Jak bezpiecznie wykrywać napięcie 230V na pojedynczej fazie?

Witam.

Zastanawiam się nad rozwiązaniem detekcji obecności napięcia na pojedynczej fazie 230 V. Z jednej strony chciałbym, by elektronika (mikrokontroler) była bezpieczna / odseparowana od bloku detekcji, z drugiej, aby blok detekcji nie był zbyt skomplikowany / nie zabierał zbyt wiele miejsca na PCB.

Na pierwszą myśl przychodzą mi takie rozwiązania:



A jakie rozwiązania stosują inni forumowicze?

Ja kiedyś zrobiłem układ nr 2. Jest wystarczający.

Trzecia opcja to pewnie miniaturowe przekaźniki z cewką na ~230V (o ile takie są w miarę dostępne). Mostki zajęłyby sporo miejsca na PCB, więc być może też zdecyduję się na ten drugi układ.

MES Mariusz napisał:

Trzecia opcja to pewnie miniaturowe przekaźniki z cewką na ~230V (o ile takie są w miarę dostępne). Mostki zajęłyby sporo miejsca na PCB, więc być może też zdecyduję się na ten drugi układ.

Przekaźniki to dość droga alternatywa - no i oczywiście przekaźniki - można się spodziewać, że mogą być bardziej zawodne niż układ z transoptorem. Zaletą transoptora jest to, że można wykorzystać dowolny, najtańszy np TLP181 (tak jak ja to zrobiłem).

mklos1 napisał:

MES Mariusz napisał:

Trzecia opcja to pewnie miniaturowe przekaźniki z cewką na ~230V (o ile takie są w miarę dostępne). Mostki zajęłyby sporo miejsca na PCB, więc być może też zdecyduję się na ten drugi układ.

Przekaźniki to dość droga alternatywa - no i oczywiście przekaźniki - można się spodziewać, że mogą być bardziej zawodne niż układ z transoptorem. Zaletą transoptora jest to, że można wykorzystać dowolny, najtańszy np TLP181 (tak jak ja to zrobiłem).

Kolega raczy wybaczyc ale przy napieciu 230V bardziej nie zawodnym elementem jest przekaznik. droga alternatywa ? 13zl/szt cewka AC 230V

avatar napisał:

Kolega raczy wybaczyc ale przy napieciu 230V bardziej nie zawodnym elementem jest przekaznik. droga alternatywa ? 13zl/szt cewka AC 230V

Cytując za Fredrą: "Znaj proporcjum mociumpanie!".

Tak, jest to bardzo drogo, biorąc pod uwagę, że TLP181 kosztuje < 50gr. a 1N4007 jest jeszcze tańsza, o rezystorach nie wspomnę. Kondensator zaś jest tu dodatkową opcją, która nie musi wystąpić po stronie pierwotnej. Filtrację sygnału można zrobić po stronie wtórnej, gdzie będzie to tańsze.
Przekaźnik jest elementem mechanicznym. Oczywiście jest on pewną alternatywną, którą ja jednak wybrałbym na końcu przede wszystkim ze względu na cenę. Urządzenia elektroniczne mają zwykle określony budżet. Nie wiem jak jest w tym przypadku - czy tylko teoretyzujemy, ale dobrym nawykiem inżynierskim jest mieć ekonomię na uwadze.

Tak z ciekawości zrobiłem sobie symulację.

Najpierw rozważania dla napięcia stałego. Przy założeniu, że transoptor będzie pracował przy napięciu 2,5V oraz prądzie 20mA:

1. Transoptor zamodelowałem sobie rezystancją 125Ω:
2,5V / 0,02A

2. Dla zbicia napięcia z 230 V do 2,5 V przy prądzie 20 mA stosuję rezystor 12kΩ:
(230 V - 2,5 V) / 0,02 A = 11375 Ω ≈ 12 kΩ

Teraz symulacje:

Dla układu:





Dla układu:





Dla układu:




Z symulacji wychodzi mi, że dopiero dodanie dużego kondensatora ok. 1000uF sprawi, że napięcie (w przypadku obecności napięcia sieci) będzie utrzymywało się na poziomie 0,5 V ... 1 V. Nie wygląda to zbyt optymistycznie.

Ja to zrobiłem nieco inaczej:




Skąd pomysł traktować diodę jak rezystor napięcie na diodzie transoptora będzie wyglądało raczej tak:

Z zastosowaniem mostka jest oczywiście dużo lepiej. Mając jako obciążenie rezystor 125Ω sytuacja wygląda w miarę dobrze przy zastosowaniu kondensatora 220u.



Wstawiając prawdziwy transoptor i kondensator 4,7u sytuacja wygląda jeszcze lepiej. Dla schematu:





Jednak poziom 1 V ... 1,2 V to trochę mało by mikrokontroler wykrył stan wysoki.

Pozostaje jeszcze zmniejszyć R1.

MES Mariusz
"2. Dla zbicia napięcia z 230 V do 2,5 V przy prądzie 20 mA stosuję rezystor 12kΩ:
(230 V - 2,5 V) / 0,02 A = 11375 Ω ≈ 12 kΩ"

No i dobrze ale gdzie jest druga część obliczeń? No to ja za Ciebie...
230 - 2,5 = 227,5V
227.5 X 0,02A = 4,55W mocy wytracanej na rezystorze. To wielki, drogi i goracy rezystor.
Albo daj kondensator w szereg (klasyczny układ zasilacza beztransformatorowego) albo jednak przekaźnik.

MES Mariusz napisał:

Jednak poziom 1 V ... 1,2 V to trochę mało by mikrokontroler wykrył stan wysoki.

Pozostaje jeszcze zmniejszyć R1.

Wiecie, co jest ciekawe? Wg pspice, aby uzyskać napięcie na poziomie 2 V ... 5 V:



muszę zastosować rezystor nie większy niż... 120Ω

No i faktycznie odłoży się na nim sporo mocy.

Gdzie ty właściwie chcesz uzyskać te 2-5V Na diodzie transoptora?

Racja, zamotałem się. Święta sprzyjają radosnej twórczości...

Chyba tak. Żeby uzyskać szersze impulsy z transoptora ( u mnie rys środkowy) wystarczy dać większe R1, nawet przekraczające 100k.

Witam

Proponuję rozwiązanie z podwójnym transoptorem. Mogę śmiało powiedzieć że jest to układ sprawdzony w warunkach przemysłowych i spisuje się dobrze.

Pozdrawiam

fuutro napisał:

Żeby uzyskać szersze impulsy z transoptora ( u mnie rys środkowy) wystarczy dać większe R1, nawet przekraczające 100k.

Najlepszy byłby brak impulsów, w końcu nie i detekcję przejścia przez zero, a o obecność fazy chodzi. No ale cóż. W międzyczasie podczytałem sobie artykuł Zasilacz beztransformatorowy, z którego wynika, że dla uzyskania wydajności ok 20 mA musiałbym zastosować duży gabarytowo kondensator 470n MKP/400V lub MKT/630V. A to sporo miejsca na PCB. Zwłaszcza jeśli ma być 8 kanałów detekcji.

Hmm. Ciekawe, czy istnieją miniaturowe przekaźniki kontaktronowe, tak jak np. te tyle, że z cewką na 230 V AC.

Logi napisał:

Witam

Proponuję rozwiązanie z podwójnym transoptorem. Mogę śmiało powiedzieć że jest to układ sprawdzony w warunkach przemysłowych i spisuje się dobrze.

Bardzo ciekawe rozwiązanie. Odpada problem stosowania mostka . Zerknąłem w notę PC814 i nominalny prąd diody transoptora to 20 mA, więc ten 22 nF wydaje się być trochę mały (zgodnie z tabelą z artykułu dobrze byłoby zastosować 470 nF).

MES Mariusz napisał:

Bardzo ciekawe rozwiązanie. Odpada problem stosowania mostka . Zerknąłem w notę PC814 i nominalny prąd diody transoptora to 20 mA, więc ten 22 nF wydaje się być trochę mały (zgodnie z tabelą z artykułu dobrze byłoby zastosować 470 nF).

Proponuję układ z transoptorem pojedynczym bądź podwójnym, bez kondensatora. W moim układzie pamiętam, że zastosowałem rezystor 39k (może być większy, np 56k lub 68k) w obudowie 2512, jedną diodę 4007 w MELF i TLP181. Zaletą układu transoptora jednokierunkowego są takie, że straty mocy na rezystorze są tylko w połowie okresu, bo przecież w drugą nie przewodzi.

Jeżeli nie chcesz mieć impulsów, to można spróbować postawić taką konstrukcję. Tranzystor NPN, baza do VCC przez duży rezystor, z bazy do GND duży kondensator. Kolektor transoptora dopiąć do bazy. Stała czasowa RC musi być dobrana tak, aby kolejne impulsy z transoptora rozładowywały kondensator, zanim ten naładuje się do poziomu załączenia tranzystora. Oczywiście trzeba to policzyć, czy czasem wielkość kondensatora nie wyjdzie zbyt duża. Czyli generalnie ten sam układ co zaproponowany z bramką przez Logi.

Z ograniczaniem prądu przez pojemność trzeba uważać. Po odłączeniu od sieci może pozostawać szczątkowy ładunek, który może być dość nieprzyjemny . Dlatego warto do takiej pojemności dodać równolegle rezystor, który ją rozładuje.

mklos1 napisał:

Proponuję układ z transoptorem pojedynczym bądź podwójnym, bez kondensatora. W moim układzie pamiętam, że zastosowałem rezystor 39k (może być większy, np 56k lub 68k) w obudowie 2512, jedną diodę 4007 w MELF i TLP181. Zaletą układu transoptora jednokierunkowego są takie, że straty mocy na rezystorze są tylko w połowie okresu, bo przecież w drugą nie przewodzi.

Bez kondensatora. Wbrew pozorom jest problem. Nawet jeśli w szeregu zastosuję transoptor (spadek 1,2 V) i zwykłą diodę diodę LED (spadek 2,5 V) to obliczenia mocy są bezwzględne: 230 V - 1,2 V - 2,5 V = 226,3 V. Prąd według symulacji PSPICE dla poniższego schematu to ok. 15 mA. 226,3 V x 0,015 A = 3,4 W mocy. Nawet jeśli mamy do czynienia z jedną połówką (rezystor grzeje się przez połowę czasu) to mamy pełne 1,7 W.



Pobór prądu ze źródła:



Napięcia w głównych punktach:



Zielony: napięcie na diodzie transoptora
Czerwony: napięcie na wyjściu transoptora
Niebieski: napięcie na wyjściu inwertera.

Wszystko jest cudnie, ale strata mocy 1,7 W jest spora, i jeśli dobrze myślę, wymaga zastosowania rezystora przynajmniej 2 W.

A gdyby zastosować neonówkę ?

Ten pomysł padł już tutaj. Konstrukcja elementu detekcji opto byłaby dosyć oryginalna (weno- i praco- genna), trzeba by jednak sprawdzić w praktyce, jak fotorezystor reaguje na światło emitowane przez neonówkę. Gdyby jednak okazało się wystarczająco mocne, mogłoby się okazać, że byłby to najbardziej oszczędny detektor napięcia sieci jaki wymyślono. Swoją drogą szkoda, że nie ma optoelementów w klasycznej obudowie DIP6... z neonówką w środku...

MES Mariusz napisał:

Bez kondensatora. Wbrew pozorom jest problem. Nawet jeśli w szeregu zastosuję transoptor (spadek 1,2 V) i zwykłą diodę diodę LED (spadek 2,5 V) to obliczenia mocy są bezwzględne: 230 V - 1,2 V - 2,5 V = 226,3 V. Prąd według symulacji PSPICE dla poniższego schematu to ok. 15 mA. 226,3 V x 0,015 A = 3,4 W mocy. Nawet jeśli mamy do czynienia z jedną połówką (rezystor grzeje się przez połowę czasu) to mamy pełne 1,7 W.

Dlaczego zasilasz diodę transoptora prądem 15mA? To stanowczo za duży prąd. 5mA powinien być wystarczający, a nawet można spróbować jeszcze mniej.

Witam.
Może ten schemat pomoże jest to wykrywacz fazy na podstawie pola elektromagnetycznego emitowanego przez sam prosty kabel.



Antena powinna to kawałek przewodu o długości 3-5 cm i powinna być ona jak najbliżej kabla(zasilanie chyba możesz zmienić)

kuba135 jaki jest zasięg tego układu ?.

Moja propozycja jest następująca :

- prąd w obwodzie ok. 1mA
- dwa oporniki w celu fizycznego odsunięcia 230V od elektroniki
- dioda D1 , lub D3 , może być LED (sygnalizacja optyczna)
- kształtowanie sygnału dokonać na wyjściu optoelementu (całkowanie - obwody liniowe . różniczkowanie - impulsowe i cyfrowe).

Zasięg to około 2-3cm.

Wirnick napisał:

Moja propozycja jest następująca :
- prąd w obwodzie ok. 1mA
- dwa oporniki w celu fizycznego odsunięcia 230V od elektroniki
- dioda D1 , lub D3 , może być LED (sygnalizacja optyczna)
- kształtowanie sygnału dokonać na wyjściu optoelementu (całkowanie - obwody liniowe . różniczkowanie - impulsowe i cyfrowe).

Pod względem straty mocy, lepiej by było, aby dioda zabezpieczająca LED była szeregowo, wtedy prąd w obwodzie będzie płyną tylko gdy led świeci.

D1 świeci , gdy dioda U5 przewodzi.
Zwora - tylko gdy niema D3 i U5 (bez detekcji przejścia przez zero - NAND).

Wirnick napisał:

D1 świeci , gdy dioda U5 przewodzi.

W takim razie w jakim celu zwora?

Nie widzę powodu stosowania dwóch transoptorów, z dodatkowymi efektami świetlnymi (o ile aplikacja tego nie wymaga), skoro można to skompresować do transoptora AC - chociaż transoptor AC też jest zbyteczny i będzie generował niepotrzebne koszty - a problemu impulsów nie rozwiąże, bo przecież istnieje problem przejścia przez zero.

Jeżeli detektorów będzie 10 to sygnalizacja może się przyda.
Odpowiedz do mkos1 jest wyżej - wyprzedziłeś mnie.