Как выбрать сопутствующие компоненты для оптопары?

Я использую оптопару ( MOC3021 ) для определения состояния включения / выключения электрического прибора с использованием микроконтроллера ATmega16L. Как мне это сделать? Мои технические характеристики сети 230 В, 50 Гц. Как мне спроектировать окружающую схему и выбрать значения компонентов, например, резисторы?

Отредактировано 13 июня 2012 г. Примечание. Я впервые решаю подобную схему. Пожалуйста, присылайте любые полезные отзывы. (включая вещи, которые я сделал неправильно или какие-либо улучшения)

Ссылаясь на приведенную выше схему. Идея состоит в том, чтобы использовать эту схему, чтобы определить, включена нагрузка или нет. Выходные контактные от оптопары подключается к внешнему прерыванию микроконтроллера я использую который ATmega16L. Прерывание контролирует состояние нагрузки. После контроля я могу переключать состояние нагрузки с помощью реле (реле действует как механизм управления ), которое подключается к тому же микроконтроллеру.

Теперь я попытался вычислить значения резисторов для R1, R2 и Rc. Обратите внимание, что VIL (макс.) = 0,2xVcc = 660 мВ, VIC (мин.) = 0,6xVcc = 1,98 В и VIH (макс.) = Vcc + 0,5 = 3,8 В.

Рассчитать Rc довольно легко. Когда транзистор не проводит, выходной сигнал высокий (3,3 В). Когда транзистор проводит, выходной сигнал низок. Таким образом, с точки зрения микроконтроллера, выходной высокий означает, что нагрузка выключена, а выходной низкий означает, что нагрузка включена.

Глядя на таблицу для SFH621A-3, используя минимальный CTR 34% при IF = 1 мА. Следовательно, на входе 1 мА выходной сигнал составит 340 мкА. Таким образом, чтобы микроконтроллер обнаружил низкое напряжение на выходе оптопары, можно ли использовать значение резистора 1 кОм? Таким образом, выходной сигнал оптопары будет иметь напряжение 340 мВ (что ниже VIL (max) )

Подробнее об этом позже, был долгий день.

Отредактировано 15 июня 2012 г.

Примечание: Решение для резисторов на линии электропередачи (R1 и R2). Пожалуйста, проверьте мои расчеты и любые соответствующие отзывы.

Цель : цель состоит в том, чтобы светодиоды * горели ** в течение максимального периода времени в течение полупериода 10 мс (полный период 20 мс 50 Гц). Допустим, светодиоды должны быть включены в течение 90% времени, это означает, что светодиоды потребляют ток не менее 1 мА в течение 90% времени для этого полупериода, что означает, что светодиоды будут активны в течение 9 мс в течение полупериода 10 мс. Итак, 9 мс / 10 мс = 0,9 * 180 ( полупериод ) = 162 градуса. Это показывает, что ток будет 1 мА между 9 и 171 градусами ( и менее 1 мА от 0 до 9 и от 171 до 180 градусов ). Не считал время включения 95%, так как работа с целыми числами аккуратна, и 5% не имеют никакого значения, по крайней мере, в этом приложении.

Vpeak-пик = 230 В x sqrt (2) = 325 В. Принимая во внимание допуски. Минимальный допуск 6%. 325 х 0,94 ( 100-6 ) х грех (9) = 47,8 В

Итак, R1 ≤ (47,8 В - 1,65 В) / 1 мА = 46,3 кОм. Выберите значение, меньшее чем 46,1 кОм, равное 39 кОм (серия e12). Теперь, когда выбрано меньшее значение сопротивления по сравнению с тем, которое было рассчитано, ток через диоды будет больше 1 мА.

Вычисление нового тока: ((325 В x 110%) - 1,25 В) / 39 кОм = 9,1 мА (слишком близко к максимальному значению If диодов). Возвращаясь к этому через мгновение [Label - 1x]

Сначала рассчитайте номинальную мощность резистора (с учетом 39 кОм) ((230 + 10%) ^ 2) / 39K = 1,64 Вт (слишком высоко).

Возвращаясь к расчету [Label - 1x]. Давайте выберем два резистора по 22 кОм. Вместе они составляют до 44 кОм, что довольно близко к 46,1 кОм (рассчитано выше)

проверка номинальной мощности двух резисторов вместе: ((230 + 10%) ^ 2) / (2 x 22) кОм = 1,45 Вт. Выберите 22 резистора по Ом, каждый с номинальной мощностью 1 Вт.

Теперь, после всего этого начальный CTR был 34%, что означает, что 1 мА на выходе будет 340 мкА на выходе . Но теперь из-за резисторов 2х22 кОм ток будет немного больше на выходе. Это означает более высокий потенциал на подтягивающем резисторе Rc. Будет ли проблема получить падение напряжения ниже 500 мВ на выходе оптопары?

MOC3021 - это оптопара с симисторным выходом. Он используется для управления симистором, как правило, для переключения электропитания. Симисторы могут использоваться только в цепях переменного тока.

Вам нужен оптопара с транзисторным выходом, предпочтительно один с двумя параллельными светодиодами на входе. SFH620A такая часть.

Два светодиода в параллельном соединении обеспечивают включение транзистора в обоих полупериодах сети. Многие оптопары имеют только 1 светодиод, который будет работать, но выдает выходной импульс 10 мс с периодом 20 мс для частоты 50 Гц. В этом случае вам также необходимо установить диод, противоположный входу, чтобы защитить светодиод от перенапряжения при обратной поляризации.

$\mu$

$\Omega$$\mu$

$\mu$$\Omega$$\mu$

Если мы хотим иметь CTR не менее 34% при 1 мА, мы должны использовать SFH620A-3.

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

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

$\Omega$$\Omega$, который не является значением E24. Мы можем выбрать ближайшее значение E24 и проверить наши расчеты или выбрать E96. Давайте сделаем последнее.

Вот и все, ребята. :-)

edit
Я предложил в комментарии, что нужно учесть гораздо больше, этот ответ может быть в 3 раза длиннее. Например, есть входной ток утечки на выводе ввода / вывода AVR, который может быть в десять раз выше, чем на транзисторе. (Не волнуйтесь, я проверил это, и мы в безопасности.)

$\times$ $V_{DD}$
у меня достаточно выходного тока, просто входной ток 1 мА настолько высок, что для них нам нужны силовые резисторы. Дарлингтоны не обязательно решают эту проблему, если они также указаны только на 1 мА. При CTR 600% мы получили бы ток коллектора 6 мА, но нам это не нужно. Разве мы не можем что-то сделать с 1мА? Наверное. Для оптрона я упоминал, что электрические характеристики говорят только о 1 мА. В таблице данных есть график, рис.5: CTR против прямого тока, который показывает CTR более 300% при 0,1 мА. Вы должны быть осторожны с этими графиками. В то время как таблицы часто дают минимальные и / или максимальные значения, графики обычно дают типичные значения. У вас может быть 300%, но это может быть ниже. Насколько ниже? Это не говорит. Если вы создаете только один продукт, вы можете попробовать его, но вы можете
$\mu$$\mu$

В своем другом ответе я объяснил, почему я не использовал там оптрон Дарлингтона: главная причина - напряжение насыщения Дарлингтона, которое намного выше, чем для обычного BJT, оно может достигать 1 В. Для ATmega16L вы ' Повторное использование максимального входного напряжения для низкого уровня составляет 0,2 × VDD или 0,66 В при напряжении 3,3 В. 1 В слишком высоко.

Но это не то, что не может быть исправлено, требуется всего пара дополнительных компонентов. В то же время мы сделаем что-то и с входным током 1 мА.

Чтобы начать с входного тока, нам пришлось использовать 1 мА, потому что в техническом описании ничего не сказано ниже, и тогда вы можете попробовать что-то, но сами по себе, никаких гарантий нет. Таблица данных для FOD816 , однако, имеет интересный график.

Это один. Этот действительно дает CTR для входных токов, столь же низких как 100 мкА, и это даже высоко: 350% (помните, что это - Дарлингтон). Но вы должны быть осторожны с этими графиками. В то время как таблицы часто дают минимальные или максимальные значения, графики такого типа дают типичные значения, если не указано иное. Так что же минимум? Мы не знаем, но 100% безопасно. Давайте сделаем еще большую безопасность и предположим, что рейтинг кликов равен 50%. Таким образом, при 100 мкА мы получили бы 50 мкА. Посмотрим, хватит ли этого.

Это модифицированный выходной каскад. Транзистор U1 - это фото-Дарлингтон, источник 50 мкА при включении. Давайте выберем 10 мкА для R4, поэтому его значение будет 0,6 В / 10 мкА = 60 кОм. Я вернусь к функции R4 позже.

$H_{FE}$

$\times$

R4 все еще нуждается в пояснениях. Предположим, мы опускаем это. Тогда весь ток Дарлингтона идет к T1. При отключении ток утечки FOD816 (называемый «темновой ток» в техническом описании) может достигать 1 мкА. T1 усилит это до 250 мкА в наихудшем случае, чего достаточно для падения на 3,3 В по R5. Таким образом, выход может быть постоянно низким.
Мы выбрали значение 60 кОм для R4. Тогда до тех пор, пока падение напряжения на нем не превышает 0,6 В, весь ток Дарлингтона будет проходить через R4, а не через T1, потому что минимальное напряжение базового эмиттера не достигается. Это было при 10 мкА. Таким образом, темновой ток 1 мкА вызовет падение напряжения только на 60 мВ, а базовый ток не возникнет.

У нас есть значения для всех наших компонентов, осталось только увеличить входные резисторы до 220 кОм каждый. Для этого вы можете использовать резисторы 1/4 Вт.

Чтобы вычислить параметры схемы, начните с того, что вам нужно на выходе и работайте в обратном направлении. 10 кОм - хорошее значение для подтяжки на выходе. Если у вас нет необычных требований, таких как работа от батареи, где важно низкое энергопотребление, 10 кОм является хорошим компромиссом между достаточно низким, чтобы натянуть линию устойчиво высоко против утечки и разумного шума, но не настолько низким, чтобы потребовать слишком большой ток.

Когда выходной транзистор в опто включается, он подает максимум 3,3 В через Rc. 3,3 В / 10 кОм = 330 мкА, что является минимальным током, который транзистор должен выдерживать. Вам нужно немного больше, чтобы линия удерживалась на низком уровне, когда она должна быть низкой. Я бы сказал, что как минимум он должен быть в состоянии опуститься до 500 мкА, но я бы использовал 1 мА, если у вас нет особой причины для его закрытия.

Теперь, когда мы знаем, что выходной сигнал должен падать на 1 мА, мы смотрим в таблицу данных опто, чтобы увидеть, как нам нужно запустить его, чтобы получить этот 1 мА. Вы используете вариант «-3» этой части, который согласно первой странице таблицы данных имеет минимальный гарантированный коэффициент передачи тока 100%. Это означает, что транзистор может потреблять по крайней мере столько же тока, сколько через один из светодиодов. Тем не менее, обратите внимание на «± 10 мА» выше CTR. На самом деле это говорит о том, что если вы поставите 10 мА через светодиоды, транзистор сможет поглотить не менее 10 мА. На самом деле он ничего не обещает при любом другом входном токе.

Более подробно просматривая таблицу, вы найдете дополнительную информацию в верхней части страницы 3. Здесь они фактически показывают CTR для входа 1 мА. Обратите внимание, что теперь гарантированно будет 34%. Это означает, что для получения выходного поглотителя 1 мА необходимо управлять светодиодами с 1 мА / 34% = 2,9 мА, поэтому давайте стремиться к абсолютному минимуму 3 мА.

Вы говорите, что измеряемое напряжение составляет 230 В переменного тока. Поскольку это синусоида, у него будут пики 325 В. Выходной сигнал опто входит в микро, поэтому нет необходимости, чтобы он был устойчивым сигналом при включении питания. На самом деле, для микро было бы неплохо иметь возможность выдерживать кратковременные прерывания и глюки. Я бы, вероятно, сохранил счетчик, который уменьшается каждую мс, когда сигнал выключен, и сбрасывается до 50, когда включен. Это означает, что вы не должны видеть никаких сигналов в течение 50 мс, чтобы объявить, что питание отключено. Все, что нужно, это небольшой всплеск на пике цикла линии, и эта система будет работать нормально. Обратите внимание, что пики линейного цикла возникают каждые 10 мс при мощности 50 Гц.

Итак, давайте посмотрим, где мы находимся. Мы хотим, чтобы через светодиоды было как минимум 3 мА, при напряжении питания 325 В. Светодиоды упадут до 1,65 В (верхняя часть нижней таблицы на стр. 2), и это все равно должно работать при наименьшем разумном напряжении линии электропередачи. , Давайте стремимся к тому, чтобы можно было обнаружить минимум 200 В переменного тока, что составляет 283 В пика, и 281 В после падения светодиодов. 281 В / 3 мА = 94 кОм. Теоретически, это все, что нужно последовательно со светодиодами, чтобы активировать выход по крайней мере один раз на пиковую мощность.

На практике это хорошая идея, чтобы добавить некоторый запас. Вы хотите, чтобы вывод был утвержден для разумной конечной доли каждого полупериода, а не только для гарантированного включения в течение небольшого всплеска. Учитывая все это, я бы примерно вдвое уменьшил резистор до 47 кОм. Это надежно включит выход для всех разумных условий со значительным запасом.

Вы можете подумать, что это все, что вам нужно сделать, но подождите, это еще не все. Подумайте, что произойдет при высоком напряжении в сети, например, до 240 В. Пиковые значения составляют 340 В, что приведет к 7,2 мА через светодиоды. Вы должны проверить максимально допустимый ток светодиода, который составляет 60 мА, так что все в порядке. Однако рассмотрим рассеяние мощности в резисторе. Если мы говорим , что в худшем случае линейное напряжение 240 В, то мощность происходит в резистор ( не обращая внимания на светодиодное падение напряжения) является (240 В) ⁺² / +47 кОм = 1,23 Вт , что должно быть , по крайней мере «2 Вт» резистор тогда, и это станет заметно теплым.

Другая проблема заключается в том, что номинальное напряжение резистора необходимо учитывать. Он должен выдерживать пики 340 В, поэтому в целом вам необходим резистор 47 кОм, рассчитанный на 2 Вт и 400 В. Они могут быть найдены, но может быть проще использовать несколько последовательных резисторов. Это распределяет пиковое напряжение и рассеиваемую мощность между последовательными резисторами. Четыре резистора по 12 кОм будут делать это и будут рассеивать только 300 мВт и видеть 85 В каждый. Это будет легче найти и дешевле, чем отдельный резистор, если только это не объемный продукт, где вы можете покупать вещи в большом количестве. Таким образом, ответ на поставленный вопрос состоит в том, чтобы последовательно соединить со светодиодами четыре обычных резистора по 12 кОм 1/2 Вт.

Обратите внимание, что их не нужно разделять на каждой стороне опто, как вы показываете R1 и R2. Там должно быть только одно сопротивление последовательно со светодиодами где-то. Поскольку в данном случае это сопротивление состоит из четырех отдельных резисторов, вы можете разделить их по своему усмотрению, чтобы механически работать лучше на стороне высокого напряжения цепи. Предпочтительно они должны быть сквозными, чтобы максимизировать путь расщепления для высокого напряжения и распределить тепло.

Тем не менее, мне не очень нравится этот оптрон для этого приложения, так как он имеет такой низкий коэффициент передачи тока, что вынуждает нас обеспечивать большой ток светодиода, что приводит к потреблению большого количества энергии в резисторе. Для такого рода приложений, где высокое значение коэффициента передачи тока полезно и скорость не имеет большого значения, мне нравится дешевый и доступный FOD817. D-версии этой части имеют гарантированный CTR 3x при 5 мА. Они не говорят точно, что вы получаете 1 мА, но вполне безопасно, что выход может опуститься как минимум на 1 мА при входе 1 мА.

У FOD817 есть один светодиод, но с ним легко иметь дело (FOD814 имеет спина к спине, но менее доступен и не входит в некоторые варианты с более высоким усилением). При использовании схемы 50 мс, описанной выше, нет проблем, если вы получаете импульс один раз за цикл линии, что каждые 20 мс. Поместите диод последовательно со светодиодом в дополнение к резисторам, и через светодиод через резистор высокого значения, чтобы убедиться, что он не видит высокое обратное напряжение из-за небольшой утечки диода. 100 кОм это хорошо, и достаточно высоко, чтобы его ток не имел отношения к другим нашим расчетам. Еще одним преимуществом этого является то, что вы не только получаете меньше рассеиваемой мощности из-за необходимости меньшего тока светодиода, но вы получаете еще один фактор снижения мощности в два раза, потому что светодиод движется только в одном направлении.

Итак, вот мой окончательный ответ:

Если вы ищете очень высокий CTR для этого типа приложений, посмотрите на серию Liteon LTV-8xxx . 600% мин. при 1 мА ЕСЛИ.