構(gòu)建一個簡單的具有高/低壓保護的電子斷路器

電壓波動一直是一個問題，是交流電器大部分故障的原因。無論是像烤面包機這樣的普通家用電器，還是像CNC這樣的高性能工業(yè)機器，所有東西都有一個額定電壓，只有在該電壓下，它才能以最大效率運行而不會出現(xiàn)問題。不幸的是，由于各種原因，我們的家用/工業(yè)線路無法為我們提供額定電壓，因此在本項目中，我們將構(gòu)建一個簡單的電子斷路器，當檢測到高/低電壓時，它可以觸發(fā)繼電器斷開負載。

該項目圍繞著名的運算放大器LM358設(shè)計。我們將使運算放大器在差分模式下工作，從而將當前電壓與預(yù)設(shè)電壓進行比較。整個項目可以建在面包板上（電力線除外），并且可以立即工作。所以讓我們開始吧.....

斷路器所需組件：

LM358 （雙封裝運算放大器）

7805 （+5V 穩(wěn)壓器）

12V降壓變壓器

5V 繼電器

BC547 （2號）

10K可變鍋

1K，2K，2.2K，10K，5.1K電阻器

100uF、10uF、0.1uF 電容器

二極管橋

連接線

面包板

電路圖：

下圖給出了電子斷路器的完整原理圖。進一步閱讀以了解相同的解釋。

電路說明：

如上面的斷路器原理圖所示，它非常簡單，只是一堆電阻器、電容器和其他東西。但這一切背后到底發(fā)生了什么。如何選擇組件的值，它們在這里的作用是什么？

我試圖通過將它們分成每個部分并在下面解釋來回答這個問題。

電源部分：

運算放大器是該電子斷路器圖的核心。我們需要一個穩(wěn)定的5V電源來為該運算放大器供電。此外，我們還需要將電流電壓（任何特定時間的電壓）饋送到運算放大器。運算放大器只能處理高達5V的電壓，因為它由5V供電。因此，我們需要將輸入交流電壓（220V AC）轉(zhuǎn)換為0-5V DC。

所以上面的電路解決了兩個目的。

提供恒定的 5V 用于為電路上電

將運算放大器的輸入交流電壓降至 0-5V

為了實現(xiàn)這一目標，我們使用了一個 12V 降壓變壓器，它將 220V AC 轉(zhuǎn)換為 12V AC，然后我們用二極管橋?qū)⑵湔鞯?12V DC（大約），然后使用 7805 穩(wěn)壓器將電壓調(diào)節(jié)到 5V。輸入電壓的任何變化都會影響二極管橋輸出側(cè)的電壓值。因此，該電壓可以被視為交流電源的“電流電壓”。通過使用5.1K電阻和10K POT（形成電位分壓器），我們將電壓映射在0-5V之間。

運算放大器部分：

本節(jié)是進行比較的部分。我們在運算放大器部分有兩個細分。一個用于將“當前電壓”與高壓值進行比較，另一個用于與低電壓值進行比較。下圖顯示了這兩個部分。

上面所示的運算放大器電路是運算放大器的差分模式。運算放大器確實是大多數(shù)電子電路的主力，它具有許多操作模式和應(yīng)用，如求和，減法，放大等...我們在這里將其用作電壓比較器。

那么什么是電壓比較器，為什么我們在這里需要它們？

在我們的例子中，電壓比較器比較引腳3和2之間的電壓，如果引腳3上的電壓大于引腳2，則引腳1的輸出變高（3.6V），否則輸出將為0V。我們將“電流電壓”與預(yù)設(shè)的高低壓進行比較，以獲得高/低電壓觸發(fā)。

在上面所示的電路中，使用電阻1K和2K在引腳2上設(shè)置低電壓閾值。高電壓門限使用 1K 和 2.2K 電阻在引腳 5 上設(shè)置。

使用這些電阻形成一個分壓器，并提供一個3.33V的低電壓切斷和3.43V的高壓截止。這意味著，只有當“電流電壓”在3.33V至3.43V之間時，兩個運算放大器才會變?yōu)楦唠娖健?/p>

注意：我將閾值電壓設(shè)置為 3.33V 和 3.43 伏，因為我的上限截止電壓為 230V，愛人截止電壓為 220V。您可以相應(yīng)地設(shè)置它們，然后通過使用10K電位器來控制“電流電壓”來校準電路。

繼電器部分：

這是我們連接交流負載的地方。繼電器用于打開/關(guān)閉交流負載。

如運算放大器部分所述。只有當電壓介于高電壓和低壓截止限值之間時，兩個運算放大器才會變高。因此，只有當運算放大器的輸出都為高電平時，我們才必須打開交流負載。這里的“低壓觸發(fā)”和“高壓觸發(fā)”分別是引腳1和引腳7的輸出。

只有當兩者都為高電平時，繼電器才會接地并觸發(fā)。通過繼電器連接的交流負載（此處為燈）id。1K電阻用于限流。

一旦您了解了電路的工作原理，使其工作就不是問題。只需連接電路并使用 10K 電位器在“高壓觸發(fā)器”和“低壓觸發(fā)器”之間設(shè)置我們的“電流電壓”?，F(xiàn)在，如果交流主電壓有任何變化，您的運算放大器中的任何一個都將變低，您的繼電器將關(guān)閉，從而關(guān)閉與其連接的負載。

您還可以使用此處附帶的仿真文件，根據(jù)高電壓或低壓閾值驗證/修改電路。

仿真使用電位計來改變輸入電壓，并使用綠色LED作為負載。您還可以監(jiān)控每個端子的電壓值，這將幫助您更好地了解電路。

希望您喜歡這個斷路器項目并了解其背后的工作。該項目的完整工作可以在下面的視頻中看到。

該項目存在以下缺點，您可能需要考慮這些缺點，以防萬一對您有意義。

這里測量的電壓不是Vrms電壓。該值也會受到峰值和波紋的影響

如果電壓逐漸下降/上升，您的負載可能會遇到開關(guān)效應(yīng)（在大多數(shù)情況下不會）。

請勿連接消耗電流超過 5A 的負載。這很可能會殺死您的中繼及其驅(qū)動程序。