Форум РадиоКот

Понадобился детектор перехода через ноль с гальванической развязкой выхода. Ну развязка понятно - через оптопару. Но подключать оптопару непосредственно к сети через гасящий резистор и диод (как это сделано во многих простейших детекторах) я не хочу - непозволительно много энергии уходит в тепло на гасящем резисторе. Да и задержка выходного импульса в них зависит от напряжения в сети.
Хотелось бы, чтобы детектор удовлетворял таким требованиям:
1. Гальваническая развязка выхода.
2. Низкое потребление (не более 0.1 Вт).
3. ВременнАя стабильность при изменении сетевого напряжения или окружающей температуры - скажем, не более +-5% от длительности полуволны (10 мс) при напряжении сети от 150 до 250 вольт и окружающей температуре от +10 до +40.
4. Подешевле и попроще (относительно, конечно... понятно, что не из трех деталей по 2 копейки
5. Однозначное определение направления перехода (вверх или вниз) по выходному сигналу, можно детектить начало полуволны только одной полярности.

Покопавшись в инете и не найдя ничего приглянувшегося, нарисовал свою схему:

Конденсаторное питание на 9 вольт на элементах R1, C1-C2, VD2-VD6. Через D3 и делитель на R14,R11 положительные полуволны подаются на операционник D1 (LM2904), ПОС дает гистерезис от помех. C3 и R15 образуют что-то типа примитивного одновибратора для формирования коротких импульсов от широких входных. Ну и LD7 - это сама оптопара, вернее ее светодиод

Вот графики симуляции этой схемы:

Легенда:
- верхний график: сетевое напряжение
- средний график: голубым - входное напряжение ОУ, желтым - выходное напряжение ОУ
- нижний график: желтым - ток светодиода, коричневым - рассеиваемая на R1 мощность
Вот увеличенный по временнОй шкале фрагмент:

По симуляции вроде бы все работает отлично в диапазоне как минимум 100-250 вольт. На R1 рассеивается около 12-13 мВт при входных 220 вольтах. Задержка фронта выходного сигнала колеблется в пределах 65-115 микросекунд от перехода через ноль, то есть на порядок лучше требований.
Делал макетку, снимал показания осциллографом, все очень близко к симуляции. Но я в аналоговой схемотехнике очень сильно плаваю и хотел бы услышать мнение более опытных - может я что-то упускаю? Может что-то тут сделано так как делать нельзя? Был бы благодарен за советы

Можно и воть такое
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php? ... 7#p3133817
А можно вроде и попроще на простых делителях....

Нельзя на вход подавать сигнал больше питания.
Выход с положительным входом тоже мало смысла соединять.
Как будет работать с сетевыми помехами - вопрос...
Общая оценка - между 1 и 2...)))

[uquote="BOB51",url="/forum/viewtopic.php?p=3289103#p3289103"]Можно и воть такое
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php? ... 7#p3133817
А можно вроде и попроще на простых делителях....
[/uquote]
Нее, такое - это как раз чего я хотел избежать - нагреватель на гасящих резисторах и зависимость задержки от напряжения в сети

Enman писал(а):Нельзя на вход подавать сигнал больше питания.

Согласен, в общем случае нельзя, но по даташиту допустимо до 32 вольт, а сохранение линейных параметров меня не интересует, все равно ОУ работает в ключевом режиме компаратора

Enman писал(а):Выход с положительным входом тоже мало смысла соединять.

Смысл в гистерезисе - выдав сигнал при околонулевом напряжении на отрицательном входе, ОУ будет держать этот выход пока напряжение на отрицательном входе не достигнет выходного напряжения, т.е. что-то там около 7.5 вольт Если положительный вход посадить на землю, то при малейших помехах в сети в районе нуля все эти помехи будут на выходе операционника. Можно посадить на среднюю точку делителя напряжения питания, но и тогда все помехи на уровне полученного напряжения (с учетом входного делителя) будут идти на выход
Как будет с помехами работать - пока действительно вопрос, но в первом приближении должно неплохо справляться. Может срабатывать раньше реального перехода если вблизи нуля в сети будет отрицательный выброс, пересекающий ноль, но как с этим бороться без значительного усложнения детектора или ухудшения его точности - я не представляю.

Добавлено after 26 minutes 52 seconds:
[uquote="Enman",url="/forum/viewtopic.php?p=3289147#p3289147"]Общая оценка - между 1 и 2...)))[/uquote]
Просимулировал приложенную Вами схемку - к точности нет вопросов, держит во всем диапазоне напряжения. Но есть три момента, которые мне не нравятся
1. Ток светодиода меняется довольно значительно в зависимости от сетевого напряжения. Причем, при указанных номиналах он при 220 вольтах сетевого не достигает и 2.5 мА, при 150 вольтах - меньше 1.5 мА.
2. На резисторах R1-R2 рассеивается суммарная мощность около 0.13 Вт. Не критично, но все же многовато
3. Импульсы выдаются на обе полуволны, при этом невозможно определить какая именно полуволна начинается - положительная или отрицательная.

1.Добавить стабилитрон к 22К и изменить резистор 1К.
3.Поставить вместо моста один диод (+потребление уменьшится в 2 раза, до 0,055 Вт).
===
С помехами можно бороться фильтрами (активными), которые будут сильно сдвигать фазу(напр., до 180 гр.) или обеспечить фазовую автоподстройку частоты отдельного эталонного генератора 50 Гц (причём не обязательно синус), а ноль формировать с него....Но это уже скорее не из мира применяемой техники...))))
Ещё можно первичную обмотку маленького трансформатора (220/15) настраивать в резонанс, в сеть его включать
через ~100К !!!, а со вторички ловить настоящим компаратором 0 (после диодного ограничителя).

https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=337399 имхо проще некуда

Добавлено after 14 minutes 46 seconds:
https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=125698 вот еще вариант, интересное решение

Enman писал(а):1.Добавить стабилитрон к 22К и изменить резистор 1К.
3.Поставить вместо моста один диод (+потребление уменьшится в 2 раза, до 0,055 Вт).

1. Да, этот вопрос решается. Вот в последнем посту дали ссылку как раз на схему со стабилитроном.
3. Да, полуволну ловит только одну, но потребление не меняется

vlasovzloy писал(а):вот еще вариант, интересное решение

Спасибо, посмотрел, просимулировал. В принципе, поставив один диод вместо моста по совету ниже, задачу отлова только определенной полуволны решил. Однако помехозащищенность у этой схемы получается никакущая


Вот, для сравнения, на операционнике:


Хотя, поставив после гасящих резисторов конденсатор на 10n, большинство помех можно отсечь:


Спасибо за помощь, буду думать. В плюсах схемы на транзисторе - простота, в минусах более высокое потребление и небольшой ток оптопары, который к тому же еще и зависит от сетевого напряжения (даже в схеме со стабилитроном, хотя и в гораздо меньшей степени) и сильно падает с введением помехоподавляющего конденсатора.

конденсатор параллельно R3 по второй ссылке, да?

Добавлено after 4 minutes 4 seconds:
не пойму вобщем, куда там ты кондер ставил. там же и так помехи гасятся за счет схемотехники. резко транзистор открылся и кондер разрядил на оптопару, пока он зарядится опять там полпериода или полполпериода пройдет. откуда у тебя импульсы?
кстати да, если туда еще и тиристор поставить или динистор, тогда вообще помех никаких не должно быть

vlasovzloy писал(а):конденсатор параллельно R3 по второй ссылке, да?

Нет, между диодным мостом и гасящими резисторами:


Вот полная схема симуляции:

Здесь V2, R20-R24 - элементы для введения сигнала помехи и измерения результирующего входного напряжения. C5 - как раз этот фильтрующий конденсатор.

vlasovzloy писал(а):там же и так помехи гасятся за счет схемотехники. резко транзистор открылся и кондер разрядил на оптопару

Но если во время разряда конденсатора напряжение на базе в результате импульсного всплеска помехи превысит остаточное напряжение на конденсаторе, транзистор так же резко закроется и потом опять откроется когда всплеск пройдет А помехи будут, т.к. предполагается коммутировать мощную нагрузку - трансформатор для контактной сварки. Уже пару месяцев неспешно в немногое свободное время разрабатываю управление точечной сваркой, интерфейс отладил, теперь дело за силовой частью и логикой работы


Остановлюсь пока на транзисторной схеме, все же она заметно проще, чем на ОУ. Отфрезерую печатку под нее и посмотрю на ее работу в железе, правда пока только в тепличных условиях.
Оптопару планирую использовать ширпотребовскую - PC817, вроде бы она должна стабильно работать при обещанных в симуляции 5 мА

Попробуй в симуляторе аналог тиристора надвух транзисторах нпн пнп или тиристор если есть. Как там будет с помехами о прочее. Или однопереходный кт117

vlasovzloy писал(а):Попробуй в симуляторе аналог тиристора надвух транзисторах

Попробовал вот так:


С помехами все отлично:


Но теперь зависимость задержки от напряжения стала очень большой - гуляет до 0.5 мсек в требуемом диапазоне напряжения
Может я что-то не так нарисовал в подключении аналога тиристора?

Все правильно нарисовал. 0,5 мс многовато конечно. Но у тебя там очень уж волосатая синусоида, мб в реальности намного красивей, да и конденсатор помехоподпвляющий как ты предлагал поставить, только не так много, а 1000-4000пФ. Имхо должно норм получиться

Задержка гуляет и на чистом синусе

Кст этим конденсатором и подбором стабилитрона можно настроить чтобы точно в момент перехода срабатывало. И еще попробовать если диод VD2 спрямить, как интеремно будет?

Добавлено after 3 minutes 25 seconds:
Без диода так и так только одну полуволну будет ловить

Да меня не столько интересует абсолютная точность, сколько стабильность. Пусть оно даже на несколько миллисекунд задерживается или опережает, главное чтобы это время было стабильным во всем диапазоне напряжения
Думаю, что меня вполне устроит схема с одним транзистором и фильтрующим конденсатором, там все параметры вроде бы неплохи

С тиристором (аналогом) больше понравилось

Если бы не гуляющая длительность задержки, использовал бы тиристорный аналог
Посмотрю еще потом, скорее всего в процессе будет еще пара вариантов силовой платы, может быть попробую на одном из них "тиристорную" схему детектора

Пока сижу продолжаю осваивать Альтиум и компоновать силовую плату

Ну, в добрый путь. Ждем фото видео

Спасибо Но это будет еще не скоро, времени свободного мало, а поэкспериментировать придется еще прилично с моим знание аналоговой схемотехники вообще и связанной с трансформаторами в частности Цифра и микроконтроллеры гораздо проще и понятнее...

У меня глупый вопрос: практическое применение подобного устройства?