Оптопара мос3021 параметры схемы. Симисторные оптопары MOC3021: принцип работы, характеристики и применение

Что такое симисторная оптопара MOC3021. Как работает оптопара с симисторным выходом. Каковы основные характеристики и параметры MOC3021. В каких схемах применяется MOC3021 для управления нагрузкой. Как правильно подключить MOC3021 к микроконтроллеру.

Что представляет собой симисторная оптопара MOC3021

MOC3021 — это оптоэлектронный прибор, сочетающий в себе светодиод и оптически связанный с ним симистор в одном корпусе. Данное устройство относится к классу оптронов и обеспечивает гальваническую развязку между входной управляющей цепью и выходной силовой цепью.

Основные особенности MOC3021:

• Оптическая изоляция между входом и выходом до 7500 В
• Симисторный выход для коммутации нагрузки переменного тока
• Максимальное коммутируемое напряжение 400 В
• Максимальный импульсный ток 1 А
• Управление светодиодом постоянным током от 15 мА
• Корпус DIP-6

Принцип работы симисторной оптопары

Работа MOC3021 основана на следующем принципе:

1. При подаче тока на входной светодиод он начинает излучать инфракрасный свет
2. Это излучение воздействует на фоточувствительную область симистора
3. Под действием света симистор открывается и пропускает ток в силовой цепи
4. При снятии управляющего сигнала со светодиода симистор закрывается

Таким образом, MOC3021 позволяет управлять мощной нагрузкой переменного тока с помощью слаботочного сигнала постоянного тока, обеспечивая при этом надежную гальваническую развязку.

Основные характеристики и параметры MOC3021

Ключевые электрические параметры оптопары MOC3021:

• Максимальное напряжение изоляции: 7500 В
• Максимальное коммутируемое напряжение: 400 В
• Максимальный импульсный ток: 1 А
• Типовой ток управления светодиодом: 15 мА
• Падение напряжения на открытом симисторе: 1.8 В (тип.)
• Ток удержания симистора: 100 мкА
• Допустимая скорость нарастания выходного напряжения: 10 В/мкс

Области применения MOC3021

Симисторные оптопары MOC3021 широко используются в следующих приложениях:

• Управление лампами, светодиодными светильниками и другими нагрузками переменного тока
• Регуляторы мощности и диммеры для бытовой техники
• Системы «умного дома» для коммутации силовых цепей
• Промышленные системы управления электродвигателями и нагревателями
• Источники бесперебойного питания
• Твердотельные реле переменного тока

Схема подключения MOC3021 к микроконтроллеру

Для управления MOC3021 с помощью микроконтроллера используется следующая типовая схема:

1. Выход микроконтроллера подключается к аноду светодиода MOC3021 через токоограничивающий резистор 220-330 Ом
2. Катод светодиода соединяется с общим проводом
3. Один вывод симистора подключается к фазе сети переменного тока через резистор 360-470 Ом
4. Второй вывод симистора соединяется с нагрузкой
5. Параллельно симистору подключается RC-цепочка для защиты от помех (100 Ом и 0.1 мкФ)

При подаче логической единицы на выход микроконтроллера симистор открывается и нагрузка включается. При низком уровне сигнала симистор закрыт.

Преимущества использования симисторных оптопар

Применение MOC3021 и аналогичных оптопар имеет ряд важных достоинств:

• Надежная гальваническая развязка между низковольтной и высоковольтной частью схемы
• Простота управления мощной нагрузкой переменного тока
• Бесконтактная коммутация без искрения и дребезга контактов
• Высокая скорость переключения и длительный срок службы
• Малые габариты и низкая стоимость по сравнению с электромеханическими реле

Сравнение MOC3021 с другими моделями оптопар

MOC3021 входит в семейство симисторных оптопар, которое включает несколько моделей с разными характеристиками:

Модель	Ток управления	Макс. напряжение	Особенности
MOC3020	30 мА	400 В	Базовая модель
MOC3021	15 мА	400 В	Пониженный ток управления
MOC3022	10 мА	400 В	Низкий ток управления
MOC3023	5 мА	400 В	Сверхнизкий ток управления
MOC3041	15 мА	400 В	Встроенная схема детектирования нуля

MOC3021 является оптимальным выбором для большинства применений, сочетая невысокий ток управления и хорошую чувствительность.

Рекомендации по применению MOC3021

При использовании симисторных оптопар MOC3021 следует учитывать некоторые особенности:

• Необходимо обеспечить надежный теплоотвод при коммутации больших токов
• Рекомендуется использовать снабберные RC-цепи для защиты от помех
• Следует соблюдать правила электробезопасности при работе с сетевым напряжением
• Для повышения надежности можно применять оптопары со встроенным детектором нуля
• При управлении индуктивной нагрузкой нужно использовать варисторы для защиты от выбросов напряжения

При правильном применении MOC3021 позволяет создавать надежные и компактные устройства для управления нагрузками переменного тока.

Оптосимистор: параметры и схемы подключения

Оптосимисторы  относится к виду оптронов с отличными электрическими параметрами. Они создают крайне надежную гальваническую развязку, выдерживающую напряжение порядка 7,5кВ, имеющуюся между подключенной управляемой нагрузкой и схемой управления.

Данные радиокомпоненты построены из арсенид-галлиевого ИК светодиода, имеющего связь с кремниевым двухканальным переключателем. В свою очередь этот переключатель может иметь в своем составе отпирающий элемент, который включается в момент перехода через ноль питающего переменного напряжения.

Оптосимисторы  необычно полезны при осуществлении контроля за более мощными симисторами. Аналогичные  оптосимисторы были спроектированы для реализации связи между нагрузкой, которая питается переменным напряжением 220 вольт и логикой  с низким уровнем напряжения.

Оптосимистор, как правило, выпускаются в компактном DIP-корпусе, имеющий  шесть контактов. Его внутренняя схема, параметры, а так же распиновка, показаны ниже.

Схема подключения активной нагрузки к оптосимистору

В этой схеме имеется два компонента, которые необходимо вычислить, но фактически подобные расчеты параметров выполняются не всегда. Но все, же приведем эти расчеты параметров для информации.

Расчет параметра резистора RD. Вычисление сопротивления данного резистора влияет от наименьшего прямого тока ИК светодиода, обеспечивающего открытие симистора. Таким образом,

RD = (+VDD -1,5) / If

Допустим, для схемы с транзисторным контролем (которое применяется довольно часто в схемах регуляторов температуры), имеющим питания  12В и напряжение на открытом транзисторе (Uкэ)  0,3 В; VDD = 11,7 B и следовательно диапазон If приблизительно равен   15мА для MOC3041.

Необходимо сделать If = 20 мА с учетом понижения эффективности свечения светодиода в течении срока службы (добавить 5 мА) получаем:

RD=(11,7В — 1,5В)/0,02А = 510 Ом.

Расчет параметра сопротивления R. Управляющий электрод оптосимистора может выдержать определенный максимальный ток. Увеличение данного параметра выводит из строя оптрон. Следовательно, нужно вычислить сопротивление, чтобы при наибольшем напряжении сети (к примеру, 220 В) ток не был больше максимально допустимого параметра.

Для примера возьмем максимально-допустимый ток в 1А, тогда сопротивление будет равно:

R=220 В * 1,44 / 1 А = 311 Ом.

Нужно иметь в виду, что слишком большое сопротивление данного резистора может оказать нарушение в стабильности включения оптосимистора.

Расчет параметра сопротивления Rg. Резистор Rg  подключается, только если электрод симистора имеет повышенную чувствительность. Как правило, сопротивление Rg  находится в диапазоне от 100 Ом до 5 кОм. Желательно применять 1 кОм.

В случае если в управляемой  нагрузке есть  индуктивная составляющая, то необходимо применять другую схему подключения с защитой силового симистора и оптосимистора.

Схема подключения индуктивной нагрузки к оптосимистору

Сигнал, поступающий от оптосимистора на управляющий электрод симистора, нужен только для его открывания. Но при большой частоте переключения  коммутируемого напряжения, возникает большая вероятность спонтанного включения управляемого симистора, даже если отсутствует сигнал управления.

Факторами  ложных срабатываний   могут быть выбросы напряжения при включении ключа, подключенного к  индуктивной нагрузке, импульсные помехи в линиях питания нагрузки. Действенный  способ устранения данных неприятных моментов – применение в схеме снабберной (демпфирующей) RC – цепочки, которая подключается параллельно выходу ключевого блока.

Конденсатор в снабберной RC-цепи  — металлопленочный с номиналом от 0,01 до 0,1 мкФ, сопротивление резистора составляет  20…500 Ом. Данные параметры элементов необходимо рассматривать исключительно в качестве приблизительных величин.

Использование оптотиристоров MOC30xx — 12 Февраля 2016

    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  I_FT, открывающего прибор, и максимального прямого повторяющегося напряжения, выдерживаемого симистором на выходе ( V_DRM). 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 (I_H), 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 (I_D) варьируется в зависимости от модели оптосимистора. Для оптосимисторов с обнаружением нуля ток утечки может достигать 0,5мА, если светодиод находится под напряжением (протекает ток I_F).
     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:

Даташит MOC301x и MOC304x

 

 

 

 

 

 

 

Сопротивление R_d
     Расчет сопротивления этого резистора зависит от минимального прямого тока инфракрасного светодиода, гарантирующего отпирание симистора. Следовательно, R_d = (+V — 1,5) / I_F.
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 I_F должен находиться в диапазоне между 15 и 50 ма для МОС3041. Следует принять I_F — 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:
R_в = (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 / R_a х C_a.
Для МОС3020 максимальное значение dV / dt — 10 В/мкс.
Таким образом: С_a = 311 / (470 х 107) = 66 нФ.
Выбираем: С_a =  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 R_a — С_a обязательна.

Симисторные оптопары | Техника и Программы

Одна из областей применения оптронов — бесконтактное управление высоковольтными цепями, работающими на переменном или пульсирующем токе. Для этих целей изготавливаются приборы на основе фототиристора (симистор — два фототиристора в одном корпусе). Его структура и работа в схемах аналогична обычным тиристорам (может находиться в одном из двух устойчивых состояний). Кроме непосредственного управления маломощной нагрузкой, такие элементы могут использоваться для запуска (включения) более мощных тиристоров и симисторов.

Основные параметры самых распространенных оптопар этого класса приведены в табл. 8. Некоторые из них имеют встроенную схему управления для обнаружения нуля — ZCC (Zero Crossing Control), которая обеспечивает включение симистора только при переходе фазы питающего напряжения через «ноль». Это подразумевает, что включение коммутатора происходит при напряжении около 5…20 В (в силу физических принципов работы при нуле включить такие элементы невозможно, в отличие от транзисторов).

Таблица 8. Основные параметры симисторных оптопар

Примечание к таблице

UpK — максимально допустимое пиковое напряжение между входом и выходом; URMS — максимальнодопусгимое напряжение изоляции (действующее значение).

Окончаниетабл. 8

Информация по взаимозаменяемости одноканальных сими- сторных оптронов от разных фирм-производителей приведена в табл. 9.

Таблица 9. Варианты замены симисторных оптронов

Основной тип	Полные зарубежные аналоги (отечественный вариант аналога)	Корпус	Особенности выхода
МОС8Ю	TLP532, TCDT1110, CNY17F-2, PC714V	DIP-6
MOC811	TLP632, IL2B	DIP-6
MOC3020	TLP3021, K3020P, BRT12H, OPI3020, MCP3020, GE3020	DIP-6
MOC3021	TLP3021, GE3021, ECG3048, OPI3Q21, MCP3021, GE302t	DIP-6
MOC3022	TLP3022, OPI3022, MCP3022, GE3022, (АОУ163А)________	DIP-6
MOC3023	TLP3023, OPI3023, MCP3023, GE3023_	DIP-6
МОСЗОЗО	TLP3041, ОРТОбЗО	DIP-6	Есть схема ZCC
МОСЗОЭ1	TLP3041, ОРТОбЗО	DIP-6	Есть схема ZCC
МОСЗОЭ2	TLP3042, ОРТОбЗО	DIP-6	Есть схема ZCC
MOC3040	TLP3041, TLP3042, ОРТОбЗО	DIP-6	Есть схема ZCC
MOC3041	TLP3042, ОРТОбЗО	DIP-6	Есть схема ZCC
MOC3042	TLP3042, ОРТОбЗО	DIP-6	Есть схема ZCC
MOC3043	TLP3043, ОРТОбЗО	DIP-6	Есть схема ZCC
МОСЗОбО	TLP3061, ОРТОбЗО	DIP-6	Есть схема ZCC
M0c3061	TLP3061, (АОУ179А), ОРТОбЗО	DIP-6	Есть схема ZCC
MOC3062	TLP3062, ОРТОбЗО	DIP-6	Есть схема ZCC
МОСЗОбЗ	TLP3063, ОРТОбЗО	DIP-6	Есть схема ZCC

Примечание к таблице

Следует учитывать, что возможны замены аналогичных по структуре оптопар, на лучшие по параметрам, например с более высоким рабочим напряжением: МОСЗОбЗ на MOC3083 и т. п.

Когда выходной симистор оптопары находится в открытом состоянии, то максимальное напряжение, которое остается на его выводах, может быть от 1,8 до 3 В (зависит от тока в цепи). При

Рис. 5. Расположение выводов и внутренняя структура симисторных оптопар

этом кратковременный импульсный ток через нагрузку не должен превышать 1 А. Чтобы не повредить входной светодиод, постоянный ток через него не должен превышать 60 мА (падение напряжения на светодиоде не превышает 1,6 В, что справедливо для всех маломощных оптосимисторов).

Источник: Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 6. — M / СОЛОН-Пресс, 2005. 240 с.

Управление мощной нагрузкой переменного тока

Тиристор

Иногда нужно слабым сигналом с микроконтроллера включить мощную нагрузку, например лампу в комнате. Особенно эта проблема актуальна перед разработчиками умного дома. Первое что приходит на ум — реле. Но не спешите, есть способ лучше 🙂

В самом деле, реле это же сплошной гемор. Во первых они дорогие, во вторых, чтобы запитать обмотку реле нужен усиливающий транзистор, так как слабая ножка микроконтроллера не способна на такой подвиг. Ну, а в третьих, любое реле это весьма громоздкая конструкция, особенно если это силовое реле, расчитанное на большой ток.

Если речь идет о переменном токе, то лучше использовать симисторы или тиристоры. Что это такое? А сейчас расскажу.

Симистор BT139

Схема включения из даташита на MOC3041

Если на пальцах, то тиристор похож на диод, даже обозначение сходное. Пропускает ток в одну сторону и не пускает в другую. Но есть у него одна особенность, отличающая его от диода кардинально — управляющий вход.
Если на управляющий вход не подать ток открытия, то тиристор не пропустит ток даже в прямом направлении. Но стоит подать хоть краткий импульс, как он тотчас открывается и остается открытым до тех пор, пока есть прямое напряжение. Если напряжение снять или поменять полярность, то тиристор закроется. Полярность управляющего напряжения предпочтительно должна совпадать с полярностью напряжения на аноде.

Если соединить встречно параллельно два тиристора, то получится симистор — отличная штука для коммутации нагрузки на переменном токе.

На положительной полуволне синусоиды пропускает один, на отрицательной другой. Причем пропускают только при наличии управляющего сигнала. Если сигнал управления снять, то на следующем же периоде оба тиристора заткнутся и цепь оборвется. Крастота да и только. Вот ее и надо использовать для управления бытовой нагрузкой.

Но тут есть одна тонкость — коммутируем мы силовую высоковольтную цепь, 220 вольт. А контроллер у нас низковольтный, работает на пять вольт. Поэтому во избежание эксцессов нужно произвести потенциальную развязку. То есть сделать так, чтобы между высоковольтной и низковольтной частью не было прямого электрического соединения. Например, сделать оптическое разделение. Для этого существует специальная сборка — симисторный оптодрайвер MOC3041. Замечательная вещь!
Смотри на схему подключения — всего несколько дополнительных деталек и у тебя силовая и управляющая часть разделены между собой. Главное, чтобы напряжение на которое расчитан конденсатор было раза в полтора два выше напряжения в розетке. Можно не боятся помех по питанию при включении и выключении симистора. В самом оптодрайвере сигнал подается светодиодом, а значит можно смело зажигать его от ножки микроконтроллера без всяких дополнительных ухищрений.

Вообще, можно и без развязки и тоже будет работать, но за хороший тон считается всегда делать потенциальную развязку между силовой и управляющей частью. Это и надежность и безопасность всей системы. Промышленные решения так просто набиты оптопарами или всякими изолирующими усилителями.

Ну, а в качестве симистора рекомендую BT139 — с хорошим радиатором данная фиговина легко протащит через себя ток в 16А

Оптопара с симисторным выходом MOC3023

 MOC3023 — оптопара (оптрон) c симисторным выходом. MOC3023 может использоваться как маломощный симистор с оптической развязкой управляющей цепи или же в качестве драйвера для управления мощными симисторами.

 MOC3023 относится к серии оптосимисторов без встроенной «Zero crossing circuit» — то есть симистор может открываться в любой момент, а не только во время прохождения напряжением «0». Это позволяет использовать MOC3023-M в фазовых регуляторах мощности, но при этом увелиличивает помехи, возникающие при включении мощных нагрузок.

 Характеристики:

Максимальное напряжение изоляции вход-выход	6000 В
Максимальное коммутируемое напряжение	600 В
Максимальный ток (имп.)	1 А
Максимальная рассеиваемая мощность	330 мВт
Диапазон рабочих температур	-40°C..+85°C
Тип корпуса	DIP-6

 

Распиновка симисторного оптрона MOC3023:

 

 

Стандартная схема включения MOC3023:

 

Комплектация:

• 1x Оптопара MOC3023-M

Загрузки: