อุปกรณ์ตัดกระแสไฟ AC สูง / ต่ำจะตัดหรือตัดการเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟหลักจากไฟฟ้าภายในบ้านทุกครั้งที่ตรวจพบสถานการณ์ไฟฟ้าแรงสูงหรือแรงดันไฟฟ้าต่ำ ด้วยวิธีนี้จะช่วยให้มั่นใจได้ถึงความปลอดภัยทั้งหมดในการเดินสายไฟภายในบ้านและเครื่องใช้ไฟฟ้าจากไฟเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าผิดปกติหรือแรงดันไฟฟ้าต่ำเป็นสีน้ำตาล

บทความนี้อธิบายถึงวงจรตัดกระแสไฟฟ้าเกินและต่ำโดยอัตโนมัติที่ถูกต้อง 3 วงจรสามารถทำได้ที่บ้านเพื่อป้องกันเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านจากการไหลเข้าของแรงดันไฟฟ้าสูงและต่ำที่เป็นอันตรายอย่างกะทันหัน การออกแบบครั้งแรกอธิบายถึงวงจรที่ใช้หม้อแปลง LM324 วงจรที่สองใช้รุ่นที่ไม่มีหม้อแปลงซึ่งทำงานได้โดยไม่ต้องใช้หม้อแปลงในขณะที่แนวคิดที่สามอธิบายถึงวงจรตัดที่ใช้ทรานซิสเตอร์ซึ่งทั้งหมดนี้สามารถติดตั้งที่บ้านเพื่อควบคุมได้ แรงดันไฟฟ้าตัดการป้องกัน

ภาพรวม

วงจรตัดกระแสไฟแรงสูงและแรงดันต่ำที่อธิบายไว้ในบทความนี้สร้างได้ง่ายมาก แต่ยังมีความน่าเชื่อถือและแม่นยำ วงจรใช้ไฟล์ IC LM 324 ตัวเดียว สำหรับการตรวจจับที่จำเป็นและสลับรีเลย์ที่เกี่ยวข้องทันทีเพื่อให้โหลดที่เชื่อมต่อแยกออกจากอินพุตที่เป็นอันตราย

วงจรยังแสดงการแสดงระดับแรงดันไฟฟ้าตามลำดับในช่วงเวลาใด ๆ

วงจรต่อไปนี้ใช้หม้อแปลงเพื่อเปิดวงจร

แผนภูมิวงจรรวม

รายการชิ้นส่วนสำหรับวงจรป้องกันแรงดันไฟเมนสูงและต่ำที่เสนอ

R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 = 4K7,
P1, P2, P3, P4 = 10 K ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า
C1 = 1,000 ยูเอฟ / 25 โวลต์
OP1, OP2 = MCT 2E, opto coupler
Z1, Z2, Z3, Z4 = 6 โวลต์, 400 mW,
D1, D2, D3, D4 = 1N4007,
D5, D6 = 1N4148,
T1, T2 = BC547B,
LED = แดงเขียวตามต้องการ
หม้อแปลง = 0 - 12 V, 500 mA
รีเลย์ = SPDT, 12 โวลต์, 400 โอห์ม

การทำงานของวงจร

ในโพสต์ก่อนหน้าของฉันเราได้เห็นการออกแบบที่เรียบง่าย แต่มีประสิทธิภาพของวงจรตัดไฟหลักและแรงดันไฟฟ้าต่ำซึ่งสามารถสลับและตัดกระแสไฟไม่ให้ไปถึงเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เชื่อมต่อเมื่อแรงดันไฟฟ้าเข้าข้ามหรือ ต่ำกว่าเกณฑ์อันตราย

อย่างไรก็ตามเนื่องจากความเรียบง่ายมากเกินไปของการออกแบบซึ่งเกี่ยวข้องกับทรานซิสเตอร์เพียงสองตัววงจรจึงมีข้อ จำกัด ของตัวเองข้อ จำกัด ที่สำคัญคือความแม่นยำน้อยลงและฮิสเทอรีซิสมากส่งผลให้ช่องว่างของเกณฑ์สูงมากกว่า 60 โวลต์ ระหว่างขีด จำกัด สูงและต่ำ

การออกแบบปัจจุบันของวงจรตัดไฟฟ้าแรงสูงและแรงดันต่ำไม่เพียง แต่มีความแม่นยำสูงเท่านั้น แต่ยังให้สัญญาณบ่งชี้เกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องด้วย ความแม่นยำสูงมากจนแทบจะแยกธรณีประตูและตรวจจับได้ภายในช่วง 5 โวลต์

การรวมกันของ opamps ในวงจรทำให้เกิดคุณสมบัติข้างต้นดังนั้นแนวคิดทั้งหมดจึงมีความน่าเชื่อถือมาก

มาทำความเข้าใจวงจรโดยละเอียด:

วิธีการทำงานของ opamps เป็นตัวเปรียบเทียบ

opamps, A1, A2, A3, A4 ได้มาจาก IC 324 ตัวเดียวซึ่งเป็นวิธี IC แบบ quad opamp ประกอบด้วยสี่บล็อก opamp ในแพ็คเกจเดียว

“ไดโอดเปล่งแสงทำงานอย่างไร ”

IC มีความน่าเชื่อถืออย่างโดดเด่นและง่ายต่อการกำหนดค่าและแทบจะไม่ก่อให้เกิดปัญหากับการทำงานกล่าวโดยย่อคือมีคุณสมบัติที่แข็งแกร่งและยืดหยุ่นเกินไปกับการกำหนดค่าส่วนใหญ่

ตัวแยกทั้งสี่ตัวเป็นเครื่องเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า อินพุทกลับด้านของ opamps ทั้งหมดถูกยึดกับค่าอ้างอิงคงที่ 6 โวลต์ซึ่งทำผ่านเครือข่ายความต้านทาน / ซีเนอร์สำหรับ ech ของ opamps อย่างไม่น่าเชื่อ

อินพุตแบบไม่กลับด้านของ A1 ถึง A4 เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟของวงจรผ่านเครือข่ายตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า P1, P2, P3 และ P4 ตามลำดับ

ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าสามารถปรับได้ตามต้องการเพื่อพลิกเอาต์พุตของ opamps ตามลำดับเมื่อระดับอินพุตที่เกี่ยวข้องข้ามระดับอ้างอิงที่ตั้งไว้เหนืออินพุตกลับด้านของ opamps ที่เกี่ยวข้อง

เอาต์พุต A1 ถึง A4 ถูกรวมเข้ากับไฟแสดงสถานะ LED ด้วยวิธีที่ค่อนข้างพิเศษ ที่นี่แทนที่จะทำตามวิธีการทั่วไปในการเชื่อมต่อแคโทด LED กับกราวด์มันจะเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของเอาต์พุตของ opamp ก่อนหน้านี้

การจัดเรียงพิเศษนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าไฟ LED ที่เกี่ยวข้องเพียงดวงเดียวเท่านั้นที่เปิดอยู่เพื่อตอบสนองต่อระดับแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นหรือลดลงจาก opamps

วิธีการทำงานของออปโตคัปเปลอร์

มีการแนะนำตัวเชื่อมต่อแบบออพติคอลสองตัวในซีรีส์โดยมีไฟ LED ด้านบนและด้านล่างเพื่อให้ออปโตสทำงานร่วมกับ LED ที่เกี่ยวข้องในระหว่างระดับแรงดันไฟฟ้าสูงและต่ำซึ่งระบุเป็นเกณฑ์อันตราย

การนำของ opto couplers จะเปลี่ยนทรานซิสเตอร์ภายในทันทีซึ่งจะสลับรีเลย์ตามลำดับ

ขั้วของรีเลย์สองตัวและขั้วของรีเลย์เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมก่อนที่จะจ่ายเอาต์พุตผ่านไปยังโหลด

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของหน้าสัมผัสช่วยให้มั่นใจได้ว่าหากรีเลย์ตัวใดตัวหนึ่งดำเนินการตัดการจ่ายไฟหลักไปยังโหลดหรืออุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ

ทำไมเครื่องเปรียบเทียบ opamps จึงจัดอยู่ในซีรีส์

ในระดับปกติ opamp A1, A2 หรือแม้แต่ A3 อาจดำเนินการได้เนื่องจากสิ่งเหล่านี้จัดเรียงตามลำดับที่เพิ่มขึ้นและดำเนินการสลับตามลำดับเพื่อตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าที่ค่อยๆเพิ่มขึ้นและในทางกลับกัน

สมมติว่าในระดับปกติ A1, A2 และ A3 กำลังดำเนินการทั้งหมด (เอาต์พุตสูง) และ A4 ไม่ดำเนินการ ณ จุดนี้มีเพียง LED ที่เชื่อมต่อกับ R7 เท่านั้นที่จะส่องสว่างเนื่องจากแคโทดได้รับค่าลบที่ต้องการจากเอาต์พุต A4 ในขณะที่ แคโทดของ LED ที่ต่ำกว่านั้นสูงทั้งหมดเนื่องจากมีศักยภาพสูงจาก opamps ข้างต้น

LED ที่เชื่อมต่อกับ R8 ยังคงปิดอยู่เนื่องจากเอาต์พุต A4 อยู่ในระดับต่ำ

ผลลัพธ์ข้างต้นมีอิทธิพลอย่างเหมาะสมต่อตัวเชื่อมต่อออปติกและรีเลย์ตามลำดับซึ่งรีเลย์ทำงานเฉพาะในช่วงที่อันตรายต่ำหรือ ระดับไฟฟ้าแรงสูงที่เป็นอันตราย ตรวจพบเฉพาะ A1 และ A4 ตามลำดับ

ใช้ Triac แทนรีเลย์สำหรับการตัด

หลังจากการวิเคราะห์บางอย่างฉันก็ตระหนักว่าวงจรป้องกันตัดแรงดันไฟเมนที่สูงและต่ำข้างต้นสามารถทำให้ง่ายขึ้นเป็นรุ่นที่ง่ายกว่ามากโดยใช้ Triac ตัวเดียว โปรดดูแผนภาพที่ระบุด้านล่างซึ่งอธิบายได้ด้วยตนเองและเข้าใจง่ายมาก

อย่างไรก็ตามหากคุณมีปัญหาในการทำความเข้าใจโปรดส่งความคิดเห็นมาให้ฉัน

การปรับเปลี่ยนการออกแบบเป็นเวอร์ชัน Transformerless

การตัดกระแสไฟฟ้าแรงต่ำแรงต่ำแบบไม่ใช้หม้อแปลงไฟฟ้ารุ่นของการออกแบบที่อธิบายข้างต้นสามารถมองเห็นได้ในแผนภาพต่อไปนี้:

คำเตือน: วงจรที่แสดงด้านล่างไม่ได้แยกออกจากแหล่งจ่ายไฟ AC ใช้ความระมัดระวังอย่างยิ่งเพื่อหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุร้ายแรง

หากต้องการใช้รีเลย์ตัวเดียวแทนไตรแอคการออกแบบสามารถปรับเปลี่ยนได้ดังแสดงในรูปต่อไปนี้:

โปรดใช้ตัวเก็บประจุ 22uF / 25V บนฐานทรานซิสเตอร์และกราวด์เพียงเพื่อให้แน่ใจว่ารีเลย์ไม่กระตุกในช่วงระยะเวลาการเปลี่ยนแปลง ...

การใช้ PNP Relay Driver

ตามที่แสดงในไฟ AC สูงที่กำหนด วงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าต่ำ เราสามารถเห็น opamps สองตัวจาก IC LM 324 ที่ใช้สำหรับการตรวจจับที่ต้องการ

opamp ด้านบนมีอินพุตที่ไม่กลับด้านเป็นค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าและถูกยกเลิกไปที่แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงขา # 2 ที่นี่จะมีระดับอ้างอิงดังนั้นทันทีที่ศักย์ที่พิน # 3 สูงกว่าเกณฑ์ที่ตั้งไว้ (โดย P1) เอาต์พุตของ opamp สูง

“ซิมการ์ดย่อมาจากอะไร ”

ในทำนองเดียวกัน opamp ด้านล่างยังได้รับการกำหนดค่าสำหรับการตรวจจับเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าอย่างไรก็ตามที่นี่หมุดจะกลับด้านทำให้เอาต์พุต opamp สูงขึ้นด้วยการตรวจจับอินพุตแรงดันไฟฟ้าต่ำ

ดังนั้น opamp ด้านบนจะตอบสนองต่อเกณฑ์ไฟฟ้าแรงสูงและ opamp ที่ต่ำกว่าถึงเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าต่ำ สำหรับการตรวจจับทั้งสองเอาต์พุตของ opamp ที่เกี่ยวข้องจะสูง

ไดโอด D5 และ D7 ตรวจสอบให้แน่ใจว่าทางแยกของพวกเขาสร้างเอาต์พุตทั่วไปจากขาเอาท์พุทของ opamp ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่เอาท์พุต opamp ตัวใดตัวหนึ่งสูงขึ้นมันจะถูกสร้างขึ้นที่จุดเชื่อมต่อของแคโทด D5, D7

ฐานของทรานซิสเตอร์ T1 เชื่อมต่อกับจุดเชื่อมต่อไดโอดด้านบนและตราบใดที่เอาต์พุตของ opamps ยังคงต่ำ T1 จะได้รับอนุญาตให้ดำเนินการโดยรับแรงดันไฟฟ้าไบซิงผ่าน R3

อย่างไรก็ตามในขณะที่เอาต์พุตของ opamp สูงขึ้น (ซึ่งอาจเกิดขึ้นระหว่างสภาวะแรงดันไฟฟ้าที่ผิดปกติ) ทางแยกของไดโอดก็จะสูงเช่นกันซึ่ง จำกัด T1 จากการทำงาน

รีเลย์ R1 จะปิดตัวเองทันทีและโหลดที่เชื่อมต่อ ดังนั้นโหลดที่เชื่อมต่อจะยังคงเปิดอยู่ตราบเท่าที่เอาต์พุต opamp อยู่ในระดับต่ำซึ่งจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อไฟเมนอินพุตอยู่ในระดับหน้าต่างที่ปลอดภัยตามที่ปรับโดย P1 และ P2 P1 ถูกตั้งค่าไว้สำหรับตรวจจับระดับแรงดันไฟฟ้าสูงในขณะที่ P2 สำหรับระดับแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ปลอดภัยต่ำกว่า

รายละเอียดพินของ IC LM 324

รายการชิ้นส่วนสำหรับวงจรป้องกันไฟฟ้าแรงสูงและแรงต่ำด้านบน

R1, R2, R3 = 2K2,
P1and P2 = 10K ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า
C1 = 220uF / 25V
ไดโอดทั้งหมด = 1N4007
T1 = BC557,
รีเลย์ = 12 V, 400Ohms, SPDT,
opamps = 2 opamps จาก IC LM 324
ซีเนอร์ = 4.7 โวลต์ 400mW
หม้อแปลง = 12V, 500mA

เค้าโครง PCB

จนถึงตอนนี้เราได้เรียนรู้วงจรรุ่น IC แล้วตอนนี้เรามาดูกันว่าไฟ 220 โวลต์หรือ 120 โวลต์ที่ทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าและวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าสามารถสร้างขึ้นได้อย่างไรโดยใช้ทรานซิสเตอร์เพียงไม่กี่ตัว

วงจรที่เรียบง่ายที่นำเสนอเมื่อติดตั้งในระบบไฟฟ้าภายในบ้านอาจช่วยในการ จำกัด ปัญหาได้ในระดับมาก

ที่นี่เราจะได้เรียนรู้การออกแบบวงจรแรงดันสูงและต่ำสองแบบโดยแบบแรกใช้ทรานซิสเตอร์และอีกแบบหนึ่งโดยใช้ opamp

วงจรไฟฟ้าสูง / ต่ำตัดโดยใช้ทรานซิสเตอร์

คุณจะประหลาดใจที่ทราบว่าวงจรเล็ก ๆ ที่ดีสำหรับการป้องกันดังกล่าวสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้ทรานซิสเตอร์เพียงไม่กี่ตัวและส่วนประกอบแฝงอื่น ๆ อีกสองสามตัว

เมื่อมองไปที่รูปเราจะเห็นการจัดเรียงที่ง่ายมากโดยที่ T1 และ T2 ได้รับการแก้ไขเป็นการกำหนดค่าอินเวอร์เตอร์ซึ่งหมายความว่า T2 ตอบสนองตรงกันข้ามกับ T1 โปรดดูแผนภาพวงจร

พูดง่ายๆเมื่อ T1 ดำเนินการ T2 จะปิดและในทางกลับกัน แรงดันไฟฟ้าตรวจจับซึ่งได้มาจากแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจะถูกป้อนไปยังฐานของ T1 ผ่านทาง P1 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า

ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าถูกใช้เพื่อให้สามารถกำหนดเกณฑ์การสะดุดได้อย่างแม่นยำและวงจรจะเข้าใจว่าเมื่อใดที่จะดำเนินการควบคุม

วิธีตั้งค่า Preset สำหรับ Automatic Cut off

P1 ถูกตั้งค่าสำหรับการตรวจจับขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าสูง ในขั้นต้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าอยู่ในหน้าต่างที่ปลอดภัย T1 จะยังคงปิดอยู่และสิ่งนี้จะช่วยให้แรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นต้องผ่าน P2 และไปถึง T2 ทำให้สวิตช์เปิดอยู่

ดังนั้นรีเลย์จะถูกเปิดใช้งานและโหลดที่เชื่อมต่อจะได้รับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ต้องการ

อย่างไรก็ตามในกรณีที่สมมติว่าแรงดันไฟหลักเกินขีด จำกัด ที่ปลอดภัยแรงดันไฟฟ้าตัวอย่างตรวจจับที่ฐานของ T1 ก็สูงกว่าเกณฑ์ที่ตั้งไว้ T1 จะดำเนินการและต่อกราวด์ฐานของ T2 ทันที ส่งผลให้ปิด T2 และรีเลย์และโหลดที่เกี่ยวข้อง

“ดำเนินการ มองไปข้างหน้า แผนภาพตรรกะ adder ”

ดังนั้นระบบจึง จำกัด แรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตรายไม่ให้ไปถึงโหลดและป้องกันตามที่คาดไว้

ตอนนี้สมมติว่าแรงดันไฟเมนต่ำเกินไป T1 ปิดอยู่แล้วและในสถานการณ์นี้ T2 ก็หยุดการทำงานเนื่องจากการตั้งค่าของ P2 ซึ่งตั้งค่าไว้เพื่อให้ T2 หยุดทำงานเมื่ออินพุตเมนต่ำกว่าระดับที่ไม่ปลอดภัย

ดังนั้นรีเลย์จึงสะดุดอีกครั้งปิดการตัดไฟไปยังโหลดและแจ้งมาตรการความปลอดภัยที่จำเป็น

แม้ว่าวงจรจะมีความแม่นยำพอสมควร แต่ขีด จำกัด ของหน้าต่างก็กว้างเกินไปซึ่งหมายความว่าวงจรจะทริกเกอร์เฉพาะสำหรับระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 260V และต่ำกว่า 200V หรือสูงกว่า 130V และต่ำกว่า 100 V สำหรับอินพุตแหล่งจ่ายปกติ 120 V