Что такое оптосимистор и как он работает. Каковы основные параметры и характеристики оптосимисторов. Как правильно подключать оптосимисторы в схемах. Где применяются оптосимисторы в электронике.
Что такое оптосимистор и его устройство
Оптосимистор — это разновидность оптрона, сочетающая в себе светодиод и симистор в одном корпусе. Он обеспечивает гальваническую развязку между управляющей схемой и силовой цепью нагрузки.
Основные элементы оптосимистора:
- Инфракрасный светодиод на основе арсенида галлия (входная цепь)
- Кремниевый фотосимистор (выходная цепь)
- Схема управления для обнаружения перехода через ноль (в некоторых моделях)
Принцип работы заключается в следующем: при подаче тока на светодиод он излучает инфракрасный свет, который воздействует на фотосимистор и открывает его. Это позволяет управлять высоковольтной нагрузкой с помощью низковольтных сигналов.
Основные параметры и характеристики оптосимисторов
Ключевые параметры оптосимисторов, на которые следует обращать внимание при выборе:
- Максимальное напряжение изоляции между входом и выходом (до 7500 В)
- Максимальное коммутируемое напряжение (400-800 В)
- Максимальный импульсный ток (1-2 А)
- Напряжение включения светодиода (1.2-1.5 В)
- Ток включения светодиода (10-50 мА)
- Наличие схемы детектирования нуля
- Тип корпуса (обычно DIP-6)
Важной характеристикой является наличие встроенной схемы управления для обнаружения перехода через ноль (Zero Crossing Circuit). Она обеспечивает включение симистора только при переходе фазы питающего напряжения через нулевое значение, что снижает помехи при коммутации.
Схемы подключения оптосимисторов
Рассмотрим типовые схемы включения оптосимисторов для управления нагрузкой:
Схема для активной нагрузки
Простейшая схема для управления активной нагрузкой (лампы накаливания, нагреватели) выглядит следующим образом:
- Светодиод оптосимистора подключается к источнику управляющего сигнала через токоограничивающий резистор
- Выход оптосимистора подключается последовательно с нагрузкой
- Параллельно симистору ставится снабберная RC-цепочка для защиты от помех
Схема для индуктивной нагрузки
При работе с индуктивной нагрузкой (двигатели, трансформаторы) схема дополняется защитными элементами:
- Варистор параллельно симистору для защиты от выбросов напряжения
- Дроссель последовательно с нагрузкой для ограничения скорости нарастания тока
- Более мощная снабберная RC-цепь
Такая схема обеспечивает надежную работу оптосимистора с любыми типами нагрузок.
Расчет элементов схемы включения оптосимистора
При проектировании схемы с оптосимистором необходимо рассчитать следующие элементы:
Резистор светодиода
Сопротивление токоограничивающего резистора светодиода рассчитывается по формуле:
R = (Uпит — Uсд) / Iсд
Где: Uпит — напряжение питания Uсд — падение напряжения на светодиоде (1.2-1.5 В) Iсд — требуемый ток светодиода (10-50 мА)
Снабберная RC-цепь
Параметры снабберной цепи выбираются из следующих соображений:
- Емкость конденсатора: 0.01-0.1 мкФ
- Сопротивление резистора: 20-500 Ом
- Мощность резистора: не менее 0.5 Вт
- Напряжение конденсатора: не менее 400 В
Точные значения подбираются экспериментально для конкретной нагрузки.
Применение оптосимисторов в электронике
Благодаря своим преимуществам оптосимисторы широко применяются в различных областях электроники:
- Системы «умный дом» для управления освещением и электроприборами
- Промышленные контроллеры для коммутации силовых цепей
- Регуляторы мощности и диммеры
- Устройства плавного пуска электродвигателей
- Источники бесперебойного питания
- Зарядные устройства
- Сварочные аппараты
Оптосимисторы позволяют создавать компактные и надежные устройства для управления мощной нагрузкой с помощью слаботочных сигналов от микроконтроллеров.
Преимущества и недостатки оптосимисторов
Рассмотрим основные плюсы и минусы применения оптосимисторов:
Преимущества:
- Надежная гальваническая развязка до 7.5 кВ
- Бесконтактная коммутация без искрения и износа
- Высокое быстродействие (единицы мкс)
- Управление слаботочными сигналами
- Компактные размеры
- Низкий уровень помех при наличии схемы детектирования нуля
Недостатки:
- Относительно небольшой коммутируемый ток (до 1-2 А)
- Падение напряжения в открытом состоянии 1-2 В
- Чувствительность к помехам и перегрузкам
- Необходимость применения снабберных цепей
Несмотря на некоторые ограничения, преимущества оптосимисторов делают их очень востребованными компонентами в современной силовой электронике.
Популярные модели оптосимисторов и их аналоги
На рынке представлено множество моделей оптосимисторов от различных производителей. Рассмотрим наиболее распространенные серии:
Серия MOC30xx
Популярная линейка оптосимисторов от Fairchild Semiconductor:
- MOC3020 — базовая модель без схемы детектирования нуля
- MOC3021 — с более высокой чувствительностью
- MOC3041 — со встроенной схемой детектирования нуля
- MOC3063 — улучшенная версия для работы с индуктивной нагрузкой
Аналоги других производителей:
- Серия TLP3xxx от Toshiba
- Серия IL3xx от Vishay
- Серия VO3xxx от Isocom
- Серия АОУ16х от российских производителей
При выборе аналогов важно учитывать не только электрические параметры, но и наличие схемы детектирования нуля, что влияет на применение оптосимистора в конкретной схеме.
Оптосимистор: параметры и схемы подключения
Оптосимисторы относится к виду оптронов с отличными электрическими параметрами. Они создают крайне надежную гальваническую развязку, выдерживающую напряжение порядка 7,5кВ, имеющуюся между подключенной управляемой нагрузкой и схемой управления.
Данные радиокомпоненты построены из арсенид-галлиевого ИК светодиода, имеющего связь с кремниевым двухканальным переключателем. В свою очередь этот переключатель может иметь в своем составе отпирающий элемент, который включается в момент перехода через ноль питающего переменного напряжения.
Оптосимисторы необычно полезны при осуществлении контроля за более мощными симисторами. Аналогичные оптосимисторы были спроектированы для реализации связи между нагрузкой, которая питается переменным напряжением 220 вольт и логикой с низким уровнем напряжения.
Оптосимистор, как правило, выпускаются в компактном DIP-корпусе, имеющий шесть контактов. Его внутренняя схема, параметры, а так же распиновка, показаны ниже.
Схема подключения активной нагрузки к оптосимистору
В этой схеме имеется два компонента, которые необходимо вычислить, но фактически подобные расчеты параметров выполняются не всегда. Но все, же приведем эти расчеты параметров для информации.
Расчет параметра резистора RD. Вычисление сопротивления данного резистора влияет от наименьшего прямого тока ИК светодиода, обеспечивающего открытие симистора. Таким образом,
RD = (+VDD -1,5) / If
Допустим, для схемы с транзисторным контролем (которое применяется довольно часто в схемах регуляторов температуры), имеющим питания 12В и напряжение на открытом транзисторе (Uкэ) 0,3 В; VDD = 11,7 B и следовательно диапазон If приблизительно равен 15мА для MOC3041.
Необходимо сделать If = 20 мА с учетом понижения эффективности свечения светодиода в течении срока службы (добавить 5 мА) получаем:
RD=(11,7В — 1,5В)/0,02А = 510 Ом.
Расчет параметра сопротивления R. Управляющий электрод оптосимистора может выдержать определенный максимальный ток. Увеличение данного параметра выводит из строя оптрон. Следовательно, нужно вычислить сопротивление, чтобы при наибольшем напряжении сети (к примеру, 220 В) ток не был больше максимально допустимого параметра.
Для примера возьмем максимально-допустимый ток в 1А, тогда сопротивление будет равно:
R=220 В * 1,44 / 1 А = 311 Ом.
Нужно иметь в виду, что слишком большое сопротивление данного резистора может оказать нарушение в стабильности включения оптосимистора.
Расчет параметра сопротивления Rg. Резистор Rg подключается, только если электрод симистора имеет повышенную чувствительность. Как правило, сопротивление Rg находится в диапазоне от 100 Ом до 5 кОм. Желательно применять 1 кОм.
В случае если в управляемой нагрузке есть индуктивная составляющая, то необходимо применять другую схему подключения с защитой силового симистора и оптосимистора.
Схема подключения индуктивной нагрузки к оптосимистору
Сигнал, поступающий от оптосимистора на управляющий электрод симистора, нужен только для его открывания. Но при большой частоте переключения коммутируемого напряжения, возникает большая вероятность спонтанного включения управляемого симистора, даже если отсутствует сигнал управления.
Факторами ложных срабатываний могут быть выбросы напряжения при включении ключа, подключенного к индуктивной нагрузке, импульсные помехи в линиях питания нагрузки. Действенный способ устранения данных неприятных моментов – применение в схеме снабберной (демпфирующей) RC – цепочки, которая подключается параллельно выходу ключевого блока.
Конденсатор в снабберной RC-цепи — металлопленочный с номиналом от 0,01 до 0,1 мкФ, сопротивление резистора составляет 20…500 Ом. Данные параметры элементов необходимо рассматривать исключительно в качестве приблизительных величин.
www.joyta.ru
Симисторные оптопары | Техника и Программы
Одна из областей применения оптронов — бесконтактное управление высоковольтными цепями, работающими на переменном или пульсирующем токе. Для этих целей изготавливаются приборы на основе фототиристора (симистор — два фототиристора в одном корпусе). Его структура и работа в схемах аналогична обычным тиристорам (может находиться в одном из двух устойчивых состояний). Кроме непосредственного управления маломощной нагрузкой, такие элементы могут использоваться для запуска (включения) более мощных тиристоров и симисторов.
Основные параметры самых распространенных оптопар этого класса приведены в табл. 8. Некоторые из них имеют встроенную схему управления для обнаружения нуля — ZCC (Zero Crossing Control), которая обеспечивает включение симистора только при переходе фазы питающего напряжения через «ноль». Это подразумевает, что включение коммутатора происходит при напряжении около 5…20 В (в силу физических принципов работы при нуле включить такие элементы невозможно, в отличие от транзисторов).
Таблица 8. Основные параметры симисторных оптопар
Примечание к таблице
UpK — максимально допустимое пиковое напряжение между входом и выходом; URMS — максимальнодопусгимое напряжение изоляции (действующее значение).
Окончаниетабл. 8
Информация по взаимозаменяемости одноканальных сими- сторных оптронов от разных фирм-производителей приведена в табл. 9.
Таблица 9. Варианты замены симисторных оптронов
Основной тип | Полные зарубежные аналоги (отечественный вариант аналога) | Корпус | Особенности выхода |
МОС8Ю | TLP532, TCDT1110, CNY17F-2, PC714V | DIP-6 |
|
MOC811 | TLP632, IL2B | DIP-6 |
|
MOC3020 | TLP3021, K3020P, BRT12H, OPI3020, MCP3020, GE3020 | DIP-6 |
|
MOC3021 | TLP3021, GE3021, ECG3048, OPI3Q21, MCP3021, GE302t | DIP-6 |
|
MOC3022 | TLP3022, OPI3022, MCP3022, GE3022, (АОУ163А)________ | DIP-6 |
|
MOC3023 | TLP3023, OPI3023, MCP3023, GE3023_ | DIP-6 |
|
МОСЗОЗО | TLP3041, ОРТОбЗО | DIP-6 | Есть схема ZCC |
МОСЗОЭ1 | TLP3041, ОРТОбЗО | DIP-6 | Есть схема ZCC |
МОСЗОЭ2 | TLP3042, ОРТОбЗО | DIP-6 | Есть схема ZCC |
MOC3040 | TLP3041, TLP3042, ОРТОбЗО | DIP-6 | Есть схема ZCC |
MOC3041 | TLP3042, ОРТОбЗО | DIP-6 | Есть схема ZCC |
MOC3042 | TLP3042, ОРТОбЗО | DIP-6 | Есть схема ZCC |
MOC3043 | TLP3043, ОРТОбЗО | DIP-6 | Есть схема ZCC |
МОСЗОбО | TLP3061, ОРТОбЗО | DIP-6 | Есть схема ZCC |
M0c3061 | TLP3061, (АОУ179А), ОРТОбЗО | DIP-6 | Есть схема ZCC |
MOC3062 | TLP3062, ОРТОбЗО | DIP-6 | Есть схема ZCC |
МОСЗОбЗ | TLP3063, ОРТОбЗО | DIP-6 | Есть схема ZCC |
Примечание к таблице
Следует учитывать, что возможны замены аналогичных по структуре оптопар, на лучшие по параметрам, например с более высоким рабочим напряжением: МОСЗОбЗ на MOC3083 и т. п.
Когда выходной симистор оптопары находится в открытом состоянии, то максимальное напряжение, которое остается на его выводах, может быть от 1,8 до 3 В (зависит от тока в цепи). При
Рис. 5. Расположение выводов и внутренняя структура симисторных оптопар
этом кратковременный импульсный ток через нагрузку не должен превышать 1 А. Чтобы не повредить входной светодиод, постоянный ток через него не должен превышать 60 мА (падение напряжения на светодиоде не превышает 1,6 В, что справедливо для всех маломощных оптосимисторов).
Источник: Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 6. — M / СОЛОН-Пресс, 2005. 240 с.
nauchebe.net
Оптопара с симисторным выходом MOC3023
MOC3023 — оптопара (оптрон) c симисторным выходом. MOC3023 может использоваться как маломощный симистор с оптической развязкой управляющей цепи или же в качестве драйвера для управления мощными симисторами.
MOC3023 относится к серии оптосимисторов без встроенной «Zero crossing circuit» — то есть симистор может открываться в любой момент, а не только во время прохождения напряжением «0». Это позволяет использовать MOC3023-M в фазовых регуляторах мощности, но при этом увелиличивает помехи, возникающие при включении мощных нагрузок.
Характеристики:
| Максимальное напряжение изоляции вход-выход | 6000 В |
| Максимальное коммутируемое напряжение | 600 В |
|
Максимальный ток (имп.) |
1 А |
| Максимальная рассеиваемая мощность | 330 мВт |
|
Диапазон рабочих температур |
-40°C..+85°C |
| Тип корпуса | DIP-6 |
Распиновка симисторного оптрона MOC3023:
Стандартная схема включения MOC3023:
Комплектация:
- 1x Оптопара MOC3023-M
Загрузки:
www.mini-tech.com.ua
Управление мощной нагрузкой переменного тока
| Тиристор |
В самом деле, реле это же сплошной гемор. Во первых они дорогие, во вторых, чтобы запитать обмотку реле нужен усиливающий транзистор, так как слабая ножка микроконтроллера не способна на такой подвиг. Ну, а в третьих, любое реле это весьма громоздкая конструкция, особенно если это силовое реле, расчитанное на большой ток.
Если речь идет о переменном токе, то лучше использовать симисторы или тиристоры. Что это такое? А сейчас расскажу.
| Симистор BT139 |
| Схема включения из даташита на MOC3041 |
Если на пальцах, то тиристор похож на диод, даже обозначение сходное. Пропускает ток в одну сторону и не пускает в другую. Но есть у него одна особенность, отличающая его от диода кардинально — управляющий вход.
Если на управляющий вход не подать ток открытия, то тиристор не пропустит ток даже в прямом направлении. Но стоит подать хоть краткий импульс, как он тотчас открывается и остается открытым до тех пор, пока есть прямое напряжение. Если напряжение снять или поменять полярность, то тиристор закроется. Полярность управляющего напряжения предпочтительно должна совпадать с полярностью напряжения на аноде.
Если соединить встречно параллельно два тиристора, то получится симистор — отличная штука для коммутации нагрузки на переменном токе.
На положительной полуволне синусоиды пропускает один, на отрицательной другой. Причем пропускают только при наличии управляющего сигнала. Если сигнал управления снять, то на следующем же периоде оба тиристора заткнутся и цепь оборвется. Крастота да и только. Вот ее и надо использовать для управления бытовой нагрузкой.
Но тут есть одна тонкость — коммутируем мы силовую высоковольтную цепь, 220 вольт. А контроллер у нас низковольтный, работает на пять вольт. Поэтому во избежание эксцессов нужно произвести потенциальную развязку. То есть сделать так, чтобы между высоковольтной и низковольтной частью не было прямого электрического соединения. Например, сделать оптическое разделение. Для этого существует специальная сборка — симисторный оптодрайвер MOC3041. Замечательная вещь!
Смотри на схему подключения — всего несколько дополнительных деталек и у тебя силовая и управляющая часть разделены между собой. Главное, чтобы напряжение на которое расчитан конденсатор было раза в полтора два выше напряжения в розетке. Можно не боятся помех по питанию при включении и выключении симистора. В самом оптодрайвере сигнал подается светодиодом, а значит можно смело зажигать его от ножки микроконтроллера без всяких дополнительных ухищрений.
Вообще, можно и без развязки и тоже будет работать, но за хороший тон считается всегда делать потенциальную развязку между силовой и управляющей частью. Это и надежность и безопасность всей системы. Промышленные решения так просто набиты оптопарами или всякими изолирующими усилителями.
Ну, а в качестве симистора рекомендую BT139 — с хорошим радиатором данная фиговина легко протащит через себя ток в 16А
easyelectronics.ru
