ゼロ交差検波回路の作り方

ゼロ交差検出回路の作成は実際には非常に簡単であり、主電源スイッチのオンサージから敏感な電子機器を保護するために効果的に適用できます。

ゼロ交差検出器回路は、主に、電源スイッチのオン中に主相が常に最初のゼロ交差点で回路に「入る」ことを保証することにより、スイッチオンサージから電子デバイスを保護するために使用されます。
不思議なことに、「ウィキペディア」を除いて、ゼロクロッシング検出器の概念のこの重要なアプリケーションにこれまで取り組んだトップオンラインサイトは他にありませんが、この投稿を読んだ後、記事を更新してくれることを願っています。

ゼロ交差検出器とは何ですか？

以下に示すように、主電源のAC相が交互の正弦波電圧相で構成されていることは誰もが知っています。

この交流ACでは、特定の位相角を介して、中央のゼロラインと上部の正および下部の負のピークレベルで電流が交互に変化するのを確認できます。

この位相角は、指数関数的に上昇および下降していることがわかります。つまり、徐々に上昇および徐々に下降していることを意味します。

ACの交流サイクルは、標準ルールで設定されているように、220Vメイン入力の場合は1秒あたり50回、120Vメイン入力の場合は1秒あたり60回発生します。この50サイクルの応答は50Hz周波数と呼ばれ、60Hzは私たちの家のこれらのコンセントの60Hz周波数と呼ばれます。

アプライアンスまたは電子デバイスの電源をオンにすると、AC相が突然入力されます。このエントリポイントが位相角のピークにある場合は、デバイスに最大電流が強制されている可能性があります。スイッチのオンポイントで。

ほとんどのデバイスはこれに対応でき、抵抗、NTCまたはMOVを使用した保護ステージが装備されている場合がありますが、このような突然の予測できない状況にさらすことはお勧めしません。

このような問題に対処するために、ガジェットが主電源でオンになるたびに、ゼロ交差回路がAC位相サイクルがゼロラインに達するまで待機し、この時点で主電源をオンにするゼロ交差検出器ステージが使用されます。ガジェットへの電力。

ゼロクロッシング検出器の設計方法

ゼロ交差検出器の設計は難しくありません。以下に示すように、オペアンプを使用して作成できますが、単純な概念のオペアンプを使用すると、やり過ぎに見えるため、通常のトランジスタベースの設計を使用して同じものを実装する方法についても説明します。

オペアンプゼロ交差検出回路

注：入力ACはブリッジ整流器からのものである必要があります

上の図は、ゼロ交差ベースの実行を必要とするすべてのアプリケーションに使用できる、単純な741オペアンプベースのゼロ交差検出器回路を示しています。

ご覧のとおり、 741はコンパレータとして構成されています ここで、その非反転ピンは1N4148ダイオードを介してグランドに接続されており、この入力ピンで0.6Vのドロップ電位が発生します。

r iCの反転ピンであるもう1つの入力ピン＃2は、ゼロ交差検出に使用され、優先AC信号が印加されます。

ピン＃3の電位がピン＃2よりも低い限り、ピン＃6の出力電位は0Vになり、ピン＃3の電圧がピン＃2を超えるとすぐに、出力電圧がすばやく切り替わります。 12V（電源レベル）まで。

したがって、相電圧がゼロラインをはるかに上回っている期間中、または少なくともゼロライン上で0.6Vを上回っている期間中、供給された入力AC信号内で、オペアンプ出力はゼロ電位を示します。位相がゼロラインに入るまたは交差しようとすると、ピン＃2はピン＃3に設定された0.6V基準を下回る電位になり、出力が即座に12Vに戻ります。

したがって、これらのポイント中の出力は12vの高レベルになり、このシーケンスは、位相がその位相サイクルのゼロラインを横切るたびにトリガーされ続けます。

得られた波形はICの出力で見ることができ、ICのゼロ交差検出を明確に表現して確認します。

オプトカプラーBJT回路の使用

上記のオペアンプのゼロ交差検出器は非常に効率的ですが、通常のオプトカプラBJTを使用して、かなり高い精度で同じことを実装できます。

注：入力ACはブリッジ整流器からのものである必要があります

上の画像を参照すると、オプトカプラの内部に関連付けられたフォトトランジスタの形のBJTは、次のように効果的に構成できます。 最も単純なゼロ交差検出回路 。

AC電源は、高い値の抵抗を介してオペアンプのLEDに供給されます。主電源電圧が2Vを超えている限り、その位相サイクルの間、フォトトランジスタは導通モードに留まり、出力応答はほぼゼロボルトに保持されますが、位相がその移動のゼロラインに達するとき、内部のLEDはoptoがシャットオフし、トランジスタもシャットオフします。この応答により、構成の指定された出力ポイントにハイロジックが即座に表示されます。

ゼロ交差検出を使用した実用的なアプリケーション回路

ゼロ交差検出を使用する実際の回路例を以下に示します。ここでは、電源がオンになるたびに、ゼロ交差点を除く他の位相点でトライアックを切り替えることはできません。

これにより、回路が常にスイッチオン電流サージおよび関連する危険から遠ざけられます。

注：入力ACはブリッジ整流器からのものである必要があります

上記の概念では、トライアックはPNBPJTによって制御される小信号SCRを介して発射されます。このPNBPJTは、トライアックと関連する負荷の意図された安全なスイッチングのためにゼロ交差検出を実行するように構成されています。

電源がオンになると、SCRは既存のDCトリガーソースからアノード電源を取得しますが、ゲート電圧は、入力が最初のゼロ交差点を通過した瞬間にのみオンになります。

SCRが安全なゼロ交差点でトリガーされると、トライアックと接続された負荷を起動し、次にラッチされてトライアックの継続的なゲート電流を確保します。

電源がオンになるたびにゼロ交差点でこの種のスイッチがオンになると、負荷に対して一貫した安全なスイッチオンが保証され、通常は主電源の突然の電源スイッチオンに関連する可能性のあるすべての危険が排除されます。

RFノイズ除去

ゼロ交差検出回路のもう1つの優れたアプリケーションは、 トライアックスイッチング回路のノイズを排除 。の例を見てみましょう 電子調光回路 、通常、このような回路は、大気やメイングリッドに大量のRFノイズを放出し、不要な高調波の放出を引き起こします。

これは、ゼロ交差線を介した正/負のサイクルにわたるトライアック伝導の急速な交差が原因で発生します...特に、トライアックが未定義の電圧ゾーンにさらされて急速な過渡電流を生成するゼロ交差遷移の周りターンはRFノイズとして放出されます。

トライアックベースの回路に追加された場合のゼロ交差検出器 は、ACサイクルがゼロラインを完全に横切ったときにのみトライアックを起動できるようにすることでこの現象を排除します。これにより、トライアックのクリーンなスイッチングが保証され、RFトランジェントが排除されます。

参照：

ゼロクロッシング回路