120VAC 60Hz Nulldurchgangsdetektor

Ich entwerfe einen digitalen phasengesteuerten Lichtdimmer und benötige eine Nulldurchgangsdetektorschaltung. Nach dem, was ich gelesen habe, ist es eine schlechte Idee, die Wechselstrom-Hauptleitung über einen Widerstand direkt mit dem Mikrocontroller zu verbinden, und die Leute haben vorgeschlagen, stattdessen die Optoisolation zu verwenden. Ich weiß jedoch nicht, wie die Schaltung tatsächlich zusammenfällt.

Es würde mir elegant erscheinen, wenn der Ausgang der Nulldurchgangsschaltung ein 5-V-Logikimpuls zur Verwendung als Interrupt mit steigender Flanke ist. Aber ich bin nicht mit dieser Idee verheiratet, wenn eine andere Ausgabe einfacher zu verwenden ist.

Input: 120V AC @ 60 Hz
Output: 5V pulse at zero crossing

Interessanter verwandter Beitrag mit nicht genügend Details für mich: Nulldurchgang in Wechselstrom erkennen?

Antworten (4)

Warum nicht einen Optokoppler verwenden? Der SFH6206 von Vishay verfügt über zwei antiparallel geschaltete LEDs, sodass er über den gesamten Zyklus der Netzspannung funktioniert. Ist die Eingangsspannung hoch genug, wird der Ausgangstransistor eingeschaltet und der Kollektor liegt auf Low-Pegel. Um den Nulldurchgang herum ist die Eingangsspannung jedoch zu niedrig, um den Ausgangstransistor zu aktivieren, und sein Kollektor wird hochgezogen. Sie erhalten also bei jedem Nulldurchgang einen positiven Impuls.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der wichtigste Parameter für einen Optokoppler muss sein CTR oder Current Transfer Ratio sein, der Ihnen das Verhältnis zwischen Ausgangsstrom und Eingangsstrom angibt. Sie können es mit dem vergleichen H F E eines gewöhnlichen BJT. Aber während H F E für einen Kleinsignaltransistor oft höher als 100 ist, ist CTR niedrig. So niedrig, dass es in % ausgedrückt wird, etwa 20 %. Das ist nicht 20, das ist 0,2.
Eine CTR von 0,2 bedeutet, dass Sie die Eingangs-LED(s) mit 1 mA ansteuern müssen, um nur 200 zu erhalten μ Ein aus. Normalerweise ist das kein Problem, da der Ausgang oft nur verwendet wird, um einen Logikpegel zu erhalten, der mit einem hochohmigen Eingang verbunden wird. In diesem Fall kann ein hochohmiger Pull-up-Widerstand verwendet werden, z. B. > 27 k Ω in einem 5V-System. Dann die 200 μ A reicht aus, um den Ausgang niedrig zu treiben.

Detaillierte Berechnungen finden Sie hier .

Was ist das? Keine Beschreibung des Links außer "Detaillierte Berechnungen"? Mann Steve, du musst unbedingt deine eigene Medizin probieren.
Ich habe genau diese Schaltung vor ein paar Jahren verwendet. Funktioniert bis heute wie ein Champion bei diesem Projekt: bradgoodman.com/dimwatt Der einzige Hinweis ist, dass ich etwa 6k Widerstand benötigte - über 120 V Eingang. Das bedeutet, dass Sie Widerstände mit einer Nennleistung von 2,5 Watt verwenden müssen (in diesem Beispiel).

Vor einiger Zeit habe ich genau dasselbe erstellt ... einen Lichtdimmer mit einem Triac, dessen Timings aus dem Nulldurchgangssignal berechnet werden, das an den Interrupt-Pin auf einem pic16f877a gesendet wird.

Ich habe das Nulldurchgangssignal vom Netzteil genommen, das die Schaltung mit Strom versorgt, bevor es geglättet und reguliert wird. Es gibt ein paar Komponenten, um die gleichgerichteten Buckel des Wechselstroms in sehr kurze +5-V-Impulse von etwa 200 uS umzuwandeln. Die meiste Zeit leitet der Transistor (im Diag als Q dargestellt) und zieht den RB0/INT-Pin auf Low, aber wenn die Wechselspannung kurz unter 4,7 V fällt, hört er auf zu leiten und das Signal wird vom Widerstand R auf High gezogen.

Nulldurchgangsschema

Der Impuls ist um den Nulldurchgang herum zentriert und sollte kurz genug sein, um den Nulldurchgangsmoment ungefähr zu erfassen. Sie können dies jedoch in der Software feinabstimmen, indem Sie zuerst die ansteigende Flanke des Impulses erkennen, dann das Timing der abfallenden Flanke festlegen, diese dann halbieren und diese Zeitspanne zur nächsten ansteigenden Flanke addieren exakter Nulldurchgang.

Was sind die Spezifikationen für den Transformator, den Sie hier verwenden? Welche Argumentation haben Sie verwendet, um die Werte für R1 und R2 sowie für die Kondensatoren zu bestimmen?
Nun, ich bin in Großbritannien, also hat mein Stromnetz 230 V, 50 Hz, also wäre mein Transformator anders, ich kann mich nicht genau erinnern, aber es wäre wahrscheinlich ein 230-V-Primär-, 2 x 12-V-Sekundär-3-VA-Transformator gewesen. Die Schaltung funktioniert jedoch genauso gut mit Ihrer Spannung / Frequenz.
Die Kondensatoren haben keinen Einfluss auf die Nulldurchgangsschaltung, da sie nur zur Glättung der Versorgung dienen. Ich denke, die Widerstandswerte wurden durch Versuch und Irrtum ausgewählt, um sie richtig zu machen, die anderen wichtigen Komponenten sind die Zenerdiode und der Transistor. Wenn Sie ein Oszilloskop an den Ausgang der Nulldurchgangsschaltung anschließen, erhalten Sie genau zur Nulldurchgangszeit einen sehr kurzen schnellen 5-V-Impuls.
Außerdem stelle ich fest, dass Sie sich Sorgen um die Sicherheit beim Arbeiten mit Netzspannung machen. Solange Sie alle Drähte bis zum Transformator ordnungsgemäß isoliert haben, bevor Sie ihn anschließen und einschalten, ist alles andere sicher Spannung ... Abgesehen von den Triacs natürlich, aber sie sind nicht Gegenstand dieser Frage.
Dies wird zwar bis zu einem gewissen Grad funktionieren, aber es gibt noch viel mehr, was getan werden könnte. Sie werden feststellen, dass es in einigen Gebäuden um den Nulldurchgangspunkt herum viel Rauschen gibt, sodass Sie mehrere Übergänge erhalten könnten. Filtern hilft, aber dann haben Sie ein Verzögerungsproblem, die Kante, die Sie mit Mikro sehen, ist vom tatsächlichen Nulldurchgang verzögert. Der Transformator fügt auch eine Verzögerung hinzu, die lastabhängig ist (Last auf der Sekundärseite). Dies ist tatsächlich ein sehr schwer zu lösendes Problem, suchen Sie nach Lutrons Patenten auf RTISS.
@Martin: Ich hatte keine derartigen Probleme, als ich das tat. Die Belastung des Transformators ist sehr gering und konstant, und ich habe ihn von einem lauten Dieselgenerator betrieben, dessen Last mit Motorwechselrichtern geteilt wurde ... es funktionierte perfekt.
Gibt es einen bestimmten Grund, warum Ihre Spannungsregler in Reihe geschaltet sind? Ist der 7805 effizienter, wenn die Eingangsspannung niedriger und konstanter ist?
Der Grund war, dass ich 12 V benötigte, um ein Relais mit Strom zu versorgen, und 5 V für den PIC. Nur ein Teil des Designs der Schaltung. Wenn Sie keine 12 V benötigen, lassen Sie den 7812-Regler einfach weg.
Warum sind die Kondensatoren parallel geschaltet? Ich vermute, es war eine Art Schutz für die Elektrolytkondensatoren, aber ich kann online nichts finden, was besagt, dass ein paralleler Keramikkondensator eine gute Schutzmaßnahme ist.
Die kleinen Kondensatoren sollen das Rauschen des Mikrocontrollers herausfiltern, ich habe jedoch kürzlich herausgefunden, dass es besser ist, sie näher am Chip zu platzieren. Die Elkos dienen nur dazu, die 5V zu glätten.
Ich tue einfach so, als wäre ein Kondensator am Eingang des 7812 :-)
Der Transistor bleibt leitend, bis die Spannung 2,45 V und nicht 4,7 V beträgt. Entweder D2 oder der Transistor mit seinem Pull-up sind überflüssig.
  • Es ist möglich, ein ZCS in < 1mA zu machen.
  • Sie müssen mit einer externen Versorgung puffern.
  • Erdschluss ist < 1µA
  • Sicherheitsbehörden verlangen einen Wert von < 500 µA.
  • Die externe Verdrahtung zeigt nur eine Verbindung zu Leitung und Masse ...
  • Neutral ist nicht erforderlich, kann aber stattdessen verwendet werden.

Alle passiven Teile müssen für 1,5 kV ausgelegt sein. Jede Kleinsignal-Siliziumbrücke reicht aus. Die Schottky-Diode versorgt den Schmitt-Wechselrichter mit Strom, um eine rauschfreie Hysterese bereitzustellen. Eingangskappe und Ferritperle zum Wechselrichtereingang unterstützen die HF-Unterdrückung. 100 pF ohne Phasenverschiebung.

  • Verwenden Sie die Hinterflanke des +ve ZCS-Impulses, um einen Impuls an Triacs oder Latches zu aktivieren, da der Impuls vor Null beginnt und nach Null V endet. Die Impulsbreite hängt vom Widerstandsverhältnis und der Zenerspannung für den Chip ab oder verwenden Sie 3 V weiß oder blau, LED 3 mm oder 5 mm . Es wird nicht viel leuchten, nur ein billiger Zener.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn das Zielgerät an AC-Masse geerdet ist, müssen Sie einen einfachen Signalimpulstransformator oder OptoIsolator mit unterschiedlichen Brückenteilerwiderständen und dann keinen Wechselrichter verwenden. Brücke zu Opto Darlington direkt mit keramischem Eingangsstrombegrenzungswiderstand.

Ich brauchte eine ähnliche Lösung. Ich benötigte zufällig auch 3,3 V, um einen Mikrocontroller über eine nicht isolierte Versorgung mit Strom zu versorgen. In diesem Fall liefert es eine Rechteckwelle mit 50 oder 60 Hz; eine steigende oder fallende Flanke signalisiert einen Nulldurchgangspunkt.

Lebensgefahr - Nicht isolierte Stromversorgung, nur geschultes Personal.

Alt-Text

Ich habe eine Frage eröffnet, um zu verdeutlichen, was in diesem Zusammenhang mit „ausgebildet“ gemeint ist: electronic.stackexchange.com/questions/8678/…
Warum haben Sie eine nicht isolierte Lösung verwendet?
@tyblu, Ziel ist eine sehr niedrige Preisklasse. In Zukunft würde ich aufgrund der höheren Effizienz wahrscheinlich einen nicht isolierten ViPER-12A oder einen ähnlichen Abwärtswandler verwenden.
120VAC 60Hz Nulldurchgangsdetektor
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