Nulldurchgangsdetektor

Ein Null­durch­gangs­de­tek­tor soll den Mo­ment er­ken­nen, an dem die Span­nung an ei­ner Pha­se der Netz­span­nung ih­re Po­la­ri­tät wech­selt (bzw. ge­ra­de et­wa 0 V be­trägt). Dies kann nütz­lich sein, um ei­nen Triac zur ge­eig­ne­ten Zeit zu zün­den oder auch nur um ei­ne Zeit­ba­sis mit der Ge­nau­ig­keit der Netz­fre­quenz zu er­hal­ten.

In den meis­ten Fäl­len be­steht ein Null­durch­gangs-De­tek­tor aus ei­nem Wi­der­stand und ei­nem Op­to­kopp­ler.

Um ein ver­wert­ba­res Si­gnal zu er­hal­ten, muss der Strom im Be­reich von ei­ni­gen mA lie­gen und be­wirkt ei­ne Ver­lust­leis­tung im ein­stel­li­gen Watt-Be­reich, mit groß­vo­lu­mi­gen Wi­der­stän­den und ei­ner ent­spre­chen­den Ver­lust­wär­me. Der Null­durch­gang wird da­mit auch nur un­ge­fähr er­kannt (wenn nö­tig kann dies evtl. durch Soft­ware teil­wei­se kor­ri­giert wer­den). Hier nun ei­ne Schal­tung, die das ef­fek­ti­ver und ge­nau­er macht.

Zum Down­load der Schal­tung.
Die bei­den 2,2 MΩ-Wi­der­stän­de kom­men mit et­wa 12 mW aus (zu­sam­men, je­der ein­zel­ne nur 6 mW!).

Sie la­den den 100 nF-Sieb­kon­den­sa­tor, der aber aus­reicht um beim Null­durch­gang ei­nen kur­zen Im­puls über den Op­to­kopp­ler zu über­tra­gen. Mit der fal­len­den Flan­ke weiß ihr Mi­kro­con­trol­ler, jetzt is' Null!

Offen­sicht­lich ist die Schal­tung deut­lich auf­wän­di­ger als ein ein­fa­cher Vor­wi­der­stand plus ei­ner Schutz­di­o­de, doch da wir hier viel­leicht von ei­nem 2 W-Wi­der­stand re­den und al­le Bau­tei­le hier SMD sind, re­la­ti­viert sich der Flä­chen­ver­brauch. Ei­ne BAV99 ent­hält zwei Di­oden, so dass wir nicht vier son­dern nur zwei da­von brau­chen, etc...

Die En­er­gie-Ein­spa­rung ist je­den­falls be­acht­lich!

Durch den extrem ho­hen Wi­der­stand kön­nen pa­ra­si­tä­re Ka­pa­zi­tä­ten selbst von 100 pF (C_par im Schalt­plan, im Dia­gramm se­hen sie 0 pF, 50 pF und 100 pF) das Er­geb­nis be­ein­flus­sen aber wir lie­gen im­mer noch bes­ser als die Schal­tung mit Op­to­kopp­ler und Wi­der­stand.

Der ZVD-Im­puls (maß­geb­lich ist die ne­ga­ti­ve Flan­ke) kommt im­mer noch im Be­reich von 0±5 V (bei 650 V V_SS), al­so sehr na­he am Null­durch­gang, bes­ser als 1° in der Pha­se.
In der re­a­len Schal­tung wer­den Sie wahr­schein­lich so­gar 10 oder 50 pF hin­zu­fü­gen um bes­se­re EMI-Per­for­mance zu er­rei­chen.

Be­ach­ten Sie die Span­nungs­fes­tig­keit der Wi­der­stän­de! Je nach Bau­form müs­sen Sie die­se durch ei­ne Rei­hen­schal­tung von meh­re­ren klei­ne­ren Wer­ten er­set­zen! Bei be­drah­te­ten 0207 rei­chen sie, bei 1206 wird's knapp, bei 0603 müss­te man min­des­tens 6 × 680 kΩ in Rei­he schal­ten! Werfen Sie im Zwei­fels­fal­le ei­nen Blick ins Da­ten­blatt des Her­stel­lers.

Be­ach­ten Sie zu­sätz­lich auch Surges und Tran­si­en­ten, die Sie auf­grund ak­tu­el­ler EMV-Nor­men, je nach Ihren Ein­satz­be­din­gun­gen, ab­kön­nen müs­sen.

In der Si­mu­la­tion hält ein Wi­der­stand al­les aus, in der Re­a­li­tät müs­sen Sie auf das Da­ten­blatt zu­rück­grei­fen, ihn evtl. durch ei­ne Rei­hen­schal­tung meh­re­rer klei­ne­rer Wi­der­stän­de er­set­zen und auch die Ab­stän­de im Lay­out ent­spre­chend di­men­sio­nie­ren, da­mit es hier kei­ne Über­schlä­ge ge­ben kann.

Pas­sen Sie auf, wo Sie hin­fas­sen, be­nut­zen Sie ei­nen Trenn­tra­fo für Ver­su­che an der Schal­tung, wir ar­bei­ten hier mit Netz­span­nung!

Dies ist nur ei­ne Si­mu­la­tion. Ich ha­be die­se Schal­tung nie in der Re­a­li­tät auf­ge­baut. Die Ver­wen­dung er­folgt auf ei­ge­nes Ri­si­ko und Ver­ant­wor­tung.