Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Управление мощной нагрузкой переменного тока

Тиристор
Иногда нужно слабым сигналом с микроконтроллера включить мощную нагрузку, например лампу в комнате. Особенно эта проблема актуальна перед разработчиками умного дома. Первое что приходит на ум — реле. Но не спешите, есть способ лучше 🙂

В самом деле, реле это же сплошной гемор. Во первых они дорогие, во вторых, чтобы запитать обмотку реле нужен усиливающий транзистор, так как слабая ножка микроконтроллера не способна на такой подвиг. Ну, а в третьих, любое реле это весьма громоздкая конструкция, особенно если это силовое реле, расчитанное на большой ток.

Если речь идет о переменном токе, то лучше использовать симисторы или тиристоры. Что это такое? А сейчас расскажу.

Симистор BT139
Схема включения из даташита на MOC3041

Если на пальцах, то тиристор

похож на диод, даже обозначение сходное. Пропускает ток в одну сторону и не пускает в другую. Но есть у него одна особенность, отличающая его от диода кардинально — управляющий вход.
Если на управляющий вход не подать ток открытия, то тиристор не пропустит ток даже в прямом направлении. Но стоит подать хоть краткий импульс, как он тотчас открывается и остается открытым до тех пор, пока есть прямое напряжение. Если напряжение снять или поменять полярность, то тиристор закроется. Полярность управляющего напряжения предпочтительно должна совпадать с полярностью напряжения на аноде.

Если соединить встречно параллельно два тиристора, то получится симистор — отличная штука для коммутации нагрузки на переменном токе.

На положительной полуволне синусоиды пропускает один, на отрицательной другой. Причем пропускают только при наличии управляющего сигнала. Если сигнал управления снять, то на следующем же периоде оба тиристора заткнутся и цепь оборвется. Крастота да и только. Вот ее и надо использовать для управления бытовой нагрузкой.

Но тут есть одна тонкость — коммутируем мы силовую высоковольтную цепь, 220 вольт. А контроллер у нас низковольтный, работает на пять вольт. Поэтому во избежание эксцессов нужно произвести потенциальную развязку. То есть сделать так, чтобы между высоковольтной и низковольтной частью не было прямого электрического соединения. Например, сделать оптическое разделение. Для этого существует специальная сборка — симисторный оптодрайвер MOC3041. Замечательная вещь!
Смотри на схему подключения — всего несколько дополнительных деталек и у тебя силовая и управляющая часть разделены между собой. Главное, чтобы напряжение на которое расчитан конденсатор было раза в полтора два выше напряжения в розетке. Можно не боятся помех по питанию при включении и выключении симистора. В самом оптодрайвере сигнал подается светодиодом, а значит можно смело зажигать его от ножки микроконтроллера без всяких дополнительных ухищрений.

Вообще, можно и без развязки и тоже будет работать, но за хороший тон считается всегда делать потенциальную развязку между силовой и управляющей частью. Это и надежность и безопасность всей системы. Промышленные решения так просто набиты оптопарами или всякими изолирующими усилителями.

Ну, а в качестве симистора рекомендую BT139 — с хорошим радиатором данная фиговина легко протащит через себя ток в 16А

Оптосимистор: параметры и схемы подключения

Оптосимисторы  относится к виду оптронов с отличными электрическими параметрами. Они создают крайне надежную гальваническую развязку, выдерживающую напряжение порядка 7,5кВ, имеющуюся между подключенной управляемой нагрузкой и схемой управления.

Данные радиокомпоненты построены из арсенид-галлиевого ИК светодиода, имеющего связь с кремниевым двухканальным переключателем. В свою очередь этот переключатель может иметь в своем составе отпирающий элемент, который включается в момент перехода через ноль питающего переменного напряжения.

Оптосимисторы  необычно полезны при осуществлении контроля за более мощными симисторами. Аналогичные  оптосимисторы были спроектированы для реализации связи между нагрузкой, которая питается переменным напряжением 220 вольт и логикой  с низким уровнем напряжения.

Оптосимистор, как правило, выпускаются в компактном DIP-корпусе, имеющий  шесть контактов. Его внутренняя схема, параметры, а так же распиновка, показаны ниже.

Схема подключения активной нагрузки к оптосимистору

В этой схеме имеется два компонента, которые необходимо вычислить, но фактически подобные расчеты параметров выполняются не всегда. Но все, же приведем эти расчеты параметров для информации.

Расчет параметра резистора RD. Вычисление сопротивления данного резистора влияет от наименьшего прямого тока ИК светодиода, обеспечивающего открытие симистора. Таким образом,

RD = (+VDD -1,5) / If

Допустим, для схемы с транзисторным контролем (которое применяется довольно часто в схемах регуляторов температуры), имеющим питания  12В и напряжение на открытом транзисторе (Uкэ)  0,3 В; VDD = 11,7 B и следовательно диапазон If приблизительно равен   15мА для MOC3041.

Необходимо сделать If = 20 мА с учетом понижения эффективности свечения светодиода в течении срока службы (добавить 5 мА) получаем:

RD=(11,7В — 1,5В)/0,02А = 510 Ом.

Расчет параметра сопротивления R. Управляющий электрод оптосимистора может выдержать определенный максимальный ток. Увеличение данного параметра выводит из строя оптрон. Следовательно, нужно вычислить сопротивление, чтобы при наибольшем напряжении сети (к примеру, 220 В) ток не был больше максимально допустимого параметра.

Для примера возьмем максимально-допустимый ток в 1А, тогда сопротивление будет равно:

R=220 В * 1,44 / 1 А = 311 Ом.

Нужно иметь в виду, что слишком большое сопротивление данного резистора может оказать нарушение в стабильности включения оптосимистора.

Расчет параметра сопротивления Rg. Резистор Rg  подключается, только если электрод симистора имеет повышенную чувствительность. Как правило, сопротивление Rg  находится в диапазоне от 100 Ом до 5 кОм. Желательно применять 1 кОм.

В случае если в управляемой  нагрузке есть  индуктивная составляющая, то необходимо применять другую схему подключения с защитой силового симистора и оптосимистора.

Схема подключения индуктивной нагрузки к оптосимистору

Сигнал, поступающий от оптосимистора на управляющий электрод симистора, нужен только для его открывания. Но при большой частоте переключения  коммутируемого напряжения, возникает большая вероятность спонтанного включения управляемого симистора, даже если отсутствует сигнал управления.

Факторами  ложных срабатываний   могут быть выбросы напряжения при включении ключа, подключенного к  индуктивной нагрузке, импульсные помехи в линиях питания нагрузки. Действенный  способ устранения данных неприятных моментов – применение в схеме снабберной (демпфирующей) RC – цепочки, которая подключается параллельно выходу ключевого блока.

Конденсатор в снабберной RC-цепи  — металлопленочный с номиналом от 0,01 до 0,1 мкФ, сопротивление резистора составляет  20…500 Ом. Данные параметры элементов необходимо рассматривать исключительно в качестве приблизительных величин.

Симисторный регулятор мощности с оптопарой — Меандр — занимательная электроника

Известны симисторные регуляторы мощности, например [1-3], которые содержат дефицитные и относительно дорогие электронные компоненты, такие как однопереходные и по­левые транзисторы, динисторы, импульсные трансформаторы и т.д. и т.п.

Однако, симисторный регулятор мощности можно постро­ить на базе более распространенных простых и дешевых эле­ктронных компонентах. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому регу­лятору является регулятор мощности, приведенный в [3], ко­торый содержит фазосдвигающую цепочку, пороговые и ис­полнительные элементы, фазовращатель, ограничитель-ста­билизатор входного напряжения, узел защиты.

Ниже предлагается более простой вариант симисторного регулятора мощности, который выполнен на базе двух ди­одных мостов и тиристорной оптопары.

Описание регулятора

На рис.1 приведена структурная схема симисторного ре­гулятора мощности. Она состоит из фазосдвигающей цепоч­ки ФСЦ, двух диодных мостов ДМ1, ДМ2 (VD1 — VD4, VD5 — VD8), тиристорной оптопары ОУ1, цепи управления симисто­ром ЦУС, исполнительного элемента ИЭ, узла защиты сими­стора УЗС, нагрузки EL1 (лампы накаливания).

Рис. 1

Принципиальная схема регулятора мощности показана на рис.2.Она собрана по классической схеме, но вместо сим­метричного динистора (диака) или обычного динистора (вклю­ченного в диагональ диодного моста) в цепи управления си­мистором или транзисторов, работающих в лавинном режи­ме, используется тиристорная оптопара ОУ1. Вход и выход оп­топары подключены к выходам двух диодных мостов VD1 — VD4 и VD5 — VD8 соответственно. Вход первого моста ДМ1 через резистор R3 подключён к выходу фазосдвигающей це­почки. Вход второго моста ДМ2 включён в цепь управления симистором VS1 через резистор R4.

Рис. 2

Симисторный регулятор обеспечивает фазовое регули­рование величины мощности на нагрузке, что обеспечивает­ся фазосдвигающей цепочкой ФСЦ, состоящей из резисто­ров R1, R2 и конденсатора С1. То есть временное положе­ние запускающих импульсов устанавливается RC-фазовраща­телем. Потенциометром R1 регулируют яркость свечения лам­пы EL1. Установка дополнительной RC-цепочки (R3C3) обес­печивает больший фазовый сдвиг для лучшего управления при малых нагрузках.

RC- цепочка, состоящая из резистора R6 и конденсатора С2, представляет собой демпфер. LC-цепочка — радиочастот­ный фильтр для подавления радиопомех в питающей сети.




Принцип действия

Работает регулятор следующим образом. При каждом полупериоде сетевого переменного напряжения происходит заряд конденсатора С1 через резисторы R1, R2. Когда на­пряжение на конденсаторе С1 достигает порога зажигания светодиода оптрона ОУ1, происходит открывание тиристора оптопары в цепи управления силовым симистором VS1. В результате симистор открывается и через нагрузку EL1 про­текает ток в течение оставшейся части полупериода. Время заряда конденсатора С1 определяется постоянной времени цепочки R1, R2, С1. Меняя с помощью резистора R1 время заряда конденсатора С1 можно плавно регулировать мо­мент открытия симистора VS1 относительно начала полупериода переменного напряжения сети, а следовательно, и мощ­ность, отдаваемую нагрузке EL1.

На рис.З показано, как симистор VS1 управляет мощно­стью в нагрузке, отрезая начальную часть каждого полупериода. Длительность пропущенной части зависит от запазды­вания пускового импульса по фазе, которое определяется, как отмечалось выше, номиналами резисторов R1+ R2 и конденсатора C1. Наличие второй фазосдвигающей цепочки (R3C3) расширяет диапазон регулировки выходного на­пряжения устройства.

Рис. 3

Детали

В регуляторе исполь­зуются резисторы типа С2-23±5%. Переменный ре­зистор R1 100 кОм типа СП-5 мощностью 0,5 Вт же­лательно с характеристи­кой типа «В» или любой другой мощностью не менее 5 Вт. Конденсаторы С1, С2 — типа К73-11, К73-17 на напряжение не ниже 400 В.

Диодный мост КЦ407А можно заменить моста­ми типа КЦ402А-Г — КЦ405А-Г. Вместо оптрона ОУ1 типа ЗОУ103Г можно использовать оптроны типа АОУ103Б, АОУ103В, или использовать симисторную оптопару типа АОУ160А, Б, С, исключив в этом слу­чае диодный мост VD5 — VD8. Симистор VS1 типа КУ208Г может быть заменен КУ208В или ТС106-10-4, ТС112-10-4 и им подобными класса не ниже 4.

Настройка устройства

Для наладки регулятора мощности необходима соответствующая нагрузка, в качестве которой, например, может быть использована обычная лампа нака­ливания мощностью не менее 100 Вт и светоизлучающий диод с номинальным входным напряжением 2 В, например типа АЛ310А красного свечения. Порядок наладки следую­щий. Отключают вход 3-4 мостового выпрямителя VD5 — VD8 от цепи управления симистором VS1 и вместо его включа­ют переменный резистор, например, типа ППЗ 3 Вт 20 кОм или ППБ-2В 20-30 кОм.

Включают регулятор в сеть и, вращая рукоятку перемен­ного резистора, добиваются полного открытия симистора. По­сле чего отключают регулятор от сети, выпаивают перемен­ный резистор и измеряют величину его сопротивления. Из­меренная величина сопротивления являться максимальным номиналом R4.

Далее, следует отключить светодиод оптрона ОУ1 от вы­ходных зажимов моста VD1 — VD4 и к этим зажимам при­соединить светоизлучающий диод АЛ310А. Изменением номиналов резисторов R2,R3 и конденсатора С1, добива­ются плавного загорания светодиода АЛ310А при переме­щении движка реостата R1 из одного крайнего положения в другое.

После настройки выпаивают светодиод АЛ310А и к вы­ходным зажимам моста VD1 — VD4 присоединяют светоди­од оптрона ОУ1 и проверяют работу регулятора. При необходимости величины резисторов R2.R3 и конденсатора С1 корректируют.

Элементы устройства находятся под опасным сетевым на­пряжением 220 В — соблюдайте меры безопасности. Ручка переменного резистора R2 должна быть выполнена из хоро­шего изоляционного материала.

Литература

  1. Абрамов С.М. Симисторный регулятор большой мощнос­ти //Электрик,- 2002. — №7. — С. 12.
  2. Яковлев В.Ф. Мощный регулятор на симисторе //Элект­рик,- 2004. — №10. — С.26.
  3. Копомойцев К.В., Павлюк А.В. Симисторный регулятор мощности //Электрик.- 2007. — №5. — С.64 — 65.

Автор: Константин Коломойцев, Петр Халявка, г. Ивано-Франковск

Управление приборами 220В

Самый простой вариант — Реле

Электромагнитное реле — самый простой вариант управления микроконтроллером нагрузкой 220В. По сути это обычный электромагнит. При подаче постоянного тока на катушку возникает магнитное поле, сердечник втягивается и замыкает выводы. Для управления самим реле применимы те же методы, описанные в статье «Как управлять мотором постоянного тока». Важно обращать внимание на ток удержания реле и максимальный ток и коммутируемое напряжение. Как правило, ток удержания довольно высокий, около 100 мА, а напряжение 5 или 12В. Поэтому управлять напрямую от микроконтроллера не получится. Нужен будет транзистор.


Примерная схема подключения реле с использованием MOSFET транзистора. Как видно на схеме, обязательно наличие диода. Дополнительно можно ограничить потребляемый ток самим реле, включив его последовательно через резистор. Обычно ток удержания сильно меньше стартового тока при включении реле. Также можно добавить конденсатор, чтобы он давал стартовый ток. Примерно так можно будет выглядеть полная схема:


Основным минусом схемы с реле является наличие механической части в реле. Именно эта часть ограничивает частоту переключений реле и позволяет использовать реле с частотой 0.5 Гц или меньше. Таким образом управлять реле нагрузкой можно только в режиме включил-выключил, без возможности регулирования мощности подаваемой на нагрузку.

Управляем нагрузкой 220В с регулировкой мощности

Хотелось бы иметь возможность регулировать мощность, подаваемую на управляемый прибор в диапазоне от 0 до 100%. Вот эту задачу и будем решать.

Как известно бытовая электросеть имеет переменное напряжение 220В с частотой 50 Гц. На осциллограмме это выглядит так:


Напряжение меняется по синусоиде, меняя полярность каждые 10 мс. Ограничить полную мощность синусоиды можно двумя методами:

В фазовом методе нагрузка отключается от сети на часть времени каждого полупериода, отключение производится обычно после перехода через 0. Напряжение подаваемое на нагрузку в этом случае выглядит так:


Во втором методе, полных периодов или полупериодов, нагрузка отключается на целое количество периодов:


Например это может выглядеть так, в случае с полупериодами. При таком управлении важно следить за тем, чтобы средний ток был равен нулю.

Рассмотрим подробнее как управлять нагрузкой методом полных периодов. Он обеспечивает меньшие помехи на сеть 220В, так как ток и напряжение в нагрузке нарастают синхронно и дают меньшие выбросы в сеть.

Симистор — мощный ключ для сети 220 В

Самый простой способ управления нагрузкой 220В — использовать реле. Оно позволяет с помощью постоянного напряжения управлять мощной нагрузкой. В этой статье не будет рассматривать этот метод, он достаточно простой. Достаточно подать напряжение на магнит реле и он замкнёт контакты. К сожалению, реле не позволяет управлять нагрузкой достаточно быстро. При большом количестве включений\выключений оно быстро выходит из строя. Также, в момент переключения возникают большие импульсные помехи. Использовать реле лучше при частоте управления не больше одного раза в 2-3 секунды.

Как мы уже знаем по статье «Как управлять мотором постоянного тока» в цепях постоянного тока транзистор является электронным ключом, устройством, которое позволяет малым напряжением или током управлять более мощной нагрузкой.

Для переменного тока тоже существуют такие электронные ключи — Симисторы.

Симистор проводит ток в обоих направлениях, поэтому используется в сетях переменного тока. Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой.

Для удержания симистора в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличие от транзистора). Он остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки в цепи переменного тока происходит вблизи моментов времени, когда ток через основные электроды симистора меняет направление (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети переменного тока). Эта точка на синусоиде называется переходом через ноль.

Симистором можно управлять напрямую от микроконтроллера, но для этого нужен довольно большой ток — 10-20 мА. Существуют также логические симисторы. У них ток управления составляет около 5 мА. В схемах лучше использовать обычные симисторы, они более защищены от самопроизвольного открытия. Что это такое и как можно управлять обычными симисторами? Читаем дальше.

Для начала посмотрим насколько мощной нагрузкой может управлять типичный симистор. Возьмём для примера симистор BT139-800. В datasheet обычно приводят графики выделяемой мощности на симисторе при управлении нагрузкой. Вот пример такого графика.


Зная выделяемую мощность, используем параметры рассеивания тепла корпусом, чтобы получить температуру нагрева симистора и оценить его работоспособность.


Из всех этих параметров следует, что без радиатора данный симистор может рассеять около 2Вт тепла. При управлении полными полупериодами нужно брать график тока для a=180 градусам. График в этой области практически линейный, поэтому можно сказать, что средний ток будет около 2А.

То есть без радиатора этот симистор сможет управлять нагрузкой в 2А * 220В = 440 Вт. В остальных случаях нужен будет радиатор.

Теперь разберёмся как микроконтроллер может управлять мощным симистором?

Оптосимистор — удобный метод управления мощным симистором микроконтроллером

Так как симистор проводит ток в обоих направлениях, то по отношению к его основным терминалам, управляющий ток может находится в четырёх квадратах.


Можно это также представить в виде таблицы:


В datasheet приводят, в каких квадрантах управляется конкретный симистор и какой для этого нужен ток. Например, выбранный симистор управляется во всех 4-х квадрантах. Но при этом различается управляющий ток и защитные свойства от ложных срабатываний.


Видно, что 4-ый квадрант самый невыгодный. Управляющий ток резко возрастает. Также и защитные свойства при таком управлении падают.


Отсюда следует вывод, что при управлении микроконтроллером лучше управлять в 1-3 квадранте.

Если управление прямое, то МК необходимо уметь менять полярность вывода, что сложно, или иметь общее с терминалом A1 плюсовое питание (управление будет во втором и третьем квадранте). Второй вариант не сложно реализовать при конденсаторном источнике питания. В этом appnote AN2986 подробно рассматривается этот случай.


Второй вариант — управлять через оптосимистор. Таких устройств довольно много и они стоят недорого. Например — MOC3041. Есть оптосимисторы со встроенной схемой контроля перехода через ноль, они могут выключаться только около нуля. Такой нам и нужен для схемы управления полными периодами. А есть без этой схемы. С их помощью можно управлять фазовым методом.

Схема управления с использование оптосимистора получается такая:


само устройство внутри выглядит так:


Управление в этом случае получается одной полярности с терминалом A2, то есть в первом и третьем квадранте.

Дополнительно оптосимистор изолирует схему работы микроконтроллера от сети, что уменьшает помехи, и повышает надёжность прибора. Если нет требований к компактности прибора, то рекомендуем использовать оптосимисторы для управления другими более мощными симисторами.

Цепь защиты симистора от помех в сети

В случае слишком быстрого изменения напряжения на основных выводах симистора или тока он может самопроизвольно открыться и начать проводить ток. Это очень неприятно. В основном это может произойти при управлении индуктивной нагрузкой (индуктивность сопротивляется изменению тока). Но также это может происходить и при работе прибора с индуктивностью рядом в сети (например, когда через одну розетку работает мотор и управляемый микроконтроллером паяльный фен). В этом случае независимо от микроконтроллера управляемая нагрузка не будет отключаться от сети и ток будет продолжать идти. Например, при управлении паяльным феном эта ситуация может привести даже к пожару.

Простой защитой от этого случая является снабберная цепь (резистор плюс конденсатор):


Но она не гарантирует работу во всех случаях. Параметры рассчитываются под конкретную индуктивность. Appnote AN-3004 подробно рассматривает расчет снаббера.

Второй вариант — использование симисторов работающих в 1-3 квадранте. Например, T405. Производитель указывает, что они могут использоваться для управления даже индуктивной нагрузкой без снаббера.

Фазовый метод

Для решения задачи фазового управления нагрузкой микроконтроллеру необходимо знать когда был совершён переход через ноль. Тогда можно будет рассчитать время задержки включения нагрузки.

Самый простой метод получения события перехода через ноль в сети переменного тока подробно описан в appnote AN521 от компании Microchip. Практически каждый микроконтроллер имеет высоковольтные защитные диоды на каждом цифровом входе. Это можно использовать, чтобы получить информацию о переходе через ноль. Достаточно на входе поставить высокоомный резистор, ограничивающий ток на выводе МК, до значений указанных в datasheet на МК. В этом случае вывод в обычном цифровом режиме будет принимать значение 0 в момент перехода через ноль. Временная задержка от реального состояния до реального будет минимальна и составляет около 50 мкс.


Минусом такой схемы является отсутствие гальванической развязки схемы управления от сети 220В. Если это необходимо, то можно использовать оптопару.

Ну а далее, уже можно управлять мощным симистором как было описано ранее, только если делать это через оптосимистр, то без схемы перехода через ноль.

В этой статье разобраны основные методы управления мощной нагрузкой сети переменного тока 220В с помощью симисторов. После прочтения теоретической части перейдём к практике. Паяльная станция — прибор, в котором микроконтроллер управляет мощным паяльным феном работающим от сети 220В.

Симисторный регулятор мощности с микроконтроллерным управлением / Хабр
Однажды для одного небольшого домашнего проекта мне потребовался регулятор мощности, пригодный для регулировки скорости вращения электромотора переменного тока. В качестве основы использовалась вот такая плата на базе микроконтроллера STM32F103RBT6. Плата была выбрана как имеющая честный RS232 интерфейс и имеющая при этом минимум дополнительных компонентов. На плате отсутствует слот под литиевую батарейку для питания часов, но приживить его — дело пятнадцати минут.

Итак, начнём с теории. Все знакомы с так называемой широтно-импульсной модуляцией, позволяющей управлять током в (или, что реже, напряжением на) нагрузке с максимальным КПД. Лишняя мощность в таком случае просто не будет потребляться, вместо того, чтобы рассеиваться в виде тепла, как при линейном регулировании, представляющем собой не более чем усложнённый вариант реостата. Однако, по ряду причин такое управление, будучи выполненным «в лоб», не всегда подходит для переменного тока. Одна из них — бо́льшая схемотехническая сложность, поскольку требуется диодный мост для питания силовой части на MOSFET или IGBT транзисторах. Этих недостатков лишено симисторное управление, представляющее собой модификацию ШИМ.

Симистор (TRIAC в англоязычной литературе) — это полупроводниковый прибор, модификация тиристора, предназначенный для работы в качестве ключа, то есть он может быть либо открыт, либо закрыт и не имеет линейного режима работы. Основное отличие от тиристора — двусторонняя проводимость в открытом состоянии и (с некоторыми оговорками) независимость от полярности тока (тиристоры и симисторы управляются током, как и биполярные транзисторы) через управляющий электрод. Это позволяет легко использовать симистор в цепях переменного тока. Вторая особенность, общая с тиристорами, — это свойство сохранять проводимость при исчезновении управляющего тока. Закрывается симистор при отключении тока между основными электродами, то есть, когда переменный ток переходит через ноль. Побочным эффектом этого является уменьшение помех при отключении. Таким образом, для открывания симистора нам достаточно подать на управляющий электрод открывающий импульс небольшой, порядка десятков микросекунд, длительности, а закроется он сам в конце полупериода переменного тока.

Симисторное управление учитывает вышеперечисленные свойства этого прибора и заключается в отпирании симистора на каждом полупериоде переменного тока с постоянной задержкой относительно точки перехода через ноль. Таким образом, от каждого полупериода отрезается «ломтик». Заштрихованная на рисунке часть — результат этой процедуры. Таким образом, на выходе вместо синусоиды мы будем иметь что-то, в известной степени напоминающее пилу:

Теперь наша задача — вовремя отпирать симистор. Эту задачу мы возложим на микроконтроллер. Приведённая ниже схема является результатом анализа имеющихся решений а также документации к оптронам. В частности, силовая часть взята из документации на симисторный оптрон производства Texas Instruments. Схема не лишена недостатков, один из которых — мощный проволочный резистор-печка, через который включён оптрон, детектирующий переход через ноль.

Как это работает? Рассмотрим рисунок.

На положительном полупериоде, когда ток через оптрон превышает некоторое пороговое значение, оптрон открывается и напряжение на входе микроконтроллера опускается практически до нуля (кривая «ZC» на рисунке). Когда же ток снова опускается ниже этого значения, на микроконтроллер снова поступает единица. Происходит это в моменты времени, отстоящие на dz от нуля тока. Это dz ощутимо, в моём случае составляет около 0.8 мс, и его необходимо учитывать. Это несложно: мы знаем период T и длительность импульса высокого уровня h, откуда dz = (h — T / 2) / 2. Таким образом, нам необходимо открывать симистор через dz + dP от переднего фронта сигнала с оптрона.

О фазовом сдвиге dP стоит поговорить отдельно. В случае c ШИМ постоянного тока среднее значение тока на выходе будет линейно зависеть от скважности управляющего сигнала. Но это лишь потому, что интеграл от константы даёт линейную зависимость. В нашем случае необходимо отталкиваться от значения интеграла синуса. Решение простого уравнения даёт нам искомую зависимость: для линейного изменения среднего значения тока необходимо менять фазовый сдвиг по закону арккосинуса, для чего достаточно ввести в управляющую программу LUT таблицу.

Всё, о чём я расскажу в дальнейшем, имеет прямое отношение к архитектуре микроконтроллеров серии STM32, в частности, к архитектуре их таймеров. Микроконтроллеры этой серии имеют разное число таймеров, в STM32F103RBT6 их семь, из которых четыре пригодны для захвата и генерации ШИМ. Таймеры можно каскадировать: для каждого таймера одно из внутренних событий (переполнение, сброс, изменение уровня на одном из входных или выходных каналов и т.д.; за подробностями отсылаю вас к документации) можно объявить выходным и направить его на другой таймер, назначив на него определённое действие: старт, стоп, сброс и т.д. Нам потребуются три таймера: один из них, работая в т.н. PWM input режиме, замеряет период входного сигнала и длительность импульса высокого уровня. По окончании измерения, после каждого периода генерируется прерывание. Одновременно с этим запускается связанный с этим событием таймер фазового сдвига, работающий в ждущем режиме. По событию переполнения этого таймера происходит принудительный сброс таймера, генерирующего выходной управляющий сигнал на симистор, таким образом, через каждый полный период переменного тока подстраивается фаза управляющего сигнала. Только первый таймер генерирует прерывание, и задача обработчика сводится к подстройке фазового сдвига (регистр ARR ждущего таймера) и периода ШИМ таймера (также регистр ARR) так, чтобы он всегда был равен половине периода переменного тока. Таким образом, всё управление происходит на аппаратном уровне и влияние программных задержек полностью исключается. Да, это можно было сделать и программно, но грех было не воспользоваться такой возможностью, как каскадируемые таймеры.

Выкладывать на обозрение код всего проекта я не вижу смысла, к тому же, он далёк от завершения. Приведу лишь фрагмент, содержащий описанный выше алгоритм. Он абсолютно независим от прочих частей и легко может быть портирован в другой проект на совместимом микроконтроллере.

И напоследок, видеоролик, показывающий устройство в действии:

Оптосимистор и его применение. | Catcatcat electronics


Эрве Кадино “Цветомузыкальные установки”

Ответ на вопрос – управление мощным тиристором или симистором, от терморегулятора.

Статья в pdf

Оптосимистор принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку (порядка 7500 В) между управляющей цепью и нагрузкой. Эти радиоэлементы состоят из Арсенид-гелиевого инфракрасного светодиода, соединенного посредством оптического канала м двунаправленным кремневым переключателем. Последний может дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения и размещенной на том же кремниевом кристалле.

Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными симисторами, например при реализации реле высокого напряжения или большей мощности. Подобные оптопары были задуманы для осуществления связи между логическими элементами с малым уровнем напряжения (например, вентиль TTL) и нагрузкой, питаеой сетевым напряжением (110 или 220 вольт).
Оптосимистор может размещаться в малогабаритном DIP-корпусе с шестью  выводами, его цоколевка и внутренняя структура показана на рисунках ниже.

Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными симисторами, например при реализации реле высокого напряжения или большей мощности.


 

 

 Для решения вопроса нам подойдут любые оптроны со схемой детектора нуля. Эти оптроны позволяют избавиться от радиопомех которые присущи при работе симисторов и тиристоров.

Ниже приведена таблица, все выбранные оптроны отличаются минимальным гарантированием током управления и максимальным рабочим напряжением.

Ift Тип Тип Тип Тип
20 MOC3031 MOC3041 MOC3061 MOC3081
10 MOC3032 MOC3042 MOC3062 MOC3082
05 MOC3033 MOC3043 MOC3063 MOC3083
Vdrm 250 В 400 В 600 В 800 В

Для поставленной задачи подойдет любой.

Более тонко в вникать в характеристики  нет смысла. Рассмотрим основные параметры и схемы подключения.

или  

 

Эти схемы ничем принципиально не различаются, только где будет подключена нагрузка, но хочу обратить внимание нагрузка должна быть активного фактора. Если в нагрузке присутствует индуктивность эти необходимо использовать схемы с защитой оптосимистора и силового симистора (но здесь их рассматривать не будем).


В этой схеме есть два элемента которые надо рассчитать, но на практике такие расчеты делаются редко, “один раз рассчитал и на всю жизнь”.

Но я считаю этими приемами надо владеть.

Расчет сопротивления RD.

Расчет этого резистора зависит от минимального прямого тока инфракрасного светодиода, гарантирующего отпирание симистора.
Следовательно RD=(+VDD -1.5)/If

Например, для схемы транзисторного управления (которое используется в схемах регуляторов температуры), с напряжением питания + 12 В и напряжением на отрытом транзисторе (Uкэ нас) равном 0,3 В +VDD = 11.7 B и If должен быть находится в диапазоне 15 и 50 мА для MOC3041. Следует принять If = 20 мА с учетом снижения эффективности светодиода в течении срока службы (запас 5 мА), целиком обеспечения работу оптопары с постепенным ослаблением силы тока.

Таким образом имеем:

RD=(11.7-1.5)/0.02= 510 Ом.

Полученное значение даже вписывается в стандартный ряд сопротивлений.

Расчет сопротивления R.

Это сопротивление если работа идет на чисто активную нагрузку можно даже не ставить, но это только для лабораторных условий. Поэтому для надежной работы объясню как его рассчитать и его назначение.
Управляющий электрод оптосимистора может выдержать определенный максимальный ток. Превышение этого тока вызовет повреждение оптрона. Нам необходимо рассчитать сопротивление, чтобы при максимальном рабочем напряжении сети (например, 220 В) ток не превышал максимально допустимый.

Для выше указанных оптопар максимальной допустимый ток 1 А.

Минимальное сопротивление резистора R:

Rmin=220 В * 1,44 / 1 А = 311 Ом.

С другой стороны слишком большое сопротивление может привести к нарушению работы схемы (будет перебои с включением силового симистора).

Поэтому принимаем сопротивление из стандартного ряда R=330 или 390 Ом.

Расчет сопротивления Rg.

Резистор Rg необходим, только в случаи высокочуствительного управляющего электрода симистора. И обычно может составлять от 100 Ом до 5 кОм. Я рекомендую ставить 1 кОм.



Это может быть интересно


  • Проект с использованием MCC часть 15Проект с использованием MCC часть 15

    EUSART – Универсальный асинхронный приёмопередатчик (УАПП, англ. Universal Asynchronous Receiver-Transmitter, UART) — узел вычислительных устройств, предназначенный для организации связи с другими цифровыми устройствами. … читать на вики. Внесем изменения в нашу схему, добавим выход …

  • PIC18 – System ArbitrationPIC18 – System Arbitration

    Системный арбитр. Разрешает доступ к памяти между выборами уровнями системы (т.е. Main, Interrupt Service Routine) и выбором периферийных устройств (т.е. DMA и Scanner) на основе назначенных пользователем приоритетов. Каждый из уровней …

  • Проект с использованием MCC часть 12-1Проект с использованием MCC часть 12-1

    В настоящее время без визуализации информации уже не интересно. Поэтому научимся выводить информацию на дисплей. Для это возьмет простенький OLED RET012864E/REX012864J я такой приобретал в фирме “Гамма-Украина”, описание можно почитать здесь …

  • ch-светомузыка от теории до реализацииch-светомузыка от теории до реализации

    Сразу оговоримся технология или теория ch-светомузыки, это постоянно развивающийся процесс и то что будет сказано сегодня завтра может быть опровергнуто и считаться ошибочным. Назовем само решение проблемы автоматического преобразования или …

  • Проект с использованием MCC часть 07Проект с использованием MCC часть 07

    Модуль PWM – широтно импульсная модуляция (ШИМ). ПИК контроллеры часто на борту имеют модули ШИМ. На их основе строятся многие узлы управления электро приводами. В нашем варианте мы будем его …

  • HVLD модуль на примере PIC24FJ128GA204HVLD модуль на примере PIC24FJ128GA204

    HVLD модуль представляет собой простое устройство, для контроля напряжения питания микроконтроллера или внешнего напряжения (через делитель). Его задача при “выходе” напряжения за заданные пределы сформировать сообщение микроконтроллеру, что необходимо выполнить …

  • TM1650 драйвер LED семисегментного индикатораTM1650 драйвер LED семисегментного индикатора

    Китайский производитель Shenzhen Titan Micro Electronics Co., Ltd.  Выпускает широкую линейку драйверов управления светодиодными дисплеями, которые позволяют разгрузить микроконтроллер для основной работы, главная особенность этих драйверов не только в их …

  • ESP32-первое знакомствоESP32-первое знакомство

    Музыкальная тема к статье, слушаем: Настало время познакомиться c ESP32 и для меня, для этого я приобрел в ГАММЕ отладочную плату с модулем ESP-WROOM-32 (ESP32-DevKitC). Первая задача, как он подключается, …

  • MPLAB® Harmony – или как это просто! Часть 1.MPLAB® Harmony – или как это просто! Часть 1.

    Часть первая – Установка Гармонии. Музыкальная тема к статье, слушаем: В начале запуска нового проекта и выбора микроконтроллера стоит задача правильно его сконфигурировать, прежде чем перейти к реализации самой задачи. …

  • Проект с использованием MCC часть 14Проект с использованием MCC часть 14

    С выводом данных на дисплей мы справились (но могу сразу сказать библиотеку графики к этой статьи пришлось доработать, поэтому в этом проекте она обновлена). У нас на текущем этапе имеется …



 

Управление мощной нагрузкой переменного тока / Хабр
Все знают, насколько ардуинщики гордятся миганием лампочками
Так как мигать светодиодами не интересно, речь пойдет про управление лампой накаливания на 220 вольт, включая управление её яркостью. Впрочем, материал относится и к некоторым другим типам нагрузки. Эта тема достаточно избита, но информация об особенностях, которые необходимо учесть, разрозненна по статьям и темам на форумах. Я постарался собрать её воедино и описать различия между схемами и обосновать выбор нужных компонентов.
Выбор управляемой нагрузки
Существует много различных типов ламп. Не все из них поддаются регулировке яркости. И, в зависимости от типа лампы, требуются разные способы управления. Про типы ламп есть хорошая статья. Я же буду рассматриваться только лампы, работающие от переменного тока. Для таких ламп существует три основных способа управления яркостью (диммирование по переднему фронту, по заднему фронту и синус-диммирование).
Способы диммированияИллюстрация в формате SVG, может не отображжаться в старых браузерах и, особенно, в IE
Отличаются они тем, какая часть периода переменного тока пропускается через лампу. О применимости этих методов можно прочитать тут. В этой статье речь пойдет только о диммировании по преднему фронту, так как это самая простой и распространенный способ. Он подходит для управления яркостью ламп накаливания (включая галогенные), в том числе подключенных через ферромагнитный (не электронный) трансформатор. Эта же схема может применяться для управления мощностью нагревательных элементов и, в некоторой степени, электромоторов, а также для включения/выключения других электроприборов (без управления мощностью).
Выбор элементной базы
Различных вариантов схем управления нагрузкой в интернете много. Отличаются они по следующим параметрам:Первые два пункта определяются элементной базой. Очень часто для управления нагрузкой используют реле, как проверенный многолетним опытом элемент. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы, её необходимо включать и выключать 100 раз в секунду. Реле не рассчитаны на такую нагрузку и быстро выйдут из строя, даже если смогут переключаться так часто. Если в схеме используется MOSFET, то его можно открывать и закрывать в любой момент. Нам нем можно построить и RL, и RC, и синус димер. Но так как он проводит ток только в одну сторону, понадобится два транзистора на канал. Кроме того, высоковольтные MOSFET относительно дороги. Самым простым и дешевым способом является использование симистора. Он проводит ток в обоих направлениях и сам закрывается, когда через него прекращает течь ток. Про то, как он работает можно прочитать в статье DiHalt'а. Далее я буду полагаться на то, что вы это знаете.
Фазовая модуляция
Чтобы управлять яркостью лампы нам нужно подавать импульсы тока на затвор симистора в моменты, когда ток через симистор достигает определенной величины. В схемах без микроконтроллера для этого применяется настраиваемый делитель напряжения и динистор. Когда напряжение на симисторе превышает порог, при котором открывается динистор, ток проходит на затвор симистора и открывает его.
Если же управление ведется с микроконтроллера, то возможны два варианта:
  1. Подавать импульсы равно в тот момент времени, когда нужно. Для этого придётся завести на микроконтроллер сигнал с детектора перехода напряжения через ноль
  2. К затвору симистора подключить компаратор, на который завести сигнал с делителя напряжения и с аналогового выхода микроконтроллера
Первый способ хорош тем, что позволяет легко организовать гальваническую развязку высоковольтной части и микроконтроллера. О её важности будет сказано позже. Но любители arduino будут огорчены: чтобы лапа горела ровно, не вспыхивая и не погасая, импульсы нужно подавать вовремя. Для этого управлять выводом нужно из прерывания таймера, а моменты перехода напряжения через ноль фиксировать с помощью «input capture». Это «недокументированные» функции. Проблема решается отказом от библиотек arduino и внимательным чтением datasheet'а на процессоры avr. Это не так сложно, как кажется.
Второй способ управления симистором крайне прост в программном плане, но из-за отсутствия гальванической развязки я бы не стал его применять.
Гальваническая развязка
Самый простой способ управлять симистором — это подключить к затвору ножку микроконтроллера. Есть даже специальная серия симисторов BTA-600SW управляемых малыми токами.Но тогда контроллер и вся низковольтная часть не будет защищена от помех, гуляющих по бытовой сети. Некоторое из них могут быть достаточно мощными, чтобы сжечь микроконтроллер, другие будут вызывать сбои. Кроме того, сразу возникают проблемы со связью микроконтроллера с компьютером или другими микроконтроллерами: нужно будет делать развязку в линии связи или использовать дифференциальные линии, ведь, чтобы управлять симистором прямо с ноги микроконтроллера, нулевой потенциал для него должен совпадать с потенциалом нуля в бытовой сети. У компьютера или другого такого же микроконтроллера, подключенного в другой точке сети, нулевой потенциал почти наверняка будет другим. Результат будет плачевным.
Простой способ обеспечить гальваническую развязку: использовать драйвер симистора MOC30XX. Эти микросхемы отличаются:
  1. Расчетным напряжением. Если для сетей 110 вольт, есть для 220
  2. Наличием детектора нуля
  3. Током, открывающим драйвер
Драйвер с детектором нуля (MOC306X) переключается только в начале периода. Это обеспечивает отсутствие помех в электросети от симистора. Поэтому, если нет необходимости управлять выделяемой мощностью или управляемый прибор обладает большой инерционностью (например это нагревательный элемент в электроплитке), драйвер с детектором нуля будет оптимальным выбором. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы освещения, необходимо использовать драйвер без детектора нуля (MOC305X) и самостоятельно открывать его в нужные моменты.
Ток, необходимый для открытия важен, если вы хотите управлять несколькими нагрузками одновременно. У MOC3051 он 15 мА, у MOC3052 10мА. При этом микроконтроллеры stm могут пропускать через себя до 80-120 мА, а avr до 200 мА. Точные цифры нужно смотреть в соответствующих datasheet'ах.
Устойчивость к помехам/возможность коммутации индуктивной нагрузки
В электросети могут быть помехи, вызывающие самопроизвольное открытие симистора или его повреждение. Источником помех может служить:
  1. Нагрузка, управляемая симистором (обмотка мотора)
  2. Фильтр (snubber), расположенный рядом с симистором и призванный его защищать
  3. Внешняя помеха (грозовой разряд)
Помеха может быть как по напряжению, так и по току, причем более критичны скорости изменения соответствующих значений, чем их амплитуды. В datasheet'ах соответствующие значения указаны как:
V — максимальное напряжение, при котором может работать симистор. Максимальное пиковое напряжение не намного больше.
I — Максимальный ток, который может пропускать через себя симистор. Максимальный пиковый ток как правило значительно больше.
dV/dt — Максимальная скорость изменения напряжения на закрытом симисторе. При превышении этого значения он самопроизвольно откроется.
dI/dt — Максимальная скорость изменения тока при открытии симистора. При превышении этого значения он сгорит из-за того, что не успеет полностью открыться.
(dV/dt)c — Максимальная скорость изменения напряжения в момент закрытия симистора. Значительно меньше dV/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.
(dI/dt)c — Максимальная скорость изменения тока в момент закрытия симистора. Значительно меньше dI/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.
Подробно о природе этих ограничений и о том, как сделать фильтр, защищающий от превышения этих величин описано в Application Note AN-3008. К немо можно только добавить, что существуют 3Q симисторы, у которых значения dV/dt и dI/dt выше, чем у обычных за счет невозможности работать в 4ом квадранте (что обычно не требуется).
Выбор симистора

Максимальный ток коммутации
Максимальный ток коммутации ограничивается двумя параметрами: максимальным током, который может пропустить симистор и количеством тепла, которое вы можете от него отвести. С первым параметром все просто, он указан в datasheet'е. Но если посмотреть внимательно, то при токе в 16 ампер на BTA16-600BW выделяется около 20 ватт. Такую грелку уже не получится засунуть в коробку выключателя без вентиляции.
Минимальный ток коммутации
Симистор сохраняет проводимость до тех пор, пока через него идёт ток. Минимально необходимый ток указан в datasheet'е под именем latching current. Соответственно, слишком мощный симистор не сможет включать маломощную лампочку так как будет выключаться, как только с затвора пропадёт управляющий сигнал. Но так, как этот сигнал мы самостоятельно формируем микроконтроллером, то можно удерживать управляющий сигнал почти до самого конца полупериода, тем самым убрав ограничение на минимальную нагрузку. Однако, если не успеть снять сигнал, симистор не закроется и лампа не погаснет. При плохо подобранных константах лампы, работающие на не полной яркости периодически вспыхивают.
Изоляция
Симисторы в корпусе TO-220 могут быть изолированными или не изолированными. Я сначала сделал ошибку и купил BT137, в результате радиаторы охлаждения оказались под напряжением, что в моем случае нежелательно. Симисторы с маркировкой BTA изолированы, с маркировкой BTB нет.
Защита от перегрузки
Не стоит полагаться на автоматические выключатели. Посмотрите на спецификацию, при перегрузке в 1.4 раза автомат обязан выключиться не ранее, чем через час. А быстрое размыкание происходит только при перегрузке в 5 раз (для автоматов типа C). Это сделано для того, чтобы автомат не отключался при включении приборов, требующих при старте значительно больше энергии, чем при постоянной работе. Примером такого прибора является холодильник.
Симистор нужно защитить отдельным предохранителем, либо контролировать ток через него и отключать его при перегрузке, давая остыть.
Защита от короткого замыкания
При перегорании лампы накаливания может образовываться искровой разряд, имеющий очень низкое сопротивление. В результате цепь фактически замыкается накоротко, что приводит к выгоранию симистора.
Симистор может выгорать из-за двух причин:
  1. Превышение dI/dt. Симистор не успевает открыться полностью, ток идет не через весь кристалл, образуются локальные горячие области, выжигающие кристалл.
  2. Превышение интеграла Джоуля I^2t. Задает количество теплоты, накопление которой в кристалле приведет к разрушению кристалла.
dI/dt ограничивается индуктивностью проводки и внутренней ёмкостью симистора. Так как dI/dt достаточно велика (50 А/с для BTA16), может хватить индуктивности подводящей проводки, если она достаточно длинная. Можно подстраховаться и добавить небольшую индуктивность в виде нескольких витков провода вокруг сердечника.
С превышением интеграла Джоуля можно бороться либо уменьшая время прохождения тока через симистор, либо ограничивая ток. Так как симистор не закроется, пока ток не перейдет через ноль, не вводя дополнительных размыкателей нельзя сделать время прохождения тока менее одного полупериода. В качестве такого размыкателя можно использовать:
  1. Быстродействующий плавкий предохранитель. Обычный предохранитель не подойдет так как симистор сгорит до того, как он сработает. Но стоят такие предохранители дороже новых симисторов.
  2. Геркон/реле. Если удастся найти такое, чтобы выдерживало кратковременные большие токи.
Можно пойти по другому пути. BTA16-600 может выдержать ток в 160 амер в течении одного периода. Если сопротивление замыкаемой цепи будет порядка 1.5 Ом, то полупериод он выдержит. Сопротивление проводки даст 0.5 Ом. Остается добавить в цепь сопротивление в 1 Ом. Схема станет менее эффективной и появится еще одна грелка, выделяющая при штатной работе до 16 Вт тепла (0.45 Вт при работе 100 ваттной лампы), зато симистор не сгорит, если успеть его вовремя выключить и позаботиться о хорошем охлаждении, чтобы оставался запас на нагрев во время КЗ.
Из этого сопротивления можно извлечь дополнительную выгоду: измеряя падение напряжения на нем, можно узнавать ток, протекающий через симистор. Полученное значение можно использовать для того, чтобы определять короткое замыкание или перегрузку и отключать симистор.
Заключение
Я не претендую на абсолютную верность всего написанного. Статья писалась для того, чтобы упорядочить знания, прочитанные на просторах интернета и проверить, не забыл ли я чего. В частности раздел, касающийся защиты от перегрузок я еще не опробовал на практике. Если я где-то не прав, мне было бы интересно узнать об ошибках.
В статье нет ни одной схемы: знакомые с темой и так знают их наизусть, а новичку придётся заглянуть в datasheet к MOC3052 или в AN-3008 и, возможно, он заодно узнает что-то еще и не будет бездумно реализовывать готовую схему.
MOC3041 Optocoupler Datasheet, распиновка, характеристики и эквиваленты

MOC3021 - это оптрон с нулевым переходом и TRIAC-приводом. Это означает, что внутри него имеется инфракрасный светодиод (LED) в сочетании с TRIAC. Когда светодиод срабатывает, TRIAC также включается.

MOC3021 Конфигурация контактов

Контактный номер

ПИН-код

Описание

1

Анод (А)

Анодный вывод ИК-светодиода.Подключен к логическому входу

2

катод (C)

Катодный штырь ИК-светодиода

3

NC

Нет соединения - не может использоваться

4

Главный Терминал Триака 1

Один конец триака, который присутствует внутри IC

5

NC

Нет соединения - не может использоваться

6

Главный Терминал Триака 2

Другой конец триака, который присутствует внутри IC

MOC3041 Особенности и характеристики

  • Оптоизолятор с нулевым переходом Triac Driver
  • Входное светодиодное диодное прямое напряжение: 1.3В
  • Светодиодный прямой ток запуска: 15мА
  • Напряжение на выходной клемме TRIAC: 400 В (макс.)
  • TRIAC пиковый выходной ток: 1A
  • Доступен как 6-контактный PDIP с M-суффиксом и без него

Примечание: Более подробную информацию можно найти в техническом описании MOC3041, которое доступно для загрузки в конце этой страницы.

Эквивалент для MOC3041: MOC3021 (совместим между контактами)

Альтернативы Оптопары: MCT2E (ненулевой транзистор), FOD3180 (высокоскоростной MOSFET), 6N137 (высокоскоростной NAND), 4N25

MOC3041 Введение

Оптоизолятор, такой как MOC3041, обычно используется для управления другим внешним переключающим устройством, таким как TRIAC, MOSFET или SCR, которое, в свою очередь, будет управлять нагрузкой переменного или постоянного тока.TRIAC, присутствующий внутри MOC3041, может обеспечивать пиковый ток до 1 А, который достаточно высок для запуска внешнего переключателя. Сам по себе TRIAC не должен использоваться для переключения нагрузки без внешнего переключателя.

Поскольку MOC3041 имеет встроенный детектор пересечения нуля, он в основном используется для переключения нагрузок переменного тока. Нулевой перекрестный детектор будет контролировать 0В в выходной синусоиде и включать внутренний TRIAC только в течение 0В. Таким образом, нагрузка не будет подвергаться пиковому напряжению при переключении.

MOC3041 для коммутации нагрузки переменного тока

MOC3041 обычно используется для управления скоростью двигателя переменного тока, диммерами или в других приложениях домашней автоматизации, где задействована нагрузка переменного тока. Типичная схема применения для управления нагрузкой переменного тока с помощью микроконтроллера показана ниже

Image1

Внутренний ИК-светодиод подключен между контактом 1 и контактом 2. Источник напряжения Vcc должен обеспечивать 15 мА через резистор Rin на вывод анода светодиода.Вентиль NAND соединяет катодный вывод светодиода с землей на основе сигнала ШИМ от микроконтроллера. Таким образом, один входной контакт вентиля NAND будет подключен к земле, а другой подключен к сигналу ШИМ.

На основании сигнала ШИМ, светодиод будет включен с определенным интервалом, для которого также будет включен внутренний TRIAC. Когда внутренний TRIAC включен, он переключает внешний TRIAC, который в свою очередь контролирует нагрузку переменного тока. Резистор 39 Ом и конденсаторы 0,01 мкФ образуют опциональную цепь Snubber.Таким образом, в зависимости от рабочего цикла ШИМ, выходное напряжение также будет меняться, что позволяет нам контролировать скорость интенсивности нагрузки.

Приложения

  • AC Диммеры
  • Контактор / Реле
  • регулятор скорости двигателя переменного тока
  • Цепи шумоподавления
  • Управление нагрузками переменного тока с использованием MCU / MPU
  • AC / DC Power control
  • Электромагнитный клапан / Управление клапаном

2D-модель

MOC3041 2-D Model

,

Схема диммера TRIAC с дистанционным управлением

В этом проекте мы собираемся создать диммер TRIAC для устройств переменного тока. Здесь мы не собираемся использовать микроконтроллер. Мы использовали основные компоненты для выполнения этой задачи. В этом проекте мы будем использовать Triac для управления яркостью лампы переменного тока с помощью пульта дистанционного управления. Вы также можете управлять скоростью вентилятора с помощью пульта ДУ телевизора, используя схему симисторного регулятора диммера .

Для управления током в одном направлении у нас есть диода, тиристор , который может быть запущен или смещен в одном направлении за один раз.Или мы можем сказать, что они могут проводиться только в течение полуциклов, либо положительного, либо отрицательного. Но при работе с переменным током нам нужны более эффективные коммутационные устройства, и здесь TRIAC входит в картину.

Если мы снова подключим два тиристора к выпечке, то это станет эквивалентной схемой TRIAC. Таким образом, TRIAC также основан на той же концепции, которая может проводить во время положительного, а также отрицательного полупериода синусоидальной волны переменного тока. TRIAC - это краткая форма триодного коммутатора переменного тока .

Необходимые компоненты:

  1. TSOP1738 -1
  2. 555 таймер IC -2
  3. CD4017 -1
  4. MCT2E оптопара -1
  5. MOC3021 TRIAC Driver -1
  6. LM7805 -1
  7. BC547 Транзистор -1
  8. 12-0-12 Трансформатор -1
  9. 1n4007 Диод -10
  10. Конденсатор 1000 мкФ, 1 мкФ, 4,7 мкФ, 0,01 мкФ, 0,1 мкФ (4)
  11. Резистор 10К (2), 1К (3), 220К, 22К, 15К, 3,3К, 220Ом, 680, 330 (3)
  12. Резистор 30к (10к + 10к + 10к)
  13. LED -2

IR-remote controlled MOC3021 Triac ac dimmer circuit

Схема и рабочее объяснение

:

IR Remote Controlled TRIAC AC Light Dimmer Circuit diagram

Эта принципиальная схема Triac Dimmer немного сложна для начинающих, но в целом она проста.В этом у нас есть TSOP1738 ИК-приемник U1, который отвечает за прием ИК-сигналов (инфракрасного) от пульта ДУ телевизора. Узнайте больше об обнаружении ИК сигнала с помощью TSOP1738 здесь.

Как только он получает сигнал от пульта ДУ телевизора, он активирует таймер 555 U2 , настроенный в режиме моностабильного мультивибратора. Этот мультивибратор используется для генерации одного импульса каждый раз, когда мы нажимаем любую кнопку на пульте дистанционного управления. Как правило, когда мы нажимаем любую кнопку на ИК-пульте дистанционного управления, он посылает последовательность импульсов, и здесь нам не нужна эта последовательность импульсов, нам нужен только один импульс для запуска моностабильного мультивибратора и счетчика десятилетий IC 4017 (U3).U3 - это счетчик десятилетий IC 4017 , который здесь используется для изменения периода времени следующего таймера IC 555 в моностабильном мультивибраторе (U4) путем изменения его значения временного резистора. Смотрите схему для понимания. Здесь 555 IC U4 используется для генерации метрического триггерного импульса. Проверьте больше схем IC 4017, чтобы узнать больше об этом.

Счетчик декад 4017 устанавливает Временное сопротивление (R) для 555 IC U4 в моностабильном мультивибраторе, переключая его выход на следующий выходной вывод.Здесь мы подключили 4 разных резистора к различным выходным контактам 4017. С помощью конденсатора и выбранного сопротивления (R5, R6, R7, R8) мультивибратор U4 генерирует выходной импульс на своем выводе в течение фиксированного периода времени, всякий раз, когда Спусковой штифт становится низким. Пусковой контакт мультивибратора U4 будет ожидать поступления импульса пересечения нуля от оптопары M2CTE (U5), которая приводится в действие полным мостовым выпрямителем для обнаружения пересечения нуля. Выход моностабильного мультивибратора U4 поступает на оптрон с драйвером триака MOC3021 (U7), который отвечает за управление TRIAC путем подачи импульса на вывод затвора TRIAC.

MOC3021 Triac Driver Circuit

Bridge rectifier for Triac ac light dimmer circuit

Трансформатор переменного тока 12-0-12 используется для подачи питания на схему и для получения синусоидального сигнала для обнаружения пересечения нуля. Регулятор напряжения 7805 также используется для подачи напряжения 5 В в цепь. Светодиод D1 используется для индикации принятого пульса, а светодиод D8 - для индикации питания.

IR-remote controlled Triac-ac bulb dimmer circuit

Расчеты для ИК с дистанционным управлением цепи симистора:

Моностабильный мультивибратор Расчет длительности выходного импульса:

Период времени = 11.* R * C

Где R - сопротивление, а C - емкость 

Давайте возьмем пример здесь, в нашей схеме, мы использовали два моностабильных мультивибратора. В первом 555 мультивибраторе у нас есть R2 и C2:

R2 = 220K
C2 = 1 мкФ
Период времени на выходе импульса = (1,1 * 220 * 1000 * 1) / 1000000
Период времени на выходе импульса = 0,242 с или 242 миллисекунды 

Теперь для секунды 555 Моностабильный мультивибратор, ниже приведены расчеты с четырьмя различными сопротивлениями, которые активируются нажатием кнопки дистанционного управления для управления яркостью лампы переменного тока:

R5 = 30K
С3 + С4 = 0.1 + 0,1 мкФ = 0,2 мкФ
Время импульса выходного импульса, когда триггерный импульс запускает мультивибратор, будет:
Период времени на выходе импульса = (1,1 * 30 * 1000 * 0,2) / 1000000 = 0,0066 с или ~ 7 мс (1/3 мощности) 

Тогда у нас есть

R6 = 22K
C3 + C4 = 0,1 + 0,1 мкФ = 0,2 мкФ
Период времени на выходе импульса = (1,1 * 22 * ​​1000 * 0,2) / 1000000 = 0,00484 с или ~ 5 мс (1/2 мощности) 

Тогда у нас есть

R7 = 15K
C3 + C4 = 0,1 + 0,1 мкФ = 0,2 мкФ
Период выходного импульса = (1.1 * 15 * 1000 * 0,2) / 1000000 = 0,0033 с или ~ 3 мс (мощность 2/3) 

Теперь у нас есть

R7 = 1K
C3 + C4 = 0,1 + 0,1 мкФ = 0,2 мкФ
Период времени на выходе импульса = (1,1 * 1 * 1000 * 0,2) / 1000000 = 0,00022 с или <1 мс (полная мощность) 

Наконец, пользователю необходимо сгенерировать импульс 0-10 мс для Triac Driver, чтобы контролировать яркость лампы переменного тока. А для генерации импульса различной длительности пользователь может изменять значения R5, R6, R7, R8, нажимая кнопки пульта ДУ.А также пользователь может изменить первое сопротивление мультивибратора (R2), чтобы изменить длительность импульса дистанционного управления.

Также проверьте демонстрационное видео , приведенное ниже.

,Распиновка оптоизолятора

MOC3021, спецификации, эквивалент и таблица данных

MOC3021 Конфигурация контактов

ПИН-код

ПИН-код

Описание

1

Анод (A)

Анодный вывод ИК-светодиода.Подключен к логическому входу

2

катод (C)

Катодный вывод ИК-светодиода

3

NC

Нет соединения - не может использоваться

4

Главный Терминал Триак 1

Один конец триака, который присутствует внутри IC

5

NC

Нет соединения - не может использоваться

6

Главный Терминал Триак 2

Другой конец триака, который присутствует внутри IC

MOC3021 Особенности и характеристики

  • Оптоизолятор с нулевым переходом Triac Driver
  • Входное светодиодное диодное прямое напряжение: 1.15 В
  • Светодиодный прямой ток защелки: 15мА
  • Напряжение на выходной клемме TRIAC: 400 В (макс.)
  • TRIAC пиковый выходной ток: 1A
  • Доступен как 6-контактный PDIP с и без M-суффикса

Примечание. Более подробную информацию можно найти в техническом описании MOC3021 , которое можно загрузить в конце этой страницы.

MOC3021 Эквивалент

MOC3043

Альтернативы Оптопары

MCT2E (ненулевой транзистор), MOC3041 (TRIAC без нулевого креста), FOD3180 (высокоскоростной MOSFET),

Где использовать MOC3021 Фототранзисторный оптрон

MOC3021 представляет собой оптопару с опциональной развязкой или оптоизолятором с нулевым переходом.Как мы знаем, термин «оптопара / оптоизолятор» означает то же самое, что мы используем свет для косвенного соединения с наборами цепей. Особенность MOC3021 заключается в том, что он обладает способностью пересечения нуля и приводится в действие симистором.

Так как выходной сигнал управляется TRIAC, мы можем управлять нагрузками до 400 В, и симистор может работать в обоих направлениях, поэтому управление нагрузками переменного тока не будет проблемой. Кроме того, поскольку он имеет способность пересечения нуля, когда нагрузка переменного тока включается в первый раз, TRIAC начнет проводить ток только после того, как волна переменного тока достигнет 0 В, таким образом, мы можем избежать прямых пиковых напряжений на нагрузку и, таким образом, предотвратить ее повреждение. ,Он также имеет приличное время нарастания и спада и, следовательно, может использоваться для контроля выходного напряжения.

Эти функции MOC3021 делают его идеальным выбором для управления нагрузками переменного тока высокого напряжения через цифровые контроллеры, такие как MPU / MCU. Поскольку выходной сигнал контролируется, мы можем контролировать интенсивность света или скорость двигателя переменного тока. Поэтому, если вы ищете оптоизолятор для управления приложением переменного тока через постоянный ток, тогда эта микросхема может быть правильным выбором для вас.

Как использовать MOC3021

MOC3021 обычно используется для управления устройством переменного тока , таким как яркость лампы, скорость двигателя и т. Д.В любом случае, оптопара не сможет управлять нагрузками напрямую из-за своего ограниченного номинального тока. В нашем случае они обычно подключены к другому выключателю питания, например, к Triac, этот TRIAC сможет обеспечить достаточный ток для управления нагрузками и будет управляться с помощью оптопары. Простая принципиальная схема, в которой лампа переменного тока управляется с помощью микроконтроллера, показана ниже.

MOC3021 можно использовать для переключения нагрузки, просто включив или выключив светодиод, или мы также можем использовать сигналы ШИМ для переключения светодиода и, следовательно, TRIAC.Когда мы переключаем TRIAC с использованием сигналов ШИМ, можно контролировать выходное напряжение на нагрузке, контролируя таким образом скорость / яркость нагрузки.

При попытке переключения нагрузки переменного тока важно понимать скорость переключения оптопары. Эта скорость переключения зависит от амплитуды напряжения, которое контролируется TRIAC, и рабочей температуры окружающей среды. График ниже даст вам хорошее понимание того, сколько времени занимает.

MOC3021 Switching Speed Graph

Например, при 30 градусах Цельсия от температуры окружающей среды скорость изменения напряжения относительно времени будет 9 В в единицу времени, где единица времени - сша.Таким образом, мы можем изменить 9V за одну микросекунду.

Приложения

  • AC Диммеры
  • Strode lights
  • Регулятор скорости двигателя переменного тока
  • Цепи шумоподавления
  • Управление нагрузками переменного тока с помощью MCU / MPU
  • Управление питанием от переменного / постоянного тока

2D-модель

,Распиновка ИС
4N25, технические характеристики, эквивалент, использование и таблица

4N25 Особенности и характеристики

  • IR LED Прямое напряжение для включения: 1,25–1,5 В (обычно 1,3 В, 1,5 В - абсолютное максимальное прямое напряжение)
  • ИК-светодиод Прямой ток при ВКЛ .: 10 мА - 60 мА (обычно 10 мА, 60 мА - абсолютный максимальный прямой ток)
  • IR LED Максимальное обратное напряжение: 5 В
  • ИК-светодиод Максимальный обратный ток: 100 мкА
  • Максимальное напряжение на коллекторе и эмиттере транзистора: 70 В
  • Максимально допустимый ток через коллектор транзистора: 100 мА
  • Типичное время подъема: 2us
  • Типичное время падения: 2us
  • Для работы чипа не требуется дополнительная мощность.

4N25 Эквиваленты

4N25 OPTOCOUPLER IC имеет много замен, таких как 4N26, 4N27, 4N28, 4N33, MCT2E, PC817. Перед заменой необходимо тщательно проверить параметры и конфигурацию контактов. Замена без учета параметров напряжения, тока и частоты может привести к необратимому повреждению.

Аналогичные ИС оптопары

MOC3021 (OPTOCOUPLER на основе TRIAC, используемый для управления среднеквадратичным напряжением переменного тока), FOD3180 (высокоскоростной полевой МОП-транзистор),

Зачем использовать 4N25 OPTOCOUPLER

Для понимания использования OPTOCOUPLER рассмотрим:

Case1: , где вы хотите изолировать цепь нагрузки от цепи управления.Допустим, вы хотите контролировать скорость небольшого двигателя постоянного тока с помощью выхода MICROCONTROLLER PWM. Эта настройка невозможна, так как микроконтроллер является чувствительным устройством. Поэтому для изоляции цепи нагрузки и защиты контроллера от колебаний напряжения мы используем OPTOCOUPLER.

Case2: Предположим, вы хотите запустить схему MOSFET, которая приводит к высокой нагрузке. Напряжение запуска MOSFET обычно составляет 12 В. Эти всплески напряжения (+ 12 В), необходимые для драйвера MOSFET для управления нагрузкой высокой мощности, не могут быть получены из контроллера.Поскольку контроллер выдает + 3,3 В или + 5 В пакетов. В этих случаях идеально использовать чип N25 OPTOCOUPLER .

Case3: Предположим, что мы хотим переключить реле 12 В, которое зацикливает вентилятор переменного тока 220 В в соответствии с выходами RASPBERRY PI. В этом случае идеально использовать 4N25, поскольку 4N25 потребляет незначительное количество энергии с учетом транзистора или полевого транзистора.

Как использовать 4N25 OPTOCOUPLER

4N25 OPTOCOUPLER IC имеет два встроенных компонента.Один - ИНФРАКРАСНЫЙ ДИОД, а другой - ИНФРАКРАСНЫЙ ФОТОТРАНСИСТОР. ИК-ДИОД подключен между клеммами 1 и 2, ФОТОТРАНСИСТОР подключен к клеммам 4, 5 и 6. Внутренняя установка двух компонентов показана ниже. Инфракрасное излучение, испускаемое ИК-светодиодом, не будет видно снаружи чипа. Весь вопрос радиации будет работать в фоновом режиме.

4N25 IC Internal Structure

Для понимания OPTOCOUPLER мы рассмотрим схему, показанную ниже.

Мы получим +3.3 Импульсы напряжения от микроконтроллера направляются на ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ИК-ДИОД. Когда IR DIODE получает питание, он излучает инфракрасные лучи изнутри, когда эти лучи попадают на ФОТОТРАНСИСТОР, транзистор включается. Когда транзистор включен, ток проходит через цепь нагрузки, и напряжение будет видно на двигателе. Таким образом, двигатель вращается, когда схема микроконтроллера обеспечивает ВЫСОКУЮ логику для микросхемы 4N25.

Когда выход контроллера становится НИЗКИМ, вход ИК ДИОДА становится НИЗКИМ.При этом ИК-ДИОД прекращает излучение изнутри. Поскольку излучение отключено, ФОТОТРАНСИСТОР выключается, поскольку излучение действует как БАЗОВЫЙ ТРИГГЕР. Таким образом, его состояние НИЗКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ к состоянию ВЫСОКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ При ВЫСОКОМ СОПРОТИВЛЕНИИ на транзисторе появляется полное напряжение питания, и ток в цепи нагрузки получает НОЛЬ. Таким образом, двигатель перестает вращаться. Таким образом, двигатель перестает вращаться, когда вход микроконтроллера в 4N25 становится НИЗКИМ.

В этой схеме вы можете видеть, что двигатель получает питание от источника питания + 12 В, а не от цепи контроллера.Вторичная цепь стороны PHOTOTRANSISTOR здесь полностью изолирована от первичной цепи CONTROLLER-PHTODIODE. Резисторы здесь размещены для ограничения токов в цепи. Запишите значения сопротивления, которые меняются в зависимости от напряжения.

Время переключения 4N25

При нормальных обстоятельствах вам не нужно учитывать ЗАДЕРЖКИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ чипа 4N25. Эти задержки являются временными задержками 4N25. Это время необходимо учитывать, только когда частоты переключения превышают 1 МГц.

Когда частота переключения повышается, нам необходимо учитывать два параметра 4N25, чтобы избежать ошибок. Этими двумя параметрами являются RISETIME (tr + td) и FALLTIME (ts + tf). Для понимания этих параметров рассмотрим схему выше в качестве примера.

Здесь I F - прямой ток ИК-диода. И Vo это выход взят. Здесь Vo становится НИЗКИМ, когда ФОТОТРАНСИСТОР включен, и Vo становится ВЫСОКИМ, когда ФОТОТРАНСИСТОР ВЫКЛ.В другом смысле это напряжение на транзисторе, и оно представляет состояние ФОТОТРАНСИСТОР.

Как и на графике, считайте, что ИК-ДИОД обеспечен питанием, ИК-ДИОД испускает излучение, и ФОТОТРАНСИСТОР включается. Но, как вы можете видеть на графике, существует задержка между предоставлением LOGIC INPUT и Vo на LOW в OUTPUT. Эта задержка в предоставлении ответа называется RISETIME (tr + td). RISETIME (tr + td) 4N25 составляет 2 мкс.

Аналогичным образом, учитывая, что мощность ИК-диода отключена, ФОТОТРАНСИСТОР выключается.Но, как вы можете видеть на графике, есть задержка по времени между ЛОГИЧЕСКИМ ВХОДОМ, идущим НИЗКИМ и Vo, ВЫСОКИМ в ВЫХОДЕ. Эта задержка в предоставлении ответа называется FALLTIME (ts + tf). Время падения (ts + tf) 4N25 составляет 2 мкс.

Здесь тд и тс в нано секундах, поэтому ими обычно пренебрегают.

Следовательно, эти откликов с временной задержкой 4N25 могут быть сложены, что приводит к крупным ошибкам. Таким образом, на высоких частотах нужно учитывать временные задержки.

Приложения

  1. DC контроль скорости двигателя
  2. Системы освещения
  3. ШИМ-приложений
  4. Обнаружение сети переменного тока
  5. Геркон вождения
  6. Обратная связь источника питания
  7. Обнаружение звонка телефона
  8. Логика заземления изоляции
  9. Логическая связь с подавлением высокочастотного шума

2D-модель

4N25 IC Dimensions

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о