Fazer um circuito detector de cruzamento zero é realmente muito fácil e pode ser aplicado de forma eficaz para proteger equipamentos eletrônicos sensíveis contra surtos no interruptor principal.
Um circuito detector de cruzamento de zero é usado principalmente para proteger dispositivos eletrônicos de surtos de chaveamento LIGADO, garantindo que durante a ligação de energia a fase da rede sempre “entra” no circuito em seu primeiro ponto de cruzamento zero.
Estranhamente, exceto “wikipedia”, nenhum outro site online de topo até agora abordou essa aplicação crucial de um conceito de detector de cruzamento zero, espero que eles atualizem seus artigos depois de ler este post.
O que é um detector de cruzamento zero?
Todos sabemos que a nossa fase CA da rede é composta por fases alternadas de tensão sinusoidal, conforme mostrado abaixo:
Nesta CA alternada, a corrente pode ser vista alternando na linha zero central e nos níveis de pico positivo e negativo superior, através de um ângulo de fase específico.
Este ângulo de fase pode ser visto subindo e descendo exponencialmente, o que significa que está aumentando e diminuindo gradualmente.
O ciclo alternado em uma CA acontece 50 vezes por segundo para redes de 220 V e 60 vezes por segundo para entradas de rede de 120 V conforme definido pelas regras padrão. Esta resposta de 50 ciclos é chamada de frequência de 50 Hz e a de 60 Hz é chamada de frequência de 60 Hz para essas tomadas em nossas casas.
Sempre que ligamos um aparelho ou um dispositivo eletrônico à rede, ele está sujeito a uma entrada repentina da fase CA e, se esse ponto de entrada estiver no pico do ângulo de fase, pode implicar que a corrente máxima seja forçada ao dispositivo no ponto de ligar.
Embora a maioria dos dispositivos esteja pronta para isso e possa ser equipada com estágios de proteção usando resistores, ou NTC ou MOV, nunca é recomendável submetê-los a situações tão repentinas e imprevisíveis.
Para resolver esse problema, é usado um estágio detector de cruzamento de zero que garante que sempre que um dispositivo é ligado com energia da rede, o circuito de cruzamento de zero espera até que o ciclo de fase CA atinja a linha zero e, neste ponto, liga a rede. energia para o gadget.
Como projetar um detector de cruzamento zero
Projetar um detector de cruzamento zero não é difícil. Podemos fazê-lo usando um opamp, como mostrado abaixo, no entanto, usando um opamp para um conceito simples, pois isso parece um exagero, então também discutiremos como implementar o mesmo usando um design comum baseado em transistor:
Circuito detector de cruzamento zero Opamp
A figura acima mostra um circuito detector de cruzamento zero baseado em 741 opamp simples que pode ser usado para todas as aplicações que requerem uma execução baseada em cruzamento zero.
Como pode ser visto, o 741 é configurado como um comparador, onde seu pino não inversor é conectado ao terra através de um diodo 1N4148, o que causa uma queda de potencial de 0,6V neste pino de entrada.
O outro pino de entrada #2 que é o pino inversor do iC é usado para a detecção de cruzamento zero e é aplicado com o sinal AC preferido.
Como sabemos que, enquanto o potencial do pino 3 for menor que o do pino 2, o potencial de saída no pino 6 será 0V e, assim que a tensão do pino 3 ultrapassar o pino 2, a tensão de saída mudará rapidamente para 12V (nível de alimentação).
Portanto, dentro do sinal CA de entrada alimentado durante os períodos em que a tensão de fase está bem acima da linha zero, ou pelo menos acima de 0,6 V sobre a linha zero, a saída do amplificador operacional mostra um potencial zero… fase está prestes a entrar ou cruzar a linha zero, o pino 2 experimenta um potencial abaixo de 0,6 V de referência conforme definido para o pino 3, causando uma reversão imediata da saída para 12 V.
Assim, a saída durante esses pontos se torna 12v de alto nível, e essa sequência continua sendo acionada cada vez que a fase cruza a linha zero de seu ciclo de fase.
A forma de onda resultante pode ser vista na saída do IC que expressa e confirma claramente a detecção de cruzamento zero do IC.
Usando um circuito BJT opto-acoplador
Embora o detector de cruzamento de zero opamp discutido acima seja muito eficiente, o mesmo pode ser implementado usando um acoplador óptico comum BJT com precisão razoavelmente boa.
Referindo-se à imagem acima, o BJT na forma de um fototransistor associado dentro de um acoplador óptico pode ser configurado efetivamente como um circuito detector de cruzamento zero mais simples.
A alimentação CA é alimentada ao LED do opamp através de um resistor de alto valor. Durante seus ciclos de fase, desde que a tensão da rede esteja acima de 2V, o fototransistor permanece no modo de condução e a resposta de saída é mantida em quase zero volts, porém nos momentos em que a fase atinge a linha zero de seu percurso, o LED dentro do opto desliga fazendo com que o transistor também desligue, essa resposta instantaneamente faz com que uma lógica alta apareça no ponto de saída indicado da configuração.
Circuito de aplicação prática usando detecção de cruzamento zero
Um exemplo prático de circuito usando uma detecção de cruzamento de zero pode ser visto abaixo, aqui o triac nunca pode ser comutado em qualquer outro ponto de fase, exceto no ponto de cruzamento de zero, sempre que a energia é ligada.
Isso garante que o circuito seja sempre mantido longe do surto de corrente da chave LIGADA e de seus perigos relevantes.
No conceito acima, um triac é disparado através de um pequeno sinal SCR controlado por um PNP BJT. Este PNP BJT é configurado para executar uma detecção de cruzamento de zero para a comutação segura pretendida do triac e da carga associada.
Sempre que a alimentação é ligada, o SCR obtém sua alimentação anódica da fonte de disparo CC existente, porém sua tensão de porta é ligada somente no momento em que a entrada transita pelo seu primeiro ponto de cruzamento zero.
Uma vez que o SCR é acionado no ponto de cruzamento de zero seguro, ele aciona o triac e a carga conectada e, por sua vez, fica travado, garantindo uma corrente de porta contínua para o triac.
Este tipo de comutação nos pontos de cruzamento zero sempre que a alimentação é ligada garante uma ligação segura e consistente para a carga, eliminando todos os perigos possíveis que normalmente estão associados ao desligamento repentino da rede elétrica.
Eliminação de Ruído RF
Outra grande aplicação de um circuito detector de cruzamento zero é para eliminar ruídos em circuitos de comutação triac. Vamos pegar o exemplo de um circuito eletrônico dimmer de luz, normalmente encontramos tais circuitos emitindo muito ruído de RF na atmosfera e também na rede elétrica causando despejo desnecessário de harmônicos.
Isso acontece devido à rápida interseção da condução do triac através dos ciclos positivo/negativo através da linha de cruzamento zero… especialmente em torno da transição de cruzamento zero, onde o triac é submetido a uma zona de tensão indefinida, fazendo com que produza transientes de corrente rápidos que, em volta são emitidos como ruído de RF.
Um detector de cruzamento zero, se adicionado a circuitos baseados em triac, elimina esse fenômeno, permitindo que o triac dispare somente quando o ciclo AC cruzou a linha zero perfeitamente, o que garante uma comutação limpa do triac, eliminando assim os transitórios de RF.
Referência:
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FONTE
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