El puente rectificador falla cuando las entradas de CA están en cortocircuito

Question

Estoy trabajando en un diseño que implica la alimentación de un microcontrolador de 3,3V a partir de un transformador de timbre, pero tengo un problema con el puente rectificador que falla cuando las entradas de CA al rectificador están en cortocircuito.

Hay dos partes básicas del diseño. Primero, se utiliza un puente rectificador de onda completa para convertir el suministro de 21V AC del transformador del timbre en aproximadamente 26V DC. Un regulador de conmutación se utiliza para suministrar 3,3V para alimentar el microcontrolador. Un condensador suavizante reduce la ondulación creada por el puente rectificador. Esa parte del circuito funciona como se espera y el microcontrolador puede ser alimentado desde el transformador del timbre.

La segunda parte del circuito es simple. Para permitir que el timbre se use normalmente mientras se alimenta el microcontrolador, un interruptor pone en cortocircuito las entradas de CA. Esto cierra el circuito y alimenta el solenoide del timbre que hace sonar la campana. El problema con el que me encuentro es que el puente rectificador falla cuando se presiona el interruptor.

Me gustaría saber por qué falla el puente rectificador y cómo se puede modificar el circuito para evitar el fallo.

Hoja de datos del puente rectificador: DF206ST-G

Answer 1

No debería intentar hacer funcionar su convertidor de potencia conectándolo al circuito a través del interruptor del timbre. En lugar de ello, debería conectar directamente la salida del transformador del timbre.

Tal y como lo tienes ahora estás alimentando tu convertidor a través de la impedancia del timbre existente. Incluso usted describe eso como un solenoide que es una carga inductiva. Cuando el botón del timbre de la puerta se libera hay una buena posibilidad de un pico inductivo de alto voltaje que está sacando los diodos en su puente.

Este es un diagrama de cómo el cableado para el circuito debe ser cableado en lugar de golpear a través del botón de timbre de la puerta existente. Incluso con este diseño corregido, sería aconsejable comprobar si hay picos de tensión cuando se suelta el interruptor y diseñar una sujeción de picos de alta tensión adecuada en su circuito adaptador.

Answer 2

Es (apenas) posible que el puente rectificador esté recibiendo más tensión de la que puede soportar en la entrada cuando se suelta el interruptor, debido a la inductancia de la bobina del timbre. Sería mucho más probable si el puente rectificador tuviera una tensión nominal de 200V.

En cualquier caso, puedes poner un TVS bipolar a través de la entrada y bloquear esos picos. Algo como 50-100V está bien. Por ejemplo. 1.5KE82CA

Editar:

De hecho, el condensador de 100uF que tienes ahí debería absorber cualquier pico, así que no estoy convencido de que este sea realmente el problema. Tal vez haya una toma de tierra adicional o algo por el estilo. Tu tierra añadida puede estar causando un problema si es a tierra y hay algo más similar funcionando desde el mismo transformador.

Answer 3

Me gustaría saber por qué falla el puente rectificador y cómo se podría modificar el circuito para evitar el fallo.

Probablemente debido a la "patada" inductiva cuando se abre el interruptor.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Figura 1. (a) El timbre básico. (b) El timbre luminoso de lujo. (c) El timbre-pulsador monitorizado de lujo.

Con la adición de una lámpara y una LDR (resistencia dependiente de la luz) se obtiene lo que se necesita sin ninguno de los problemas de unir dos fuentes de alimentación, mezclar CA y CC e interconectar un solenoide con una entrada sensible de microcontrolador.

Tendrías que hacer algunas pruebas para ver si la LDR tira del interruptor en el punto correcto - comprobando por la noche y la luz del sol brillante si hay alguna posibilidad de que el sensor se exponga a la luz ambiental.

El condensador está ahí para filtrar cualquier parpadeo de la lámpara, pero probablemente no es necesario debido a la respuesta térmica de una lámpara incandescente y la lenta respuesta de la LDR.

Answer 4

Es casi seguro que la patada indicadora del solenoide está matando tu puente rectificador como otros han señalado.

Sin embargo, hay que entender por qué se puede obtener suficiente energía para matar los diodos del puente rectificador.

El simple interruptor de punto de contacto utilizado en el timbre rebotará y su apertura y cierre no está relacionado en absoluto con el ciclo de la red eléctrica. Considere que el botón es presionado y cuando se libera el flujo de corriente a través del solenoide está en un máximo. Esto se traduce en una gran cantidad de energía, y ciertamente lo suficiente como para hacer que se supere la tensión inversa de los diodos.

Una forma sencilla de asegurar que la energía almacenada en el solenoide es mínima cuando se suelta el botón es utilizar un pequeño Triac (incluso podrías utilizar un MOC 3021). Yo asumiría que la corriente del solenoide es como máximo de unos cientos de mA por lo que no hay problema en alimentar tu MCU en serie con e solenoide. Muchos pulsadores de timbre se iluminan lo que resulta en la corriente a través del solenoide de todos modos.

El circuito de abajo debería ser fácilmente implementado con acceso sólo a los dos cables que van al pulsador (que asumo puede ser un factor limitante para ti).

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

El pulsador dispara el Triac en cualquier punto de la onda de CA, pero una vez conducido el Triac sólo se apagará cuando la corriente del Solenoide llegue a cerca de cero. R3/C1 forman un snubber y por lo tanto debe haber casi cero patada inductiva ya que el Triac puede tener una corriente de retención muy baja (típicamente en el rango de 0,5 - 4 mA dependiendo de lo que utilice).

Vale la pena señalar que el suministro a su MCU potencialmente caerá a una caída de tensión si el botón se mantiene cerrado .Supongo que no está preocupado por esto, pero ciertamente podría aumentar el valor del condensador para proporcionar un mayor tiempo de retención.

Answer 5

No es obvio por qué el puente fallaría eléctricamente (ver notas al final) - debería tener unos 60V a través de él, incluso cuando el interruptor se abre.

En su disposición, la energía fallará cuando se pulse el interruptor.

El zener en serie de abajo significa que sigue recibiendo energía cuando se pulsa el botón.

No necesitas un puente realmente, asumiendo que tu drenaje actual es pequeño, una media onda (un solo diodo) será suficiente. Tiene que ser un 1N4007 (1000V) ya que puede haber un pulso de voltaje flyback malvado cuando el interruptor se abre (+ve). Cuando el interruptor se abre en medio ciclo -ve, la energía del flyback va a C1, que debe ser lo suficientemente grande como para absorberla sin que la tensión suba demasiado. Deberías comprobarlo antes de conectar el regulador.

Ten en cuenta que la campana debe consumir suficiente corriente para alimentar tu carga. Si se trata de una "campana" electrónica, es posible que no sea así, y tendrás que poner una lámpara o una resistencia a través de la campana para garantizar una corriente suficiente a la carga.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Tenga en cuenta que los transformadores de campana tienen una reactancia de fuga L1 muy alta, por lo que pueden cortocircuitarse con seguridad sin exceso de corriente. Así que, a diferencia de los transformadores normales, son más de corriente constante que de tensión constante.

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Sobre el flyback:

Cuando el interruptor se abre, la corriente de campana+fuga-reactancia seguirá fluyendo al mismo nivel. Si es 1A cuando el interruptor se abre, se mantiene en 1A, y disminuye a partir de ahí. No se convierte por arte de magia en un pico de corriente elevado. Con un puente, fluirá hacia el tapón de 100uF, ya sea +ve o -ve.

Ahora el cap de 100uF puede ser demasiado pequeño, y Vcap subirá demasiado, pero esto dañará a C o al regulador, no a un puente de 600V.

Con un rectificador de media onda, el flyback será una tensión muy alta en -ve si el interruptor se abre en medio ciclo en -ve. En los ciclos en positivo, fluirá a través del diodo hacia C1 como se ha indicado anteriormente.

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Aqui hay una variante con un simple regulador, si tu drenaje es bajo por ejemplo 10mA. Ya que uso 1 zener para dos funciones - a diferente corriente, el voltaje subirá cuando se pulse el botón, por lo que podría ser mejor hacer 5V para un ldo en su tarjeta mcu, que hacer 3.3V directamente.

simular este circuito