230V交流電源過電壓保護電路

由于技術的進步和更好的設計偏好，大多數(shù)電源現(xiàn)在都非?？煽?，但由于制造缺陷，或者可能是主開關晶體管或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)這樣的保護裝置可以用作輸入保護，但是一旦MOV觸發(fā)，它就會使設備失效。

為了解決這個問題，我們將構建一個帶有運算放大器的過電壓保護裝置，它可以檢測高壓并在幾分之一秒內切斷輸入功率，保護裝置免受高壓浪涌的影響。此外，還將對電路進行詳細的測試，以驗證我們的設計和電路的工作。下面的檢查可以讓您了解該電路的構建和測試過程。如果您對SMPS設計感興趣，您可以查看我們之前關于SMPS PCB設計技巧和SMPS EMI降低技術的文章。

什么是過壓保護?為什么過壓保護如此重要?

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^壓保護電路，如果您感興趣，可以查看一下。過電壓保護可以解釋為當過電壓情況發(fā)生時電源關閉的特征，盡管過電壓情況發(fā)生的頻率較低，但當過電壓情況發(fā)生時，它會使電源無用。此外，過壓情況的影響可以從電源到主電路進行，當這種情況發(fā)生時，您不僅會導致電源故障，還會導致電路故障。這就是過壓保護電路在任何電子設計中變得重要的原因。

因此，為了設計過壓保護電路，我們需要明確過壓保護的基礎知識。在我們之前的保護電路教程中，我們設計了許多基本的保護電路，可以適應您的電路，即過壓保護，短路保護，反極性保護，過流保護等。

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

組件的要求

交流主過壓保護電路

我們的主過壓保護的完整電路圖如下所示。電路的工作原理將在下面進一步討論。

230V市電過壓保護電路如何工作?

為了了解過壓保護電路的基本原理，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運算放大器，它被配置為比較器。在原理圖中，我們有一個基本的LM358運算放大器，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，運算放大器的輸出將變高，并且有了這個高信號，我們可以驅動晶體管打開繼電器，但是在這個電路中存在一個巨大的問題，由于輸入信號中的噪聲，運算放大器在達到穩(wěn)定之前會振蕩多次。

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制作了頻率計數(shù)器和電容計等電路，兩者都使用施密特觸發(fā)輸入，如果你想了解更多關于這些項目的信息，請查看。通過配置帶正反饋的運算放大器，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，我們實際上增加了兩個閾值電壓，一個是上閾值電壓，一個是下閾值電壓。

過壓保護元件值的計算

如果我們看一下原理圖，我們有主電源輸入，我們在橋式整流器的幫助下對其進行整流，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電容器對其進行濾波。

對分壓器進行計算后，我們將得到3.17V的輸出電壓，現(xiàn)在，我們需要計算上下限閾值電壓，假設我們要在輸入電壓達到270V時切斷電源。現(xiàn)在，如果我們再次進行分壓器計算，我們將得到3.56V的輸出電壓，這是我們的上限閾值。由于運算放大器接地，我們的下閾值保持在3.17V。

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

現(xiàn)在，經(jīng)過計算，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置在觸發(fā)電平以上0.47V。

注：請注意，由于電阻公差的原因，我們的實際值與計算值會有所不同。

市電過壓保護電路PCB設計

我們的電源過壓保護電路的PCB是為單個餐具板設計的。我用Eagle來設計我的PCB，但是你可以使用任何你選擇的設計軟件。我的板子設計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，輸出創(chuàng)建在底部，以便更好地使用。

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

過電壓和電流保護電路測試

為了演示，使用了以下設備

?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(測試負載)

從上圖中可以看到，我已經(jīng)準備了這個測試設置來測試這個電路，我已經(jīng)在運算放大器的引腳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，因為它為電路提供電源和參考電壓。

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，輸出將關閉，檢測過壓情況，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。

進一步增強

為了演示，電路在原理圖的幫助下在PCB上構建，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