AC 线路过流指示器

电路描述

该电路设计旨在监视一个 AC 线路连接负载中的平均电流,并在该电流超过某一规定水平的情况下点亮一个 LED。

LT6703-2 AC Line Overcurrent Indicator Schematic

LT6703-2 AC 线路过流指示器原理图

具基准的微功率、低电压比较器

该设计的基础是 LT6703-2,此器件把一个微功率、低电压比较器与一个 400mV 基准整合在一个纤巧型封装中。这款器件仅吸收 6.5μA,因而使其非常适用于监视系统。

对一个来自低端1 电流检测电阻器的信号进行无源整流和滤波 (实际上低端是任意的,它取决于自身接地的位置),然后将其连接至 LT6703-2 比较器的输入和基准。如果此信号超过了 400mV 基准,则比较器接通 LED。它不是太复杂的。

另外还有一个输出锁存器电路,它是一个晶体管化 SCR。LED 将保持导通,以"记住"发生了某种事情。否则您或许会错过它!

具功率因数 = 0 的高效 VCC 稳压器

您可以 "把它交给人去处理",即具有 VCC 电源的电力公司。它基本上是一个齐纳二极管并联稳压器,但是具有一个全波桥式整流器和一个用以降低 AC 电压的电容器,而不是一个过时的 (不必要地耗散) 5W 功率电阻器。在该电容器中电流超前电压 90°,因此 "实际的" 功率耗散为零 ("实际" 功率被定义为:RMS 电压 * 电流 * cos 90°,即零)。电力公司讨厌它 (在理论上),因为他们不得不提供不被计入可计费之用电量的电流。在现实中这是没问题的,原因是总功率级太低,而且电流波形未发生高度失真 (相比于一个具高峰值的脉动波形,它很可能比异相正弦波更糟糕)。

主要的设计问题是找到合适的电容器。200V 陶瓷电容器虽然将起作用,但是它们有点昂贵。薄膜电容器是合适之选。在仿真中标示的器件在试验电路板上工作状况良好。7Ω ESR 并未产生任何明显的热量,仅传输几 mA 的电流。

LTspice 仿真

负载被设置为一个行为电阻器,以演示 LTspice 的一种"未公开的"特性。该电阻与一个具缓慢上升和下降时间的脉动 CTRL 电压源成反比,以使 AC 负载电流斜坡上升和下降。

检测电阻器

由 LT6703-2 输入进行反向估算,并采用一个 400mV 的平均信号电压门限,我们可除以 0.637 以获得峰值电压 (假设是一根正弦曲线),并增添 ~215mV 以补偿肖特基二极管中的正向压降,而且还除以 0.5 (因为它只是一个半波整流器) 以得出接通 LED 所需的检测电阻器上的峰值 AC 电压。这反过来可利用检测电阻器阻值与负载电流相关联。

试验电路板测试

下面是测试设置;在覆铜箔板上构建的电路,采用 75W 电灯泡作为负载。

Line Overcurrent Indicator Test Setup

线路过流指示器测试设置

危险!存在致命电压。仅由接受过高电压技术培训的人员操作。由于这连接至带电的 AC 电源线,因此存在着致命的电压。别触摸它,并且不要在未使用隔离变压器的情况下连接示波器探头;甚至不要去考虑它!在您接受了有关高电压操作的培训之后再进行电路构建和测试。

结果

下面的图像捕捉示出了输入电压和电流波形。电流波形 (底部迹线) 的峰值出现在电压波形过零之时,指示一个接近 90° 的相位角。

Line Overcurrent Indicator Results

线路过流指示器结果

1 低端,由于检测电阻器连接至 DC 偏置电源的地。它亦可称为"热端",因为它也连接至 AC 线路的任一端。


作者

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Philip Lane

Gabino-Alonso

Gabino Alonso

Gabino Alonso目前是Power by Linear™部门的营销经理。加入ADI公司之前,Gabino在凌力尔特、德州仪器、加州理工州立大学和卡布利洛学院担任过营销、工程、运营和教育方面的不同职位。他拥有加州大学圣巴巴拉分校电子和计算机工程硕士学位。

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Scott Olson