설계 목표

설계 설명

제로 크로싱 감지기 회로는 AC 입력이 제로 크로스 레퍼런스 전압을 넘어서면 출력 상태를 변경합니다. 이 설계는 인버팅 및 비인버팅 디지털 출력을 사용한 AC 사인파의 제로 크로싱 감지를 위한 단일 칩 솔루션입니다. 회로는 콤퍼레이터 인버팅 입력을 접지로 설정하고 비인버팅 입력에 클램핑되는 사인파를 적용하여 생성됩니다. 입력 전압은 R1과 반 평행 다이오드 한 쌍에 의해 클램핑됩니다. 이 경우 감쇠기 대신 다이오드를 사용하여 제로 크로싱 가까이에 있는 입력의 회전율을 최대화하여 출력 지연 시간을 줄입니다. 이 회로는 제어 회로의 AC 라인 제로 크로스 감지에서 대기 및 오프 모드 전력 소비를 줄이는 데 사용됩니다.

설계 노트

1. 회로는 절연 장벽 전체에서 750V의 작동 전압을 처리할 수 있어야 합니다.
2. IN+에서 최대 입력 전압은 ±1V여야 합니다.
3. 인버팅 및 비인버팅 출력이 필요합니다.
4. R1을 통해 흐르는 최대 전류는 100µA ±10%입니다.
5. 스트링에 있는 각 저항의 작동 전압을 최대 100V ±10%로 제한하십시오.
6. 입력 AC 소스 전압은 120V_RMS이고, 더 높은 AC 전압도 부품 수정으로 손쉽게 수용할 수 있습니다. 자세한 내용은 대체 설계 섹션을 참조하십시오.
7. AC 제로 크로스에서의 이력 전압이 ±30mV를 넘지 않도록 하십시오.

설계 단계

1. 이상적 R1 저항 값을 결정합니다. 최대 피크 입력 전압 120V_RMS × √2 = 170V_PK. 다이오드 D1의 순방향 전압은 0에 가깝고 이 계산에는 포함되지 않습니다.
   $R1=\frac{170\mathrm{\hspace{0.17em}}{V}_{PK}}{100\mathrm{ }\mathrm{\mu }A}=1\mathrm{.}70\mathrm{ }M\mathrm{\Omega }$
2. R1을 3개의 동일한 저항으로 분할하여 저항당 100V 이하의 설계 제한을 유지합니다.
   $R1=\frac{1.70\mathrm{ }M\mathrm{\Omega }}{3}=566\mathrm{.}66\mathrm{ }k\mathrm{\Omega }$
3. 아날로그 엔지니어의 계산기를 사용하여 R1에 대한 표준 E96 1% 저항 값을 찾을 수 있습니다. 가장 가까운 값은 569kΩ입니다.
4. 안티 병렬 다이오드를 선택합니다. R1을 통해 공급되는 100µA와 함께 최소 ±350mV의 순방향 전압을 제공할 다이오드를 선택합니다.
5. 옵션 – R2 및 C1에 의해 정의된 VINP의 저역 필터를 설계합니다. 주파수 응답은 다음과 같이 정의됩니다.
   $F_C=\frac{1}{2\pi \times R2\times C1}$

개정된 설계

다음 회로도는 AMC23C10을 사용하여 개정된 설계의 구현을 보여줍니다.

AMC23C10은 정전식 절연을 사용하여 1,000V의 작동 전압을 제공합니다. VDD1의 전압 소스는 3V~27V로 지정되며 LDO를 통해 내부적으로 제어됩니다. VDD2는 2.7V~5.5V로 지정됩니다. 정상 작동 시 입력 전압 범위는 ±1V입니다. OUT1의 로직 출력은 VDD1로의 풀업 저항에서 사용할 수 있는 오픈 드레인입니다. OUT2는 외부 풀업 저항이 필요 없는 푸시-풀 유형 출력입니다.

설계 시뮬레이션

측정된 응답

다음 이미지는 AMC23C10 절연 콤퍼레이터를 사용한 제로 크로싱 감지 회로의 측정된 응답을 보여줍니다. 입력은 트레이스 1에서 캡처되고, OUT1 및 OUT2는 각각 트레이스 2와 3에 표시됩니다. 입력의 상승 및 하강 에지 모두에서 측정하면 입력의 제로 크로싱과 출력 전환 사이의 지연은 220ns를 초과하지 않습니다.

설계 레퍼런스

TI의 포괄적인 회로 라이브러리에 대한 아날로그 엔지니어의 회로 안내서를 참조하십시오.

텍사스 인스트루먼트, AMC23C10 빠른 응답, 강화 절연 콤퍼레이터, 듀얼 출력 데이터 시트

주요 절연 콤퍼레이터 설계

230VAC 입력을 위한 대체 설계