Bir optokuplör için beraberindeki bileşenleri nasıl seçerim?

Bir mikrodenetleyici ATmega16L kullanarak bir elektrikli cihazın Açık / Kapalı durumunu algılamak için bir optokuplör ( MOC3021 ) kullanıyorum. Bunu nasıl yapabilirim? Şebeke besleme özelliklerim 230V, 50Hz. Çevreleyen devreyi nasıl tasarlayabilir ve dirençler gibi bileşen değerlerini nasıl seçebilirim?

13 Haziran 2012 tarihinde DÜZENLENDİ Not: İlk defa böyle bir devreyi çözüyorum. Lütfen herhangi bir yararlı geri bildirim gönderin. (yanlış yaptığım şeyler veya iyileştirmeler dahil)

Yukarıdaki şemaya atıfta bulunarak. Fikir, yükün açık veya kapalı olduğunu belirlemek için bu devreyi kullanmaktır. Çıkış Mikrodenetleyici I harici kesilmesine optocoupler bağlantısından pim ATmega16L olan kullanıyorum. Kesme olacaktır Monitör yük durumunu. İzlemeden sonra aynı mikro denetleyiciye bağlanan bir röle (röle bir Kontrol mekanizması görevi görür) kullanarak yükün durumunu değiştirebilirim .

Şimdi, R1, R2 ve Rc için direnç değerlerini hesaplamayı denedim. Not: Mikrodenetleyicinin VIL (maks) = 0.2xVcc = 660mV ve VIH (dk) = 0.6xVcc = 1.98V ve VIH (maks) = Vcc + 0.5 = 3.8V.

Rc hesaplamak oldukça kolaydır. Transistör iletmediğinde çıkış yüksektir (3,3V'de). Transistör ilettiğinde çıkış düşük çekilir. bu nedenle mikrodenetleyici bakış açısından, çıkış yüksek yük yükün KAPALI ve çıkış düşük yük yükün AÇIK olduğu anlamına gelir.

IF = 1mA'da minimum% 34 TO kullanarak, SFH621A-3 için veri sayfasına bakın. Bu nedenle, 1mA girişte çıkış 340uA olacaktır. Mikrodenetleyicinin optokuplör çıkışından düşük voltaj algılaması için 1Kohm direnç değerini kullanabilir miyim? Böylece optokuplörden gelen çıkış 340mV (VIL'in altında (maks) ) bir gerilime sahip olacaktır.

Daha sonra, uzun bir gün oldu.

15 Haziran 2012 tarihinde DÜZENLENMİŞ

Not: Güç hattındaki dirençler için çözme (R1 ve R2). Lütfen hesaplamalarımı ve uygun geri bildirimleri kontrol edin.

Amaç : LED'leri 10mS yarım periyotta (20mS tam 50Hz periyot) maksimum süre boyunca * AÇIK ** tutmaktır. LED'lerin zamanın% 90'ı için AÇIK olması gerektiğini varsayalım, bu LED'lerin bu yarım dönem için zamanın% 90'ı için en az 1mA akım gerektirdiği anlamına gelir, bu da LED'lerin 10mS yarım dönemde 9mS için aktif olacağı anlamına gelir. Böylece, 9mS / 10mS = 0.9 * 180 ( yarım dönem ) = 162 derece. Bu, akımın 9 derece ile 171 derece arasında 1mA olacağını ( ve 0 derece ila 9 derece ve 171 derece ila 180 derece arasında 1mA'dan az ) gösterir. Tam sayılarla çalışmak düzgün ve% 5 en az bu uygulamada herhangi bir fark yaratmadığından AÇIK zamanının% 95 olduğunu düşünmedik.

Vpeak-peak = 230V x sqrt (2) = 325V. Toleransları dikkate alarak. Minimum tolerans% 6. 325 x 0.94 ( 100-6 ) x günah (9) = 47.8V

Yani, R1 ≤ (47.8V - 1.65V) / 1mA = 46.1 Kohms 39 Kohms'ın 46.1 Kohms (e12 serisi) değerinden daha küçük bir değer seçmek. Şimdi hesaplanana kıyasla daha küçük bir değer direnci seçildiğine göre, diyotlardan geçen akım 1mA'dan daha büyük olacaktır.

Yeni akımın hesaplanması: ((325V x 110%) - 1.25V) / 39 Kohms = 9.1mA (diyotların maksimum değerine çok yakın). Bir an sonra geri dönüyor [Etiket - 1x]

İlk önce direncin güç değerlerini hesaplayın (39 Kohm dikkate alınarak) ((230 +% 10) ^ 2) / 39K = 1.64 Watt (çok yüksek).

Hesaplamaya geri dönme [Etiket - 1x] İki 22 Kohm direnç seçelim. Birlikte oldukça yakın olan 44 Kohm'u ekliyorlar (46.1 Kohm (yukarıda hesaplanmıştır))

iki direncin güç derecesinin kontrol edilmesi: ((230 +% 10) ^ 2) / (2 x 22) Kohm = 1.45W. her biri 1W güç derecesine sahip 22 Kohm direnç seçin.

Şimdi, tüm bunlardan sonra ilk TO% 34 idi, bu da 1mA giriş 340µA çıkış olacak demektir . Ancak şimdi 2x22 Kohm dirençleri nedeniyle akım çıkışta biraz daha fazla olacaktır. Bu, çekme direnci Rc boyunca daha yüksek potansiyel anlamına gelir. Optokuplör çıkışında 500mV'nin altında bir voltaj düşüşü elde etmek için bir sorun olur mu?

MOC3021, triyak çıkışlı bir optokuplördür. Genellikle elektrikle çalışan cihazları değiştirmek için bir güç triyakını sürmek için kullanılır. Triyaklar sadece AC devrelerde kullanılabilir.

Transistör çıkışlı, tercihen girişte karşıt paralelde iki LED'li bir optokuplör gerekir. SFH620A bir parçasıdır.

Paralel olarak iki LED, transistörün şebekenin her iki yarım döngüsünde de etkinleştirilmesini sağlar. Birçok optokuplör sadece 1 LED'e sahiptir, bu işe yarar, ancak 50Hz için 20ms'lik bir sürede 10ms'lik bir çıkış darbesi verir. Bu durumda, ters polarize olduğunda LED'i aşırı voltajdan korumak için girişe paralel bir diyot yerleştirmeniz gerekir.

$\mu$

$\Omega$$\mu$

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

1 mA'de en az% 34'lük bir TO'ya sahip olmak istiyorsak SFH620A-3'ü kullanmalıyız.

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

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

$\Omega$$\Omega$, bu bir E24 değeri değildir. En yakın E24 değerini seçebilir ve hesaplamalarımızı kontrol edebilir veya bir E96 seçebiliriz. İkincisini yapalım.

Hepsi bu kadar millet. :-)

düzenlemek
yorum yapması gereken çok daha fazlası olduğunu önerdi, bu cevap 3 kat daha uzun olabilir. Örneğin, AVR'nin I / O pininin, transistörün on katından daha yüksek olabilen giriş kaçak akımı vardır. (Endişelenme, kontrol ettim ve güvendeyiz.)

$\times$ $V_{DD}$
yeterli çıkış akımı var, sadece 1mA giriş akımı o kadar yüksek ki onlar için güç dirençlerine ihtiyacımız var. Darlingtons, sadece 1mA'da belirtilmişlerse bunu mutlaka çözmez. % 600 TO'da 6mA kollektör akımı elde ederiz, ancak buna ihtiyacımız yoktur. 1mA hakkında bir şey yapamaz mıyız? Muhtemelen. Optokuplör için Elektriksel Özellikler'den sadece 1mA hakkında konuştum. Veri sayfasında bir grafik vardır, şek.5: CTR ile ileri akıma karşı, 0.1mA'da% 300'den fazla bir CTR gösterir. Bu grafiklere dikkat etmelisiniz. Tablolar genellikle size minimum ve / veya maksimum değerler verirken, grafikler genellikle size tipik değerler verir. % 300'ünüz olabilir, ancak daha düşük olabilir. Ne kadar düşük? Söylemiyor. Yalnızca bir ürün oluşturursanız deneyebilirsiniz, ancak '
$\mu$$\mu$

Diğer cevabımda neden orada bir Darlington optokuplör kullanmadığımı açıkladım: asıl neden, Darlington'ın ortak bir BJT'den çok daha yüksek doygunluk voltajı, 1 V kadar yüksek olabilir. ATmega16L için ' düşük bir seviye için maksimum giriş voltajını kullanmak, 3,3 V beslemede 0,2 × VDD veya 0,66 V'dir. 1 V çok yüksek.

Ancak düzeltilemeyen bir şey değildir, sadece birkaç ekstra bileşen gerektirir. Aynı zamanda 1 mA giriş akımı hakkında da bir şeyler yapacağız.

Giriş akımıyla başlamak için, 1 mA kullanmak zorunda kaldık çünkü veri sayfası daha düşük bir şeyden bahsetmedi ve sonra bir şeyler deneyebilirsiniz, ancak kendi başınızasınız, hiçbir garanti yok. Ancak FOD816 için veri sayfasının ilginç bir grafiği var.

Bu o. Bu 100 µA kadar düşük giriş akımları için TO verir ve hatta yüksek:% 350 (bunun bir Darlington olduğunu unutmayın). Ama bu grafiklere dikkat etmelisin. Tablolar genellikle size minimum veya maksimum değerler verirken, bu tür grafikler, aksi belirtilmedikçe size tipik değerler verecektir. Peki minimum olan nedir? Bilmiyoruz, ancak% 100 güvende. Daha fazla güvenlik için gidelim ve% 50 TO'yu varsayalım. Yani 100 µA için 50 µA çıkardık. Bakalım bu yeterli mi.

Bu değiştirilmiş çıkış aşamasıdır. U1'in transistörü, açıkken 50 µA sağlayan foto Darlington'dur. R4 için 10 µA seçelim, bu nedenle değeri 0.6 V / 10 µA = 60 kΩ olacaktır. Daha sonra R4'ün işlevine geri döneceğim.

$H_{FE}$

$\times$

R4'ün hala bir açıklamaya ihtiyacı var. Varsayalım. Sonra tüm Darlington'ın akımı T1'e gidiyor. Ne zaman FOD816'nın kaçak akımı (veri sayfasında "karanlık akım" olarak adlandırılır) 1 µA kadar yüksek olabilir. T1 bunu 250 uA maksimum kötü duruma yükseltir, bu da R5'e 3.3 V düşürmek için yeterlidir. Böylece çıktı kalıcı olarak düşük olabilir.
R4 için 60 kΩ değerini seçtik. Ardından, voltaj düşmesi 0.6 V'den az olduğu sürece, tüm Darlington'ın akımı R4'den geçer ve hiçbiri T1'den geçmez, çünkü minimum baz verici voltajına ulaşılmaz. Bu 10 uA idi. Böylece 1 µA karanlık akım sadece 60 mV düşüşe neden olur ve baz akım olmaz.

Tüm bileşenlerimiz için değerlerimiz var, geriye kalan tek şey giriş dirençlerini her biri 220 kΩ'ye yükseltmektir. Bunun için 1/4 W direnç kullanabilirsiniz.

Devrenin parametrelerini anlamak için çıkışta ihtiyacınız olan şeyle başlayın ve geriye doğru çalışın. 10 kΩ çıkıştaki çekme için iyi bir değerdir. Düşük gücün önemli olduğu pil işletimi gibi olağandışı gereksinimleriniz olmadığı sürece, 10 k the hattı kaçak ve makul gürültüye karşı oldukça yüksek çekmek için yeterince düşük, ancak çok fazla akım gerektirecek kadar düşük değil.

Optodaki çıkış transistörü açıldığında, Rc'ye en fazla 3,3 V koyacaktır. Transistörün batabilmesi gereken minimum akım olan 3.3 V / 10 kΩ = 330 µA. Biraz ekstra istersiniz, böylece hattın düşük olması gerektiğinde tamamen düşük tutulması gerekir. En azından 500 µA batırabilmesi gerektiğini söyleyebilirim, ancak kapatmak için belirli bir nedeniniz yoksa 1 mA kullanırım.

Çıktının 1 mA batması gerektiğini bildiğimize göre, bu 1 mA'yı çıkarmak için nasıl sürmemiz gerektiğini görmek için opto'nun veri sayfasına bakıyoruz. Veri sayfasının ilk sayfasına göre minimum% 100 garantili akım aktarım oranına sahip olan bu parçanın "-3" varyantını kullanıyorsunuz. Bu, transistörün, LED'lerden birine koyduğunuz kadar en az akımı batırabileceği anlamına gelir. Ancak, TO spesifikasyonlarının üzerinde küçük "± 10 mA" değerine dikkat edin. Bunun gerçekte söylediği şey, LED'lere 10 mA koyarsanız, transistörün en az 10 mA batması mümkün olacaktır. Aslında herhangi bir giriş akımında herhangi bir şey vaat etmiyor.

Veri sayfasına daha fazla baktığınızda, sayfa 3'ün üst kısmında ek bilgiler bulabilirsiniz. Burada aslında 1 mA girişi için TO'yu gösterirler. Şimdi sadece% 34 olduğunu garanti ediyoruz. Bu, 1 mA çıkış lavabo kapasitesini elde etmek için, LED'leri 1 mA /% 34 = 2.9 mA ile sürmeniz gerekir, bu yüzden 3 mA mutlak minimum hedefleyelim.

Algılanması gereken voltajın 230 V AC olduğunu söylüyorsunuz. Bu bir sinüs olduğundan, 325 V'luk piklere sahip olacaktır. Opto'nun çıkış sinyali mikroya girer, bu nedenle güç açıkken sabit bir sinyal olmasına gerek yoktur. Aslında, mikro için anlık kesintileri ve aksaklıkları gidermek iyi bir fikirdir. Muhtemelen sinyal kapalıyken her ms'de azaltılmış bir sayaç tutar ve açıkken 50 gibi bir şeye sıfırlanırım. Bu, gücün kapalı olduğunu bildirmek için 50 msn için sinyal görmemeniz gerektiği anlamına gelir. Gerekli olan tek şey hat döngüsünün zirvesinde küçük bir çarpmadır ve bu sistem iyi çalışır. 50 Hz gücünde her 10 ms'de bir hat döngüsü tepe noktalarının oluştuğunu unutmayın.

O zaman nerede olduğumuza bakalım. Güç voltajı 325 V olduğunda LED'ler arasında en az 3 mA akış olmasını istiyoruz. LED'ler 1,65 V'a kadar düşecektir (sayfa 2'deki alt tablonun üstü) ve bu yine de makul en düşük güç hattı voltajında ​​çalışmalıdır. . LED düşmesinden sonra minimum 200 VAC, yani 283 V pik ve 281 V tespit edebilmeyi hedefleyelim. 281 V / 3 mA = 94 kΩ. Teorik olarak, gücü her güç tepe noktası için en az bir kez tetiklemek için LED'lerle seri olarak ihtiyaç duyulan tek şey budur.

Pratikte biraz marj eklemek iyi bir fikirdir. Çıktının, sadece küçük bir bip için açık olduğu garanti edilmez, her yarım döngünün makul bir sonlu kısmı için iddia edilmesini istersiniz. Tüm bunlara dayanarak, direnci kabaca 47 kΩ'ye yarıya indirirdim. Bu, önemli bir marjla tüm makul koşullar için çıktıyı sağlam bir şekilde açacaktır.

Yapmanız gereken tek şey bu olabilir, ama bekleyin, dahası var. 240 V gibi yüksek hat voltajında ​​ne olacağını düşünün. Tepe noktaları 340 V'dur ve LED'ler boyunca 7.2 mA'ya neden olur. İzin verilen maksimum LED akımını kontrol etmeniz gerekir, bu da 60 mA'dır, bu yüzden sorun değil. Bununla birlikte, dirençteki güç kaybını göz önünde bulundurun. Biz en kötü durum hat gerilimi, 240 V derseniz o zaman (LED gerilim düşüşü görmezden) direnç girecek gücü (240 V) 'dir ² direnç "W 2" en az bir olmalıdır O / 47 kÊ = 1.23 W. sonra fark edilir derecede ısınır.

Başka bir sorun, direncin voltaj değerinin dikkate alınması gerektiğidir. 340 V piklere dayanabilmesi gerekir, bu nedenle genel olarak 2 W ve 400 V için derecelendirilmiş bir 47 kΩ dirence ihtiyacınız vardır. Bunlar bulunabilir, ancak seri halinde birkaç direnç kullanmak daha kolay olabilir. Bu, seri dirençler arasındaki tepe voltajını ve güç dağılımını yayar. Dört 12 kΩ direnç bunu yapar ve sadece 300 mW dağıtır ve her biri 85 V görür. Bu, büyük miktarlarda bir şeyler satın alabileceğiniz bir hacim ürünü olmadığı sürece, tek bir dirence göre bulmak daha kolay ve daha ucuz olacaktır. Bu nedenle, sorulan sorunun cevabı, LED'lerle seri olarak dört sıradan 12 kΩ 1/2 Watt direnç koymaktır.

R1 ve R2'yi gösterirken bunların opto'nun her iki tarafında bölünmesi gerekmediğini unutmayın. Bir yerlerde LED'lerle seri olarak sadece tek bir direnç olması gerekir. Bu direnç bu durumda dört ayrı dirençten oluştuğu için, devrenin yüksek voltaj tarafında işlerin mekanik olarak en iyi şekilde çalışmasını sağlamak için istediğiniz şekilde bölebilirsiniz. Tercihen, yüksek voltaj için creapage yolunu en üst düzeye çıkarmak ve ısıyı yaymak için uçtan uca olacaktır.

Ancak, bu uygulama için bu optokuplörden hoşlanmıyorum, çünkü bizi çok fazla LED akımı sağlamaya zorlayan düşük dirençli bir aktarım oranına sahip, bu da dirençte çok fazla güç tüketilmesine neden oluyor. Yüksek akım aktarım oranının yararlı olduğu ve hızın önemli olmadığı bu tür bir uygulama için, ucuz ve mevcut FOD817'yi seviyorum. Bu parçanın D versiyonları 5 mA'da 3x garantili bir TO'ya sahiptir. Tam olarak 1 mA aldığınız şeyi söylemezler, ancak çıkışın 1 mA ile en az 1 mA batabileceği oldukça güvenli bir bahistir.

FOD817'nin tek bir LED'i vardır, ancak bununla başa çıkmak kolaydır (FOD814'ün arka arkaya LED'leri vardır, ancak daha az kullanılabilir ve daha yüksek kazanç varyantlarının bazılarında yoktur). Yukarıda açıklanan 50 ms şemasını kullanarak, hat döngüsü başına her 20 ms'de bir nabız alırsanız sorun olmaz. Dirençlere ek olarak LED ile seri bir diyot ve biraz diyot sızıntısı nedeniyle yüksek ters voltaj görmediğinden emin olmak için LED'in karşısında yüksek değerli bir direnç yerleştirin. 100 kΩ iyidir ve akımının diğer hesaplamalarımızla alakasız olması için yeterince yüksektir. Bunun bir başka avantajı, sadece daha az LED akımı gerektirdiği için daha düşük güç harcaması sağlamakla kalmaz, aynı zamanda LED'in sadece bir yönde sürülmesi nedeniyle güçte iki azalmanın başka bir faktörünü elde etmenizdir.

İşte son cevabım:

Bu tür bir uygulama için çok yüksek bir TO arıyorsanız, Liteon LTV-8xxx serisine bakın . % 600 dk. 1mA IF.