Designziele

Designbeschreibung

Ein Nulldurchgangs-Detektorschaltkreis verändert den Ausgangszustand, wenn der AC-Eingang die Nullreferenzspannung überschreitet. Dieses Design beinhaltet eine ein-Chip-Lösung zur Nulldurchgangserkennung von AC-Sinuswellen mit invertierenden und nicht invertierenden Digitalausgängen. Die Schaltung wird erstellt, indem der invertierende Komparatoreingang auf Masse eingestellt und ein geklemmtes Sinussignal an den nicht invertierenden Eingang angelegt wird. Die Eingangsspannung wird durch R1 und ein Paar antiparalleler Dioden geklemmt. In diesem Fall werden anstelle eines Dämpfungsgliedes Dioden verwendet, um die Anstiegsgeschwindigkeit des Eingangs nahe dem Nulldurchgang zu maximieren und dadurch die Ausgangslatenz zu reduzieren. Der Schaltkreis wird zur Nulldurchgangserkennung von Wechselstromleitungen in Steuerschaltungen verwendet, um den Stromverbrauch im Standby- und im ausgeschalteten Modus zu reduzieren.

Designhinweise

1. Der Schaltkreis muss in der Lage sein, 750 V-Arbeitsspannung über die Isolierungsbarriere hinweg zu verarbeiten.
2. Die maximale Eingangsspannung bei IN+ muss ±1 V betragen
3. Invertierender und nicht invertierender Ausgang gewünscht
4. Der maximale Stromfluss durch R1 beträgt 100 µA ±10 %
5. Begrenzen Sie die Betriebsspannung jedes Widerstands im String auf maximal 100 V ±10 %
6. Die AC-Eingangsspannung beträgt 120 V_RMS, höhere AC-Spannungen können leicht durch Modifikationen der Komponenten auwerden. Weitere Informationen finden Sie im Abschnitt Alternate Design
7. Stellen Sie sicher, dass die Hysteresespannung am AC-Nulldurchgang nicht mehr als ±30 mV beträgt

Designschritte

1. Bestimmen Sie den idealen Widerstandswert von R1. Die maximale Spitzeneingangsspannung von 120 V_RMS × √2 = 170 V_PK. Beachten Sie, dass die Durchlassspannung der Diode D1 nahe null ist und nicht in dieser Berechnung berücksichtigt wird.
   $R1=\frac{170\mathrm{\hspace{0.17em}}{V}_{PK}}{100\mathrm{ }\mathrm{\mu }A}=1\mathrm{.}70\mathrm{ }M\mathrm{\Omega }$
2. Teilen Sie R1 in 3 gleiche Widerstände auf, um die Designgrenzen von ≤100 V pro Widerstand aufrechtzuerhalten:
   $R1=\frac{1.70\mathrm{ }M\mathrm{\Omega }}{3}=566\mathrm{.}66\mathrm{ }k\mathrm{\Omega }$
3. Verwenden Sie den Analogrechner , um einen Standard-Widerstand von E96 1 % für R1 zu ermitteln. Der nächste Wert ist 569 kΩ.
4. Wählen Sie die antiparallelen Dioden aus. Wählen Sie Dioden, die mit den über R1 gespeisten 100 µA eine Durchlassspannung von mindestens ± 350 mV liefern.
5. Optional – entwerfen Sie einen Tiefpassfilter bei VINP, definiert durch R2 und C1. Der Frequenzgang ist wie folgt definiert:
   $F_C=\frac{1}{2\pi \times R2\times C1}$

Überarbeitetes Design

Der folgende Schaltplan zeigt die Implementierung des überarbeiteten Designs mit dem AMC23C10.

Der AMC23C10 verwendet eine kapazitive Isolierung, um eine Arbeitsspannung von 1000 V bereitzustellen. Die Spannungsquelle für VDD1 ist von 3 V bis 27 V spezifiziert und wird intern durch einen LDO gesteuert. VDD2 ist von 2,7 V bis 5,5 V spezifiziert. Der Eingangsspannungsbereich unter Normalbetrieb beträgt ±1 V. der Logikausgang auf OUT1 ist ein Open-Drain-Ausgang, der mit einem Pullup-Widerstand bis VDD1 verwendet werden kann. OUT2 ist ein Push-Pull-Ausgang, der keine externen Pullup-Widerstände benötigt.

DesignSimulationen

Gemessenes Ansprechverhalten

Die folgenden Abbildungen zeigen das gemessene Verhalten des Nulldurchgangs-Erkennungsschaltkreises unter Verwendung des isolierten Komparators AMC23C10. Die Eingabe wird auf Kurve 1 erfasst, während OUT1 und OUT2 auf Kurve 2 bzw. 3 dargestellt werden. Sowohl an der ansteigenden als auch an der abfallenden Flanke des Eingangs wird die Verzögerung zwischen dem Nulldurchgang des Eingangs und dem Ausgangsübergang nicht größer als 220 ns.

Designreferenzen

Eine umfassende Schaltkreisbibliothek von TI finden Sie in Analog Engineer's Circuit Cookbooks.

Texas Instruments Datenblatt: AMC23C10, verstärkter isolierter Komparator mit zwei Ausgängen, mit schnellem Ansprechverhalten

Design Vorgestellter Isolierter Komparator

Alternatives Design für 230 VAC-Eingang