Zero crossing detection

**johannuhrmann** · 11.03.2006, 20:39

Hallo,

ich Suche eine Schaltung, mit der ich einen TTL-Eingang (ATmega16) bei jedem Nulldurchgang
der Netzspannung schalten kann.

Auf www.pcdimmer.de bin ich zwar fündig geworden. Der grün hinterlegte Teil der Schaltung
sollte eigentlich genau das machen.

Allerdings frage ich mich, ob es denn nicht über den Optokoppler und den Transistor Q001
zu einem Kurzschluss kommt, wenn der Optokoppler durchschaltet.

Kann mir jemand sagen, ob die Schaltung richtig ist und warum der Optokoppler und
Transistor nicht in Rauch aufgehen?

Danke schonmal,

Hans

**DerWarze** · 11.03.2006, 21:42

Ist alles völlig normal so. Beim Steuern des Optokopplers wird die Basis an + gezogen und der Transistor steuert durch da ist kein Kurzschuß.

**johannuhrmann** · 11.03.2006, 21:44

Und der Basisstrom muss nicht weiter begrenzt werden?

**PICture** · 11.03.2006, 22:31

Hallo johannuhrman!

Theoretisch gesehen ist die Schaltug fehlerhaft, da eine Strombegrenzung (Rb) fehlt. Das könnte nur funktionieren, wenn der Optokoppler nicht ganz durchschaltet. Das ist wieder nur möglich, wenn die LED (im Opto) nicht ganz hell wird. Vielleicht ist die LED so gesteuert. Der Optokoppler und Transistor werden nicht in Rauch aufgehen, weil der BE Übergang des Transistors (wie eine Sicherung) abbrennt. Richtig ist, wie in der oberen Skizze.

Wenn Du in Deiner Schaltung ein Netztrafo hast, kannst Du die untere Skizze verwenden.

Wahrscheinlich muss man die Flanken für TTL-Eingang noch mit zwei nacheinander geschalteten Schmitt-Triggern (z.B. von 74XX14) "schärfen".

MfG

Code:

                            /----------------o---o +VCC
                            |                |
                            |               .-.
                            |               | |
                   .--------|.              | |
            o--------\      ||              '-'
                   | |    |/ |               |
                   | V -> |  |               o---o  _|_|_|_
                   | -    |> |  Rb           |
                   | |      ||  ___        |/
            o--------/      \--|___|-o-----|
                   '---------'       |     |>
                                     |  ___  |
                                     \-|___|-o
                                             |
                                            ===
                                            GND
                             /------o------------o +VCC
                             |      |
                             |     .-.
                             |     | |Rc
                     Rb 100k |     | |10k
                         ___ |     '-'
                     /--|___|---\   |
                     |       |  |   o------------o  _|_|_|_
                    +o+--->|-o  |   |
           -. ,--\  A A  D   | +| |/
     220V   )|(   \-+ |     ### \-| T
     50Hz   )|(   /-(-+   C ---   |>
           -' '--/  A A      |      |
                    +-+------o------o
                                    |
                                   ===
                                   GND

**waste** · 11.03.2006, 22:50

Zitat von johannuhrmann

Und der Basisstrom muss nicht weiter begrenzt werden?

Die meisten Optokoppler haben ein Übertragungsverhältnis von etwa 1, d.h. der Ausgangsstrom entspricht ungefähr dem Eingangsstrom. Wenn der Eingangsstrom begrenzt ist, dann passiert auch nichts. Aber ein Widerstand in Serie wird auch nicht schaden oder die Funktion beeinträchtigen.

Waste

**johannuhrmann** · 12.03.2006, 14:44

Zitat von waste

Die meisten Optokoppler haben ein Übertragungsverhältnis von etwa 1, d.h. der Ausgangsstrom entspricht ungefähr dem Eingangsstrom.

Hallo Waste,

danke für diese Antwort.
Mein Fehler war, dass ich dachte, der Optokoppler würde am Ausgang fast
widerstandslos.
Tatsächlich ist aber der Eingangsstrom in der Schaltung mit einem Vorwiderstand auf
knapp 6mA begrenzt und somit sollte der Strom am Ausgang auch nicht über 10mA kommen.

Danke für die Antworten,

Hans

**SprinterSB** · 28.07.2007, 19:00

Hi Leuts,

demnächst brauch ich auch ne Zero Crossing Detection für ne Dimmer-Ansteuerung per µC.

Die diskutierte Detection-Einheit im grün hinterlegte Teil der ober besprochenen Schaltung
ist zwar prinzipiell klar, allerdings hab ich ein paar Fragen dazu:

Warum macht man die Detection primärseitig anstatt sekundärseitig (gelber Teil links) hinter dem Netztrafo T101? Der Widerstand R001 ist voll das Heizkraftwerk...
Man könnte stattdessen mit einer Sekundär-Phase über einen R und zB einer 4.6V Z-Diode nach GND gehen, und das Signal zwischen dem R und der Z-Diode mit einem µC auswerten, evtl mit Transistor zur digitalisierung des Signals. Was wäre der Nachteil, das so zu machen? Die Sekundärspannung ist flacher als die Primärspannung, d.h. man erkennt nicht den Nulldurchgang, sondern den Durchgang durch die Schaltschwelle des Transistors (zB 0.7 V). Wäre das ungünstig für ne Dimmer-Ansteuerung?
Oder nimmt man vielleicht besser nen OP anstsatt dem Transistor? Welcher OP täre dafür geeignet? Muss wohl nen Rail-to-Rail Eingang haben, wobei die Spannung am Eingang auch negativ wird (Vorwärtsspannung der Z-Diode(n))

Wie wär's damit?

Bild hier

**ba4_philipp** · 29.07.2007, 18:17

Ich habe irgendwo mal ne Atmel Appnote gesehen, da haben die einfach die 230V über 1M auf den Eingang des AVR gelegt und dann mit einem weiteren 1M GND mit der 2. Phase verbunden. Den Rest machen dann die internen Clamp Dioden.

Gruß Philipp

**johannuhrmann** · 29.07.2007, 21:33

Zitat von SprinterSB

demnächst brauch ich auch ne Zero Crossing Detection für ne Dimmer-Ansteuerung per µC.
[...]

Warum macht man die Detection primärseitig anstatt sekundärseitig (gelber Teil links) hinter dem Netztrafo T101? Der Widerstand R001 ist voll das Heizkraftwerk...
Man könnte stattdessen mit einer Sekundär-Phase über einen R und zB einer 4.6V Z-Diode nach GND gehen, und das Signal zwischen dem R und der Z-Diode mit einem µC auswerten, evtl mit Transistor zur digitalisierung des Signals. Was wäre der Nachteil, das so zu machen? Die Sekundärspannung ist flacher als die Primärspannung, d.h. man erkennt nicht den Nulldurchgang, sondern den Durchgang durch die Schaltschwelle des Transistors (zB 0.7 V). Wäre das ungünstig für ne Dimmer-Ansteuerung?
Oder nimmt man vielleicht besser nen OP anstsatt dem Transistor? Welcher OP täre dafür geeignet? Muss wohl nen Rail-to-Rail Eingang haben, wobei die Spannung am Eingang auch negativ wird (Vorwärtsspannung der Z-Diode(n))

Hallo Sprinter,

ich habe die Zero-Crossing so gebaut, wie es auf pcdimmer.de vorgeschlagen wird und damit gute Erfahrungen gemacht.

Zu Deinen Fragen:
Ja, der Widerstand verheizt im Dauerbetrieb ca. 1W (grob überschlagen), das ist wirklich unschön.

Wenn Du sekundärseitig misst, dann kannst Du Dir allerdings die ein oder
andere Phasenverschiebung einfangen, was für eine Zero-Crossing-Erkennung schon ziemlich unschön ist.
(Leider habe ich kein Oszi da, um nachzumessen, aber hat jemand hier
Erfahrungswerte, ob ein normaler Trafo sich an die rechnerischen 180°
Phasenverschiebung hält?)

Zu deiner zweiten Frage:
Die 0.7V Schaltverzögerung hast Du auch primärseitig über die LED des
Optokopplers. Durch die steilere Flanke der Netzspannung fällt das aber
zeitlich gar nicht auf. (TTL-Flanke war im Oszi deckungsgleich mit
primärseitigem Nulldurchgang)
Wenn Du einen Transistor nimmst, dann kannst Du auch die Verzögerung
des Signals bestimmen und softwareseitig berücksichtigen.

Ungünstig für eine Dimmeransteuerung ist vor allem, wenn Du bei stark
runtergedimmten Ausgang zu lange wartest, um den Triac zu zünden und
versehentlich die nächste Halbwelle der Primärspannung voll auf den
Ausgang lässt (sprich: Statt dem letzten "Zipfel" der aktuellen Halbwelle die komplette nächste Halbwelle). Glühlampen fangen dann zu flackern an.

zu Deiner dritten Frage:
Der OP-Amp müsste entprellt werden, denn Du kannst nicht von einem
sauberen Sinus ausgehen.

Grüße,

Hans

P.S.: zu Phillips Vorschlag würde ich mir die AP-Note genau durchlesen.