Détecteurs de passage à zéro – Protégez efficacement les équipements électroniques sensibles

Comment les systèmes de contrôle de puissance résistent-ils aux courants d'appel élevés ? Cela semble être une tâche ardue. Néanmoins, c'est là que les détecteurs de passage à zéro (ZCD) sont utiles.

Avec la détection de passage à zéro, la transition d'une forme d'onde de signal se fera de manière transparente. Par conséquent, un circuit de détection de croisement est important pour les systèmes nécessitant un intervalle de temps.

Nous expliquerons comment fonctionnent les détecteurs de passage à zéro. Nous expliquerons également des méthodes simples de création d'un circuit de détection de croisement. Ainsi, lisez la suite pour des idées.

1. Principe des détecteurs de passage à zéro

Un détecteur de passage par zéro fonctionne dans un réseau de circuits de systèmes de commande de puissance électrique. Il facilite la conversion d'une forme d'onde de sortie de comparateur. Cela se produit lorsqu'un signal CA atteint une tension de référence nulle. Par conséquent, l'appareil retarde dans le temps. L'objectif est de protéger le circuit des courants de signal d'entrée élevés.

2. Description de base du circuit des détecteurs de passage à zéro

Tout d'abord, voici une illustration d'un circuit détecteur de passage par zéro.

Figure 1 :Illustration d'un schéma de circuit d'un détecteur de passage à zéro.

L'illustration de circuit en série ci-dessus montre un simple circuit de détection de croisement. Lors du montage, connectez le signal d'entrée à la borne inverseuse de l'amplificateur opérationnel. Pour la borne non inverseuse, mettez-la à la terre via des résistances d'entrée.

L'appareil identifie quand le signal d'entrée est différent de la tension de référence. Vous devez régler la tension de référence sur 0. Par conséquent, chaque fois que cela se produit, le niveau de saturation des signaux de sortie se décale.

Figure 2 :un circuit imprimé

Appliquer un signal d'entrée à la borne non inverseuse de l'amplificateur opérationnel. Dans ce cas, le niveau de référence de tension est à zéro. Le système comparera l'onde sinusoïdale à l'entrée de l'amplificateur opérationnel avec la référence de tension.

À chaque fois, la phase de l'onde sinusoïdale passera du négatif au positif et vice versa.

Considérons chaque scénario probable du signal d'entrée.

Prenons, par exemple, un cas où il y a un signal sinusoïdal positif à l'entrée. Le comparateur comparera le signal d'entrée au niveau de tension de référence. Par conséquent, l'équation de ce scénario est :

V _Sortie =V_Référence – V_{Signal d'entrée}

Par conséquent, étant donné que vous avez une tension de référence de 0 V, nous pouvons assimiler V_Référence à zéro. Ainsi, l'équation deviendra :

V _Sortie =0 – V_{Signal d'entrée}

Par conséquent, la tension du signal de forme d'onde de sortie aura une saturation négative. Vérifiez cette dernière équation :

V _Sortie =– V_{Signal d'entrée}

Par conséquent, une impulsion positive produit une forme d'onde de sortie négative.

D'autre part, considérez un scénario où il y a un signal sinusoïdal négatif. Encore une fois, le comparateur comparera le signal d'entrée au niveau de tension de référence.

Par conséquent, l'équation sera à nouveau V _Sortie =V_Référence –V_{Signal d'entrée.}

Lorsque nous remplaçons le =V_Référence dans l'équation avec zéro, nous obtiendrons,

V _Sortie =0 – (V_{Signal d'entrée} )

Ainsi, V _Sortie =+ V_{Signal d'entrée}

Le signal de forme d'onde de sortie aura une saturation positive dans ce cas.

Par conséquent, le détecteur de passage par zéro convertit efficacement le signal d'entrée en la forme d'onde de sortie de signe opposé. Si le signal d'entrée est négatif, le circuit de croisement le convertit en positif et vice versa.

3.Comment faire un circuit de détection de passage à zéro ?

Figure 3 :Ondes sinusoïdales

Vous pouvez facilement concevoir un détecteur de passage à zéro. En outre, vous pouvez utiliser ce circuit pour une large gamme d'applications.

Voici les composants dont vous avez besoin pour ce circuit :

Une diode Zener 6V

Deux résistances 100K

Comparateur IC 741

Vous devez vous assurer que vous connectez l'entrée AC à partir d'un pont redresseur. De plus, dans ce circuit, l'IC 741 fonctionne comme un comparateur. Vous devez fournir une tension d'alimentation de 12V.

Assurez-vous également de connecter la broche non inverseuse à une diode 1N4148. D'autre part, vous devez connecter la broche inverseuse au signal d'entrée de votre choix.

Notez que la forme d'onde de sortie de votre circuit sera l'inverse du signal d'entrée. Ainsi, le circuit suit les principes conventionnels des détecteurs de passage par zéro.

Lorsqu'il y a un courant positif à la broche d'entrée, l'appareil le détecte. Le changement de la forme d'onde de sortie se produira lorsque la référence de tension est à zéro. L'inverse se produira lorsque vous connecterez un courant opposé. Dans ce cas, la sortie sera positive.

4. Applications du détecteur de passage à zéro

Il existe une large gamme d'applications de circuits détecteurs de passage par zéro. Vous les trouverez dans un appareil électronique tel qu'un compteur de fréquence. De plus, vous les trouverez également dans les circuits électroniques de puissance.

Figure 4 :une illustration 3D des composants électroniques

Voici quelques-unes des applications typiques d'un circuit de croisement :

ZCD comme phasemètre

Lorsque vous avez deux tensions, vous pouvez utiliser un ZCD comme phasemètre pour déterminer l'angle de phase. Le ZCD obtiendra d'abord des impulsions séquentielles dans les cycles positifs et négatifs. Ensuite, il mesurera la tension de l'intervalle de temps de la première impulsion de tension sinusoïdale. Il répétera le processus pour l'impulsion de tension de l'autre onde sinusoïdale.

Ainsi, l'intervalle de temps donnera la différence de phase entre les tensions du signal d'entrée. Vous pouvez utiliser le phasemètre pour les ondes sinusoïdales de zéro degré à 360 degrés.

ZCD comme générateur de marqueurs temporels

Considérez le schéma de circuit du comparateur d'un détecteur de passage par zéro de la figure 1. Si la broche d'entrée est une onde sinusoïdale, le signal de sortie sera un générateur d'onde carrée. Ainsi, cela créera un circuit en série.

Envisagez également un scénario dans lequel la constante de temps est relativement petite par rapport à la période. Dans un tel cas, la tension aux résistances peut être une impulsion positive. En outre, il peut s'agir d'une impulsion négative. Appliquer une tension à un circuit clipper via une diode. Il produit une tension de charge avec des impulsions positives uniquement. Par conséquent, vous aurez une conversion de l'onde sinusoïdale d'un détecteur de passage par zéro en impulsions positives. La condition préalable de ce résultat est un circuit réseau et un circuit écrêteur.

Détecteur de passage à zéro utilisant IC 311 et transistor

Figure 5 :Graphiques Wave

Vous pouvez également utiliser un détecteur de passage par zéro dans la conception d'un circuit comparateur Op-Amp. Nous avons illustré cette application directe dans la figure 1. Lorsque vous l'utilisez de cette manière, ce sera un convertisseur d'onde carrée.

De plus, dans ce circuit, vous pouvez utiliser le comparateur inverseur ou non inverseur comme détecteur de passage par zéro. Néanmoins, vous devez veiller à régler la tension de référence sur zéro.

Le principe de fonctionnement de ce circuit est également similaire aux autres applications de détection de passage par zéro.

Ainsi, lorsque la tension d'entrée positive passe par zéro, la forme d'onde de sortie sera en saturation négative. D'autre part, lorsque la tension d'entrée est négative, la forme d'onde de sortie sera en saturation positive.

Par conséquent, des cycles négatifs dans l'entrée d'onde produiront des formes d'onde positives. De même, des cycles positifs dans l'entrée d'onde produiront des formes d'onde négatives.

Détecteur de passage à zéro utilisant un optocoupleur

Une autre façon d'utiliser un détecteur de passage par zéro est dans le processus de conception d'un optocoupleur. Voici une illustration d'un optocoupleur de conception analogique.

Figure 6 :une illustration d'optocoupleur

En regardant une forme d'onde de sortie du circuit, elle change en fonction de l'entrée. Par exemple, lorsque le signal d'entrée atteint 0, la forme d'onde de sortie augmente. Cela se produit chaque fois que le signal d'entrée arrive à ce point, comme illustré dans les exemples ci-dessus.

Conclusion

En un mot, les détecteurs de passage à zéro sont essentiels dans les systèmes de contrôle de puissance. Sans eux, il serait possible de faire fonctionner des circuits de cycle AC.

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