Cómo hacer un circuito detector de cruce por cero

Cómo hacer un circuito detector de cruce por cero

Hacer un circuito detector de cruce por cero es realmente muy fácil y podría aplicarse de manera efectiva para proteger equipos electrónicos sensibles contra sobretensiones del interruptor de red.

Un circuito detector de cruce por cero se utiliza principalmente para proteger los dispositivos electrónicos de sobretensiones de encendido, asegurando que durante el encendido, la fase de la red eléctrica siempre 'ingrese' al circuito en su primer punto de cruce por cero.
Curiosamente, excepto 'wikipedia', ningún otro sitio en línea superior ha abordado hasta ahora esta aplicación crucial de un concepto de detector de cruce por cero, espero que actualicen sus artículos después de leer esta publicación.

¿Qué es un detector de cruce por cero?

Todos sabemos que la fase de CA de nuestra red está compuesta por fases de tensión sinusoidal alterna como se muestra a continuación:



En esta CA alterna, la corriente se puede ver alternando a través de la línea cero central y a través de los niveles de pico superior positivo e inferior negativo, a través de un ángulo de fase particular.

Este ángulo de fase se puede ver aumentando y disminuyendo exponencialmente, lo que significa que lo está haciendo de manera gradualmente ascendente y descendente.

El ciclo alterno en una CA ocurre 50 veces por segundo para la red eléctrica de 220 V y 60 veces por segundo para las entradas de la red eléctrica de 120 V, según lo establecido por las reglas estándar. Esta respuesta de 50 ciclos se llama frecuencia de 50 Hz y la de 60 Hz se llama frecuencia de 60 Hz para estos tomacorrientes en nuestros hogares.

Siempre que encendemos un aparato o un dispositivo electrónico a la red, está sujeto a una entrada repentina de la fase de CA, y si este punto de entrada se encuentra en el pico del ángulo de fase, podría implicar que se esté forzando la corriente máxima al dispositivo. en el punto de encendido.

Aunque la mayoría de los dispositivos estarán preparados para esto y pueden estar equipados con etapas de protección mediante resistencias, o NTC o MOV, nunca se recomienda someterlos a situaciones tan repentinas e impredecibles.

Para abordar este problema, se utiliza una etapa de detector de cruce por cero que garantiza que cada vez que se enciende un dispositivo con la alimentación de red, el circuito de cruce por cero espera hasta que el ciclo de fase de CA alcanza la línea cero, y en este punto enciende la red. poder al gadget.

Cómo diseñar un detector de cruce por cero

Diseñar un detector de cruce por cero no es difícil. Podemos hacerlo usando un opamp, como se muestra a continuación, sin embargo usando un opamp para un concepto simple, ya que parece exagerado, por lo que también discutiremos cómo implementar lo mismo usando un diseño basado en transistores ordinarios:

Circuito detector de paso por cero Opamp

Circuito detector de cruce por cero usando opamp

Nota: la entrada de CA debe ser de un puente rectificador

La figura anterior muestra un circuito detector de cruce por cero basado en opamp simple 741 que se puede utilizar para todas las aplicaciones que requieren una ejecución basada en cruce por cero.

Como puede verse, el 741 se configura como comparador , en el que su pin no inversor está conectado a tierra a través de un diodo 1N4148, lo que provoca una caída de potencial de 0,6 V en este pin de entrada.

El otro pin de entrada # 2, que es el pin inversor de su iC, se utiliza para la detección de cruce por cero y se aplica con la señal de CA preferida.

Como sabemos que mientras el potencial del pin # 3 sea menor que el del pin # 2, el potencial de salida en el pin # 6 será 0V, y tan pronto como el voltaje del pin # 3 supere el pin # 2, el voltaje de salida cambiará rápidamente. a los 12V (nivel de suministro).

Por lo tanto, dentro de la señal de CA de entrada alimentada durante los períodos en que el voltaje de fase está muy por encima de la línea cero, o al menos por encima de 0,6 V sobre la línea cero, la salida del amplificador operacional muestra un potencial cero ... pero durante los períodos en los que el La fase está a punto de entrar o cruzar la línea cero, el pin n. ° 2 experimenta un potencial por debajo de la referencia de 0,6 V según lo establecido para el pin n. ° 3, lo que provoca una reversión inmediata de la salida a 12 V.

Por lo tanto, la salida durante estos puntos se convierte en un nivel alto de 12 V, y esta secuencia se activa cada vez que la fase cruza la línea cero de su ciclo de fase.

La forma de onda resultante se puede ver en la salida del IC que expresa y confirma claramente la detección de cruce por cero del IC.

Usando un circuito BJT optoacoplador

Aunque el detector de cruce por cero opamp discutido anteriormente es muy eficiente, lo mismo se puede implementar usando un optoacoplador BJT ordinario con una precisión razonablemente buena.

Circuito detector de cruce por cero basado en optoacoplador

Nota: la entrada de CA debe ser de un puente rectificador

En referencia a la imagen de arriba, el BJT en forma de fototransistor asociado dentro de un optoacoplador se puede configurar efectivamente como un circuito detector de cruce por cero más simple .

La red de CA se alimenta al LED del opamp a través de una resistencia de alto valor. Durante sus ciclos de fase, siempre que el voltaje de la red esté por encima de 2V, el fototransistor permanece en el modo de conducción y la respuesta de salida se mantiene cerca de cero voltios, sin embargo, durante los momentos en que la fase alcanza la línea cero de su recorrido, el LED dentro del opto se apaga haciendo que el transistor también se apague, esta respuesta hace que aparezca instantáneamente una lógica alta en el punto de salida indicado de la configuración.

Circuito de aplicación práctica con detección de cruce por cero

A continuación se puede ver un circuito de ejemplo práctico que utiliza una detección de cruce por cero, aquí nunca se permite que el triac se cambie en ningún otro punto de fase excepto en el punto de cruce por cero, siempre que se encienda la alimentación.

Esto asegura que el circuito siempre se mantenga alejado de la sobretensión de corriente del interruptor ON y de sus peligros relevantes.

Circuito detector de cruce por cero BJT único

Nota: la entrada de CA debe ser de un puente rectificador

En el concepto anterior, un triac se dispara a través de una pequeña señal SCR controlada por un PNP BJT. Este PNP BJT está configurado para ejecutar una detección de cruce por cero para la conmutación segura prevista del triac y la carga asociada.

En cualquier momento cuando se enciende la energía, el SCR obtiene su suministro de ánodo de la fuente de disparo de CC existente, sin embargo, su voltaje de puerta se enciende solo en el momento en que la entrada pasa por su primer punto de cruce por cero.

Una vez que el SCR se activa en el punto seguro de cruce por cero, dispara el triac y la carga conectada y, a su vez, se bloquea, lo que garantiza una corriente de puerta continua para el triac.

Este tipo de conmutación en los puntos de cruce por cero cada vez que se enciende la alimentación garantiza un encendido constante y seguro para la carga, eliminando todos los peligros posibles que normalmente se asocian con el encendido repentino de la red.

Eliminación de ruido de RF

Otra gran aplicación de un circuito detector de cruce por cero es para eliminar el ruido en los circuitos de conmutación del triac . Tomemos el ejemplo de un circuito de atenuación de luz electrónica , normalmente encontramos circuitos que emiten mucho ruido de RF a la atmósfera y también a la red eléctrica, lo que provoca un vertido innecesario de armónicos.

Esto sucede debido a la rápida intersección de la conducción del triac a través de los ciclos positivo / negativo a través de la línea de cruce por cero ... especialmente alrededor de la transición de cruce por cero donde el triac se somete a una zona de voltaje indefinido, lo que hace que produzca transitorios de corriente rápidos que en a su vez se emiten como ruido de RF.

Un detector de cruce por cero si se agrega a circuitos basados ​​en triac , elimina este fenómeno al permitir que el triac se dispare solo cuando el ciclo de CA ha cruzado perfectamente la línea cero, lo que asegura una conmutación limpia del triac, eliminando así los transitorios de RF.

Referencia:

Circuito de paso por cero




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