Diseño de seguridad en detector de red

He diseñado un detector de red simple que he dibujado a continuación. La teoría de la operación es bastante simple. Se usa un capacitor para reducir la corriente para que mi optoacoplador pueda funcionar (representado por el LED a continuación). Con LTSpice, obtengo una buena onda sinusoidal a 60 Hz con ~3,5 mA. He omitido el otro lado de mi opto por simplicidad. Ahora estoy interesado en hacer un análisis de seguridad.

Lo primero que me viene a la mente sería agregar una resistencia alta en paralelo con el capacitor para reducir el riesgo de que alguien se descargue del capacitor, pero lo omití deliberadamente porque quemaría mucho calor y finalmente puede poner todo esto en un lugar donde ningún dedo debería alcanzarlo. El fusible debería protegerme en caso de que el condensador falle con un cortocircuito. Un circuito abierto simplemente fallaría muy bien. ¿Algún otro pensamiento que pueda haber pasado por alto en mi diseño de seguridad?

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

(1) Coloque su fusible en el cable vivo en lugar de en neutral. (2) Compruebe en su simulador lo que sucede si enciende la red eléctrica a 90° en un ciclo (voltaje pico). Sospecho que obtendrá un pico de corriente muy alto a través del LED. (3) Haga su cálculo sobre la potencia disipada en su resistencia de descarga de condensador de alto valor. Puede hacer que su valor sea lo suficientemente alto como para que no sea un problema.
Su dispositivo debe ser capaz de manejar picos de voltaje bastante altos entre vivo y neutral, pocos kilovoltios son los requisitos típicos de EMC, por lo que es una buena idea alguna protección transitoria.
¿Qué optoacoplador has elegido?
Elegí el 4N37 en este caso y sí, el C1 es un límite de 7kV X2 que debería manejar los picos. ¿Importa dónde está el fusible? Me encantaría entender el razonamiento :)

Respuestas (2)

Lo primero que me viene a la mente sería agregar una resistencia alta en paralelo con el capacitor para reducir el riesgo de que alguien se descargue del capacitor, pero lo omití deliberadamente porque quemaría mucho calor y finalmente puede poner todo esto en un lugar donde ningún dedo debería alcanzarlo.

Mala idea. Si se trata de un dispositivo enchufable (no conectado permanentemente a la red eléctrica), cualquiera puede tocar las dos puntas del enchufe y obtener una descarga del capacitor. Y en cualquier caso, una resistencia de 1 MΩ, que descargaría el capacitor en una fracción de segundo, solo disiparía 15 mW @ 120VAC en operación normal. (Preste atención a la clasificación de voltaje de esta resistencia; use varias resistencias en serie si es necesario).

En segundo lugar, como señaló Transistor en los comentarios, el capacitor limita la corriente a 60 Hz , pero tiene poco efecto en frecuencias más altas, incluidas las que se producen durante el encendido, así como transitorios rápidos en la línea causados ​​por rayos cercanos, otros equipos. conmutación, etc. Tales corrientes pueden quemar su fusible, pero no antes de destruir su LED.

Entonces, como mínimo, sugeriría:

  • Agregue la resistencia de 1MΩ en paralelo con el capacitor
  • Eleve la resistencia en serie (R1) a 10kΩ (se disipará alrededor de 130 mW en funcionamiento normal)
  • Aumente el valor de la capacitancia (C1) a 100 nF para compensar la mayor caída en R1.
Gracias por la respuesta. Intenté hacer los cambios sugeridos y parece un poco problemático. De todos modos, según mi simulación de especias, la resistencia de 1M quemaría alrededor de 31,5 mW (estaría conectada a la red principal donde ningún dedo podría tocarla, lo que sigue siendo peligroso si alguien abre la caja). Cuando realizo los otros cambios sugeridos, la resistencia de 10k comienza a tomar 385 mW, lo cual es bastante alto. ¿Te importaría explicar cómo llegaste a los 10k? Por cierto: estoy planeando usar un opto 4N37 para este proyecto. El otro lado es un simple circuito de detección GPIO pull-up.
En primer lugar, 31,5 mW NO son peligrosos de ninguna manera. La resistencia de 10K tiene la misma corriente RMS que el LED que la atraviesa, así que no veo cómo obtienes 385 mW (6,2 mA). Elegí 10k basándome en mantener la corriente del LED igual que su diseño original (3,7 mA) y la disipación alrededor de 125 mW, aproximadamente la mitad de la clasificación de una resistencia de 250 mW.
Ah me acabo de dar cuenta de mi error. Estaba probando y usando Spice para calcular la disipación de energía y ahora me di cuenta de que mi voltaje estaba configurado en RMS en lugar de pico, mientras que LTSpice requiere Pico. Sí, tus matemáticas son correctas. Ahora que estoy arreglando todo, me di cuenta de que necesito 2.6 mA (no 3.X), lo que hace que mi elección de C1 y R1 sea la adecuada ahora. Eso hace que R1 se disipe aproximadamente 1,4 mW y agregar una resistencia en paralelo agregaría ~ 14 mW, que es lo suficientemente bajo.

Esto es algo así como lo que hice en 1975 como un "pequeño verde" graduado. (Así nos llamaban).

Rápidamente leí todos los Mil Stds sobre las características de los componentes pasivos para disipar el título. (plástico con clasificación X frente a Y, cerámica, NPO frente a XR7, electrolitos, ferrita, cristales, etc.)

    • Tome nota de que el 1M actúa como purgador Rs de 250 V y el 1K actúa como fusibles y solo se clasificó para transitorios inductivos de 100 us de aproximadamente 4x Vpeak y transitorios de línea eléctrica de rayos de aproximadamente 3 kV o PLT (1 ~ 10 us).
    • La fuga superficial es crítica con un espacio de aire de 2,5 a 3 mm entre CA y CC en FR4 (G10 en ese entonces)

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Una tapa X es una tapa de película plástica clasificada línea a línea que no se corta, pero usé R como fusible.

Puede elevar C1 a 300 nF para media onda pico de 30 mA.
Sin embargo, si elevaste C1 a 300n, necesitarías disipar mucha energía a través de tus resistencias. Tendría que pasar de ~9mW a ~1W (Total - 3 resistencias).
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