Симисторная оптопара (оптосимистор) принадлежат к классу оптронов и обеспечивают отличную гальваническую развязку между низковольтной управляющей частью схемы и силовой нагрузкой, посредством оптического канала. Они состоят из инфракрасного светодиода на основе арсенида галлия, соединенного посредством оптического канала с двунаправленным кремниевым симистором. Последний может быть дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения и размещенной на том же кремниевом кристалле.
Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными
симисторами, например, при реализации реле высокого напряжения или большой мощности.
Оптосимистор может размещаться в малогабаритном DIP-корпусе с шестью выводами. Цоколевка и внутренняя структура показана на рисунке.
Внутренняя структура оптосимистора
Ниже приведена таблица классификации симисторных оптопар МОС3009-МОС3083
Ток светодиода оптосимистора, (мА)
Типы оптосимисторов
30
МОС 3009
МОС3020
15
МОС 3010
МОС3021
МОС3031
МОС3041
МОС3061
МОС3081
10
МОС 3011
МОС3022
МОС3032
МОС3042
МОС3062
МОС3082
5
МОС 3012
МОС3023
МОС3033
МОС3043
МОС3063
МОС3083
Напряжение на нагрузке
110/120В
220/240В
110/120В
220/240В
220/240В
220/240В
Схема обнаружения нуля
Нет
Нет
Да
Да
Да
Да
250 В
400 В
250 В
400 В
600 В
800 В
1,5В
1,5В
1,5В
1,5В
1,5В
1,5В
3 В
3 В
3 В
6 В
6 В
6 В
60
60
60
60
60
60
Для снижения помех желательно использовать симисторы, открывающиеся при переходе через ноль напряжения питания.
Оптосимисторы без обнаружения нуля чаще используются с резистивной нагрузкой или в случаях, когда напряжение питания должно отключаться.
Когда симистор находится в проводящем состоянии, максимальное падение напряжения на его выводах обычно равно 1,8в (максимум 3 вольта) при токе до 100 мА.
Ток удержания, поддерживающий проводимость выходного каскада оптосимистора, равен 100 мкА, каким бы он ни был (отрицательным или положительным) за полупериод питающего напряжения.
Ток утечки выходного каскада в закрытом состоянии варьируется в зависимости от модели симисторной оптопары. Для оптосимисторов с обнаружением нуля ток утечки может достигать 0,5 мА, если светодиод находится под напряжением.
У инфракрасного светодиода обратный ток утечки равен 0,05 мкА (максимум 100мкА), и максимальное падение прямого напряжения 1,5 вольт для всех моделей оптосимисторов.
Максимальный импульсный ток в проводящем состоянии переключателя выходного каскада – не более 1 А.
Полная рассеиваемая мощность оптосимистора не должна превышать 250 мВт (максимум 120 мВт для светодиода и 150 мВт для выходного каскада при температуре 25 градусов.)
Типичная схема подключения, расчеты элементов.
Сопротивление ограничительного резистора Rдиода зависит от минимального прямого тока инфракрасного светодиода, необходимого для отпирания симистора.
Для примера рассчитаем Rдиода для оптосимистора МОС3083 и напряжения питания +5 вольт. В нашем случае максимальный ток, который может пропустить через себя светодиод оптосимистора 60 мА, рабочий ток 5 мА. Следует принять ток светодиода 10 мА с учетом снижения эффективности светодиода в течении срока службы, постепенного ослабления силы тока (запас 5 мА).
Таким образом Rдиода = (5-1,5)/0,01 = 350 Ом (ближайшее 360 Ом).
При использовании транзисторного ключа, следует учитывать падение напряжения на транзисторе в режиме насыщения – порядка 0,3 вольта и расчеты проводить не для 5 вольт, а 4,7 вольт.
В таком случае Rдиода составит 320 Ом (ближайшее 330 Ом).
Рассмотрим
типичную схему подключения симисторной оптопары приведенную в даташите.
Резистор R на схеме включать необязательно, когда нагрузка чисто резистивная. Однако, если симистор защищен цепочкой
Rзащ-Cзащ (смотрите подробнее — защита симистора), резистор Rзащ позволяет ограничить ток через управляющий электрод оптосимистора.
В случае индуктивной нагрузки проходящий через симистор ток и напряжение находятся в противофазе. Так как симистор перестает быть проводником, когда ток проходит через ноль, конденсатор Сзащ может разряжаться через оптосимистор. Тогда резистор R ограничит этот ток разряда. Зная, что максимально допустимый ток для оптосимистора 1 ампер и, приняв за максимальное значение действующего напряжения в сети 260 вольт, рассчитаем минимальное значение сопротивления R:
R = 260 х √2 / 1 = 368 Ом (ближайшее 360 Ом).
Слишком большая величина может привести к нарушению работы.
Значение резистора Rупр может быть в диапазоне от 100 до 500 Ом. Резисторы R и Rупр вводят задержку отпирания симистора, которая будет тем значительнее, чем выше сопротивления этих резисторов.
Защитная цепочка для симистора просто необходима. Для оптосимисторов с обнаружением нуля, такой как МОС3083, — желательна. Для высокоиндуктивной нагрузки значение Rзащ необходимо увеличить до 360 Ом.
Практические замечания
В выше приведенной схеме нагрузка подключается к аноду А1. Если подключить к аноду А2, схема работать не будет, нагрузка будет подключаться сразу и не будет управляться электродом.
Глядя на
структурную схему симистора, можно заметить, что управляющий электрод находится рядом с анодом А1. И сопротивление между ними невелико. Так, например для симистора ВТА41 оно составляет 60 Ом. Положение анодов для симистора ВТА41 приведено на рисунке ниже. Симистор ВТА41
Как видно из рисунка теплоотводящая часть симистора может быть изолированной или может служить дополнительным выводом анода А2. Это нужно учитывать перед креплением на радиатор.
Радиатор для симистора следует выбирать в зависимости от рабочего тока, который будет протекать через нагрузку, и от падения напряжения на переходе между анодами А1 и А2. Так в открытом состоянии падение напряжения Ua1a2 на симисторе ВТА41 составляет 0,9 вольт.
Мощность, выделяемую в качестве тепла на радиаторе, вычислить просто.P = Ua1a2 х Iнагр
Если мощность нагрузки 1 кВт, то ток, проходящий через симистор, составит приблизительно 4,5 ампера. Следовательно, симистор должен рассеять примерно 4 Вт тепла. И чем больше ток, проходящий через симистор, тем больший необходимо установить радиатор.
Так, если на симистор ВТА41 посадить радиатор 14х14 мм и нагрузку в 1 кВт, симистор долго не протянет, температура будет обжигающей.
При размере радиатора 60х66 мм (что в 20 раз больше) — температура уже 60 градусов и он сможет обеспечить стабильную работу симистора в вентилируемом корпусе. Увеличив нагрузку до 2 кВт, придется увеличить площадь радиатора. Нагрев — это проблема симистора и никуда от этого не денешься. Радиаторы 66х60 мм и 14х14 мм.Радиаторы 66х60 мм и 80х110 мм
Переключение нагрузок управляющим сигналом
Иногда нужно не просто отключать или включать нагрузки с помощью симистора, а еще и переключать их. Самые распространённые реле обычно так и работают. Если через катушку реле проходит достаточный ток, замыкаются контакты, если нет – автоматически замыкаются другие контакты. Происходит переключение.
Чтобы заставить переключаться нагрузки на симисторе необходимо создать условия, при которых нагрузки будут управляться одним сигналом. При этом если подача напряжения (например, +5 вольт) открывает один оптосимистор, второй должен тут же закрыться. Такую схему легко реализовать, если использовать на входе второго оптосимистора простой инвертор на транзисторе.
Транзистор работает в ключевом режиме. При открытии создает на светодиоде оптрона фактически нулевое напряжение. Ток через второй оптосимистор не протекает, он закрыт. Первый оптрон работает как обычно. Все поменяется при отсутствии управляющего сигнала. Произойдет переключение как в обычном реле.
Схема может работать даже от маломощного источника сигнала. Например, можно использовать выходы элементов логики или микроконтроллеров.
Без подачи управляющего сигналаПодаем сигнал
Второй вариант схемы проще, но зависит от реализации схемы источника сигнала. Если, например, внутри микросхемы триггера «нулевой» выходной сигнал означает заземление выходного контакта, то схема будет работать. Нужно смотреть внутреннюю структуру конкретного источника.
Симистор ВТА41 600В — http://ali.pub/3jufmvСимисторы на 16 ампер —http://ali.pub/3f27akСимисторы на 20 ампер —http://ali.pub/3f27kaСимисторная оптопара МОС3083 — http://ali. pub/3jug03
Добро пожаловать на ресурс «Электрические схемы»! Несмотря на тотальное увлечение «юзерством», любители «ковыряться» в электронике и конструировать еще не перевелись, что не может не радовать. У нас те, кто не забыл, как держать в руках паяльник, найдут электрические схемы отечественных и импортных телевизоров, радиоприемников и других бытовых приборов, справочную информацию по электронным компонентам, а также описания и схемы интересных любительских разработок.
В разделе «Новости» вы можете познакомиться с последними достижениями в мире электроники, а на странице Программ поискать полезное для радиоконструктора ПО. Все материалы в свободном доступе без ограничений и скачивание их не требует ни регистрации, ни «подтверждения человечности». Единственная просьба – не использовать материалы, полученные практически даром, в шкурных целях.
Для просмотра документов в формате .djvu можно воспользоваться программой просмотра формата, которая не требует установки и может работать с любого носителя. Размер архива — 487 КБ.
Если вы не нашли необходимую информацию, то к вашим услугам простая форма обратной связи. Заполните ее, и мы постараемся вам помочь. Эта же форма даст возможность ресурсу публиковать именно те материалы, которые вам интересно было бы увидеть.
Оптосимистор и его применение. | Catcatcat electronics
Posted on Обновлено на
by catcatcatКатегории:Статьи
Просмотров: 18205
Эрве Кадино “Цветомузыкальные установки”
Ответ на вопрос – управление мощным тиристором или симистором, от терморегулятора.
Статья в pdf[wpdm_file id=129 template=”link-template-calltoaction3.php”]
Оптосимистор принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку (порядка 7500 В) между управляющей цепью и нагрузкой. Эти радиоэлементы состоят из Арсенид-гелиевого инфракрасного светодиода, соединенного посредством оптического канала м двунаправленным кремневым переключателем. Последний может дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения и размещенной на том же кремниевом кристалле.
Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными симисторами, например при реализации реле высокого напряжения или большей мощности. Подобные оптопары были задуманы для осуществления связи между логическими элементами с малым уровнем напряжения (например, вентиль TTL) и нагрузкой, питаеой сетевым напряжением (110 или 220 вольт).
Оптосимистор может размещаться в малогабаритном DIP-корпусе с шестью выводами, его цоколевка и внутренняя структура показана на рисунках ниже.
Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными симисторами, например при реализации реле высокого напряжения или большей мощности.
Для решения вопроса нам подойдут любые оптроны со схемой детектора нуля. Эти оптроны позволяют избавиться от радиопомех которые присущи при работе симисторов и тиристоров.
Ниже приведена таблица, все выбранные оптроны отличаются минимальным гарантированием током управления и максимальным рабочим напряжением.
Ift
Тип
Тип
Тип
Тип
20
MOC3031
MOC3041
MOC3061
MOC3081
10
MOC3032
MOC3042
MOC3062
MOC3082
05
MOC3033
MOC3043
MOC3063
MOC3083
Vdrm
250 В
400 В
600 В
800 В
Для поставленной задачи подойдет любой.
Более тонко в вникать в характеристики нет смысла. Рассмотрим основные параметры и схемы подключения.
или
Эти схемы ничем принципиально не различаются, только где будет подключена нагрузка, но хочу обратить внимание нагрузка должна быть активного фактора. Если в нагрузке присутствует индуктивность эти необходимо использовать схемы с защитой оптосимистора и силового симистора (но здесь их рассматривать не будем).
В этой схеме есть два элемента которые надо рассчитать, но на практике такие расчеты делаются редко, “один раз рассчитал и на всю жизнь”.
Но я считаю этими приемами надо владеть.
Расчет сопротивления RD.
Расчет этого резистора зависит от минимального прямого тока инфракрасного светодиода, гарантирующего отпирание симистора. Следовательно RD=(+VDD -1.5)/If
Например, для схемы транзисторного управления (которое используется в схемах регуляторов температуры), с напряжением питания + 12 В и напряжением на отрытом транзисторе (Uкэ нас) равном 0,3 В +VDD = 11.7 B и If должен быть находится в диапазоне 15 и 50 мА для MOC3041. Следует принять If = 20 мА с учетом снижения эффективности светодиода в течении срока службы (запас 5 мА), целиком обеспечения работу оптопары с постепенным ослаблением силы тока.
Таким образом имеем:
RD=(11.7-1.5)/0.02= 510 Ом.
Полученное значение даже вписывается в стандартный ряд сопротивлений.
Расчет сопротивления R.
Это сопротивление если работа идет на чисто активную нагрузку можно даже не ставить, но это только для лабораторных условий. Поэтому для надежной работы объясню как его рассчитать и его назначение. Управляющий электрод оптосимистора может выдержать определенный максимальный ток. Превышение этого тока вызовет повреждение оптрона. Нам необходимо рассчитать сопротивление, чтобы при максимальном рабочем напряжении сети (например, 220 В) ток не превышал максимально допустимый.
Для выше указанных оптопар максимальной допустимый ток 1 А.
Минимальное сопротивление резистора R:
Rmin=220 В * 1,44 / 1 А = 311 Ом.
С другой стороны слишком большое сопротивление может привести к нарушению работы схемы (будет перебои с включением силового симистора).
Поэтому принимаем сопротивление из стандартного ряда R=330 или 390 Ом.
Расчет сопротивления Rg.
Резистор Rg необходим, только в случаи высокочуствительного управляющего электрода симистора. И обычно может составлять от 100 Ом до 5 кОм. Я рекомендую ставить 1 кОм.
Это может быть интересно
Arduino LCD + STONE STVI056WT-01 + Strain gauge
Просмотров: 270 Author li grey email: [email protected] The strain assessment instrument is used to assess the degree of corresponding muscle strain by obtaining the muscle surface action potential through silver …
Проект с использованием MCC часть 15
Просмотров: 1310 EUSART – Универсальный асинхронный приёмопередатчик (УАПП, англ. Universal Asynchronous Receiver-Transmitter, UART) — узел вычислительных устройств, предназначенный для организации связи с другими цифровыми устройствами. … читать на вики. Внесем изменения в нашу схему, …
HVLD модуль на примере PIC24FJ128GA204
Просмотров: 564 HVLD модуль представляет собой простое устройство, для контроля напряжения питания микроконтроллера или внешнего напряжения (через делитель). Его задача при “выходе” напряжения за заданные пределы сформировать сообщение микроконтроллеру, что …
ch-светомузыка от теории до реализации
Просмотров: 570 Сразу оговоримся технология или теория ch-светомузыки, это постоянно развивающийся процесс и то что будет сказано сегодня завтра может быть опровергнуто и считаться ошибочным. Назовем само решение проблемы автоматического …
Бегущие огни (ch-bo-36)
Просмотров: 2244 Проект на PIC-микроконтроллере PIC16F648A. Количество каналов 36. Для индикации используется подключение по матрице 6х6. Расположение светодиодов в одну линию. Все эффекты написаны для возможности увеличения количества светодиодов. Рекомендуется …
BMP280 – температура и атмосферное давление – учебный проект
Просмотров: 1760 Учебный проект на PIC32 и светодиодной панели P5 (2121)-168-6432-80 (32*64). Проект позволяет ознакомиться с простой графикой и с чтением давления и температуры с датчика BMP280. Для тестирования необходимо …
My libraries for Altium Designer
Просмотров: 3231 My libraries for Altium designer (Updated V – 29/05/2022) (c) 2021 CATCATCAT ELECTRONICS THIS LIBRARIES IS SUPPLIED BY CATCATCAT ELECTRONICS “AS IS”. NO WARRANTIES, WHETHER EXPRESS, IMPLIED OR …
OLED RET012864E/REX012864J
Просмотров: 1303 RET012864E/REX012864J ОЛЕД индикатор производитель Raystar-Optronics приобретался в http://www. microchip.ua/ к сожалению никакой информации на сайте поставщика нет. Поэтому решил работу с этой версией индикатора на драйвере SSD1305 предоставить на своем сайте. Так как …
Система отопления на солнечных коллекторах от Дмитрия (rv3dpi)
Просмотров: 2893 Солнечные коллекторы для отопления в Европе используют в более 50% от общего количества установленных гелиосистем. Однако следует понимать, что гелиосистемы предназначены лишь для поддержки отопления и экономии затрат на основную …
Дисплей KD035C-3A подключение и управление
Просмотров: 602 Дисплей KD035C-3A производиться компанией SHENZHEN STARTEK ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD Характеристики Параметр Спецификация Единицы измерения Размер дисплея 70.08(H)*52.56(V) (3.5inch) mm Тип дисплея TFT active matrix Цветовая гамма 65K/262K colors Разрешение …
Метки:MOC3023, MOC3062, Оптосимистор
МеткиMOC3023MOC3062Оптосимистор
Keep Reading
ПредыдущийСледующий
Управление мощной нагрузкой постоянного тока – мос3041 схема включения
Содержание
Полевой транзистор схема: эффективная регулировка нагрузки постоянного тока
Простейший ключ
Доработка схемы
Пример расчёта простой схемы
Транзистор Дарлингтона
Схема ускоренного включения
Тиристоры и симисторы
Симисторный ключ
Полевой транзистор схема: эффективная регулировка нагрузки постоянного тока
Полевой транзистор схема, которого представлена в этой публикации способна управлять мощной постоянной нагрузкой также эффективно как и сборки Дарлингтона или биполярные транзисторы.
Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением. МОП (по буржуйски MOSFET) расшифровывается как Метал-Оксид-Полупроводник из этого сокращения становится понятна структура этого транзистора.
Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком. Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана.
Достоинство такого транзистора, по сравнению с биполярным очевидно — на затвор надо подавать напряжение, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит требуемая мощность на управление этим транзистором будет мизерной, по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора.
Недостаток же вытекает из его емкостного свойства — наличие емкости на затворе требует большого зарядного тока при открытии. В теории, равного бесконечности на бесконечно малом промежутки времени. А если ток ограничить резистором, то конденсатор будет заряжаться медленно — от постоянной времени RC цепи никуда не денешься.
МОП Транзисторы бывают P и N канальные. Принцип у них один и тот же, разница лишь в полярности носителей тока в канале. Соответственно в разном направлении управляющего напряжения и включения в цепь. Очень часто транзисторы делают в виде комплиментарных пар. То есть есть две модели с совершенно одиннаковыми характеристиками, но одна из них N, а другая P канальные. Маркировка у них, как правило, отличается на одну цифру.
Нагрузка включается в цепь стока. Вообще, в теории, полевому транзистору совершенно без разницы что считать у него истоком, а что стоком — разницы между ними нет. Но на практике есть, дело в том, что для улучшения характеристик исток и сток делают разной величины и конструкции плюс ко всему, в мощных полевиках часто есть обратный диод (его еще называют паразитным, т.к. он образуется сам собой в силу особенности техпроцесса производства).
У меня самыми ходовыми МОП транзисторами являются IRF630 (n канальный) и IRF9630 (p канальный) в свое время я намутил их с полтора десятка каждого вида. Обладая не сильно габаритным корпусом TO-92 этот транзистор может лихо протащить через себя до 9А. Сопротивление в открытом состоянии у него всего 0.35 Ома.
Впрочем, это довольно старый транзистор, сейчас уже есть вещи и покруче, например IRF7314, способный протащить те же 9А, но при этом он умещается в корпус SO8 — размером с тетрадную клеточку.
Одной из проблем состыковки MOSFET транзистора и микроконтроллера (или цифровой схемы) является то, что для полноценного открытия до полного насыщения этому транзистору надо вкатить на затвор довольно больше напряжение. Обычно это около 10 вольт, а МК может выдать максимум 5.
Тут вариантов три:
На более мелких транзисторах сорудить цепочку, подающую питалово с высоковольтной цепи на затвор, чтобы прокачать его высоким напряжением
применить специальную микросхему драйвер, которая сама сформирует нужный управляющий сигнал и выровняет уровни между контроллером и транзистором. Типичные примеры драйверов это, например, IR2117.
Надо только не забывать, что есть драйверы верхнего и нижнего плеча (или совмещенные, полумостовые). Выбор драйвера зависит от схемы включения нагрузки и комутирующего транзистора. Если обратишь внимание, то увидишь что с драйвером и в верхнем и нижнем плече используются N канальные транзисторы. Просто у них лучше характеристики чем у P канальных.
Но тут возникает другая проблема. Для того, чтобы открыть N канальный транзистор в верхнем плече надо ему на затвор подать напряжение выше напряжения стока, а это, по сути дела, выше напряжения питания. Для этого в драйвере верхнего плеча используется накачка напряжения. Чем собственно и отличается драйвер нижнего плеча от драйвера верхнего плеча.
Применить транзистор с малым отпирающим напряжением. Например из серии IRL630A или им подобные. У них открывающие напряжения привязаны к логическим уровням. У них правда есть один недостаток — их порой сложно достать. Если обычные мощные полевики уже не являются проблемой, то управляемые логическим уровнем бывают далеко не всегда.
Но вообще, правильней все же ставить драйвер, ведь кроме основных функций формирования управляющих сигналов он в качестве дополнительной фенечки обеспечивает и токовую защиту, защиту от пробоя, перенапряжения, оптимизирует скорость открытия на максимум, в общем, жрет свой ток не напрасно.
Выбор транзистора тоже не очень сложен, особенно если не заморачиваться на предельные режимы. В первую очередь тебя должно волновать значение тока стока — I Drain или ID выбираешь транзистор по максимальному току для твоей нагрузки, лучше с запасом процентов так на 10.
Следующий важный для тебя параметр это VGS — напряжение насыщения Исток-Затвор или, проще говоря, управляющее напряжение. Иногда его пишут, но чаще приходится выглядывать из графиков. Ищешь график выходной характеристики Зависимость ID от VDS при разных значениях VGS. И прикидыываешь какой у тебя будет режим.
Вот, например, надо тебе запитать двигатель на 12 вольт, с током 8А. На драйвер пожмотился и имеешь только 5 вольтовый управляющий сигнал. Первое что пришло на ум после этой статьи — IRF630. По току подходит с запасом 9А против требуемых 8. Но глянем на выходную характеристику:
Видишь, на 5 вольтах на затворе и токе в 8А падение напряжения на транзисторе составит около 4.5В По закону Ома тогда выходит, что сопротивление этого транзистора в данный момент 4. 5/8=0.56Ом. А теперь посчитаем потери мощности — твой движок жрет 5А. P=I*U или, если применить тот же закон Ома, P=I2R. При 8 амперах и 0.56Оме потери составят 35Вт. Больно дофига, не кажется? Вот и мне тоже кажется что слишком. Посмотрим тогда на IRL630.
При 8 амперах и 5 вольтах на Gate напряжение на транзисторе составит около 3 вольт. Что даст нам 0.37Ом и 23Вт потерь, что заметно меньше.
Если собираешься загнать на этот ключ ШИМ, то надо поинтересоваться временем открытия и закрытия транзистора, выбрать наибольшее и относительно времени посчитать предельную частоту на которую он способен. Зовется эта величина Switch Delay или ton,toff, в общем, как то так. Ну, а частота это 1/t. Также не лишней будет посмотреть на емкость затвора Ciss исходя из нее, а также ограничительного резистора в затворной цепи, можно рассчитать постоянную времени заряда затворной RC цепи и прикинуть быстродействие.
Если постоянная времени будет больше чем период ШИМ, то транзистор будет не открыватся/закрываться, а повиснет в некотором промежуточном состоянии, так как напряжение на его затворе будет проинтегрировано этой RC цепью в постоянное напряжение.
При обращении с этими транзисторами учитывай тот факт, что статического электричества они боятся не просто сильно, а ОЧЕНЬ СИЛЬНО. Пробить затвор статическим зарядом более чем реально. Так что как купил, сразу же в фольгу и не доставай пока не будешь запаивать. Предварительно заземлись за батарею и надень шапочку из фольги :).
А в процессе проектирования схемы запомни еще одно простое правило — ни в коем случае нельзя оставлять висеть затвор полевика просто так — иначе он нажрет помех из воздуха и сам откроется. Поэтому обязательно надо поставить резистор килоом на 10 от Gate до GND для N канального или на +V для P канального, чтобы паразитный заряд стекал. Вот вроде бы все, в следующий раз накатаю про мостовые схемы для управления движков
Простейший ключ
Простейший ключ на биполярном транзисторе проводимости n-p-n выглядит следующим образом.
Вход слева подключается к цифровой схеме. Если у нас цифровая схема построена на основе КМОП-логики с двухтактным («push-pull») выходом, то логическая «1» фактически означает подключение этого входа к питанию, а логический «0» — к земле.
Таким образом, при подаче «1» на вход нашей схемы ток от источника питания потечёт через резистор R1, базу и эмиттер на землю. При этом транзистор откроется (если, конечно, ток достаточно большой), и ток сможет идти через переход коллектор — эмиттер, а значит и через нагрузку.
Резистор R1 играет важную роль — он ограничивает ток через переход база — эмиттер. Если бы его не было, ток не был бы ничем ограничен и просто испортил бы управляющую микросхему (ведь именно она связывает линию питания с транзистором).
Максимальный ток через один выход микроконтроллера обычно ограничен значением около 25 мА (для STM32). В интернете можно встретить утверждения, что микроконтроллеры AVR выдерживают ток в 200 мА, но это относится ко всем выводам в сумме. Предельное допустимое значение тока на один вывод примерно такое же — 20-40 мА.
Это, кстати, означает, что подключать светодиоды напрямую к выводам нельзя. Без токоограничивающих резисторов, микросхема просто сгорит, а с ними светодиодам не будет хватать тока, чтобы светить ярко.
Обратите внимание, что нагрузка (LOAD) подключена к коллектору, то есть «сверху». Если подключить её «снизу», у нас возникнет несколько проблем.
Допустим, мы хотим при помощи 5 В (типичное значение для цифровых схем) управлять нагрузкой в 12 В. Это значит, что на базе мы можем получить максимум 5 В. А с учётом падения напряжения на переходе база — эмиттер, на эмиттере будет напряжение ещё меньше. Если падение напряжения на переходе равно 0,7 В,то получаем, что на нагрузку остаётся только 4,3 В, чего явно недостаточно. Если это, например, реле, оно просто не сработает. Напряжение не может быть выше, иначе тока через базу вообще не будет. Наличие падения напряжения на нагрузке также приведёт к уменьшению тока через базу.
Для расчёта сопротивления R1 нужно вспомнить соотношение для упрощённой модели транзистора:
Коэффициент $\beta$ — это коэффициент усиления по току. Его ещё обозначают $h_{21э}$ или $h_{FE}$. У разных транзисторов он разный.
Зная мощность нагрузки $P$ и напряжение питания $V$, можно найти ток коллектора, а из него и ток базы:
По закону Ома получаем:
Коэффициент $\beta$ не фиксированная величина, он может меняться даже для одного транзистора в зависимости от режима работы, поэтому лучше брать значение тока базы при расчёте чуть больше, чтобы был запас по току коллектора. Главное помнить, что ток базы не должен превышать предельно допустимое для микросхемы.
Также важно при выборе модели транзистора помнить о предельном токе коллектора и напряжении коллектор — эмиттер.
Ниже как пример приведены характеристики некоторых популярных транзисторов с проводимостью n-p-n.
Модель
$\beta$
$\max\ I_{к}$
$\max\ V_{кэ}$
КТ315Г
50…350
100 мА
35 В
КТ3102Е
400…1000
100 мА
50 В
MJE13002
25…40
1,5 А
600 В
2SC4242
10
7 А
400 В
Модели выбраны случайно, просто это транзисторы, которые легко найти или откуда-то выпаять. Для ключа в рассматриваемой схеме, конечно, можно использовать любой n-p-n-транзистор, подходящий по параметрам и цене.
Доработка схемы
Если вход схемы подключен к push-pull выходу, то особой доработки не требуется. Рассмотрим случай, когда вход — это просто выключатель, который либо подтягивает базу к питанию, либо оставляет её «висеть в воздухе». Тогда для надёжного закрытия транзистора нужно добавить ещё один резистор, выравнивающий напряжение между базой и эмиттером.
Кроме того, нужно помнить, что если нагрузка индуктивная, то обязательно нужен защитный диод. Дело в том, что энергия, запасённая магнитным полем, не даёт мгновенно уменьшить ток до нуля при отключении ключа. А значит, на контактах нагрузки возникнет напряжение обратной полярности, которое легко может нарушить работу схемы или даже повредить её.
Совет касательно защитного диода универсальный и в равной степени относится и к другим видам ключей.
Если нагрузка резистивная, то диод не нужен.
В итоге усовершенствованная схема принимает следующий вид.
Резистор R2 обычно берут с сопротивлением, в 10 раз большим, чем сопротивление R1, чтобы образованный этими резисторами делитель не понижал слишком сильно напряжение между базой и эмиттером.
Для нагрузки в виде реле можно добавить ещё несколько усовершенствований. Оно обычно кратковременно потребляет большой ток только в момент переключения, когда тратится энергия на замыкание контакта. В остальное время ток через него можно (и нужно) ограничить резистором, так как удержание контакта требует меньше энергии.
Для этого можно применить схему, приведённую ниже.
В момент включения реле, пока конденсатор C1 не заряжен, через него идёт основной ток. Когда конденсатор зарядится (а к этому моменту реле перейдёт в режим удержания контакта), ток будет идти через резистор R2. Через него же будет разряжаться конденсатор после отключения реле.
Ёмкость C1 зависит от времени переключения реле. Можно взять, например, 10 мкФ.
С другой стороны, ёмкость будет ограничивать частоту переключения реле, хоть и на незначительную для практических целей величину.
Пример расчёта простой схемы
Пусть, например, требуется включать и выключать светодиод с помощью микроконтроллера. Тогда схема управления будет выглядеть следующим образом.
Пусть напряжение питания равно 5 В.
Характеристики (рабочий ток и падение напряжения) типичных светодиодов диаметром 5 мм можно приблизительно оценить по таблице.
Цвет
$I_{LED}$
$V_{LED}$
Красный
20 мА
1,9 В
Зеленый
20 мА
2,3 В
Желтый
20 мА
2,1 В
Синий (яркий)
75 мА
3,6 В
Белый (яркий)
75 мА
3,6 В
Пусть используется белый светодиод. В качестве транзисторного ключа используем КТ315Г — он подходит по максимальному току (100 мА) и напряжению (35 В). Будем считать, что его коэффициент передачи тока равен $\beta = 50$ (наименьшее значение).
Итак, если падение напряжения на диоде равно $V_{LED} = 3{,}6\,В$, а напряжение насыщения транзистора $V_{CE} = 0{,}4\,В$ то напряжение на резисторе R2 будет равно $V_{R2} = 5{,}0 — 3{,}6 — 0{,}4 = 1\,В$. Для рабочего тока светодиода $I_{LED} = 0{,}075\,А$ получаем
Значение сопротивление было округлено, чтобы попасть в ряд E12.
Для тока $I_{LED} = 0{,}075\,А$ управляющий ток должен быть в $\beta = 50$ раз меньше:
Падение напряжения на переходе эмиттер — база примем равным $V_{EB} = 0{,}7\,В$.
Отсюда
Сопротивление округлялось в меньшую сторону, чтобы обеспечить запас по току.
Таким образом, мы нашли значения сопротивлений R1 и R2.
Транзистор Дарлингтона
Если нагрузка очень мощная, то ток через неё может достигать нескольких ампер. Для мощных транзисторов коэффициент $\beta$ может быть недостаточным. (Тем более, как видно из таблицы, для мощных транзисторов он и так невелик.)
В этом случае можно применять каскад из двух транзисторов. Первый транзистор управляет током, который открывает второй транзистор. Такая схема включения называется схемой Дарлингтона.
В этой схеме коэффициенты $\beta$ двух транзисторов умножаются, что позволяет получить очень большой коэффициент передачи тока.
Для повышения скорости выключения транзисторов можно у каждого соединить эмиттер и базу резистором.
Сопротивления должны быть достаточно большими, чтобы не влиять на ток база — эмиттер. Типичные значения — 5…10 кОм для напряжений 5…12 В.
Выпускаются транзисторы Дарлингтона в виде отдельного прибора. Примеры таких транзисторов приведены в таблице.
Модель
$\beta$
$\max\ I_{к}$
$\max\ V_{кэ}$
КТ829В
750
8 А
60 В
BDX54C
750
8 А
100 В
В остальном работа ключа остаётся такой же.
В дальнейшем полевым транзистором мы будет называть конкретно MOSFET, то есть полевые транзисторы с изолированным затвором (они же МОП, они же МДП). Они удобны тем, что управляются исключительно напряжением: если напряжение на затворе больше порогового, то транзистор открывается. При этом управляющий ток через транзистор пока он открыт или закрыт не течёт. Это значительное преимущество перед биполярными транзисторами, у которых ток течёт всё время, пока открыт транзистор.
Также в дальнейшем мы будем использовать только n-канальные MOSFET (даже для двухтактных схем). Это связано с тем, что n-канальные транзисторы дешевле и имеют лучшие характеристики.
Простейшая схема ключа на MOSFET приведена ниже.
Опять же, нагрузка подключена «сверху», к стоку. Если подключить её «снизу», то схема не будет работать. Дело в том, что транзистор открывается, если напряжение между затвором и истоком превышает пороговое. При подключении «снизу» нагрузка будет давать дополнительное падение напряжения, и транзистор может не открыться или открыться не полностью.
Несмотря на то, что MOSFET управляется только напряжением и ток через затвор не идёт, затвор образует с подложкой паразитный конденсатор. Когда транзистор открывается или закрывается, этот конденсатор заряжается или разряжается через вход ключевой схемы. И если этот вход подключен к push-pull выходу микросхемы, через неё потечёт довольно большой ток, который может вывести её из строя.
При управлении типа push-pull схема разряда конденсатора образует, фактически, RC-цепочку, в которой максимальный ток разряда будет равен
где $V$ — напряжение, которым управляется транзистор.
Таким образом, достаточно будет поставить резистор на 100 Ом, чтобы ограничить ток заряда — разряда до 10 мА. Но чем больше сопротивление резистора, тем медленнее он будет открываться и закрываться, так как постоянная времени $\tau = RC$ увеличится. Это важно, если транзистор часто переключается. Например, в ШИМ-регуляторе.
Основные параметры, на которые следует обращать внимание — это пороговое напряжение $V_{th}$, максимальный ток через сток $I_D$ и сопротивление сток — исток $R_{DS}$ у открытого транзистора.
Ниже приведена таблица с примерами характеристик МОП-транзисторов.
Модель
$V_{th}$
$\max\ I_D$
$\max\ R_{DS}$
2N7000
3 В
200 мА
5 Ом
IRFZ44N
4 В
35 А
0,0175 Ом
IRF630
4 В
9 А
0,4 Ом
IRL2505
2 В
74 А
0,008 Ом
Для $V_{th}$ приведены максимальные значения. Дело в том, что у разных транзисторов даже из одной партии этот параметр может сильно отличаться. Но если максимальное значение равно, скажем, 3 В, то этот транзистор гарантированно можно использовать в цифровых схемах с напряжением питания 3,3 В или 5 В.
Сопротивление сток — исток у приведённых моделей транзисторов достаточно маленькое, но следует помнить, что при больших напряжениях управляемой нагрузки даже оно может привести к выделению значительной мощности в виде тепла.
Схема ускоренного включения
Как уже было сказано, если напряжение на затворе относительно истока превышает пороговое напряжение, то транзистор открывается и сопротивление сток — исток мало. Однако, напряжение при включении не может резко скакнуть до порогового. А при меньших значениях транзистор работает как сопротивление, рассеивая тепло. Если нагрузку приходится включать часто (например, в ШИМ-контроллере), то желательно как можно быстрее переводить транзистор из закрытого состояния в открытое и обратно.
Относительная медленность переключения транзистора связана опять же с паразитной ёмкостью затвора. Чтобы паразитный конденсатор зарядился как можно быстрее, нужно направить в него как можно больший ток. А так как у микроконтроллера есть ограничение на максимальный ток выходов, то направить этот ток можно с помощью вспомогательного биполярного транзистора.
Кроме заряда, паразитный конденсатор нужно ещё и разряжать. Поэтому оптимальной представляется двухтактная схема на комплементарных биполярных транзисторах (можно взять, например, КТ3102 и КТ3107).
Ещё раз обратите внимание на расположение нагрузки для n-канального транзистора — она расположена «сверху». Если расположить её между транзистором и землёй, из-за падения напряжения на нагрузке напряжение затвор — исток может оказаться меньше порогового, транзистор откроется не полностью и может перегреться и выйти из строя.
Тиристоры и симисторы
Тиристор — это полупроводниковый прибор, который может находится в двух состояниях:
открытом — пропускает ток, но только в одном направлении,
закрытом — не пропускает ток.
Так как тиристор пропускает ток только в одном направлении, для включения и выключения нагрузки он подходит не очень хорошо. Половину времени на каждый период переменного тока прибор простаивает. Тем не менее, тиристор можно использовать в диммере. Там он может применяться для управления мощностью, отсекая от волны питания кусочек требуемой мощности.
Симистор — это, фактически двунаправленный тиристор. А значит он позволяет пропускать не полуволны, а полную волну напряжения питания нагрузки.
Открыть симистор (или тиристор) можно двумя способами:
подать (хотя бы кратковременно) отпирающий ток на управляющий электрод;
подать достаточно высокое напряжение на его «рабочие» электроды.
Второй способ нам не подходит, так как напряжение питания у нас будет постоянной амплитуды.
После того, как симистор открылся, его можно закрыть поменяв полярность или снизив ток через него то величины, меньшей чем так называемый ток удержания. Но так как питание организовано переменным током, это автоматически произойдёт по окончании полупериода.
При выборе симистора важно учесть величину тока удержания ($I_H$). Если взять мощный симистор с большим током удержания, ток через нагрузку может оказаться слишком маленьким, и симистор просто не откроется.
Симисторный ключ
Для гальванической развязки цепей управления и питания лучше использовать оптопару или специальный симисторный драйвер. Например, MOC3023M или MOC3052.
Эти оптопары состоят из инфракрасного светодиода и фотосимистора. Этот фотосимистор можно использовать для управления мощным симисторным ключом.
В MOC3052 падение напряжения на светодиоде равно 3 В, а ток — 60 мА, поэтому при подключении к микроконтроллеру, возможно, придётся использовать дополнительный транзисторный ключ.
Встроенный симистор же рассчитан на напряжение до 600 В и ток до 1 А. Этого достаточно для управления мощными бытовыми приборами через второй силовой симистор.
Рассмотрим схему управления резистивной нагрузкой (например, лампой накаливания).
Таким образом, эта оптопара выступает в роли драйвера симистора.
Существуют и драйверы с детектором нуля — например, MOC3061. Они переключаются только в начале периода, что снижает помехи в электросети.
Резисторы R1 и R2 рассчитываются как обычно. Сопротивление же резистора R3 определяется исходя из пикового напряжения в сети питания и отпирающего тока силового симистора. Если взять слишком большое — симистор не откроется, слишком маленькое — ток будет течь напрасно. Резистор может потребоваться мощный.
Нелишним будет напомнить, что 230 В в электросети (текущий стандарт для России, Украины и многих других стран) — это значение действующего напряжения. Пиковое напряжение равно $\sqrt2 \cdot 230 \approx 325\,В$.
This entry was posted in Ремонт. Bookmark the <a href=»https://kabel-house.ru/remont/upravlenie-nagruzkoj-postoyannogo-toka/» title=»Permalink to Управление нагрузкой постоянного тока» rel=»bookmark»>permalink</a>.
Moc3021 схема включения в качестве ключа
Содержание
1 Схема подключения активной нагрузки к оптосимистору
2 Схема подключения индуктивной нагрузки к оптосимистору
3 Схема подключения активной нагрузки к оптосимистору
4 Схема подключения индуктивной нагрузки к оптосимистору
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,
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.
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,
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.
Оптосимистор принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку (порядка 7500 В) между управляющей цепью и нагрузкой. Эти радиоэлементы состоят из Арсенид-гелиевого инфракрасного светодиода, соединенного посредством оптического канала м двунаправленным кремневым переключателем. Последний может дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения и размещенной на том же кремниевом кристалле.
Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными симисторами, например при реализации реле высокого напряжения или большей мощности. Подобные оптопары были задуманы для осуществления связи между логическими элементами с малым уровнем напряжения (например, вентиль TTL) и нагрузкой, питаемой сетевым напряжением (110 или 220 вольт).
Оптосимистор может размещаться в малогабаритном DIP-корпусе с шестью выводами.
Внутренняя структура оптосимисторов. Существует два типа оптосимистор с детектором нуля и без детектора. Оптосимистор с детектором нуля может быть использован в качестве реле для высокого напряжения. При использовании простого оптосимистора можно реализовать диммер для управления освещением.
Ниже приведена таблица, все выбранные оптроны отличаются минимальным гарантированием током управления и максимальным рабочим напряжением.
Ift
Тип
Тип
Тип
Тип
Тип
Тип
20
MOC3010
MOC3021
MOC3031
MOC3041
MOC3061
MOC3081
10
MOC3011
MOC3012
MOC3032
MOC3042
MOC3062
MOC3082
05
MOC3012
MOC3013
MOC3033
MOC3043
MOC3063
MOC3083
Напряжение питания
110/120 В
220/240 В
110/120 В
220/240 В
220/240 В
220/240 В
Обнаружение нуля
НЕТ
НЕТ
ДА
ДА
ДА
ДА
Vdrm
250 В
400 В
250 В
400 В
600 В
800 В
В таблице приведена классификация оптосимисторов по величине прямого тока, через светодиод IFT, открывающего прибор, и максимального прямого повторяющегося напряжения, выдерживаемого симистором на выходе ( VDRM). В таблице отмечено также и свойство симистора открываться при переходе через нуль напряжения питания. Для снижения помех предпочтительнее использовать симисторы, открывающиеся при переходе через нуль напряжения питания.
Что касается элементов с обнаружением нуля напряжения питания, то их выходной каскад срабатывает при превышении напряжением питания некоторого порога, обычно это 5 В (максимум 20 В). Серии МОС301х и МОС302х чаще используются с резистивной нагрузкой или в случаях, когда напряжение питания нагрузки должно отключаться. Когда симистор находится в проводящем состоянии, максимальное падение напряжения на его выводах обычно равно 1,8В (максимум 3В) при токе до 100мА. Ток удержания (IH), поддерживающий проводимость выходного каскада оптосимистора, равен 100мкА, каким бы он ни был (отрицательным или положительным) за полупериод питающего напряжения. Ток утечки выходного каскада в закрытом состоянии (ID) варьируется в зависимости от модели оптосимистора. Для оптосимисторов с обнаружением нуля ток утечки может достигать 0,5мА, если светодиод находится под напряжением (протекает ток IF). У инфракрасного светодиода обратный ток утечки равен 0,05 мкА (максимум 100 мкА), и максимальное падение прямого напряжения 1,5В для всех моделей оптосимисторов. Максимально допустимое обратное напряжение светодиода 3 вольта для моделей МОС301х, МОС302х и МОС303х и 6 вольт для моделей МОС304х. МОСЗО6х и МОСЗО8х.
Предельно допустимые характеристики Максимально допустимый ток через светодиод в непрерывном режиме — не более 60ма. Максимальный импульсный ток в проводящем состоянии переключателя выходного каскада — не более 1 А. Полная рассеиваемая мощность оптосимистора не должна превышать 250 мВт (максимум 120 мВт для светодиода и 150 мВт для выходного каскада при Т — 25˚С).
Типовая схема подключения:
Д аташит MOC301x и MOC304x
Сопротивление Rd Расчет сопротивления этого резистора зависит от минимального прямого тока инфракрасного светодиода, гарантирующего отпирание симистора. Следовательно, Rd = (+V — 1,5) / IF. Например, для схемы транзисторного управления оптосимистором c напряжением питания +5 В и напряжением на открытом транзисторе (Uкэ нас), равном 0.3 В, +V будет 4,7 В, и IF должен находиться в диапазоне между 15 и 50 ма для МОС3041. Следует принять IF — 20 мА с учетом снижения эффективности светодиода в течение срока службы (запас 5 мА), целиком обеспечивая работу оптопары с постепенным ослаблением силы тока. Таким образом, имеем: Rв = (4,7 — 1,5) / 0,02 = 160 Ом. Следует подобрать стандартное значение сопротивления, то есть 150 Ом для МОС3041 и сопротивление 100 Ом для МОС3020.
Для того чтобы переключение симистора происходило быстро, должно быть выполнено следующее условие: dV / dt = 311 / Ra х Ca. Для МОС3020 максимальное значение dV / dt — 10 В/мкс. Таким образом: Сa = 311 / (470 х 107) = 66 нФ. Выбираем: Сa = 68 нФ.
Расчет сопротивления R.
Это сопротивление если работа идет на чисто активную нагрузку можно даже не ставить, но это только для лабораторных условий. Поэтому для надежной работы объясню как его рассчитать и его назначение. Управляющий электрод оптосимистора может выдержать определенный максимальный ток. Превышение этого тока вызовет повреждение оптрона. Нам необходимо рассчитать сопротивление, чтобы при максимальном рабочем напряжении сети (например, 220 В) ток не превышал максимально допустимый.
Для выше указанных оптопар максимальной допустимый ток 1 А.
Минимальное сопротивление резистора R:
Rmin=220 В * 1,44 / 1 А = 311 Ом.
С другой стороны слишком большое сопротивление может привести к нарушению работы схемы (будет перебои с включением силового симистора).
Поэтому принимаем сопротивление из стандартного ряда R=330 или 390 Ом.
Расчет сопротивления Rg.
Резистор Rg необходим, только в случаи высокочуствительного управляющего электрода симистора. И обычно может составлять от 100 Ом до 5 кОм. Я рекомендую ставить 1 кОм.
Защита Настоятельно рекомендуется защищать симистор и оптосимистор при работе на индуктивную нагрузку или при часто воздействующих на сеть помехах. Для симистора искрогасящая RC-цепочка просто необходима. Для оптосимистора с обнаружением нуля, такой как МОС3041, — желательна. Сопротивление резистора R следует увеличить с 27 Ом до 330 Ом (за исключением случая, когда управляемый симистор малочувствительный). Если используется модель без обнаружения нуля, то snubber-цепочка Ra — Сa обязательна.
Moc3041 описание на русском • Вэб-шпаргалка для интернет предпринимателей!
Содержание
1 Схема подключения активной нагрузки к оптосимистору
2 Схема подключения индуктивной нагрузки к оптосимистору
3 Схема подключения активной нагрузки к оптосимистору
4 Схема подключения индуктивной нагрузки к оптосимистору
4. 1 Рекомендуем к прочтению
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,
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.
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,
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.
Оптосимистор принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку (порядка 7500 В) между управляющей цепью и нагрузкой. Эти радиоэлементы состоят из Арсенид-гелиевого инфракрасного светодиода, соединенного посредством оптического канала м двунаправленным кремневым переключателем. Последний может дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения и размещенной на том же кремниевом кристалле.
Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными симисторами, например при реализации реле высокого напряжения или большей мощности. Подобные оптопары были задуманы для осуществления связи между логическими элементами с малым уровнем напряжения (например, вентиль TTL) и нагрузкой, питаемой сетевым напряжением (110 или 220 вольт).
Оптосимистор может размещаться в малогабаритном DIP-корпусе с шестью выводами.
Внутренняя структура оптосимисторов. Существует два типа оптосимистор с детектором нуля и без детектора. Оптосимистор с детектором нуля может быть использован в качестве реле для высокого напряжения. При использовании простого оптосимистора можно реализовать диммер для управления освещением.
Ниже приведена таблица, все выбранные оптроны отличаются минимальным гарантированием током управления и максимальным рабочим напряжением.
Ift
Тип
Тип
Тип
Тип
Тип
Тип
20
MOC3010
MOC3021
MOC3031
MOC3041
MOC3061
MOC3081
10
MOC3011
MOC3012
MOC3032
MOC3042
MOC3062
MOC3082
05
MOC3012
MOC3013
MOC3033
MOC3043
MOC3063
MOC3083
Напряжение питания
110/120 В
220/240 В
110/120 В
220/240 В
220/240 В
220/240 В
Обнаружение нуля
НЕТ
НЕТ
ДА
ДА
ДА
ДА
Vdrm
250 В
400 В
250 В
400 В
600 В
800 В
В таблице приведена классификация оптосимисторов по величине прямого тока, через светодиод IFT, открывающего прибор, и максимального прямого повторяющегося напряжения, выдерживаемого симистором на выходе ( VDRM). В таблице отмечено также и свойство симистора открываться при переходе через нуль напряжения питания. Для снижения помех предпочтительнее использовать симисторы, открывающиеся при переходе через нуль напряжения питания.
Что касается элементов с обнаружением нуля напряжения питания, то их выходной каскад срабатывает при превышении напряжением питания некоторого порога, обычно это 5 В (максимум 20 В). Серии МОС301х и МОС302х чаще используются с резистивной нагрузкой или в случаях, когда напряжение питания нагрузки должно отключаться. Когда симистор находится в проводящем состоянии, максимальное падение напряжения на его выводах обычно равно 1,8В (максимум 3В) при токе до 100мА. Ток удержания (IH), поддерживающий проводимость выходного каскада оптосимистора, равен 100мкА, каким бы он ни был (отрицательным или положительным) за полупериод питающего напряжения. Ток утечки выходного каскада в закрытом состоянии (ID) варьируется в зависимости от модели оптосимистора. Для оптосимисторов с обнаружением нуля ток утечки может достигать 0,5мА, если светодиод находится под напряжением (протекает ток IF). У инфракрасного светодиода обратный ток утечки равен 0,05 мкА (максимум 100 мкА), и максимальное падение прямого напряжения 1,5В для всех моделей оптосимисторов. Максимально допустимое обратное напряжение светодиода 3 вольта для моделей МОС301х, МОС302х и МОС303х и 6 вольт для моделей МОС304х. МОСЗО6х и МОСЗО8х.
Предельно допустимые характеристики Максимально допустимый ток через светодиод в непрерывном режиме — не более 60ма. Максимальный импульсный ток в проводящем состоянии переключателя выходного каскада — не более 1 А. Полная рассеиваемая мощность оптосимистора не должна превышать 250 мВт (максимум 120 мВт для светодиода и 150 мВт для выходного каскада при Т — 25˚С).
Типовая схема подключения:
Д аташит MOC301x и MOC304x
Сопротивление Rd Расчет сопротивления этого резистора зависит от минимального прямого тока инфракрасного светодиода, гарантирующего отпирание симистора. Следовательно, Rd = (+V — 1,5) / IF. Например, для схемы транзисторного управления оптосимистором c напряжением питания +5 В и напряжением на открытом транзисторе (Uкэ нас), равном 0.3 В, +V будет 4,7 В, и IF должен находиться в диапазоне между 15 и 50 ма для МОС3041. Следует принять IF — 20 мА с учетом снижения эффективности светодиода в течение срока службы (запас 5 мА), целиком обеспечивая работу оптопары с постепенным ослаблением силы тока. Таким образом, имеем: Rв = (4,7 — 1,5) / 0,02 = 160 Ом. Следует подобрать стандартное значение сопротивления, то есть 150 Ом для МОС3041 и сопротивление 100 Ом для МОС3020.
Для того чтобы переключение симистора происходило быстро, должно быть выполнено следующее условие: dV / dt = 311 / Ra х Ca. Для МОС3020 максимальное значение dV / dt — 10 В/мкс. Таким образом: Сa = 311 / (470 х 107) = 66 нФ. Выбираем: Сa = 68 нФ.
Расчет сопротивления R.
Это сопротивление если работа идет на чисто активную нагрузку можно даже не ставить, но это только для лабораторных условий. Поэтому для надежной работы объясню как его рассчитать и его назначение. Управляющий электрод оптосимистора может выдержать определенный максимальный ток. Превышение этого тока вызовет повреждение оптрона. Нам необходимо рассчитать сопротивление, чтобы при максимальном рабочем напряжении сети (например, 220 В) ток не превышал максимально допустимый.
Для выше указанных оптопар максимальной допустимый ток 1 А.
Минимальное сопротивление резистора R:
Rmin=220 В * 1,44 / 1 А = 311 Ом.
С другой стороны слишком большое сопротивление может привести к нарушению работы схемы (будет перебои с включением силового симистора).
Поэтому принимаем сопротивление из стандартного ряда R=330 или 390 Ом.
Расчет сопротивления Rg.
Резистор Rg необходим, только в случаи высокочуствительного управляющего электрода симистора. И обычно может составлять от 100 Ом до 5 кОм. Я рекомендую ставить 1 кОм.
Защита Настоятельно рекомендуется защищать симистор и оптосимистор при работе на индуктивную нагрузку или при часто воздействующих на сеть помехах. Для симистора искрогасящая RC-цепочка просто необходима. Для оптосимистора с обнаружением нуля, такой как МОС3041, — желательна. Сопротивление резистора R следует увеличить с 27 Ом до 330 Ом (за исключением случая, когда управляемый симистор малочувствительный). Если используется модель без обнаружения нуля, то snubber-цепочка Ra — Сa обязательна.
Схема управления нагрузкой на симисторе. Как переключать симистор батарейкой для управления переменным током. Какие накладываются ограничения при использовании симисторов
Посмотрело: 7647
Все знают, насколько ардуинщики гордятся миганием лампочками
Так как мигать светодиодами не интересно, речь пойдет про управление лампой накаливания на 220 вольт, включая управление её яркостью. Впрочем, материал относится и к некоторым другим типам нагрузки. Эта тема достаточно избита, но информация об особенностях, которые необходимо учесть, разрозненна по статьям и темам на форумах. Я постарался собрать её воедино и описать различия между схемами и обосновать выбор нужных компонентов.
Выбор управляемой нагрузки
Существует много различных типов ламп. Не все из них поддаются регулировке яркости. И, в зависимости от типа лампы, требуются разные способы управления. Про типы ламп есть хорошая . Я же буду рассматриваться только лампы, работающие от переменного тока. Для таких ламп существует три основных способа управления яркостью (диммирование по переднему фронту, по заднему фронту и синус-диммирование). Иллюстрация в формате SVG, может не отображжаться в старых браузерах и, особенно, в IE Отличаются они тем, какая часть периода переменного тока пропускается через лампу. О применимости этих методов можно прочитать . В этой статье речь пойдет только о RL диммере, так как это самая простая и распространенная схема. Она подходит для управления яркостью ламп накаливания (включая галогенные), в том числе подключенных через ферромагнитный (не электронный) трансформатор. Эта же схема может применяться для управления мощностью нагревательных элементов и электромоторов, а также для включения/выключения других электроприборов (без управления мощностью).
Выбор элементной базы
Различных вариантов схем управления нагрузкой в интернете много. Отличаются они по следующим параметрам:Первые два пункта определяются элементной базой. Очень часто для управления нагрузкой используют реле, как проверенный многолетним опытом элемент. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы, её необходимо включать и выключать 100 раз в секунду. Реле не рассчитаны на такую нагрузку и быстро выйдут из строя, даже если смогут переключаться так часто. Если в схеме используется MOSFET, то его можно открывать и закрывать в любой момент. Нам нем можно построить и RL, и RC, и синус димер. Но так как он проводит ток только в одну сторону, понадобится два транзистора на канал. Кроме того, высоковольтные MOSFET относительно дороги. Самым простым и дешевым способом является использование симистора. Он проводит ток в обоих направлениях и сам закрывается, когда через него прекращает течь ток. Про то, как он работает можно прочитать в . Далее я буду полагаться на то, что вы это знаете.
Фазовая модуляция
Чтобы управлять яркостью лампы нам нужно подавать импульсы тока на затвор симистора в моменты, когда ток через симистор достигает определенной величины. В схемах без микроконтроллера для этого применяется настраиваемый делитель напряжения и динистор. Когда напряжение на симисторе превышает порог, при котором открывается динистор, ток проходит на затвор симистора и открывает его. Если же управление ведется с микроконтроллера, то возможны два варианта:
Подавать импульсы равно в тот момент времени, когда нужно. Для этого придётся завести на микроконтроллер сигнал с детектора перехода напряжения через ноль
К затвору симистора подключить компаратор, на который завести сигнал с делителя напряжения и с аналогового выхода микроконтроллера
Первый способ хорош тем, что позволяет легко организовать гальваническую развязку высоковольтной части и микроконтроллера. О её важности будет сказано позже. Но любители arduino будут огорчены: чтобы лапа горела ровно, не вспыхивая и не погасая, импульсы нужно подавать вовремя. Для этого управлять выводом нужно из прерывания таймера, а моменты перехода напряжения через ноль фиксировать с помощью «input capture». Это «недокументированные» функции. Проблема решается отказом от библиотек arduino и внимательным чтением datashit»а на процессоры avr. Это не так сложно, как кажется. Второй способ управления симистором крайне прост в программном плане, но из-за отсутствия гальванической развязки я бы не стал его применять.
Гальваническая развязка
Самый простой способ управлять симистором — это подключить к затвору ножку микроконтроллера. Есть даже специальная серия симисторов BTA-600SW управляемых малыми токами.Но тогда контроллер и вся низковольтная часть не будет защищена от помех, гуляющих по бытовой сети. Некоторое из них могут быть достаточно мощными, чтобы сжечь микроконтроллер, другие будут вызывать сбои. Кроме того, сразу возникают проблемы со связью микроконтроллера с компьютером или другими микроконтроллерами: нужно будет делать развязку в линии связи или использовать дифференциальные линии, ведь, чтобы управлять симистором прямо с ноги микроконтроллера, нулевой потенциал для него должен совпадать с потенциалом нуля в бытовой сети. У компьютера или другого такого же микроконтроллера, подключенного в другой точке сети, нулевой потенциал почти наверняка будет другим. Результат будет плачевным. Простой способ обеспечить гальваническую развязку: использовать драйвер симистора MOC30XX. Эти микросхемы отличаются:
Расчетным напряжением. Если для сетей 110 вольт, есть для 220
Наличием детектора нуля
Током, открывающим драйвер
Драйвер с детектором нуля (MOC306X) переключается только в начале периода. Это обеспечивает отсутствие помех в электросети от симистора. Поэтому, если нет необходимости управлять выделяемой мощностью или управляемый прибор обладает большой инерционностью (например это нагревательный элемент в электроплитке), драйвер с детектором нуля будет оптимальным выбором. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы освещения, необходимо использовать драйвер без детектора нуля (MOC305X) и самостоятельно открывать его в нужные моменты. Ток, необходимый для открытия важен, если вы хотите управлять несколькими нагрузками одновременно. У MOC3051 он 15 мА, у MOC3052 10мА. При этом микроконтроллеры stm могут пропускать через себя до 80-120 мА, а avr до 200 мА. Точные цифры нужно смотреть в соответствующих datashit»ах.
Устойчивость к помехам/возможность коммутации индуктивной нагрузки
В электросети могут быть помехи, вызывающие самопроизвольное открытие симистора или его повреждение. Источником помех может служить:
Нагрузка, управляемая симистором (обмотка мотора)
Фильтр (snubber), расположенный рядом с симистором и призванный его защищать
Внешняя помеха (грозовой разряд)
Помеха может быть как по напряжению, так и по току, причем более критичны скорости изменения соответствующих значений, чем их амплитуды. В datashit»ах соответствующие значения указаны как: V — максимальное напряжение, при котором может работать симистор. Максимальное пиковое напряжение не намного больше. I — Максимальный ток, который может пропускать через себя симистор. Максимальный пиковый ток как правило значительно больше. dV/dt — Максимальная скорость изменения напряжения на закрытом симисторе. При превышении этого значения он самопроизвольно откроется. dI/dt — Максимальная скорость изменения тока при открытии симистора. При превышении этого значения он сгорит из-за того, что не успеет полностью открыться. (dV/dt)c — Максимальная скорость изменения напряжения в момент закрытия симистора. Значительно меньше dV/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток. (dI/dt)c — Максимальная скорость изменения тока в момент закрытия симистора. Значительно меньше dI/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток. Подробно о природе этих ограничений и о том, как сделать фильтр, защищающий от превышения этих величин описано в . К немо можно только добавить, что существуют 3Q симисторы, у которых значения dV/dt и dI/dt выше, чем у обычных за счет невозможности работать в 4ом квадранте (что обычно не требуется).
Выбор симистора
Максимальный ток коммутации
Максимальный ток коммутации ограничивается двумя параметрами: максимальным током, который может пропустить симистор и количеством тепла, которое вы можете от него отвести. С первым параметром все просто, он указан в datashit»е. Но если посмотреть внимательно, то при токе в 16 ампер на BTA16-600BW выделяется около 20 ватт. Такую грелку уже не получится засунуть в коробку выключателя без вентиляции.
Минимальный ток коммутации
Симистор сохраняет проводимость до тех пор, пока через него идёт ток. Минимально необходимый ток указан в datashit»е под именем latching current. Соответственно, слишком мощный симистор не сможет включать маломощную лампочку так как будет выключаться, как только с затвора пропадёт управляющий сигнал. Но так, как этот сигнал мы самостоятельно формируем микроконтроллером, то можно удерживать управляющий сигнал почти до самого конца полупериода, тем самым убрав ограничение на минимальную нагрузку. Однако, если не успеть снять сигнал, симистор не закроется и лампа не погаснет. При плохо подобранных константах лампы, работающие на не полной яркости периодически вспыхивают.
Изоляция
Симисторы в корпусе SOT-220 могут быть изолированными или не изолированными. Я сначала сделал ошибку и купил BT137, в результате радиаторы охлаждения оказались под напряжением, что в моем случае нежелательно. Симисторы с маркировкой BTA изолированы, с маркировкой BTB нет.
Защита от перегрузки
Не стоит полагаться на автоматические выключатели. Посмотрите на , при перегрузке в 1.4 раза автомат обязан выключиться не ранее , чем через час. А быстрое размыкание происходит только при перегрузке в 5 раз (для автоматов типа C). 2t. Задает количество теплоты, накопление которой в кристалле приведет к разрушению кристалла.
dI/dt ограничивается индуктивностью проводки и внутренней ёмкостью симистора. Так как dI/dt достаточно велика (50 А/с для BTA16), может хватить индуктивности подводящей проводки, если она достаточно длинная. Можно подстраховаться и добавить небольшую индуктивность в виде нескольких витков провода вокруг сердечника. С превышением интеграла Джоуля можно бороться либо уменьшая время прохождения тока через симистор, либо ограничивая ток. Так как симистор не закроется, пока ток не перейдет через ноль, не вводя дополнительных размыкателей нельзя сделать время прохождения тока менее одного полупериода. В качестве такого размыкателя можно использовать:
Быстродействующий плавкий предохранитель. Обычный предохранитель не подойдет так как симистор сгорит до того, как он сработает. Но стоят такие предохранители дороже новых симисторов.
Геркон/реле. Если удастся найти такое, чтобы выдерживало кратковременные большие токи.
Можно пойти по другому пути. BTA16-600 может выдержать ток в 160 амер в течении одного периода. Если сопротивление замыкаемой цепи будет порядка 1.5 Ом, то полупериод он выдержит. Сопротивление проводки даст 0.5 Ом. Остается добавить в цепь сопротивление в 1 Ом. Схема станет менее эффективной и появится еще одна грелка, выделяющая при штатной работе до 16 Вт тепла (0.45 Вт при работе 100 ваттной лампы), зато симистор не сгорит, если успеть его вовремя выключить и позаботиться о хорошем охлаждении, чтобы оставался запас на нагрев во время КЗ. Из этого сопротивления можно извлечь дополнительную выгоду: измеряя падение напряжения на нем, можно узнавать ток, протекающий через симистор. Полученное значение можно использовать для того, чтобы определять короткое замыкание или перегрузку и отключать симистор.
Заключение
Я не претендую на абсолютную верность всего написанного. Статья писалась для того, чтобы упорядочить знания, прочитанные на просторах интернета и проверить, не забыл ли я чего. В частности раздел, касающийся защиты от перегрузок я еще не опробовал на практике. Если я где-то не прав, мне было бы интересно узнать об ошибках. В статье нет ни одной схемы: знакомые с темой и так знают их наизусть, а новичку придётся заглянуть в datashit к MOC3052 или в AN-3008 и, возможно, он заодно узнает что-то еще и не будет бездумно реализовывать готовую схему.
Использование оптотиристоров
Оптосимисторы МОС301х, МОС302х, МОС303х, МОС304х, МОС306х, МОС308х Оптосимисторы принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку (порядка 7500 В) между управляющей цепью и нагрузкой. Эти радиоэлементы состоят из инфракрасного светодиода, соединенного посредством оптического канала с двунаправленным кремниевым симистором. Последний может быть дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения. Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными симисторами, например при реализации реле высокого напряжения или большой мощности. Подобные оптопары были задуманы для осуществления связи между логическими схемами с малыми уровнями напряжений и нагрузкой, питаемой сетевым напряжением 220 В. Оптосимистор может размещаться в малогабаритном DIP-корпусе с шестью выводами, его цоколевка и внутренняя структура показаны на рис.1.
В таблице приведена классификация оптосимисторов по величине прямого тока, через светодиод IFT, открывающего прибор, и максимального прямого повторяющегося напряжения, выдерживаемого симистором на выходе (VDRM). В таблице отмечено также и свойство симистора открываться при переходе через нуль напряжения питания. Для снижения помех предпочтительнее использовать симисторы, открывающиеся при переходе через нуль напряжения питания.
Что касается элементов с обнаружением нуля напряжения питания, то их выходной каскад срабатывает при превышении напряжением питания некоторого порога, обычно это 5 В (максимум 20 В). Серии МОС301х и МОС302х чаще используются с резистивной нагрузкой или в случаях, когда напряжение питания нагрузки должно отключаться. Когда симистор находится в проводящем состоянии, максимальное падение напряжения на его выводах обычно равно 1,8В (максимум 3В) при токе до 100мА. Ток удержания (IH), поддерживающий проводимость выходного каскада оптосимистора, равен 100мкА, каким бы он ни был (отрицательным или положительным) за полупериод питающего напряжения. Ток утечки выходного каскада в закрытом состоянии (ID) варьируется в зависимости от модели оптосимистора. Для оптосимисторов с обнаружением нуля ток утечки может достигать 0,5мА, если светодиод находится под напряжением (протекает ток IF). У инфракрасного светодиода обратный ток утечки равен 0,05 мкА (максимум 100 мкА), и максимальное падение прямого напряжения 1,5В для всех моделей оптосимисторов. Максимально допустимое обратное напряжение светодиода 3 вольта для моделей МОС301х, МОС302х и МОС303х и 6 вольт для моделей МОС304х. МОСЗО6х и МОСЗО8х. Предельно допустимые характеристики Максимально допустимый ток через светодиод в непрерывном режиме — не более 60ма. Максимальный импульсный ток в проводящем состоянии переключателя выходного каскада — не более 1 А. Полная рассеиваемая мощность оптосимистора не должна превышать 250 мВт (максимум 120 мВт для светодиода и 150 мВт для выходного каскада при Т — 25˚С).
Применение оптосимисторов
На рис.2 а-д представлены различные схемы типичных применений оптосимисторов, отличающиеся друг от друга характером нагрузки и способами подключения нагрузки и питания. Сопротивление Rd Расчет сопротивления этого резистора зависит от минимального прямого тока инфракрасного светодиода, гарантирующего отпирание симистора. Следовательно, Rd = (+V — 1,5) / IF. Например, для схемы транзисторного управления оптосимистором c напряжением питания +5 В (рис.3) и напряжением на открытом транзисторе (Uкэ нас), равном 0.3 В, +V будет 4,7 В, и IF должен находиться в диапазоне между 15 и 50 ма для МОС3041. Следует принять IF — 20 мА с учетом снижения эффективности светодиода в тече¬ние срока службы (запас 5 мА), целиком обеспечивая работу оптопары с постепенным ослаблением силы тока. Таким образом, имеем: Rв = (4,7 — 1,5) / 0,02 = 160 Ом. Следует подобрать стандартное значение сопротивления, то есть 150 Ом для МОС3041 и сопротивление 100 Ом для МОС3020. Сопротивление R Резистор R необязательно включать, когда нагрузка чисто резистивная. Однако, если симистор защищен цепочкой RР — CР, чаще всего называемой искрогасящей, резистор R позволяет ограничить ток через управляющий электрод оптосимистора. Действительно, в случае индуктивной нагрузки проходящий через симистор ток и напряжение, приложенное к схеме, находятся в противофазе. Так как симистор перестает быть проводником, когда ток проходит через нуль, конденсатор защитной цепочки СР может разряжаться через оптосимистор. Тогда резистор R ограничивает этот ток разряда. Минимальное значение его сопротивления зависит от максимального напряжения конденсатора и максимально допустимого для оптосимистора тока, поэтому для напряжения питания 220 В: Rmin = 220 В х 1,41 / 1А — 311 Ом. С другой стороны, слишком большая величина R может привести к нарушению работы. Поэтому принимают R — 330 или 390 Ом. Сопротивление RG Резистор RG необходим только тогда, когда входное сопротивление управляющего электрода очень велико, то есть в случае чувствительного симистора. Значение резистора RG может быть в диапазоне от 100 до 500 Ом. Резисторы RG и R вводят задержку отпирания симистора, которая будет тем значительнее, чем выше сопротивления этих резисторов. Цепочка Ra — Сa Чтобы ограничить скорость изменения напряжения dV/dt на выходе оптосимистора, необходима snubber-цепочка (рис.2 г). Выбор значения сопротивления резистора Ra зависит от чувствительности симистора и напряжения Va, начиная с которого симистор должен срабатывать. Таким образом, имеем: R + Ra = Va / IG. Для симистора с управляющим током IG = 25мА и напряжением отпирания Va = 20В получим: R + Ra = 20 / 0,025 — 800 Ом или: Ra = 800 — 330 = 470 Ом. Для того чтобы переключение симистора происходило быстро, должно быть выполнено следующее условие: dV / dt = 311 / Ra х Ca. Для МОС3020 максимальное значение dV / dt — 10 В/мкс. Таким образом: Сa = 311 / (470 х 107) = 66 нФ. Выбираем: Сa = 68 нФ. Замечание. Что касается snubber-цепочки, то экспериментальные значения, как правило, предпочтительнее теоретических расчетов. Защита Настоятельно рекомендуется защищать симистор и оптосимистор при работе на индуктивную нагрузку или при часто воздействующих на сеть помехах. Для симистора искрогасящая RC-цепочка просто необходима. Для оптосимистора с обнаружением нуля, такой как МОС3041, — желательна. Сопротивление резистора R следует увеличить с 27 Ом до 330 Ом (за исключением случая, когда управляемый симистор малочувствительный). Если используется модель без обнаружения нуля, то snubber-цепочка Ra — Сa обязательна.
Симистор («триак» по терминологии, принятой в США) — это двунаправленный симметричный тиристор. Симисторы очень удобны для систем ключевого регулирования в цепях переменного тока. Как следствие, они практически вытеснили тиристоры из бытовой техники (стиральные машины, пылесосы и т. д.).
У симистора нет анода и катода. Его три вывода называются: УЭ (управляющий электрод), СЭУ (силовой электрод, расположенный ближе к УЭ), СЭ (силовой электрод у основания прибора) . Существуют также аналогичные зарубежные названия, принятые в триаках, соответственно, «G» (Gate — затвор), «Т1» (Main Terminal 1) и «Т2» (Main Terminal 2).
Симистор, в зависимости от конструкции, может открываться как положительными, так и отрицательными импульсами на выводе УЭ. Ветви ВАХ симметричные, поэтому ток через силовые электроды может быть и втекающим, и вытекающим. Итого, различают четыре режима работы в квадрантах 1…4 (Рис. 2.105).
Рис. 2.105. Режимы работы симисторов (триаков).
Первыми были разработаны четырёх квадрантные симисторы или, по-другому, 4Q-TpnaKM. Они требуют для нормальной работы введения в схему демпферных ЛС-цепочек (100 Ом, 0.1 МК Ф), которые устанавливаются параллельно силовым электродам СЭУ и СЭ. Таким нехитрым способом снижается скорость нарастания напряжения через симистор и устраняются ложные срабатывания при повышенной температуре и значительной индуктивной или ёмкостной нагрузке.
Технологические достижения последнего времени позволили создать трёхквадрантные симисторы или, по-другому, 3Q триаки. Они, в отличие от симисторов «4Q», работают в трёх из четырёх квадрантов и не требуют ЯС-цепочек. Типовые параметры 3Q-TpnaKOB Hi-Com BTA208…225 фирмы Philips: максимальное коммутируемое напряжение 600…800 В, ток силовой части 8…25 А, ток отпирания затвора (УЭ) 2…50 мА, малогабаритный SMD-корпус.
Схемы подключения симисторов к MK можно условно разделить на две группы: без развязки от сети 220 В (Рис. 2.106, a…r) и с гальванической изоляцией (Рис. 2.107, а…л).
Некоторые замечания. Типы указанных на схемах симисторов однообразны, в основном КУ208х, BTxxx, MACxxx. Это сделано специально, чтобы заострить внимание на схемотехнике низковольтной управляющей части, поскольку она ближе всего к MK. На практике можно использовать и другие типы симисторов, следя за их выходной мощностью и амплитудой управляющего тока.
Демпферные цепочки в силовой части на схемах, как правило, отсутствуют. Это упрощение, чтобы не загромождать рисунки, поскольку предполагается, что сопротивление нагрузки R H носит чисто активный характер. В реальной жизни демпфирование необходимо для 4Q-триаков, если нагрузка имеет значительную индуктивную или ёмкостную составляющую.
а) ВЫСОКИЙ уровень на выходе МК открывает транзистор VT1, через который включается симистор VS1. Варистор RU1 защищает симистор от всплесков напряжения, начиная с порога 470 В (разброс 423…517 В). Это актуально при индуктивном характере нагрузки jR H ;
б) аналогично Рис. 2.106, а, но с другой полярностью сигнала на выходе MK и с транзистором VT1 другой структуры, который выполняет функцию инвертора напряжения. Благодаря низкому сопротивлению резистора R2, повышается помехоусточивость. Сопротивление резистора R2 выбирается по тем же критериям, что и для схем на тиристорах;
Рис. 2.106. Схемы подключения симисторов к MK без гальванической изоляции.
в) высоковольтный транзистор ГУ2замыкаетдиагональдиодного моста VD1 при НИЗКОМ уровне на линии MK. Транзистор VT1 в момент рестарта MK находится в открытом состоянии из-за резистора R1, при этом симистор VS1 закрывается и ток через нагрузку R H не протекает;
г) прямое управление симистором VS1 с одного или нескольких выходов MK. Запараллеливание линий применяется при недостаточном токе управления (показано пунктиром). Ток через нагрузку R H не более 150 мА. Возможные замены: VS1 — MAC97A8, VD2— KC147A.
а) симистор VS1 включается/выключается при наличии/отсутствии импульсов 50…100 кГц, генерируемых с выхода MK. Изолирующий трансформатор T1 наматывается на кольце из феррита N30 и содержит в обмотке I — 15 витков, в обмотке II — 45 витков провода ПЭВ-0.2;
б) простая схема трансформаторной развязки. Симистор VS1 включается короткими импульсами с выхода MK. Ток управления зависит от коэффициента трансформации 77;
Рис. 2.107. Схемы гальванической изоляции МК от симисторов.
в) разделительный трансформатор T1 наматывается на ферритовом кольце M1000HM размерами K20xl2x6 и содержит в обмотке I — 60 витков, в обмотке II — 120 витков провода ПЭВ-0. 2. Цепочка R3, C1 накапливает энергию для импульсной коммутации транзистора K77;
г) если не требуется частое включение/выключение нагрузки, то для гальванической развязки можно использовать реле K1. Его контакты должны выдерживать без пробоя переменное напряжение 220 В. В некоторых схемах токоограничивающий резистор R3 закорачивают;
д) контакты геркона SF1 замыкаются при протекании тока через катушку индуктивности L1, которая намотана на его корпус. Достоинство — сверхбольшое сопротивление изоляции;
е) гальваническая развязка на транзисторной оптопаре VU1. Резистор R3 повышает помехоустойчивость, но может отсутствовать. Резистор Я2определяет порог открывания транзистора VT1. При использовании симисторов КУ208, TC106-10 сопротивление резистора Я2уменьшают до 30…75 кОм;
ж) симистором VS1 управляет драйвер DA1 (по-старому, КР1182ПМ1), который обеспечивает плавное изменение тока в нагрузке R H в зависимости от напряжения на конденсаторе C1. Если транзистор оптопары W/закрыт, то конденсатор С1 заряжается от внутреннего ИОН микросхемы DA1 и в нагрузке устанавливается максимальное напряжение. Резистор R4 может отсутствовать при наличии резистора R3. Резистор R3 можно закоротить при наличии резистора R4\
з) гальваническая развязка на опторезисторе VU1. Резистором R1 подбирается ток через своизлучатель VU1 и, соответственно, ток управления симистором VS1;
и) применение двух оптотиристоров VU1, УУ2щ\я коммутации симистора VS1 в любой пупериод сетевого напряжения. Резистор Л2ограничивает ток управления симистора;
к) питание входа УЭ симистора VS1 осуществляется от отдельной низковольтной обмотки промышленного трансформатора T1ТПП235-220/110-50;
л) применение оптотиристора VU1 для управления симистором VS1 (замена КУ208Д1). Из двух токоограничивающих резисторов R2, R3 обычно оставляют один, второй замыкают перемычкой. Замена VD1 — мост КЦ407А или четыре отдельных диода КД226.
Источник : Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2, :ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).
В следующих статьях будут устройства, которые должны управлять внешней нагрузкой. Под внешней нагрузкой я понимаю все, что прицеплено к ножкам микроконтроллера – светодиоды, лампочки, реле, двигатели, исполнительные устройства … ну Вы поняли. И как бы не была заезжена данная тема, но, чтобы избежать повторений в следующих статьях, я все-же рискну быть не оригинальным — Вы уж меня простите:). Я кратенько, в рекомендательной форме, покажу наиболее распространенные способы подключения нагрузки (если Вы что-то захотите добавить – буду только рад). Сразу договоримся, что речь идет о цифровом сигнале (микроконтроллер все-таки цифровое устройство) и не будем отходить от общей логики: 1 -включено, 0 -выключено. Начнем.
Нагрузкой постоянного тока являются: светодиоды, лампы, реле, двигатели постоянного тока, сервоприводы, различные исполнительные устройства и т.д. Такая нагрузка наиболее просто (и наиболее часто) подключается к микроконтроллеру.
1.1 Подключение нагрузки через резистор. Самый простой и, наверно, чаще всего используемый способ, если речь идет о светодиодах.
Резистор нужен для того, чтобы ограничить ток протекающий, через ножку микроконтроллера до допустимых 20мА . Его называют балластным или гасящим. Примерно рассчитать величину резистора можно зная сопротивление нагрузки Rн.
Rгасящий = (5v / 0.02A) – Rн = 250 – Rн
Как видно, даже в самом худшем случае, когда сопротивление нагрузки равно нулю достаточно 250 Ом для того, что бы ток не превысил 20мА. А значит, если неохота чего-то там считать — ставьте 300 Ом и Вы защитите порт от перегрузки. Достоинство способа очевидно – простота.
1.2 Подключение нагрузки при помощи биполярного транзистора. Если так случилась, что Ваша нагрузка потребляет более 20мА, то, ясное дело, резистор тут не поможет. Нужно как-то увеличить (читай усилить) ток. Что применяют для усиления сигнала? Правильно. Транзистор!
Для усиления удобней применять n-p-n транзистор, включенный по схеме ОЭ . При таком способе можно подключать нагрузку с большим напряжением питания, чем питание микроконтроллера. Резистор на базе – ограничительный. Может варьироваться в широких пределах (1-10 кОм), в любом случае транзистор будет работать в режиме насыщения. Транзистор может быть любой n-p-n транзистор. Коэффициент усиления, практически не имеет значения. Выбирается транзистор по току коллектора (нужный нам ток) и напряжению коллектор-эмиттер (напряжение которым запитывается нагрузка). Еще имеет значение рассеиваемая мощность — чтоб не перегрелся.
Из распространенных и легко доступных можно заюзать BC546, BC547, BC548, BC549 с любыми буквами (100мА), да и тот-же КТ315 сойдет (это у кого со старых запасов остались). — Даташит на биполярный транзистор BC547
1.3 Подключение нагрузки при помощи полевого транзистора. Ну а если ток нашей нагрузки лежит в пределах десятка ампер? Биполярный транзистор применить не получиться, так как токи управления таким транзистором велики и скорей всего превысят 20мА. Выходом может служить или составной транзистор (читать ниже) или полевой транзистор (он же МОП, он же MOSFET). Полевой транзистор просто замечательная штука, так как он управляется не током, а потенциалом на затворе. Это делает возможным микроскопическим током на затворе управлять большими токами нагрузки.
Для нас подойдет любой n-канальный полевой транзистор. Выбираем, как и биполярный, по току, напряжению и рассеиваемой мощности.
При включении полевого транзистора нужно учесть ряд моментов: — так как затвор, фактически, является конденсатором, то в моменты переключения транзистора через него текут большие токи (кратковременно). Для того чтобы ограничить эти токи в затвор ставиться ограничивающий резистор. — транзистор управляется малыми токами и если выход микроконтроллера, к которому подключен затвор, окажется в высокоимпедансном Z-состоянии полевик начнет открываться-закрываться непредсказуемо, вылавливая помехи. Для устранения такого поведения ножку микроконтроллера нужно «прижать» к земле резистором порядка 10кОм. У полевого транзистора на фоне всех его положительных качеств есть недостаток. Платой за управление малым током является медлительность транзистора. ШИМ, конечно, он потянет, но на превышение допустимой частоты он Вам ответит перегревом.
1.4 Подключение нагрузки при помощи составного транзистора Дарлингтона. Альтернативой применения полевого транзистора при сильноточной нагрузке является применение составного транзистора Дарлингтона. Внешне это такой-же транзистор, как скажем, биполярный, но внутри для управления мощным выходным транзистором используется предварительная усилительная схема. Это позволяет малыми токами управлять мощной нагрузкой. Применение транзистора Дарлингтона не так интересно, как применение сборки таких транзисторов. Есть такая замечательная микросхема как ULN2003. В ее составе аж 7 транзисторов Дарлингтона, причем каждый можно нагрузить током до 500мА, причем их можно включать параллельно для увеличения тока.
Микросхема очень легко подключается к микроконтроллеру (просто ножка к ножке) имеет удобную разводку (вход напротив выхода) и не требует дополнительной обвязки. В результате такой удачной конструкции ULN2003 широко используется в радиолюбительской практике. Соответственно достать ее не составит труда. — Даташит на сборку Дарлингтонов ULN2003
Если Вам нужно управлять устройствами переменного тока (чаще всего 220v), то тут все сложней, но не на много.
2.1 Подключение нагрузки при помощи реле. Самым простым и, наверное, самым надежным есть подключение при помощи реле. Катушка реле, сама собой, является сильноточной нагрузкой, поэтому напрямую к микроконтроллеру ее не включишь. Реле можно подключить через транзистор полевой или биполярный или через туже ULN2003, если нужно несколько каналов.
Достоинства такого способа большой коммутируемый ток (зависит от выбранного реле), гальваническая развязка. Недостатки: ограниченная скорость/частота включения и механический износ деталей. Что-то рекомендовать для применения не имеет смысла — реле много, выбирайте по нужным параметрам и цене.
2. 2 Подключение нагрузки при помощи симистора (триака). Если нужно управлять мощной нагрузкой переменного тока а особенно если нужно управлять мощностью выдаваемой на нагрузку (димеры), то Вам просто не обойтись без применения симистора (или триака). Симистор открывается коротким импульсом тока через управляющий электрод (причем как для отрицательной, так и для положительной полуволны напряжения). Закрывается симистор сам, в момент отсутствия напряжения на нем (при переходе напряжения через ноль). Вот тут начинаются сложности. Микроконтроллер должен контролировать момент перехода через ноль напряжения и в точно определенный момент подавать импульс для открытия симистора — это постоянная занятость контроллера. Еще одна сложность это отсутствие гальванической развязки у симистора. Приходится ее делать на отдельных элементах усложняя схему.
Хотя современные симисторы управляются довольно малым током и их можно подключить напрямую (через ограничительный резистор) к микроконтроллеру, из соображений безопасности приходится их включать через оптические развязывающие приборы. Причем это касается не только цепей управления симистором, но и цепей контроля нуля.
Довольно неоднозначный способ подключения нагрузки. Так как с одной стороны требует активного участия микроконтроллера и относительно сложного схемотехнического решения. С другой стороны позволяет очень гибко манипулировать нагрузкой. Еще один недостаток применения симисторов — большое количество цифрового шума, создаваемого при их работе — нужны цепи подавления.
Симисторы довольно широко используются, а в некоторых областях просто незаменимы, поэтому достать их не составляет каких либо проблем. Очень часто в радиолюбительстве применяют симисторы типа BT138.
Автор : elremont от 17-03-2014
Это схема, в которой есть неизолированные металлические части под напряжением! Будьте осторожны и примите все меры предосторожности, чтобы избежать поражения электрическим током. Кроме того, обязательно используйте предохранитель с низким значением отсечки (мА) , поставив его на провод от аккумуляторной батареи до управляющего электрода. Вы имеете дело с 220В! Металлический лепесток на симисторе (T2) всегда ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ. Тем из вас, кто имел мало опыта работы с электроникой, не стоит заниматься этим проектом. Как я говорю и в видео, вам необходимо удостоверится, где в розетке «фазовый» и где «нейтральный» контакт с помощью индикатора на 220 В! Маленькие контакты могут быть фазными, а большое лезвие всегда НЕЙТРАЛЬНО. Ничего не берите на веру. Всегда проверяйте отсутствие напряжения до прикосновения к контакту. Итак, это руководство для переключения симистора постоянным током. Большинство людей не понимают, что вы можете отдельным источником постоянного тока переключать симистор, как на этой схеме. Для простоты я использую BT136/600 и его распиновка такая: Т1, Т2 … Т2 пойдет к нагрузке, T1 пойдет на нейтраль и G это управление. Итак, что мы делаем, по цепи 220 В, провод идет в нагрузку, которой может быть все что угодно: свет, электронное устройство, а затем попадает на контакт T2 симистора. Контакт T2 переходит на T1 подключенный к нейтральному проводу, завершая цепь. Включить и выключить симистор вы можете с помощью отдельной батареи. При желании вы могли бы использовать понижающий трансформатор с электропитанием от той же линии, что у вас есть, чтобы получить постоянное напряжение для тока управления. Или вы можете использовать внешнюю сеть переменного тока, есть много вариантов получения постоянного тока для управления. Скажем, вы придумали схему, которая работает на постоянном токе, и вы хотите что то включить на переменном, так что это прекрасно подходит для этого. Хорошо, у меня есть 6-вольтовая батарея, я покажу вам ее через минуту. Берем минус и проверяем, что он присоединен к нейтральной шине. Это очень важно. Не надо делать этого в обратном направлении, проверьте, что эта отрицательная клемма на нейтрали. При помощи индикатора или тестера убедитесь, что провода к электрической розетке присоединены правильно. Итак минус на нейтраль, и хорошей идеей будет поставить предохранитель между минусом и нейтралью. В случае, если что либо замкнет в симисторе, и один из контактов замкнет на управляющий электрод, то вы можете получить 220 вольт, проходящие через батарейку. Так что ставьте предохранитель прямо здесь, на очень низкую сила тока. Лучше всего поставить на 50 миллиампер. Так что, если произойдет короткое замыкание, оно будет кратковременно и не катастрофично. Теперь берем наш плюс, он проходит через цепи коммутации и управления и на управляющий электрод симистора плюс поступает через токоограничивающий резистор. Этот симистор — BT136, с током управления максимум 35 мА, а напряжение, я думаю, максимум 12. Но я использую 6. Таким образом, вычислить сопротивление резистора очень просто, вы берете свое напряжение и делите его на ток который необходим, и вы получите сопротивление в Омвх. Я взял резистор 330 Ом, и эта батарея как я уже сказал, на 6.2 вольта. Я покажу прямо сейчас. У меня есть удлинитель подключенный к ночнику на 7 Вт, мощность этого симистора достаточно высока, вероятно, в 1000 или 1500 Вт. Убедитесь, что он стоит на радиаторе с термопастой, и все будет нормально. Нагрузка… я знаю, что это зеленая жила кабеля, но это не имеет значения. Вы проводите линию, идущую к нагрузке, в данном случае это 7 ваттная лампа. С другой стороны нагрузки подключен красный провод, хорошо. Это контакт T2, корпус это его часть, лепесток корпуса и средний контакт на этом симисторе это T2. T1 это первый контакт, он присоединен к нейтральной шине. Эта нейтральная шина соединена с нейтралью домовой проводки.Теперь берем 6 вольтовую батарею. Вы берете общий провод от нейтрали, и присоединяете его к минусу. У меня есть небольшой предохранитель он на 100 миллиампер, но лучше было бы поставить на 50, если ты собираешься это сделать. Поэтому убедитесь, что ставите на 50 с нейтральной стороны. Положительный полюс батарейки присоединяем к резистору, ведущему к управляющему электроду. Я поморгаю светом, просто прикасаясь к нейтральной шине, подключив ее к отрицательному полюсу на батарейке. Все готово к включению. Я все покажу. Мы замкнем цепь от батареи к управляющему электроду, и вы можете увидеть, что свет включается. И я проверил это… Все работает прекрасно, и я проверю разъем на лампе, и я получаю полное напряжение, что означает, что управление полностью открыло симистор. Так что это действительно хорошая схема для понимания работы симистора. Теперь вы можете включать устройства переменного тока. Как я уже говорил… Я оставлю это подключенным. Хорошо, что в итоге. В том случае, если в симисторе будет короткое замыкание, у нас фазовое напряжение будет пытаться идти в эту батарею. Поэтому поставьте предохранитель как можно меньше. Как только высокое напряжение попытается войти, если случится короткое замыкание, предохранитель перегорит, и батарея будет в порядке. Хорошо, я покажу вам еще работу с дрелью, и вы увидите, что питание это не проблема. Я присоединю штекер на секунду. Я отодвину камеру подальше, чтобы вы рассмотрели. Замечательно. Я прикоснусь… Выключено. Включено. Переключается от батарейки. _
moc3052%20application%20Техническое описание цепей и примечания по применению
Каталог Техническое описание
MFG и тип
ПДФ
Теги документов
org/Product»>
Недоступно
Резюме: нет абстрактного текста Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
PDF
МОС3052
ДС70-2001-025
БНС-ОД-FC001/A4
000 В среднекв.
МОС3052
БНС-ОД-C131/A4
МОК3052-С
Реферат: MOC3052 MOC3052S MOC3052S-TA1 MOC3052M MOC3052S-V moc3052 катушка с лентой Текст: Нет доступного текста файла
Реферат: опто-триак, управление углом и фазой M0C3051, MOC3052, ПРИКЛАДНЫЕ ЦЕПИ, MOC3051, варистор, моторола, драйвер симистора, опто-примечание по применению, схема управления симистором, схема 730C-04 MOC3052. Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
PDF
МОС3050/Д
M0C3051
МОС3052*
МОС3050
МОС3050
МОС3051
МОС3052
МК145БП,
оптосимисторный угловой фазовый контроль
M0C3051
ПРИКЛАДНЫЕ ЦЕПИ MOC3052
МОС3051
варистор моторола
замечание по применению оптического драйвера симистора
схема управления симистором
730С-04
МОС3052
2000 — ПРИКЛАДНЫЕ ЦЕПИ MOC3052
Резюме: MOC3052 MOC3051 симистор RC демпфер IEEE472 IEC255 симистор схема управления скоростью двигателя переменного тока параллельный симистор симистор приложений принципиальная схема 3052 Fairchild Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
PDF
МОС3051
МОС3052
МОС3051
ПРИКЛАДНЫЕ ЦЕПИ MOC3052
МОС3052
симистор RC демпфер
IEEE472
МЭК255
схема управления скоростью двигателя переменного тока симистора
параллельный симистор
схема применения симистора
3052 Фэйрчайлд
org/Product»>
2006 — МОС3052
Реферат: семейство тиристоров MOC3051 Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
PDF
МОК3051,
МОС3052
МОС3051
семейство тиристоров
1995 — ПРИКЛАДНЫЕ ЦЕПИ MOC3052
Резюме: moc3050 MOC3051 опто-триак с управлением по углу и фазе «обрезанная синусоида» интерфейсный драйвер симистора opto TRIAC 8315 драйвер симистора opto, рекомендации по применению драйвера симистора Motorola симисторный демпфирующий двигатель переменного тока Текст: Нет доступного текста файла
Реферат: как сопрягать оптопару с симистором Оптопара 2631 QRE1113 QRD1114 Оптопара 2631 Оптопара с симистором MOC3023 h32A1 ДАТЧИК дождя Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
PDF
D-82256
Оптопара h32A1
как подключить оптопару к симистору
оптопара 2631
QRE1113
QRD1114
2631 оптопара
Оптопара с симистором
МОС3023
h32A1
ДАТЧИК дождя
2010 — Недоступно
Резюме: нет абстрактного текста Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
PDF
000 В среднекв.
МОК3052-А
МОК3052М-А
MOC3052S-A
МОК3052С-ТА1-А
МОК3052-А
БНС-ОД-C131/A4
org/Product»>
2003 — MOC3052 СМД
Реферат: Управление фазой симистора MOC3052 Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
PDF
МОК3051,
МОС3052
МОК3051С,
MOC3052X
E
МОС305_
ДБ92705м-ААС/А3
MOC3052 для поверхностного монтажа
фазовый контроль симистора
2008 — МОК3052 СМД
Резюме: MOC3051 MOC3052 MOC3051X MOC3052X E
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
PDF
МОК3051,
МОС3052
МОК3051С,
MOC3052X
E
МОС305_
ДБ92705
MOC3052 для поверхностного монтажа
МОС3051
МОС3052
MOC3051X
MOC3052X
E
MQC3051
Реферат: MOC3050 CASE 730C-04 симисторные цепи управления двигателем постоянного тока симисторный снабберный варистор C3052 MOC3Q52 730F-04 MOC3052 ПРИМЕНИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ Текст: Нет доступного текста файла
OCR-сканирование
PDF
ОС3050/Д
ОС3050
МОС3050
МОС3051
MOC3Q51
MOC3Q52
MQC3051
ДЕЛО 730C-04
Симисторные цепи управления двигателем постоянного тока
симисторный демпфирующий варистор
C3052
MOC3Q52
730Ф-04
ПРИКЛАДНЫЕ ЦЕПИ MOC3052
org/Product»>
С3051
Аннотация: OC305 C3052 MOC3Q51 Текст: Нет доступного текста файла
«230В» 120Вт постоянного тока Управление скоростью двигателя угольной щетки?
Добро пожаловать на EDAboard.
com
Добро пожаловать на наш сайт! EDAboard.com — это международный дискуссионный форум по электронике, посвященный программному обеспечению EDA, схемам, схемам, книгам, теории, документам, asic, pld, 8051, DSP, сети, радиочастотам, аналоговому дизайну, печатным платам, руководствам по обслуживанию… и многому другому. более! Для участия необходимо зарегистрироваться. Регистрация бесплатна. Нажмите здесь для регистрации.
Регистрация Авторизоваться
JavaScript отключен. Для лучшего опыта, пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере, прежде чем продолжить.
Автор темы
Копер
Дата начала
Статус
Закрыто для дальнейших ответов.
Копер
Участник уровня 2
Здравствуйте, У меня есть спиральная пила с двигателем постоянного тока 120Вт, скорость регулируется симисторным регулированием в диапазоне 500 — 2000 любой как см. рис (в моем варианте на 230В) : Оригинальная электроника уничтожена. Вот и думаю, как снова сделать контроль скорости? Должен ли я придерживаться этого простого регулирования симистора или порекомендовать что-то получше?
триггер Шмитта
Расширенный член уровня 5
На мой взгляд, чем проще, тем лучше.
Схема, которую вы показываете, очень проста и почти надежна. Но это открытый цикл, а это означает, что скорость будет меняться как при изменении нагрузки, так и при изменении линии.
Если вас это устраивает, оставьте простую схему. Если требуется более жесткое регулирование скорости с помощью обратной ЭДС при сохранении полностью дискретной схемы, можно использовать следующую схему, любезно предоставленную GE SCR Manual 5th edition. Если ваш двигатель представляет собой двигатель с постоянными магнитами и не имеет шунтирующего возбуждения, вы можете исключить D3 и D4.
Оттуда нет предела сложности и возможностей.
Копер
Участник уровня 2
2N4987 Silicon Unilateral Switch (SUS) по сей день я понятия не имел о существовании такого компонента.
триггер Шмитта
Расширенный член уровня 5
SUS не очень распространены, но их все же можно найти в Интернете. Или вы можете свернуть свой собственный, как показано в эквивалентной схеме таблицы данных.
Копер
Участник уровня 2
Посмотрим, сказал слепой. Пока перерисовал схемы по другому фрагменту той же пилы. Скорость регулируется потенциометром 500к, диапазон регулирования от 500 до 1700, что соответствует напряжению без нагрузки двигателя 45-130В. Двигатель 120Вт с карбонами, больше ничего про него не узнал. По логике вещей (управление напряжением) выдает мощность 120Вт только на высоких оборотах. Может быть, я хорошо нарисовал Я немного упустил значение WR1(+R2+C4+R1)
триггер Шмитта
Расширенный член уровня 5
В схеме с двумя конденсаторами хорошо известна двойная постоянная времени, позволяющая избежать гистерезиса. Также объясняется в той же книге GE.
WR1 и WR2 — минимальная и максимальная уставки скорости.
Жавер
Младший член уровня 3
Спасибо, что указали на книгу GE SCR Manual 5th edition, интересная книга, хотя я просто не нашел в ней связи с двумя С, но обсуждается именно она. У меня есть вопрос по этому поводу. У меня есть кофемолка с аналогичным регулятором скорости, и я хотел бы добавить ножной переключатель. Моя первая идея. Параллельно PT1 и WR2 добавить оптотриак например MOC3052. , если светодиод в MCO3052 горит по току выше R3, и напряжение на диоде ниже его напряжения переключения, а большой симистор разомкнут. Если светодиод не горит, симистор в MOC3052 выключен, и устройство работает нормально.
Есть ли причины не делать это так или лучше?
триггер Шмитта
Расширенный член уровня 5
Я не понимаю твоего описания.
Почему бы вам не нарисовать схему с вашими идеями?
Жавер
Младший член уровня 3
Хорошо, я попробую с разрешения, я позаимствовал оригинальную схему
Первый вариант
Устройство заблокировано, если светодиод в MOC3052 горит, потому что симистор в MOC3052 короткого замыкания от R3 и Diac D7 никогда не переключаются и не размыкаются Симистор БТА12. Возможно просто и функционально
Второй вариант
Это симистор MOC3052 вставка между Diac D7 и Triac BTA12 . Если светодиод не горит, это означает, что ворота BTA12 не питаются от диэка и не переключаются. Если светодиод горит, это означает, что ворота питаются и устройство, вопрос в том, как это сделать? На малом симисторе в MOC3052 будут некоторые потери, которые повлияют на работу оборудования. Возможно это надо компенсировать регулировкой сопротивления WR1 и WR2 или я ошибаюсь?
триггер Шмитта
Расширенный член уровня 5
Вместо этого используйте маленькое реле.
Жавер
Младший член уровня 3
Большой, дорогой, непрактичный. для любителей а если серьезно, MOC30xx на самом деле маленькое твердотельное реле
триггер Шмитта
Расширенный член уровня 5
Симистор ведет себя как реле, если он действительно защелкивается. Я позволю вам определить, может ли короткий пусковой импульс, генерируемый Диаком, достичь этого.
Жавер
Младший член уровня 3
Я попробовал простую симуляцию в Multisim вопрос конечно в том насколько точна SPICE модель MOC3051, но в симуляции она работает и падение напряжения на симисторе в MOC3051 ниже 200мВ и нет проблем с шириной импульса сзади диак
верхняя вставленная осциллограмма сигнал до и после симистора в МОС3051. По симуляции должно работать Как будет на деле будет видно, как только найду оптотриак, попробую
KlausST
Супермодератор
Привет,
Вам нужно добавить нагрузку для более реалистичного моделирования… особенно падение напряжения и синхронизация
Клаус
Жавер
Младший член уровня 3
Вы правы конечно, мультисим может имитировать двигатель постоянного тока, но я понятия не имею какие R и L у типичного 120Вт двигателя с ПМ.
BradtheRad
Супер модератор
Я полагаю, ваш двигатель постоянного тока щеточный? Затем на якоре намотано множество витков проволоки. Импеданс каждой катушки представляет собой часть омического сопротивления и часть индуктивности (значение Генри). Вы можете прочитать омическое сопротивление с помощью омметра. Индуктивность измеряется более сложным оборудованием.
Форма волны через двигатель похожа на преобразователь с переключаемой катушкой. Скажем, у вас есть 20 катушек, работающих со скоростью 10 об/с (= 600 об/мин). Каждая катушка получает напряжение в течение 1/200 секунды. В это время катушка потребляет в среднем 120 Вт. Рассчитайте постоянную времени RL, которая дает этот ответ, чтобы получить представление о значении Генри.
Есть наблюдения, что двигатель потребляет больший ток на более низких скоростях. Сначала это кажется неожиданным, хотя имеет смысл, когда мы понимаем, что чем больше ток течет в катушке индуктивности, тем дольше прикладывается напряжение.
Последнее редактирование:
Статус
Закрыто для дальнейших ответов.
Д
[РЕШЕНО] регулирование скорости щеточного электродвигателя постоянного тока
Инициировано dxtr
Ответов: 6
Силовая электроника
я
Электродвигатель с регулятором скорости 220 В пост. тока ?
Автор id_ruben
Ответов: 2
Силовая электроника
Н
Регулятор скорости двигателя постоянного тока на базе микроконтроллера
Автор npriya
Е
Блок управления бесщеточным двигателем постоянного тока
Инициировано eeks
11 ноября 2012 г.
Ответов: 1
Силовая электроника
Делиться:
Фейсбук Твиттер Реддит Пинтерест Тамблер WhatsApp Эл. адрес Делиться Ссылка на сайт
Верх
MOC3052 Технический паспорт в формате PDF, цены Lite-On Inc.
Поставщики
Easybom предоставляет достоверную и постоянно обновляемую информацию о ценах и запасах устройства в зависимости от запрашиваемой суммы. В связи с изменением рынка электроники сообщения от дистрибьюторов будут иметь приоритет.
Среди 6 дистрибьюторов, поставляющих MOC3052, LCSC имеет самую конкурентоспособную цену, которая составляет 0,209 доллара США.в то время как DigiKey предлагает довольно высокую цену (0,76 доллара США). Крупнейший дистрибьютор Win Source Electronics имеет в наличии около 675500 MOC3052 по сравнению с Avnet, у которого нет копий детали на складе.
Информация о продукте
Уровень риска: Риск закупок
Информация об оценке риска отсутствует
На складе: 784045 Упаковка: 6-DIP (0,300, 7,62 мм) 2010
Спецификации
Ниже приведены основные параметры выбранной детали, касающиеся характеристик детали и категорий, к которым она принадлежит.
Цепочка поставок
Заводское время выполнения заказа Заводское время выполнения заказа — это период, необходимый фабрике для обработки продукта с момента размещения заказа покупателем до момента доставки.
Крепление Крепление объясняет различные способы монтажа различных электронных компонентов, включая поверхностный монтаж, монтаж через отверстие, монтаж на панели и т. д. Сквозное отверстие
Тип монтажа Типы монтажа объясняют различные способы монтажа различных электронных компонентов, включая поверхностный монтаж, монтаж через отверстие, монтаж на панели и т. д. Сквозное отверстие
Упаковка/кейс распределены, сохранены или использованы. 6-DIP (0,300, 7,62 мм)
Количество контактов Контакты представляют собой соединения между внутренними схемами интегральной схемы (чипа) и периферийными схемами, и все контакты составляют интерфейс этот чип.6
Технические
Рабочая температура Рабочая температура – это заданный диапазон температур, который обеспечивает эффективную работу электрического или механического устройства. Она варьируется в зависимости от различных устройств. -40°C~100°C
Упаковка Упаковка относится к оптовым спецификациям продуктов при их распространении, хранении или использовании. введены в эксплуатацию.2010
Статус детали Статус детали указывает на различное состояние различных продуктов для использования. Активный
Уровень чувствительности к влаге (MSL) Уровень чувствительности к влаге (MSL) был предложен в качестве стандарта классификации для упаковки компонента SMD, чувствительного к воздействию человека. электронных компонентов. Дополнительные функции означают другие принадлежащие им функции. ПРИЗНАН UL, УТВЕРЖДЕН VDE
Максимальное рассеивание мощности Максимальное рассеивание мощности указывает на максимальную способность электронного компонента передавать эту потерю мощности, не вызывая при этом перегрева. Измеряется в ваттах. 330 мВт
Орган по сертификации Агентства по сертификации — это места, где оцениваются электронные компоненты, включая их качество, безопасность и многое другое. CSA, FIMKO, UL
Напряжение — изоляция Напряжение изоляции относится к максимальному напряжению изоляции что могут выдержать две системы, которые не имеют прямого электрического соединения.5000Vrms
Выходное напряжение Выходное напряжение — это максимальное выходное напряжение электронного компонента. Другими словами, так называемое выходное напряжение относится к значению напряжения в направлении выходного тока электронного устройства. 600 В
Тип выхода Выход электронных компонентов используется для воспроизведения или отображения результатов обработки информации, которая отправляется устройством ввода. Triac
Количество элементов Элементы — это элементы прямоугольного массива элементов, которые составляют матрицу или определитель.1
Конфигурация Конфигурация электронных компонентов относится к их составу или расположению. ОДИН
Количество каналов Канал предназначен для передачи сигнала или информации от отправителя к получателю. потери энергии при входных/выходных преобразованиях электрической сети. Когда энергия преобразуется, это не всегда полное преобразование, всегда часть энергии используется в различных формах. Потеря мощности известна как потеря мощности. 330 мВт
Время задержки включения Задержка включения — это продолжительность стабильности, которая начинается с момента подачи питания до стабильного выхода. Стабильность напряжения трудно гарантировать в течение этого времени. Поэтому разработчику источника питания приходится задерживать подачу питания на время от 100 до 500 миллисекунд. Предложите высококачественный источник питания для компьютера после того, как электропитание стабилизируется. 200 мкс
Прямой ток Прямой ток относится к потоку электричества от положительного направления к отрицательному. На схеме схемы изогнутый наконечник треугольной формы, обращенный к восходящему каналу, представляет собой диод. Треугольник — это направление заряда, а вертикаль — его отрицательный полюс. 50 мА
Максимальное входное напряжение Входное напряжение для устройства или цепи — это напряжение, которое подается или передается внешним миром на устройство или цепь. Это напряжение, которое подается и прикладывается к внешнему миру цепью или устройством. 1,4 В
Номинальное входное напряжение .1,2 В
Обратное напряжение пробоя Обратное напряжение пробоя — это обратное анодное напряжение, при котором диод проводит заданный обратный ток. 6 В
Максимальный входной ток При подаче номинального напряжения ток течет.50 мА
Ток удержания Наименьшая величина тока, которая должна протекать через цепь, чтобы поддерживать ее во включенном состоянии. 400 мкА
Напряжение — выкл. Состояние Когда переключатель замкнут и от него подается ток, напряжение на клеммах переключателя падает до более низкого уровня. 600 В
Ток — Удержание (Ih) Ток — это количество электричества, протекающего через любое поперечное сечение проводника. Электрический ток образуется за счет регулярного направленного движения свободных зарядов в проводниках под действием сил электрического поля. 400 мкА Тип
Цепь перехода через ноль Контроль перехода через ноль — это подход к электрическим схемам управления, который начинает работу при напряжении нагрузки переменного тока, близком к 0 В в цикле переменного тока. Нет
Ток — запуск светодиода (Ift) (макс.) триггерный ток — это максимальный ток, при котором всегда будет включаться выходной симистор. Цепь должна обеспечивать по крайней мере указанную величину тока. 10 мА
Статическая dV/dt (мин.) Статическая dV/dt (мин.) относится к минимальному значению скорости нарастания основного напряжения. что вызовет переключение из выключенного состояния во включенное состояние.1кВ/мкс
Input Trigger Current-Nom Триггер Шмитта представляет собой схему гистерезисного компаратора, созданную путем применения положительной обратной связи к неинвертирующему входу компаратора или дифференциального усилителя в электронике. является обязательным стандартом, используемым для ограничения использования вредных компонентов в электрическом и электронном оборудовании, что делает их благоприятными для здоровья человека и защиты окружающей среды. Соответствует ROHS3
Без свинца Без свинца — это стандарт, согласно которому содержание свинца должно быть снижено до уровня ниже 1000 частей на миллион (<0,1%), что соответствует экологически безопасному производству электроники. Без свинца
Введение производителя PDF
В спецификациях указаны функции, абсолютные максимальные рейтинги, области применения и многое другое устройства, которые очень полезны в качестве общего руководства по конкретному применению детали.
Вы можете подробно изучить MOC3052, прочитав технические описания в формате PDF, подготовленные Lite-On Inc. на Easybom.
Name
Describe
Page
Download
MOC3052 — Datasheets
MOC3052
12
Parts with Similar Specs
Choosing products with аналогичные спецификации могут помочь вам найти альтернативы для вашего электронного проекта, снижая проектные и производственные риски.
Easybom обнаружил 5 устройств с аналогичными характеристиками по сравнению с оптоизоляторами MOC3052 — Triac, SCR Output. Среди этих деталей MOC3052 имеет характеристики, наиболее соответствующие MOC3052, в то время как MOC3063 больше всего отличается от устройства. Все аналогичные детали имеют одинаковую упаковку / корпус (6-DIP (0,300, 7,62 мм)), количество контактов ( 6), количество каналов (1), напряжение изоляции (5000 В среднеквадратичного значения), статус RoHS (соответствует ROHS3), бессвинцовый (бессвинцовый) и т. д. Однако MOC3052 отличается от других своим выходным напряжением, которое оценивается в 600 В. Т.
Lite-On Inc.
MOC3052
Цена
USD-
Пакет / Корпус
6-DIP (0,300, 7,62 мм)
Номер
2 2
24 Номер24222222222224 40024222222222224. 2
22222224 222222224
.
Voltage — Isolation
5000Vrms
Output Voltage
600 V
Forward Current
50 mA
RoHS Status
ROHS3 Compliant
Lead Free
Lead Free
Price
USD —
Package / Case
6-DIP (0.300, 7.62mm)
Number of Pins
6
Number of Channels
1
Voltage — Isolation
5000Vrms
Output Voltage
30 В
ПАССКИЙ ТОРКИ
50 МА
Статус ROHS
ROHS3 Соответствует
БЕСПЛАТНЫЙ )
Number of Pins
6
Number of Channels
1
Voltage — Isolation
5000Vrms
Output Voltage
400 V
Forward Current
50 mA
RoHS Status
ROHS3 Compliant
Без свинца
Без свинца
Цена
Доллары США —
Упаковка/футляр
6-DIP (0,300, 7,62 мм)
Количество контактов
6 каналов 9
40024
1
Voltage — Isolation
5000Vrms
Output Voltage
30 V
Forward Current
50 mA
RoHS Status
ROHS3 Compliant
Lead Free
Lead Free
Price
USD — —
Упаковка/кейс
6-DIP (0,300, 7,62 мм)
Количество контактов
6
Количество каналов
1
Напряжение — изоляция 90 224 rm 90
4
Выходное напряжение
600 В
Прямой ток
50 мА
ROHS Статус
ROHS3 COMPATIN убедительной и научной будет ваша программа закупок. Анализ больших данных Easybom может помочь вам получить представление о рынке электроники и быть в курсе возможных рисков.
В первом квартале цена MOC3052 изменилась с 0,73 до 0,69 доллара США.в годовом исчислении, что указывает на рост/снижение на 5,48%. В месячном исчислении запасы MOC3052 за 4 года упали/выросли с 37758 до 44656 на 18,27%.
Альтернативные детали
Easybom рекомендует вам уделить некоторое время сопутствующим деталям, поскольку они могут расширить ваше представление о проектах электроники, над которыми вы работаете, чтобы получить больше возможностей того, что могут сделать ваши проекты.
Из-за широкого применения оптоизоляторов MOC3052 — симистор, выход SCR, различные сопутствующие детали, включая ADUM3221ARZ, ADUM4120-1ARIZ, HCPL-3180-300E, заслуживают внимания, среди которых довольно популярен FOD3120SDV.
FOD3120SDV
ON Semiconductor Isolators 8-SMD Gull Wing 1 FET OUTPUT OPTOCOUPLER Optical Coupling Gate Driver 35kV/mus 5000Vrms 3A -40C~100C
US$0. 893
ADUM3221ARZ
Analog Devices Inc. Isolators 8- SOIC (ширина 0,154 3,90 мм) 2 Драйвер затвора с магнитной связью общего назначения 25 кВ/мкс 2500 В (среднеквадратичное значение) 1,2 Мбит/с 10 мкА
9,126635 долл. США 9,126635
ADUM4120-1ARIZ
0 Analog Devices (Isolators)5 7,50 мм Ширина) 1 буферный или на основе инвертора водитель IGBT/MOSFET драйвер магнитной связи 150 кВ/MUS 5000VRMS 2,3A -40C ~ 125C
MOC3052 от производителя LITE-ON/FAIRCHILD представляет собой оптопару/светодиод/инфракрасный датчик с 6-контактным, DIP, симисторным детектором с пересечением нуля, оптопарой VDRM 600 В, IFT 10 мА.
Более подробную информацию о MOC3052 можно увидеть ниже.
Категории
Оптопара / Светодиод / Инфракрасный
Производитель
ЛАЙТ-ОН/ФЭРЧАЙЛД
Номер детали Весвин
В920-МОС3052
Статус без содержания свинца / Статус RoHS
Без свинца / Соответствует RoHS
Состояние
Новый и оригинальный — заводская упаковка
Наличие на складе
Запасы на складе
Минимальный заказ
1
Расчетное время доставки
22–27 сентября (выберите ускоренную доставку)
Модели EDA/CAD
MOC3052 от SnapEDA
Условия хранения
Сухой шкаф и пакет защиты от влаги
Ищете MOC3052? Добро пожаловать на Veswin. com, наши специалисты по продажам готовы помочь вам. Вы можете узнать о наличии компонентов и ценах на MOC3052,
просмотреть подробную информацию, включая производителя MOC3052 и таблицы данных. Вы можете купить или узнать о MOC3052 прямо здесь и прямо сейчас.
Veswin является дистрибьютором электронных компонентов для товарных, распространенных, устаревших / труднодоступных электронных компонентов. Весвин поставляет промышленные,
Коммерческие компоненты и компоненты Mil-Spec для OEM-клиентов, CEM-клиентов и ремонтных центров по всему миру. Мы поддерживаем большой склад электронных компонентов,
который может включать MOC3052, готовый к отправке в тот же день или в кратчайшие сроки. Компания Veswin является поставщиком MOC3052 с полным спектром услуг и дистрибьютором MOC3052.
У нас есть возможность закупать и поставлять MOC3052 по всему миру, чтобы помочь вам с вашей цепочкой поставок электронных компонентов. в настоящее время!
Q: Как заказать MOC3052?
О: Нажмите кнопку «Добавить в корзину» и перейдите к оформлению заказа.
В: Как оплатить MOC3052?
A: Мы принимаем T/T (банковский перевод), Paypal, оплату кредитной картой через PayPal.
В: Как долго я могу получить MOC3052?
О: мы отправим через FedEx, DHL или UPS, обычно доставка в ваш офис занимает 4 или 5 дней. Мы также можем отправить заказной авиапочтой. Обычно доставка в ваш офис занимает 14-38 дней. Пожалуйста, выберите предпочтительный способ доставки при оформлении заказа на нашем сайте.
В: Гарантия на MOC3052?
A: Мы предоставляем 90-дневную гарантию на наш продукт.
В: Техническая поддержка MOC3052?
A: Да, наш технический инженер по продуктам поможет вам с информацией о распиновке MOC3052, примечаниями по применению, заменой,
техническое описание в формате pdf, руководство, схема, аналог, перекрестная ссылка.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА VESWIN ELECTRONICS
Регистратор систем качества, сертифицированный Veswin Electronics по стандартам ISO 9001. Наши системы и соответствие стандартам регулярно пересматривались и тестировались для поддержания постоянного соответствия. СЕРТИФИКАЦИЯ ИСО Регистрация ISO дает вам уверенность в том, что системы Veswin Electronics являются точными, всеобъемлющими и соответствуют строгим требованиям стандарта ISO. Эти требования гарантируют долгосрочное стремление Veswin Electronics к постоянным улучшениям. Примечание. Мы делаем все возможное, чтобы на нашем веб-сайте отображались правильные данные о продуктах. Пожалуйста, обратитесь к техническому описанию/каталогу продукта, чтобы получить подтвержденные технические характеристики от производителя перед заказом. Если вы заметили ошибку, пожалуйста, сообщите нам.
Цепь запуска SCR для приложений управления высоким напряжением
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область изобретения
Настоящее изобретение относится к схемам зажигания и, более конкретно, к схеме запуска SCR, которая используется в приложениях промышленного управления.
2. Описание предшествующего уровня техники
Цепи зажигания, в которых используются кремниевые управляемые выпрямители или тиристоры, используются для питания оборудования или других нагрузок, таких как питатели с регулируемой частотой или электромагнитные фидеры. Как правило, микроконтроллер используется для отправки соответствующего сигнала на SCR для питания нагрузки. Тиристоры включаются в проводящее состояние путем подачи триггерного импульса на их соединение затвора в какой-то момент в течение полупериода частоты линии источника питания. При срабатывании SCR продолжает работать до тех пор, пока ток, проходящий через него, не упадет ниже его значения тока удержания. Путем задержки момента времени запускающего импульса относительно приложенного полупериода мощности, в течение которого устройство запускается, средняя мощность, подаваемая на подключенную нагрузку, может быть изменена для целей управления.
Были разработаны и использованы различные схемы для срабатывания SCR, но, кроме прямого подключения затвора к аноду, в этом случае SCR становится просто диодом, всегда существует некоторая задержка от точки пересечения нуля формы волны приложенного напряжения. до точки, где включается SCR, в зависимости от используемой схемы, так что невозможно получить максимальную мощность, доступную от источника. Запуск тиристора достаточно близко к пересечению нуля на кривой напряжения может быть затруднен из-за времени, необходимого для получения достаточной мощности для срабатывания тиристора. Поэтому желательно иметь схему запуска SCR, которая срабатывает ближе к точке пересечения нуля формы сигнала напряжения.
Также желательно электрически изолировать логическую схему управления от выходной мощности устройства, особенно если используются очень высокие напряжения. Оптопары используются для отделения низкого управляющего напряжения от высокого напряжения питания. Однако использование одной оптопары может быть недостаточно сильным для изоляции более высоких напряжений питания. В других устройствах предшествующего уровня техники использовалась компоновка оптопары с двойным пакетом. Однако такая двойная компоновка может быть ограничена изоляцией низкого управляющего напряжения от источника питания примерно 240 вольт. Поэтому желательно предусмотреть расположение оптопар, которое может изолировать низкое управляющее напряжение от довольно высокого напряжения питания, такого как от 380 до 600 вольт при частоте 50 или 60 Гц. Кроме того, желательно создать схему затвора с микроуправлением, способную запускать широкий спектр напряжений.
Из-за характеристик подаваемого материала на вибрационных питателях или конвейерах часто желательно эксплуатировать такое оборудование на низких частотах с более высокими ходами. Когда такое оборудование питается от электромагнита, экономически выгодно и удобно синтезировать низкую рабочую частоту от источника питания с частотой 60 Гц или 50 Гц, пропуская соответствующее количество полупериодов сетевой частоты. Например, от линии электропередачи 60 Гц можно получить частоты, кратные 120 импульсам в секунду (7200 В/мин). Деление на 2 дает 60 Гц, деление на 3 дает 40 Гц, на 4 дает 30 Гц и так далее. Поскольку фактическая мощность «время включения» на любой заданной частоте ограничена полупериодом на частоте 60 Гц, желательно захватить как можно больше доступной формы волны, чтобы максимизировать выходную мощность. Следовательно, желательно свести к минимуму временную задержку от пересечения нулевого напряжения формы проводящей волны до момента включения тиристора.
Кроме того, такие фидеры могут работать при напряжении сети до 600 Вольт переменного тока. Хотя тиристоры доступны с номинальным обратным напряжением 1200 В или выше, из-за необходимости управления высокоиндуктивными высоковольтными нагрузками обычно для запуска тиристоров используются импульсные трансформаторы. Однако импульсные трансформаторы могут привести к нежелательно длительной задержке срабатывания тиристора и, таким образом, может быть получена недостаточная выходная мощность. В дополнение к стоимости импульсных трансформаторов может быть сложнее подключить логику управления к импульсному трансформатору и, следовательно, это более дорогое решение. Поэтому желательно иметь схему запуска с минимальной задержкой запуска SCR, а также экономичную.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предложена схема запуска, содержащая диод, конденсатор и тринистор, в которой диод заряжает конденсатор для зажигания тринистора. Также предусмотрена схема запуска тиристора встречно-параллельно, содержащая первый и второй диод, первый и второй конденсатор и тиристор, в котором первый диод заряжает первый конденсатор для запуска тиристора, когда линейное напряжение является положительным, а второй диод заряжается. второй конденсатор для запуска тринистора при отрицательном сетевом напряжении. Кроме того, предусмотрена развязывающая схема, содержащая по меньшей мере три последовательно соединенных оптопары, при этом оптопары изолируют низкое управляющее напряжение от высокого напряжения питания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
РИС. 1 представляет собой электрическую схему схемы затвора с одним тиристором согласно настоящему изобретению.
РИС. 2 представляет собой электрическую принципиальную схему встречно-параллельной схемы затвора тиристора согласно настоящему изобретению.
РИС. 3, где показана форма сигнала напряжения и операция включения нагрузки в дольных долях.
РИС. 4A является иллюстрацией положительного цикла формы волны напряжения. ИНЖИР. 4В показан стробирующий импульс от микроконтроллера. ИНЖИР. 4C представляет собой форму волны, иллюстрирующую напряжение на нагрузке.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
На фиг. 1 показана электрическая схема схемы 10 затвора с одним тиристором согласно настоящему изобретению. Микроконтроллер, не показанный, выдает сигнал 12 для срабатывания SCR через схему, которая будет описана. Сигнал 12 микроконтроллера может подаваться на резистор 14 сопротивлением 2,2 кОм, который, в свою очередь, подводится к базе транзистора 16. Транзистор 16 может быть, например, транзистором MPS4124 производства Motorola.
Коллектор транзистора 16 может быть подключен к резистору 18 на 220 Ом, который, в свою очередь, подключен к источнику питания 20 5 В. Коллектор транзистора 16 также может быть подключен к первому входу 22 оптопары схемы 24. Второй вход 26 схемы оптопары 24 соединен с первым входом 28 второй схемы 30 оптопары. Второй вход 32 схемы 30 оптопары соединен с первым входом 34 третьей оптопары 36. Второй вход 38 третьей оптопары 36 может быть подключен к эмиттеру транзистора 16, а также к 5-вольтовой земле 40. Оптроны 24, 30, 36 могут быть MOC3052 оптопары производства Motorola.
Между выходами 42, 44 первой схемы 24 оптопары расположен резистор 46, который может быть сопротивлением 1 МОм. Точно так же между выходами 48, 50 второй схемы 30 оптопары и выходами 52, 54 третьей схемы 36 оптопары могут быть резисторы 56 и 58 сопротивлением 1 МОм соответственно. Кроме того, как показано, резистор 46 подключен к резистору 56, который, в свою очередь, подключен к резистору 58.
Выход 42 первой схемы оптопары 24 также может быть подключен к резистору 60, который может быть резистором 15 Ом. . Резистор 60, в свою очередь, может быть соединен с другим резистором 62, который может быть резистором 3 кОм. Резистор 62, в свою очередь, может быть подключен к выходу диода 64. Диод 64 может быть диодом 1N4007 производства Motorola. Вход диода 64 соединен с выходом нагрузки 66. Нагрузкой 66 может быть такое оборудование, как фидер переменной частоты. Первая линия 68 предусмотрена для нагрузки 66 для подключения к источнику питания переменного тока.
Резистор 60 также может быть подключен к конденсатору 70 емкостью 0,1 мкФ. Конденсатор 70 также может быть подключен ко второй линии 72, а также к резистору 74. Резистор 74 может быть, например, резистором 1,2 кОм. Противоположный конец резистора 74 может быть подключен ко второму выходу 54 третьей схемы 36 оптопары, а также ко входу диода 76. Диод 76 может быть диодом 1N4007. Выход диода 76 может быть подключен к светодиоду 78, который, в свою очередь, подключен к затвору SCR 80. Вход SCR 80 обеспечивается нагрузкой 66, а выход обеспечивается линией 72.
Во время работы сигнал 12 от микроконтроллера может быть цифровым сигналом низкого напряжения. В частности, цифровая логика может использоваться для включения или выключения оптронов, чтобы запускать SCR 80 по мере необходимости. В качестве альтернативы, аналоговая логика может использоваться для включения или выключения оптопар для срабатывания SCR 80, как это обычно делается в отрасли. Как показано, три оптопары 24, 30 и 36 помогают изолировать низкое управляющее напряжение сигнала 12 от нагрузки 66, которое, например, может достигать 380-600 вольт. В результате сигнал 12 может, в свою очередь, обеспечивать активацию SCR 80, защищая при этом микроконтроллер и другие связанные схемы от высоковольтной нагрузки 66.
Заряд конденсатора 70 используется для затвора тиристора 80. В частности, когда оптопары 24, 30 и 36 включены, энергия, накопленная в конденсаторе 70, рассеивается на затворе тиристора 80 через оптопары. -муфты. В результате оптопары 24, 30 и 36 служат твердотельными переключателями. Когда оптопары включены, схема позволяет конденсатору 70 управлять SCR 80. И наоборот, когда оптопары выключены, SCR 80 не срабатывает.
Диод 64 используется для поддержания полного заряда конденсатора 70, даже когда линейное напряжение 68, 72 равно нулю, чтобы обеспечить стробирование SCR 80 при нулевом или низком напряжении. Однако для варианта осуществления, показанного на фиг. 1, SCR 80 может срабатывать только тогда, когда линейное напряжение 68 является положительным. То есть, в приложениях, где нагрузка срабатывает, когда напряжение сети переменного тока только положительное, может использоваться схема 10 запуска тиристора.
Поскольку диод 64 подключен к аноду SCR 80, конденсатор 70 заряжается с правильной полярностью в течение интервала времени, когда SCR 80 не проводит ток. То есть конденсатор 70 заряжается, когда линейное напряжение 68 является положительным и тринистор 80 не срабатывает. Заряд на конденсаторе 70 подключен к затвору SCR 80 через твердотельный переключатель с оптронной связью (т. е. симистор, расположенный внутри каждой из оптопар 24, 30, 36). Диод 64 также помогает конденсатору 70 поддерживать высокий уровень заряда, когда напряжение в линии 68 низкое.
Резисторы 60 и 62 рассчитаны на ограничение тока, подаваемого на затвор SCR 80, когда напряжение сети переменного тока находится на пиковом уровне, чтобы не превышать максимальный номинальный ток оптронов 24, 30 и 36. , Когда напряжение сети переменного тока находится на низком уровне, резисторы 60 и 62 ограничивают ток до уровня, недостаточного для запирания тринистора 80. Заряд конденсатора 70 оказывает выравнивающее действие на напряжение сети переменного тока, что может обеспечить более постоянный уровень напряжения для срабатывания SCR 80. То есть, когда линия 68 переменного тока достигает своего пикового напряжения, конденсатор 70 заряжается до высокого уровня, соответствующего пиковому напряжению линии переменного тока. Конденсатор 70 примерно поддерживает это высокое напряжение до тех пор, пока не произойдет срабатывание SCR 80. Когда SCR 80 срабатывает, заряд в конденсаторе 70 рассеивается и перезаряжается, когда напряжение линии 68 переменного тока становится положительным. Кроме того, конденсатор 70 заряжается до своего высокого уровня, когда линейное напряжение достигает своего пикового значения.
Поскольку конденсатор 70 заряжается во время выключения тиристора 80, запасается достаточно энергии для обеспечения стабильного и надежного запускающего импульса на пересечении нуля требуемой проводящей формы волны или немного опережая его. Это помогает обеспечить максимально достижимое выходное напряжение в широком диапазоне рабочих температур окружающей среды в промышленных условиях (например, от 120° до -40°F). Кроме того, RC-цепочка, образованная конденсатором 70 и резистором 62, используется для демпфирования или подавления переходных напряжений на тринисторах 80.
Еще одним преимуществом диода 64 является то, что он удаляет переменный ток из конденсатора 70. Это обеспечивает защиту конденсатора 70 и может позволить использовать конденсатор с более низким напряжением, поскольку номинальное напряжение переменного тока конденсатора намного ниже, чем его напряжение постоянного тока. рейтинги. Резистор 74 поддерживает низкое напряжение затвора, когда он не срабатывает, и помогает предотвратить самовозгорание. Резистор 74 позволяет этому току проходить обратно в линию 72, а не в затвор тиристора 80. Чем ниже потенциал затвора, тем меньше вероятность срабатывания тиристора 80 линейным шумом.
Несколько цепей оптопары 24, 30 и 36 соединены последовательно, используя подходящую сеть сопротивлений (т. выдерживать пиковое приложенное линейное напряжение плюс соответствующий запас прочности. То есть балансировочные резисторы 46, 56 и 58 позволяют небольшому току проходить через оптопары 24, 30 и 36, когда оптопары отключены. Хотя последовательно показаны три схемы оптопары, можно использовать только одну схему оптопары. Кроме того, для изоляции более высоких линейных напряжений можно использовать более трех цепей оптопары.
Диод 76 блокирует обратное напряжение и ток в схеме затвора (схема затвора включает все элементы, показанные на фиг. 1, за исключением нагрузки 66, SCR 80 и линий 68 и 72). Диод 76 блокирует протекание обратного тока, чего не должно происходить, если только не произойдет отказ тиристора. В таком случае схема затвора будет защищена. Светодиод 78 просто указывает, что ток или импульс затвора присутствует и не требуется для работы схемы.
Теперь со ссылкой на фиг. 2 показан альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором две схемы 10, 10′ затвора тиристора используются для формирования встречной схемы 9 затвора тиристора. 0. Для ясности аналогичные компоненты обозначены одинаково, а числовые обозначения, имеющие первое обозначение, отражают схему затвора второго тиристора. Следует также отметить, что сигнал 12 от микроконтроллера, питание 20 5 В, заземление 40 5 В, линии 68 и 72, а также нагрузка 66 являются общими для обеих схем.
Цепь 90 включения тиристора, расположенная вплотную друг к другу, содержит первый диод 64 и второй диод 64′, первый конденсатор 70 и второй конденсатор 70′, а также тиристор 80. Первый диод 64 заряжает первый конденсатор 70 для зажигания SCR 80, когда напряжение в линии 68 положительное, и второй диод 64′ заряжает второй конденсатор 70′ для включения SCR 80′, когда напряжение в линии отрицательное. Кроме того, первый конденсатор 70 заряжается, когда линейное напряжение является положительным, и остается заряженным до тех пор, пока SCR 80 не сработает во время положительного цикла линейного напряжения 68, а второй конденсатор 70′ заряжается, когда линейное напряжение является отрицательным, и остается заряженным до тех пор, пока SCR 80′ срабатывает во время отрицательного цикла напряжения линии 68.
Цепь 90 включения тиристора, расположенная вплотную друг к другу, может дополнительно содержать первую развязывающую цепь для развязки управляющего сигнала 12, используемого для включения нагрузки, когда напряжение в линии 68 положительное, и вторую развязывающую цепь для развязки управляющего сигнала 12, используемого для срабатывания нагрузки. нагрузки, когда напряжение в сети отрицательное. Первая развязывающая схема содержит, по меньшей мере, одну оптопару 24, но предпочтительно содержит три оптопары 24, 30 и 36. Точно так же вторая развязка содержит, по меньшей мере, одну оптопару 24′, но предпочтительно включает три оптрона. соединительные цепи 24′, 30′ и 36′.
Цепь затвора SCR встречно-параллельно 90 позволяет проводить отрицательную и положительную половины линии переменного тока 68, 72. То есть схема 90 затвора SCR встречно-параллельно может использоваться там, где необходимо выбрать полуволны противоположного полярность. В результате, в приложениях, где нагрузка срабатывает, когда линейное напряжение переменного тока является как положительным, так и отрицательным, может использоваться схема 90 встречно-параллельного затвора SCR. Другими словами, когда частота, питающая нагрузку 66, является нечетной дольной частоты сети (т. е. частота сети переменного тока 68, умноженная на два, деленная на нечетное число, необходима для питания нагрузки 66), тогда встречно-параллельный SCR схема затвора 90 можно использовать. Если, однако, частота, питающая нагрузку 66, является четной кратной частоты сети (т. е. частота сети переменного тока 68, умноженная на два и разделенная на четное число, необходима для питания нагрузки 66), схема запуска тиристора 10, показанная на рис. ИНЖИР. 1 можно трудоустроить.
РИС. 3 и 4 иллюстрируют пример, в котором может быть использована схема затвора SCR «спина к спине». Обращаясь конкретно к фиг. 3 показана форма волны 100 напряжения с частотой 60 Гц с периодом 0,01666 секунды, как показано цифрой 102. Если часть оборудования работает на частоте 40 Гц, период формы волны будет равен 0,025 секунды, как показано цифрой 104. Частота питания нагрузки 66 будет нечетным кратным частоты сети, потому что сигнал 60 Гц 100, умноженный на два (как для положительной, так и для отрицательной фазы сигнала) и разделенный на три (нечетный дольный), дает частоту 40 Гц для питания нагрузки. . В результате оборудование будет срабатывать в течение заданного положительного полупериода 106 сигнала напряжения 100 и не будет срабатывать в течение следующих двух полупериодов 108, 110 сигнала напряжения 100. Затем оборудование снова будет срабатывать. в течение отрицательного полупериода 112 и не будет запускаться в течение следующих двух полупериодов 114, 116 формы волны напряжения 100.
Желательно включать оборудование как можно ближе к точке пересечения нуля кривой напряжения 100 для лучшего питания оборудования. Обращаясь также к фиг. 4A показан полупериод 118 формы сигнала 100 напряжения, а также точка 120 пересечения нуля. Кроме того, на фиг. 4B, сигнал 12 от микроконтроллера, который показан как стробирующий импульс 122, подается для включения оборудования в момент времени 124. Схема запуска SCR 10 помогает минимизировать задержку 124 от точки пересечения нуля 120 до точки запуска SCR. 80. В результате схема помогает максимизировать доступную мощность для питания оборудования или нагрузки 66. Следовательно, как показано на фиг. 4C, напряжение на нагрузке может быть максимальным, поскольку задержка срабатывания схемы SCR сведена к минимуму.
Цепь зажигания тиристора 10 способна иметь относительно короткую задержку 124 из-за того, что во время отключения фидера конденсатор 70 заряжается даже при низком напряжении линии 68. При подаче импульса 122 затвора конденсатор 70 может быстро разрядиться в затвор тиристора 80. Кроме того, конденсатор 70 также служит в качестве подавителя переходных процессов в тринисторе 80, защищая тринистор от скачков напряжения, которые могут возникнуть при переключении высокоиндуктивных нагрузок.
Цепь зажигания тиристора 10 может использоваться для высоковольтного управления вибрационными или электромагнитными фидерами, работающими на частотах, кратных частотам сети электропередачи (т. е. 60 Гц или 50 Гц). Фидер с регулируемой частотой может, например, работать на частоте 40 Гц. При использовании линии 60 Гц обратная схема 90 может быть использован для питания нагрузки 66.
Раскрытая недорогая схема зажигания тиристора полезна в приложениях промышленного управления, работающих от источников питания высокого напряжения, таких как 380-600 Вольт на частоте 50 или 60 Гц. Изобретение может быть полезно не только для активации вибрационных или электромагнитных фидеров, но и для других высоковольтных применений, в которых используются пропущенные формы волны или другое срабатывание тиристоров при обычном использовании высокого напряжения. Следует признать, что хотя настоящее изобретение было описано в отношении его предпочтительных вариантов осуществления, специалисты в данной области техники могут разработать широкий спектр конструктивных деталей, не отступая от принципов изобретения. Таким образом, прилагаемая формула изобретения должна рассматриваться как охватывающая все эквиваленты, попадающие в истинный объем и сущность изобретения.
Твердотельные реле
Твердотельные реле
Эллиот Саунд Продактс
Твердотельные реле и способы их изготовления и использования
3.2 — Перекидные или нормально закрытые твердотельные реле
4 — БТИЗ реле
5 — Реле TRIAC
6 — Реле SCR
7 — Пересечение нуля, случайное, пиковое переключение и импульсный привод
8 — Вспомогательный источник питания
9 — Резюме SSR
Выводы
Ссылки
Введение
Многие заставят вас поверить в то, что электромеханические реле (ЭМР) устарели и больше не являются допустимым выбором конструкции. Другие с радостью порекомендуют вам его использовать, даже если очевидно, что он выйдет из строя из-за продолжительного искрения. Есть бесчисленное множество мест, где просто нет смысла даже рассматривать что-либо еще, и другие, где ЭМИ даже не следует рассматривать. Хотя можно простить мысль о том, что должен быть лучший способ включать и выключать вещи, во многих случаях ЭМИ является самым простым, дешевым и самым надежным способом сделать это. Будучи электромеханическими устройствами, электромагнит используется для притяжения подвижного куска стали (якоря), который активирует один или несколько наборов контактов. Реле в том виде, в каком мы его знаем, было изобретено Джозефом Генри в 1835 году. С тех пор оно постоянно используется, и, вероятно, оно будет с нами еще много десятилетий.
Есть места, где ЭМИ не подходят, особенно при переключении высоковольтного постоянного тока при любом токе выше пары сотен миллиампер. В некоторых промышленных процессах используется легковоспламеняющаяся атмосфера (из-за газа или мелких взвешенных частиц), где дуга от ЭМИ может вызвать взрыв. Существуют полностью герметичные типы именно для этого типа использования, но, как и все дуговые контакты, они со временем изнашиваются. При каждом дуговом разряде контактов небольшое количество материала переходит от одного контакта к другому, что в конечном итоге может привести к отказу.
Время от времени на сайтах форумов можно встретить сообщения, которые пытаются убедить незадачливого вопрошающего, что размыкание 96В на 20А и выше можно осуществить с помощью обычного реле (ЭМР). Сразу видно, что придурок, утверждающий, что никогда не пробовал , и должен был держать свои «идеи» при себе. Да, можно достать специализированные реле, которые может сделать , но они (по определению) не только специализированные, но и очень дорогие. Единственный вариант для конструктора «сделай сам» или любителя — использовать тщательно подобранный SSR. Должен быть также включен предохранительный выключатель соответствующего номинала (и предназначенный для этой цели).
Для каждой сложной проблемы есть ответ, который ясен, прост и неверен. Х. Л. Менкен
Недостаток понимания может легко привести к катастрофическим (и очень опасным) сбоям, и здесь нет простых ответов (см. выше). Надеюсь, это поможет объяснить, почему я вдаюсь в такие подробности — невозможно объяснить сложные проблемы простыми ответами. На сайте ESP есть и другие статьи, в которых подробно рассказывается об EMR, в том числе о более сложных приложениях …
Реле, выбор и использование (Часть 1) Реле (Часть 2), Схемы защиты от прикосновения Смягчение и предотвращение контактной дуги
В этой статье рассматриваются только «твердотельные» реле (ТТР), а существует несколько различных типов ТТР. Некоторые подходят для использования в аудио схемах, но большинство нет. Некоторые даже не следует использовать для включения трансформаторов (как объяснено ниже), хотя их характеристики могут навести вас на мысль, что они идеальны.
Существует множество неправильных представлений о пригодности (или непригодности) различных схем коммутации. Многие из них связаны с отсутствием понимания, особенно с трансформаторами. Цель этой статьи — предоставить сведения о различных типах SSR и о том, где их лучше всего использовать. Довольно легко описать каждый тип реле, потому что существует ограниченное количество коммутационных устройств, подходящих для этой задачи.
На многих веб-сайтах обсуждаются твердотельные реле, но здесь цель состоит не только в том, чтобы предоставить учебник для начинающих, но и в том, чтобы заглянуть глубже, чем где-либо еще. Есть много ловушек, которых необходимо избегать, чтобы обеспечить надежное переключение, и, как и во всех полупроводниках, тепло является врагом и должно быть устранено. Есть места, где SSR используются там, где можно было бы ожидать, что они будут работать вечно, но это не так. Поскольку электронные устройства обычно очень надежны, нам нужно изучить, что может пойти не так, и научиться определять SSR для того, что нам нужно делать.
На рынке представлены тысячи различных SSR. Они варьируются от миниатюрных типов монтажа на печатных платах, предназначенных для коммутации слабого сигнала или другого низкого напряжения, до больших модульных типов, которые используются для запуска электродвигателей и других сильноточных нагрузок. Вот некоторые из важных параметров …
Изоляция между цепью активатора и коммутационными устройствами позволяет низковольтным цепям безопасно управлять сетевым питанием.
Твердотельные реле легко управляются микроконтроллерами, и в качестве «вспомогательных» компонентов им в лучшем случае требуются транзистор и пара резисторов.
Небольшой управляющий ток может управлять гораздо большим током через переключающие устройства.
Твердотельное реле предназначено для большинства (но далеко не всех) нужд электротехники и электроники.
ТТР (обычно) очень надежны, при условии надлежащего управления температурой.
Микроконтроллеру очень легко активировать маленькое твердотельное реле, которое можно использовать для активации большего (электромеханического) реле, которое, в свою очередь, активирует контактор для питания большого двигателя в промышленном процессе. Это можно рассматривать как грубую форму усиления, где очень маленький ток (10 мА может быть достаточно) может в конечном итоге привести к запуску или останову огромной машины или целой производственной линии.
Важной альтернативой чисто электронному решению является гибрид. Он будет состоять из электромагнитного реле, способного выдерживать номинальный ток нагрузки, с параллельным твердотельным реле. Этот подход подробно описан в статье «Гибридные реле с использованием MOSFET, TRIAC и SCR». Этот подход (буквально) обеспечивает лучшее из обоих миров, с низким рассеиванием контактов ЭМИ и устранением искрения, обеспечиваемым реле MOSFET, TRIAC или SCR. Однако это не подходит для критически важных приложений безопасности, где подключенная цепь обеспечивается (обычно довольно большим) воздушным зазором между разомкнутыми контактами. Все полупроводники будут иметь некоторую утечку (обычно только микроампер) и могут выйти из строя — почти всегда короткое замыкание.
1 — Основы SSR
Многие твердотельные реле активируются оптроном. Свет (обычно от инфракрасного светодиода) падает на фототранзистор, фотодиод, фотогальванический элемент или фототриак (или иногда на LDR — светозависимый резистор). Все эти устройства «выключены» в темноте, поэтому ток не течет. При освещении они либо переходят в состояние с низким сопротивлением, либо становятся «активными» и пропускают ток к переключающему устройству (устройствам). Существует несколько возможностей переключения, и выбор зависит от того, чего вы хотите достичь. Наиболее распространены …
SCR (кремниевый выпрямитель) — он же тиристор (только для переменного тока) TRIAC — двунаправленный тиристор (только для переменного тока) MOSFET — полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (переменного или постоянного тока, включая звук)
IGBT — биполярный транзистор с изолированным затвором (переменного или постоянного тока)
Помимо EMR, SSR на полевых МОП-транзисторах являются единственными, которые можно использовать со звуком. Все остальные перечисленные устройства вызывают полных искажений , которые ухудшаются по мере уменьшения уровня. МОП-транзисторы имеют довольно линейную омическую область (R DS-на ), что вносит некоторые искажения, но при удачно подобранных устройствах они будут минимальными. Поддержание R DS-on на как можно более низком уровне означает, что любые искажения сведены к минимуму.
Существуют также гибридные реле, сочетающие в себе лучшее из обоих миров. Например, реле защиты громкоговорителей почти всегда представляют собой ЭМИ, но они выйдут из строя, если напряжение постоянного тока превысит 35 В или около того. Это решается путем использования гибрида, имеющего EMR для передачи тока сигнала и SSR для отключения постоянного тока неисправности. Этот подход описан в разделе «Гибридные реле с использованием MOSFET, TRIAC и SCR», но подходящими кандидатами являются только MOSFET.
(Относительно) недавней разработкой является изолированная микросхема драйвера полевого МОП-транзистора Si8751/2. Это гораздо лучший вариант, чем фотогальванические соединители, потому что они по своей природе очень медленные из-за ограниченного тока, обеспечиваемого фотогальваническими элементами. Это устройство подробно обсуждается в статье Project 198 MOSFET Relay.
В большинстве силовых твердотельных реле (т. е. предназначенных для коммутации сети переменного тока) используются симисторы или тринисторы в качестве коммутационного устройства, а также оптопара, такая как MOC3052 (или более ранняя версия MOC3022), для включения основного коммутационного устройства (устройств). Эти микросхемы существуют очень давно и являются основой коммерческих диммеров света почти столько, сколько я себя помню. Хотя эти устройства невероятно распространены, они не лишены недостатков (хорошо, в некоторых случаях они представляют собой настоящую проблему). MOC3052 — гораздо лучший выбор в новой конструкции, поскольку они более устойчивы к спонтанной проводимости.
Также доступно аналогичное устройство (например, MOC3042), имеющее встроенную логику, которая предотвращает включение опто-TRIAC, за исключением случаев, когда напряжение питания близко к нулю. Они известны как типы с «пересечением нуля», и, хотя они подходят для резистивных нагрузок, они не могут использоваться для диммеров и никогда не должны использоваться для подачи питания на трансформаторы. Пусковой ток трансформатора максимален, когда он включен при нулевом напряжении (или близком к нему) (формы сигналов, подтверждающие это, см. в серии статей «Трансформаторы»). Хотя многие люди думают, что переключение при нулевом напряжении лучше всего подходит для трансформаторов или двигателей, они ошибаются. Минимальный пусковой ток всегда достигается при подаче питания на пик формы сигнала напряжения.
Несмотря на то, что симисторы удобны, если вам требуется коммутация больших токов, следует использовать тринисторы. Они доступны со значительно более высокими токами (и напряжениями), чем симисторы, но, конечно, вы должны установить два устройства, а также несколько вспомогательных компонентов. И симисторы, и тиристоры имеют прямое напряжение в диапазоне 1–2 В, поэтому они рассеивают 1–2 Вт/ампер тока нагрузки. Это может показаться не таким уж большим, пока вам не нужно будет переключать 20 А, поэтому рассеивание составляет не менее 20 Вт для TRIAC (или 2 × 10 Вт для SCR). Вы можете купить целые модули (некоторые довольно дешево), и у них есть одна общая характеристика — у них есть металлическая опорная пластина, предназначенная для установки на радиатор.
Действительно, это главный недостаток SSR в целом. Контакты (и внутренняя структура) ЭМИ на 20 А, вероятно, будут иметь сопротивление менее 10 мОм, а вся структура будет рассеивать около 4 Вт при номинальном токе. Это не требует охлаждения, так как сама конструкция сможет рассеивать выделяемое тепло. Большинство твердотельных реле будут рассеивать не менее 20 Вт при тех же условиях, а поскольку переключение осуществляется полупроводниками, температура их перехода должна быть 90×07°С.0609 не должно превышать максимально допустимого (как описано в техпаспорте).
Тем не менее твердотельные реле имеют явные преимущества во многих приложениях, и сочетание двух технологий (гибридное реле) может быть лучшим выбором для минимизации требований к радиатору, отсутствия дугового разряда и поддержания очень низкого электрического шума. Дуги очень шумные с точки зрения электричества — они использовались как первая форма радиочастотной передачи. Гибридное реле является более сложным, и во многих случаях дополнительные затраты (и занимаемое пространство) могут быть неоправданными.
2 — ЭМИ Против. ССР; Преимущества и недостатки
У любой технологии есть свои преимущества и недостатки. Это особенно верно в тех случаях, когда «зрелая» технология существует так долго и остается жизнеспособной даже в условиях жесткой конкуренции. Атрибуты, показанные ниже, несколько упрощены, но они покрывают большинство различий. По конструкции ЭМИ имеют катушку, которая представляет собой индуктор. Это вызывает обратную ЭДС, когда ток катушки прерывается, а механическая инерция означает, что всегда есть задержка для включения и выключения. TRIAC и SCR SSR не выключаются, пока ток нагрузки не упадет до нуля, но могут быть активированы почти мгновенно (максимум несколько микросекунд).
Электромагнитный
Твердотельный
Механические части, подверженные износу
Нет движущихся частей
Сравнительно медленный (10-20 мс)
Может быть почти мгновенным
Дрожание контактов происходит при замыкании контактов
Отсутствие дребезга контактов (нет контактов)
Невосприимчивость к временным повреждениям/ статическим разрядам
Может быть поврежден переходными процессами
Очень низкое рассеивание мощности при контакте
Рассеивание зависит от тока нагрузки
Мало или совсем нет тепла, радиатор не нужен
Может потребоваться радиатор, если рассеиваемая мощность превышает 1 Вт
Отличная устойчивость к кратковременным перегрузкам
Может быть поврежден при кратковременных перегрузках
Катушка требует значительной мощности
Обычно очень низкие требования к приводу
Эрозия контактов в результате дугового разряда
Дуговой разряд отсутствует, поскольку отсутствуют физические контакты
Даже «маленькие» реле физически велики
Маленькие реле доступны в виде миниатюрных ИС SMD
Не подходит для высокого напряжения/тока постоянного тока
Идеально подходит для постоянного тока при любом напряжении или токе
Очень широкий диапазон, охватывающий большинство применений
Ограниченный диапазон, но улучшающийся
Практически нулевой электрический шум при включении и выключении
Может быть электрическим шумом, в зависимости от технологии
Слышен шум при работе
Нет слышимого шума
Недорогие и легкодоступные
Обычно дороже/менее доступны
Май подходит для предохранительных устройств (см. техпаспорт)
Обычно не подходит для систем безопасности
Практически нулевой ток утечки в выключенном состоянии
Некоторый ток утечки всегда существует
Типы общего назначения могут использоваться (почти) где угодно
Требуют выбора по назначению (например, AC, DC, аудио)
Поскольку твердотельное реле не имеет движущихся частей, механический износ невозможен. Теоретическая жизнь бесконечна, но этого нельзя достичь по достаточно очевидным причинам. Однако они также чувствительны к теплу, и для поддержания температуры перехода ниже максимально допустимой (обычно около 150°C) необходимо обеспечить охлаждение. Потребность в радиаторе возникает гораздо раньше, чем ожидалось: корпусу, находящемуся на открытом воздухе, трудно рассеивать мощность свыше 1 Вт, особенно если он заключен в корпус с небольшим потоком воздуха. ЭМИ обычно имеют гораздо меньшие внутренние потери в контактах и внутренней структуре, и охлаждение не требуется для любого примера, с которым вы, вероятно, столкнетесь. Некоторые до имеют вентиляционные отверстия, которые можно открыть после автоматической пайки и промывки, но у большинства нет.
Engineering — это поиск компромиссов для поиска наилучшего решения с наименьшими затратами (начальными и эксплуатационными). Любой, кто завышает все параметры для повышения надежности без учета затрат, либо работает на военную/авиакосмическую организацию, либо постоянно ищет работу. DIY — это другое, но в конечном итоге бюджетное давление всегда будет налагать ограничения на то, что в конечном итоге будет использоваться. Для большинства более приземленных приложений, таких как системы плавного пуска, такие как Project 39или системы защиты динамиков по постоянному току (например, Project 33), EMR обычно является лучшим выбором (но только если напряжение питания усилителя не превышает ±35 В постоянного тока для P33).
Переключение высокого напряжения (> 30 В) и сильного постоянного тока гарантированно вызовет дугу, которая часто разрушает ЭМИ. Большинство из них создают непрерывную дугу при напряжении около 45 В, если ток превышает пару ампер. Это ситуация, когда выбора почти нет, но некоторые методы гашения дуги очень эффективны. Для твердотельных реле постоянного тока существует два основных варианта — полевые МОП-транзисторы или IGBT. Можно использовать биполярные транзисторы, но требуемый большой ток базы означает, что они, как правило, непригодны, за исключением приложений с низким током (таких как питание ИС привода для MOSFET или IGBT). Компаундные схемы Дарлингтона/Шиклаи уменьшают базовый ток возбуждения, но увеличивают напряжение насыщения (включено), тем самым увеличивая рассеиваемую мощность. Ожидайте около 0,9Напряжение насыщения 5 В с хорошо спроектированным переключателем с тремя транзисторами (NPN, PNP, NPN) (достаточно близко 1 Вт/А, если включены драйверы). Они не подходят для переменного тока без искажений и редко встречаются с тех пор, как появились полевые МОП-транзисторы.
Твердотельные реле на основе TRIAC и SCR не подходят для для использования с электронными нагрузками, включая такие
как компактные люминесцентные и самые ранние светодиодные лампы. В некоторых случаях они могут кажется, что работает, но если изучить форму сигнала сетевого тока, вы можете увидеть всплески тока в несколько ампер.
происходит каждый полупериод — для одной лампы! Это (не может — будет ) в конечном итоге приведет к выходу из строя лампы, твердотельного реле или того и другого. Электронные нагрузки должны быть только или .
переключаться с помощью электромеханических или MOSFET-реле, и должны быть тщательно протестированы как полная установка и проверены, чтобы гарантировать, что работа безопасна как для реле, так и для нагрузки.
Вышеприведенное предупреждение нельзя игнорировать. Использование электронных нагрузок и обычных диммеров TRIAC было проблемой с момента появления компактных люминесцентных ламп и остается со светодиодными лампами, в которых также используется импульсный источник питания (электронная нагрузка). Во многих новых лампах эта проблема до некоторой степени решена, но для достижения оптимальных характеристик следует использовать 3-проводной диммер с задним фронтом. См. Проект 157, 3-проводной диммер с задней кромкой для получения подробной информации о диммере, который работает с любая диммируемая лампа (включая лампы накаливания).
Трансформатор, за которым следуют мостовой выпрямитель и фильтрующие конденсаторы, отличается, и можно использовать симистор , обычно , потому что ток намагничивания будет больше, чем ток фиксации или удержания. Подробнее об этих параметрах см. в разделе, посвященном твердотельным реле TRIAC. Если вы планируете использовать TRIAC с трансформатором, вы должны тщательно протестировать его перед использованием, чтобы убедиться, что он работает корректно. Тороидальные трансформаторы имеют меньший ток намагничивания, чем типы E-I, что делает испытания еще более важными.
ЭМИ
обеспечивают полную изоляцию сигнала (включая сеть) с токами утечки, которые возникают исключительно из-за используемых изоляционных материалов. Даже при напряжении сети 230 В можно ожидать, что утечка будет составлять не более нескольких наноампер. SSR (все они) имеют некоторую утечку и не могут полностью изолировать. Хотя ток утечки вряд ли будет опасным, не стоит рисковать, так как любой полупроводник может выйти из строя, если/когда он выйдет из строя. Контакты реле тоже могут залипать, поэтому никогда не работайте с какими-либо цепями, питающимися от сети, если они не изолированы от сети — либо отсоединив вилку, либо (если вы должен работать на нем живьем) разделительный трансформатор. Конечно, вы все равно можете умереть, поэтому только квалифицированные специалисты должны работать с или на работающей сети!
3 — Реле МОП-транзистора
Одним из преимуществ реле MOSFET, в частности, является то, что они могут использоваться со звуком с очень небольшим добавленным искажением (обычно ниже слышимости). Ни одно из других полупроводниковых коммутационных устройств не может этого сделать. Существуют полевые МОП-транзисторы с таким низким сопротивлением (R DS-on ), что они будут рассеивать очень небольшую мощность даже при большом токе. Если вы стремитесь к устройству с сопротивлением 10 мОм R DS-на , каждый полевой МОП-транзистор будет рассеивать только 1 Вт при среднем токе 10 А, что эквивалентно 400 Вт на нагрузке 4 Ом (типичная пиковая мощность будет более 2,4 кВт!).
Помимо краткого описания здесь, я не буду вдаваться в подробности MOSFET-реле, потому что эта тема подробно освещена в статье MOSFET Solid State Relays and Project 198. Схема P198 должна быть особенно привлекательной, потому что все было оптимизированный, с использованием новейшей и (по крайней мере, на данный момент) лучшей изолированной микросхемы драйвера. Плата и компоненты имеют очень разумную цену, хотя конечный результат будет стоить больше, чем EMR. Тем не менее, он может работать с любым вероятным постоянным напряжением и/или током, которые могут вам понадобиться, просто выбрав оптимальные МОП-транзисторы.
Рисунок 3.1 – Реле ESP Project 198 MOSFET
На фотографии показана готовая плата P198, в данном случае оснащенная полевыми МОП-транзисторами DS-on со сверхнизким сопротивлением. Он подходит для переключения аудио высокой мощности (R DS-on составляет около 3,6 мОм для каждого полевого МОП-транзистора), а с высоковольтными устройствами он легко справляется с переключением сети. Его можно использовать в качестве диммера лампы (передний или задний фронт) или регулятора скорости малого асинхронного двигателя (режим переднего фронта , только ). В показанном реле используется микросхема Si8752, которая действует как светодиод для схемы управления. МОП-транзисторы выбираются в соответствии с приложением — высокое напряжение (относительно) низкий ток или наоборот. Те, что показаны на рис. 3.3, приведены только в качестве примера.
Рисунок 3.2 – Схема реле MOSFET проекта 198 ESP
Единственное достоинство следующей схемы — простота, но для большинства задач она принципиально бесполезна. Питание 12 В требуется для оптопары, которая имеет максимальное номинальное напряжение коллектор-эмиттер 30 В (с открытой базой). Это означает, что вы не можете использовать основное питание, если оно больше 30 В, но вы, , можете использовать стабилитрон для получения питания +12 В. Если вам нужно «настоящее» реле MOSFET для постоянного тока, то вам гораздо лучше использовать схему, показанную на рис. 3.1, с одним MOSFET. Конечно, он чувствителен к полярности, но ограничений по напряжению нет, и он может быть на стороне питания нагрузки, что сложнее сделать с упрощенными версиями. Есть много других возможностей, но они не являются схемами «общего назначения» и обычно встраиваются в окончательную схему.
Рисунок 3.3 – Простое реле MOSFET только постоянного тока
Преимущество использования изолятора, такого как Si8752 (или Si8751), заключается в том, что переключатель MOSFET можно использовать в любом месте схемы, при этом ограничения по напряжению, току и мощности налагаются только используемым MOSFET. Хотя рис. 3.3 действительно (вроде как) квалифицируется как реле MOSFET, на самом деле это всего лишь переключатель, и для его работы требуется источник постоянного тока. Если питание +12 В плавающее (относится к источнику MOSFET), то схема может можно использовать где угодно (с высокой стороны или с низкой стороной), но обеспечение дополнительного источника питания требует дополнительных расходов и означает, что используется больше деталей. Диод (D1) не обязателен и необходим, если нагрузка индуктивная.
Реле
MOSFET также можно включать и выключать с помощью ИС фотогальванических оптронов — светодиод светит на группу крошечных фотоэлементов, которые генерируют достаточное напряжение для включения MOSFET (ов). К сожалению, они находятся где-то между медленными и невероятно медленными , в зависимости от емкости MOSFET. Медленное переключение означает большие потери в течение периода переключения. У некоторых есть схема, обеспечивающая быстрое выключение, но вы ничего не можете сделать, чтобы заставить их быстро включаться (кроме использования нескольких параллельно). Типичный выходной ток составляет всего около 50 мкА, поэтому с парой полевых МОП-транзисторов для их включения может потребоваться до 5 мс, поскольку емкость затвора должна быть заряжена до порогового напряжения, прежде чем произойдет что-либо полезное. Это может быть достаточно быстро для некоторых приложений. но это слишком медленно для других.
Примером фотогальванической оптопары является Toshiba TLP591B, но есть и много других. У всех одинаковые ограничения, и они недешевы (около 5 австралийских долларов каждый). Иногда можно использовать небольшой импульсный источник питания для обеспечения питания, которым затем можно управлять с помощью стандартной фототранзисторной оптронной пары, но это дорого и громоздко. Если вам нужно полностью изолированное реле MOSFET, трудно найти что-то, что превзойдет схему Project 198. Его можно использовать с переменным или постоянным током, как показано, но для постоянного тока требуется только один полевой МОП-транзистор (другое положение закорочено между стоком и истоком).
Рисунок 3.4 – Фотогальваническое реле MOSFET
Фотогальванические оптопары
довольно распространены, но полевые МОП-транзисторы с высокой емкостью затвор-исток означают более длительное время включения, и это может быть ограничением во многих приложениях. VOM1271 имеет внутреннюю схему «выключения», так что, по крайней мере, рассеяние сводится к минимуму при выключении твердотельного реле. Выходное напряжение VOM1271 составляет всего 8,9 В при токе светодиода 30 мА и токе короткого замыкания 47 мкА. Для пары МОП-транзисторов с общей входной емкостью 8,4 нФ (пара МОП-транзисторов IRFP460, как показано) может потребоваться до 6 мс для достижения полной проводимости, в зависимости от тока нагрузки и напряжения питания. Общая входная емкость равна емкости затвор-исток плюс емкость Миллера (сток-затвор), и последняя может создавать «интересные» эффекты.
В частности, рассеяние устройства может быть очень высоким во время критического периода включения, хотя обычно оно длится всего несколько миллисекунд. В отличие от интегральных схем Si8751/2, в них отсутствует схема фиксации Миллера, предотвращающая включение полевых МОП-транзисторов при подаче напряжения питания с быстрым временем нарастания. В статье MOSFET Relays описывается схема для создания дискретного зажима Миллера, если это окажется необходимым. В статье также показано, как сделать схему выключения, используя резистор 2,2 МОм и JFET.
Вы заметите, что 12-вольтовый стабилитрон включен в все схемы MOSFET и IGBT. Это включено для защиты изоляции затвора, которая легко повреждается перенапряжением, каким бы оно ни было. Это дешевая страховка, и я не рекомендую исключать ее из схемы.
Вы также можете получить встроенные реле MOSFET, обычно в корпусе с шестью или восемью контактами. Примером может служить LCA110, рассчитанный на 350 В со среднеквадратичным значением до 100 мА или 200 мА постоянного тока, и существует множество подобных устройств. Этот тип ИС почти всегда использует фотогальваническую оптопару, а время включения / выключения довольно медленное — 3 мс указаны для тока светодиода 5 мА. TLP592A(F) — другой, рассчитанный на 60 В переменного/постоянного тока и 500 мА (среднеквадратичное значение) или 1 А постоянного тока. Время включения указано как 2 мс (макс.), а выключение — 500 мкс (макс.). Существует множество подобных устройств, многие из которых используют схему, подобную показанной на рис. 3.4 (но обычно без схемы «выключения»). Я ожидаю, что стабилитрон включен внутри, но он не упоминается в таблицах данных.
3.1 — Изолированный драйвер TI TPSI3050-Q1
По состоянию на август 2022 года компания TI (Texas Instruments) располагает предварительной информацией о новой микросхеме TPSI3050-Q1 [ 9, 10 ] . Это драйвер затвора с магнитной связью, который конкурирует с устройствами Si8751/2, но с более высоким выходным током. К сожалению, он недоступен ни у одного из крупных дистрибьюторов, поэтому я не могу предоставить какие-либо результаты тестирования. Даташит подробный (мягко говоря) и растягивается на 40 страниц. IC можно настроить несколькими способами, и она очень гибкая. Далее показан пример схемы, сконфигурированной для 2-проводного режима ввода, который предлагает самую простую конфигурацию.
Рисунок 3.1.1 — Реле TPSI3050-Q1 MOSFET
Изоляция является магнитной с использованием изоляции из диоксида кремния, которая, как утверждается, обеспечивает диэлектрическую прочность ~ 500 В RMS / мкм. Внутренняя структура включает драйверный каскад, который может как подавать, так и отводить ток (от затворов MOSFET), поэтому ему не нужны клещи Миллера, показанные для микросхемы Si875x. В техническом описании много подробностей, но полная схема (с «типичными» значениями компонентов) не представлена. Значения, показанные выше, в значительной степени являются оценочными, и резистор затвора MOSFET не включен (сеть привода затвора показана в техническом описании, но не включена в модуль оценки).
Количество потребляемой мощности (и подаваемой на затворы MOSFET) определяется выводом P XFR и соответствующим резистором. Доступно семь уровней мощности, и я выбрал среднее значение на рис. 3.1.1. Уровень мощности увеличивается по мере увеличения R XFR , при этом максимальная мощность достигается при 20k. Хотя я показал схему в «2-проводном» режиме, вы можете получить более быстрое переключение, используя «3-проводную» конфигурацию. Для этого требуется отдельный источник питания 5 В, подключенный к V 9. 1582 ДПП . Потребляемый ток может достигать 37,56 мА (R XFR = 20k).
Спецификация для TPSI3050-Q1 никому не помогает. Все, что вам нужно знать, есть, но оно «распределено» по листу данных таким образом, что его очень трудно читать. Пара «референсных» дизайнов была бы очень полезна. Оценочная плата (предположительно) доступна, и техническое описание для нее более краткое (18 страниц). Он включает в себя схему и предоставляет некоторую полезную информацию.
3.1 — Перекидные или нормально закрытые твердотельные реле
Большинство SSR обычно разомкнуты и требуют сигнала для включения. Это очень отличается от EMR, которые могут обеспечивать как нормально открытый (NO), так и нормально закрытый (NC) режим, включая типы переключения. Можно использовать полевые МОП-транзисторы с режимом истощения, но они гораздо менее доступны, чем типы с режимом улучшения, и имеют ограниченный диапазон номинальных значений напряжения и тока. Большинство из них также намного дороже для аналогичных рейтингов, поэтому нормально закрытые твердотельные реле встречаются редко. Это неприятно, потому что нормально замкнутые реле используются во многих приложениях.
Эквивалентом является использование стандартного MOSFET, IGBT, SCR или TRIAC SSR, который обычно имеет питание, поэтому он включен по умолчанию. Выключить его означает снять сигнал привода. Если пара твердотельных реле используется для обеспечения функции переключения (SPDT — однополюсный, двухпозиционный на языке EMR), вы должны убедиться, что имеется встроенная задержка. Поскольку переключение может быть почти мгновенным, любое перекрытие (при частичном включении обоих реле) может привести к серьезной неисправности цепи. Это особенно верно для типов TRIAC и SCR, используемых с переменным током, потому что набор, который проводит, будет продолжать делать это, пока ток не упадет до нуля. Для этого может потребоваться задержка до 10 мс, чтобы убедиться, что проводящее твердотельное реле действительно выключено. Если вам нужна эта функциональность, рекомендуется использовать контрольную схему для блокировки непроводящего твердотельного реле до тех пор, пока у другого не будет полностью прекратили проводимость.
4 — БТИЗ реле
Хотя IGBT могут показаться идеальными для реле, они могут иметь некоторые недостатки по сравнению с MOSFET. Может показаться, что недостатком является скорость — MOSFET намного быстрее, чем IGBT, но для реле это редко является важным фактором. Одним из их преимуществ является то, что они доступны с очень высоким номинальным напряжением (до 2500 В) и часто (но не всегда) имеют более низкое падение напряжения при максимальном токе. Ниже показано несколько примеров, выбранных только для одного и того же напряжения, тока и аналогичной номинальной мощности. Каждый полевой МОП-транзистор будет рассеивать 103 Вт при токе 30 А, а IGBT — только 55,5 Вт. Однако обратите внимание, что предел рассеяния находится при 25 °C, и в техническом описании будет указан коэффициент снижения номинальных характеристик для повышенных температур. Как МОП-транзистор, где повышение температуры увеличивает R DS-on падение напряжения на IGBT (V CE-sat ) также увеличивается с повышением температуры. Однако это проблема только с очень высоким током — при малом токе (например, 5 А через IGBT на 30 А) он обычно остается довольно постоянным.
Технология
Типовой №
Номинальные параметры
Падение В при 30 А
Стоимость (2020)
МОП-транзистор
R6030ENZ4C13
30 А, 600 В, 305 Вт
3,45 В (104 Вт)
7,80 австралийских долларов
БТИЗ
STGW30V60F
30 А, 600 В, 260 Вт
1,85 В (56 Вт)
6,19 ₽
Показанные выше параметры являются только примерами и не включают рассеяние обратного диода. Вы можете получить IGBT, которые могут выдерживать переходные токи до 570 А и напряжения до 2,5 кВ (хотя и не в одном устройстве!). Хотя вы увидите спецификации, которые кажутся совершенно невозможными, они почти всегда являются «краткосрочными», обычно не более 1 мс или около того. Все полупроводники в конечном итоге ограничены допустимой рассеиваемой мощностью в зависимости от температуры, и каждый раз, когда вам нужно переключать значительный ток, вам понадобится радиатор. Добавление большого алюминиевого радиатора (вероятно, с вентилятором для обеспечения наилучшего возможного охлаждения) никак не влияет на видимое уменьшение размера по сравнению с большим ЭМИ или контактором.
Рисунок 4.1. Реле MOSFET проекта ESP 198 с использованием IGBT-транзисторов
Доступно очень мало IGBT-реле. Кажется, нет никаких причин, по которым вы не можете использовать плату Project 198 с IGBT (хотя я этого не проверял), но она не может переключать звук, а для приложений переменного тока IGBT должны иметь ‘ встречно-параллельные (иначе свободные) диоды. Некоторые делают, некоторые нет. Без них IGBT почти наверняка будут разрушены при подаче переменного тока. Хотя использование IGBT может дать некоторые преимущества для определенных приложений, в большинстве случаев P198 будет использовать полевые МОП-транзисторы, как и было задумано.
Показанные IGBT (NGTB15N60S1EG) приведены только в качестве примера, в данном случае они выбраны из-за встроенного встречно-параллельного диода, а не из-за каких-либо конкретных характеристик. Печатная плата не была рассчитана на ток, который могут выдержать эти устройства (30 А), но это недорогое устройство (2,20 австралийских доллара в 2020 году) и, вероятно, хорошо послужит для переключения сети. Напряжение насыщения составляет 1,75 В (типичное), поэтому при 10 А оно будет рассеивать 17,5 Вт (это относится к , а не к , включая диоды, поэтому общее рассеивание будет ближе к удвоенному (~35 Вт на каждый). Это ожидаемо для IGBT в целом. Примечание. что TRIAC SSR будет рассеивать около 10-15 Вт при том же токе.0024
То же самое, конечно, можно использовать и для постоянного тока, и нужен только один IGBT. Если используется печатная плата P198, другое положение устройства просто замыкается между коллектором и эмиттером (эквивалентно стоку и истоку для MOSFET).
5 — Реле TRIAC
TRIAC SSR (почти буквально) так же распространены, как и грязь. Они существуют уже много лет и доступны в виде готовых модулей. С номинальным током от 200 мА до 70 А можно найти симистор, который удовлетворит ваши требования. Однако будьте очень осторожны при заказе модулей или микросхем драйверов, так как они бывают двух разных «разновидностей». Типы переключения при нулевом напряжении (ZVS, также известные как ZV или ZC — нулевое напряжение/пересечение) очень распространены, и часто в номере детали не указано, что реле использует ZV или «случайное» переключение. Что бы вы ни думали, трансформаторы и двигатели должны никогда не следует включать с помощью реле ZVS TRIAC (или SCR). Это гарантирует максимально возможный (наихудший случай) пусковой ток … при каждом включении!
Это задокументировано (с осциллограммами) в статьях о трансформаторах, и я использовал специально разработанную систему переключения, которая позволяет включать напряжение при пересечении нуля или пике формы волны переменного тока. Для обеспечения минимального пускового тока питание должно подаваться при пиковом напряжении переменного тока (номинально 325 В для сети 230 В). Было бы полезно, если бы реле TRIAC/SCR с переключением пикового напряжения были легко доступны, но, насколько я могу судить, они доступны только у специализированных промышленных поставщиков, и они очень сдержанно раскрывают подробности. Реле TRIAC с так называемым «случайным» переключением могут быть включены в любой момент в течение цикла, за исключением момента пересечения нулевого напряжения, поскольку нет доступного напряжения запуска (или тока).
Что именно является симистором? Они описываются как подмножество серии тиристорных (SCR) устройств и фактически представляют собой пару тиристоров, расположенных спина к спине (с измененной топологией затвора). SCR является твердотельным эквивалентом оригинального газового тиратрона [ 1 ] (переключающий клапан). Они выглядят как вакуумные лампы (но не являются ими), потому что внутри они используют газ. Термин «тиристор» представляет собой комбинацию слов «тиратрон» и «транзистор», а SCR стали коммерчески доступными в 1958. Симистор представляет собой двунаправленную версию базового тиристора (название происходит от «TRI», что означает три [клеммы] и AC — переменный ток), и может переключать переменный ток одним устройством (для переключения переменного тока необходимы два тринистора). SCR и TRIAC были впервые разработаны компанией General Electric [ 4 ] . Хотя симисторы в принципе кажутся достаточно простыми, существует множество соображений относительно их надежной работы.
Характеристика включения симистора (и тиристора) является рекуперативной — по мере потребления тока устройство включается быстрее, что приводит к очень быстрым переходам напряжения и тока. Если напряжение на устройстве высокое, скорость включения (и амплитуда гармоники) такова, что это может создать электрические помехи в диапазонах МГц, и многие схемы, использующие симисторы (например, диммеры с передним фронтом), требуют ВЧ-фильтрации для уменьшить электрические шумы. Регенерация — это еще одно слово для положительной обратной связи.
Рисунок 5.1 – Квадранты запуска TRIAC
Одним из менее известных аспектов TRIAC является то, что они чувствительны к полярности. Теоретически не имеет значения, является ли сигнал запуска положительным или отрицательным, независимо от полярности входящего сигнала, однако это не совсем так. На приведенном выше рисунке показаны четыре возможных квадранта для проводимости, и квадрант IV вызывает затруднения. Если основная клемма 2 (MT2) имеет отрицательную полярность, положительное напряжение затвора будет включить TRIAC, но он нечувствителен по сравнению с квадрантами I-III. Стоит отметить, что некоторые симисторы специально разработаны, чтобы исключал запуск Q4. Их часто называют симисторами ‘Snubberless ™ ‘, потому что исключение запуска Q4 устраняет многие проблемы, связанные с этим режимом запуска. Вы также можете увидеть, что они упоминаются как «Альтернистор ™ » или симистор с высокой коммутацией (Hi-Com ™ ), в зависимости от производителя. Квадранты I и III оптимальны, но не всегда достижимы.
Вы также увидите основные клеммы TRIAC, обозначенные как «A1» и «A2», эквивалентные MT1 и MT2 (главная клемма 1, основная клемма 2). Обозначение «А» означает «анод», что может ввести в заблуждение, поскольку спорно, являются ли эти клеммы анодами или катодами. Тем не менее, если вы видите TRIAC, обозначенный A1 и A2, они эквивалентны MT1 и MT2, а затвор обозначается A1 или MT1.
Рис. 5.2. Внутренняя схема и фото симисторного реле
г.
На рис. 5.1 показан упрощенный чертеж серийного TRIAC SSR вместе с фотографией примера. Показанный вариант имеет относительно низкий ток (400 В пикового значения при максимальном токе 8 А, переключение при нулевом напряжении) и предназначен для использования с радиатором при работе с максимальным током. Фото-TRIAC является внутренним, но есть много триггерных ИС, доступных от ряда поставщиков. MOC3022 (и ему подобные), вероятно, наиболее известны, и их можно использовать отдельно для слаботочных приложений. Их можно использовать с током до 100 мА, но предпочтительнее меньший ток для предотвращения перегрева (50 мА при 70°C). Также доступны версии, включающие логику ZVS. Их иногда называют «ZC» и «NZC» — с пересечением нуля и без пересечения нуля.
Рисунок 5.3 – Схема TRIAC SSR
Питание оптопары осуществляется от источника тока (Q1, Q2, R3), который поддерживает постоянный ток через оптопару во всем диапазоне входного напряжения (5-20 В пост. тока). Регулятор тока, который гарантирует, что оптопара получает одинаковый ток при наличии управляющего напряжения, независимо от напряжения (в разумных пределах). С R3 на 56 Ом ток составляет около 12 мА. В индикаторе нет ограничителя тока, но при желании его можно включить (или можно не включать индикатор). Регулятор тока не нужен, если управляющее напряжение фиксировано — вам нужно только использовать последовательный резистор, чтобы поддерживать ток оптопары в пределах 10-15 мА. Q1/Q2 может быть любым NPN-транзистором с малым сигналом, который у вас есть — это не критично. В худшем случае рассеяние составляет менее 170 мВт при входном напряжении 15 В. Демпфер и MOV не являются обязательными и требуются только в том случае, если у вас есть индуктивная нагрузка и/или шумная сеть.
Схема включает схему, предназначенную для работы с индуктивными нагрузками, и она была упрощена за счет использования резисторов одинакового номинала во всех местах запуска. Это может потребовать регулировки при проблемных нагрузках. В некоторых случаях это может привести к серьезным нарушениям в работе, поэтому дополнительные RC-цепи действуют как демпферы, ограничивая DV/Dt, применяемые к TRIAC, и запускают IC. Второй снаббер (C2, R7) может подвергаться чрезвычайно быстрым переходам, поэтому и резистор, и конденсатор должны быть импульсными. Пиковый ток в этой сети составляет около 1,2 А при напряжении сети 230 В, поэтому пиковое рассеивание на резисторе R7 может достигать 70 Вт. Это очень недолговечно, но вам нужно использовать углеродный состав резистор. Эти резисторы предназначены для импульсных применений.
Для этого доступны выделенные сети R/C
, обеспечивающие обе части в одном компоненте. В показанном примере используется металлизированный бумажный конденсатор, и устройство может выдерживать импульсный ток 12 А. Также могут использоваться дискретные (импульсные) части. Не думайте, что вы можете использовать конденсаторы X2 или даже X1, так как они представляют собой металлизированные пленочные конденсаторы, они не рассчитаны на импульсный режим и выйдут из строя. Только конденсаторы специально разработаны для сильноточных импульсных приложений выживет. Пиковый ток через снаббер зависит от напряжения переменного тока и места его включения, но в худшем случае он достигает нескольких ампер, что приводит к чрезвычайно высокому мгновенному рассеиванию. При напряжении сети 230 В пиковое рассеивание может составлять 120 Вт с резистором 47 Ом. Среднее рассеивание невелико — обычно несколько милливатт. Конденсатор также должен выдерживать такой же пиковый ток, поэтому будет использоваться фольга, а не металлизированная пленка.
Если кто-то строит самодельный TRIAC SSR, который будет вести себя при любой нагрузке, я предлагаю использовать TRIAC без снаббера. Примером может служить BTA26-800CWRG, 25 А, 800 В, 3-квадрантный симистор. Конечно, есть много других, и большую часть времени вам не нужно быть придирчивым. Недостатком «стандартных» симисторов является то, что снаббер обычно необходим, если нагрузка является индуктивной. Использование MOV (металлооксидного варистора) является необязательным и в большинстве случаев необязательным.
TRIAC
(и SCR, описанные далее) имеют требования к минимальному току (так называемый «ток удержания»), ниже которого они выключаются. Это может варьироваться от нескольких миллиампер до 500 мА для сильноточных типов. Если ваша нагрузка не потребляет достаточного тока, симистор может не достичь тока фиксации и не останется включенным после окончания триггерного импульса. Любая ситуация может привести к неожиданному прекращению проводимости реле TRIAC (или SCR). Они также имеют максимальную скорость изменения напряжения (называемую DV/Dt или ΔVΔt, также известную как критическая скорость нарастания напряжения в выключенном состоянии), и если приложенное напряжение возрастает быстрее максимально допустимого, симистор будет проводить ток. Обычно параллельно с TRIAC используется демпфирующая (резисторно-конденсаторная) цепь для ограничения DV/Dt и предотвращения спонтанной проводимости. Вы также должны знать о критическом увеличении тока в открытом состоянии (DI/Dt/ ΔI/Δt). Если это превышено, TRIAC может выйти из строя из-за внутренних «горячих точек».
Рисунок 5.4 – Форма сигнала проводимости TRIAC SSR
Эти устройства по своей природе несколько электрически шумны. Пики на переднем фронте, видимые на осциллограмме, указывают на очень быстрые переходы, а это означает, что должен присутствовать высокочастотный электрический шум. Эти всплески узкие (около 100 мкс, но с 90 607 очень быстрыми переходами по мере проведения TRIAC), что обеспечивает расширение генерируемых частот до нескольких МГц. Показанная форма волны была получена от FOTEK SSR-25-DA TRIAC SSR. Это тип ZVS, рассчитанный на 25 А при напряжении до 380 В переменного тока. Форма сигнала была получена при напряжении 40 В переменного тока и нагрузке 8 Ом — 5 А RMS. Как и ожидалось, прямое напряжение составляет 1 В и очень мало меняется в зависимости от тока. Рассеяние составляет 1 Вт/А, поэтому во время моего теста он рассеивал 5 Вт.
Всплески в начале каждого полупериода показывают, что должно присутствовать определенное напряжение (минимум 5 В пик), чтобы TRIAC мог зафиксироваться, в данном случае обеспечивая около 625 мА. Испытания при низком напряжении показали, что при среднеквадратичном напряжении менее 5 В Fotek SSR либо вообще не включается, либо ведет себя неправильно (половина волны). Использование его для нагрузки с низким напряжением или низким током не будет работать, и он перестал «нормально» проводить ток при токе нагрузки менее 100 мА. Это совершенно не похоже на ЭМИ, который нормально работает практически при любом напряжении или токе в пределах своих номиналов.
Симисторы
никогда не должны работать с какой-либо нагрузкой, которая потребляет меньше тока фиксации в наихудшем случае (если вы достаточно смелы, вы можете вместо этого использовать «типичное» значение). Для серии BT139 максимальное значение составляет 40 мА, но меня это не совсем устраивает. Вы намного безопаснее, если удвоите значение для наихудшего случая, особенно при сложных нагрузках (например, реактивных или электронных нагрузках). Это означает около 20 ВА при напряжении сети 230 В или 10 ВА при 120 В. Есть все шансы, что он будет работать при меньшей нагрузке, но при некоторых нагрузках проводимость может быть нестабильной.
Несмотря на эти предупреждения, большинство TRIAC SSR (или просто TRIAC) без проблем переключают силовые трансформаторы, а некоторые производители используют TRIAC, поэтому сетевой выключатель может быть слаботочного типа. Он по-прежнему должен быть рассчитан на полное сетевое напряжение, но крошечный ток затвора симистора означает, что нет необходимости в сверхмощном переключателе для включения или выключения оборудования. Это не реле (строго говоря), потому что нет изоляции, но оно все же позволяет управлять большим током с помощью гораздо меньшего тока.
Рисунок 5.5 – Пример сетевого выключателя TRIAC
В приведенном выше примере переключатель должен выдерживать ток всего в несколько миллиампер, в то время как симистор можно использовать для переключения очень большого силового трансформатора. Обычно для этого требуется сверхмощный переключатель, но из эстетических соображений многие дизайнеры предпочитают использовать миниатюрный переключатель. Он по-прежнему должен быть рассчитан на сетевое напряжение, но резкое снижение силы тока означает, что даже выключатель с легким режимом работы, вероятно, переживет оборудование. Для симистора может потребоваться радиатор, если потребляется постоянный большой ток (1 Вт/А типично для большинства симисторов). R2 и демпфирующая сеть являются необязательными и могут (а могут и не быть) необходимыми в проекте.
С симистором BT139F-600, как показано, для всего, что превышает средний ток 1 А, потребуется радиатор (помните, симисторы рассеивают 1 Вт/А). Суффикс «F» означает, что это «полная упаковка» (полностью изолированная) упаковка, поэтому слюдяные шайбы и изолирующие втулки не нужны (и это очень плохая идея, если вы изолируете сетевое напряжение). Вы должны использовать термопасту между симистором и радиатором. Необходимо позаботиться о том, чтобы выводы TRIAC имели соответствующие пути утечки и зазоры, чтобы они не могли закоротить радиатор, которым часто будет шасси, если оно сделано из алюминия. Установка должна иметь крышку для предотвращения случайного прикосновения, а для подключения к выключателю должен использоваться сетевой кабель.
6 — Реле SCR
Во многих отношениях SCR (кремниевый управляемый выпрямитель) аналогичны типам TRIAC, и для их управления могут использоваться одни и те же фото-TRIAC оптопары. Есть преимущества в использовании SCR, а не TRIAC, особенно с точки зрения текущей емкости. Например, тиристор CLA50E1200HB рассчитан на 1200 В, 50 А и рассеиваемую мощность 500 Вт в знакомом пластиковом корпусе TO247. При цене менее 10 австралийских долларов за штуку (цена 2020 года) пара может выдержать огромную нагрузку. С пиковым номинальным током 650 А (10 мс) он может выдерживать гораздо больший ток, чем может обеспечить любая бытовая розетка. Ток запуска составляет 50 мА (макс.) при 25°C.
На следующем рисунке показано SSR с парой SCR. Этот рисунок очень похож на тот, что показан выше (рис. 5.3), но изменен для использования SCR. SCR SSR несколько менее восприимчив к ложной или спонтанной проводимости, поэтому нет необходимости в триггерных демпфирующих сетях. Тиристоры доступны с гораздо более высокими токами, чем симисторы (последние ограничены примерно 40 А), в то время как тиристоры могут выдерживать 2000 А и более (что несколько выходит за пределы диапазона схем DIY). Номинальные напряжения также намного выше, до 2,6 кВ — они, как правило, недоступны для самостоятельного изготовления и требуют более сложных триггерных цепей. Как и ожидалось, они здесь не рассматриваются, но это дает вам представление о доступном диапазоне.
Рисунок 6.1 — Схема SCR SSR
На приведенном выше рисунке я использовал SCR, которые немного больше соответствуют тем, которые можно было бы использовать в версии DIY. Они по-прежнему могут выдерживать среднеквадратичное значение 20 А для пары и могут обеспечивать пиковый ток 200 А в течение 10 мс. Одно из самых больших преимуществ использования SCR вместо TRIAC заключается в том, что мощность распределяется между двумя устройствами, поэтому их легче охлаждать из-за эффективного уменьшения теплового сопротивления вдвое. Регулятор тока такой же, как и на рис. 5.3. Как и в версии TRIAC, демпфер и MOV не являются обязательными и требуются только в том случае, если у вас есть индуктивная нагрузка и/или шумная сеть.
SCR имеют полупроводниковую компоновку PNPN с дополнительной легированной секцией для создания затвора. На удивление легко сделать SCR, используя пару транзисторов. Концепция показана ниже, и она работает точно так же, как «реальная вещь», за исключением того, что ток ограничен, потому что большая его часть должна проходить через базовые переходы. Время включения очень быстрое, потому что два транзистора работают в положительной обратной связи. Согласно симулятору, проводимость начинается в течение 15 нс после подачи запускающего импульса, а время нарастания тока нагрузки составляет менее 18 нс.
Рис. 6.2. Самодельный тиристор, изготовленный из двух транзисторов
Хотя эта схема непрактична для силовых цепей, стоит помнить, если вам когда-нибудь понадобится слаботочный, высокочувствительный защелкивающийся переключатель. Как и все SCR, он имеет минимальный ток удержания. В данном случае это около 65 мкА, установленное резисторами R1 и R2. Однако ожидать, что он будет работать при токе менее 5 мА, вероятно, неразумно. При любом токе от 7 мА до 50 мА напряжение на «тиристорах» остается на уровне около 800 мВ. Это зависит от используемых транзисторов (я использовал BD139[NPN] и BD140 [PNP] для моделирования). Диод предотвращает десенсибилизацию цепи резистором «затвора» (и увеличение требуемого удерживающего тока). В отличие от «настоящего» SCR, транзисторную версию можно отключить. Доступны тиристоры GTO (затвор выключения), но для этого требуется мощный отрицательный импульс затвора.
Важно понимать, что реле SCR (наряду с симисторами) имеют некоторый ток утечки, который указан в техническом описании. Если параллельно реле включена демпфирующая цепь R/C, она увеличивается в зависимости от емкости и частоты. Например, конденсатор емкостью 10 нФ будет пропускать 722 мкА на частоте 50 Гц, и это может быть больше, чем вы получите из-за обратной утечки «выключено». Тиристоры серии BT152 имеют максимальную характеристику утечки 1 мА при 125°C и максимальном номинальном напряжении. Обычно это игнорируется, но это означает, что существует некоторый риск «покалывания», если вы полагаетесь на реле SCR для изоляции сетевого напряжения. Это одна из причин , а не , чтобы использовать их в качестве защитного отключения.
Одиночный тиристор также может коммутировать переменный ток, используя его между клеммами +ve и -ve мостового выпрямителя, при этом одна клемма переменного тока используется как вход, а другая как выход. Сильноточные тиристоры дешевле и имеют меньшую рассеиваемую мощность, чем сильноточные мостовые выпрямители, поэтому это бесполезный метод и здесь не показан.
7 — Переход через нуль, случайный выбор, переключение пиковых значений и импульсный привод
В приведенных выше описаниях упоминались пересечение нуля, случайное и пиковое переключение. Реле MOSFET (и IGBT) всегда являются «случайными», если не включены дополнительные схемы. Детекторы пересечения нуля подробно обсуждаются в статье AN-005 — Детекторы пересечения нуля, и аналогичные схемы включены в микросхемы драйверов ZCS TRIAC. Очевидно, что вы не можете включить TRIAC или SCR при напряжении 9 В.0607 на самом деле ноль, и большинство из них имеют порог до 35В до срабатывания. Это работает правильно, только когда напряжение питания переменного тока выше 30 В RMS, потому что при более низких напряжениях он может вообще не срабатывать.
Пиковое переключение несколько сложнее. Хотя, безусловно, можно зафиксировать (и удерживать) пиковое напряжение, это требует времени. Как правило, может пройти до 40 мс (два полных цикла при 50 Гц), прежде чем схема сможет определить пиковое напряжение и запустить реле. Альтернативой (и методом, который я использовал для специального тестера пускового тока, который я сделал) является обнаружение пересечения нуля и ожидание 5 мс (9смещение на 0° при частоте 50 Гц, что является пиковым напряжением) перед срабатыванием реле TRIAC или SCR. Это несложно сделать, но требует дополнительных схем. Для приложений с частотой 50 Гц и 60 Гц потребуются разные единицы измерения, поэтому неудивительно, что этот метод не будет использоваться в коммерческих устройствах.
Произвольное переключение означает, что SSR включится, как только появится достаточное напряжение, чтобы вызвать срабатывание и фиксацию TRIAC или SCR. С реле MOSFET или IGBT они включаются, когда напряжение затвора превышает пороговое значение, даже при нулевом токе, поэтому задержка очень мала. Для большинства реле TRIAC/SCR со случайным переключением задержка в худшем случае в большинстве случаев будет составлять всего пару миллисекунд.
Сигнал запуска для реле TRIAC/SCR может быть непрерывным или импульсным с высокой частотой (обычно > 10 кГц). Последняя система распространена, когда запуск осуществляется с помощью импульсных трансформаторов. Этот подход здесь не рассматривается, но пример показан ниже. Импульсные трансформаторы имеют некоторые преимущества перед оптронами, поскольку они могут обеспечивать более высокий ток срабатывания и не подвержены ограничениям DV/Dt в той же степени, что и симисторы. Импульсное переключение может быть настроено на пересечение нуля, пиковое, случайное или на определенный фазовый угол (используется для диммерных цепей). Схема привода более сложна, чем с использованием оптронов.
Рисунок 7.1 – Запуск импульсного трансформатора для TRIAC SSR
Хотя этот подход выглядит идеальным, важна полярность импульса. Обратитесь к квадрантам запуска, показанным на рисунке 5.1, и очевидно, что квадранты II и III являются единственным вариантом (поскольку квадрантов IV следует избегать со многими TRIAC [ 5, 6 ] ). Это означает, что импульсы триггера должны быть отрицательными , хотя это спорный вопрос, когда используется трансформатор, потому что эталон постоянного тока всегда является средним значением формы волны.
Включение диодов Шоттки приводит к тому, что большая часть импульсного напряжения становится отрицательной, что позволяет выполнять запуск в квадрантах II и III. Это полностью исключает квадрант IV и обычно дает наилучшие результаты. Если частота триггерных импульсов достаточно высока, диод можно не использовать, поэтому, даже если симистор попытается (но не сможет) сработать в транзисторе Q4, до смены полярности пройдет всего несколько микросекунд, и он сработает должным образом. При использовании импульсного запуска последовательность импульсов требуется до тех пор, пока TRIAC включен. Применение только одного импульса в точке, где требуется проводимость, может привести к прерывистой работе, особенно при индуктивных нагрузках.
Наихудшая возможная неисправность возникает, когда симистор проводит только полуволну, так как это может сжечь двигатель или трансформатор. Это вовсе не редкость, особенно если дизайнер пытается выполнить запуск в квадранте IV. К сожалению, похоже, что большинство любителей (и даже патентных заявителей) не знают о «проблеме квадранта IV» с TRIAC и пытаются запускать, используя только положительные импульсы, когда отрицательные импульсы всегда будут работать лучше. Если вы просмотрите технические описания симисторов, вы обнаружите, что квадранты I-III более чувствительны, чем квадранты IV (последний может потребовать вдвое большего тока запуска, чем квадранты I-III), и многие типы симисторов полностью запретить запуск квадранта IV.
Импульсный трансформатор должен быть рассчитан на напряжение изоляции, необходимое для цепи, и обычно составляет не менее 2 кВ. Они легко доступны от многих поставщиков. Демпфер не входит в комплект, но может потребоваться в зависимости от приложения.
8 — Вспомогательный источник питания
Если вы хотите добавить вспомогательный источник питания, реализация MOSFET SSR может быть «упрощена». Доступно множество небольших изолированных преобразователей постоянного тока, и самых маленьких (обычно 1 Вт) более чем достаточно для управления полевыми МОП-транзисторами. Идеальным является преобразователь 12 В-12 В, и они обычно рассчитаны на изоляцию до 100 В или более. Есть два номинала — один для испытательного напряжения изоляции (~ 1 кВ), а другой для рабочего напряжения . В некоторых случаях могут быть доступны гораздо более высокие напряжения изоляции. Эти устройства небольшие, обычно не более 20×6×10 мм (Д, Ш, В) в однорядном корпусе.
Рисунок 8.1 — Преобразователь постоянного тока с оптопарой MOSFET SSR
Подходящие устройства будут иметь диапазон входного напряжения около 10,8–13,2 В и выходное напряжение 12 В. Преобразователь мощностью 1 Вт может обеспечить ток 84 мА, а выходной конденсатор гарантирует быстрое включение даже полевых МОП-транзисторов с высокой емкостью затвора. Управляющее устройство обычно представляет собой стандартную оптопару (светодиод + транзистор), которая легко управляется схемой управления. Схема, показанная выше, является только примером, и есть много других вариантов.
Показанная схема нарочито «минималистична», и ее несложно улучшить. Однако это неизбежно означает увеличение количества деталей, расходов и площади печатных плат. Оптопара — это всегда компромисс, потому что у них сильно различаются CTR . При CTR 100 % 10 мА на светодиод приведут к 10 мА на транзисторе. LTV817 — это только предложение, и есть много других подходящих. Значение R2 гарантирует, что емкости затвора MOSFET разряжаются довольно быстро, не требуя слишком большого тока через U2.
При использовании любой оптопары на основе светодиода необходимо учитывать уменьшение светового потока. Некоторые производители предоставляют график для этого, но большинство не делает этого. Со временем мощность светодиода будет падать, уменьшая CTR. Если вы не сделаете поправок, схема может перестать обеспечивать достаточное выходное напряжение, чтобы обеспечить полную проводимость полевых МОП-транзисторов. Как показано, ток фототранзистора составляет всего 1,2 мА, поэтому для устройства со значением CTR 100 % имеется достаточный запас, а для CTR всего 50 % есть запас.
9 — Резюме SSR
Существует огромное количество различных типов реле (EMR и SSR), не только для коммутационных устройств, но и для входных требований. Некоторые твердотельные реле предназначены исключительно для использования с переменным током, другие — исключительно с постоянным током. Небольшое количество коммерческих SSR можно использовать с переменным или постоянным током. В этом отношении они гораздо более строги, чем EMR, но они также предлагают некоторые уникальные преимущества. Излишне говорить, что они также имеют некоторые уникальные недостатки.
Твердотельные реле
могут использовать широкий спектр методов изоляции и управления, включая герконовые реле (что, строго говоря, делает их гибридными), преобразователи переменного/постоянного или постоянного/постоянного тока, трансформаторы сетевой частоты, высокочастотные импульсные трансформаторы или (чаще всего ) инфракрасный свет в корпусе ИС. Оптопары значительно превосходят другие методы для устройств средней мощности. Если контролируется значительная мощность, в схеме управления, вероятно, будет использоваться импульсный трансформатор.
Как и обычные реле, большинство твердотельных реле обеспечивают гальваническую развязку между входом и выходом, обычно рассчитанную на 2-3 кВ. Вместо использования катушки для управления реле в твердотельных реле обычно используется оптопара (заметным исключением является Si875x), поэтому активирующей средой является инфракрасный свет, а не магнитное поле. Там, где для электромеханического реле может потребоваться входная мощность до пары ватт (до 100 мВт), твердотельные реле обычно работают с мощностью всего 50 мВт, а некоторым требуется еще меньше.
Однако там, где контакты обычного реле могут рассеивать всего несколько милливатт, твердотельное реле обычно рассеивает гораздо больше, а для реле высокой мощности требуется радиатор для охлаждения электронных коммутационных устройств. Это связано с тем, что переключающий элемент является полупроводниковым устройством и, следовательно, подвержен всем ограничениям любого полупроводника. Сюда относится естественный враг всех полупроводников — тепло! Обычными коммутационными устройствами являются SCR, TRIAC, MOSFET и IGBT , и каждый из них имеет свои преимущества и ограничения.
Будьте особенно осторожны, если ваше приложение имеет высокий пусковой ток. В наихудшем случае максимальный ток должен быть в пределах номинальных значений твердотельного реле, иначе вы рискуете повредить реле. Твердотельные реле имеют ошеломляющий набор характеристик (некоторые из них более загадочны, чем другие), но всегда будет указан максимально допустимый ток (обычно как ток «неповторяющегося пикового выброса»). Обратите внимание на использование термина «неповторяющийся» — это означает, что производитель говорит, что это означает. Это может быть 20 мс (один цикл при 50 Гц), это также может означать другую указанную продолжительность (например, 1 мс), и, если вам повезет, будет график и даже некоторая информация о том, как бороться с пусковым током. Для получения дополнительной информации по этой теме, пожалуйста, прочитайте статью Inrush Current.
Переключение
Используется для
Комментарии
SCR
½ волны переменного тока
Два обычно используются в обратной параллели для мощного двухполупериодного переменного тока
TRIAC
Full Wave AC
Обычно используется только для маломощных версий (например, 10 А или меньше)
MOSFET
AC или DC
Доступны версии AC и DC, но обычно не взаимозаменяемый
IGBT
AC или DC
То же, что и выше, но не подходит для аудио. Подходит для высокого тока/напряжения
Чтобы ознакомиться с некоторыми из многих методов, используемых для реле MOSFET, см. статью Реле MOSFET, в которой описаны различные схемы управления, которые можно использовать. Статья в первую очередь нацелена на схемы защиты громкоговорителей по постоянному току, но аналогичные методы можно использовать и в других местах. ТТР на основе МОП-транзисторов постоянного тока могут просто использовать МОП-транзистор и фотоэлектрическую оптопару. Как правило, использование предварительно упакованной версии практически не имеет преимуществ перед эквивалентом дискретного компонента, за исключением случаев, когда сертификация SSR необходима для критических с точки зрения безопасности приложений. Пока это возможно , обычно предпочтительнее использовать ЭМИ, поскольку в выключенном состоянии утечки отсутствуют.
Общая компоновка, показанная на схеме на рис. 5.2, является общей для большинства твердотельных реле на базе SCR и TRIAC. Оптопара может быть приобретена как дискретная ИС в версиях «мгновенная/случайная» или «переход через нуль». В данном случае «мгновенный» (или NZC — без перехода через ноль) просто означает, что опто-триак сработает мгновенно при подаче постоянного тока на светодиод, независимо от переменного напряжения или полярности в этот момент времени. Версии с пересечением нуля предотвратят срабатывание, если напряжение переменного тока не находится в пределах (обычно) 30 В от нуля. Примерами являются MOC3052 (мгновенная/случайная фаза) или MOC3042 (переход через нуль). Оба рассчитаны на входной ток 10 мА.
Вам также необходимо внимательно прочитать документацию, чтобы убедиться, что ваш источник питания и нагрузка никогда не превысят ни одно из ограничений, описанных в технических описаниях. Кратковременное перенапряжение, как правило, не причинит ни малейшей боли контактам стандартного реле, и даже кратковременное превышение тока обычно не представляет проблемы. Для твердотельных реле нельзя превысить никакое предельное значение … когда-либо . Вы также должны следить за тем, чтобы напряжение и/или ток не менялись слишком быстро, потому что тиристоры и симисторы имеют определенные пределы, известные как DV/Dt (критическое изменение напряжения во времени) и DI/Dt (критическое изменение тока в зависимости от времени). время). При превышении любого из них устройство может неожиданно включиться или выйти из строя. Вы также увидите эти термины, записанные как ΔV/Δt и ΔI/Δt.
Максимальное пиковое напряжение также не может быть превышено, и горе вам, если нагрузка потребляет больше номинального пикового тока. Вы также должны использовать радиатор, если ток нагрузки в противном случае вызовет повышение температуры выше номинального максимума (типичная абсолютная максимальная температура перехода находится в пределах 150-175°C). Недостатков много, но иногда выбора нет. Например, вы не можете использовать механическое реле в диммере с «отсечкой фазы», потому что оно не может срабатывать достаточно быстро. Вы также не можете гарантировать, что механическое реле включается при определенном фазовом угле сигнала переменного тока — например, идеальным для индуктивной нагрузки является подача питания на пике сигнала переменного тока. Это легко сделать с помощью SSR.
Хотя TRIAC и SCR SSR редко указываются как таковые, они имеют минимальный номинальный ток , ниже которого вероятна неустойчивая работа. Если ток нагрузки ниже требуемого тока фиксации, твердотельное реле либо не будет работать должным образом (например, в режиме ½ волны), либо может вообще не проводить ток. Обычно это не проблема с ЭМИ, хотя в некоторых и указывается минимальный ток, чтобы контакты не оставались разомкнутыми из-за загрязнения поверхности. Обычно это происходит только при очень низком напряжении.
Стоит еще раз взглянуть на (обобщенные) преимущества и недостатки полупроводников по сравнению с электромеханическими реле.
Преимущества SSR …
Некоторые имеют корпус меньшего размера, позволяющий разместить больше устройств на единицу объема, но если требуется радиатор, это преимущество исчезает
Без контактов, поэтому не возникает дуга, можно использовать во взрывоопасных средах
Увеличенный срок службы независимо от количества циклов переключения. Нет движущихся частей, которые могут изнашиваться
Бесшумная работа (без слышимого шума)
Гораздо быстрее, чем электромеханические реле, а время их переключения составляет порядка микросекунд
Без дребезга контактов, с положительным переключением (может не применяться к TRIAC и SCR SSR при слабом токе)
Версии постоянного тока могут отключать высокое напряжение и/или большой ток, что может привести к серьезному искрению контактов
Менее чувствителен к механическим ударам, вибрации, влажности и внешним магнитным полям
Чувствительная входная цепь означает, что для работы требуется низкая мощность привода
SSR Недостатки . ..
Большинство ограничено «1 Form-A» — одним нормально разомкнутым «контактом»
Характеристики напряжения и тока полупроводников, а не механических контактов
Более высокий внутренний импеданс в «замкнутом» состоянии с выделением тепла
Относительно высокий ток утечки, зависящий от напряжения, в открытом состоянии
Искажение формы сигнала из-за нелинейных характеристик напряжения и тока
Некоторые твердотельные реле имеют коммутационные устройства, чувствительные к полярности.
Реле SCR и TRIAC, как правило, не могут использоваться с постоянным током (их нельзя отключить)
Реле SCR и TRIAC имеют минимальный рабочий ток , который обычно не указывается
Некоторые могут переключаться случайным образом из-за скачков напряжения
Как и большинство полупроводников, твердотельные реле не выдерживают короткого замыкания
Чувствительная входная цепь означает, что шумовые переходные процессы могут вызвать неожиданное срабатывание
Неспособность большинства SSR предоставить переключающие контакты или несколько наборов контактов может быть серьезным ограничением, а также может значительно увеличить затраты. Добавление еще одного набора контактов к электромеханическому реле обходится очень дешево, но для твердотельного реле вам потребуется коммутирующее устройство со сверхвысоким током и соответствующий улучшенный драйвер. В большинстве случаев, если вам нужно, чтобы цепь была нормально замкнута при отключении питания, вам, вероятно, не повезло. Такие вещи существуют (с использованием полевых МОП-транзисторов в режиме истощения), но я никогда не встречал их, кроме как в таблицах данных.
Одной из областей, в которой SSR на основе MOSFET и IGBT преуспевают, является прерывание высокого напряжения и сильного постоянного тока, что является фундаментальным злом. При напряжении более 35 В и достаточном токе, доступном в цепи, постоянный ток просто образует дугу на контактах большинства механических реле и переключателей. При высоком токе дуга плавит контакты и контактные рычаги до тех пор, пока воздушный зазор не станет достаточно большим, чтобы разорвать дугу. Думайте в терминах дуговой сварки, потому что такие условия могут существовать при достаточном напряжении и токе. МОП-транзистор не имеет этого ограничения и может разорвать любое напряжение или ток, которые находятся в пределах его номинальных значений.
Также доступно множество небольших (DIP6, DIP8 или SMT) реле MOSFET. Они не подходят для больших токов, но некоторые из них, вероятно, будут хорошим выбором для коммутации аудио и других сигналов низкого уровня. Номинальное напряжение варьируется от 60 до 300 В и более. Примеры включают G3VM-61G1 (60 В, 400 мА переменного тока), Lh2156AT (300 В, 200 мА переменного тока) и PVDZ172N (60 В, 1,5 А, постоянный ток). Они выбираются более или менее случайно, и существуют сотни различных типов. Как и ожидалось, все те, что я видел, нормально открыты SPST. Принципы работы почти такие же, как описано выше, но все в одном пакете. Для типов AC/DC номинальным напряжением является пиковое переменное или постоянное напряжение постоянного тока.
Твердотельные реле никогда не должны использоваться в качестве критической с точки зрения безопасности системы отключения. Поскольку отказ обычно означает короткое замыкание переключающего устройства, в случае отказа твердотельного реле нагрузка будет постоянно находиться под напряжением. Вы должны знать свои характеристики нагрузки и иметь в виду, что многие SSR могут не выключать , если нагрузка имеет характеристику, которая генерирует переходные процессы достаточно быстро, чтобы вызвать самопроизвольное повторное срабатывание SCR или TRIAC. Некоторые нелинейные нагрузки могут вызвать срабатывание твердотельного реле только при одной полярности, вызывая однополупериодное выпрямление и постоянную составляющую в цепи питания нагрузки (обычно в сети). Некоторые проблемы с твердотельным реле (даже кратковременные) могут привести к серьезным неисправностям в другом оборудовании, использующем тот же источник питания. Например, кратковременное однополупериодное выпрямление сети может вызвать насыщение трансформатора, серьезную перегрузку двигателя (снова насыщение), срабатывание автоматических выключателей и общий ущерб.
Меры предосторожности
С или SSR никогда не стоит недооценивать, насколько сильно могут нагреваться коммутационные устройства. Для симистора 1 Вт/А может показаться не таким уж большим, но даже большой корпус с креплением на шпильке будет нагревать , рассеивая всего пару ватт (2 А), а меньшие корпуса еще хуже. Коммутационные устройства могут находиться внутри шасси с небольшим охлаждением или вообще без него, что делает проблему более серьезной. Надлежащее тестирование всегда необходимо, о чем вам обычно не нужно беспокоиться с помощью EMR. Точно так же не предполагайте ничего другого — твердотельные реле могут (и делают) плохо работать с некоторыми нагрузками, они используют полупроводники, которые выходят из строя из-за короткого замыкания, и они могут быть «случайно» включены с мгновенным скачком напряжения.
Является ли это проблемой (или нет), зависит от приложения и от того, выйдет ли в результате (или нет) из строя устройство. Для сетевых приложений рассмотрите возможность использования MOV (металлооксидного варистора) для ограничения пикового напряжения. Для приложений 230 В не используйте MOV с номинальным среднеквадратичным значением менее 275 В (или около 400 В в пике). Для 120 В используйте MOV 150 В RMS 220 В пик). Эти устройства несколько «резиновые» по своим характеристикам и могут иметь отрицательную характеристику сопротивления, когда они проводят ток. При использовании для зажима очень высоких энергий они нередко выходят из строя катастрофически, поэтому не кладите рядом с ними ничего хрупкого.
MOV
— отдельная тема, поэтому я рекомендую, если вы хотите включить один из них, прочитать как можно больше и покупать только у признанных поставщиков. Littelfuse делает устройство, которое они называют TMOV, которое включает в себя внутренний термовыключатель. Это предотвратит рассыпание MOV по шасси в случае его отказа, но, конечно, в случае отказа термопредохранителя MOV навсегда разомкнется (и вы не узнаете, что это произошло). По крайней мере, если вы слышите взрыв внутри своего снаряжения, вы знаете, что что-то не удалось, но это не то, что большинство людей хотят испытать.
Снабберы — это боль, поэтому везде, где это возможно, используйте симисторы «Snubberless», которые (по определению) в них не нуждаются. Добавление демпфера означает, что используется больше площади печатной платы, и, хотя они не особенно дороги, каждая дополнительная деталь увеличивает размер и стоимость. В некоторых случаях (с симисторами и тринисторами) может потребоваться включить небольшую индуктивность последовательно с нагрузкой. Это ограничивает ΔV/Δt, применяемое к переключателю, и помогает уменьшить ΔI/Δt при его включении.
Твердотельные транзисторы MOSFET
имеют свои ограничения, но при разумном выборе MOSFET проблем быть не должно. Очень высокие скорости переключения не достигаются при использовании ИС драйвера, такой как Si8752, поэтому электромагнитные помехи редко являются проблемой. По-прежнему важно провести надлежащее тестирование, чтобы убедиться, что полевые МОП-транзисторы никогда не нагреваются больше, чем слегка, при нормальном использовании, и может потребоваться радиатор, если вам приходится проводить большой непрерывный ток. Низкий R DS-на минимизирует рассеивание, но это всегда отличен от нуля при передаче тока.
Безопасность сети важна всегда. Любые ТТР, используемые для коммутации сетевых напряжений, должны быть защищены от случайного прикосновения. Все соединения должны быть безопасными, чтобы ничто не могло отсоединиться, что может привести к короткому замыканию или другим опасностям. Никогда не подключайте сетевые схемы с помощью Veroboard или подобного, потому что дорожки расположены слишком близко друг к другу и не имеют приемлемых путей утечки или зазоров. Для обеспечения электробезопасности необходимы полоски с метками, чистый материал печатной платы с жесткой проводкой или правильно спроектированная печатная плата. Никогда не используйте слюдяные изоляторы и монтажные втулки для крепления симистора к радиатору, поскольку они не обеспечивают приемлемых путей утечки и зазоров. Помните, что для всей сетевой проводки должен использоваться сетевой кабель, а не соединительный провод «общего назначения».
Выводы
Нет никаких сомнений в том, что некоторые приложения требуют использования SSR. Например, отключение источника постоянного тока 100 В при токе нагрузки 20 А ничем другим практически невозможно. Однако у них есть и недостатки, прежде всего в цене и ограничениях по температуре. Иногда стоит обратить внимание на гибридную систему (информацию см. в разделе «Гибридные реле») или даже изучить методы активного гашения дуги (см. раздел «Смягчение дуги и подавление усилителя»). В конечном счете, то, что вы делаете, будет компромиссом, но если вы сможете собрать всю информацию и выработать решение, вы сможете получить наилучшую производительность при наименьших затратах. Вы заплатите за это сложностью, но если это единственный разумный способ заставить что-то работать надежно, то это цена, которую нужно заплатить.
Когда я публикую проекты, у меня есть привычка всегда проверять любую выдвигаемую гипотезу. То же самое относится и к статьям, поскольку нет смысла распространять информацию, которая не является явно точной. Многие тесты проводятся с использованием симулятора, но все «интересное» также проходит стендовые испытания. К сожалению, Interweb предоставил право голоса любому, кто может печатать (особенно на страницах форума), и доступно огромное количество дезинформации. Новички обычно не знают ничего лучшего и часто принимают полностью ложную информацию за истину, где она быстро публикуется повторно, пока не станет настолько распространенной, что люди предполагают, что она должна быть правдой. Этого не было с самого начала, и никакая повторная публикация лжи не сделает это реальностью.
Если вы сделаете домашнюю работу, изучите спецификации и проведете несколько тестов, вы найдете твердотельное или электромагнитное реле, которое будет делать именно то, что вам нужно. В некоторых случаях вы обнаружите, что EMR по-прежнему является лучшим выбором, и это может применяться в большинстве случаев для «нормального» переключения. В некоторых технических описаниях и обсуждениях вы увидите, что высокая чувствительность твердотельных реле снижает потери мощности, но в действительности переключающие полупроводники часто рассеивают гораздо больше энергии, чем даже самые нечувствительные электромеханические реле с аналогичными номиналами нагрузки. С любым SSR вы должен сделать вашу домашнюю работу и знать о многих вещах, которые могут пойти не так. Также имейте в виду, что сбой в твердотельном реле может привести к повреждению другого оборудования, даже если оно не контролируется твердотельным реле, а просто подключено к той же сети.
Как и во всем в электронике, где-то придется идти на компромисс. В целом, обычные реле обычно имеют меньше компромиссов, чем твердотельные версии, и обеспечивают гораздо более гибкое переключение. Имея входную мощность всего в полватта, вы можете с легкостью управлять мощностью 2 кВт и более, и вы можете ожидать, что он будет работать в течение сотен тысяч операций даже при полной нагрузке. Потери при переключении минимальны, радиаторы не нужны, а надежность выдающаяся, если вы используете правильное реле для работы. Важно отметить, что для многих людей электромеханические реле гораздо проще достать и, как правило, намного дешевле, чем твердотельные эквиваленты.
Существует также множество приложений, в которых ничто не может сравниться с твердотельным реле. Полная защита от дугового разряда, что особенно важно в опасных средах с горючими материалами, такими как газ или мелкие взвешенные частицы (порошки, мука и т. д.), высокая скорость (МОП-транзисторы), исключительная скорость (типы SCR и TRIAC) и предсказуемый отклик раз, и отсутствие отскока контакта может быть критическим в некоторых конструкциях. Процесс проектирования основан на знании доступных вариантов, поэтому вы можете выбрать тот, который лучше всего подойдет для вашего проекта. Не существует «лучшего» решения для всех приложений, и вы должны выбрать решение с наименьшим количеством записей в столбце «недостатки».
Каталожные номера
Википедия не является самым надежным справочным источником, но описания этих устройств довольно хороши.
Тиратрон — Википедия
Тиристор — Википедия
TRIAC — Википедия
История General Electric
Управление симистором с микроконтроллером с питанием от плюса — ST Microelectronics
Управление симистором импульсным трансформатором — ST Microelectronics
Решения для фотогальванических однокомпонентных/изолированных драйверов MOSFET — Vishay
TRIAC — Основные понятия — IDC Online
TPSI3050-Q1 Лист данных (Texas Instruments)
Оценочный модуль TPSI3050-Q1 (Texas Instruments)
Статьи ESP, упомянутые в начале, также очень полезны и, возможно, являются наиболее полными описаниями, которые вы найдете в любом месте.
Реле, выбор и использование (часть 1)
Реле (часть 2), схемы защиты контактов
Твердотельные реле MOSFET
Гибридные реле с полевыми МОП-транзисторами, симисторами и тринисторами