Як вибрати супровідні компоненти для оптрона?

Я використовую оптопар ( MOC3021 ) для визначення стану ввімкнення / вимкнення електроприладу за допомогою мікроконтролера ATmega16L. Як мені це робити? Мої електромережі - 230 В, 50 Гц. Як я спроектую оточуючу ланцюг і виберіть значення компонентів, як резистори?

ВИДАЛЕНО 13 червня 2012 р. Примітка. Це перший раз, коли я вирішую подібну схему. Будь ласка, надішліть будь-які корисні відгуки. (включаючи речі, які я зробив неправильно або будь-які вдосконалення)

Посилаючись на вищезазначену схему. Ідея полягає у використанні цієї схеми для визначення того, навантаження включене чи вимкнено. Вихідні контактні від оптопари підключається до зовнішнього переривання мікроконтролера я використовую який ATmega16L. Переривання буде контролювати стан навантаження. Після моніторингу я можу переключити стан навантаження за допомогою реле (реле діє як механізм управління ), яке підключається до одного мікроконтролера.

Тепер я спробував обчислити значення резисторів для R1, R2 і Rc. Зауважимо, VIL (макс.) Мікроконтролера = 0,2xVcc = 660mV і VIH (хв) = 0,6xVcc = 1,98 В і VIH (max) = Vcc + 0,5 = 3,8 V.

Порахувати Rc досить просто. Коли транзистор не веде, вихід високий (при 3,3 В). Коли транзистор проводить, вихід витягується низько. тож з точки зору мікроконтролера, вихідний максимум означає, що навантаження вимкнено, а вихідне низьке означає, що навантаження вмикається.

Дивлячись на таблицю даних для SFH621A-3, використовуючи 34% мінімальний CTR при IF = 1mA. Отже, на вході 1mA вихід буде дорівнює 340uA. Тож для того, щоб мікроконтролер виявив низьку напругу на виході оптрона, я можу використовувати значення резистора 1 Км? Так що на виході з оптрона буде напруга 340мВ (що нижче VIL (max) )

Детальніше про це пізніше був довгий день.

ВИДАЛЕНО 15 червня 2012 року

Примітка: Розв’язання резисторів на лінії електропередачі (R1 і R2). Будь ласка, перевірте мої розрахунки та будь-які відповідні відгуки.

Мета : мета - утримувати світлодіоди * ВКЛ ** протягом максимального періоду часу протягом половинного періоду 10 мс (повний період 20 мс 50 ГГц). Скажімо, світлодіоди повинні бути увімкненими протягом 90% часу, це означає, що світлодіоди потребують щонайменше 1 мА струму протягом 90% часу за цей половинний період, а значить, світлодіоди будуть активними для 9mS протягом 10mS половинного періоду. Отже, 9mS / 10mS = 0,9 * 180 ( половина періоду ) = 162 градуси. Це показує, що струм буде 1mA між 9deg і 171deg ( і менше 1mA від 0deg до 9deg і 171deg до 180deg ). Не вважали час ON на 95%, оскільки робота з цілими номерами є акуратною, і 5% не має жодної різниці не в цій програмі, принаймні.

Vpeak-пік = 230V x sqrt (2) = 325V. Врахування допусків. Мінімальний допуск 6%. 325 x 0,94 ( 100-6 ) x sin (9) = 47,8V

Отже, R1 ≤ (47,8 V - 1,65 V) / 1mA = 46,1 Kohms Вибір значення, яке менше, ніж 46,1 Kohms з 39 Kohms (серії e12). Тепер, коли вибрано менший значення опору порівняно з розрахованим, значить, струм через діоди буде більшим, ніж 1 мА.

Обчислення нового струму: ((325 В х 110%) - 1,25 В) / 39 Комс = 9,1 мА (занадто близько до макс Якщо діодів). Повертаючись до цього за мить [Мітка - 1x]

Спочатку обчисліть потужність резистора (враховуючи 39 Ком) ((230 + 10%) ^ 2) / 39К = 1,64 Вт (занадто висока).

Повертаючись до розрахунку [Мітка - 1х] Дозволяє вибрати два резистори 22 Ком. Разом вони додають до 44 Kohm, що досить близько 46,1 Koh (обчислено вище)

перевірка потужності двох резисторів разом: ((230 + 10%) ^ 2) / (2 х 22) Ком = 1,45 Вт. оберіть 22 резистори Kohm, кожен з потужністю 1 Вт.

Тепер, після всього цього, початковий CTR становив 34%, а значить, 1mA в буде 340 мкА . Але тепер через 2х22 резистора Кома струм буде трохи більше на виході. Це означає більший потенціал на резисторі Rc, що підтягується. Чи не виникне питання отримати падіння напруги нижче 500 мВ на виході оптрона ??

MOC3021 - це оптрона з тріаковим виходом. Зазвичай використовується для приводу силового триака, як правило, для перемикання приладів, що працюють від мережі. Триаки можна використовувати тільки в ланцюгах змінного струму.

Вам потрібна оптрона з транзисторним виходом, бажано одна з двома світлодіодами в антипаралельному вході. SFH620A така частина.

Два світлодіодні індикатори в антипаралельному режимі забезпечують активізацію транзистора на обох півциклах електромережі. Багато оптопарів мають лише 1 світлодіод, який би працював, але дають вихідний імпульс 10 мс за 20 мс на 50 ГГц. Вам потрібно буде розмістити діод в антипаралельному вході і в цьому випадку, щоб захистити світлодіод від перенапруги при зворотній поляризації.

Важливим є коефіцієнт CTR або коефіцієнт передачі струму, який вказує, на скільки вихідний струм транзистор затопить за заданий світлодіодний струм. CTR часто не дуже високий, але для SFH620A ми можемо вибрати значення 100% мінімум, тільки це при 10mA в, в 1mA це лише 34% мінімум, так що 1mA означає принаймні 340 $\mu$ А.

$\Omega$$\mu$ V через резистор, який є більш безпечним.

$\mu$$\Omega$$\mu$ дасть досить низьку вихідну напругу. (Теоретично падіння напруги 5,1 В, але доступно лише 5 В, тому воно перейде на землю.) Падіння напруги через струм витоку все ще знаходиться в межах 1,5 мВ.

Якщо ми хочемо мати коефіцієнт CTR щонайменше 34% при 1mA, ми повинні використовувати SFH620A-3.

$\leq$$V_{IN}$$V_{LED}$ ) / 1mA.

$\times$$\leq$$\Omega$$\Omega$$\times$ $\sqrt{2}$ $\times$$\Omega$ = 8.3mA. (1,25 В - номінальна напруга світлодіода). Це значно нижче межі оптрона.

$\Omega$$\Omega$, що не є значенням E24. Ми можемо вибрати найближче значення E24 і перевірити наші розрахунки, або вибрати E96. Зробимо останнє.

Це все, шановні. :-)

редагувати
Я підказав у коментарі, що існує набагато більше, що потрібно враховувати, ця відповідь цілком може бути тричі довшою. Наприклад, є вхідний струм витоку штифта вводу-виводу AVR, який може бути вдесятеро більшим, ніж транзисторний. (Не хвилюйтесь, я перевірив це, і ми в безпеці.)

$\times$ $V_{DD}$
Ще одна причина може бути в тому, що це може не дуже допомогти. Ми робимодостатній вихідний струм, це просто, що вхідний струм 1 мА настільки високий, що нам потрібні резистори потужності. Дарлінгтони не обов'язково вирішують це, якщо вони також вказані лише на 1mA. При 600% CTR ми отримаємо струм колектора 6 мА, але це нам не потрібно. Чи не можемо ми зробити що-небудь щодо 1mA в? Ймовірно. Для оптрону я згадав про Електричні характеристики лише про 1 мА. На графіку даних є графік, фіг.5: CTR проти прямого струму, який показує CTR понад 300% при 0,1mA. Ви повинні бути обережними з цими графіками. Хоча таблиці часто дають мінімальні та / або максимальні значення, графіки зазвичай дають вам типові значення. У вас може бути 300%, але може бути і нижче. На скільки нижче? Це не говорить. Якщо ви створили лише один продукт, ви можете спробувати його, але ви можете "
$\mu$$\mu$

У своїй іншій відповіді я пояснив, чому я там не використовував оптрони Дарлінгтона: головна причина - напруга насичення Дарлінгтона, яке набагато вище, ніж для звичайного BJT, воно може бути дорівнює 1 В. Для ATmega16L ви ' повторне використання максимальної вхідної напруги для низького рівня становить 0,2 × VDD або 0,66 В при напрузі 3,3 В. 1 В занадто високий.

Але це не річ, яку неможливо виправити, вона займає лише пару додаткових компонентів. Одночасно ми зробимо щось і щодо вхідного струму на 1 мА.

Для початку з вхідного струму нам довелося використати 1 мА, оскільки в аркуші даних не було зазначено нічого нижчого, і тоді ви можете спробувати щось, але ви самостійно, гарантій немає. Лист даних для FOD816 , однак, має цікавий графік.

Це одне. Це дає CTR для вхідних струмів на рівні 100 мкА, і він навіть високий: 350% (пам'ятайте, це Дарлінгтон). Але вам слід бути обережними з цими графіками. Хоча таблиці часто дають вам мінімальні чи максимальні значення, цей тип графіків дасть вам типові значення, якщо не вказано інше. То який мінімум? Ми не знаємо, але на 100% це безпечно. Давайте для більшої безпеки і припустимо CTR 50%. Отже, для 100 мкА у нас вийде 50 мкА. Подивимось, чи цього достатньо.

Це модифікований вихідний етап. Транзистором U1 є фото-Дарлінгтон, що вмикає 50 мкА. Виберемо 10 мкА для R4, тому його значення буде 0,6 В / 10 мкА = 60 кОм. Я повернусь до функції R4 пізніше.

$H_{FE}$

$\times$

R4 ще потребує певного пояснення. Припустимо, ми пропустимо це. Тоді весь струм Дарлінгтона переходить до Т1. Якщо вимкнено струм витоку FOD816 (який називається "темний струм" в таблиці), може досягати 1 мкА. T1 посилить це до 250 мкА, найгірший випадок, що достатньо, щоб скинути 3,3 В на R5. Тож вихід може бути постійно низьким.
Ми вибрали значення 60 кОм для R4. Тоді, поки падіння напруги на ньому менше 0,6 В, весь струм Дарлінгтона буде проходити через R4, а жоден через T1, оскільки мінімальна напруга базового випромінювача не досягається. Це було при 10 мкА. Тож темний струм 1 мкА спричинить лише падіння 60 мВ, а базовий струм не буде.

У нас є значення для всіх наших компонентів, єдине, що залишається - збільшити вхідні резистори до 220 кОм кожен. Для цього можна використовувати резистори 1/4 Вт.

Щоб визначити параметри схеми, почніть з того, що вам потрібно на виході, і працюйте назад. 10 кОм - це хороше значення для підтягувача на виході. Якщо у вас немає незвичних вимог, як-от робота акумулятора, де важлива низька потужність, 10 кОм - це хороший компроміс між достатньо низьким рівнем, щоб витягнути лінію міцно високо від витоку та розумного шуму, але не настільки низький, щоб вимагати занадто великого струму.

Коли вихідний транзистор в опто вмикається, він буде ставити не більше 3,3 В по всій Rc. 3,3 В / 10 кОм = 330 мкА, що є мінімальним струмом, який транзистор повинен бути здатний просочуватися. Ви хочете трохи зайвих, щоб лінія трималася на низькому рівні, коли вона повинна бути низькою. Я б сказав, як мінімум, він повинен мати змогу занурити 500 мкА, але я використовував би 1 мА, якщо у вас немає конкретної причини перекрити його.

Тепер, коли ми знаємо, що вихід повинен просідати 1 мА, ми дивимось в описну таблицю опто, щоб побачити, як нам потрібно керувати ним, щоб отримати цей 1 мА. Ви використовуєте варіант «-3» цієї частини, який згідно з першою сторінкою даних має мінімальне гарантоване відношення струму до 100%. Це означає, що транзистор може пропустити принаймні стільки струму, скільки ви поставите через один із світлодіодів. Однак зверніть увагу на маленькі "± 10 мА" над специфікаціями CTR. Це насправді говорить про те, що якщо поставити 10 мА через світлодіоди, транзистор зможе потонути принаймні 10 мА. Насправді нічого не обіцяє при будь-якому іншому вхідному струмі.

Переглядаючи таблицю даних більше, ви знайдете додаткову інформацію вгорі сторінки 3. Тут вони фактично показують CTR на вхід 1 мА. Зауважте, що зараз це гарантовано лише 34%. Це означає, що для отримання можливості вимикача на 1 мА виходу, вам потрібно керувати світлодіодами з 1 мА / 34% = 2,9 мА, тому давайте націлюватись на абсолютний мінімум 3 мА.

Ви кажете, що напруга, яку потрібно відчути, становить 230 В змінного струму. Оскільки це синус, він матиме піки в 325 В. Вихідний сигнал опто переходить в мікро, тому немає необхідності, щоб він був постійним сигналом при включенні живлення. Насправді, це гарна ідея для того, щоб мікросмієць міг проїхати миттєві перебої та збої. Ймовірно, я б утримував лічильник, який зменшується кожні мс, коли сигнал вимкнено, і скинути його до 50, коли він увімкнений. Це означає, що ви не повинні бачити сигнал протягом 50 мс, щоб оголосити, що живлення вимкнено. Все, що потрібно - це невеликий проміжок на піку лінійного циклу, і ця система буде чудово працювати. Зауважте, що піки лінійного циклу відбуваються кожні 10 мс із потужністю 50 Гц.

Тож давайте подивимось, де ми знаходимось. Ми хочемо мати принаймні 3 мА через світлодіоди, коли напруга живлення становить 325 В. Світлодіоди знизяться до 1,65 В (верхній частині нижньої таблиці на стор. 2), і це все одно має працювати при найменшій розумній напрузі лінії живлення . Давайте ставимо собі за мету виявити мінімум 200 В змінного струму, що становить пік 283 В, а після падіння світлодіода - 281 В. 281 В / 3 мА = 94 кОм. Теоретично це все, що потрібно послідовно зі світлодіодами, щоб спрацьовувати на виході хоча б трохи на пік потужності.

На практиці корисно додати певну маржу. Ви хочете, щоб результат був затверджений для розумної кінцевої частки кожного півциклу, а не просто гарантовано, щоб він був увімкнутий невеликий проміжок часу. Враховуючи все це, я приблизно вдвічі зменшив резистор до 47 кОм. Це твердо включить вихід за всіх розумних умов із значним запасом.

Ви можете подумати, що це все, що вам потрібно зробити, але зачекайте, є ще більше. Подумайте, що станеться при високій лінійній напрузі, як, наприклад, 240 В. Піки становлять 340 В, що спричинить 7,2 мА через світлодіоди. Ви повинні перевірити максимально дозволений струм світлодіода, який становить 60 мА, так що це нормально. Однак врахуйте розсіювання потужності в резисторі. Якщо ми говоримо , що в гіршому випадку лінійна напруга 240 В, то потужність відбувається в резистор ( НЕ звертаючи уваги на світлодіодне падіння напруги) є (240 В) ⁺² / +47 кОм = 1,23 Вт , що має бути , по крайней мере «2 Вт» резистор потім, і стане помітно тепло.

Інше питання полягає в тому, що потрібно враховувати показник напруги резистора. Потрібно витримати піки 340 В, тому в цілому вам потрібен резистор 47 кОм, розрахований на 2 Вт і 400 В. Це можна знайти, але все навколо може бути простіше використовувати кілька резисторів послідовно. Це поширює пікову напругу та розсіювання потужності серед резисторів серії. Чотири 12 кОм резистора зробили це, і вони розсіюють лише 300 мВт і бачать 85 В кожен. Це буде простіше знайти і дешевше, ніж один резистор, якщо це не об'ємний продукт, де ви можете придбати речі у великій кількості. Тому відповідь на поставлене питання - поставити чотири звичайних резистори 12 кОм 1/2 Вт послідовно зі світлодіодами.

Зауважте, що їх не потрібно розділяти на кожній стороні опто, як ви показуєте R1 та R2. Потрібно лише один опір послідовно, де десь є світлодіоди. Оскільки в цьому випадку цей опір складається з чотирьох індивідуальних резисторів, ви можете розділити їх будь-яким способом, щоб ви працювали найкраще механічно на стороні високої напруги ланцюга. Бажано, щоб вони були в кінці, щоб максимально збільшити шлях створення високої напруги та рознести тепло.

Однак мені не дуже подобається цей оптопар для цього додатка, оскільки він має такий низький коефіцієнт передачі струму, що змушує нас забезпечити багато світлодіодного струму, через що в резисторі споживається багато енергії. Для такого типу додатків, де корисний високий коефіцієнт передачі струму, а швидкість не має великого значення, мені подобається дешевий і доступний FOD817. D-версії цієї частини мають гарантований CTR 3x при 5 мА. Вони не говорять точно, що ви отримуєте 1 мА, але це досить безпечна ставка, що вихід може занурити принаймні 1 мА при 1 мА в.

У FOD817 є один світлодіод, але з цим легко впоратися (FOD814 має світлодіодні спини назад, але він менш доступний і не входить у деяких варіантах більш високого коефіцієнта посилення). Використовуючи описану вище схему 50 мс, це не проблема, якщо ви отримуєте імпульс один раз за цикл ліній, що кожні 20 мс. Помістіть діод послідовно зі світлодіодом на додаток до резисторів, а резистор високої вартості поперек світлодіода, щоб переконатися, що він не бачить високої зворотної напруги через небагато витоку діода. 100 кОм - це добре, і він досить високий, щоб його струм не мав значення для інших наших розрахунків. Ще одна перевага цього полягає в тому, що ви не тільки отримуєте менший показник розсіювання потужності через необхідний менший струм світлодіода, але отримуєте ще один коефіцієнт удвічі зменшення потужності за рахунок того, що світлодіод рухається лише в одному напрямку.

Тож ось моя остаточна відповідь:

Якщо ви шукаєте дуже високий CTR для цього типу додатків, подивіться на серію Liteon LTV-8xxx . 600% хв. при 1mA IF.