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电路分析:交流电源的零交越脉冲电源电路设计

2013-10-29 10:18
络遇
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  本设计中的电路可生成一个交流电源的零交越脉冲,并提供电气绝缘。输出脉冲的下降沿出现在零交越点前约200μs。使用这个电路可以安全地停止一个可控硅栅极的触发,使之有时间正常地关断。只有当主电压约为0V时,电路才产生短脉冲,因此在230V、50Hz输入下只耗电200mW。

  电路为电容C1 充电,直至达到22V齐纳二极管D3的上限(图1)。电阻R1和R5用于限制输入电流。当输入整流电压降至C1电压以下时,Q1开始导通,产生一个几百微秒长的脉冲。IC1的耦合使得Q1方波发生器作出响应。rms工作电压只需要R1和R5。SMD的1206型电阻一般能承受rms为200V 的电压。本设计将R1和R5之间的输入电压一分为二,总额定电压为rms值400V。D3用于将桥的电压限制在22V,因此后面所有元件都有较低的额定电压。22V齐纳管可以箝位在30V,因此本设计使用了一只50V、470nF的陶瓷电容。陶瓷电容较电解电容或钽电容有更好的可靠性,尤其是在高温下。如果愿意使用更便宜更小的25V元件,可以将齐纳管的电压改为18V,仍保有不错的安全边际。R4用于限制LED上的峰值电流。对LED电流的主要限制是整流AC输入的斜率。缓慢的斜率使得C1释放储存的能量时,Q1不会产生电流尖峰。

电路分析:交流电源的零交越脉冲电源电路设计

图1 这个零交越检测器使用了低压元件,功耗很低

  可以在LTspice Version IV中仿真此电路的运行(图2)。在230V、50Hz下,仿真显示在光耦LED上有一个17mA的峰值。仿真在90V~250V(50Hz 和60Hz)输入时都有好的结果。在110V、60Hz输入时,LED电流峰值为8.5mA,因此IC1仍能工作。如果需要更高的LED驱动电流,可以减小R3的值,或增加C1的值。

电路分析:交流电源的零交越脉冲电源电路设计

  图2,这是个LTspice仿真,当输入电压跌穿0V时,LED电流产生一个脉冲,其边沿领先和滞后于交越点。光耦LED的峰值电流为17mA

电路分析:交流电源的零交越脉冲电源电路设计

图3 原型电路的结果与仿真有很好的相关性

  对一个实际电路的测试表明与仿真有很好的相关性(图3)。用一个5V逻辑电源驱动绝缘输出,可获得好的脉冲波形(轨迹1)。为保证安全,主输入端通过一个 15V隔离变压器送至示波器(轨迹2)。用示波器的余辉特性可以显示出过渡的零交越点(图4)。这种方案能够精确地测量出与输入零交相关的脉冲时序。

电路分析:交流电源的零交越脉冲电源电路设计

图4 使用示波器的余辉功能,显示出精准的零交越

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