230V交流电源过电压保护电路

由于技术的进步和更好的设计偏好，大多数电源现在都非常可靠，但由于制造缺陷，或者可能是主开关晶体管或MOSFET坏了，总是有可能发生故障。此外，它也有可能由于输入过电压而失效，尽管像金属氧化物压敏电阻(MOV)这样的保护装置可以用作输入保护，但是一旦MOV触发，它就会使设备失效。

为了解决这个问题，我们将构建一个带有运算放大器的过电压保护装置，它可以检测高压并在几分之一秒内切断输入功率，保护装置免受高压浪涌的影响。此外，还将对电路进行详细的测试，以验证我们的设计和电路的工作。下面的检查可以让您了解该电路的构建和测试过程。如果您对SMPS设计感兴趣，您可以查看我们之前关于SMPS PCB设计技巧和SMPS EMI降低技术的文章。

什么是过压保护?为什么过压保护如此重要?

电源电路故障的原因有很多，其中之一就是过电压。在之前的一篇文章中，我们为直流电路制作了过压保护电路，如果您感兴趣，可以查看一下。过电压保护可以解释为当过电压情况发生时电源关闭的特征，尽管过电压情况发生的频率较低，但当过电压情况发生时，它会使电源无用。此外，过压情况的影响可以从电源到主电路进行，当这种情况发生时，您不仅会导致电源故障，还会导致电路故障。这就是过压保护电路在任何电子设计中变得重要的原因。

因此，为了设计过压保护电路，我们需要明确过压保护的基础知识。在我们之前的保护电路教程中，我们设计了许多基本的保护电路，可以适应您的电路，即过压保护，短路保护，反极性保护，过流保护等。

在本文中，我们将只关注一件事，那就是使输入电源过压保护电路，以防止它被破坏。

组件的要求

交流主过压保护电路

我们的主过压保护的完整电路图如下所示。电路的工作原理将在下面进一步讨论。

230V市电过压保护电路如何工作?

为了了解过压保护电路的基本原理，让我们将电路拆开，以便了解电路各部分的基本工作原理。

该电路的核心是一个运算放大器，它被配置为比较器。在原理图中，我们有一个基本的LM358运算放大器，在它的引脚6中，我们有来自LM7812稳压IC的参考电压，在引脚5上，我们有来自主电源电压的输入电压。在这种情况下，如果输入电压超过参考电压，运算放大器的输出将变高，并且有了这个高信号，我们可以驱动晶体管打开继电器，但是在这个电路中存在一个巨大的问题，由于输入信号中的噪声，运算放大器在达到稳定之前会振荡多次。

解决方法是在输入端增加施密特触发作用的滞后。以前我们已经使用Arduino制作了频率计数器和电容计等电路，两者都使用施密特触发输入，如果你想了解更多关于这些项目的信息，请查看。通过配置带正反馈的运算放大器，我们可以根据需要在输入端加宽余量。如上图所示，我们通过R18和R19提供了反馈，我们实际上增加了两个阈值电压，一个是上阈值电压，一个是下阈值电压。

过压保护元件值的计算

如果我们看一下原理图，我们有主电源输入，我们在桥式整流器的帮助下对其进行整流，然后我们将其通过由R9， R11和R10制成的分压器，然后我们通过22uF 63V电容器对其进行滤波。

对分压器进行计算后，我们将得到3.17V的输出电压，现在，我们需要计算上下限阈值电压，假设我们要在输入电压达到270V时切断电源。现在，如果我们再次进行分压器计算，我们将得到3.56V的输出电压，这是我们的上限阈值。由于运算放大器接地，我们的下阈值保持在3.17V。

现在，借助一个简单的分压器公式，我们可以很容易地计算出上、下阈值电压。参考原理图，计算如下图所示：

现在，经过计算，我们可以清楚地看到，我们已经在正反馈的帮助下，将你的上阈值电压设置在触发电平以上0.47V。

注：请注意，由于电阻公差的原因，我们的实际值与计算值会有所不同。

市电过压保护电路PCB设计

我们的电源过压保护电路的PCB是为单个餐具板设计的。我用Eagle来设计我的PCB，但是你可以使用任何你选择的设计软件。我的板子设计的二维图像如下图所示。

使用足够的走线直径使电源轨道使电流流过电路板。交流电源输入和变压器输入部分创建在左侧，输出创建在底部，以便更好地使用。

现在，我们的设计已经准备好了，现在是时候焊接电路板了。蚀刻、钻孔和焊接过程完成后，电路板看起来如下图所示。

过电压和电流保护电路测试

为了演示，使用了以下设备

•Meco 108B+TRMS万用表

•Meco 450B+TRMS万用表

•汉泰6022BE示波器

•9-0-9变压器

•40W灯泡(测试负载)

从上图中可以看到，我已经准备了这个测试设置来测试这个电路，我已经在运算放大器的引脚5和引脚6中焊接了两根电线，meco 108B+万用表显示输入电压，meco 450B+万用表显示参考电压。

在这个电路中，变压器由230V的电源供电，从那里的电源被馈送到整流电路作为输入，从变压器的输出也馈送到电路板，因为它为电路提供电源和参考电压。

从上图可以看出，电路是接通的，并且meco 450B+万用表的输入电压小于参考电压，这意味着输出是接通的。

现在来模拟一下，如果我们降低参考电压，输出将关闭，检测过压情况，电路板上的红色LED也将打开，您可以在下面的图像中观察到。

进一步增强

为了演示，电路在原理图的帮助下在PCB上构建，该电路可以很容易地修改以提高其性能，例如，我使用的电阻都有5%的公差，使用1%的额定电阻可以提高电路的精度。

本文编译自circuitdigest