Komponentenwerte für die AC-Erfassung mit Mikrocontroller

Da Sie einen Optokoppler verwenden, ist es klar, dass Sie die Wechselstromfrequenz oder den Nulldurchgang erfassen, anstatt die Sinuswellenamplitude durch jeden Wechselstromzyklus zu erfassen. Ich habe eine einfache zuverlässige Schaltung entwickelt, die ich in Produkten verwendet habe, die den Leistungspegel in der AC-Erkennungsschaltung niedrig hält, sodass keine Hochleistungskomponenten erforderlich sind.

Das Konzept dieser Schaltung besteht darin, dass die Strombelastung von der Wechselstromleitung durch den Optokoppler abgeschaltet wird, wenn die Impulsamplitude der Wechselspannung zu hoch wird. Somit erzeugt die Schaltung für jeden positiven Wechselspannungsimpuls zwei Impulse (einen an der Vorderflanke und einen an der Rückflanke) . Es ist einfach, einen Mikrocontroller zu verwenden, um den Impulsabstand zu messen. Der Vorderflankenimpuls hat einen längeren Abstand seit dem letzten Impuls als die Zeit vom führenden Impuls zum nachlaufenden Impuls.

Gehen Sie zum ersten Teil. Die Impedanz des Kondensators hilft, den Gesamtstrom durch den Zweig zu begrenzen. Wenn Sie einen nicht zu kleinen Widerstand verwenden, kann er die Spitzenleistungsimpulse verarbeiten. Verwenden Sie in Ihrem Fall einen Kondensator, der für 325 V ausgelegt ist; AC-Typ.

Sie können Online-Schaltungssimulatoren verwenden, um bei Bedarf die Werte für Widerstand und Kondensator zu erreichen.

Problem mit dem zweiten Teil:

Für einen Spitzenstrom von 50 mA im Zweig (unter der Annahme, dass kein Diodenabfall vorliegt) benötigen Sie: 325 / 50e-3 = 6500 Ohm.

Abgeführte Spitzenleistung: (325 ** 2) / 6500 = 16,25 W.

Die Gesamtleistung, integriert über die Periode der Sinuswelle, wird geringer, aber nicht zu geringer. Schauen Sie sich die RMS-Leistung an.

Daher benötigen Sie einen Widerstand, der für die Ableitung dieser Leistung ausgelegt ist, und Sie müssen die Umgebung der Widerstände offen halten, damit die Wärme abgeführt werden kann.

Widerstände in Reihe (z. B. 6500 / 3) werden immer noch gemeinsam die gleiche Menge an Leistung verbrauchen, aber über eine größere Oberfläche. Daher können Sie die Nennleistung jedes Widerstands verringern, aber die lokale Erwärmung bleibt gleich.

Ihre Berechnung der Widerstandsleistung ist fehlerhaft (für Ihre Schaltung 1). Selbst wenn Sie davon ausgehen, dass der Wechselstrom im ungünstigsten Moment eingeschaltet wird, ist die RC-Zeitkonstante niedrig (0,01 s), sodass sich der Kondensator nach der Wechselspannung schnell auflädt. Das Hauptproblem bei der ersten Schaltung besteht darin, dass Ihr Signal phasenverschoben ist, sodass es sich nicht gut als Nulldurchgangsanzeige eignet.

Die zweite Schaltung funktioniert gut und liefert eine relativ stabile Referenz, aber sie wird vom Nulldurchgang versetzt. Dies liegt daran, dass Sie einen Mindeststrom benötigen, um ein Signal (durch die CTR des Optos) zu erhalten, damit die Anzeige versetzt ist. Wenn Sie möchten, dass das Signal näher am Nulldurchgang liegt, müssen Sie den Wert des Widerstands verringern, was natürlich die Verlustleistung erhöht.

Es überrascht mich, dass viele Leute immer noch mit altbewährten Techniken entwerfen und moderne Siliziumlösungen nicht nutzen.
Ich habe die folgende Schaltung entworfen (große Anmerkung: Ich habe sie noch nicht gebaut), die einen Hochspannungs-FET im Verarmungsmodus als Konstantstromquelle verwendet (dieser FET hat schöne Binning-Eigenschaften). Dadurch können Sie das Signal zum Mikroprozessor sehr nahe am Nulldurchgang einschalten. Der FET ersetzt die Widerstände, die Sie normalerweise verwenden würden, und muss die Verlustleistung bewältigen. Da es sich jedoch um einen konstanten Strom handelt, schaltet es sich bei einer sehr niedrigen Schwellenspannung ein.
Hier liegt die Verlustleistung im schlimmsten Fall unter 0,5 W bei 250 VAC, und es würde immer noch eine ziemlich genaue Nulldurchgangsanzeige bis unter 20 VAC liefern.

Alle Kommentare zum Design willkommen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Goo mit dem Waldrundgang. Der Kondensator dort ist im Wesentlichen ein verlustfreier Widerstand.

Bei Designs wie diesem ist es entscheidend, den Strom zu bestimmen, den Sie für die Optokoppler benötigen. Und dann den Rest der Schaltung zurückrechnen.