Конструкция безопасности на детекторе сети

Я разработал простой сетевой детектор, который я нарисовал ниже. Теория работы довольно проста. Конденсатор используется для уменьшения тока, чтобы моя оптопара могла работать (представлена ​​светодиодом ниже). С LTSpice я получаю хорошую синусоидальную волну с частотой 60 Гц и ~ 3,5 мА. Я опустил другую сторону моего опто для простоты. Теперь я заинтересован в проведении анализа безопасности.

Первое, что приходит на ум, это добавить резистор с высоким сопротивлением параллельно конденсатору, чтобы снизить риск разряда конденсатора, но я намеренно не упомянул это, потому что это приведет к сжиганию большого количества тепла, и в конечном итоге я можно положить все это дело туда, куда не должны дотягиваться пальцы. Предохранитель должен защитить меня от случая, когда конденсатор выходит из строя при коротком замыкании. Разомкнутая цепь просто хорошо бы вышла из строя. Любые другие мысли, которые я мог пропустить в своем проекте безопасности?

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

(1) Вставьте предохранитель в провод под напряжением, а не в нейтраль. (2) Проверьте на своем симуляторе, что произойдет, если вы включите сеть при 90° в цикле (пиковое напряжение). Я подозреваю, что вы получите очень сильный всплеск тока через светодиод. (3) Рассчитайте мощность, рассеиваемую на резисторе разряда конденсатора большой емкости. Вы можете сделать его значение достаточно высоким, чтобы это не было проблемой.
Ваше устройство должно выдерживать довольно высокие скачки напряжения между фазой и нейтралью, несколько киловольт являются типичными требованиями ЭМС, поэтому хорошей идеей является защита от переходных процессов.
Какую оптопару вы выбрали?
В данном случае я выбрал 4N37, и да, C1 — это конденсатор X2 на 7 кВ, который должен выдерживать пики. Какая разница, где предохранитель? Хотелось бы понять аргументацию :)

Ответы (2)

Первое, что приходит на ум, это добавить резистор с высоким сопротивлением параллельно конденсатору, чтобы снизить риск разряда конденсатора, но я намеренно не упомянул это, потому что это приведет к сжиганию большого количества тепла, и в конечном итоге я можно положить все это дело туда, куда не должны дотягиваться пальцы.

Плохая идея. Если это подключаемое устройство (не подключенное к сети постоянно), то любой может коснуться двух штырей вилки и получить разряд от конденсатора. И в любом случае резистор 1 МОм, который разрядит конденсатор за долю секунды, при нормальной работе рассеет только 15 мВт при 120 В переменного тока. (Обратите внимание на номинальное напряжение этого резистора — при необходимости используйте несколько резисторов последовательно.)

Во-вторых, как указал Транзистор в комментариях, конденсатор ограничивает ток на частоте 60 Гц , но мало влияет на более высокие частоты, в том числе возникающие при включении, а также на быстрые переходные процессы в линии, вызванные близлежащей молнией, другим оборудованием. переключение и т. д. Такие токи могут сжечь ваш предохранитель, но не раньше, чем разрушить ваш светодиод.

Итак, как минимум, я бы предложил:

  • Добавьте резистор 1 МОм параллельно конденсатору.
  • Увеличьте последовательное сопротивление (R1) до 10 кОм (при нормальной работе оно будет рассеивать около 130 мВт).
  • Увеличьте значение емкости (C1) до 100 нФ, чтобы компенсировать увеличившееся падение на резисторе R1.
Спасибо за ответ. Я попытался внести предложенные изменения, и это кажется немного проблематичным. Во всяком случае, согласно моей симуляции spice, резистор 1 МОм будет сжигать около 31,5 мВт (он будет подключен к сети, где его не смогут коснуться пальцы - все еще опасно, если кто-то откроет коробку). Когда я делаю другие предложенные изменения, резистор 10 кОм начинает потреблять 385 мВт, что чертовски много. Не могли бы вы объяснить, как вы пришли к 10k? КСТАТИ: Я планирую использовать оптику 4N37 для этого проекта. Другая сторона представляет собой простую схему обнаружения подтягивающего GPIO.
Во-первых, 31,5 мВт никоим образом НЕ опасны. Резистор 10K имеет такой же среднеквадратичный ток, что и светодиод, протекающий через него, поэтому я не понимаю, как вы получаете 385 мВт (6,2 мА). Я выбрал 10 кОм, исходя из того, что ток светодиода остается таким же, как в исходной конструкции (3,7 мА), а рассеивание около 125 мВт - примерно половина номинала резистора 250 мВт.
А, я только что понял свою ошибку. Я тестировал и использовал Spice для расчета рассеиваемой мощности и теперь понял, что мое напряжение было установлено на среднеквадратичное значение, а не на пиковое, в то время как LTSpice требует пикового значения. Да, ваша математика действительно верна. Теперь, когда я все исправил, я понял, что мне нужно 2,6 мА (а не 3,X), что делает мой выбор C1 и R1 подходящим сейчас. Это заставляет R1 рассеивать примерно 1,4 мВт, а добавление параллельного резистора добавит ~ 14 мВт, что достаточно мало.

Это что-то вроде того, что я сделал в 1975 году, когда был "зеленым сосиской" выпускником. (как нас звали).

Я быстро прочитал все стандарты Mil Stds по характеристикам пассивных компонентов, чтобы развеять заголовок. (пластик X по сравнению с рейтингом Y, керамика, NPO по сравнению с XR7, электролиты, феррит, кристаллы и т. д.)

    • Обратите внимание, что 1M действует как отводящий резистор Rs с номинальным напряжением 250 В, а 1K действует как предохранитель, и он был рассчитан только на индуктивное переходное напряжение 100 мкс около 4x Vpeak и переходное напряжение в линии электропередачи молнии около 3 кВ или PLT (1 ~ 10 мкс).
    • Поверхностная утечка имеет решающее значение с воздушным зазором от 2,5 до 3 мм между переменным и постоянным током на FR4 (тогда G10)

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Колпачок X — это колпачок из пластиковой пленки с линейным номиналом, который не закорачивает, но я использовал R в качестве предохранителя.

Вы можете поднять C1 до 300 нФ для пиковой полуволны 30 мА.
Однако, если вы поднимете C1 до 300n, вам потребуется рассеивать много энергии через ваши резисторы. Это должно было бы перейти от ~ 9 мВт до ~ 1 Вт (всего - 3 резистора).
Конструкция безопасности на детекторе сети
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v