Схема управления симистором через оптрон: Управление нагрузкой 220 вольт БЕЗ реле!

MOC3063M – Тиристорные и Симисторные оптроны – ОПТРОНЫ (оптопары) – Электронные компоненты (каталог)

	MOC3063(M) – популярный симисторный оптрон широкого применения с коммутацией нагрузки в момент перехода сетевого напряжения через ноль. Оптрон MOC3063 применяется для управления симисторными и тиристорными ключами. Схема коммутации нагрузки в момент перехода сетевого напряжения через ноль минимизирует уровень создаваемых устройством помех.
Схема оптрона MOC3063:	Основные характеристики оптрона MOC3063: Iвх.(max) 60mA Iвх.открывающий 5mA Uвх.прям. 1,3V(тип.)* Uвх.обр.(max) 6V Uвых. закр.(max) 600V Iвых.имп.(max) 1A (T=100µS) Uизол.(max) 7500V Uвых.откр. 3V(max) 1,8V(тип.) Iвых.удержания 250µA Допустимая скорость нарастания выходного напряжения 600V/µS(не менее) 1500V/µS(типовая) Диапазон рабочих температур -40oC..+85oC
Типовая схема управления симистором через оптрон MOC3063: Внимание! номиналы резисторов зависят от тока управления применяемого симистора.
Оптрон MOC3063(M) в большинстве случаев также может заменить сходные оптроны этой серии с большим необходимым током управления: Оптрон MOC3061(M) MOC3062(M) MOC3063(M) Ток управления >15mA >10mA >5mA

Более подробные характеристики оптрона MOC3063 с временными и частотными параметрами, а также с графиками и диаграммами работы Вы можете получить скачав документацию ниже (на английском языке).

Russian HamRadio – Управление нагрузкой на переменном токе.

В настоящей статье рассматривается несколько простых вариантов управления нагрузкой, включенной в цепь переменного тока, и описываются их достоинства и недостатки.

При создании современных устройств автоматики часто возникает задача коммутации нагрузки, включенной в цепь переменного тока. Такой нагрузкой могут быть различные нагревательные и осветительные элементы, силовые пускатели, трансформаторы, двигатели и т. п.

Рис.1.

Существует много относительно простых схем узлов, позволяющих выполнить эту задачу.

 

Все варианты можно разделить на ряд групп:

• использование электромагнитных реле;

• коммутация диагонали диодного моста;

• использование твердотельных реле;

• использование оптотиристоров и оптосимисторов;

• использование оптронов;

• использование драйверов тиристоров и симисторов.

Рис.2.

Узлы с использованием электромагнитных реле являются наиболее простыми, однако они имеют множество недостатков.

Рис.3.

Наиболее серьезными из них являются значительное время срабатывания, что не позволяет использовать их в импульсных устройствах управления, дребезг контактов, их искрение и обгорание, относительно малый ресурс, малая распространенность малогабаритных реле, способных коммутировать большие токи, большое содержание драгоценных металлов и высокая стоимость мощных реле.

В настоящее время узлы с электромагнитными реле считаются морально устаревшими и используются редко, в основном в устройствах, в которых переключение происходит достаточно редко.

Узлы с коммутацией диагонали диодного моста находят достаточно широкое применение в радиолюбительской практике.

Рис.4.

Для коммутации используются мощные высоковольтные транзисторы или тиристоры.

На рис. 1 показана типовая схема с коммутацией диодного моста с помощью транзистора, описанная, например, в [1, 2], а на рис. 2— с помощью тиристора [3, 4].

К недостаткам приведенных вариантов следует, в первую очередь, отнести гальваническую связь цепей управления с сетью.

При этом необходим изолированный источник питания и повышенные меры безопасности при наладке и эксплуатации.

Узел имеет большое число элементов, в том числе — пять мощных (четыре диода и транзистор или тиристор), которые при больших токах нагрузки имеют повышенную температуру и нуждаются в теплоотводе.

В последнее время за рубежом получили широкое распространение так называемые “твердотельные реле”, представляющие собой специализированный оптрон, светодиод которого открывает двунаправленный ключ, выполненный на полевых транзисторах.

Рис.5.

Примером может служить серия приборов HSR312/412 фирмы Fairchild Semiconductors [5] (рис. 3).

Твердотельные реле, рассчитанные на малые токи (до 1 А), иногда применяются для коммутации диагонали диодного моста,

вследствие чего несколько уменьшаются габариты и стоимость изделия (рис. 4).

Сильноточные твердотельные реле могут использоваться для коммутации нагрузки непосредственно (рис. 5), но имеют очень высокую стоимость (несколько десятков долларов) и достаточно дефицитны, поэтому в отечественной практике применяются редко.

Довольно часто и в промышленной, и в радиолюбительской отечественной аппаратуре встречаются узлы с использованием оптотиристоров (например, Т0125-10) и оптосимисторов (например, ТСО142-40).

Рис.6.

Это довольно удобные в эксплуатации сильноточные приборы.

На рис. 6 показана типовая схема включения оптосимистора, а на рис. 7 — двух включенных встречно-параллельно оптотиристоров.

Описанные варианты имеют три серьезных недостатка.

Во-первых, эти полупроводниковые приборы имеют мощные светодиоды с большим током открывания (220…300 мА).

Это заставляет разработчиков использовать мощные транзисторные ключи, между коллектором и плюсом источника питания (+

5В) которых включаются последовательно соединенные гасящий одноваттный резистор 15…22 Ом и светодиод оптосимистора или два соединенных последовательно светодиода оптотиристоров. Рис.7.

Во-вторых, стоимость оптосимисторов довольно велика и составляет примерно $2,7…3, стоимость всего узла на оптосимисторе может достигать $4. ..5, а на двух оптотиристорах и того более.

В третьих, описываемые приборы недостаточно устойчиво открываются постоянным током при малых коммутируемых напряжениях или токах, что заставляет разработчиков для их включения использовать серию импульсов, усложняет схему и еще больше повышает стоимость.

Некоторые разработчики используют обычные симисторы, управляемые через динисторные или другие оптроны. Один из таких вариантов включения описан в [6] и показан на рис. 8.

Недостатками таких узлов являются необходимость тщательного подбора оптронов для обеспечения близких значений углов открывания симистора при разных полуволнах, а также значительное число элементов и относительно высокая стоимость.

Рис.8.

Учитывая актуальность проблемы управления нагрузкой, включенной в сеть переменного тока, а также недостатки описанных выше методов, некоторые фирмы освоили выпуск малогабаритных и низкостоимостных микросхем драйверов симисторов и тиристоров.

Наиболее известным производителем таких микросхем является фирма Fairchild Semiconductors [5].

Она производит микросхемы драйверов двух типов: с произвольным моментом включения и с привязанным к прохождению напряжения через нуль.

Первый тип микросхем содержит светодиод и оптосимистор, второй — те же элементы и специальную цепь определения перехода переменного напряжения через нуль (ZCC — Zero-Cross Circuit).

Рис.9.

Именно эта цепь и включает симистор в соответствующий момент.

Схема микросхемы драйвера с включением в произвольный момент показана на рис. 9, а микросхемы драйвера с включением в момент прохождения через нуль — на рис. 10.

Первый вариант микросхем предназначен для управления нагрузкой в устройствах с широтно-импульсной модуляцией.

При его использовании в момент включения мощных симисторов (тиристоров) возникают большие импульсные помехи

, и требуется применение эффективных сетевых фильтров.

Рис.10.

Второй вариант предназначен для использования в медленнодействующих малошумящих коммутаторах, в которых мощные симисторы (тиристоры) включаются при малых напряжениях, близких к нулю, и не создают больших помех.

Стоимость таких микросхем достаточно низкая, примерно $0,5.

Микросхемы драйверов, имеющие индивидуальные номера, оканчивающиеся на 1, 2 и 3, обеспечивают включение нагрузки при подаче на светодиод тока, соответственно равного 15, 10 и 5 мА.

Рис.11.

Типовая схема включения драйвера для случая управления мощным симистором приведена на рис. 11, а для случая управления двумя встречно-параллельно включенными тиристорами — на рис. 12 [7].

Показанные на рисунках RC-цепочки, включенные параллельно симистору (тиристорам), рекомендуется использовать для улучшения их динамических характеристик.

Меньшее из диапазона сопротивление резистора соответствует резистивной нагрузке, а большее — индуктивной.

Стоимость такого узла обычно не превышает $2.

Хорошие динамические характеристики, низкие токи управления и малые габаритные размеры позволяют считать их наиболее целесообразными как для профессионального, так и для любительского применения.

 

Рис.12.

Приведенные в данной статье схемы управления нагрузкой, включенной в цепь переменного тока, а также отмеченные достоинства и недостатки позволят читателю легче ориентироваться в всех возможных вариантах решения этой задачи и выбрать вариант, наиболее удовлетворяющий конкретным техническим требованиям с учетом доступности и стоимости элементов.

 

 

Основные параметры микросхем драйверов фирмы Fairchild Semiconductors приведены в табл. 1.

О. Николайчук [email protected]

Литература:

1. В. Янцев. Регулятор сетевого напряжения.— Моделист-конструктор, 1990, №4, с. 21.

2. С. Алексеев. Триггеры Шмитта без источника питания. — Схемотехника, 2002, № 12, с. 24.

3. Л. Бжевский. Светорегулятор с выдержкой времени.— Радио, 1989, № 10, с. 76.

4. С. Христофоров. Управление тринисторами и симисторами.— Схемотехника, 2001, № 12, с. 21—25.

5. https://www. onsemi.com

6. С. Карелин. Модификация тринисторного регулятора мощности.— Радио, 1990, № 11, с. 47.

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.

Силиконовый коврик для пайки

Размер 55 х 38 см, вес 800 гр….

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.

Варианты реализации схем управления печкой.

Варианты реализации схем управления печкой.

 

                Для изменения мощности, подведенной к нагрузке (нагревательный элемент печки) через симистор, может использоваться либо импульсно-фазовый метод управления, либо метод пропуска периодов (on/off).
Рассмотрим, например, типичную схему  управления печкой принтера. Блок фиксации (печка) подключается (см. рис. 1) к разъему J102 (1-2 конт.). На нагревательный элемент печки подается переменное напряжение сети. Подача или отключение этого напряжения осуществляется с помощью симистора, выполняющего функцию мощного ключа в цепи переменного тока. Для обеспечения гальванической развязки первичной и вторичной цепей управление симистором осуществляется через оптопару SSR101, представляющую собой светодиод и фотосимистор. Сигнал для переключения симистора формируется микроконтроллером и носит название FSRD. В этой модели принтера симистор работает в режиме ON/OFF (пропуск периодов). Защита симистора от высокого падения напряжения на нем обеспечивается еще одним прибором – варистором. Схема защиты (FU701) от перегрева печки обеспечивает безусловное отключение нагревательного элемента печки от питающей сети в случае возникновения аварийного режима работы – чрезмерного перегрева, например, при “пробое” симистора (т.е. при его “коротком” замыкании). Размыкание цепи переменного тока осуществляется за счет отключения реле RL101. Реле управляется схемой на составном транзисторе. Перегрев определяется методом сравнения сигнала от датчика температуры печки с фиксированным опорным напряжением. Сравнение этих сигналов осуществляет компаратор на микросхеме IC302 (типа HA17324). На “прямой” вход этого компаратора подается опорное напряжение, а на “инверсный” вход подается сигнал FSRTH от датчика температуры TH701. Напряжение сигнала датчика температуры уменьшается при нагреве печки. Кроме сигнала от датчика температуры реле может управляться еще и микроконтроллером с помощью сигнала /RLYD. Этим сигналом микроконтроллер включает реле, что позволит обеспечить нагрев печки. И этим же сигналом микроконтроллер размыкает реле в периоды ожидания (когда принтер находится в состоянии “Готов”), а также при возникновении фатальных ошибок принтера.

Рис. 1. Пример схемы  управления печкой принтера.

Метод «Пропуск периодов (on/off)». Одним из альтернативных методов управления мощностью является метод пропуска периодов (on/off). Для регулирования тока через нагрузку, симистор пропускает только часть периодов сетевого напряжения (рис. 2). Пропуск периодов позволяет решить проблему электромагнитной совместимости, так как включение симистора происходит в момент перехода сетевого напряжения через нуль.
                Режим пропуска периодов применим для управления резистивными нагрузками, но не применим для осветительных приборов, так как вызывает мигание ламп накаливания в моменты регулировки температуры, т. е. поддержание ее в пределах 1800С. В принтерах такой метод применяется для мгновенного разогрева ТЭНа и последующего управления. В основном он применяется для печатающих устройств малой и средней производительности со скоростью печати до 30 страниц в минуту.

 

Рис. 2. Режим управления блоком фиксации тонера ON/OFF.

Схема формирования сигнала “Zero”. Для обоих возможных методов управления мощностью необходимо знать, когда сетевое напряжение переходит через нуль. Одним из способов является подача импульсного напряжения непосредственно на вход микроконтроллера обычно через цепи гальванической развязки – оптрон. Сигнал формируется специальной схемой, обычно она обозначается “zero cross detection circuit” результатом работы донной схемы является формирование импульсного сигнала, частота которого совпадает с входным напряжением или кратная ему. На рис. 3 представлена типичная схема формирования сигнала “Zero” с гальванической развязкой цветного лазерного принтера.

Рис. 3. Пример схемы формирования сигнала “ZEROX”.

                Сигнал формируется на выходе оптрона, и поступает на микропроцессор принтера, который в свою очередь формирует сигналы управления блоком фиксации тонера, частота и фаза которых совпадает с сигналами “ZEROX”. Импульсный сигнал поступает на микропроцессор принтера и анализируется, в случае если сигнал формируется не правильно, то выполняется обычно блокировка принтера и выставляется соответствующий код ошибки, если же сигнал сформирован правильно, микропроцессор формирует далее сигналы управления для блока фиксации тонера (FSRD).

                В принтерах могут применяться и специализированные микросхемы для управления симисторами, они могут быть двух типов:
– со случайным моментом включения и с фазо-привязанным моментом включения, эти микросхемы драйверов со случайным доступом содержат светодиод и оптосимистор; 
– второй тип микросхем драйверов с фазо-привязанным моментом включения содержат светодиод и симистор, а также специальную светочувствительную схему определения перехода переменного напряжения через ноль (ZCC – Zero-Cross Circuit) – именно эта схема и включает симистор в момент перехода переменного напряжения через ноль.  
                Первый тип микросхемы предназначен для высокоскоростного управления нагрузкой в схемах с широтно-импульсной модуляцией. Такие схемы в момент включения мощных симисторов (тиристоров) создают большие импульсные помехи и требуют применения эффективных сетевых фильтров. Второй тип микросхем предназначен для использования в медленнодействующих малошумящих коммутаторах, в которых мощные симисторы (тиристоры) включаются при малых напряжениях (близких к нулю) и не создают больших помех. 
«Импульсно – фазовый» метод управления симистором. Для изменения мощности, подведенной к нагрузке через симистор, может использоваться импульсно-фазовый метод управления. Сущность метода заключается в пропуске части полупериода сетевого напряжения – аналогично широтно-импульсной модуляции. Ток в нагрузке пропорционален интегралу от полученного сигнала. Открывая симистор с большей или меньшей задержкой по времени, возможно “вырезать” соответствующую часть синусоиды питающего напряжения (рис. 4). Таким образом, среднее напряжение на выходе устройства изменяется пропорционально изменению времени задержки открытия симистора. 
                Такой режим используется в регуляторах освещенности – диммерах, которые и используются для управления температурой в блоке фиксации тонера принтеров. В таком режиме управления не уменьшают амплитуду напряжения, а только изменяют форму синусоиды. Яркость свечения лампы накаливания, а, следовательно, и нагрев, пропорциональны площади под обрезанной синусоидой.
                Преимуществом этого метода является то, что частота пульсаций на нагрузке остается равной сетевой, включение ламп и последующий нагрев осуществляется плавно, это способствует уменьшению вероятности перегорания лампы при включении и более равномерному “запеканию” тонера на бумаге. Обратной стороной являются наводки, которые могут появиться в связи с резким переключением симистора. Эти наводки плохо сказываются на электромагнитной совместимости (EMI) полученного устройства и могут вызвать ненужные переключения симистора.

Рис. 4. Фазовый метод управления. Пример схемы управления лампой нагрева запекающего вала блока закрепления изображения (показан момент уменьшения тока через лампу).

Управление тринисторами и симисторами

Управление тринисторами и симисторами Управление тринисторами и симисторами Самый простой способ управления тиристорами – это подача на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (рис. 1). Ключ SA1 на рис. 1 и на последующих рисунках – это любой элемент, обеспечивающий замыкание цепи: транзистор, выходной каскад микросхемы, оптрон и др. Этот способ прост и удобен, но обладает существенным недостатком – требуется довольно большая мощность управляющего сигнала. В табл. 1 приведены наиболее важные параметры для обеспечения надежного управления некоторыми самыми распространенными тиристорами (три первых позиции занимают тринисторы, остальные – симисторы). При комнатной температуре для гарантированного включения перечисленных тиристоров требуется ток управляющего электрода Iу вкл равный 70-160 мА. Следовательно, при напряжении питания, типовом для собранных на микросхемах узлов управления (10-15 В), требуется постоянная мощность 0,7-2,4 Вт. Отметим, что полярность управляющего напряжения для тринисторов положительная относительно катода, а для симисторов – или отрицательная для обоих полупериодов, или совпадающая с полярностью напряжения на аноде. Также можно добавить, что часто в соответствии с указаниями по применению требуется шунтирование управляющего перехода тринисторов сопротивлением 51 Ом (R2 на рис. 1) и не требуется никакого шунтирования для симисторов. Реальные величины тока управляющего электрода, достаточного для включения тиристора, обычно меньше цифр, приведенных в табл. 1, поэтому нередко идут на его снижение относительно гарантированных значений: для тринисторов – до 7-40 мА, для симисторов – до 50-60 мА. Такое снижение часто приводит к ненадежной работе устройств, и необходимости предварительной проверки или же подбора тиристоров. Уменьшение управляющего тока также может приводить к возникновению помех радиоприему, поскольку включение тиристоров при малых токах управляющего электрода происходит при относительно большом напряжении на аноде – несколько десятков вольт, что приводит к броскам тока через нагрузку и, следовательно, к мощным помехам. Недостатком управления тиристорами постоянным током является гальваническая связь источника управляющего сигнала и сети. Если в схеме с симистором (рис. 1, б) при соответствующем включении сетевых проводов источник управляющего сигнала можно соединить с нулевым проводом, то при использовании тринистора (рис 1, а) такая возможность возникает лишь при исключении выпрямительного моста VD1-VD4. Последнее приводит к однополупериодной подаче напряжения на нагрузку и двукратному уменьшению поступаемой в нее мощности. В настоящее время в связи с большой потребляемой мощностью запуск тиристоров постоянным током при бестрансформаторном питании пусковых узлов (с гасящим резистором или конденсатором) практически не используется. Одним из вариантов снижения потребляемой узлом управления мощности является использование вместо постоянного тока непрерывной последовательности импульсов с относительно большой скважностью. Поскольку время включения типовых тринисторов составляет 10 мкс и менее, можно подавать на их управляющий электрод импульсы такой же длительности со скважностью, например, 5-10-20, что соответствует частоте 20-10-5 кГц. В этом случае потребляемая мощность также уменьшается в 5-10-20 раз соответственно. Однако при таком способе управления выявляются некоторые новые недостатки. Во-первых, теперь тиристор включается не в самом начале полупериода сетевого напряжения, а в произвольные моменты времени, отстоящие от начала полупериода на время, не превышающее периода запускающих импульсов, т. е. 50-100-200 мкс. За это время напряжение сети может возрасти примерно до 5-10-20 В. Это приводит к возникновению помех радиоприему и к некоторому уменьшению выходного напряжения, впрочем, малозаметному. Существует еще одна проблема. Если при включении в начале полупериода во время действия запускающего импульса ток через тиристор не достигнет тока удержания (Iуд, табл. 1), тиристор после окончания импульса выключится. Следующий импульс вновь включит тиристор, и он не выключится лишь в том случае, если к моменту окончания импульса ток через него будет больше тока удержания. Таким образом, ток через нагрузку сначала будет иметь вид нескольких коротких импульсов и лишь потом – синусоидальную форму. Если же нагрузка имеет активноиндуктивный характер (например, электродвигатель), ток через нее за время действия короткого включающего импульса может не успеть достичь величины тока удержания, даже когда мгновенное напряжение в сети максимально. Тиристор после окончания каждого импульса будет выключаться. Этот недостаток ограничивает снизу длительность запускающих импульсов и может свести на нет уменьшение потребляемой мощности. Применение импульсного запуска облегчает гальваническую развязку между узлом управления и сетью, ибо ее может обеспечить даже небольшой трансформатор с коэффициентом трансформации, близким к 1:1. Его обычно наматывают на ферритовом кольце диаметром 16-20 мм с тщательно выполненной изоляцией между обмотками. Следует предостеречь от применения малогабаритных импульсных трансформаторов промышленного изготовления. Как правило, они имеют низкое напряжение изоляции (около 50-100 В) и могут служить причиной поражения электрическим током, если при использовании прибора будет считаться, что цепь управления изолирована от сети. Снижение требуемой при импульсном управлении мощности и возможность введения гальванической развязки позволяют применить в узлах управления тиристорами бестрансформаторное питание. Третий широко распространенный способ управления тиристорами – подача на управляющий электрод сигнала с его анода через ключ и ограничительный резистор (рис. 2). В таком узле ток через ключ протекает в течение нескольких микросекунд, пока включается тиристор, если напряжение на аноде достаточно велико. В качестве ключей используют малощумящие электромагнитные реле, высоковольтные биполярные транзисторы, фотодинистры или фотосимисторы (схемы на рис. 2 соответственно). Способ прост и удобен, некритичен к наличию у нагрузки индуктивной составляющей, но имеет недостаток, на который нередко не обращают внимания. Недостаток связан с противоречивостью требований к ограничительному резистору R1. С одной стороны, его сопротивление должно быть как можно меньше, чтобы включение тиристора происходило как можно ближе к началу полупериода сетевого напряжения. С другой стороны, при первом открывании ключа, если оно не синхронизировано с моментом прохождения сетевого напряжения через нуль, напряжение на резисторе R1 может достигать амплитудного напряжения сети, т. е. составлять 310-350 В. Импульс тока через этот резистор не должен превышать допустимых значений для ключа и управляющего перехода тиристора. В табл. 2 приведены некоторые параметры наиболее часто применяемых отечественных фототиристоров (приборы серий АОУ103/3ОУ103 и АОУ115 – фотодинисторы, АОУ – фотосимисторы). Исходя из значений максимально допустимого импульсного тока управления (табл. 1) и максимального импульсного тока через ключ (табл. 2), можно для каждой конкретной пары приборов определить минимально допустимое сопротивление ограничительного резистора. Например, для пары КУ208Г (Iу, вкл макс = 1 А) и АОУ160А (Iмакс, имп = 2 А) можно выбрать R1 = 330 Ом. Если ток управляющего электрода, при котором происходит включение симистора, соответствует его максимальному значению 160 мА, симистор будет включаться при напряжении на аноде равном 0,16ћ330 = 53 В. Как и в случае с подачей управляющих импульсов относительно большой скважности, это приводит к возникновению помех и к некоторому уменьшению выходного напряжения. Поскольку реальная чувствительность тиристоров по управляющему электроду обычно лучше, задержка открывания тиристора относительно начала полупериода меньше рассчитанной выше предельной величины. Сопротивление ограничивающего резистора R1 может быть уменьшено на величину сопротивления нагрузки, поскольку в момент включения они включены последовательно. Более того, если нагрузка имеет гарантированно индуктивно-резистивный характер, можно еще более уменьшить сопротивление указанного резистора. Однако если нагрузкой являются лампы накаливания, надо помнить, что их холодное сопротивление примерно в десять раз меньше рабочего. Следует также иметь ввиду, что включающий ток симисторов имеет разную величину для положительной и отрицательной полуволн сетевого напряжения. Поэтому в выходном напряжении мо жет появиться небольшая постоянная составляющая. Из фотодинисторов серии АОУ103/3ОУ103 для управления тиристорами в сети 220 В по максимально допустимому напряжению подходят только 3ОУ103Г, однако неоднократно проверено, что и АОУ103Б и АОУ103В годятся для работы в этом режиме. Различие между приборами с индексами Б и В заключается в том, что подача напряжения обратной полярности на АОУ103Б не допускается. Аналогично и различие между АОУ115Г и АОУ115Д: приборы с индексом Д допускают подачу обратного напряжения с индексом Г – нет. Существенного сокращения потребляемой цепями управления мощности можно добиться, если включать ток управляющего электрода в момент включения тиристора. Два варианта схем узлов управления, обеспечивающих такой режим, приведены на рис. 3. Включение тринистора в схеме на рис. 3, а происходит в момент замыкания контактов ключа SA1. После включения тринистора элемент DD1.1 выключается, и ток управляющего электрода прекращается, что существенно экономит потребление по цепи управления. Если напряжение на тринисторе в момент включения SA1 будет меньше порога переключения DD1.1, тринистор не включится, пока напряжение на нем не достигнет этого порога, т. е. не станет несколько более половины напряжения питания микросхемы. Регулировать пороговое напряжение можно подбором сопротивления нижнего плеча делителя резистора R6. Резистор R2 обеспечивает низкий логический уровень на входе 1 элемента DD1.1 при закрывании тринистора VS1 и диодного моста VD2. Для аналогичного включения симистора необходим узел двуполярного управления элементом совпадения DD1.1 (рис. 3, б). Этот узел собран на транзисторах VT1, VT2 и резисторах R2-R4. Транзистор VT1 включен по схеме с общей базой, и напряжение на его коллекторе становится по модулю меньше порога переключения элемента DD1.1, когда напряжение на аноде симистора VS1 положительно относительно катода и превышает его примерно на 7 В. Аналогично транзистор VT2 входит в насыщение, когда отрица тельное напряжение на аноде становится по модулю больше -6 В. Такой узел выделения момента прохождения напряжения через нуль широко применяется в различных разработках. При всей кажущейся привлекательности узлы, выполненные по схемам, приведенным на рис. 3, и им аналогичные, обладают существенным недостатком: если по какойлибо причине тиристор не включится, ток через его управляющий электрод будет идти неопределенно долго. Поэтому необходимо предпринимать специальные меры по ограничению длительности импульса или рассчитывать источник питания на полный ток, т. е. на такую же мощность, как и для узлов по схеме на рис. 1. Наиболее экономичные схемы управления используют формирование одиночного включающего импульса вблизи перехода сетевого напряжения через нуль. Две несложных схемы таких формирователей приведены на рис. 4, а временные диаграммы их работы – на рис. 5 (а и б соответственно). Недостатком, впрочем совершенно несущественным в большинстве случаев, является то, что первое включение происходит не в самом начале полупериода сетевого напряжения, а в самом конце того, во время которого был замкнут ключ SA1. Двойная длительность включающего импульса 2Т0 определяется порогом переключения элемента ИЛИ НЕ с учетом делителя R2R3 (рис. 4, а) или порогом формирователя на VT1, VT2 (рис. 4, б), и рассчитывается по формуле Скорость изменения сетевого напряжения при переходе через нуль и при Uпор = 50 В двойная длительность составит 2Т0 = 1 мс. Скважность импульсов равна 10, и средний потребляемый ток в 10 раз меньше амплитудного значения, необходимого для надежного включения тиристора. Минимальная длительность включающего импульса определяется тем, что он должен оканчиваться не ранее, чем ток через нагрузки достигнет тока удержания тиристора. Например, если нагрузка имеет мощность 200 Вт (Rн = 2202/200 = 242 Ом), а ток удержания симистора КУ208 – 150 мА, то этот ток достигается при мгновенном напряжении в сети 242×0, 15 = 36 В, т. е. при скорости нарастания 100 В/мс окончание импульса запуска должно быть не ранее, чем через 360 мкс от момента перехода напряжения через нуль. Снизить потребляемую мощность еще примерно в десять раз можно за счет подачи на третий вход элементов ИЛИ – НЕ схем на рис. 4 непрерывной последовательности импульсов (показано штриховыми линиями), как это было упомянуто в начале статьи применительно к узлам по схемам на рис. 1. При этом проявляются те же недостатки, что и при непрерывной подаче импульсов на управляющий электрод. Для уменьшения потерь мощности можно сформированный в узлах по схемам на рис. 4 импульс, продифференцировать его, и продифференцированный задний фронт использовать как запускающий для тиристора (рис. 6). Параметры этого запускающего импульса Ти следует выбирать так. Он должен начинаться как можно раньше после прохождения сетевого напряжения через нуль, чтобы бросок тока через нагрузку в момент включения в начале каждого полупериода был бы минимальным и минимальными были бы помехи и потери мощности. Здесь ширина импульса, формируемого в момент прохождения напряжения сети через нуль, ограничена снизу только временем перезаряда дифференцирующей цепи C1R7 и может быть достаточно малой, но конечной. Оканчиваться импульс должен, как и для предыдущего варианта, не ранее, чем когда ток через нагрузку достигнет тока удержания тиристора. Схема узла, формирующего импульс включения тиристора точно в момент перехода сетевого напряжения через нуль, приведена на рис. 7, а, а временная диаграмма его работы – на рис. 7, б. Цепь из резисторов R1-R3 и элемента DD1.1 формирует короткие импульсы (60-100 мкс) в момент перехода сетевого напряжения через нуль. Эти импульсы заряжают конденсатор С1 до напряжения питания. Конденсатор относительно медленно разряжается через резистор R4, и на выходе DD1.2 формируется импульс отрицательной полярности с длительностью, определяемой постоянной времени цепочки R4C1. При указанных на схеме номиналах длительность импульса составляет примерно 400 мкс. Схема узла управления симистором с близкими параметрами приведена на рис. 8. При работе узлов по схемам на рис. 7 и 8 подача на управляющий электрод импульса включения спрямляет выходную характеристику тиристора в момент прохождения сетевого напряжения через нуль и при правильно выбранной длительности импульса удерживает тиристор во включенном состоянии до момента достижения тока удержания даже при наличии небольшой индуктивной составляющей нагрузки. Источник питания таких узлов может быть собран по бестрансформаторной схеме с гасящим резистором или, что еще лучше, конденсатором. Помех радиоприему такое включение тиристоров не создает и может быть рекомендовано для всех случаев управления нагрузками с малой индуктивной составляющей. Если же нагрузка имеет выраженный индуктивный характер, можно рекомендовать схемы управления, приведенные на рис. 2. Для уменьшения помех радиоприему необходимо включение в сетевые провода помехоподавляющих фильтров, а если провода от регулятора до нагрузки имеют заметную длину, то и в эти провода тоже. Выше были рассмотрены варианты управления тиристорами при их использовании в качестве ключей. При фазоимпульсном управлении мощностью нагрузок можно использовать описанные выше схемотехнические решения по формированию импульсов в моменты перехода сетевого напряжения через нуль для запуска времязадающего узла запуска тиристора. Отметим, что такой узел должен давать стабильную задержку включения тиристора, не зависящую от напряжения сети и температуры, а длительность формируемого импульса должна обеспечить достижение тока удержания независимо от момента включения нагрузки в пределах полупериода.

Схемы и типы опторазвязки | RuAut

Из-за проблем, связанных с разными уровнями сигналов по току или напряжению, часто возникает необходимость входы/выходы приборов электрически изолировать от входов/выходов микропроцессора. Для этой цели чаще всего используются оптроны или оптопары. На изображении показаны принципиальная схема такого устройства и вариант его включения в измерительный контур, где с входной стороны – цифровой вход от чувствительного элемента с соответствующим уровнем сигнала, а на выходе – микропроцессор. Оптрон состоит из светодиода (LED), через который течет входной ток. Инфракрасное излучение, испускаемое светодиодом, детектируется фототранзистором, расположенным достаточно близко, но электрически изолировано от него. Таким образом, возникновение импульсов в цепи светодиода приведет к появлению импульсов в цепи фототранзистора, хотя никакого физического соединения между ними не существует.

Выше была рассмотрена одиночная оптопара. Однако интегральные микросхемы в одном корпусе могут содержать два или четыре оптрона. Для характеристики оптрона обычно используется коэффициент передачи, который определяется как отношение выходного тока ко входному. Например одиночный оптрон, может иметь коэффициент передачи, равный 20% при ограничении выходного тока до 7 мА.

На следующем изображении показаны другие варианты встроенных оптронных компонентов, разработанных для различных условий работы. Оптроны бывают со встроенными диодами для выпрямления тока, которые могут использоваться в цепях переменного тока. Может использоваться каскад Дарлингтона на двух транзисторах для повышения коэффициента усиления, такая оптопара может иметь коэффициент передачи, равный 300%, и максимальный выходной ток 100 мА.

Типы оптопар:

• а – со входом переменного тока — на выходе транзистор;
• б – с транзисторным каскадом Дарлингтона;
• в – с кремниевым тиристором;
• г – с симистором;
• д – с симистором, включающимся в моменты перехода напряжения через ноль.

Для управления мощными выходными цепями используются оптопары со встроенными симисторами или кремниевыми тиристорами. Симисторы проводят обе половины периода переменного тока, поэтому могут быть использованы в цепях переменного тока. Оптопара со встроенным симистором может иметь специальное устройство, определяющее момент перехода напряжения через ноль, в этом случае симистор будет включаться только в эти моменты, что значительно уменьшает переходные процессы и предотвращает возникновение электромагнитных помех.

Что такое оптопара и как она работает

Автор: Меган Тунг

Оптопара (также называемая оптоизолятором) – это полупроводниковое устройство, которое позволяет передавать электрический сигнал между двумя изолированными цепями. В оптроне используются две части: светодиод, излучающий инфракрасный свет, и светочувствительное устройство, которое обнаруживает свет от светодиода. Обе части содержатся в черном ящике со контактами для подключения. Входная цепь принимает входящий сигнал, будь то сигнал переменного или постоянного тока, и использует сигнал для включения светодиода.

Фотодатчик – это выходная цепь, которая определяет свет, и, в зависимости от типа выходной цепи, выход будет переменным или постоянным током. Сначала ток подается на оптопару, благодаря чему светодиод излучает инфракрасный свет, пропорциональный току, протекающему через устройство. Когда свет попадает на фотодатчик, проходит ток, и он включается. Когда ток, протекающий через светодиод, прерывается, ИК-луч отключается, в результате чего фотодатчик перестает проводить.

Существует четыре конфигурации оптопар, разница заключается в используемом светочувствительном устройстве.Фототранзистор и Photo-Darlington обычно используются в цепях постоянного тока, а Photo-SCR и Photo-TRIAC используются для управления цепями переменного тока. В оптопаре на фототранзисторе транзистор может быть либо PNP, либо NPN. Транзистор Дарлингтона представляет собой пару из двух транзисторов, в которой один транзистор управляет базой другого транзистора. Транзистор Дарлингтона обеспечивает высокий коэффициент усиления.

Термины оптопара и оптоизолятор часто используются как синонимы, но между ними есть небольшая разница.Отличительным фактором является ожидаемая разница напряжений между входом и выходом. Оптопара используется для передачи аналоговой или цифровой информации между цепями при сохранении гальванической развязки при потенциалах до 5000 вольт. Оптоизолятор используется для передачи аналоговой или цифровой информации между цепями, где разность потенциалов превышает 5000 вольт.

Оптопара может эффективно:

• Устранение электрических помех из сигналов
• Изолируйте низковольтные устройства от высоковольтных цепей.Устройство способно избежать сбоев из-за скачков напряжения (например, из-за передачи радиочастоты, ударов молнии и скачков напряжения в источнике питания).
• Разрешить использование небольших цифровых сигналов для управления более высокими напряжениями переменного тока.

---

Меган Тунг проходит стажировку в Jameco Electronics , посещая Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (UCSB). Ее интересы включают фотографию, музыку, бизнес и инженерное дело.

Фото: учебные пособия по электронике и Autodesk.

Сравнение оптопары Photo Triac и Photo SCR

Рис. 1

Льюис Лофлин

Широкое введение в оптопары и практические схемы. Обзор типов и применений оптопары с упором на твердотельные реле и управление мощностью.

На рис. 1 показано очень простое твердотельное реле переменного тока. MOC10XX и MOC20XX могут управлять нагрузкой 25 Вт. Это вполне соответствует нынешним рейтингам многих светодиодных лампочек.

В случае с моим видео на YouTube я использовал 8-ваттную светодиодную лампу, которая включалась / выключалась с помощью микроконтроллера Arduino.

Следующее взято из паспорта производителя:

Детектор 300 мВт при пике 1A
MOC3010M / 1M / 2M 250V пик
MOC3020M / 1M / 2M / 3M 400V пик

Единственное отличие, кроме пикового напряжения, – это ток через светодиодные фотоэмиттеры. Я буду использовать некоторые из них в схемах переключения питания. Это устройства со «случайной фазой».

Могут использоваться в цепях регулятора освещенности ламп.

Процитировать технический паспорт:

Серии MOC301XM и MOC302XM представляют собой оптически изолированные драйверы симисторов.Эти устройства содержат GaAs инфракрасный излучающий диод и кремниевый двусторонний переключатель, который работает как симистор. Они предназначены для взаимодействия между электронные средства управления и силовые симисторы для управления резистивными и индуктивными нагрузками на 115 В переменного тока.

Рис. 2

На Рис. 2 представлена ​​внутренняя схема оптопары с выходом симистора MOC30XX и MOC40XX с внутренней схемой перехода через ноль. Я не буду использовать их из-за невозможности фазовой модуляции устройства.

Примечания в техническом паспорте:

Устройства MOC303XM и MOC304XM состоят из AlGaAs инфракрасный излучающий диод, оптически связанный с монолитным кремнием детектор, выполняющий функцию драйвера двустороннего симистора с переходом через нулевое напряжение.

Они предназначены для использования с симистором в интерфейсе логики. систем к оборудованию, питающемуся от линий 115 В переменного тока, например телетайпы, ЭЛТ, твердотельные реле, промышленные устройства управления, принтеры, двигатели, соленоиды и бытовая техника и т. д.

Они могут управлять маломощными устройствами переменного тока.

Детектор 150 мВт, пиковый ток 1 А
MOC3031M / 2M / 3M 250 В пик
MOC3041M / 2M / 3M 400 В пик

В техническом паспорте неточно указаны текущие значения выходной цепи. Рассеивание составляет половину от серии MOC10XX.

Их нельзя использовать в схемах регулятора освещенности, поскольку точка включения фиксируется схемой перехода через нуль. Это хорошо для простого включения симисторов большей мощности или двойных выходов SCR.

Рис. 3

Серия h21C состоит из арсенид-галлиевого диода, излучающего инфракрасное излучение, оптически соединенного со светоактивированным кремнием, управляемым выпрямитель в двухрядном 6-выводном корпусе. Они имеют номинальное напряжение 200 и 400 вольт.

В техническом описании это называется «симметричный транзисторный ответвитель».

Драйвер логической индикаторной лампы 25 Вт
Детектор 400 мВт RMS ток в рабочем состоянии 300 мА
Симметричный транзисторный ответвитель 200 В (h21C1, h21C2, h21C3)
Симметричный транзисторный ответвитель 400 В (h21C4, h21C5, h21C6)

Фиг.4

Драйвер фотоэлектрического МОП-транзистора VOM1271 показан на рис. 4. Он состоит из серии фотодиодов, вырабатывающих около 8 В для управления устройствами на основе МОП-транзистора. Цитирую,

VOM1271 – это автономный полевой МОП-транзистор с оптической изоляцией. Водитель. В отличие от обычных драйверов MOSFET, которые требуют внешний источник питания для обеспечения рельсов VCC и / или VDD для сам драйвер, VOM1271 получает все необходимые ток для управления его внутренней схемой от тока светодиода низковольтная первичная сторона изолирующего барьера.

Это экономит место и затраты, связанные с обеспечение одного или нескольких внешних источников питания. В VOM1271 также имеет внутреннюю схему выключения сам компонент, тем самым избавляясь от необходимости дополнительные компоненты для увеличения общего скорость переключения за счет уменьшения времени выключения.

Рис. 5

Рис. 5 Драйвер фотоэлектрического МОП-транзистора VOM1271 с МОП-транзистором.

Артикул:
h21CX Photo SCR Optocouplers
MOC10XX and MOC20XX Triac Output Optocouplers
MOC30XX and MOC40XX Zero-Cross Opto-Couplers

Оптическая развязка управления двигателем H-моста YouTube
Оптическая развязка управления двигателем с Н-образным мостом

Теория оптопары и схемы YouTube
Драйверы оптоизолированных транзисторов для микроконтроллеров

All NPN Transistor H-Bridge Motor Control YouTube
Управление двигателем с Н-мостом на всех NPN-транзисторах

Учебное пособие по широтно-импульсной модуляции YouTube
Учебное пособие по широтно-импульсной модуляции

PIC12F683 Микроконтроллер и схемы YouTube
PIC12F683 Микроконтроллер и схемы

Принципиальная схема твердотельного реле

, цепь твердотельного реле с использованием симистора

Твердотельное реле / ​​реле оптопары

Твердотельное реле

– это тип переключателя для активации нагрузки без каких-либо механических частей.В нем используются только полупроводниковые устройства, реле с механической катушкой не используется для переключения подключенной нагрузки.

Симистор используется вместо катушечного реле для включения и выключения. Таким образом, эта схема несколько отличается от общей схемы реле, которая активируется транзистором, но здесь симистор работает как транзистор, а также как реле.

Зачем нужен оптрон

Оптопара – это компонент, который используется для активации любого устройства с помощью светового свечения. Это свечение происходит внутри ИС.В оптопаре светодиод и светоактивный тиристор (опто-симистор) или транзистор , активируемый светом, размещены вместе с надлежащим образом для обнаружения с высоким коэффициентом усиления. Когда мы подаем питание на оптопару, внутренний оптический тиристор включается светом от светодиода. Внутренне этот светодиод и транзистор / SCR изолированы (физически не соединены) друг от друга. Эта изоляция между ними обеспечивает высокую защиту от источника переменного тока. Эта защита от переменного тока с помощью изоляции является большим поводом для использования оптопары.Есть много типов оптопар, в которых одни работают с цепью постоянного тока, а другие – с цепью переменного тока. Когда на входные контакты оптопары подается постоянный ток, внутренний светодиод светится и активирует внутренний симистор. MOC3021 – это Optotriac IC

Симистор – это полупроводниковый прибор с кремниевым управляемым выпрямителем (SCR), работающий как транзистор, но оба они различаются по конструкции. Транзистор используется для переключения питания постоянного тока, а симистор используется для переключения в любом источнике переменного тока.Симистор широко используется в коммутирующих устройствах переменного тока, таких как диммер, контроллер напряжения, регулятор вентилятора и т. Д. Когда небольшое питание подается на вывод затвора симистора, он включается, и ток течет через другие 2 вывода (MT1 и MT2).

Эта схема не подходит для нагрузки более 250 Вт

Принципиальная схема

ПРИМЕЧАНИЕ. Эта схема опасна для новичков, поэтому, если вы не полностью уверены в том, что работает с 230 В переменного тока, пожалуйста, не проверяйте себя.

Оптопары

– работа, характеристики, интерфейс, схемы применения

ОПТОИЗОЛЯТОРЫ ИЛИ ОПТОИЗОЛЯТОРЫ

– это устройства, которые обеспечивают эффективную передачу сигнала постоянного тока и других данных по двум ступеням цепи, а также одновременно поддерживают отличный уровень гальванической развязки между ними.

Оптопары особенно полезны там, где электрический сигнал должен передаваться через два каскада цепи, но с крайней степенью гальванической развязки между каскадами.

Устройства оптопары работают как переключатели логического уровня между двумя цепями. Они могут блокировать передачу шума через интегральные схемы, изолировать логические уровни от высоковольтной линии переменного тока и устранять контуры заземления.

Оптопары становятся эффективной заменой реле и трансформаторов для сопряжения каскадов цифровых схем.

Кроме того, частотная характеристика оптопары оказывается несравнимой в аналоговых схемах.

Внутренняя конструкция оптопары

Внутренняя часть оптопары содержит светодиод инфракрасного или ИК-излучения (обычно изготавливается из арсенида галлия). Этот ИК-светодиод оптически связан с соседним кремниевым фотодетектором, который обычно представляет собой фототранзистор, фотодиод или любой аналогичный светочувствительный элемент. Эти два дополнительных устройства герметично заключены в непрозрачный светонепроницаемый корпус.

На рисунке выше в разрезе показан типичный шестиконтактный двухрядный (DIP) чип оптопары. Когда на клеммы, подключенные к ИК-светодиоду, подается соответствующее прямое смещенное напряжение, он излучает изнутри инфракрасное излучение в диапазоне длин волн от 900 до 940 нанометров.

Этот ИК-сигнал попадает на соседний фотодетектор, который обычно представляет собой фототранзистор NPN (с чувствительностью, установленной на идентичной длине волны), и он мгновенно проводит, создавая непрерывность через его выводы коллектора / эмиттера.

Как видно на изображении, ИК-светодиод и фототранзистор установлены на соседних плечах рамки с выводами.

Выводная рамка выполнена в виде штамповки, вырезанной из тонкого проводящего листового металла, имеющего несколько ответвлений отделки. Изолированные подложки, которые используются для усиления устройства, создаются с помощью внутренних ответвлений. Соответствующая распиновка DIP соответственно развита из внешних ответвлений.

После установления проводящих соединений между корпусом кристалла и соответствующими выводами рамки, пространство вокруг ИК-светодиода и фототранзистора герметизируется прозрачной смолой с ИК-поддержкой, которая ведет себя как «световод» или оптический волновод. между двумя ИК-устройствами.

Окончательно весь узел формуют из светонепроницаемой эпоксидной смолы, образующей DIP-корпус. В конце выводы выводной рамки аккуратно загнуты вниз.

Распиновка оптопары

На приведенной выше схеме показана распиновка типичной оптопары в DIP корпусе. Устройство также известно как оптоизолятор, поскольку между двумя микросхемами отсутствует ток, а только световые сигналы, а также потому, что ИК-излучатель и ИК-детектор имеют 100% электрическую изоляцию и изоляцию.

Другие популярные названия, связанные с этим устройством, – это оптопары или изоляторы с фотонной связью.

Мы видим, что база внутреннего ИК-транзистора оканчивается на выводе 6 микросхемы. Эта база обычно остается неподключенной, поскольку основное назначение устройств – соединить две цепи через изолированный внутренний ИК-световой сигнал.

Точно так же контакт 3 имеет разомкнутую или неподключенную распиновку и не имеет значения. Можно преобразовать внутренний ИК-фототранзистор в фотодиод, просто закоротив и соединив базовый вывод 6 с эмиттерным выводом 4.

Однако вышеуказанная функция может быть недоступна в 4-контактных оптопарах или многоканальных оптопарах.

Характеристики оптопары

Оптопара демонстрирует одну очень полезную характеристику, а именно ее эффективность связи света, называемую коэффициентом передачи тока или CTR.

Это соотношение улучшено за счет идеально согласованного спектра сигнала ИК-светодиода со спектром обнаружения соседнего фототранзистора.

CTR, таким образом, определяется как отношение выходного тока к входному при номинальном уровне смещения конкретного устройства оптопары.Он представлен в процентах:

CTR = I _ced / I _f x 100%

Когда в спецификации предлагается CTR, равный 100%, это относится к передаче выходного тока 1 мА для каждого мА ток на ИК-светодиод. Минимальные значения CTR могут отличаться от 20 до 100% для разных оптопар.

Факторы, которые могут изменять CTR, зависят от мгновенных характеристик входного и выходного напряжения питания и тока устройства.

На рисунке выше показан график зависимости выходного тока внутреннего фототранзистора оптопары (I _CB ) от входного тока (I _F ) при подаче напряжения VCB 10 В на его выводы коллектора / базы.

Важные характеристики оптопары

Некоторые из основных параметров спецификации оптопары можно изучить на основе данных, приведенных ниже:

Напряжение изоляции (Viso) : оно определяется как абсолютное максимальное напряжение переменного тока, которое может существовать на входе и выходе каскады выходной цепи оптопары, не причиняя вреда устройству.Стандартные значения этого параметра могут находиться в диапазоне от 500 В до 5 кВ (среднеквадратичное значение).

VCE: это можно понимать как максимальное напряжение постоянного тока, которое может быть приложено к выводам фототранзистора устройства. Обычно это может составлять от 30 до 70 вольт.

Если : это максимальный постоянный прямой ток, который может протекать в ИК-светодиоде или I _RED . Это стандартные значения допустимой токовой нагрузки, указанные для выхода фототранзистора оптопары, которая может находиться в диапазоне от 40 до 100 мА.

Время нарастания / спада : этот параметр определяет логическую скорость отклика оптопары через внутренний ИК-светодиод и фототранзистор. Обычно это может составлять от 2 до 5 микросекунд как для подъема, так и для спада. Это также говорит нам о пропускной способности устройства оптрона.

Базовая конфигурация оптопары

На рисунке выше показана базовая схема оптопары. Величина тока, который может проходить через фототранзистор, определяется приложенным током прямого смещения ИК-светодиода или I _RED , несмотря на то, что они полностью разделены.

Пока переключатель S1 удерживается разомкнутым, ток через I _RED запрещен, что означает, что инфракрасная энергия недоступна для фототранзистора.

Это делает устройство полностью неактивным, что приводит к появлению нулевого напряжения на выходном резисторе R2.

Когда S1 замкнут, ток может течь через I _RED и R1.

Это активирует ИК-светодиод, который начинает излучать ИК-сигналы на фототранзистор, позволяя ему включиться, и это, в свою очередь, вызывает развитие выходного напряжения на R2.

Эта базовая схема оптопары особенно хорошо реагирует на входные сигналы переключения ВКЛ / ВЫКЛ.

Однако, при необходимости, схему можно модифицировать для работы с аналоговыми входными сигналами и генерирования соответствующих аналоговых выходных сигналов.

Типы оптопар

Фототранзистор любой оптопары может иметь множество различных выходных коэффициентов усиления и рабочих характеристик. Схема, поясняемая ниже, изображает шесть других форм вариантов оптопар, которые имеют свои собственные специфические комбинации IRED и выходного фотодетектора.

Первый вариант, приведенный выше, указывает на схему оптопары с двунаправленным входом и выходом фототранзистора с парой последовательно соединенных IRED на арсениде галлия для соединения входных сигналов переменного тока, а также для защиты от обратной полярности на входе.

Обычно этот вариант может иметь минимальный CTR 20%.

Следующий тип, приведенный выше, иллюстрирует оптрон, выход которого усилен кремниевым усилителем фотодарлингтона. Это позволяет ему производить более высокий выходной ток по сравнению с другим обычным оптопаром.

Благодаря элементу Дарлингтона на выходе этот тип оптопар может производить не менее 500% CTR при напряжении между коллектором и эмиттером от 30 до 35 вольт. Эта величина примерно в десять раз выше, чем у обычной оптопары.

Однако они могут быть не такими быстрыми, как другие обычные устройства, и это может быть значительным компромиссом при работе с соединителем фотодарлингтона.

Кроме того, эффективная полоса пропускания может быть уменьшена примерно в десять раз.Стандартные промышленные версии оптопар PhotoDarlington: от 4N29 до 4N33 и 6N138 и 6N139.

Вы также можете получить их в виде двух- и четырехканальных соединителей фотодарлингтона.

На третьей схеме выше показана оптопара, имеющая IRED и фотодатчик MOSFET с двунаправленным линейным выходом. Диапазон напряжения изоляции этого варианта может достигать 2500 вольт (среднеквадратичное значение). Диапазон напряжения пробоя может составлять от 15 до 30 вольт, а время нарастания и спада составляет около 15 микросекунд каждое.

Следующий вариант, представленный выше, демонстрирует базовый оптосенсор на тиристоре или тиристоре. Здесь выход управляется через SCR. Напряжение изоляции соединителей типа OptoSCR обычно составляет от 1000 до 4000 вольт RMS. Он имеет минимальное напряжение блокировки от 200 до 400 В. Максимальный ток включения (I _vr ) может составлять около 10 мА.

На изображении выше показана оптопара с выходом фототриака. Такие выходные ответвители на основе тиристоров обычно имеют прямое запирающее напряжение (VDRM) 400 В.

Также доступны оптопары со свойством триггера Шмитта. Этот тип оптопары показан выше, который включает в себя оптосенсор на основе ИС, имеющий ИС триггера Шмитта, которая преобразует синусоидальную волну или любую форму импульсного входного сигнала в прямоугольное выходное напряжение.

Эти устройства на базе ИС-фотоприемников фактически спроектированы для работы по схеме мультивибратора. Напряжение развязки может составлять от 2500 до 4000 вольт.

Ток включения обычно указывается в диапазоне от 1 до 10 мА.Минимальный и максимальный рабочий уровни напряжения составляют от 3 до 26 вольт, а максимальная скорость передачи данных (NRZ) составляет 1 МГц.

Прикладные схемы

Внутреннее функционирование оптопар в точности аналогично работе дискретно настроенного узла ИК-передатчика и приемника.

Контроль входного тока

Как и любой другой светодиод, ИК-светодиоду оптопары также требуется резистор для управления входным током до безопасных пределов. Этот резистор можно подключить к светодиоду оптопары двумя основными способами, как показано ниже:

Резистор можно добавить последовательно либо с анодным выводом (a), либо с катодным выводом (b) IRED.

Оптопара переменного тока

В наших предыдущих обсуждениях мы узнали, что для входа переменного тока рекомендуется использовать оптопары переменного тока. Однако любую стандартную оптопару можно безопасно настроить с входом переменного тока, добавив внешний диод к входным контактам IRED, как показано на следующей схеме.

Эта конструкция также обеспечивает безопасность устройства от случайных условий обратного входного напряжения.

Цифровое или аналоговое преобразование

Чтобы получить цифровое или аналоговое преобразование на выходе оптопары, резистор может быть добавлен последовательно с контактом коллектора оптотранзистора или контактом эмиттера соответственно, как показано ниже:

Преобразование в Фототранзистор или фотодиод

Как указано ниже, выходной фототранзистор обычного 6-контактного DIP-оптопары можно преобразовать в выход фотодиода, соединив контакт 6 базы транзистора фототранзистора с землей и оставить эмиттер неподключенным или замкнуть его на pin6.

Эта конфигурация вызывает значительное увеличение времени нарастания входного сигнала, но также приводит к резкому снижению значения CTR до 0,2%.

Оптопара с цифровым интерфейсом

Оптопары могут быть превосходными, когда дело доходит до интерфейса цифрового сигнала, работая с различными уровнями питания.

Оптопары

могут использоваться для сопряжения цифровых ИС в идентичных семействах TTL, ECL или CMOS, а также в этих семействах микросхем.

Оптопары также являются фаворитами, когда речь идет о взаимодействии персональных компьютеров или микроконтроллеров с другими мейнфреймами или нагрузками, такими как двигатели, реле, соленоиды, лампы и т. Д.На приведенной ниже диаграмме показана схема сопряжения оптрона с цепями TTL.

Взаимодействие ИС TTL с оптопарой

Здесь мы видим, что IRED оптопары подключен к + 5 В и выходу затвора TTL, вместо обычного способа, который проходит между выходом TTL и землей.

Это связано с тем, что затворы TTL рассчитаны на очень низкие выходные токи (около 400 мкА), но предназначены для потребления тока с довольно высокой скоростью (16 мА). Следовательно, указанное выше соединение обеспечивает оптимальный ток активации для IRED, когда TTL низкий.Однако это также означает, что выходной отклик будет инвертирован.

Другой недостаток, который существует с выходом затвора TTL, заключается в том, что, когда его выход ВЫСОКИЙ или логическая 1, может генерировать уровень около 2,5 В, чего может быть недостаточно для полного выключения IRED. Оно должно быть не менее 4,5 В или 5 В для полного выключения IRED.

Чтобы исправить эту проблему, включен R3, который обеспечивает полное отключение IRED всякий раз, когда выход затвора TTL становится ВЫСОКИМ даже при 2,5 В.

Видно, что выходной контакт коллектора оптопары подключен между входом и землей ИС TTL.Это важно, потому что вход затвора TTL должен быть надлежащим образом заземлен, по крайней мере, ниже 0,8 В при 1,6 мА, чтобы обеспечить правильный логический 0 на выходе затвора. Следует отметить, что установка, показанная на рисунке выше, допускает неинвертирующий отклик на выходе.

Сопряжение КМОП ИС с оптопарой

В отличие от ТТЛ-аналога, КМОП-ИС выходы могут без проблем генерировать и потреблять токи достаточной величины до многих мАс.

Таким образом, эти ИС могут быть легко сопряжены с оптопарой IRED либо в режиме приемника, либо в режиме источника, как показано ниже.

Независимо от того, какая конфигурация выбрана на входе, R2 на выходе должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить полный размах выходного напряжения между состояниями логического 0 и 1 на выходе затвора КМОП.

Взаимодействие микроконтроллера Arduino и BJT с оптопарой

На приведенном выше рисунке показано, как согласовать выходной сигнал микроконтроллера или Arduino (5 В, 5 мА) с относительно высокой токовой нагрузкой через оптрон и каскады BJT.

При логике ВЫСОКОГО + 5В от Arduino оптопара IRED и фототранзистор остаются выключенными, и это позволяет Q1, Q2 и двигателю нагрузки оставаться включенными.

Теперь, как только выход Arduino становится низким, оптопара IRED активируется и включает фототранзистор. Это мгновенно заземляет базовое смещение Q1, отключая Q1, Q2 и двигатель.

Сопряжение аналоговых сигналов с оптопарой

Оптопара также может эффективно использоваться для сопряжения аналоговых сигналов на двух каскадных схемах путем определения порогового тока через IRED и последующей модуляции его прикладываемым аналоговым сигналом.

На следующем рисунке показано, как этот метод может быть применен для объединения аналогового аудиосигнала.

Операционный усилитель IC2 сконфигурирован как схема повторителя напряжения с единичным усилением. IRED оптопары можно увидеть подключенным к контуру отрицательной обратной связи.

Этот контур заставляет напряжение на R3 (и, следовательно, ток через IRED) точно следовать или отслеживать напряжение, которое прикладывается к контакту № 3 операционного усилителя, который является неинвертирующим входным контактом.

Этот вывод 3 операционного усилителя настроен на половину напряжения питания через цепь делителя потенциала R1, R2. Это позволяет модулировать вывод 3 сигналами переменного тока, которые могут быть аудиосигналом, и заставляет подсветку IRED изменяться в соответствии с этим аудиосигналом или модулирующим аналоговым сигналом.

Ток покоя или ток покоя, потребляемый для тока IRED, достигается при 1–2 мА через R3.

На выходной стороне оптопары ток покоя определяется фототранзистором. Этот ток создает напряжение на потенциометре R4, значение которого необходимо отрегулировать так, чтобы он генерировал выходной сигнал покоя, который также был бы равен половине напряжения питания.

Эквивалент трекинг-модулированного выходного аудиосигнала извлекается через потенциометр R4 и отделяется через C2 для дальнейшей обработки.

Сопряжение симистора с оптопарой

Оптопары

можно идеально использовать для создания идеально изолированной связи между цепью управления с низким постоянным током и цепью управления симистором с высоким напряжением переменного тока.

Рекомендуется, чтобы сторона заземления входа постоянного тока была подключена к надлежащей линии заземления.

Полную установку можно увидеть на следующей схеме:

Вышеупомянутая конструкция может использоваться для изолированного управления сетевыми лампами переменного тока, нагревателями, двигателями и другими подобными нагрузками.Эта схема не является управляемой установкой перехода через нуль, то есть триггер входа заставит симистор переключаться в любой точке формы сигнала переменного тока.

Здесь сеть, образованная R2, ​​D1, D2 и C1, создает разность потенциалов 10 В, полученную на входе линии переменного тока. Это напряжение используется для запуска симистора через Q1 всякий раз, когда сторона входа включается путем замыкания переключателя S1. Это означает, что пока S1 разомкнут, оптопара выключена из-за нулевого смещения базы Q1, которое удерживает симистор в выключенном состоянии.

В момент замыкания S1 активируется IRED, который включает Q1. Q1 впоследствии подключает 10 В постоянного тока к затвору симистора, который включает симистор, и в конечном итоге также включает подключенную нагрузку.

Следующая схема, представленная выше, разработана с использованием кремниевого монолитного переключателя нулевого напряжения CA3059 / CA3079. Эта схема позволяет симистору запускаться синхронно, то есть только во время перехода через нулевое напряжение формы сигнала цикла переменного тока.

При нажатии S1 операционный усилитель реагирует на это, только если цикл переменного тока на входе симистора составляет около нескольких мВ около линии пересечения нуля.Если входной триггер срабатывает, когда переменный ток не находится рядом с линией пересечения нуля, то операционный усилитель ждет, пока форма волны не достигнет точки пересечения нуля, и только после этого запускает симистор через положительную логику со своего контакта 4.

Эта функция переключения при переходе через нуль защищает подключенное устройство от внезапных сильных скачков и всплесков тока, поскольку включение выполняется на уровне перехода через нуль, а не когда переменный ток находится на более высоких пиках.

Это также устраняет ненужные радиочастотные шумы и помехи в линии электропередачи.Этот переключатель перехода через нуль на основе симистора с оптопарой можно эффективно использовать для создания SSR или твердотельных реле.

PhotoSCR и PhotoTriacs Optocoupler Application

Оптопары с фотодетектором в виде photoSCR и выходом фото-симистора обычно рассчитаны на более низкий выходной ток.

Однако, в отличие от других оптопар, optoTriac или optoSCR обладают довольно высокой способностью выдерживать импульсный ток (импульсный), который может быть намного выше, чем их номинальные среднеквадратичные значения.

Для оптопар SCR спецификация импульсного тока может достигать 5 ампер, но это может быть в виде длительности импульса 100 микросекунд и рабочего цикла не более 1%.

С симисторными оптопарами спецификация перенапряжения может составлять 1,2 А, что должно длиться только 10 микросекундных импульсов с максимальным рабочим циклом 10%.

На следующих изображениях показано несколько прикладных схем с использованием симисторных оптопар.

На первой схеме можно увидеть photoTriac, сконфигурированный для включения лампы непосредственно от линии переменного тока.Здесь лампа должна быть рассчитана на среднеквадратичное значение менее 100 мА и пиковое значение пускового тока менее 1,2 А для безопасной работы оптопары.

Вторая конструкция показывает, как оптопару photoTriac можно настроить для срабатывания ведомого симистора и последующего включения нагрузки в соответствии с любой предпочтительной номинальной мощностью. Эту схему рекомендуется использовать только с резистивными нагрузками, такими как лампы накаливания или нагревательные элементы.

На третьем рисунке выше показано, как две верхние схемы могут быть изменены для работы с индуктивными нагрузками, такими как двигатели.Схема состоит из R2, C1 и R3, которые генерируют фазовый сдвиг в цепи управления затвором симистора.

Это позволяет симистору выполнить правильное срабатывание. Резисторы R4 и C2 используются в качестве демпфирующей цепи для подавления и контроля всплесков напряжения из-за индуктивных обратных ЭДС.

Во всех вышеупомянутых приложениях размер R1 должен быть таким, чтобы на IRED подавался прямой ток не менее 20 мА для надлежащего срабатывание симисторного фотоприемника.

Счетчик скорости или приложение детектора оборотов

На приведенных выше рисунках поясняется пара уникальных настраиваемых модулей оптопар, которые можно использовать для счетчиков скорости или приложений измерения оборотов.

Первая концепция представляет собой индивидуализированный узел соединитель-прерыватель с прорезями. Мы можем видеть щель в виде воздушного зазора между IRED и фототранзистором, которые установлены на отдельных коробках, обращенных друг к другу через щель воздушного зазора.

Обычно инфракрасный сигнал может проходить через слот без каких-либо блокировок, пока на модуль подается питание. Мы знаем, что инфракрасные сигналы можно полностью заблокировать, поместив на их пути непрозрачный объект. В обсуждаемом приложении, когда препятствие, такое как спицы колеса, может пройти через прорезь, это вызывает прерывание прохождения ИК-сигналов.

Затем они преобразуются в тактовую частоту на выходе клемм фототранзистора. Эта выходная тактовая частота будет варьироваться в зависимости от скорости колеса и может быть обработана для требуемых измерений. .

Ширина указанного паза может составлять 3 мм (0,12 дюйма). Фототранзистор, используемый внутри модуля с фототранзистором, должен иметь минимальный CTR около 10% в «открытом» состоянии.

Модуль фактически является копией стандартной оптопары со встроенным ИК-датчиком и фототранзистором, с той лишь разницей, что здесь они дискретно собраны внутри отдельных коробок с разделяющей их щелью с воздушным зазором.

Первый модуль выше может использоваться для измерения оборотов или как счетчик оборотов. Каждый раз, когда язычок колеса пересекает прорезь оптопары, фототранзистор выключается, генерируя единичный счет.

Прилагаемый второй дизайн показывает модуль оптопары, предназначенный для реагирования на отраженные ИК-сигналы.

IRED и фототранзистор установлены в отдельных отсеках модуля, поэтому обычно они не могут «видеть» друг друга. Однако два устройства установлены таким образом, что оба имеют общий угол фокусировки, равный 5 мм (0.2 дюйма) прочь.

Это позволяет модулю прерывателя обнаруживать близлежащие движущиеся объекты, которые нельзя вставить в тонкий слот. Этот тип оптического модуля с отражателем может использоваться для подсчета прохождения крупных объектов по конвейерной ленте или объектов, скользящих по подающей трубе.

На втором рисунке выше мы видим модуль, применяемый в качестве счетчика оборотов, который обнаруживает отраженные ИК-сигналы между IRED и фототранзистором через зеркальные отражатели, установленные на противоположной поверхности вращающегося диска.

Расстояние между модулем оптопары и вращающимся диском равно фокусному расстоянию 5 мм пары эмиттерных детекторов.

Отражающие поверхности на колесе могут быть выполнены с использованием металлической краски, ленты или стекла. Эти индивидуализированные модули дискретных оптопар могут также эффективно применяться для подсчета частоты вращения вала двигателя, измерения оборотов вала двигателя или вращения в минуту и ​​т. Д. Вышеупомянутая концепция фото-прерывателей и фоторефлекторов может быть построена с использованием любого опто-детекторного устройства, такого как фотодарлингтон, photoSCR, и устройства photoTriac в соответствии со спецификациями конфигурации выходной цепи.

Сигнализация вторжения в дверь / окно

Вышеупомянутый модуль прерывателя оптоизолятора может также эффективно использоваться в качестве сигнализатора вторжения в дверь или окно, как показано ниже:

Эта схема более эффективна и проста в установке, чем обычное реле защиты от проникновения с герконом. тревога.

Здесь схема использует таймеры IC 555 в качестве однократного таймера для подачи сигнала тревоги.

Паз воздушного зазора оптоизолятора заблокирован рычажным креплением, которое также встроено в окно или дверь.

В случае открытия двери или окна, блокировка в слоте устраняется, и светодиод IR достигает фототранзисторов и активирует однократный моностабильный каскад IC 555.

IC 555 мгновенно включает пьезозуммер, предупреждающий о вторжении.

Что такое оптоизолятор и как он работает?

Что такое оптоизолятор (оптический соединитель или оптрон)?

Оптоизолятор (также известный как оптический соединитель, оптопара, оптрон) – это полупроводниковое устройство, которое передает электрический сигнал между изолированными цепями с помощью света.

Эти электронные компоненты используются в широком спектре систем связи и мониторинга, в которых используется гальваническая развязка, чтобы излучатели высокого напряжения не влияли на схемы с низким энергопотреблением, принимающие сигнал.

Как работают оптоизоляторы?

Схема оптоизолятора состоит из излучателя, в данном случае инфракрасного светодиода (IRED) или лазерного диода для передачи входного сигнала и фотодатчика (или фототранзистора) для приема сигнала.Таким образом, входной сигнал может генерировать электрическую энергию или модулировать электрический ток, исходящий от электронного устройства или другого источника питания.

Когда входной ток подается на светодиодный фотодиод (обычный тип фотодатчика), генерируется инфракрасный свет, который проходит через материал внутри оптического изолятора. Луч проходит через прозрачный зазор и улавливается приемником, который действует как преобразователь. Используя изоляцию сигнала, датчик может преобразовывать модулированный свет обратно в выходной сигнал.

Входной стороной оптоизоляторов может быть фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, кремниевый выпрямитель или симистор. Твердотельное реле с оптопарой содержит оптоизолятор на фотодиоде, который управляет переключателем питания на выходной стороне, обычно это пара дополнительных полевых МОП-транзисторов.

Почему важны оптоизоляторы?

Электронное оборудование, такое как микроконтроллеры, печатные платы и трансформаторы, подвержено скачкам напряжения из-за радиочастотных передач, ударов молний и скачков напряжения источника питания.

Оптоизоляторы на основе фоторезисторов были впервые использованы в 1968 году в аудио- и музыкальной индустрии, чтобы избежать поломки оборудования, такого как гитарные усилители. Оптоизоляторы предлагают безопасный способ заставить высоковольтные компоненты и низковольтные устройства работать вместе пропорционально.

Оптоизолятор заключен в единое устройство (см. Изображение) и имеет вид интегральной схемы или транзистора с дополнительными выводами. Благодаря автоматизации организации могут использовать оптопары для изоляции цепей малой мощности от выходных цепей большей мощности и для удаления электрических помех из сигналов.

Иллюстрация того, как оптоизоляторы устраняют электрические помехи из сигналов.

Для каких целей используются оптоизоляторы? Оптоизоляторы

наиболее подходят для изоляции напряжения от цифровых сигналов, но их также можно использовать для передачи аналоговых сигналов.

Изоляция любой скорости передачи данных более 1 мегабита в секунду (Мбит / с) считается высокой скоростью. Наиболее распространенная скорость, доступная для цифровых и аналоговых оптоизоляторов, составляет 1 Мбит / с, хотя также доступны цифровые скорости 10 Мбит / с и 15 Мбит / с.

Оптоизоляторы

считаются слишком медленными для многих современных цифровых применений, но исследователи создали альтернативы с 1990-х годов.

В области связи высокоскоростные оптоизоляторы используются в источниках питания для серверов и телекоммуникационных приложений – например, технология Power over Ethernet (PoE) для проводных локальных сетей Ethernet. Компоненты оптоизоляторов также могут защитить Ethernet и оптоволоконные кабели от скачков напряжения. В телефонах VoIP электрические сигналы можно изолировать с помощью транзисторной выходной оптопары.

Хотя это уже не является распространенным явлением, когда модемы используются для подключения к телефонным линиям, использование оптоизоляторов позволяет подключать компьютер к телефонной линии без риска повреждения из-за скачков напряжения или скачков напряжения. В этом случае в аналоговой части устройства используются два оптоизолятора: один для восходящих сигналов, а другой – для нисходящих сигналов. Если в телефонной линии произойдет скачок напряжения, это не повлияет на работу компьютера, поскольку оптический зазор не проводит электрический ток.

Коммутация нагрузки переменного тока с использованием симистора

TRIAC (триод для переменного тока) – идеальный переключатель силовой электроники для использования для переключения приложений , поскольку он может управлять потоком тока как в положительном, так и в отрицательном полупериоде переменного тока . Он также имеет преимущество в более низкой стоимости по сравнению с тиристорной схемой с задними контактами. Для управления током до 4 А, напряжением до 600 В и низким пусковым током я рекомендовал симистор, кроме того, тиристор с задними контактами может работать нормально.

Управление высоковольтными устройствами с помощью оптически изолированного устройства силовой электроники дает преимущества управления напряжением. Эта простая схема TRAIC BT136 и оптопара MOC3021 могут управлять высоковольтными устройствами с микроконтроллера. Например, Arduino для управления лампочкой 230/220 В или любым устройством, работающим от высокого напряжения. Эта схема также может работать для приложений регулирования яркости и скорости с использованием сигнала ШИМ от Arduino.

Поскольку TRIAC имеет двунаправленный клапан, эта схема используется для приложений переменного и постоянного тока.

Работа TRIAC CIRCUIT

Во время включения:
Когда 5 В / 3,3 В подается от микроконтроллера на оптопару, устройства MOC3021 содержат инфракрасные излучающие диоды на основе арсенида галлия на выводах 1 и 2. Этот диод излучает инфракрасное излучение. свет и запускать оптически связанный светом активированный кремниевый двусторонний переключатель на контактах 6 и 4, который позволяет току течь между ними. Этот источник питания обеспечивает ток GATE для затвора TRIAC (вывод 3 TRIAC), а TRIAC проводит основной ток между выводами MT1 и MT2.

В состоянии ВЫКЛ .:
Когда 0 В подается между контактами 1 и 2 оптопары, контакты 6 и 4 действуют как разомкнутые, переключаемые и не допускают протекания тока между ними, так как нет тока GATE на триак, он перестает проводить.

Работа TRIAC CIRCUIT

Во время включения:
Когда 5 В / 3,3 В подается от микроконтроллера на оптопару, устройства MOC3021 содержат инфракрасные излучающие диоды на основе арсенида галлия на контактах 1 и 2.Этот диод излучает инфракрасный свет и запускает кремниевый двусторонний переключатель, активируемый оптически связанным светом, на контактах 6 и 4, который позволяет току течь между ними. Этот источник питания обеспечивает ток GATE для затвора TRIAC (вывод 3 TRIAC), а TRIAC проводит основной ток между выводами MT1 и MT2.

В состоянии ВЫКЛ .:
Когда 0 В подается между контактами 1 и 2 оптопары, контакты 6 и 4 действуют как разомкнутые, переключаемые и не допускают протекания тока между ними, так как нет тока GATE на триак, он перестает проводить.

Недостатки TRIAC

При нормальном отказе электромеханическое реле действует как разомкнутый переключатель, в то время как все SSR (переключатели силовой электроники) действуют как короткое замыкание. Что может привести к непрерывному питанию нагрузки в случае отказа.

TRIAC

как Схема работы диммера TRIAC

---

ТРИАК похожи на 2 параллельных тиристора

Таким образом, они могут переключать обе стороны синусоидального сигнала переменного тока

Они часто переключаются с использованием DIACS

Их можно использовать для управления нагрузками переменного тока с помощью переключателя
или постепенной подстройки синусоидальной волны

За счет использования оптической связи они могут быть безопасно связаны с компьютерными цепями управления

---

ТРИАКОВ похожи на 2 параллельных SCR и могут обрабатывать обе стороны синусоидальной волны.

---

Вот и внутренняя полупроводниковая структура из а TRIAC

---

Кнопочный переключатель контролирует протекание тока в нагрузке

---

Ток, введенный в ВОРОТА, управляет TRIAC

Переключатель TRIAC контролирует ток через нагрузку

Потому что им можно управлять до триггера при различные точки напряжения на синусоиде, его можно использовать для эффективно контролировать мощность RMS, выдаваемую к нагрузке скорее просто сырой вкл / выкл.

Это как выключатель, который может включаться и выключаться в разное время по синусу волна.

---

TRIAC – это выключатель, управляемый воротами.

---

Логические схемы низкого напряжения хрупкие и дорогие, они должны быть электрически изолированы от высоковольтного симистора схема с использованием микросхемы модуля оптопары

---

СКЗ мощность и напряжение на нагрузке контролируются обрезка синусоиды AC .

---

Постепенная обрезка синусоидальной волны VAC снижает мощность, подаваемую на нагрузка (фары электродвигателя отопителя)

An осциллограф подключен к нагрузке управляемой TRIAC нагрузки показывает прогрессивное обрезка синусоидальной волны, которая эффективно управляет среднеквадратичной мощностью нагрузка.

---

Переменный резистор устанавливает точку на синусоида, при которой происходит обрезка, эффективно затемняя или освещая свет

Конденсатор и индуктор попытка минимизировать помехи, создаваемые эффектом привязки ТРИАК на синусоиде ……
как колокольный звон, гармоники (даже некоторые РФ) создаются в цепи, которая может создавать помехи другим устройствам

---

Типичный домашний светорегулятор использует TRIAC
Симисторы не могут контролировать высокий ток значения
, которые могут быть SCR

Вот реальный вид схема выше.

Обратите внимание на индуктивность и конденсатор используются для фазового сдвига и фильтрация шума.

Вы когда-нибудь замечали, что 60 Гц звонит звук, исходящий от диммеров, а иногда и от нити накала лампы накаливания с регулировкой яркости?
Это результат прерывания синуса волна, питающая свет.

---

Вентилятор пытается сохранить прохладу в окружающей среде (ЦП, производственный процесс, двигателя)

В цепи управления скоростью вентилятора используется 2 термисторы как делитель напряжения для управления триггером TRIAC схема.

Таким образом, скорость вентилятора пропорциональна температуре.

---

Здесь низкое напряжение Логическая схема используется для управления нагрузкой переменного тока более высокого напряжения (электродвигатель отопителя).
Оптопара используется для защиты цепи низкого напряжения от более высокое напряжение.

---

Одной стороной твердотельного переключателя
является регулятор низкого напряжения

Другая сторона для высокое напряжение переменного тока контроль нагрузки

---

Вот типичный Пакет драйвера TRIAC , используемый для интерфейса управления с низким уровнем логики цепи к управляемым нагрузкам переменного тока высокого напряжения.\

Оптопара Схема и TRIAC содержатся в одном корпусе.

---

Актуальный модуль для Управление нагрузкой TRIAC с помощью Fairchild MOC3062 6-контактный DIP 600V Драйвер TRIAC с нулевым переходом Оптрон

---

Программируемый Контроллер мультиварки TRIAC.

---

Fairchild MOC3041 Оптрон сопряжение с компьютером и нагрузкой переменного тока

.