Como fazer um circuito detector de cruzamento zero

Fazer um circuito detector de cruzamento zero é realmente muito fácil e pode ser aplicado de forma eficaz para proteger equipamentos eletrônicos sensíveis contra picos de energia na chave LIGADA.

Um circuito detector de cruzamento zero é usado principalmente para proteger dispositivos eletrônicos de picos de ativação, garantindo que durante a ligação da alimentação a fase da rede sempre 'entre' no circuito em seu primeiro ponto de cruzamento zero.
Estranhamente, exceto 'wikipedia', nenhum outro site on-line de destaque até agora abordou esta aplicação crucial do conceito de detector de cruzamento zero, espero que eles atualizem seus artigos após ler este post.

O que é um detector de cruzamento zero?

Todos nós sabemos que nossa fase CA principal é composta por fases de tensão sinusoidal alternada, conforme mostrado abaixo:

Nesta alternância AC, a corrente pode ser vista alternando através da linha zero central e através dos níveis de pico positivo superior e negativo inferior, através de um ângulo de fase particular.

Este ângulo de fase pode ser visto aumentando e diminuindo exponencialmente, o que significa que está aumentando gradualmente e diminuindo gradualmente.

O ciclo alternado em um AC acontece 50 vezes por segundo para a rede elétrica de 220 V e 60 vezes por segundo para as entradas da rede elétrica de 120 V, conforme definido pelas regras padrão. Essa 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 da rede elétrica em nossas casas.

Sempre que ligamos um aparelho ou dispositivo eletrônico à rede elétrica, ele é sujeito a uma entrada repentina da fase CA e, se esse ponto de entrada estiver no pico do ângulo de fase, pode implicar corrente máxima sendo forçada ao dispositivo no ponto de ativação.

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 recomendado submetê-los a tais situações repentinas e imprevisíveis.

Para resolver tal problema, um estágio de detector de cruzamento de zero é usado que garante que sempre que um dispositivo é ligado com energia da rede elétrica, o circuito de cruzamento de zero espera até que o ciclo de fase AC atinja a linha de zero, e neste ponto ele liga a rede poder para o gadget.

Como projetar um detector de cruzamento zero

Projetar um detector de cruzamento zero não é difícil. Podemos fazer isso usando um opamp, como mostrado abaixo, no entanto, usando um opamp para um conceito simples, pois isso parece ser um exagero, então também discutiremos como implementar o mesmo usando um projeto baseado em transistor comum:

Circuito detector de cruzamento zero Opamp

Nota: A entrada AC deve ser de um retificador de ponte

A figura acima mostra um circuito detector de cruzamento por 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 , em que seu pino não inversor é conectado ao aterramento por meio de um diodo 1N4148, o que causa um potencial de queda de 0,6 V neste pino de entrada.

O outro pino de entrada nº 2, que é o pino de inversão do iC, é usado para a detecção de cruzamento de zero e é aplicado com o sinal AC preferido.

Como sabemos que, enquanto o potencial do pino # 3 for menor do que o pino # 2, o potencial de saída no pino # 6 será 0V, e assim que a tensão do pino # 3 ficar acima do 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 opamp mostra um potencial zero .... mas durante os períodos em que o fase está prestes a entrar ou cruzar a linha zero, o pino # 2 experimenta um potencial abaixo da referência de 0,6 V conforme definido para o pino # 3, causando uma reversão imediata da saída para 12V.

Assim, a saída durante esses pontos torna-se um nível alto de 12v, e essa sequência continua disparando 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 optoacoplador

Embora o detector de cruzamento zero opamp discutido acima seja muito eficiente, o mesmo pode ser implementado usando um BJT opto-acoplador comum com uma precisão razoavelmente boa.

Nota: A entrada AC deve ser de um retificador de ponte

Com referência à imagem acima, o BJT na forma de um fototransistor associado dentro de um optoacoplador pode ser efetivamente configurado como um circuito detector de cruzamento zero mais simples .

A rede AC é alimentada para o LED do opamp por meio de um resistor de alto valor. Durante seus ciclos de fase, desde que a tensão da rede esteja acima de 2 V, o fototransistor permanece no modo de condução e a resposta de saída é mantida em quase zero volts, no entanto, durante os 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, esta resposta faz com que uma lógica alta apareça instantaneamente 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 zero pode ser testemunhado abaixo, aqui o triac nunca pode ser comutado em qualquer outro ponto de fase, exceto o ponto de cruzamento zero, sempre que a energia for ligada.

Isso garante que o circuito seja sempre mantido longe do pico de corrente do switch ON e de seus perigos relevantes.

Nota: A entrada AC deve ser de um retificador de ponte

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.

A qualquer momento quando a energia é LIGADA, o SCR obtém seu suprimento de ânodo da fonte de acionamento CC existente, no entanto, sua tensão de porta é LIGADA apenas no momento em que a entrada passa por seu primeiro ponto de cruzamento zero.

Uma vez que o SCR é acionado no ponto de cruzamento zero seguro, ele dispara o triac e a carga conectada e, por sua vez, fica travado, garantindo uma corrente de porta contínua para o triac.

Este tipo de chaveamento nos pontos de cruzamento zero toda vez que a energia é LIGADA garante uma ligação segura consistente para a carga, eliminando todos os perigos possíveis que normalmente estão associados à ligação repentina da rede elétrica.

Eliminação de ruído RF

Outra grande aplicação de um circuito detector de cruzamento zero é para eliminando o ruído em circuitos de comutação triac . Vamos dar o exemplo de um circuito de dimmer de luz eletrônico , 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 de zero ... especialmente em torno da transição de cruzamento de zero onde o triac é submetido a uma zona de voltagem indefinida, fazendo com que produza transientes de corrente rápidos que em por sua vez 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 apenas quando o ciclo CA cruzou a linha zero perfeitamente, o que garante uma comutação limpa do triac, eliminando assim os transientes de RF.

Referência:

Circuito Zero Crossing