Детектор нуля сетевого напряжения

Детектор перехода через ноль с гальванической развязкой и без неё

Определение пересечения нуля без гальванической развязки

Если МК находится в корпусе, то можно очень просто определять пересечение нуля синусоидой благодаря наличию встроенных защитных диодов.

Они есть у всех распространенных микроконтроллерах, в том числе и STM32:

Как видите, нужно просто подключить сетевое напряжение через высокоомный резистор (лучше два). Таким образом при каждой положительной полуволне имеем импульс равный по длительности половине синусиоды.

Собирать тут почти нечего, просто подключаю сетевое напряжение через два резистора:

На осциле почти прямоугольные импульсы, как и при моделировании.

Теперь настроив внешнее прерывания на два фронта будем знать когда переменное напряжение пересекает ноль.

Можно ли вообще так делать? Этот способ советует Atmel, также видел такую же реализацию в конструкции встраиваемого регулятора на микроконтроллере Microchip.

AVR182: Zero Cross Detector

Простой цифровой регулятор мощности

Определение пересечения нуля с гальванической развязки

Такая схема широко используется во многих регуляторах и благодаря оптрону мы не имеем непосредственно проводной связи с высоким сетевым напряжением.

На выходе имеем короткие красные импульсы, ну а синяя синусоида отмасштабирована для наглядности.

Собираем простую схему на макетной плате:

Подключаем к сети и смотрим на осциллографе сигнал на выходе:

Так, так. Есть импульсы, а что там с временными промежутками? Между импульсами два квадрата, развертка стоит 5 мс/квадрат, то есть определение перехода через ноль работает правильно (не учитывая возможного сдвига).

Создание проекта

Файл, новый проект: File -> New Project

Выбираем нужный МК: STM32F103C8

Включаем отладчик: System Core -> SYS -> Debug: Serial Wire
Частоту тактирования (по умолчанию 8 МГц) не изменяем.

Нажимаем на любой удобный вывод (у меня это PB12 ) и выбираем GPIO_EXTI (External Interrupt), для удобства можно обозвать как AC_Zero ( ПКМ -> Enter user label) :

Настраиваем внешнее прерывание ( GPIO mode -> External Interrupt Mode with Rising edge trigger detection ), нам нужно заходить в него по падающему фронту (переход от низкого уровня к высокому) — для схемы с развязкой.
Для схемы без развязки выбираем по обоим фронтам ( GPIO mode -> External Interrupt Mode with Rising/Falling edge trigger detection ).

Любое название и для Keil :
Project Name: zero_crossing
Toolchain/IDE: MDK-ARM, Min Version: V5.27

Генерируем код и открываем проект: GENERATE CODE -> Open Project

Программирование

Создаем глобальную переменную:

/* USER CODE BEGIN PV */ uint8_t AC_Zero_Crossing = 0; /* USER CODE END PV */

Для гальванически неразвязанного просто добавляем обработчик, в которм переменная инвертируется (значение меняется на противоположенное (0->255->0->255. ) ) каждый раз при возникновении прерывания (при каждом переходе):

/* USER CODE BEGIN 4 */ void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) < if(GPIO_Pin == AC_Zero_Pin) < AC_Zero_Crossing = ~AC_Zero_Crossing; >> /* USER CODE END 4 */

Для развязанного с сетью в главном цикле, если на входе ноль присваиваем переменной ноль (задержка добавлена для отладки):

И функция, вызываемая при каждом импульсе по переднему фронту, в которой присваивается переменной 255:

/* USER CODE BEGIN 4 */ void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) < if(GPIO_Pin == AC_Zero_Pin) < AC_Zero_Crossing = 255; >> /* USER CODE END 4 */

Проверка

Первая схема

Теперь при каждом переходе через ноль синусиодального переменного напряжения возникает прерывание по переднему и заднему фронту, а в его обработчике инвертируется значение глобальной переменной AC_Zero_Crossing:

Вторая схема

Здесь при каждом импульсе (переход через ноль) в прерывании выставляется переменной AC_Zero_Crossing равным 255, а в главном цикле это значение сбрасывается в ноль, если на входе ноль с периодом 1 мс.

Отлично, очень похоже, сохраним результат в .csv и проверим временные промежутки между импульсами:

Зачем нужно?

Для реализации фазовой регулировки

ФИМ (по сути ШИМ привязанный во времени) нужно знать когда переменное напряжение пересекает ноль (например), чтобы от этой точки вести отсчет, т.к. период сигнала известен ( f = 50 Гц, T = 20 мс).

Для уменьшения ЭМ помех

Напряжение сети периодично меняется (на то оно и переменное), в амплитуде достигает U A = 230*√2 = 325 В, то есть включая нагрузку (да ту же лампу выключателем) мы можем попасть в такой временной промежуток, когда напряжение высоко. Но если знать когда напряжение сети почти нулевое, то мы можем включать потребитель вблизи нуля, тем самым предотвращая броски тока.

Готовое решение (детектор нуля и маломощный симистор в одном корпусе)

В любительских устройствах применяется редко, а зря, ведь такая штука упрощает схему, а значит и количество компонентов и дает полную развязку, при которой управление высоким сетевым напряжением происходит с помощью низкого напряжения МК.

Скачать

Видео

Детектор перехода через ноль с гальванической развязкой. Амплитудное значение напряжения после моста составит порядка 300 В. По закону Ома I = U / R, т.е I = 300 / 1000000 = 0.0003 А = 0.3 мА. Далеко не каждая оптопара отработает на таком токе

Да ни какая оптопара на таком токе не сработает. Сработка светодиода оптопары в основном нормируется в пределах от 1-2 мА и до 20-50 мА . В том виде как описано и дано в видео ролике ничего работать не будет. Сам моделировал на нескольких оптопарах, пока не увидел «грабли» «закопанные» в проекте автором. На фото показаны шунтирующие конденсаторы. Судя по размеру, электролитический микрофарад на 5-10 и керамический (гаситель всплесков) нанофарад на 10-40. Они не указаны ни в симуляции ни на схеме, но на фото, однако, присутствуют. Схема работает динамически: пока напряжение в сети больше чем падение напряжения на светодиоде, идёт заряд конденсатора и напряжение на нём растет и соответственно подпитывает светодиод . Как только оно уменьшается ниже падения напряжения на светодиоде оптопары, т.е приближается к искомому нулю, заряд конденсатора сменяется его разрядом на внутреннее сопротивление светодиода и быстро обнуляется приводя к погасанию светодиода. Без этих конденсаторов схема практически бесполезна. Автору большой минус. Зачем специально вводить людей в заблуждение?Теперь вот пойду эксить с номиналами кондёров, а это дело в этой схеме тонкое как восток

admin

Этот мост выдрал когда-то вместе с этими конденсаторами, вот они там и остались.

Макет, который здесь использовался нашел и еще раз подключил без них:

Как видно на выходе в отсутствии сетевого напряжения высокий уровень 3.3В (к нему подтянут резистор), а при включении вилки в сеть получается нормальный для оцифровывания сигнал, который хорошо хавал МК.

Что у вас на выходе получается? Попробуйте поиграться с резистором в диапазоне 47к-100к.

Детектор нуля сетевого напряжения

В параллельный колебательном контуре присутствуют гармонические колебания на частоте резонанса при снятии питания с контура схемой управления. Это можно видеть при моделировании схемы в LTspice — красный луч. При открытии транзистора колебания ослабляются. При его закрытии в контуре возникают колебания на частоте резонанса.

Ниже приводится полная LTSpice эмуляция вывода и поддержания резонанса в параллельном колебательном контуре. Библиотеки LTSpice серии 74HCT можно загрузить по данной ссылке.

В рассматриваемой схеме использован детектор нуля основанный на диодах и логической микросхеме «исключающее или» — 74HCT02. На диод подаётся плюс питания. При уменьшении амплитуды напряжения на стоке транзистора от максимума к нулю, диод открывается и через него начинает течь ток. Рост тока через диод приводит к падению напряжения на входе логической микросхемы 74HCT02, на выходе микросхемы образуется логическая единица, которая перебрасывает D-триггер в противоположное состояние. Слева на право. Таймер и D-Триггер за ним в схеме от незнания основ схемотехники. Идея этой связки в том, что после начала генерации сигналы на выходе двух триггеров сбрасываются. На практике это не работает. Схема запускается после нескольких попыток подачи питания.

Принципиально важен порядок переключения транзисторов. После опредедения нуля необходимо открыть закрытый транзистор, после этого закрывать противоположный, открытый транзистор. Видимо это специфика поступления энергии в параллельный колебательный контур

Привёденная схема детектора нуля работает как в эмуляторе, так и в практических реализациях. Детектор нуля хорошо работает на частотах 25-50кГц. В чём проблема использования детектора нуля на более высоких и низких частотах? Первое это диод. Диоды начинают закрываться или открываться начиная с 0,7V для кремниевых и 0,3V для германиевых диодов. Очередную погрешность в определение нуля вносят цифровые микросхемы для которых логический ноль это уровень напряжения до 2V. Ниже приведены графики синусоид для разных амплитуд сигналов.

На графиках видно насколько различается время срабатывания транзисторных ключей в зависимости от амплитуды исходного сигнала. То же относится и к частотам. При выборе схемы детектора нуля пренебрегать данным фактом не следует. В рассмотриваемой схеме, на частотах от 80кГц, ключи начинают срабатывать позже настолько, что делают эффективность работы неприемлемой. Это проявляется в значительном увеличении нагрева транзисторов. То же самое относится и к компараторам с любыми видами обратной связи.

Точки максимумов и минимумов амплитуд токов или напряжений являются не только условием эффективной работы ключей, но и точками через которые энергия поступает в колебательный контур.

Каких либо схем и описаний позволяющих решить проблему предварительнго определения нуля на данный момент найти не удалось. Интересными показались две схемы. Первая это патент US6920220.pdf

Идея состоит в том, что анализируемый сигнал (красный луч) сдвигается по фазе относительно исходного и уже по этому сигналу работает определение нуля.

Детектор нуля на генераторе с внешней синхронизацией.

Ниже приводится схема детектора нуля опубликованная на сайте listbb.ru Это генератор на триггере Шмитта с внешней синхронизацией от датчика тока. В случае если сигнал с трансформатора тока отсутствует, схема начинает работать как генератор сигналов на заданной частоте, которую можно подстраивать резистором R1.

На практике схема не отрабатывает определение нуля при изменении частоты внешней синхронизации, что неизбежно в схемах с индукционным нагревом.

Проявив упорство, подстраивая резистор, задающий частоту генератора на sn74hc14n, можно добиться впечатляющих результатов:

Полярное питание на LM78XX/LM79XX.

Для LM7812/LM7912 использован трансформатор AC 2*15V, для LM7805/LM7905 трансформатор AC 2*9V Фазы обмоток должны совпадать. Схема не впечатлила. В случае расхождений выходных напряжений обмоток трансформаторов, минусовое напряжение значительно уходит от граничного значения стабилизатора напряжения.

Обязательно следует делать схему с возможностью некоторой регулировки выходного, постоянного напряжения, в силу расхождений выходного напряжения трансформаторов. Трансформатор по переменному току не должен превышать более чем на три вольта выходное напряжение стабилизатора. Конденсаторы ёмкостью в 3300мкф каждый — этого мало.

Детектор нуля. Исключающее «или» на компараторе.

На практике всё упростилось. Подбором резистора, 100k по схеме, можно подобрать режим, чтобы компаратор формировал короткие импульсы при переходах через нуль как в эмуляторе. Но работа схемы не стабильна. Возможно это специфика компаратора.

Переменный резисиор в 1k — деталь абсолютно лишняя. Переменный резисторв в 100k явный перебор, хватит и пятидесяти.

Осциллограмма работы на частоте в 30кГц.

Схему со счетов сбрасывать не стоит, работает стабильно. В положительной части синусоиды можно подстраивать длительность прямоугольного импульса в широких пределах. Для раннего определения нуля можно попытаться «развернуть» по фазе трансформатор тока на 180 градусов.

Детектор нуля. Фильтр автоматичсекой подстройки частоты.

В интеренет часто даются ссылки на Кухтецкого Сергея Владимировича и его схемы индукционного нагрева, использующего в качестве фильтра автоматической настройки частоты микросхему CD4046: Способы подстройки частоты лабораторного инвертора.

Так взять и повторить? Это не мультивибратор, тут нужно и правда знать что Вы делаете. Нужно либо стать спецом и понимать что происходит в схемах, либо чтобы кто-то руководил. Но понять при этом до конца всё равно не выйдет. Вот потому в инете очень много схем вроде работающих, а оно не получается. Потому как схемы сырые. Один сделал — заработало но Вы не знаете его уровня по силовой электронике. Он выложил — люди повторяют так как есть, не учитывают много факторов. И у них бабах, в лучшем случае просто не работает. Это все не спроста. Тут как бы, мягко говоря, идет Тесла бизнес. Поэтому добиться работающего с пояснениями — только разве что книжки читать многотомные. И все самому начинать понимать, да и описать сложно все это. Поэтому тут на шарика не прокатит. Либо Вы разбираетесь полностью, погружаетесь с головой, либо вас ктото ведет. Ну или вы просто везунчик.

Детектор нуля на компараторе ad9696kn. Инвертирующий вход.

Собрано две схемы. Минус питания компаратора организован на микросхеме IСL7660 Допускаю, лучше обойтись без IСL7660. Встречно параллельные диоды в схему не впаяны.

Cхема в формате diptrace по ссылке: c3.zip. Схема и разводка платы связаны. Вносить измения необходимо в DipTrace Schematic. Затем в PCB Layout выполнить File -> Renew Design from Schematic -> By Components.

Подстроечным резистором можно добиться точного определения нуля компаратором. При этом второй фронт запаздывает на 500ns на частоте 64кГц и 200ns на частоте 108 кГц. Практически идеальное определение нуля на частоте 2мГц. После 2Мгц триггер шмитта портит фронт выходного сигнала.

Стоит обратить внимание на фронты выходного сигнала. Триггер шмитта sn74hc14n призван корректировать незначительные изменения амплитуды входного сигнала. Этого не происходит. Если учесть, что синусоида идёт с генератора, сигнал чистый, можно предположить, ничего хорошего в реальной схеме от данного детектора ждать не стоит. Если на вход схемы подавать меандр с генератора, сигнал на выходе триггера шмитта чистый.

В схему впаяны диоды шоттки 1n5819, включены встречно-параллельно. Диоды ограничили амплитуду сигнала на входе компаратора до 1V. Качество фронтов на выходе триггера шмитта по прежнему оставляет желать лучшего.

Детектор нуля на компараторе. Неинвертирующий вход.

Схема с сигналом на неинвертирующем входе работает на частотах до 1мГц. Cхема и печатная плата в diptrace по ссылке: c2.zip.

Первая схема, с исходным сигналом на инвертирующем входе, более удачна, работает на частотах более 2мГц.
Триггер шмитта sn74hc14n не убирает ВЧ помехи исходного сигнала. Выход — поставить менее быстродействующий компаратор или составить схему устраняющую ложные срабатывания, которые присущи триггеру шмитта.
На осциллограммах показано, как частота влияет на раннее определение нуля компаратором в зависимости от частоты. Разброс 900 до 200 ns.

Стоит учитывать замечания Кухтецкого С.В. по конструированию трансформатора тока.

Силовой блок.

Cхема и печатная плата в diptrace по ссылке: drv.zip.

При напряжении питания менее 5V стоит отметить появление ВЧ помех на выходе детектора нуля.

Фильтр автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) на 74HCT4046N (CD4046).

Первое недоразумение возникло при использовании триггера шмитта SN74HC14. При подаче меандра на вход 5 триггера с генератора на его выходе постоянное напряжение +5V. После добавления резисторов 10K, как указано ниже, и подачи меандра с генератора амлитудой в 6V на вход COMP_IN, триггер шмитта заработал должным образом.

Очередная проблема возникла при попытке понять как работает 4046. На два входа COMP_IN и SIG_IN подавались одинаковые сигналы с двух каналов генератора. На выходе ожидался аналогичный сигнал. Ожидание закончилось через несколько дней, после того, как сигнал с выхода VCO_OUT был подключен ко входу SIG_IN. Параллельно данный сигнал необходимо подавать и на вход силового блока, где происходит необходимая инверсия входного сиганла (включение транзистора) с возможностью задержки по переднему фронту до 1,2мкс.

Параметры резисторов обвязки 4046 взяты из схемы Кухтецкого С.В. Данная схема более или менее держит частоту от 100 до 150 кГц.

Если убрать сигнал со входа SIG_IN, работа микросхемы, после возвращения его восстанавливается только при выключении питания.

Достойная схема и описание.
Симпатичная схема.
Phase Lock Loops.
Модель ФАПЧ
CMOS Phase-Locked-Loop Applications.
VCO калькулятор HCT4046A.

Схема ФАПЧ на 74HCT4046.

На фотографии показано. Если контур вне резонанса, то ток (синий луч) с трансформатора тока отстаёт от напряжения (желтый луч).

Если генератором подобрать резонансную частоту, то ток и напряжение (синий и желтый лучи) совпадут. Колебательный контур находится в резонансе.

В этом и состоит задача. Научить 4046 определять и генерировать (синтезировать) ту частоту, на которой ток и напряжение совпадут. Каких либо описаний нет, поэтому за основу для рассмотрения и последующей реализации взята схема индукционного нагрева.

Основой микросхемы 4046 является Генератор Управляемый Напряжением (ГУН/VCO). Это значит, при изменении напряжения на входе VCO_IN/9 будет меняться частота на выходе VCO_OUT/4. В простейшем случае, это может быть переменный резистор.

На вход 4046 подаются два сигнала, имеющих форму меандра, оба положительны. Первый, детектируемый (входной) сигнал, подаётся с датчика тока на SIG_IN/14 Второй — опорный, с которым происходит сравнение.

Опорный сигнал формируется алгоритмом детектора фаз микросхемы и подаётся с выхода VCO_OUT/4 на вход COMP_IN/3. Дополнительно, сигнал с VCO_OUT/4 управляет силовыми ключами, тем самым меандр на входе COMP_IN/3 отражает изменение напряжения в колебательном контуре.
После ряда итераций, устанавливается частота при которой выходной сигнал VCO_OUT/4 (напряжение) будет повторять форму детектируемого SIG_IN/14 (тока). Ток и напряжение совпадут, колебательный контур будет выведен в резонанс.

Резонансная частота колебательного контура может меняться, например в системах индукционного нагрева. В этом случае, 4046 автоматически произведёт автоматическую подстройку частоты.

Алгоритмы сравнения определяется выбором компаратора, которых в модификации 4046А три. Их различает алгоритм сравнения сигналов и формирование на выходе каждого из компараторов, своей формы сигнала, которые отражают меру рассогласования фаз на входе COMP_IN/3 и SIG_IN/14.

Для описания логики работы компараторов стоит обратиться к документации 74HCT4046A. Ниже приведена схема работы первого компаратора PC1_OUT.

Из диаграммы следует. На вход 4046 компаратора должны подаваться сигналы меандра. На вход COMP_IN/3 должен подаваться сигнал с генератора VCO_OUT/4. На выходе данного компаратора PC1_OUT/2 результирующий сигнал сложения двух входных сигналов по алгоритму исключающего или.

Согласно базовой концепции микросхемы 4046 между выходом используемого компаратора и входом генератора управляющего напряжением (ГУН/VCO) обязательно должен быть внешний фильтр низких частот .
В зависимости от сигналов рассогласования, который определяется выбором компаратора, необходимо правильно подбирать и расчитывать фильтр низких частот (LPF).

Для алгоритма «исключающего или» рекомендован активный фильтр низких частот с инвертирующим входом.

Получить представление о работе активного фильтра, который использован в схеме индукционного нагрева можно в эмуляторе LTspice. Дополнительная информация о настройках LTSpice: LTspice_Tutorial_1.pdf

Компаратор II часто используется в интернет разработках, в основном неправильно. Алгоритм формирования сигналов рассогласования на выходе запускается положительными перепадами входных импульсов. Если входной сигнал отстаёт от опорного, то выходное напряжение компаратора будет находиться на низком уровне. Если наоборот, опорный сигнал отстаёт от входного, то выходное напряжение будет на высоком уровне. Высокий или низкий уровень сигнала на выходе будет удерживаться без изменения до тех пор, пока существует разность фаз. Поэтому уравнивание фазы требует некоторого времени.

Худшим вариантом фильтра низкой частоты который преобразует сигнал разницы фаз второго компаратора в управляющее напряжение для ГУН является RC цепочка.

Более оптимальным и простым в реализации является фильтр на основе повторителя напряжения LM310 или Lead Lag loop фильтр.

Прочие варианты фильтров и аргументацию их испоользования можно найти в лабораторной работе и стрнаницах книг по настройкам ФАПЧ серии 4046.

Схема и настройка ФАПЧ на 74HCT4046.

Cхема ориентирована для изучения работы 74HCT4046 в разных режимах. В схеме предусмотрены перемычки, которыми можно выбрать фазовый детектор — «Компаратор I». Для данного фазового детектора на плате выполнена разводка активного фильтра низких частот. Для «Компоратора II» 4046, выполнена разводка фильтра низких частот Lead Lag loop. Частотой генератора управляемого напряжением (ГУН/VCO) можно управлять с помощью переменного резистора. Если ни один из фильтров низких частот (LPF) не устроит, к плате можно подключить внешний. Предусмотрена подстройка диапозона рабочих частот.

На вход генератора управляемого напряжением (ГУН/VCO) подаётся напряжение и в зависимости от его значения генератор формирует (синтезирует) определённую частоту. На входе ГУН возможно изменение напряжение от нуля до пяти вольт. Рабочий диапазон микросхемы 19мГц. Делим 19мГц/5V получаем, что измение в один вольт должно с высокой точностью менять частоту генерации в 3.8мГц.

Определить диапозон рабочих частот обязательное требование в спецификацииях по использованию микросхем серии 4046 и её аналогов. Без задания этого диапазона результаты работы микросхемы непредсказуемы. Чем точнее будет указан возможный диапазон, тем эффективней будет работа фильтра. Ниже приведена типовая схема включения. Границы частотного диапазона задаются резисторами R1 и R2 и конденсатором C1

Поэтому первое, с чего следует начать проектирование — это определить диапазон частот в котором будет эксплуатироваться ФАПЧ на основе микросхем серии 4046. В случае с индукционным нагревом оценить возможный разброс частот резонансного контура на холостом ходе и нагреве разных металлов.

Для спирального индуктора индукционной плиты определены следующие резонансные частоты. Ёмкость 0,44мкф-23,4кГц; 0,33мкф-27.2кГц; 0,165мкф-38.5кГц; 0,22 мкф-32,1кГц; 0,11мКф*39,1.1кГц. Малая ёмкость конденсаторов из-за высокой индуктивности индуктора, по той же причине незначительные измнения в частоте при поднесении металла +-5 кГц.

Пока останавлюсь на ёмкости конденсатора 0,22мкф — частота 32.1кГц. При нагреве металла рабочая частота снизится. Центральная частотота — 30кГц. Для номиналов определения резисторов и конденсатора необходимо обратиться к соответсвующей номограмме в описании микросхемы. Конденсатор должен быть выбран как можно меньшей ёмкости, ближайшей к 100pf, но не менее. Рабочее напряжение микросхемы 5V. Если центральная частота 30кГц, можно предусмотреть уход частоты на +-10кГц. Тоесть выбирать нижнюю частоту в районе 20кГц.

Из номограммы следует, сопротивлению 150ком и ёмкости конденсатора 2,7n соответствует частота примерно 22кГц. Надо впаять и посмотреть. Резисторы R1 и R2 временно поставить по 150k и замерить минимальную и максимальную частоты генератора. Для этого необходимо убрать все перемычки и поочередно подать на вход ГУН/VCO плюс питания, а затем нуль.

Нуль питания показал частоту 23,7кГц — это соответсвует номограмме. При подключении ко входу VCO пяти вольт питания с LM7805 частота ушла за восемь мегагерц. Что не так? Через джампер JP2.1 был подключен переменный резистор 10k.Увеличение напряжения от 0V до 5V плавно изменяет частоту на выходе генератора управляемого напряжением (ГУН/VCO). При значениях на входе более 4,98V резко растёт частота и происходит срыв генерации. Из приведенной ниже выдержки из документации видно, что амплитуда на входе генератора управляемого напряжением должна меняться от 0,9V до 4,1V иначе происходит резкий срыв генерации. Компаратор II начинает работу с нижней частоты и поднимается вверх, но он более помехоустойчив, так как начинает работу по фронту импульса. Компаратор I начинает работать со средней частоты и если средняя частота будет близка к резонансной, генератор управляемый напряжением практически сразу будет на неё настроен.

Частоты по напряжениям следующие: 0,9V-27,405кГц; 1.5V-30,0199; 2.5V-34,57кГц; 4.1V-43.69; 4.95V-64кГц (!). Средняя частота (43.69кГц+27,405кГц)/2 = 35,547кГц. 35,47/кГц(4.1V-0,9V)=11,10кгц на вольт. После замены резистора R1.11 (верхняя частота) на 300ком (допустимый максимум) верхняя граница снизилась до 38кГц, но при этом увеличилась и нижняя частота. Изменение сопротивления любого из резисторов R1.11 или R2.12 влияет как на верхнюю так и на нижнюю частотную границу. В схему, к выходу микросхемы R2, были впаяны переменнный резистор 100кОм и последователно ему по схеме постоянный резистор 100кОм. Результат настроек:

Ниже приводится excel файл с расчётом lead lag фильтра низких частот. Пока неясен принцип и критерий начальных условий — шага перестройки частоты b времени установки выходной частоты (settling time). Буду признателен за ссылки. В остальном расчёт проведён по формулам из документации.

Название	Формула	Расчёт
Fmin:	Минимальная частота	25600
Fmax:	Максимальная частота	33400
Settling time:	Время установления выходной частоты	0,07
F step (Гц):	Шаг перестройки частоты	475
2FL:	Fmax — Fmin	7800
Nmax:	Fmax/Fstep	70,31578947
Kn:	1/Fmax	0,014221557
Kp:	Усиление компаратора 5V/(3,14*4)	0,398089172
Wn:	5/Settling time (график Fig.33)	71,42857143
Df:	0,45 (график Fig.33)	0,45
Tau1+Tau2:	KpKvKn/Wn^2	0,016985872
С2:	0,1 мКф на усмотрение пользователя	0,0000001
R4 (Ом):	[(Tau1+Tau2)2WnDf-1]/(KpKvKnC2)	10609,9865
Tau2:	Tau2=R4*C2	0,001060999
Tau1:	(Tau2+Tau1)-Tau2	0,015924873
R3 (Ом):	Tau1/C2-R4	148638,7471

Центральная частота, без сигнала на входе 4046 — 29,1кГц. Стабильно, без сбоев в синхронизации, приведённый выше расчёт даёт работу схемы в границах от 27кГц до 31кГц.

Вход ГУН/VCO на частоте 27кГц

Вход ГУН/VCO на частоте 31кГц

Первое, с чего следует начать, это выбрать из таблицы коэффициент damping ratio (Eps) который определяется чтобы damping ratio выбранной кривой был на 20% меньше overshoot и амплитуда сигнала по прошествии времени установления выходной частоты (settling time) должна быть быть менее 5%. Точки пересечения кривых по оси X(Wdt) = 4.5 В примере расчёта данного в докумекентации к выбрано значение Wnt по оси X = 5. По нему определяют Wn = Wnt/settling time = 5/0.001 = 5000

Ниже преведена графическое представление сигнала и все его параметры.

Детектор нуля. Логика работы.

Компараторы включены в противофазе. Первый компаратор формирует положительный фронт по росту исходного сигнала, второй по его спаду. К выходу каждого компаратора подключен Д-Триггер. На входе данных триггера всегда плюс.

При переходе через нуль, по положительному фронту сигнала происходит переключение триггера. И на его выходе формируется плюс. Дальнейший дребезг сигнала на выходе компаратора в районе «нуля» не влияет на триггер, ложных переключений триггера не происходит, произошёл «захват» нуля.

В момент перехода из нулевого значения верхнего по схеме триггера формируется сигнал сброса в нулевое значение нижнего по схеме триггера и так далее.

При включении схемы случается, что на выходе верхнего и нижнего триггера одновременно устанавливается плюс, схема не работает. Данную ситуацию отслеживает U5 (исключающее или) и в случае возникновения данной ситуации запускается генератор U7/U12, который сбрасывает оба триггера в нулевое, начальное значение после чего отключается.

Cиловые ключи, с которыми будет работать схема, должны включаться и выключаться немногим ранее «нулевого» значений исходного сигнала. Эта возможность показана на осциллограмме и реализуется регулировкой напряжения срабатывания каждого из компараторов.

Необходимо понять почему греется LM7805.

Схему предполагается использовать в индукционном нагреве с датчиком тока. Собран стенд. Частота переключения ключа генератором соответствует или близка резонансной. Осциллограф сломан и даёт примерную форму сигнала, детектор вполне работоспособен. Ложных срабатываний нет.

Детектор нуля на Д-Триггере с защитой от помех.

Загрузить файлы проекта в diptrace (схема и печатная плата) и эмуляция в ltspice. В архиве две версии проектов diptrace с использованием вывода latch компаратора LT1016 и без.

Схему предполагается использовать в индукционном нагреве с датчиком тока. Отсутствуют ложные переключения после определения нуля. Индивидуальная настройка напряжения срабатывания компаратора по напряжению позволяет предварительно определить нуль как по росту так и спаду исходного сигнала.

На входе установлен стабилизатор напряжения на пять вольт LM7805. LM7805 греется, температура на радиаторе 47 градусов. Нагрев дают компараторы. Полярное питание компараторов формируется микросхемой IСL7660/MAX1044. После включения следует проверить наличие пяти вольт на микросхемах и -5V на соответствующем входе питания компараторов.

В компараторах используется управляющий сигнал latch — «защелка». Когда на входе Latch появляется логическая единица, то компаратор «защелкивает» логический уровень, который у него данный момент на выходе и сохраняет их состояние до тех пор, пока на Latch держится логическа единица. Поэтому для начальной настройки компаратора, необходимо соеденить Latch выводы с землёй. В схеме использован компаратор LT1016.

Регулируя переменным резистором напряжения срабатывания верхнего по схеме компаратора необходимо добиться на выходе компаратора меандра. Напряжение срабатывания должно быть выше нуля.

Регулируя переменным резистором напряжения срабатывания нижнего по схеме компаратора необходимо добиться на выходе компаратора меандра. Напряжение срабатывания должно быть ниже нуля.

На фотографии ниже показаны меандры, которые сформированы компаратором включения синий луч и меандр выключения — жёлтый луч. Временным курсором необходимо замерить и запомнить предустановленную разницу между фронтами. В данном примере это 2 микросекунды.

При включении схемы случается, что на выходе верхнего и нижнего триггера одновременно устанавливается логическая единица, схема не работает. Данную ситуацию отслеживает U2.4 (исключающее или) и в случае возникновения данной ситуации запускается генератор U6.1/U6.2, который сбрасывает оба триггера в нулевое, начальное значение после чего отключается. Для проверки генерации необходимо подать +5V на управляющий вход генератора U6.1.1 На фотографии ниже показана работа данного генератора при сопротивлении 200 ом и ёмкости 6,8nf.

К выходу каждого компаратора подключен D-триггер. На входе данных триггера всегда плюс. Поэтому при переходе через нуль, по положительному фронту сигнала CP1/CP2 с компаратора происходит переключение триггера и на его выходе так же формируется плюс. Произошёл «захват» нуля. Дальнейший дребезг сигнала на выходе и выходе компаратора в районе «нуля» не влияет на триггер, ложных переключений триггера не происходит.

В момент перехода из нулевого значения верхнего по схеме триггера формируется сигнал сброса в нулевое значение нижнего по схеме триггера. Сигнал сброса подаются на входы CLR 13 и формируется логическими цепочками — U6.4. Длительность импульса задаётся резистором и конденсатором.

Переключение триггера в нулевое состояние происходит по спаду фронта сигнала сброса. Ранее указывалось время между фронтами меандров, формируемым компаратором и равна двум микросекундам. На осциллограмме, сразу за жёлтым лучём идёт спад сигнала. Запись значения в триггер происходит по подёму фронта. Но возникает дребезг, который приводит к преждевременному переключению триггра. В течении выполнения принудительного сброса, триггер игнорирует любые изменения фронта сигнала записи на входах CP1 и CP2. Поэтому длительность импульса сброса обязана быть в полтора-два раза выше, подбирается подстроечным резистором и равна 4 микросекундам. Осциллограммы сигналов сброса приводятся на фотографии ниже.

Итог работы схемы. На осциллограммениже показано, что схема настроена и позволит включить и выключить силовые ключи за 700ns до фактического перехода исходного сигнала через нуль.

Помехоустойчивый детектор нуля на мультивибраторе.

Идея использовать ждущий мультивибратор основана на том, что одновибратор генерирует импульсы напряжения при подаче на его вход запускающих сигналов от другого источника. В моём случае, в роле данного источника выступает выход компаратора. Ждущий мультивибратор U2.2/U2.1 и U2.3/U2.4, используемый в данной схеме, по спаду фронта с компаратора, должен генерировать импульс заданной длительности. Все последующие переходы через нуль (помехи, дребезг), в течении генерации импульса мультивибратором будут проигнорированы схемотехникой мультивибратора. Сформированный мультивибратором импульс изменяет состояние RS-триггера, который составлен из элементов «И-НЕ» U6.1 и U6.4. Формировать петлю гистерезиса при подобном подходе нет смысла.

Для получения пяти вольт используется стабилизатор LM7805. Одно из условий корректного определения нуля не только в данной схеме наличие полярного питания. Полярное питание формируется микросхемой IСL7660/MAX1044. LM7805 греется, температура на радиаторе 47 градусов. Нагрев дают компараторы. Если решить проблему с нагревом не удастся стоит отказаться от данной технологии формирования питания непосредственно на плате.

Начать после первоначальной сборки схемы стоит с проверки наличия питания пяти вольт на микросхемах и -5V на соответствующем входе питания компараторов.

В схеме использованы компараторы с входом latch — «защелка». Когда на входе Latch появляется логическая единица, то компаратор «защелкивает» логический уровень, который у него в данный момент на выходе и сохраняет его состояние до тех пор, пока на Latch держится логическая единица.

Для начальной настройки компараторов, необходимо соединить Latch выводы с землёй. Нижний компаратор по схеме отвечает за момент включения силовых ключей. Момент срабатывания данного компаратора необходимо настроить в отрицательной области напряжения.

Верхний компаратор отвечает за момент выключения силовых ключей. Момент срабатывания данного компаратора необходимо настроить в положительной области напряжения исходного сигнала.

На осциллограмме, приведённой ниже, показаны сигналы снятые с выходов компараторов, настроенных по описанной методике. Временным курсором осциллографа замеряем и запоминаем величину между фронтами. В данных настройках она составляет 1,8 микросекунд.

В отличии от схемы с детектором нуля на D-триггере использование компараторов с входом latch — «защелка» обязательна. Длительность импульса ждущего мультивибратора настраивается подстроечными резисторами R1/R9 и установлена равной четырём микросекундам. Осциллограммы снимаются с выходов U2.1.3 и U2.4.11. Почему столь экстравагантный сигнал показал синий луч — неизвестно.

Абсолютно важно чтобы длительность импульса мультивибратора была в полтора-два раза больше ранее измеренной временной разницы между фронтами.

Итоги работы показаны ниже. Делителями напряжения R2/R8 на входах компаратора подстраивают моменты включения и выключение силовых ключей. Увеличивая сопротивление данного переменного резистора будет уменьшаться точность подстройки. Так например 50к разделить на 20 оборотов и 5к на 20 оборотов.

Диоды в схеме ограничивают максимум рабочего напряжения входного сигнала от минус пяти до плюс пяти вольт. Это не лучший путь. Искажается исходный сигнал и сдвигается и его фаза. По этой причине была добавлена возможность проведения настроек компаратора как в положительной так и в отрицательной области напряжений. Резистораная обвязка предполагает разные варианты подключения источника сигнала.

Помехоустойчивый детектор нуля на мультивибраторе.

Идея использовать ждущий мультивибратор основана на том, что одновибратор генерирует импульсы напряжения при подаче на его вход запускающих сигналов от другого источника. В роле данного источника выступает выход компаратора. Ждущий мультивибратор U2.3/U6.2 и U2.4/U6.1, генерирует импульс заданной длительности. Все последующие переходы через нуль (помехи, дребезг), в течении действия данного импульса будут проигнорированы схемой мультивибратора. Сформированный мультивибратором импульс изменяет состояние RS-триггера, который составлен из двух элементов «И-НЕ» U6.3 и U6.4. Формировать петлю гистерезиса для данной схемотехники не имеет смысла.

Использование latch входа (защёлка) компараторов оказалось непрактичным. Предыдущая схема была изменена. Функции защёлки реализованы на логических элементах U2.2. и U2.1. Формирование полярного питание удалено с платы детектора нуля. Проблемы питания иная функциональность.

Элементы в схеме, отмеченные звёздочкой в схему не впаяны, но возможно будут востребованы в будущем. Например делитель напряжения R3/R13 может быть рассчитан таким образом, что схема будет контролировать разряд аккумулятора или конденсатора. При достижении 7 вольт, нагрузка может быть отключена и начнётся процесс заряда.

Подготовлена и протравлена печатная плата по ЛУТ технологии. Печатная плата односторонняя. Впаяны основные элементы. Стоит до момента впайки переменные резисторы выставить на 50 процентов.

После первоначальной сборки схемы необходимо проверить наличие питания пяти вольт на логических микросхемах и полярного питания — плюс и минус пять вольт на компараторах. Элементы отмеченные звёздочкой в схему не впаяны, возможно потребуются в будущем.

Затем следует провести предварительную настройку напряжения срабатывания компараторов. На нижнем по схеме и верхнем на фотографии компараторе, второй вывод, подбором переменного резистора следует установить напряжение +0,5V. На верхнем по схеме и нижнем на фотографии компараторе, третий вывод, подбором переменного резистора необходимо установить напряжение -0,5V.

После установки в схему компараторов LT1016 или его аналогов, подать на вход синусоиду с генератора амплитудой до пяти вольт. Частоту установить в диапазоне на котором планируется использование детектора нуля. В моём случае это 30кГц. Моменты срабатывания врхнего на фотографии компоратора должны быть в положительной части синусоиды.

Моменты срабатывания нижнего на фотографии компоратора должны быть в отрицательной части синусоиды.

Далее устанавливаем щупы осциллографа на каждый выход компаратора. Получаем два меандра, замеряем и запоминаем время между фронтами так как это показано на фотографии В примере это время равно двум икросекундам.

Мультивибратор формирует импульсы. Их длительность определяется времязадающими цепочками С6/R9 и C8/R1.

Абсолютно важно, длительность импульсов формируемых мультивибратором должна быть в полтора-два раза больше ранее рассчитанного времени между фронтами компаратора в две микросекунды. Подбором резисторов R9 и R1 устанавливаем длительность импулься в четыре микросекунды. Верхняя граница работчего диапазона схемы будет в районе (4+4=8мкс) 100-150кГц.

Итог работы — меандр сформированный RS триггером. На осциллографе показана возможность раннего, до момента перехода через нуль, включения транзисторного ключа и предварительного его выключения. Момент включения и выключения подстраиваются переменными резисторами задающих момент срабатывания компаратора.

Усиление сигнала.

Выше показана работа детектора нуля, которую можно признать успешной за одним, очень неприятным, «но». Детектор нуля должен обрабатывать сигналы пока контур вне резонанса. Это значит, что сигнал трансформатора тока ограничен значениями в 50-100 милливольт. Этого уровня входного сигнала недостаточно для срабатывания компаратора. Логично, что сигнал необходимо усилить. Для проверки собрана схема на операционном усилителе OP37G. Загрузить файлы проекта усилителя на OP37G в diptrace можно по данной ссылке.

С коэффициентои услиения всё в порядке, но со сдвигом фазы усиленного сигнала (синий луч) относительно исходного (жёлтый луч) — стоит разобраться.

Вплоть до 10кГц сдвига фазы усиленного сигнала относительно исходного не наблюдаются. После 10кГц усилитель OP37 даёт неприемлемый результат. Даже для звукового диапазона целесообразность использования OP37GP очень сомнительна.

Настроить компараторы на приемлемый уровень обработаки усиленного сигнала с учётом сдвига фазы не представляется возможным. Возможно имеет смысл поставить более качественный операционный усилитель, либо подобрать компаратор лучшей чувствительности, либо поднять чувствительность трансформатора тока до значений достаточных для работы компаратора.

В литературе рассматривается возможность использования операционного усилителя в качестве компаратора. Этот путь для op37 оказался абсолютно тупиковым. Настроить совместную работу усилителей в режиме компаратора очень сложно, фронты сигнала — сюрреализм.

ферритовые кольца трансформатора тока.

Некоторое замешательство вызвал сдвиг фаз который зависит от используемой марки сердечника трансформатора тока. Кольца из карбонильного железа (красно-чёрное) даёт задержку фазы при определении сигнала тока. Зелёные и синие кольца работают верно (жёлтый луч) при условии, что сигнал с кольца трансформатора тока из карбонильного (синий луч) ошибочен.

Так же карбонильное железо неприемлемо в качестве индуктора на низких частотах в 50кГц. Ток потребления раз в десять выше нормы.

Использования феррита в трансформаторе тока даёт задержку сигнала. Это значит, что определение нуля, основанное на информации с датчика тока, неверно. Надо обеспечить предварительное определение нуля или строить схему подбора частоты по максимальной амплитуде сигнала с датчика тока.

Сдвиг фазы на операционном усилителе.

Изменение фазы сигнала при ёмкости 6,8nf * 5k

Изменение фазы сигнала при ёмкости 10nf * 5k

Амплитуда исходного сигнала — 10мv.

Логарифмический усилитель на операционном усилителе.

Амплитуда сигнала с трансформатора тока, в случае если колебательный контур вне резонанса — 50 милливольт. После вывода колебательного контура в резонанс амплитуда врзрастает и достигает значений более 200 милливольт. Решить проблему разброса амплитуды сигналов должен логарифмический усилитель. У логарифмического усилителя выходной сигнал пропорционален логарифму входного сигнала. Коэффициент усиления меняется по логарифмическому и минимален при максимумах входного сигнала. Логарифмическое изменение коэффициента усиления дают диоды (диод), которые включены в цепь обратной связи.

Вырисовывается следующая схема определения нуля. Первым в цепи — логарифмический усилитель, затем схема регулирующая сдвиг фазы и детектор нуля на компараторе. Возможны варианты.

Логарифмический усилитель на операционном усилителе.

Первым в цепи — логарифмический усилитель, затем схема регулирующая сдвиг фазы (без инверсии) и детектор нуля на компараторе. Проверяемый операционном усилитель — op37g для частот более 10кГц — слёзы. Настроить можно, но время тратить смысла нет.

Тестирование детектора нуля и ФАПЧ 4046.

Детектор нуля с трансформатора тока.

Детектор нуля с витка связи.

Подключена схема на 4046.

Что-то, похожее на правду.

Копилка.

Сдвиг фазы сигнала.
Basic Op-Amp Applications.
Кольцевые сердечники карбонильного железа фирмы AMIDON.
А.Р.Мамий, В.Б.Тлячев Операционные усилители
А.С.Колдунов Радиолюбительская азбука. Цифровая техника.
А.С.Колдунов Радиолюбительская азбука. Аналоговые устройства.
Simple Methods for Detecting Zero Crossing.
Примеры исользования компараторов.
Расчет и применение GDT.
Dual 3A DC-DC Voltage.
Level detectors and schmitt triggers.
Ultrafast, 4 ns. Single-Supply Comparators.
Формирователи и генераторы импульсов.
Основы теории синтезаторов частоты.

Оглавление.

Детектор «нуля» в резонансном контуре.
Детектор нуля на генераторе с внешней синхронизацией.
Полярное питание на LM78XX/LM79XX.
Детектор нуля. Исключающее «или» на компараторе.
Детектор нуля. Фильтр автоматичсекой подстройки частоты.
Детектор нуля на компараторе ad9696kn. Инвертирующий вход.
Детектор нуля на компараторе. Неинвертирующий вход.
Силовой блок.
Фильтр автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) на 74HCT4046N (CD4046).
Схема ФАПЧ на 74HCT4046.
Схема и настройка ФАПЧ на 74HCT4046.
Детектор нуля. Логика работы.
Детектор нуля на Д-Триггере с защитой от помех.
Помехоустойчивый детектор нуля на мультивибраторе.
Помехоустойчивый детектор нуля на мультивибраторе — вторая часть.
Усиление сигнала.
ферритовые кольца трансформатора тока.
Сдвиг фазы на операционном усилителе.
Логарифмический усилитель на операционном усилителе.
Логарифмический усилитель на операционном усилителе — вторая часть.
Тестирование детектора нуля и ФАПЧ 4046.
Копилка.

Детектор перехода через ноль с гальванической развязкой и без неё

В современных домохозяйствах большинство устройств (лампочки, телевизоры, кондиционеры и т.д.) запитываются от напряжения переменного тока. Мы можем управлять включением и выключением этих устройств с помощью платы Arduino и реле, эти способы управления домашними электронными устройствами рассматривались на нашем сайте в проектах автоматизации дома. Но если нам нужно не просто управлять процессами включения/выключения устройств, а нужно еще, к примеру, регулировать яркость свечения лампы или частоту вращения вентилятора, то здесь нам необходимо использовать методы управления фазами и статические переключатели наподобие симисторов (TRIAC) для управления фазами напряжение переменного тока.

В данной статье мы рассмотрим создание регулятора силы света (диммера, dimmer) лампы переменного тока на основе платы Arduino и симистора. Для переключения режимов лампы переменного тока мы будем использовать симистор (TRIAC) – быстродействующий электронный переключатель, наиболее хорошо подходящий для проектов подобного вида.

На нашем сайте вы можете также посмотреть проекты, в которых использовалась регулировка силы света:

регулятор силы свечения светодиода на микроконтроллере AVR ATmega32;
автоматическое управление яркостью свечения светодиода с помощью Arduino;

Методика обнаружения перехода через ноль

Для управления напряжением переменного тока первое, что мы должны уметь делать – это обнаруживать переходы через ноль сигнала переменного тока. Следовательно, в каждый момент времени, когда этот сигнал переходит через ноль, мы должны переключать симистор. Момент перехода через ноль сигнала переменного тока показан на следующем рисунке.

Читайте также: Какой кабель нужен для подключения электроплиты и духовки

Программирование

Создаем глобальную переменную:

/* USER CODE BEGIN PV */ uint8_t AC_Zero_Crossing = 0; /* USER CODE END PV */

Для гальванически неразвязанного просто добавляем обработчик, в которм переменная инвертируется (значение меняется на противоположенное (0->255->0->255…)) каждый раз при возникновении прерывания (при каждом переходе):

/* USER CODE BEGIN 4 */ void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) < if(GPIO_Pin == AC_Zero_Pin) < AC_Zero_Crossing = ~AC_Zero_Crossing; >> /* USER CODE END 4 */

И функция, вызываемая при каждом импульсе по переднему фронту, в которой присваивается переменной 255:

/* USER CODE BEGIN 4 */ void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) < if(GPIO_Pin == AC_Zero_Pin) < AC_Zero_Crossing = 255; >> /* USER CODE END 4 */

Принцип работы симистора

Симистор (симметричный триодный тиристор, в англ. TRIAC) представляет собой переключатель переменного тока с тремя выводами, который можно переключить при помощи подачи отпирающего импульса на его управляющий вывод (затвор). Но в отличие от других подобных переключателей, которые проводят ток в одном направлении, симистор может управлять током в обоих направлениях. В нашем проекте мы будем использовать симистор BT136.

Принцип управления симистора переменным током показан на следующем рисунке.

Как показано на рисунке, мы можем переключать, к примеру, симистор на угле 90 градусов при помощи подачи отпирающего импульса на его управляющий вывод. В этом случае мы будем подавать ток на лампу только в половине времени положительной полуволны сигнала (на графике время t1), соответственно, лампа будет гореть вполовину мощности. Уменьшая или увеличивая это время мы можем заставить лампу гореть ярче или тусклее.

Частота сигнала переменного тока в нашей сети составляет 50 Гц, соответственно, период сигнала равен 1/f =20 миллисекунд. Значит, половина периода будет равна 10 мс. Поэтому мы можем изменять время t1 на приведенном графике для управления яркостью свечения лампы переменного тока в диапазоне от 0 до 10 мс (10000 мкс).

Читайте также: Как правильно установить инфракрасный обогреватель: описание монтажа

Определение пересечения нуля без гальванической развязки

Если МК находится в корпусе, то можно очень просто определять пересечение нуля синусоидой благодаря наличию встроенных защитных диодов.
Они есть у всех распространенных микроконтроллерах, в том числе и STM32:

Собирать тут почти нечего, просто подключаю сетевое напряжение через два резистора:

На осциле почти прямоугольные импульсы, как и при моделировании.

Теперь настроив внешнее прерывания на два фронта будем знать когда переменное напряжение пересекает ноль.

AVR182: Zero Cross Detector

Простой цифровой регулятор мощности

Схема проекта

Схема регулятора силы света (диммера) на Arduino и симисторе представлена на следующем рисунке.

Схема соединения симистора и оптопары показана на следующем рисунке.

Эту схему мы собрали на перфорированной плате, у нас получилась конструкция следующего вида:

Оптопару MCT2E и соединения с ней мы также разместили на перфорированной плате и подсоединили ее к понижающему трансформатору.

Читайте также: Управление асинхронным двигателем. Три наиболее популярные схемы.

Конструкция всего проекта в сборе выглядит следующим образом:

Материалы

Вариант 1

Для удобства следует разбить список покупок на несколько основных пунктов, в зависимости от того, для чего мы будем использовать те или иные инструменты. Так, вам будет необходимо собрать:

Детектор для отслеживания пересечений с нулем. Для этой части проекта потребуется H11AA11 с парой резисторов на 10кОм, а также мостовой выпрямитель на 400 Вольт и ещё пара резисторов на 30 кОм. Для удобства стоит прикупить и 1 разъем, а также стабилизатор на 5.1 Вольт.
Драйвер для лампы. Здесь достаточно будет простого светодиода, а также MOC3021 с резистором 220 Ом (можно и больше), а еще резистором на 470 Ом и 1 кОм, и один симистор, подойдет версия TIC Также можете докупить ещё один разъем.
Вспомогательные элементы. Конечно, при спайке не обойтись без проводов и куска текстолита 6 на 3 см.

Когда вы соберёте все необходимые элементы, придёт время спайки, поэтому, помимо выше перечисленного, потребуются также паяльник и канифоль с припайкой. Плату вы можете расчертить и сделать самостоятельно или воспользоваться специальным принтером, если есть в наличии. Варианты расположения дорожек можно найти на нашем сайте или спроектировать всё самостоятельно, по вашему желанию.

Вариант 2

Для нашего второго альтернативного варианта нам понадобятся:

1x — 330 Ом резистор 2x — 33К резистора 1x — 22К резистор 1x- 220 Ом резистор 4x — 1N4508 диоды 1x — 1N4007 диоды 1x — Диод Zener 10V.4W 1x — Конденсатор 2.2uF / 63V 1x — Конденсатор 220nF / 275V 1x — Arduino / Ардуино 1x — Оптрон: 4N35 1x — МОП-транзистор: IRF830A 1x — Лампа: 100 Вт 1x — Питание 230 В 1x — Розетка 1x — Паяльная плата и паяльный комплект

Тестирование работы проекта

На следующих трех рисунках показаны 3 степени регулировки яркости лампы переменного тока.

1. Маленький шаг регулировки.

2. Средний шаг регулировки.

3. Максимальный шаг регулировки.

Создание платы

Мы рассмотрим самый бюджетный вариант – вытравку платы в соляном растворе, но прежде на неё необходимо будет наклеить проект, который вы можете создать в программе по желанию. Дальнейшая сборка не несёт никаких трудностей и секретов, необходимо будет воспользоваться панельками под оптроны и мостовые выпрямители. Также, при написании текста, для разметки элемента, его стоит делать зеркальным, так как при ЛУТе, отпечатавшийся рисунок примет правильный вид на меде, и перенесется так, что вы без проблем прочитаете все необходимые данные.

Хорошим выбором станет TIC206, который выдаст добротных 6 ампер. Но здесь стоит учесть, что те проводники, которые установлены на плате, просто не выдержат такую силу тока, поэтому дополнительно стоит припаять провод на проводник симистора у разъемов, а вторую часть – к другим разъемам.

Также, при наличии оптрона H11AA11, мостовой выпрямитель можно не использовать, ведь в нем уже имеются два не параллельных диода, а также возможность работы с переменными токами. Совместимость с выводами 4N25 позволяет просто вставить его к припою с двумя перемычками, находящимися между 5 и 7 резистором, на нашей схеме.

Во втором варианте схема будет выглядеть так:

Конструкция детектора скрытой проводки

Прибор состоит из 3 основных элементов:

Датчика электромагнитного поля.
Усилителя.
Визуального или звукового сигнализатора.

По форме корпуса искатели делятся на виды:

цилиндрические;
плоские.

Прибор первого типа чаще всего похож на указатель фазы (индикаторную отвертку).

Необходимые компоненты

паяльник;
нож;
кусачки;
пинцет;
канифоль и припой.

Помимо инструментов, нужны радиодетали – транзисторы, светодиоды, микросхемы и др.

Читайте также: Рекомендации по выбору вида, типа и мощности двигателя электропривода

Перечень зависит от того, какая схема искателя скрытой проводки взята за основу.

Универсальный детектор электропроводки

Самодельная версия комбинированного устройства. Состоит из 2 модулей:

металлоискателя;
электростатического детектора.

Такое исполнение усложняет конструкцию прибора, но расширяет спектр его возможностей. Он способен найти:

обесточенную линию;
провод под напряжением внутри металлического профиля;
арматуру, гвозди и т.д.

Индуктивные катушки металлоискателя выполняют из провода марки ПЭВТЛ сечением 0,35 кв. мм, наматывая их на ферритовый сердечник диаметром 8 мм.

В схеме задействованы 2 усилителя марки КР140УД1208. Транзистор КТ315 (VT1) выступает генератором высоких частот (100 кГц). Он переходит в режим возбуждения благодаря переменному резистору R6.

Диод КД522 выпрямляет выходной сигнал VT1.

Микросхема К561ЛЕ5 выступает генератором звука. Выходной сигнал с VT1 посредством компаратора на базе усилителя КР140УД1208ОУ переводит ее в режим ожидания, что сопровождается затуханием светодиода.

Порядок настройки металлоискателя:

Разместить прибор на удалении от металлических предметов.
С помощью подстроечных резисторов R3 и R5 добиться, чтобы генерация стала минимальной (диод светится слабо и неравномерно).
Вращая R3, погасить диод.
Поднести металлический предмет, например монету, и с помощью подстроечных резисторов настроить чувствительность.

При попадании металлического предмета в поле действия антенны из катушек L1 и L2 происходит срыв генерации с последующим запуском компаратора и свечением диода. Одновременно пьезоизлучатель издает звук частотой 1000 Гц.

Зачем знать разводку электропроводки

Точные сведения о местоположении кабеля нужны в следующих случаях:

Если предстоят ремонтные работы, включающие в себя сверление стены.
При необходимости вскрытия штробы для извлечения перебитого или сгоревшего провода.

Капитальные конструкции сверлят для решения таких задач:

устройства новых розеток и выключателей;
навешивания полки, бойлера, прочего оборудования;
прокладки труб или новых кабелей.

Если перфоратор повредит провод в стене, это может привести к таким последствиям:

Инструмент выйдет из строя.
Возникнет короткое замыкание и вводный автомат обесточит квартиру.
Вместо перебитого кабеля придется прокладывать новый, после чего нужно будет заново делать ремонт.

Чтобы избежать перечисленных неприятностей, перед сверлением выясняют расположение проводов. В большинстве случаев чертеж с привязками отсутствует либо отражает недостоверную информацию. Поэтому используют специальный прибор – детектор (искатель) скрытой проводки.

Малогабаритный металлодетектор

Этот вариант металлоискателя является более компактным за счет отсутствия катушек индуктивности. Их функцию выполняет обмотка реле.

Принцип действия прибора основан на подсчете разности частот 2 генераторов – LC и RC. У одного из них она меняется в случае приближения к металлическому предмету.

Сравнение частот осуществляет смеситель. Он формирует на выходе сигнал, соответствующий их разности, который после обработки фильтром поступает на компаратор. Тот создает меандр той же частоты, в результате чего пользователь слышит треск.

источники:

https://cxemka.com/62-detektor-perehoda-cherez-nol-s-galvanicheskoi-razvjazkoi-i-bez-neyo.html

https://energy4all.ru/zero.html

https://svet202.ru/kabeli/shema-detektora-nulya.html