Jak wybrać towarzyszące komponenty do transoptora?

Używam transoptora ( MOC3021 ) do wykrywania stanu włączenia / wyłączenia urządzenia elektrycznego za pomocą mikrokontrolera ATmega16L. Jak mam to zrobić? Moje specyfikacje zasilania sieciowego to 230 V, 50 Hz. Jak zaprojektować obwód otaczający i wybrać wartości komponentów, takie jak rezystory?

Zredagowany 13 czerwca 2012 r. Uwaga: po raz pierwszy rozwiązuję taki obwód. Prześlij wszelkie pomocne opinie. (w tym rzeczy, które zrobiłem źle lub jakiekolwiek ulepszenia)

Odnosząc się do powyższego schematu. Pomysł polega na użyciu tego obwodu do ustalenia, czy obciążenie jest włączone, czy wyłączone. Wyjście pin z Łéczy optoizolatora do zewnętrznego przerwania mikrokontrolera Używam który jest ATmega16L. Przerwanie będzie monitorowane stan obciążenia. Po monitorowaniu mogę przełączać stan obciążenia za pomocą przekaźnika (przekaźnik działa jak mechanizm kontrolny ), który łączy się z tym samym mikrokontrolerem.

Teraz próbowałem obliczyć wartości rezystorów dla R1, R2 i Rc. Uwaga: VIL mikrokontrolera (maks.) = 0,2 x Vcc = 660 mV i VIH (min) = 0,6 x Vcc = 1,98 V i VIH (maks.) = Vcc + 0,5 = 3,8 V.

Obliczenie Rc jest dość łatwe. Gdy tranzystor nie przewodzi, moc wyjściowa jest wysoka (przy 3,3 V). Gdy tranzystor przewodzi, moc wyjściowa jest obniżana. więc z punktu widzenia mikrokontrolera, wyjście wysokie oznacza, że ​​obciążenie jest wyłączone, a wyjście niskie oznacza, że ​​obciążenie jest włączone.

Patrząc na arkusz danych dla SFH621A-3, stosując minimum 34% CTR przy IF = 1mA. Dlatego przy wejściu 1mA wyjście będzie wynosić 340uA. Aby więc mikrokontroler mógł wykryć niskie napięcie na wyjściu transoptora, czy mogę użyć rezystora o wartości 1 kilooma? Tak, że wyjście z transoptora będzie miało napięcie 340 mV (co jest poniżej VIL (maks.) )

Więcej o tym później był długi dzień.

Zredagowany 15 czerwca 2012 r

Uwaga: Rozwiązywanie rezystorów na linii zasilania (R1 i R2). Proszę sprawdzić moje obliczenia i wszelkie odpowiednie informacje zwrotne.

Cel : celem jest utrzymanie diod LED * WŁĄCZONYCH ** przez maksymalny okres czasu w 10-miesięcznym okresie połowicznym (20-ms pełny okres 50 Hz). Powiedzmy, że diody LED muszą być WŁĄCZONE przez 90% czasu, co oznacza, że ​​diody LED wymagają co najmniej 1 mA prądu przez 90% czasu w tym półokresie, co oznacza, że ​​diody LED będą aktywne przez 9 ms w okresie 10 ms. Zatem 9 ms / 10 ms = 0,9 * 180 ( półokres ) = 162 stopnie. To pokazuje, że prąd będzie wynosił 1 mA między 9 stopni a 171 stopni ( i mniej niż 1 mA od 0 stopni do 9 stopni i 171 stopni do 180 stopni ). Nie uważałem czasu włączenia za 95%, ponieważ praca z liczbami całkowitymi jest zgrabna, a 5% nie robi żadnej różnicy, przynajmniej w tej aplikacji.

V szczyt-szczyt = 230 V x sqrt (2) = 325 V. Biorąc pod uwagę tolerancje. Minimalna tolerancja 6%. 325 x 0,94 ( 100-6 ) x sin (9) = 47,8 V.

Tak więc R1 ≤ (47,8 V - 1,65 V) / 1 mA = 46,1 K Wybierając wartość o wartości mniejszej niż 46,1 K z 39 K (seria e12). Teraz, gdy wybrano rezystancję o mniejszej wartości w porównaniu do obliczonej, oznacza to, że prąd przez diody będzie większy niż 1 mA.

Obliczanie nowego prądu: ((325 V x 110%) - 1,25 V) / 39 Kohms = 9,1 mA (zbyt blisko maks. Dla diod). Wracając do tego za chwilę [Label - 1x]

Najpierw obliczyć moc znamionową rezystora (biorąc pod uwagę 39 Kohm) ((230 + 10%) ^ 2) / 39K = 1,64 wata (zbyt wysoka).

Wracając do obliczeń [Etykieta - 1x] Pozwala wybrać dwa oporniki 22 Kohm. Łącznie sumują się do 44 Kohm, co jest dość blisko 46,1 Kohm (obliczone powyżej)

sprawdzenie mocy znamionowej dwóch połączonych rezystorów: ((230 + 10%) ^ 2) / (2 x 22) Kohm = 1,45 W. wybierz 22 rezystory Kohm, każdy o mocy 1 W.

Teraz po tym wszystkim początkowy CTR wynosił 34%, co oznacza, że ​​1mA będzie wynosić 340µA . Ale teraz dzięki rezystorom 2x22 Kohm prąd będzie nieco większy na wyjściu. Oznacza to wyższy potencjał na rezystorze podciągającym Rc. Czy pojawiłby się problem, aby uzyskać spadek napięcia poniżej 500mV na wyjściu transoptora?

MOC3021 jest transoptorem z wyjściem triakowym. Służy do napędzania triaka mocy, zwykle do przełączania urządzeń zasilanych z sieci. Triaki można stosować tylko w obwodach prądu przemiennego.

Potrzebujesz transoptora z wyjściem tranzystorowym, najlepiej jednego z dwoma diodami LED w układzie przeciwrównoległym na wejściu. SFH620A jest taka część.

Dwie diody LED w układzie przeciwrównoległym zapewniają aktywację tranzystora w obu połowicznych cyklach sieci. Wiele transoptorów ma tylko 1 diodę LED, która działałaby, ale daje impuls wyjściowy 10 ms w okresie 20 ms dla 50 Hz. W takim przypadku należy również umieścić diodę przeciwprądowo w stosunku do wejścia, aby zabezpieczyć diodę przed przepięciem podczas odwrotnej polaryzacji.

Ważne jest $\mu$

Załóżmy, że wyjście trafia do mikrokontrolera 5V i że użyłbyś 2k $\Omega$$\mu$

$\mu$$\Omega$$\mu$ A da wystarczająco niskie napięcie wyjściowe. (Teoretycznie spadek napięcia o wartości 5,1 V, ale dostępne jest tylko 5 V, więc trafi on do ziemi.) Spadek napięcia z powodu prądu upływu nadal mieści się w granicach 1,5 mV.

Jeśli chcemy mieć CTR co najmniej 34% przy 1mA, musimy użyć SFH620A-3.

$\leq$$V_{IN}$$V_{LED}$

$\times$$\leq$$\Omega$$\Omega$$\times$ $\sqrt{2}$ $\times$$\Omega$

$\Omega$$\Omega$, który nie jest wartością E24. Możemy wybrać najbliższą wartość E24 i sprawdzić nasze obliczenia lub wybrać E96. Zróbmy to drugie.

To wszystko, ludzie. :-)

edytować
Zasugerowałem w komentarzu, że należy wziąć pod uwagę o wiele więcej, odpowiedź może być 3 razy dłuższa. Jest na przykład prąd upływu wejściowego na styku we / wy AVR, który może być dziesięć razy wyższy niż tranzystora. (Nie martw się, sprawdziłem to i jesteśmy bezpieczni).

$\times$ $V_{DD}$
mieć wystarczający prąd wyjściowy, po prostu prąd wejściowy 1mA jest tak wysoki, że potrzebujemy do tego rezystorów mocy. Darlingtony niekoniecznie rozwiązują ten problem, jeśli są również określone tylko przy 1 mA. Przy 600% CTR uzyskalibyśmy prąd kolektora 6mA, ale nie potrzebujemy tego. Czy nie możemy nic zrobić z 1mA w? Prawdopodobnie. W przypadku transoptora wspomniałem, że Charakterystyka elektryczna mówi tylko o 1mA. W arkuszu danych znajduje się wykres, rys. 5: CTR w porównaniu do prądu przewodzącego, który pokazuje CTR ponad 300% przy 0,1 mA. Musisz być ostrożny z tymi wykresami. Podczas gdy tabele często podają wartości minimalne i / lub maksymalne, wykresy zwykle podają typowe wartości. Możesz mieć 300%, ale może być niższa. Ile niżej? Nie mówi Jeśli zbudujesz tylko jeden produkt, możesz go wypróbować, ale możesz „
$\mu$$\mu$

W innej odpowiedzi wyjaśniłem, dlaczego nie użyłem transoptora Darlington: głównym powodem jest napięcie nasycenia Darlington, które jest znacznie wyższe niż w przypadku zwykłego BJT, może wynosić nawet 1 V. Dla ATmega16L ty ' ponowne użycie maksymalnego napięcia wejściowego dla niskiego poziomu wynosi 0,2 × VDD lub 0,66 V przy zasilaniu 3,3 V. 1 V jest za wysokie.

Ale nie jest to coś, czego nie można naprawić, wymaga tylko kilku dodatkowych elementów. Jednocześnie zrobimy coś z prądem wejściowym 1 mA.

Aby rozpocząć od prądu wejściowego, musieliśmy użyć 1 mA, ponieważ arkusz danych nie wspomniał o niczym niższym, a następnie możesz spróbować, ale jesteś sam, nie ma żadnych gwarancji. Arkusz danych dla FOD816 ma jednak ciekawy wykres.

To jest to. Ten daje CTR dla prądów wejściowych tak niskich jak 100 µA, a nawet wysoki: 350% (pamiętaj, że to Darlington). Ale musisz uważać na te wykresy. Podczas gdy tabele często podają wartości minimalne lub maksymalne, tego rodzaju wykresy podają typowe wartości, chyba że zaznaczono inaczej. Więc co jest minimum? Nie wiemy, ale 100% jest bezpieczne. Przejdźmy do jeszcze większego bezpieczeństwa i załóżmy, że CTR wynosi 50%. Tak więc dla 100 µA weźmiemy 50 µA na zewnątrz. Zobaczmy, czy to wystarczy.

To jest zmodyfikowany stopień wyjściowy. Tranzystor U1 to foto-Darlington, który pobiera 50 µA, gdy jest włączony. Wybierzmy 10 µA dla R4, więc jego wartość wyniesie 0,6 V / 10 µA = 60 kΩ. Wrócę później do funkcji R4.

$H_{FE}$ minimum 125, więc nasz prąd kolektora wynosi minimum 5 mA. R5 minimum 660 Ω wystarcza, aby obniżyć moc wyjściową. Ponieważ napędzamy wejście mikrokontrolera o wysokiej impedancji, nie potrzebujemy 5 mA i równie dobrze możemy wybrać 15 kΩ, co ogranicza prąd do 220 µA. Wyciek wejściowy 1 µA portu kontrolera spowoduje tylko spadek o 15 mV, więc to jest OK.

$\times$

R4 nadal wymaga wyjaśnienia. Załóżmy, że pomijamy to. Następnie cały prąd Darlington trafia do T1. Po wyłączeniu FOD816 prąd upływowy (zwany „ciemnym prądem” w arkuszu danych) może wynosić nawet 1 µA. T1 zwiększy to do maksymalnie 250 µA najgorszego przypadku, co wystarczy, aby obniżyć 3,3 V na R5. Tak więc wydajność może być stale niska.
Dla R4 wybraliśmy wartość 60 kΩ. Wtedy, dopóki spadek napięcia na nim jest mniejszy niż 0,6 V, cały prąd Darlingtona przejdzie przez R4, a żaden przez T1, ponieważ minimalne napięcie emitera bazy nie zostanie osiągnięte. To było przy 10 µA. Tak więc ciemny prąd 1 µA spowoduje jedynie spadek 60 mV i brak prądu podstawowego.

Mamy wartości dla wszystkich naszych komponentów, jedyne, co pozostało, to zwiększyć rezystory wejściowe do 220 kΩ każdy. Można do tego użyć rezystorów 1/4 W.

Aby obliczyć parametry obwodu, zacznij od tego, czego potrzebujesz na wyjściu i cofnij. 10 kΩ to dobra wartość dla pullup na wyjściu. O ile nie masz nietypowych wymagań, takich jak zasilanie bateryjne, w którym ważna jest niska moc, 10 kΩ jest dobrym kompromisem między wystarczająco niskim, aby pociągnąć linię solidnie wysoką przed upływem i rozsądnym hałasem, ale nie tak niskim, że wymagałby zbyt dużego prądu.

Gdy tranzystor wyjściowy w opto włącza się, doprowadzi on maksymalnie 3,3 V w poprzek Rc. 3,3 V / 10 kΩ = 330 µA, czyli minimalny prąd, który tranzystor musi zatonąć. Chcesz trochę więcej, aby linia była solidnie niska, kiedy powinna być niska. Powiedziałbym, że co najmniej powinno być w stanie zatopić 500 µA, ale użyłbym 1 mA, chyba że masz szczególny powód, aby go zamknąć.

Teraz, gdy wiemy, że sygnał wyjściowy musi spaść 1 mA, patrzymy w arkuszu danych opto, aby zobaczyć, jak musimy go wysterować, aby uzyskać ten 1 mA. Używasz wariantu „-3” tej części, który zgodnie z pierwszą stroną arkusza danych ma minimalny gwarantowany współczynnik transferu prądu 100%. Oznacza to, że tranzystor może pochłonąć co najmniej tyle prądu, ile włożysz do jednej z diod LED. Zwróć jednak uwagę na małą „± 10 mA” powyżej specyfikacji CTR. To tak naprawdę mówi, że jeśli dodasz 10 mA do diod LED, tranzystor będzie w stanie zatonąć co najmniej 10 mA. Nie obiecuje niczego przy żadnym innym prądzie wejściowym.

Patrząc dalej w arkuszu danych, znajdziesz dodatkowe informacje na górze strony 3. Tutaj faktycznie pokazują CTR dla wejścia 1 mA. Pamiętaj, że teraz jest to gwarantowane tylko 34%. Oznacza to, że aby uzyskać zdolność ujścia wyjściowego 1 mA, musisz napędzać diody LED prądem 1 mA / 34% = 2,9 mA, więc celujmy w absolutne minimum 3 mA.

Mówisz, że napięcie, które należy wykryć, wynosi 230 V AC. Ponieważ jest to sinus, będzie miał szczyty 325 V. Sygnał wyjściowy opto przechodzi w mikro, więc nie ma potrzeby, aby był stałym sygnałem, gdy zasilanie jest włączone. W rzeczywistości dobrym pomysłem jest, aby mikro mogło znieść chwilowe przerwy i usterki. Prawdopodobnie trzymałbym licznik, który jest zmniejszany co ms, gdy sygnał jest wyłączony, i resetuje się do około 50, gdy jest włączony. Oznacza to, że nie musisz widzieć żadnego sygnału przez 50 ms, aby stwierdzić, że zasilanie jest wyłączone. Wszystko, co jest potrzebne, to mały trzask na szczycie cyklu linii i ten system będzie działał dobrze. Należy pamiętać, że piki cyklu występują co 10 ms przy mocy 50 Hz.

Zobaczmy więc, gdzie jesteśmy. Chcemy, aby diody LED przepływały co najmniej 3 mA, gdy napięcie zasilania wynosi 325 V. Diody LED spadną do 1,65 V (góra dolnej tabeli na stronie 2), a to powinno nadal działać przy najniższym rozsądnym napięciu linii zasilania . Starajmy się wykryć minimum 200 VAC, czyli 283 V wartości szczytowej i 281 V po spadku diody LED. 281 V / 3 mA = 94 kΩ. Teoretycznie to wszystko, czego potrzeba szeregowo z diodami LED, aby wyzwolić moc wyjściową przynajmniej raz na szczyt mocy.

W praktyce warto dodać margines. Chcesz, aby dane wyjściowe były zapewnione dla rozsądnego skończonego ułamka każdego półcyklu, a nie tylko gwarantowane, że będzie włączony przez krótki moment. Biorąc to wszystko pod uwagę, z grubsza zmniejszyłem rezystor o połowę do 47 kΩ. To solidnie włączy wydajność dla wszystkich rozsądnych warunków ze znacznym marginesem.

Możesz myśleć, że to wszystko, co musisz zrobić, ale poczekaj, jest więcej. Zastanów się, co stanie się z wysokim napięciem sieciowym, takim jak 240 V. Szczyty wynoszą 340 V, co spowodowałoby 7,2 mA przez diody LED. Musisz sprawdzić maksymalny dopuszczalny prąd diody LED, który wynosi 60 mA, więc nie ma problemu. Należy jednak wziąć pod uwagę rozpraszanie mocy w rezystorze. Jeśli mówimy najgorszym przypadku napięcia zasilania 240 V, a następnie moc wchodzenia rezystora (pomijając LED spadek napięcia) (240 V), ² /47 k = 1,23 W. To powinno wynosić co najmniej 2, „W”, rezystor wtedy i zrobi się zauważalnie ciepło.

Inną kwestią jest to, że należy wziąć pod uwagę napięcie znamionowe rezystora. Musi być w stanie wytrzymać wartości szczytowe 340 V, więc ogólnie potrzebujesz rezystora 47 kΩ o mocy znamionowej 2 W i 400 V. Można je znaleźć, ale może być prostsze stosowanie kilku rezystorów szeregowo. To rozkłada napięcie szczytowe i rozpraszanie mocy pomiędzy rezystory szeregowe. Zrobiłyby to cztery oporniki 12 kΩ i rozproszyłyby tylko 300 mW i widziały 85 V. Będzie to łatwiejsze do znalezienia i tańsze niż pojedynczy rezystor, chyba że jest to produkt objętościowy, w którym można kupić rzeczy w dużych ilościach. Tak więc odpowiedzią na zadane pytanie jest zestawienie czterech zwykłych rezystorów 12 kΩ 1/2 Watt z diodami LED.

Zauważ, że nie trzeba ich rozdzielać po każdej stronie opto, gdy wyświetlasz R1 i R2. Gdzieś musi być tylko jeden opornik połączony szeregowo z diodami LED. Ponieważ w tym przypadku rezystancja składa się z czterech indywidualnych rezystorów, możesz je podzielić w dowolny sposób, aby wszystko działało najlepiej mechanicznie po stronie wysokiego napięcia w obwodzie. Korzystnie byłyby one od końca do końca, aby zmaksymalizować ścieżkę marszczenia dla wysokiego napięcia i rozproszyć ciepło.

Jednak tak naprawdę nie podoba mi się ten transoptor do tego zastosowania, ponieważ ma tak niski współczynnik przenoszenia prądu, co zmusza nas do dostarczenia dużej ilości prądu LED, co powoduje zużycie dużej mocy w rezystorze. Do tego rodzaju aplikacji, w których użyteczny jest wysoki współczynnik transferu prądu, a prędkość nie ma większego znaczenia, podoba mi się tani i dostępny FOD817. Wersje D tej części mają gwarantowany CTR 3x przy 5 mA. Nie mówią dokładnie, co otrzymujesz 1 mA, ale to całkiem bezpieczny zakład, że wyjście może zatonąć co najmniej 1 mA przy 1 mA na wejściu.

FOD817 ma pojedynczą diodę LED, ale łatwo sobie z tym poradzić (FOD814 ma diody LED z powrotem do tyłu, ale jest mniej dostępny i nie występuje w niektórych wariantach o wyższym wzmocnieniu). Stosując opisany powyżej schemat 50 ms, nie ma problemu, jeśli otrzymasz impuls raz na cykl linii, czyli co 20 ms. Umieść diodę szeregowo z diodą LED oprócz rezystorów i rezystor o wysokiej wartości w poprzek diody LED, aby upewnić się, że nie widzi wysokiego napięcia wstecznego z powodu niewielkiego wycieku diody. 100 kΩ jest w porządku i jest wystarczająco wysokie, aby jego prąd był nieistotny dla naszych innych obliczeń. Kolejną zaletą tego jest to, że nie tylko uzyskuje się mniejsze rozproszenie mocy z powodu wymaganego mniejszego prądu LED, ale uzyskuje się jeszcze jeden czynnik zmniejszenia mocy o dwa, ponieważ dioda LED jest napędzana tylko w jednym kierunku.

Oto moja ostateczna odpowiedź:

Jeśli szukasz bardzo wysokiego CTR dla tego typu aplikacji, spójrz na serię Liteon LTV-8xxx . 600% min. przy 1mA IF.