3 Getestete 220-V-Hoch- und Niederspannungs-Abschaltkreise mit IC 324 und Transistoren

Ein Netz-Hoch / Niedrig-Abschaltgerät unterbricht oder trennt die Netzversorgung von der Stromversorgung, wenn eine Hochspannungs- oder Niederspannungssituation erkannt wird. Auf diese Weise wird die vollständige Sicherheit der Hausverkabelung und der Geräte vor Feuerstrom aufgrund abnormaler Überspannungen oder Verdunkelung niedriger Spannungen gewährleistet.

Der Artikel beschreibt 3 genaue automatische Über- und Unterspannungsabschaltkreise, die zu Hause hergestellt werden können, um die Haushaltsgeräte vor plötzlichen gefährlichen Hoch- und Niederspannungszuflüssen zu schützen. Das erste Design erklärt eine transformatorbasierte Schaltung LM324, die zweite Schaltung verwendet eine transformatorlose Version, dh sie funktioniert ohne Transformator, während das dritte Konzept eine transistorbasierte Abschaltschaltung erklärt, die alle zu Hause zur Steuerung über und unter installiert werden können Spannungsschutz.

Überblick

Die in diesem Artikel erläuterte Hoch- und Niederspannungs-Abschaltschaltung des Wechselstromnetzes ist sehr einfach aufzubauen und dennoch sehr zuverlässig und genau. Die Schaltung verwendet a einzelner IC LM 324 für die notwendige Erkennung und schaltet sofort die entsprechenden Relais, so dass die angeschlossenen Lasten von den gefährlichen Eingängen isoliert sind.

Die Schaltung liefert auch visuelle Anzeigen der jeweiligen Spannungspegel zu jedem Zeitpunkt.

Die folgende Schaltung verwendet einen Transformator zum Versorgen der Schaltung

Schaltplan

Teileliste für die vorgeschlagene Schutzschaltung für hohe und niedrige Netzspannung.

• R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 = 4K7,
• P1, P2, P3, P4 = 10 K Voreinstellungen
• C1 = 1000 uF / 25 V,
• OP1, OP2 = MCT 2E, Optokoppler
• Z1, Z2, Z3, Z4 = 6 Volt, 400 mW,
• D1, D2, D3, D4 = 1N4007,
• D5, D6 = 1N4148,
• T1, T2 = BC547B,
• LED = ROT, GRÜN nach Belieben,
• Transformator = 0 - 12 V, 500 mA
• Relais = SPDT, 12 Volt, 400 Ohm

Schaltungsbetrieb

In einem meiner vorherigen Beiträge haben wir einen sehr einfachen und dennoch effektiven Entwurf eines Netzüberspannungs- und Niederspannungs-Abschaltkreises gesehen, der in der Lage ist, den Netzstrom vom Erreichen der angeschlossenen Geräte aus zu schalten und abzuschalten, sobald die Eingangsspannung überschritten wird oder unterhalb der gefährlichen Schwellenwerte.

Aufgrund der übermäßigen Einfachheit des Designs, an dem nur ein paar Transistoren beteiligt sind, weist die Schaltung ihre eigenen Einschränkungen auf, wobei die Hauptbeschränkung eine geringere Genauigkeit und eine beträchtliche Hysterese ist, was zu einer hohen Schwellenlücke von mehr als führt 60 Volt zwischen den oberen und unteren Grenzen.

Das vorliegende Design einer Hochspannungs- und Niederspannungs-Abschaltschaltung ist nicht nur sehr genau, sondern liefert auch visuelle Hinweise bezüglich der relevanten Spannungsrisse. Die Genauigkeit ist so hoch, dass praktisch die Schwellenwerte innerhalb eines Bereichs von 5 Volt getrennt und erfasst werden können.

Durch den Einbau von Operationsverstärkern in die Schaltung wird diese mit dem oben genannten Merkmal ausgestattet, und daher wird die gesamte Idee sehr zuverlässig.

Lassen Sie uns die Schaltung im Detail verstehen:

Wie die Operationsverstärker als Komparatoren arbeiten

Die Operationsverstärker A1, A2, A3, A4 werden von einem einzelnen IC 324 erhalten, der ein Quad-Operationsverstärker-IC ist und aus vier Operationsverstärkerblöcken in einem Paket besteht.

Der IC ist außerordentlich zuverlässig und einfach zu konfigurieren und stellt kaum ein Problem mit seiner Funktion dar. Kurz gesagt, er verfügt über robuste Spezifikationen und ist bei den meisten Konfigurationen zu flexibel.

Die vier Operationsverstärker sind als Spannungskomparatoren ausgelegt. Die invertierenden Eingänge aller Operationsverstärker werden auf einen festen Referenzwert von 6 Volt geklemmt, was über ein Widerstands- / Zenernetzwerk für die diskrete Ech der Operationsverstärker erfolgt.

Der nichtinvertierende Eingang von A1 bis A4 ist über ein Spannungsteilernetzwerk, das durch die Voreinstellungen P1, P2, P3 bzw. P4 gebildet wird, mit der Stromversorgung der Schaltung verbunden.

Die Voreinstellungen können nach Wunsch angepasst werden, um die Ausgänge der jeweiligen Operationsverstärker umzudrehen, wenn der relevante Eingangspegel den über den invertierenden Eingängen der jeweiligen Operationsverstärker eingestellten Referenzpegel überschreitet.

Die Ausgänge von A1 bis A4 sind auf besondere Weise in LED-Anzeigen integriert. Anstatt der herkömmlichen Methode zum Verbinden der LED-Kathoden mit der Erde zu folgen, wird sie hier mit dem Ausgang des Ausgangs des vorhergehenden Operationsverstärkers verbunden.

Diese spezielle Anordnung stellt sicher, dass nur eine relevante LED als Reaktion auf die ansteigenden oder abfallenden Spannungspegel von den Operationsverstärkern eingeschaltet wird.

Wie die Optokoppler funktionieren

Zwei optische Koppler werden in Reihe mit der obersten und der untersten LED eingeführt, so dass die Optos auch bei Hoch- und Niederspannungspegeln, die als gefährliche Schwellenwerte angegeben sind, mit den entsprechenden LEDs leiten.

Die Leitung der Optokoppler schaltet sofort den internen Transistor um, der wiederum das jeweilige Relais umschaltet.

Die Pole der beiden Relais und die Pole der Relais sind in Reihe geschaltet, bevor die Last über sie an die Last geliefert wird.

Durch die Reihenschaltung der Kontakte wird sichergestellt, dass bei Leitung eines Relais die Stromversorgung der Last oder des angeschlossenen Geräts unterbrochen wird.

Warum die Opamps-Komparatoren in Reihe angeordnet sind

Bei normalen Pegeln können die Operationsverstärker A1, A2 oder sogar A3 leitend sein, da alle diese in einer inkrementellen Reihenfolge angeordnet sind und als Reaktion auf allmählich ansteigende Spannungen nacheinander weiterschalten und umgekehrt.

Angenommen, bei bestimmten normalen Pegeln sind A1, A2 und A3 alle leitend (Ausgänge hoch) und A4 nicht leitend. Zu diesem Zeitpunkt würde nur die an R7 angeschlossene LED aufleuchten, da ihre Kathode das erforderliche Negativ vom Ausgang von A4 empfängt, während die Die Kathoden der unteren LEDs sind aufgrund der hohen Potentiale der obigen Operationsverstärker alle hoch.

Die an R8 angeschlossene LED bleibt ebenfalls ausgeschaltet, da der Ausgang von A4 niedrig ist.

Die obigen Ergebnisse beeinflussen die jeweiligen optischen Koppler und die Relais angemessen, so dass die Relais nur während eines gefährlichen niedrigen oder gefährliche Hochspannungspegel nur von A1 bzw. A4 erkannt.

Verwenden Sie Triac anstelle von Relais für den Cut-Off

Nach einiger Analyse wurde mir klar, dass die oben genannte Schutzschaltung für hohe und niedrige Netzspannungsabschaltung mit einem einzigen Triac zu einer viel einfacheren Version vereinfacht werden kann. Bitte beachten Sie das unten stehende Diagramm, das selbsterklärend und sehr einfach zu verstehen ist.

Wenn Sie jedoch Probleme haben, es zu verstehen, schreiben Sie mir einen Kommentar.

Ändern des Designs in eine transformatorlose Version

Die transformatorlose Hoch-Niederspannungs-Abschaltschaltung des oben erläuterten Entwurfs kann in der folgenden Abbildung dargestellt werden:

Warnung: Der unten gezeigte Stromkreis ist nicht vom Netzstrom getrennt. Gehen Sie äußerst vorsichtig vor, um ein tödliches Missgeschick zu vermeiden.

Wenn ein einzelnes Relais anstelle eines Triac verwendet werden soll, kann das Design wie in der folgenden Abbildung gezeigt geändert werden:

Bitte verwenden Sie einen 22uF / 25V-Kondensator über der Transistorbasis und Masse, um sicherzustellen, dass das Relais während der Umschaltperioden nicht stottert ...

Verwenden des PNP-Relaistreibers

Wie im angegebenen Netzwechselstrom hoch gezeigt, Niederspannungsschutzschaltung können wir sehen, dass zwei Operationsverstärker vom IC LM 324 für die erforderliche Erkennung verwendet werden.

Der obere Operationsverstärker hat seinen nicht invertierenden Eingang auf eine Voreinstellung eingestellt und ist mit der Versorgungsgleichspannung abgeschlossen. Pin 2 ist hier mit einem Referenzpegel versehen, so dass, sobald das Potential an Pin 3 den eingestellten Schwellenwert überschreitet (um P1) geht der Ausgang des Operationsverstärkers hoch.

In ähnlicher Weise ist der untere Operationsverstärker auch für eine gewisse Spannungsschwellenerfassung konfiguriert, jedoch sind hier die Pins nur vertauscht, wodurch der Operationsverstärkerausgang bei einer Erkennung des Niederspannungseingangs hoch geht.

Daher reagiert der obere Operationsverstärker auf die Hochspannungsschwelle und der untere Operationsverstärker auf die Niederspannungsschwelle. Für beide Erfassungen wird die Ausgabe des jeweiligen Operationsverstärkers hoch.

Die Dioden D5 und D7 stellen sicher, dass ihre Verbindung einen gemeinsamen Ausgang von den Opamp-Ausgangs-Pinbelegungen erzeugt. Wenn also einer der Operationsverstärkerausgänge hoch geht, wird er an der Verbindungsstelle von D5- und D7-Kathoden erzeugt.

Die Basis des Transistors T1 ist mit dem obigen Diodenübergang verbunden. Solange der Ausgang des Operationsverstärkers niedrig bleibt, kann T1 leiten, indem die Vorspannung über R3 geleitet wird.

In dem Moment, in dem einer der Operationsverstärkerausgänge hoch wird (was unter abnormalen Spannungsbedingungen auftreten kann), wird der Diodenübergang ebenfalls hoch, wodurch T1 nicht mehr leitbar ist.

Relais R1 schaltet sich und die angeschlossene Last sofort aus. Somit bleibt die angeschlossene Last eingeschaltet, solange die Operationsverstärkerausgänge niedrig sind, was wiederum nur geschehen kann, wenn sich das Eingangsnetz innerhalb des sicheren Fensterpegels befindet, wie durch P1 und P2 eingestellt. P1 ist zum Erfassen von Hochspannungspegeln eingestellt, während P2 für den niedrigeren unsicheren Spannungspegel eingestellt ist.

Pin Details des IC LM 324

Teileliste für die oben genannte Hoch- und Niederspannungsschutzschaltung

R1, R2, R3 = 2K2,
P1 und P2 = 10K voreingestellt,
C1 = 220 uF / 25 V.
Alle Dioden sind = 1N4007,
T1 = BC557,
Relais = 12 V, 400 Ohm, SPDT,
Operationsverstärker = 2 Operationsverstärker vom IC LM 324
Zeners = 4,7 Volt, 400 mW,
Transformator = 12 V, 500 mA

Leiterplattenlayout

Bisher haben wir eine IC-Version der Schaltung gelernt. Lassen Sie uns nun sehen, wie eine Überspannungs- und Unterspannungsschutzschaltung mit 220 V oder 120 V mit nur wenigen Transistoren aufgebaut werden kann.

Eine sehr einfache Schaltung, die bei der Installation in der Hauselektrik dargestellt wird, kann dazu beitragen, das Problem weitgehend einzuschränken.

Hier lernen wir zwei Designs von Über- und Unterspannungsschaltungen, wobei die erste auf Transistoren basiert und die andere einen Operationsverstärker verwendet.

Über- / Unterspannungs-Abschaltkreis mit Transistoren

Sie werden überrascht sein zu wissen, dass mit nur ein paar Transistoren und einigen anderen passiven Komponenten eine nette kleine Schaltung für diese Schutzvorrichtungen aufgebaut werden kann.

In der Abbildung sehen wir eine sehr einfache Anordnung, bei der T1 und T2 als Wechselrichterkonfiguration festgelegt sind, was bedeutet, dass T2 entgegengesetzt zu T1 reagiert. Bitte beachten Sie den Schaltplan.

Mit einfachen Worten, wenn T1 leitet, schaltet T2 AUS und umgekehrt. Die Erfassungsspannung, die von der DC-Versorgungsspannung selbst abgeleitet wird, wird über die Voreinstellung P1 der Basis von T1 zugeführt.

Die Voreinstellung wird verwendet, damit die Auslöseschwellen genau bestimmt werden können und die Schaltung versteht, wann die Steueraktionen auszuführen sind.

So stellen Sie die Voreinstellung für das automatische Abschalten ein

P1 ist zum Erfassen von Hochspannungsgrenzen eingestellt. Wenn sich die Spannung innerhalb des sicheren Fensters befindet, bleibt T1 zunächst ausgeschaltet, und dies ermöglicht es der erforderlichen Vorspannung, durch P2 zu gelangen und T2 zu erreichen, wobei sie eingeschaltet bleibt.

Daher bleibt auch das Relais aktiviert und die angeschlossene Last erhält die erforderliche Wechselspannung.

Wenn jedoch angenommen wird, dass die Netzspannung die Sicherheitsgrenze überschreitet, steigt die Abtastabtastspannung an der Basis von T1 ebenfalls über den eingestellten Schwellenwert, T1 leitet und erdet sofort die Basis von T2. Dies führt zum Ausschalten von T2 sowie des Relais und der entsprechenden Last.

Das System verhindert somit, dass die gefährliche Spannung die Last erreicht, und schützt sie wie erwartet.

Angenommen, die Netzspannung geht zu niedrig, T1 ist bereits ausgeschaltet und in dieser Situation hört T2 aufgrund der Einstellungen von P2, die so eingestellt sind, dass T2 aufhört zu leiten, wenn der Netzeingang einen bestimmten unsicheren Pegel unterschreitet, ebenfalls auf zu leiten.

Dadurch wird das Relais wieder ausgeschaltet, wodurch die Last abgeschaltet und die erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden.

Obwohl die Schaltung ziemlich genau ist, ist die Fensterschwelle zu breit, was bedeutet, dass die Schaltung nur für Spannungspegel über 260 V und unter 200 V oder über 130 V und unter 100 V für normale Versorgungseingänge von 120 V ausgelöst wird.

Daher ist die Schaltung möglicherweise nicht sehr nützlich für Leute, die nach absolut genauen Auslösepunkten und Steuerungen suchen, die nach ihren persönlichen Vorlieben optimiert werden können.

Um dies zu ermöglichen, müssen möglicherweise einige Operationsverstärker anstelle von Transistoren eingebaut werden.

Teileliste für das oben genannte Wechselstromnetz über Spannung, unter Spannungsschutzschaltung.

• R1, R2 = 1K,
• P1, P2 = 10 K,
• T1, T2 = BC547B,
• C1 = 220 uF / 25 V.
• Relais = 12 V, 400 OHMS, SPDT,
• D1 = 1N4007
• TR1 = 0-12 V, 500 mA