Sprawdź poprawność obwodu triaka

11

Projektuję urządzenie do przełączania urządzenia grzewczego zasilanego z sieci. Przeprowadziłem sporo badań i zdałem sobie sprawę, że jest wiele informacji, ale ponieważ mam do czynienia z potencjalnie śmiertelnym prądem przemiennym, chciałbym zweryfikować swój projekt przed zamówieniem płytek drukowanych. To jest moja pierwsza praca z siecią, więc zakładam, że nic nie wiem :)

Wymagania:

  • Przełącz urządzenie grzewcze (= rezystancyjne) na moc do 1000 W.
  • Kompatybilny z 110-240 V, 50 i 60 Hz
  • Napędzany przez 5v MCU (ATMega328)
  • Nie trzeba wprowadzać przepisów itp., Ale absolutnie musi być bezpieczny
  • edycja: Szybkość przełączania około raz na 5 sekund

Oto schemat: wprowadź opis zdjęcia tutaj

Uwagi:

  • D8 to pin MCU
  • Rezystor między transoptorem a triakiem to rezystor przelotowy 1 / 4W, pozostałe 0603
  • 5 Bezpiecznik topikowy
  • Dwa 330 rezystorów połączonych szeregowo ma na celu uproszczenie BOM
  • Triak przełącza główny przewód neutralny

Pytania:

  • Po pierwsze: czy jest coś, co przeoczyłem lub przeoczyłem?
  • Radiator triaka jest dla mnie trochę niejasny. Obliczyłem maksymalną wartość 10C / W, czy to dobrze? Moje obliczenia to: (maksymalna temperatura - temperatura pokojowa) / (maks. Napięcie na stole montażowym * (mili amper / napięcie)) - połączenie z podstawową opornością tematyczną ( (110-25)/(1.65*(1000/230))-1.5 = ~10.35). Czy to oznacza, że ​​triak będzie cały czas w 110c, wydaje mi się trochę za wysoki? Idealnie miałbym mniejszy radiator, ale mam nadzieję, że to źle :)
  • Transoptor jest fazą losową. Faza jest ważna tylko dla gasnących świateł itp., Prawda? Czy faza ma znaczenie dla urządzenia grzewczego?
  • Czy wymagany jest obwód tłumiący? Z tego, co rozumiem, jest to konieczne tylko w przypadku obciążeń indukcyjnych?
  • Większość tego obwodu znajduje się na spodzie 2-warstwowej płyty 1,6 mm, a pozostałe elementy znajdują się w odległości co najmniej 4 mm od góry. Z tego, co rozumiem, droga upływu powinna wynosić minimum 6 mm, ale czy jest taka sama z płytą pomiędzy nimi?

W każdym razie muszę zamówić części, więc jeśli masz sugestie dotyczące zamiany komponentów, wszystko jest w porządku.

Arkusze danych:

Wszelkie inne wskazówki i wskazówki są również mile widziane!

AKTUALIZACJA

Po wskazówkach tutaj zmieniłem bezpiecznik na żywy (wydaje się teraz oczywisty ..) i dodałem tłumiki. Zaktualizowany schemat: Zaktualizowano schemat

ac opto-isolator triac heatsink mains Antti
źródło
Nie wspominałeś o szybkości przełączania, ale jeśli potrzebujesz włączać / wyłączać co kilka minut, łatwiej będzie mieć pewność bezpieczeństwa obwodu za pomocą przekaźnika (5 V lub 12 V). Powinno być mnóstwo informacji na temat wybierania przekaźnika i kierowania nim.
Brian Drummond
Brian: Szybkość przełączania jest większa niż co kilka minut, bliżej co ~ 5 sekund. Nie chcę też hałasu przekaźnika
Antti
2
że byłoby dziwne 250W przy 110V (przy założeniu stałej oporu) ...
Brian Drummond
2
Czy masz konkretny powód, aby stopić neutralny zamiast linii?
Photon
2
Oznaczenia referencyjne w twoim oryginalnym schmatic zostały źle wybrane. Nie trzeba informować czytelnika, że ​​R1 jest połączony z transopterem („opto-R1”), wystarczy nazwać go „R1”. Ale na zaktualizowanym schemacie całkowicie usunąłeś referencje, a to jeszcze gorzej. Jeśli chcę omówić opornik 330R, nie ma sposobu, aby wyjaśnić, który mam na myśli. Zawsze miej informacje o swoich komponentach.
amadeus

Odpowiedzi:

6

  1. Prawdopodobnie bezpieczniej jest mieć D8 sterujący małym MOSFETEM do sterowania fotodiodą, zamiast polegać na możliwościach pozyskiwania prądu przez sam pin GPIO. Powinieneś także podać nieco więcej niż absolutne minimum 5mA podane w arkuszu danych.

  2. Bezpiecznik powinien zawsze znajdować się na linii - nigdy tylko w pozycji neutralnej. (Łączenie obu jest w porządku.) Jeśli łączysz tylko neutralne, nadal masz ścieżkę od linii do ziemi, ponieważ w większości jurysdykcji neutralne jest gdzieś uziemione. Niebezpieczne i potencjalnie śmiertelne.

  3. Obciążenie grzejnika najprawdopodobniej ma charakter indukcyjny, dlatego należy rozważyć schemat bramki rezystor-kondensator-opornik pokazany na stronie 6 arkusza danych, aby odczulić bramkę. Zawsze możesz później zapełnić kondensator, jeśli go nie potrzebujesz.

  4. Urządzenie (bez radiatora) ma rezystancję połączenia z otoczeniem wynoszącą 60 K / W. Ponieważ grzejnik 1000 W pobiera około 4,34 A prądu podczas przewodzenia triaka, przy 230 VAC to ~ 7 W - przy 100 VAC to bardziej jak 16,5 A. Na pewno potrzebujesz radiatora :)

Adam Lawrence
źródło
Pin MCU może pobierać do 40 mA, więc nie sądzę, że potrzebuję mosfetu? Przeniosłem bezpiecznik do terminala na żywo, co z perspektywy czasu wydaje się oczywiste. Dodałem również obwody tłumiące jak w arkuszu danych (wciąż nie jestem pewien co do wartości). Zaktualizowany schemat został dodany jako edycja pytania. Dzięki!
Antti
Zwykle dobrym pomysłem jest przeniesienie rozpraszania mocy poza mikrokontroler, nawet jeśli pin może pobierać energię. To dodatkowe ciepło, którego niekoniecznie chcesz / potrzebujesz.
Adam Lawrence
1
Czy naprawdę dobrze jest połączyć zarówno linię, jak i neutralny? Jeśli zadziała tylko bezpiecznik po stronie neutralnej, wciąż istnieje śmiertelna moc na (teraz „martwym”) sprzęcie.
Bobbi Bennett,
Nadal będzie zapewniona ochrona, jeśli wystąpi usterka między linią a podwoziem / ziemią, a śmiertelne napięcie nie powinno być dostępne dla użytkownika końcowego w żadnych okolicznościach.
Adam Lawrence
1
Krajowy kodeks elektryczny, artykuł 404 (przełączniki): Przełączniki lub wyłączniki nie mogą odłączać uziemionego przewodu (neutralnego) obwodu.
Bobbi Bennett
5

Podaję to jako odpowiedź, ponieważ mój komentarz wydaje się być zakopany na liście.

Dlaczego zmieniasz (i utrwalasz) neutralny? To nie jest bezpieczne. W twoim grzejniku będzie napięcie sieciowe, nawet gdy będzie wyłączone.

Dodaj oczywiście mechaniczny przełącznik zasilania sieciowego, aby mieć pewność, że wszystko jest włączone lub wyłączone.

Wzdłuż tych samych linii ścieżka uziemienia po stronie niskiego napięcia powinna być ciągła do masy sieci. Wyobraź sobie, co by się stało, gdyby na optoizolator spadł kawałek drutu lub coś innego. Czy to zawiedzie bezpiecznie? Lub postawić swoją stronę niskiego napięcia na potencjał sieci? Chcesz, aby zawiódł bezpiecznie, przepalając bezpiecznik.

Bobbi Bennett
źródło
2

Ogranicznik jest zalecany z kilku powodów.

  • Zmniejszyć amplitudę napięcia z przełączanej indukcyjności pasożytniczej. (Egress) Zmniejsza to napięcie na poziomie przebicia triaka. Ilekroć zamieniasz długie linie, zmieniasz indukcyjność. OPto ma zalecaną konstrukcję tłumiącą. Użyj jednego takiego na triaku.

  • Zmniejsz do szczytu linii dv / dt za pomocą indukcyjności linii i ogranicznika tłumienia, aby zapobiec fałszywemu wyzwoleniu triaka.

Nie ma problemu z równoległym włączaniem zarówno wskaźnika LED, jak i IR LED, ponieważ MCU pobiera lub tonie 20 mA, a Opto potrzebuje tylko 10 mA, aby niezawodnie się przełączać.

Jednak nie ma potrzeby równoległego napędzania diod LED, gdy używany jest regulator 5 V. 

- Drop voltage in the MCU driver is ~0.6V at 10mA and **~0.8V@20mA** ( hint search thru the pdf for VOH ) 
- drop voltage for "most" RED LEDs is ~1.3V @10mA, ~1.4V@20mA
- drop voltage for the IR LED used in the Opto is 1.2V @10mA and 1.3V @ 20mA
- so choose your drive current 10 ~ 20mA, add up the drops and choose a single R instead of 3 x 330.
- e.g.add up all drops above,  **0.8 + 1.4 + 1.3 + 20mA*Rs = 5V**  
- thus Rs = 1.5/20mA = **75 ohm**  ( 30mW)
- or   0.6 + 1.3 + 1.2 + 10mA*Rs = 5V   or Rs  = 1.9/10mA = **190 Ohm** ( 19mW)

Zachowaj >> 5 mm odstęp bezpieczeństwa między wszystkimi torami prądu przemiennego i stałego używanymi przez transoptor.

Czy twój 5V pływa czy jest uziemiony do AC? Nie wymagane. ale w przypadku rezonansu EMI może być potrzebny filtr liniowy, aby zapobiec dostaniu się do sygnałów czujnika MCU na linii wejściowej prądu przemiennego z filtrem LC i być może niewielkim ograniczeniem prądu przemiennego z prądu stałego do uziemienia. Nie chcesz, aby twój piekarnik włączał się w sygnały MCU. Koraliki ferrytowe są czasami używane na liniach przełączanych.

Jeśli całkowity Rth ja wynosi 10'W, oznacza to, że triak będzie miał prażenie 110'C, gdy będzie aktywny po termicznej stałej czasowej, która zależy od masy i prędkości POWIETRZA. Sugerowałbym, aby twój radiator był bliższy 5 'C / W i dodał Rj-c triaka, aby uzyskać odporność termiczną. użyj również odrobiny smaru z małym radiatorem.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
źródło