Circuit de protection contre les surtensions secteur 230V AC

La plupart des blocs d'alimentation de nos jours sont très fiables en raison de l'avancement de la technologie et de meilleures préférences de conception, mais il y a toujours un risque de panne en raison d'un défaut de fabrication ou il peut s'agir du transistor de commutation principal ou du MOSFET qui tourne mal. En outre, il est possible qu'il échoue en raison d'une surtension à l'entrée, bien que des dispositifs de protection tels que la varistance à oxyde métallique (MOV) puissent être utilisés comme protection d'entrée, mais une fois qu'un MOV se déclenche, il rend le dispositif inutile.

Pour résoudre ce problème, nous allons construire un dispositif de protection contre les surtensions avec un ampli-op, qui peut détecter des tensions élevées et peut couper la puissance d'entrée en une fraction de seconde en protégeant l'appareil d'une surtension haute tension. En outre, il y aura un test détaillé du circuit pour vérifier notre conception et le fonctionnement du circuit. L'examen suivant vous donne une idée du processus de construction et de test de ce circuit. Si vous aimez la conception SMPS, vous pouvez consulter nos articles précédents sur les astuces de conception de circuits imprimés SMPS et les techniques de réduction des EMI SMPS.

Qu'est-ce que la protection contre les surtensions et pourquoi est-ce si important?

Un circuit d'alimentation peut tomber en panne de nombreuses manières, l'une d'entre elles étant due à une surtension. Dans un article précédent, nous avons créé un circuit de protection contre les surtensions pour le circuit CC, vous pouvez le vérifier si cela vous intéresse. La protection contre les surtensions peut être illustrée comme une fonction dans laquelle l'alimentation électrique s'arrête lorsqu'une condition de surtension se produit, bien qu'une situation de surtension se produise moins souvent, lorsque cela se produit, elle rend l'alimentation électrique inutile. En outre, l'impact d'une condition de surtension peut se produire de l'alimentation au circuit principal, lorsque cela se produit, vous vous retrouverez non seulement avec une alimentation interrompue, mais également avec un circuit interrompu. c'est pourquoi un circuit de protection contre les surtensions devient important dans toute conception électronique.

Ainsi, pour concevoir un circuit de protection pour les situations de surtension, nous devons clarifier les bases de la protection contre les surtensions. Dans nos précédents tutoriels sur les circuits de protection, nous avons conçu de nombreux circuits de protection de base qui peuvent être adaptés à votre circuit, à savoir, la protection contre les surtensions, la protection contre les courts-circuits, la protection contre l'inversion de polarité, la protection contre les surintensités, etc.

Dans cet article, nous nous concentrerons sur une seule chose, à savoir créer un circuit de protection contre les surtensions du réseau d'entrée pour éviter qu'il ne soit détruit.

Comment fonctionne le circuit de protection contre les surtensions secteur 230 V?

Pour comprendre les bases du circuit de protection contre les surtensions, démontons le circuit afin de comprendre le principe de fonctionnement de base de chaque partie du circuit.

Le cœur de ce circuit est un OP-Amp, qui est configuré comme un comparateur. Dans le schéma, nous avons un ampli OP LM358 de base et dans sa broche 6, nous avons notre tension de référence qui est générée à partir d'un IC régulateur de tension LM7812 et sur la broche 5, nous avons notre tension d'entrée qui provient du principal tension d'alimentation. Dans cette situation, si la tension d'entrée dépasse la tension de référence, la sortie de l'ampli opérationnel ira haut, et avec ce signal élevé, nous pouvons conduire un transistor qui active un relais, mais il y a un énorme problème dans ce circuit, En raison du bruit dans le signal d'entrée, l'ampli-op oscillera plusieurs fois avant d'arriver à une stabilité,

La solution consiste à ajouter l'hystérésis de l'action de déclenchement de Schmitt à l'entrée. Auparavant, nous avons fait des circuits comme compteur de fréquence en utilisant Arduino et Capacimètre à l' aide Arduino deux qui utilise Schmitt trigger entrées, si vous voulez en savoir plus sur ces projets, ne vérifient les dehors. En configurant l'ampli opérationnel avec un retour positif, nous pouvons élargir la marge à l'entrée en fonction de nos besoins. Comme vous pouvez le voir dans l'image ci-dessus, nous avons fourni des commentaires à l'aide de R18 et R19, ce faisant, nous avons pratiquement ajouté deux tensions de seuil, l'une est la tension de seuil supérieure, l'autre est la tension de seuil inférieure.

Calcul des valeurs des composants pour la protection contre les surtensions

Si nous regardons le schéma, nous avons notre entrée secteur, que nous rectifions à l'aide d'un pont redresseur, puis nous la mettons à travers un diviseur de tension qui est fait avec R9, R11 et R10, puis nous la filtrons à travers un 22uF 63V condensateur.

Après avoir fait le calcul du diviseur de tension, nous obtiendrons une tension de sortie de 3,17 V, maintenant, nous devons calculer les tensions de seuil supérieur et inférieur, Disons que nous voulons couper l'alimentation lorsque la tension d'entrée atteint 270 V. Maintenant, si nous refaisons le calcul du diviseur de tension, nous obtiendrons une tension de sortie de 3,56 V, qui est notre seuil supérieur. Notre seuil inférieur reste à 3,17V car nous avons mis à la terre l'ampli-op.

Maintenant, à l'aide d'une simple formule de diviseur de tension, nous pouvons facilement calculer les tensions de seuil supérieure et inférieure. En prenant le schéma comme référence, le calcul est montré ci-dessous, UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0,47V LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0V

Maintenant, après le calcul, nous pouvons clairement voir que nous avons réglé votre tension de seuil supérieur à 0,47 V au-dessus du niveau de déclenchement à l'aide du retour positif.

Remarque: veuillez noter que nos valeurs pratiques différeront un peu de nos valeurs calculées en raison des tolérances des résistances.

Conception de circuit imprimé de circuit de protection contre les surtensions secteur

Le circuit imprimé de notre circuit de protection contre les surtensions secteur est conçu pour un seul buffet. J'ai utilisé Eagle pour concevoir mon PCB, mais vous pouvez utiliser n'importe quel logiciel de conception de votre choix. L'image 2D de la conception de ma carte est présentée ci-dessous.

Un diamètre de trace suffisant est utilisé pour permettre aux pistes d'alimentation de faire circuler le courant à travers la carte de circuit imprimé. L'entrée secteur et la section d'entrée du transformateur sont créées sur le côté gauche et la sortie est créée sur le côté inférieur pour une meilleure utilisation. Le fichier de conception complet pour Eagle avec le Gerber peut être téléchargé à partir du lien ci-dessous.

GERBER pour circuit de protection contre les surtensions secteur

Maintenant que notre conception est prête, il est temps à chaque fois de souder la carte. Une fois le processus de gravure, de perçage et de soudage terminé, la carte ressemble à l'image ci-dessous.

Test du circuit de protection contre les surtensions et les courants

Pour la démonstration, l'appareil suivant est utilisé

Multimètre Meco 108B + TRMS
Multimètre Meco 450B + TRMS
Oscilloscope Hantek 6022BE
Transformateur 9-0-9
Ampoule de 40 W (charge d'essai)

Comme vous pouvez le voir sur l'image ci-dessus, j'ai préparé cette configuration de test pour tester ce circuit, j'ai soudé deux fils dans les broches 5 et 6 de l'ampli-op et le multimètre meco 108B + affiche la tension d'entrée et le multimètre meco 450B + affiche la tension de référence.

Dans ce circuit, le transformateur est alimenté par une alimentation secteur de 230 V, et à partir de là, l'alimentation est fournie au circuit redresseur en tant qu'entrée, la sortie du transformateur est également introduite dans la carte car elle fournit une alimentation et une tension de référence au circuit..

Comme vous pouvez le voir sur l'image ci-dessus, le circuit est allumé et la tension d'entrée dans le multimètre meco 450B + est inférieure à la tension de référence, ce qui signifie que la sortie est activée.

Maintenant, pour simuler la situation si nous réduisons la tension de référence, la sortie s'éteindra, détectant une condition de surtension, également une LED rouge sur la carte s'allumera, vous pouvez l'observer sur l'image ci-dessous.

Autres améliorations

Pour la démonstration, le circuit est construit sur un PCB à l'aide du schéma, ce circuit peut être facilement modifié pour améliorer ses performances, par exemple, les résistances que j'ai utilisées ont toutes des tolérances de 5%, l' utilisation de résistances nominales de 1% peut améliorer la précision du circuit.

J'espère que vous avez apprécié l'article et appris quelque chose d'utile. Si vous avez des questions, vous pouvez les laisser dans la section commentaires ci-dessous ou utiliser nos forums pour publier d'autres questions techniques.