MOC3021 on optoeristin, jolla on triac-lähtö. Sitä käytetään sähkötriakin käyttämiseen tyypillisesti verkkokäyttöisten laitteiden vaihtamiseen. Triacsia voidaan käyttää vain vaihtovirtapiireissä.

Tarvitset transistorilähdöllä varustetun optoerottimen, mieluiten sellaisen, jossa on kaksi LEDiä vastakkaisessa tulossa. SFH620A on tällainen osa.

Kaksi antiparalleelista LED-valoa varmistavat, että transistori aktivoituu verkkovirran molemmissa puoliskoissa. Monissa optoerottimissa on vain yksi LED, joka toimisi, mutta antaa sinulle 10 ms: n lähtöpulssin 20 ms: n jaksossa 50 Hz: n ajan. Sinun on myös sijoitettava diodi tulon vastakkaiseen suuntaan myös tässä tapauksessa, suojaamaan LEDiä ylijännitteeltä päinvastaisessa polarisaatiossa.

Tärkeää on CTR tai virransiirtosuhde, joka osoittaa, kuinka paljon lähtövirtaa transistori uppoaa tietylle LED-virralle. Napsautussuhde ei usein ole kovin korkea, mutta SFH620A: lle voimme valita 100%: n vähimmäisarvon, vain se on 10 mA: n sisään, 1 mA: n ollessa vain 34%, joten 1 mA tarkoittaa vähintään 340 \ $ \ mu \ $ A .

Oletetaan, että lähtö menee 5 V: n mikrokontrolleriin ja että käytät 2k ​​\ $ \ Omega \ $ -vetovastusta, joka on esitetty kaaviossa. Jos transistori on pois päältä, se ei vedä virtaa, lukuun ottamatta pientä vuotovirtaa, enintään 100 nA, lomakkeen mukaan. Joten se aiheuttaa 200 \ $ \ mu \ $ V: n jännitehäviön vastuksen yli, mikä on enemmän kuin turvallista.

Jos transistori on päällä ja se vetää 340 \ $ \ mu \ $ A, jännitteen pudotus vastuksen yli on vain 680mV, ja se on aivan liian matala matalan tason saavuttamiseksi. Meidän on kasvatettava joko vastuksen arvoa tai virtaa. Koska vuotovirralla oli paljon marginaalia, voimme vastuksen arvon lisätä turvallisesti esimerkiksi arvoon 15k \ $ \ Omega \ $. Sitten 340 \ $ \ mu \ $ A antaa riittävän matalan lähtöjännitteen. (Teoreettisesti 5,1 V: n jännitehäviö, mutta käytettävissä on vain 5 V, joten se menee maahan.) Vuotovirran aiheuttama jännitehäviö on edelleen hyvin 1,5 mV: n rajoissa.

Jos haluamme, että napsautussuhde on vähintään 34% 1 mA: n kohdalla, on käytettävä SFH620A-3: ta.

Jos tätä ohjataan DC-lähteestä, olemme melkein valmiit. Lisää vain R1 sarjaan LEDien kanssa, R2: ta ei todennäköisesti tarvita. Sitten R1 \ $ \ leq \ $ (\ $ V_ {IN} \ $ - \ $ V_ {LED} \ $) / 1mA.

Mutta meidän on käsiteltävä 230 V: n AC-tulosignaalia. Nollaristeyksissä ei ole virtaa, siihen voimme tehdä vain vähän. Kuinka voimme saada vähintään 1 mA: n suurimman osan jaksosta tuhlaamatta liikaa virtaa? Tämä on kompromissi. Sinulla voi olla 1mA vain maksimijännitteelle, ja se antaa sinulle vain pienen pulssin, mutta tuhlaat vähiten virtaa. Tai voit käyttää 1 mA: n suurimman osan jaksosta, mutta sitten sinulla on enemmän virtaa, kun jännite on suurin. Oletetaan, että haluamme vähintään 9 ms: n pulssin 10 ms: n puolijaksolla (50 Hz). Tämä tarkoittaa, että virran on oltava 1mA 9 ° -vaiheessa 171 °: een asti. 230 V AC on 325 V huippu, mutta meidän on otettava huomioon -6% toleranssi, joten se on vähintään 306 V. 306V \ $ \ kertaa \ sin (9 °) = 48V. R1 \ $ \ leq \ $ (48V - 1,65V) / 1mA = 46,2k \ $ \ Omega \ $. (1.65V on LEDin suurin jännite.) Lähin E24-arvo on 43k \ $ \ Omega \ $. Sitten meillä on yli 1mA 9 ° -vaiheessa, mutta mitä jännitteen maksimissa. Tätä varten meidän on työskenneltävä positiivisen toleranssin, max. 10%. Tällöin huippujännite on 230 V \ $ \ kertaa \ $ \ $ \ sqrt {2} \ $ \ $ \ kertaa \ $ 110% = 358V. Suurin virta on sitten (358 V - 1,25 V) / 43 k \ $ \ Omega \ $ = 8,3 mA. (1,25 V on LED: n nimellisjännite). Se on selvästi alle optoerottimen rajan.

Emme voi tehdä tätä vain yhdellä vastuksella. Se ei todennäköisesti siedä suurjännitettä, ja sillä voi olla myös virranhukkaongelmia, tulemme siihen hetkessä. Huippujännite vastuksen yli on 357V. MFR-25 -vastuksen nimellisarvo on 250 V, joten tarvitsemme vähintään kahta sarjaan. Entä voima? 230 V + 10% 43 k: ssa \ $ \ Omega \ $ on 1,49 W. MFR-25: n teho on vain 1 / 4W, joten kaksi niistä ei toimi. Nyt voit valita, että niitä on enemmän sarjassa, mutta sen on oltava vähintään 6, tai valita korkeamman nimellisvastuksen. MFR1WS (sama tietolomake) on luokiteltu 1 W: ksi, joten kaksi sarjaa tekee. Muista, että meidän on jaettava vastuksen arvo 2: 21.5k \ $ \ Omega \ $, joka ei ole E24-arvo. Voimme valita lähimmän E24-arvon ja tarkistaa laskelmamme tai valita E96. Tehdään jälkimmäinen.

Siinä kaikki, ihmiset. :-)

muokkaa
Ehdotin kommentissa, että on paljon enemmän, mikä on otettava huomioon, tämä vastaus voi hyvinkin olla 3 kertaa niin pitkä. Esimerkiksi AVR: n I / O-nastan tulovirta, joka voi olla kymmenen kertaa korkeampi kuin transistori. (Älä huoli, tarkistin sen, ja olemme turvassa.)

Miksi en valinnut optiikkaa, jossa on Darlington -lähtö? Heillä on paljon korkeampi napsautussuhde.
Tärkein syy on Darlingtonin kyllästysjännite, joka on paljon suurempi kuin tavallisella BJT: llä. Esimerkiksi tällä optoerottimella se voi olla jopa 1 V. ATmega16L -mallissa suurin tulojännite matalalle tasolle on 0,2 \ $ \ kertaa \ $ \ $ V_ {DD} \ $ tai 0,66 V 3,3 V: n jännitteellä. 1 V on liian korkea. Se on tärkein syy.
Toinen syy voi olla, että se ei välttämättä auta. Meillä on tarpeeksi lähtövirtaa, vain 1 mA: n tulovirta on niin suuri, että tarvitsemme tehovastuksia niitä varten. Darlingtons ei välttämättä ratkaise tätä, jos ne määritetään myös vain 1 mA: n tarkkuudella. 600%: n CTR: llä saisimme 6 mA: n kollektorivirran, mutta emme tarvitse sitä. Emmekö voi tehdä mitään 1mA: n suhteen? Todennäköisesti. Mainitsin optoerottimelle, että sähköiset ominaisuudet puhuvat vain 1 mA: sta. Datalehdessä on kaavio, kuva 5: CTR vs. lähtövirta, joka osoittaa yli 300%: n CTR: n 0,1 mA: n kohdalla. Sinun on oltava varovainen näiden kaavioiden suhteen. Vaikka taulukot antavat usein minimi- ja / tai maksimiarvot, kaaviot antavat yleensä tyypilliset arvot. Sinulla voi olla 300%, mutta se voi olla pienempi. Kuinka paljon matalampi? Se ei sano. Jos rakennat vain yhden tuotteen, voit kokeilla sitä, mutta et voi tehdä sitä jokaiselle optoerottimelle, jos haluat tuottaa 10 kt vuodessa.
Se saattaa toimia. Oletetaan, että käytät 100 \ $ \ mu \ $ A sisään, ja suhteellisen turvallisella 100%: n napsautussuhde-arvolla sinulla olisi 100 \ $ \ mu \ $ A ulos. Sinun olisi tehtävä laskelmat uudelleen, mutta suurin etu on, että tulovastukset haihtuvat vain 150 mW: n sijaan 1,5 W: n sijasta. Se on sen arvoista.

Toisessa vastauksessani selitin, miksi en käyttänyt Darlington-optoeristintä siellä: tärkein syy on Darlingtonin kyllästysjännite, joka on paljon suurempi kuin tavallisella BJT: llä, se voi olla jopa 1 V. ATmega16L, jonka suurin tulojännite on matalalla tasolla, on 0,2 × VDD tai 0,66 V 3,3 V: n jännitteellä. 1 V on liian korkea.

Mutta se ei ole asia, jota ei voida korjata, se vaatii vain pari ylimääräistä komponenttia. Samalla teemme jotain myös 1 mA: n tulovirralle.

Aloittaen tulovirrasta jouduimme käyttämään 1 mA: ta, koska tietolomakkeessa ei mainittu mitään alempaa, ja sitten voit kokeilla asioita, mutta olet yksin, ei ole takeita. FOD816 -taulukossa on kuitenkin mielenkiintoinen kaavio.

Se on yksi. Tämä antaa CTR: n jopa 100 µA: n syöttövirroille, ja se on jopa korkea: 350% (muista, että tämä on Darlington). Mutta sinun on oltava varovainen näiden kaavioiden suhteen. Vaikka taulukot antavat usein minimi- tai maksimiarvot, tällaiset kaaviot antavat tyypillisiä arvoja, ellei toisin mainita. Joten mikä on vähimmäisvaatimus? Emme tiedä, mutta 100% on turvallista. Lisätään turvallisuutta ja oletetaan, että napsautussuhde on 50%. Joten 100 µA: n sisään saisimme 50 µA: n ulos. Katsotaanpa, riittääkö.

Tämä on muokattu lähtövaihe. U1: n transistori on valokuva-Darlington, joka hankkii 50 uA: n, kun se on päällä. Valitaan 10 µA R4: lle, joten sen arvo on 0,6 V / 10 µA = 60 kΩ. Palaan R4: n toimintaan myöhemmin.

T1: n perusvirtaa varten on jäljellä 40 µA. Jos valitsemme BC857A tälle, meillä on \ $ H_ {FE} \ $ vähintään 125, joten kollektorivirta on vähintään 5 mA. Vähintään 660 Ω: n R5 riittää tehon pienentämiseen. Koska käytämme suuren impedanssin mikrokontrolleri-tuloa, emme tarvitse 5 mA: n virtaa, ja voimme yhtä hyvin valita 15 kΩ, mikä rajoittaa virran arvoon 220 µA. Ohjaimen portin 1 µA: n tulovuoto aiheuttaa vain 15 mV: n pudotuksen, joten se on OK.

Mikä on R3: n tehtävä? Sitä käytetään yleensä perusvirran rajoittamiseen, mutta eikö Darlington tee sitä jo? Kyllä, kyllä, mutta arvo voi nousta melko korkeaksi. Toisessa vastauksessani laskin, että huippu-LED-virta voi nousta jopa 8,3 mA: iin, josta tulee 830 µA pienitehoisessa versiossamme. Laskimme turvallisella CTR-arvolla 50%, mutta tyypillisesti se on 350% ja suurin ehkä jopa korkeampi. 830 µA \ $ \ kertaa \ $ 350 = 290 mA, mikä on liikaa tälle huonolle BC857A: lle. Joten rajoitamme sen arvoon 100 µA valitsemalla R3: lle 15 kΩ: n arvon.

R4 tarvitsee vielä selitystä. Oletetaan, että jätämme sen pois. Sitten kaikki Darlingtonin virta menee T1: een. Kun FOD816: n vuotovirta (datalehdessä "pimeä virta") voi olla pois päältä, voi olla jopa 1 µA. T1 vahvistaa tämän suurimmaksi pahimmaksi mahdolliseksi tapaukseksi 250 uA, mikä riittää pudottamaan 3,3 V R5: n poikki. Joten lähtö voi olla pysyvästi matala.
Valitsimme R4: lle arvon 60 kΩ. Sitten niin kauan kuin jännitteen pudotus sen yli on alle 0,6 V, kaikki Darlingtonin virta kulkee R4: n kautta eikä mikään T1: n kautta, koska emäs-emitterin minimijännitettä ei saavuteta. Se oli 10 uA: ssa. Joten 1 µA: n tumma virta aiheuttaa vain 60 mV: n pudotuksen eikä perusvirtaa.

Meillä on arvot kaikille komponenteillemme, ainoa jäljellä oleva asia on lisätä tulovastukset kumpaankin 220 kΩ: iin. Voit käyttää siihen 1/4 W vastuksia.

Voit selvittää piirin parametrit aloittamalla tarvitsemasi lähdössä ja toimimalla taaksepäin. 10 kΩ on hyvä arvo lähdön vedolle. Ellei sinulla ole epätavallisia vaatimuksia, kuten akkukäyttö, jossa pieni teho on tärkeää, 10 kΩ on hyvä kompromissi tarpeeksi matalan välillä vetääksesi linjan vakaasti korkealle vuotoja ja kohtuullista melua vastaan, mutta ei niin alhainen, että se tarvitsisi liikaa virtaa. >

Kun optossa oleva lähtötransistori käynnistyy, se asettaa enintään 3,3 V Rc: n poikki. 3,3 V / 10 kΩ = 330 µA, mikä on pienin virta, jonka transistorin on voitava upota. Haluat ylimääräistä, jotta viiva pidetään vakaasti matalana, kun sen oletetaan olevan matala. Sanoisin vähintään, että sen pitäisi pystyä uppoamaan 500 µA, mutta käytän 1 mA, ellei sinulla ole erityistä syytä leikata sitä lähelle.

Nyt kun tiedämme, että lähdön on uppoava 1 mA, katsomme opto-tietolomakkeesta, kuinka meidän on ajettava sitä saadaksemme 1 mA: n ulos. Käytät tämän osan muunnosta "-3", jonka taulukkomuodon ensimmäisen sivun mukaan taattu virransiirtosuhde on vähintään 100%. Tämä tarkoittaa, että transistori voi upottaa vähintään yhtä paljon virtaa kuin yhden LEDin kautta. Huomaa kuitenkin pieni "± 10 mA" CTR-spesifikaatioiden yläpuolella. Mitä tämä todella sanoo, on, että jos asetat 10 mA: n LEDien läpi, transistori pystyy uppoamaan vähintään 10 mA. Se ei todellakaan lupa mitään millään muulla tulovirralla.

Kun tarkastelet lisää taulukkoa, löydät lisätietoja sivun 3 yläreunasta. Täällä ne osoittavat tosiasiallisesti 1 mA: n tulon CTR: n. Huomaa, että nyt se on vain 34%. Tämä tarkoittaa, että 1 mA: n ulostulon uppoamisominaisuuden saamiseksi sinun on ajettava LED-valoja 1 mA / 34% = 2,9 mA: lla, joten tavoitellaan 3 mA: n absoluuttista minimiä.

Sanot, että tunnistettava jännite on 230 V AC. Koska se on sini, sen huippupisteet ovat 325 V. Opton lähtösignaali menee mikroon, joten sen ei tarvitse olla tasainen signaali virran ollessa päällä. Itse asiassa on hyvä, että mikro pystyy ajamaan hetkellisiä keskeytyksiä ja häiriöitä. Säilyttäisin luultavasti laskurin, jota vähennetään joka ms, kun signaali on pois päältä, ja palautetaan arvoon 50, kun se on päällä. Tämä tarkoittaa, että sinun ei tarvitse nähdä signaalia 50 ms: n ajan ilmoittaaksesi, että virta on pois päältä. Tarvitaan vain pieni piiska linjasyklin huipulla, ja tämä järjestelmä toimii hyvin. Huomaa, että linjasyklin huiput esiintyvät 10 ms välein 50 Hz: n teholla.

Katsotaan siis, missä olemme. Haluamme, että LEDien läpi kulkee vähintään 3 mA virtajännitteen ollessa 325 V. . Pyrimme pystymään havaitsemaan vähintään 200 VAC, joka on 283 V: n huippu, ja 281 V: n LED-pudotuksen jälkeen. 281 V / 3 mA = 94 kΩ. Teoriassa tämä on kaikki mitä tarvitaan sarjaan LEDien kanssa, jotta lähtö saadaan aikaan ainakin kerran kerran tehohuippua kohti.

Käytännössä on hyvä lisätä marginaali. Haluat, että tulos vahvistetaan kohtuulliselle rajalliselle osalle jokaisesta puolijaksosta, ei vain taatusti olevan päällä pienellä silmukalla. Kaiken tämän perusteella puolittaisin vastuksen karkeasti puoleen 47 kΩ: iin. Se käynnistää vakaasti tuotoksen kaikissa kohtuullisissa olosuhteissa huomattavalla marginaalilla.

Saatat ajatella, että kaikki mitä sinun tarvitsee tehdä, mutta odota, siellä on enemmän. Ajattele, mitä tapahtuu korkealla verkkojännitteellä, kuten 240 V. Huiput ovat 340 V, mikä aiheuttaisi 7,2 mA: n LEDien kautta. Sinun on tarkistettava suurin sallittu LED-virta, joka on 60 mA, joten se on OK. Harkitse kuitenkin vastuksen tehohäviötä. Jos sanotaan pahimmassa tapauksessa verkkojännitteen olevan 240 V, niin vastukseen menevä teho (LED-jännitteen pudotusta huomioimatta) on (240 V) ² / 47 kΩ = 1,23 W. vähintään "2 W" vastus, ja se lämpenee huomattavasti.

Toinen asia on, että vastuksen jänniteluokka on otettava huomioon. Sen on kyettävä kestämään 340 V: n huipput, joten kaiken kaikkiaan tarvitset 47 kΩ: n vastuksen, joka on mitoitettu 2 W: lle ja 400 V. Se jakaa huippujännitteen ja tehohäviön sarjavastusten kesken. Neljä 12 kΩ: n vastusta tekisi tämän ja haihtaisi vain 300 mW ja näisi kukin 85 V. Se on helpompi löytää ja halvempaa kuin yksi vastus, ellei tämä ole volyymituote, josta voit ostaa asioita suurina määrinä. Joten vastaus esitettyyn kysymykseen on laittaa neljä tavallista 12 kΩ: n 1/2 watin vastusta sarjaan LEDien kanssa.

Huomaa, että näitä ei tarvitse jakaa opto-ohjelman kummallekin puolelle. kuten näytät R1 ja R2. Tarvitaan vain yksi vastus sarjassa LEDien kanssa jossain. Koska tässä tapauksessa vastus koostuu neljästä erillisestä vastuksesta, voit jakaa ne millä tahansa tavalla, jotta asiat toimisivat parhaiten mekaanisesti piirin suurjännitepuolella. Ne olisivat mieluiten päästä päähän maksimoidakseen korkeajännitteen muodostumisreitin ja levittämään lämpöä.

En kuitenkaan todellakaan pidä tästä optoerottimesta tälle sovellukselle, koska sillä on niin pieni virransiirtosuhde, joka pakottaa meidät tarjoamaan paljon LED-virtaa, mikä aiheuttaa suuren virrankulutuksen vastuksessa. Pidän halpasta ja saatavana olevasta FOD817: stä tällaisessa sovelluksessa, jossa suuri virransiirtosuhde on hyödyllinen ja nopeudella ei ole väliä paljon. Tämän osan D-versioilla on taattu CTR 3x 5 mA: lla. He eivät sano tarkalleen, mitä saat 1 mA: n, mutta se on melko turvallinen veto, että lähtö voi upota vähintään 1 mA 1 mA: n sisääntulolla.

FOD817: ssä on yksi LED, mutta se on helppoa käsitellä (FOD814: ssä on takaisin-LED-valot, mutta sitä on vähemmän saatavana eikä sitä tule joissakin korkeamman vahvistuksen muunnoksissa). Edellä kuvatun 50 ms: n kaavan käyttäminen ei ole ongelma, jos saat pulssin kerran rivisykliä kohti, joka on 20 ms: n välein. Laita diodi sarjaan LEDin kanssa vastusten lisäksi, ja arvokas vastus kulkee LEDin läpi varmistaakseen, että se ei näe suurta käänteistä jännitettä pienestä diodivuodosta johtuen. 100 kΩ on hieno ja riittävän korkea, jotta sen virralla ei ole merkitystä muissa laskelmissamme. Toinen etu on, että saat paitsi pienemmän tehohäviön, koska tarvitset vähemmän LED-virtaa, mutta saat myös toisen tekijän, joka vähentää tehon vähenemistä johtuen siitä, että LEDiä ohjataan vain yhteen suuntaan. Noin 100 kΩ: n kokonaisvastusarja antaa silti runsaasti virtatilaa voimajohtojen huippuilla, mutta haihtuu alle 300 mW: n kokonaisvirran johtuen pienemmästä virrasta ja ollessa vain puolet ajasta.

Joten tässä on viimeinen vastaukseni:

Jos etsit erittäin korkeaa napsautussuhdetta tämäntyyppisille sovelluksille, katso Liteon LTV-8xxx -sarja. 600% min. 1 mA IF: ssä.