以上0.47V。

注：請(qǐng)注意，由于電阻公差的原因，我們的實(shí)際值與計(jì)算值會(huì)有所不同。

市電過壓保護(hù)電路PCB設(shè)計(jì)

我們的電源過壓保護(hù)電路的PCB是為單個(gè)餐具板設(shè)計(jì)的。我用Eagle來設(shè)計(jì)我的PCB，但是你可以使用任何你選擇的設(shè)計(jì)軟件。我的板子設(shè)計(jì)的二維圖像如下圖所示。

使用足夠的走線直徑使電源軌道使電流流過電路板。交流電源輸入和變壓器輸入部分創(chuàng)建在左側(cè)，輸出創(chuàng)建在底部，以便更好地使用。

現(xiàn)在，我們的設(shè)計(jì)已經(jīng)準(zhǔn)備好了，現(xiàn)在是時(shí)候焊接電路板了。蝕刻、鉆孔和焊接過程完成后，電路板看起來如下圖所示。

過電壓和電流保護(hù)電路測(cè)試

為了演示，使用了以下設(shè)備

?Meco 108B+TRMS萬用表

?Meco 450B+TRMS萬用表

?漢泰6022BE示波器

?9-0-9變壓器

?40W燈泡(測(cè)試負(fù)載)

從上圖中可以看到，我已經(jīng)準(zhǔn)備了這個(gè)測(cè)試設(shè)置來測(cè)試這個(gè)電路，我已經(jīng)在運(yùn)算放大器的引腳5和引腳6中焊接了兩根電線，meco 108B+萬用表顯示輸入電壓，meco 450B+萬用表顯示參考電壓。

在這個(gè)電路中，變壓器由230V的電源供電，從那里的電源被饋送到整流電路作為輸入，從變壓器的輸出也饋送到電路板，因?yàn)樗鼮殡娐诽峁?a href="/tags/電源" target="_blank">電源和參考電壓。

從上圖可以看出，電路是接通的，并且meco 450B+萬用表的輸入電壓小于參考電壓，這意味著輸出是接通的。

現(xiàn)在來模擬一下，如果我們降低參考電壓，輸出將關(guān)閉，檢測(cè)過壓情況，電路板上的紅色LED也將打開，您可以在下面的圖像中觀察到。

進(jìn)一步增強(qiáng)

為了演示，電路在原理圖的幫助下在PCB上構(gòu)建，該電路可以很容易地修改以提高其性能，例如，我使用的電阻都有5%的公差，使用1%的額定電阻可以提高電路的精度。

本文編譯自circuitdigest