Для чего нужен детектор нуля

Для чего нужен детектор нуля

Для корректного отображения этого элемента вам необходимо установить FlashPlayer и включить в браузере Java Script.

Детектор нуля (Zero Cross Detector)

Автор: Рудаков Г. В.

Момент включения симистора, определяет величину проходящей синусоиды, которая, в свою очередь, определяет выходную мощность. Микроконтроллер может управлять моментом включения симистора, однако для этого ему нужно точно знать, когда синусоида пересекается с нулем. Рассмотрим найденную в просторе Интернета интересную реализацию такого детектора (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема детектора нуля (zero cross detector).

Преимуществом данной схемы для меня стало наличие гальванической развязки. На рисунке 2 представлено небольшое пояснение работы детектора..

Рисунок 2 – Принцип работы детектора нуля.

Каждому пересечению синусоиды с нулем соответствует импульс. Так как синусоида за период дважды пересекает нуль, то частота следования импульсов на выходе детектора нуля будет не 100Гц, если частота напряжения в сети 50Гц.

Печатная плата детектора представлена на рисунке 3, габариты которой 60×40мм. Собранный детектор, изображен на рисунке 4.

Рисунок 3 – Печатная плата детектора нуля.

Рисунок 4 – Детектор нуля. Общий вид.

Диодный мост любой, маломощный. Вместо импортных транзисторов BC547, можно применить отечественный аналог КТ3102.

Собранная схема не нуждается в настройке. Проверку работоспособности осуществляем измерением частоты следования импульсов между первой и второй ножкой оптопары мультиметром или осциллографом.

Необходимо зарегистрироваться чтобы прочитать текст

Детектор нуля схема.

Предлагаемый детектор нуля выдает короткие импульсы (0,3-1 мс) относительно нуля (перехода через ноль) синусоиды сетевого напряжения. Выход схемы гальванически отделен от сети.
Детектор нуля можно использовать для синхронизации силовых тиристорных блоков, в качестве генератора частоты 100 Гц (50 Гц), для быстрого определения пропадания сетевого напряжения и т.д. Он также позволяет формировать импульсный сигнал, начинающийся в начале фазы (детектор фазы).

Схема детектора нуля приведена на рис.1.
Резистор R1 сдерживает потребляемый ток на уровне 3 мА. Наличие этого высокоомного резистора сообща со стабилитроном VD7 дает вероятность использовать в устройстве низковольтные конденсаторы, диоды и транзисторы.
Диодный мост VD1. VD4 преобразует переменное напряжение в однополярное, пульсирующее. Через диод VD5 оно подается в цепь питания; стабилитрон VD7 сдерживает напряжение, а конденсатор С2 сглаживает пульсации. Емкость конденсатора С2 в цепи питания выбрана большой (22 мкФ) при работе устройства в качестве детектора фазы (иначе будет «размыт» импульс вверху). Если крутизна импульса не критична, а также в схеме детектора нуля, емкость С2 можно уменьшать до 0,22 мкФ. При указанной емкости С2 время между включением детектора в сеть и появлением первого импульса составляет приблизительно 150. 200 мс.
Одновременно пульсирующее напряжение через резистор R2 подается на базу транзистора VT1, периодически открывая его, и на коллекторе VT1 (в точке ХЗ) появляются короткие импульсы длительностью 0,2. 0,3 мс.
При варианте детектора нуля между точками ХЗ и Х4 включается перемычка. Тогда резисторы R4 и R5 включены параллельно, а транзистор VT2 отключен.
Прямоугольные импульсы через разделительный конденсатор С1 поступают на базу составного транзистора VT3-VT4. Так как они на коллекторе VT1 короткие, конденсатор С1 не успевает зарядиться полностью. С1 разряжается через диод VD6 при спаде импульса.
Составной транзистор, открываясь на 0,2. 0,3 мс, включает светодиод оптрона VU1. Ток светодиода выбран примерно 12. 15 мА. Светодиод коммутирует фототранзистор, с которого снимается выходное напряжение, гальванически развязанный от сети.
На контакты Х9 и Х8 подается питание (5 ..10 В) от схемы, где используется сигнал детектора. В этом случае фототранзистор включен по схеме с общим коллектором, выходом служит контакт Х7 (Вых. 1).
При сопротивлении R7 = 100 Ом выходные импульсные сигналы имеют пологие фронты и длительность приблизительно 1 мс, а при сопротивлении 10 кОм — 0,3 мс с крутыми фронтами. При необходимости иметь инвертированный сигнал «+» питания подают на контакт Х6, «-» — на Х7, резистор R7 включают между Х6 и Х9, а сигнал снимают с вывода Х9 (Вых.0).
В варианте детектора фазы перемычку устанавливают между контактами ХЗ и Х5. Импульсы с коллектора VT1 подаются на базу VT2 и на его коллекторе они инвертируюся, т.е. отсутствуют в течение 0,2-0.3 мс. Через С1 импульсные сигналы с коллектора VT2 поступают, как и в предыдущем варианте на составной транзистор VT3-VT4.
Временные диаграммы работы детекторов для обоих вариантов показаны на рис.2.

В детекторе нуля можно применить любые маломощные низковольтные транзисторы и диоды.
Стабилитрон — с напряжением стабилизации 9. 15 В.
Тип оптрона также не критичен — любой с необходимым напряжением изоляции (не менее 300 В).
Номиналы резисторов не критичны (47. 200 кОм), но при уменьшении сопротивления R1 увеличивается его рассеиваемая мощность, что нужно учитывать.
Ток потребления детектора нуля — приблизительно 2 мА, но его можно снизить, увеличив сопротивление R1.
Детектор нуля собран на печатной плате, чертеж которой изображен на рис.3.

Радиомир 2008/08
«Детектор нуля»

Детектор нуля

Коллеги! Прошу вашей помощи, три дня сижу разбираюсь с элементарным вопросом (для тех кто в теме), но никак не получается смоделировать схему детектора нуля в Протеусе.
Подскажите, в чем ошибка?
Схема 1 — с нагрузочным резистором, но без подключения оптопары. Схема работает.

Схема 2 — подключаю оптопару, симуляция выдает ошибку.

Источник питания — напряжение 310В (амплитудное значение), трансформатор с коэффициентом 0,11.

Не судите строго, я любитель) только начинаю разбираться с микроконтроллерами, в институте был только курс электротехники.

• 1en2
• Сообщений: 2804
• Зарегистрирован: Вс фев 02, 2020 09:12:37

Re: Детектор нуля

Ср апр 15, 2020 14:04:38

соедините 2 и 3 у оптопары (общий провод чтобы был для двух осциллографов, не знаю как симуляторы чего себе думают), питание на 10к покажите. резистор 12К можно уменьшить до 3К.

• B@R5uk
• Сообщений: 2893
• Зарегистрирован: Сб ноя 13, 2010 12:53:25
• Откуда: приходит весна?

Re: Детектор нуля

Ср апр 15, 2020 14:11:08

Это очень плохой детектор нуля. Может случиться так, что напряжение после диодного моста до нуля не будет опускаться из-за паразитных емкостей, в том числе из-за внутренней ёмкости диода. Плюс на диоде будет падать несколько вольт, так что транзистор будет открываться совсем не в нулевой фазе, а с некоторой задержкой (зависит от того, какое номинальное амплитудное напряжение на вторичной обмотке трансформатора, и от того, какое реальное напряжение в сети).

Если вы хотите действительно хороший и надёжный детектор нуля, то нужна схема типа ИОН+вторичка+триггер Шмидта.

• korob
• Сообщений: 6638
• Зарегистрирован: Чт авг 09, 2012 01:09:39
• Откуда: Ливны

Re: Детектор нуля

Ср апр 15, 2020 14:16:56

B@R5uk писал(а): Если вы хотите действительно хороший и надёжный детектор нуля.
Есть практическая и неоднократно проверенная схема .

• andreybolo
• Сообщений: 13
• Зарегистрирован: Ср апр 15, 2020 12:28:32

Re: Детектор нуля

Ср апр 15, 2020 16:08:12

Всем спасибо за ответы, хочется собрать простую схему, большая точность думаю не нужна. В конечном итоге данный детектор нужен для регулятора нагрузки на симисторе.
Собрал по приведенной Вами схеме, но симуляция не выходит. То ли проблема в протеусе, то ли во мне)

• korob
• Сообщений: 6638
• Зарегистрирован: Чт авг 09, 2012 01:09:39
• Откуда: Ливны

Re: Детектор нуля

Ср апр 15, 2020 16:25:28

В в схеме же диоды 1N4148, зачем их менять на синие светодиоды? Да ещё и конденсатор на 10000мкФ. .

P.S Протеус ой как много чего не может симулировать.

Последний раз редактировалось korob Ср апр 15, 2020 17:14:51, всего редактировалось 2 раз(а).

• 1en2
• Сообщений: 2804
• Зарегистрирован: Вс фев 02, 2020 09:12:37

Re: Детектор нуля

Ср апр 15, 2020 16:26:03

andreybolo писал(а): то ли во мне

в тебе. не читаешь или не понимаешь. )))
===
В схеме ДВА общих проводника, относительно которых ты хочешь смотреть сигнал, а у осциллографа он один , поэтому и предлагал для просмотра сделать и в схеме один общий провод.

• 12943
• Сообщений: 3712
• Зарегистрирован: Чт окт 20, 2016 13:51:03

Re: Детектор нуля

Чт апр 16, 2020 05:59:36

Перевожу на русский: любой проводник в симуляторе должен быть связан с землёй
(три горизонтальных чёрточки — одна короткая, другая покороче, третья совсем коротенькая или Gnd) непосредственно или через резистор.
Не связанные с землёй контуры — запрещены.

• Ivanoff-iv
• Сообщений: 6581
• Зарегистрирован: Пт ноя 11, 2016 05:48:09
• Откуда: Сердце Пармы

Re: Детектор нуля

Чт апр 16, 2020 07:00:40

в протеусе, можно. измерять напряжение будет труднее, но симуляция должна быть

• ARV
• Сообщений: 18017
• Зарегистрирован: Чт дек 28, 2006 08:19:56
• Откуда: Новочеркасск
• Сайт

Re: Детектор нуля

Чт апр 16, 2020 10:36:12

12943 писал(а): Не связанные с землёй контуры — запрещены

это не правда. в схеме обязательно должна быть хотя бы одна точка, соединенная с землей, при этом может быть сколько угодно контуров, с землей не связанных. измерять потенциалы в этих контурах, естественно, относительно земли нельзя, но РАЗНОСТЬ потенциалов определять вполне можно, т.к. все потенциалы протеус считает относительно замли.

• 12943
• Сообщений: 3712
• Зарегистрирован: Чт окт 20, 2016 13:51:03

Re: Детектор нуля

Чт апр 16, 2020 10:43:55

Я всегда подозревал, что протез — дерьмо.
Все нормальные симуляторы не пытаются считать невозможное.

• ARV
• Сообщений: 18017
• Зарегистрирован: Чт дек 28, 2006 08:19:56
• Откуда: Новочеркасск
• Сайт

Re: Детектор нуля

Чт апр 16, 2020 11:05:30

12943 писал(а): Я всегда подозревал, что протез — дерьмо
вы не умеете его готовить, только и всего.

• 12943
• Сообщений: 3712
• Зарегистрирован: Чт окт 20, 2016 13:51:03

Re: Детектор нуля

Чт апр 16, 2020 11:20:13

Так-то и тараканов жарят, говорят вкусно.

• Ivanoff-iv
• Сообщений: 6581
• Зарегистрирован: Пт ноя 11, 2016 05:48:09
• Откуда: Сердце Пармы

Re: Детектор нуля

Чт апр 16, 2020 11:29:13

Я всегда подозревал, что протез — дерьмо.
Все нормальные симуляторы не пытаются считать невозможное.
хорошее обоснование.
и что невозможного например в незаземлённой батарейке с лампочкой?

• 12943
• Сообщений: 3712
• Зарегистрирован: Чт окт 20, 2016 13:51:03

Re: Детектор нуля

Чт апр 16, 2020 11:56:15

Любому спайсообразному симулятору нужна связь каждого узла с землёй непосредственно или через конечное сопротивление.
Мне лично это не требуется.

• andreybolo
• Сообщений: 13
• Зарегистрирован: Ср апр 15, 2020 12:28:32

Re: Детектор нуля

Чт апр 16, 2020 12:40:03

korob писал(а): В в схеме же диоды 1N4148, зачем их менять на синие светодиоды? Да ещё и конденсатор на 10000мкФ. .

P.S Протеус ой как много чего не может симулировать.

Ну если честно я подумал, что и обычные диоды подойдут) Схему поправил.

После изменений в схеме (заменил диоды и изменил емкость конденсатора), схема все равно не работала.

В общем вся проблема и правда в земле, как только подключил землю, все заработало.

Всем спасибо за ответы и активное участие

Итоговую схему и графики прикрепляю к сообщению, может кому то пригодится данная схема в протеусе. 4

• lumped.net
• Сообщений: 425
• Зарегистрирован: Сб фев 01, 2020 16:04:03

Re: Детектор нуля

Чт апр 16, 2020 14:05:07

Любому спайсообразному симулятору нужна связь каждого узла с землёй непосредственно или через конечное сопротивление.

Немного разверну, с вашего позволения: связь каждого узла с землей требуется любому симулятору, который использует метод узловых потенциалов (Modified Nodal Analysis), спайс, естественно, в их числе. Иначе в системе уравнений появляется одно лишнее линейно зависимое от остальных. И если для символьного анализа такое прокатывает (лишнее уравнение сокращается в процессе решения), то при подстановке чисел с плавающей запятой накапливаются ошибки машинного округления и система становится несовместной. Поэтому в MNA не составляется уравнение для узла земли, вместо него считается, что этот потенциал уже известен и равен нулю. Именно из-за этого в схемы для спайс-симуляторов иногда приходится вводить всякие дополнительные 1 тераом резисторы, связывающие друг с другом изолированные по постоянному току контура.

По теме: когда-то пришлось делать схему привязки к сети, детектор нуля был подсмотрен на просторах интернета и выглядел примерно так (номиналы уже не помню точно, надо подбирать). Здесь D3 — диод оптрона.

Эта выдает 50 Гц, а та, про которую речь выше — 100 Гц. Обе схемы хороши тем, что импульс на оптрон подается за какое-то время до пересечения нуля, и у микроконтроллера, который обрабатывает этот сигнал, остается время на то, чтобы войти в прерывание и подготовиться.

Powered by phpBB © phpBB Group.

phpBB Mobile / SEO by Artodia.

Высокоточный детектор перехода сетевого напряжения через ноль на двух транзисторах

Для многих приложений, использующих переменное напряжение 110/230 В, требуется детектирование перехода сетевого напряжения через ноль (zero-crossing-detection, ZCD), например, для синхронизации коммутации нагрузок. Один из методов ZCD основан на использовании высокоомного токоограничивающего резистора или резистивного делителя напряжения для измерения переменного напряжения на выводе контроллера. Однако такая схема ZCD имеет задержку, зависящую от порогового напряжения входа контроллера, наличия гистерезиса и скорости нарастания сетевого напряжения. Например, предположим, что напряжение в системе равно 230 В, 50 Гц, и резисторы делят напряжение на 100, то есть 230 В/100 = 2.3 В. Кроме того, предположим, что порог переключения входа микроконтроллера равен 1 В. Относительно напряжения сети 230 В этот пороговый уровень составляет 1 В×100 = 100 В. Таким образом,

дает задержку t = 1.43 мс, что составляет 14.3% от длительности полупериода – существенная ошибка.

Рисунок 1.

Эта простая двухтранзисторная схема точно определяет момент перехода входного сетевого напряжения через ноль.

На Рисунке 1 показана недорогая эффективная схема ZCD, использующая два стандартных транзистора. Цепь C₁, C₂, D₁, D₂ и R₁, подключенная непосредственно к сети переменного тока, образует простой однополупериодный выпрямитель, питающий схему ZCD. Q₁ служит выходным элементом схемы ZCD. Для компенсации напряжения база-эмиттер добавлен включенный диодом транзистор Q₂, ограничивающий положительную полуволну напряжения. Для повышения эффективности детектор должен распознавать периоды переменного тока при как можно более высоком напряжении. Этим требованием определяется выбор транзисторов. Q₂ и Q₁ – малошумящие малосигнальные транзисторы BC549B с максимальным напряжением коллектора, равным 30 В. При таком выборе напряжение 230 В необходимо ослабить до 30 В. (Для транзистора BC546 достаточно ослабления до 80 В). Таким образом, коэффициент деления делителя должен быть равен 30 В/230 В = 13.4%, и сопротивления резисторов должны соответствовать соотношениям

Сопротивления ограничивающих ток резисторов R₂ и R₃ должны быть достаточно большими. Выбор стандартного значения R₁ = 820 кОм означает, что

а ближайшее стандартное значение – 120 кОм. При таких сопротивлениях напряжение на транзисторе Q₂ ограничено значением

что меньше максимально допустимого для транзистора напряжения 30 В.

Во время положительного полупериода напряжение на базе Q₁, ток которой ограничивается резистором R₄, увеличивается примерно до 0.6 В. Q₂ работает как постой диод. Таким образом, когда напряжение превышает 0 В, Q₂ смещен в обратном направлении и блокирует протекание любого тока. При 0 В Q₂ смещен в прямом направлении, но поддерживает напряжение 0.6 В на переходе база-эмиттер (V_BE). Таким образом, напряжение на коллектор и базе Q₂, подключенным к базе Q₁, остается на уровне 0.6 В. В положительном полупериоде транзистор Q₁ насыщен, и выходное напряжение близко к нулю. В отрицательном полупериоде, когда напряжение меньше 0 В, ток течет через Q₂. Поэтому напряжение на базе Q₁, подключенной к коллектору Q₂, падает ниже 0.6 В, что приводит к закрыванию Q₁, и уровень выходного напряжения становится высоким. Обратите внимание, что напряжение на базе Q₁ может достигать примерно –30 В относительно Q₂; для защиты перехода Q₁ от напряжения выше –1 В можно добавить ограничивающий диод D₃.

Материалы по теме

1. Datasheet Vishay 1N5231
2. Datasheet Fairchild BC549B

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман