Ocena schematów zabezpieczenia przed za wysokim napięciem bez transformatora

Witam
Potrzebuję zrobić układ który zabezpiecza urządzenie elektroniczne przez za wysokim napięciem w sieci poprzez odcięcie zasilania przekaźnikiem. Spotkałem wiele schematów z transformatorem i wzmacniaczami operacyjnymi, ale chciałem zrobić bez transformatora. Narysowałem 2 schematy i mam prośbę do Kolegów o opinię, czy te układy będą działać i o uwagi co zmienić. Wartości elementów są jeszcze nie dobrano, chodzi mi raczej o koncepcję schematu.

Pozdrawiam i dziękuję za pomoc.

Po pierwsze, taki układ powinien sam być odporny na uszkodzenie przez zbyt wysokie napięcie - te nie są, przy pewnym napięciu przez bazę T1 popłynie duży prąd, który go uszkodzi - zapewne tak, że przestanie on przewodzić prąd, i wtedy przekaźnik puści kotwicę, i przepuści za wysokie napięcie dalej.

Po drugie, trzeba ustalić, przy jakim napięciu ten układ powinien odłączać - normalnie w sieci jest napięcie skuteczne 230V RMS, co odpowiada amplitudzie 325V, i średniej wyprostowanej 207V; przyjmuje się, że dopuszczalne odchylenie jest +-10V, czyli może być od 207 do 253 V RMS, ale może masz urządzenie, które wolno zasilać napięciem do 240V RMS?

I po trzecie, nie wiem, czy znajdziesz diody Zenera na odpowiednie napięcie (a i układ z diodą Zenera trudno zrobić tak, by sam nie uszkodził się od zbyt wysokiego napięcia) - lepiej użyć TL431 i dzielnika, łatwiej wtedy i dobrać napięcie, i zabezpieczyć układ przed uszkodzeniem.

Aha, i może użyć tranzystora wysokonapięciowego i przekaźnika z cewką na 200V DC?

Dzięki za rady. Zastosowałem od razu tranzystory wysokonapięciowe w schemacie. Ale jestem otwarty na wszelkie sugestie. Można zastosować przekaźnik na 200V, ale trudno dostępne są i zapewne drogie.

Spodobał mi się schemat z triakiem i transilem. Ponieważ powinien bardzo szybko zadziałać. Tylko, że w przypadku za wysokiego napięcia będzie się grzał rezystor 100Ohm. Zamieszczam schemat z opisem o angielsku. Co o nim myślicie? Czy warto wypróbować w praktyce?



Jeszcze wersja z transilem i przekaźnikiem. Też zamieszczam schemat.



Co do zabezpieczenia, to ma się znajdować przed zasilaczem impulsowym i działać tak, że jak napięcie powróci do normy, to zabezpieczenie puszcza prąd dalej. Jeszcze nie wiem jakie maksymalnie mogę dać na ten zasilacz, muszę sprawdzić jakie ma parametry.

A może w tym układzie z opornikiem odłączać sieć przekaźnikiem, jeśli triak zrobi zwarcie - wtedy czas grzania tego opornika będzie krótki.

Może by się dało. Ale wpadłem na jeszcze inny pomysł. Czy taki schemat będzie działać? Słabo rozumiem działanie triaka, więc będę wdzięczny jak ktoś przeanalizuje. Transil ma swoją pojemność i czy ona nie będzie przeszkadzać?

Schemat z #5 działać nie będzie, schemat z #6 będzie. Ale może miałoby sens zrobienie takiego zabezpieczenia, żeby między siecią, a urządzeniem był opornik z kawałka drutu oporowego, a przy samym urządzeniu triak do robienia zwarcia plus układ do jego włączania - w razie pojawienia się zbyt wysokiego napięcia triak robiłby zwarcie, i prąd zwarcia płynący przez drut oporowy przepalałby go, powodując odłączenie od sieci. Alternatywnie, można by zastosować opornik, który by przez chwilę wytrzymał prąd zwarcia, a potem przekaźnik by rozłączał. Bo sam przekaźnik działa z opóźnieniem, i w razie pojawienia się dużego napięcia ono może zdążyć uszkodzić sprzęt, zanim przekaźnik odłączy sieć.

Dzięki kolego aksakal. Jedynym problemem to jest opóźnienie zadziałania przekaźnika. Co do przepalania bezpiecznika to urządzenie ma być bezobsługowe, czyli samo się włączyć jak napięcie wróci do normy. Urządzenie może wytrzyma chwilowe przekroczenia napięcia.

W schemacie z #5 pomyliłem jedną anodę z drugą. Można by zastosować w schemacie #5 zamiast przekaźnika optotriak z serii MOC i Triak. Wtedy opóźnienie by było mniejsze. Co o tym myślicie?

Jeszcze wariant schematu bez obsługiwanego urządzenia analogicznego przepisania, lecz z użyciem triaka. Uprzedzam - schemat nie testował się!

aksakal. Dzięki. Nie spotkałem się jeszcze z diodą DB3. Coś całkiem nowego dla mnie. Narysowałem schemat bazujący na Twoim z postu #6. Nie wiem, czy włączanie w zerze poprzez układ MOC będzie tutaj zalecane, czy też nie. Ciekaw jestem opinii.

Układ z #9 wezmę po uwagę i może nawet zmontuję dla testów. Muszę tylko zdobyć potrzebne elementy.

Ciekaw jestem, czy tym razem mój schemat będzie miał prawo zadziałać.

DB3 - Diak . http://www.tme.eu/ru/Document/3bf4c30afe7476b450417730d77aaa50/DB3-DIO.pdf

DB3 to jest diak - taki element dwukońcówkowy, który przy pewnym napięciu (ze 30V, może nieco więcej) włącza się - zaczyna przewodzić prąd, już przy małym spadku napięcia; do wyłączenia potrzebuje, żeby prąd przestał płynąć. Jest symetryczny - jego zachowanie nie zależy od kierunku napięcia i prądu.

Taki układ, jak narysowałeś, będzie włączał pierwszego triaka, jeśli napięcie będzie wystarczające. Ale nie wiem, czy jeśli MOC włącza się w zerze, to ma jakąkolwiek szansę się włączyć - akurat wtedy, kiedy napięcie jest zero, to prąd nie będzie płynąć i nie ma sygnału, że MOC ma się włączyć.

Też tak można jak już stosujemy układ MOC. Tylko wtedy musimy zrobić układ wykrywania napięcia przemiennego, albo osobny stabilizator. Zrobiłem jakiś czas temu układ według schematu:


Układ w sumie działał, poza tym, że na granicy przekaźnik wariował.

Ważne dla mnie aby urządzenie było w miarę niezawodne, czyli jak najmniej elementów które mogą się uszkodzić.

Jeszcze poprawiona wersja z postu #10. Triak ma być przecież stale załączony dopiero jak napięcie jest za wysokie, to ma się wyłączyć...

W ten sposób będziesz go włączać, kiedy napięcie jest za wysokie... A w ogóle, po co ten pierwszy triak?

Powiedzmy, że mamy optotriaka MOC30xx, który włącza natychmiast, a nie w zerze napięcia - można by było równolegle do jego LED-a podłączyć tranzystor NPN (kolektor do anody, emiter do katody), i do kolektora doprowadzić zasilanie przez R4 - jeśli ten tranzystor będzie przewodził, to LED nie dostanie prądu, a jak tranzystor nie będzie przewodził, to LED prąd dostanie. Diaka można by podłączyć do bazy tranzystora, i jak napięcie będzie za wysokie, to diak się włączy, tranzystor będzie przewodził, LED optotriaka nie dostanie prądu i optotriak nie włączy triaka - na pierwszy rzut oka to, co trzeba. Tylko... napięcie narasta stopniowo od zera, w którymś momencie będzie wystarczające, żeby włączyć optotriaka, a ten włączy triaka i fakt, że napięcie potem będzie za wysokie, nic już nie zmieni. Trzeba by np. tym za wysokim napięciem naładować jakiś kondensator, żeby włączenie diaka (i przez to tranzystora) potrwało dłużej, i mógł on nie pozwolić na włączenie optotriaka.

A może z optotriakiem włączającym w zerze dałoby się zrobić prościej - ale pewnie kondensator też będzie niezbędny: podłączyć anodę LED-a optotriaka przez dwa oporniki, i diaka między te oporniki, a katodę LED-a - jeśli napięcie będzie za wysokie, to diak się włączy i zrobi zwarcie, przez co LED nie dostanie prądu. A tym mostkiem trzeba by ładować kondensator, i z niego zasilać tego LED-a przez te oporniki - chodzi o to, żeby LED mógł dostać jakiś prąd z kondensatora, kiedy napięcie przechodzi przez zero, bo inaczej optotriak się nie włączy.

I jeszcze co do tego układu z tranzystorami - prawie sensowny, ale mam dwa zastrzeżenia. (1) Czy podajesz tam 24V z zasilacza? Bo ten układ z kondensatorem 100nF nie wytworzy napięcia stałego na kondensatorze 470uF. Jakby tam dodać jakieś diody, to mógłby działać jako zasilacz beztransformatorowy, ale przez 100nF popłynie około 6mA, to może być za mało dla przekaźnika, a nawet dla T3. (2) Napięcie na C1 będzie pulsować, więc nie dziw się, że przekaźnik wariuje - może między D2 i masą przydałby się kondensator?

Czy chodzi o takie układy? Próbowałem narysować według opisu.
Pierwszy układ:



Drugi układ:


Co do układu z tranzystorami, to chyba coś pomyliłem.... a tak. Zapomniałem dodać diody prostowniczej, potem ją dolutowałem przecinając ścieżki. Ostatecznie chyba było tak:

Pierwszy: prawie dobry, tylko (1) pewnie prąd przez opornik 100k nie wystarczy na zadziałanie optotriaka, i (2) pewnie trzeba pomyśleć o jakimś kondensatorze...

Drugi: też oporniki za duże i optotriakowi prądu nie wystarczy; a potencjometr do regulacji może podłączyć tak, by to przez niego płynął prąd do optotriaka - czyli szeregowo R3, P1, R5, R4 usunąć, suwak P1 do diaka; chyba P1 mógłby być 4k7, to da wystarczający zakres regulacji; pewnie zakres napięć włączania dla DB3 jest od 28V do 36V, trzeba mieć możliwość ustawienia napięcia na diaku w całym tym zakresie przy powiedzmy 360V na kondensatorze, to może dać R3=47k, R5=3k9, P1=2k2. Do sprawdzenia: jaki jest prąd podtrzymania dla DB3, jaki prąd włączania dla MOC30xx (prąd płynący przez R3+P1+R5 nie powinien być mniejszy), chyba z tymi opornikami MOC30xx musi być w wersji na prąd włączania <5mA, a jakby były większe, to może i tych 5mA by nie było.

Dzięki za pomoc. Opornik 100k dla LEDki w MOC jak będzie za mały, to dam 82k. Kondensator też dam. Jeszcze jest jedna sprawa, że cały czas ta LEDka w MOC musi się palić jak jest odpowiednie napięcie. Niby LEDy mają bardzo dużą trwałość, ale podłączona tylko przez rezystor do napięcia z sieci jest podatna na uszkodzenia. Wtedy urządzenie się wyłączy. Może lepiej zrobić tak, że zapala się ona po przekroczeniu właściwego napięcia? Tyle, że to też skraca jej żywotność, bo trudno określić jakie to napięcie będzie. Ale nie wiem czy to jest możliwe stosując optotriak MOC. Zatem zostańmy przy rozwiązaniu z tranzystorem wyłączającym diodę LED w MOC.

Jeśli zwykły LED jest włączony do sieci poprzez opornik i odpowiedni układ, to raczej trudno go uszkodzić przez przeciążenie - typowy LED małej mocy ma nominalny prąd 20mA, lepiej nie przekraczać średniego 15mA (jak się chce, żeby podziałał ze 100 000 godzin, czyli 11 lat - przy nieco mniejszym prądzie trwałość jest dużo większa), co oznacza - przy połączeniu poprzez mostek diodowy, albo z szeregową diodą prostowniczą - moc strat około 3.5W w oporniku (a bez mostka, czy diody prostowniczej, ze zwykłą diodą antyrównolegle do LED-a, 7W w oporniku) - to całkiem sporo, zwykle chce się używać oporników o mniejszej mocy, a wtedy nawet podwyższone napięcie sieci nie powoduje przeciążenia LED-a, zagrożony jest raczej opornik. Natomiast układ powinien być zrobiony tak, by chronić LED-a przed podaniem mu dużego napięcia wstecznego - dopuszczalne jest zwykle kilka V. A dla LED-a w MOC30xx dopuszczalny prąd jest chyba jeszcze większy - do sprawdzenia w nocie katalogowej.

Te układy MOC30xx są robione w wersjach na różny prąd włączania - chyba warto użyć wersji na najmniejszy prąd, choć jest nieco droższa, bo ten prąd musi płynąć z napięcia sieci poprzez opornik, co wymaga opornika o tym większej mocy, im większy ma być prąd - jest to i koszt opornika, i energii. A poza tym prąd dopuszczalny jest taki sam dla wszystkich wersji, więc stosując wersję na mniejszy prąd można mieć mniejszy stosunek prądu, jaki płynie, do prądu dopuszczalnego, co zwiększy trwałość LED-a - inna sprawa, że on i tak ma szansę wysiąść nie z przepracowania, a ze starości (jest taka anegdota, jak władca skazując kogoś na śmierć powiedział skazańcowi, że pozwala mu wybrać rodzaj śmierci - ten poprosił o śmierć ze starości), za kilkadziesiąt lat.

No chyba, żeby zrobić po stronie triaka odwracanie fazy i tak samo po stronie tranzystora. Wtedy LED używana by było do wyłączania triaka jak jest za wysokie napięcie. Wtedy mniejsze straty podczas normalnego działania. Tylko nie wiem ja sterować MOC aby wyłączał triaka jak MOC jest załączony. Czy zastosować dodatkowy triak małej mocy? Albo diak?