Validasi sirkuit Triac

11

Saya merancang perangkat untuk mengganti perangkat pemanas yang digerakkan oleh daya listrik. Saya telah melakukan banyak penelitian dan menyadari ada banyak informasi di luar sana tetapi karena saya sedang berhadapan dengan AC yang berpotensi mematikan, saya ingin memvalidasi desain saya sebelum memesan PCB. Ini adalah pertama kalinya saya bekerja dengan listrik jadi tolong anggap saya tidak tahu :)

Persyaratan:

  • Ganti perangkat pemanas (= resistif) hingga 1000W
  • Kompatibel dengan 110-240V, 50 & 60hz
  • Didorong oleh 5v MCU (ATMega328)
  • Tidak perlu melewati peraturan dll tetapi benar-benar harus aman
  • sunting: Berpindah rata-rata rate setiap 5 detik

Berikut skemanya: masukkan deskripsi gambar di sini

Catatan:

  • D8 adalah pin MCU
  • Resistor antara optocoupler dan triac adalah 1 / 4W melalui lubang resistor, yang lain 0603
  • 5A sekering pukulan cepat
  • Dua 330 resistor dalam seri ada untuk menjaga BOM lebih sederhana
  • Triac beralih sumber listrik netral

Pertanyaan:

  • Pertama-tama: apakah ada sesuatu di sini yang saya lewatkan atau abaikan?
  • Heatsink pada triac agak tidak jelas bagi saya. Saya telah menghitung nilai maksimum 10C / W, apakah ini baik-baik saja? Perhitungan saya adalah: (suhu maks - temp suhu) / (maks pada tegangan panggung * (mili / volt)) - persimpangan ke basis resistensi themal ( (110-25)/(1.65*(1000/230))-1.5 = ~10.35). Apakah ini berarti triac akan berada di 110c sepanjang waktu, tampaknya agak tinggi bagi saya? .. Idealnya saya akan memiliki heatsink yang lebih kecil, jadi saya harap ini salah :)
  • Optocoupler adalah fase acak. Fase hanya penting untuk lampu pudar dll, kan? Apakah fase penting untuk perangkat pemanas?
  • Apakah sirkuit snubber diperlukan? Dari apa yang saya pahami ini hanya diperlukan untuk beban induktif?
  • Sebagian besar sirkuit ini ada di bagian bawah papan 1.6mm 2 layer dengan komponen lain berjarak 4mm di bagian atas. Dari apa yang saya mengerti jarak rambat harus min 6mm tetapi apakah sama dengan papan di antaranya?

Saya perlu memesan suku cadangnya, jadi jika Anda memiliki saran untuk menukar komponen, itu tidak masalah.

Lembar data:

Kiat atau trik lain juga sangat dihargai!

MEMPERBARUI

Setelah tips di sini saya mengubah sekering untuk hidup (tampak jelas sekarang ..) dan menambahkan snubber. Skema yang diperbarui: Skema diperbarui

ac opto-isolator triac heatsink mains Antti
sumber
Anda belum menyebutkan laju switching, tetapi jika Anda hanya perlu menghidupkan / mematikan setiap beberapa menit, mungkin lebih mudah untuk memastikan keselamatan sirkuit Anda menggunakan relay (5V atau 12V). Seharusnya ada banyak informasi tentang memilih relay dan mengendarainya.
Brian Drummond
Brian: Tingkat switching lebih dari setiap beberapa menit, lebih dekat ke setiap ~ 5 detik. Juga saya tidak ingin suara relay
Antti
2
itu akan menjadi 250W aneh pada 110V (dengan asumsi resistensi tetap) ...
Brian Drummond
2
Apakah Anda memiliki alasan khusus untuk menggabungkan netral daripada garis?
The Photon
2
Penunjuk referensi dalam skema asli Anda dipilih dengan buruk. Tidak perlu memberi tahu pembaca bahwa R1 terkait dengan opto-coupler ("opto-R1"), cukup beri nama "R1". Tetapi dalam skema Anda yang diperbarui, Anda menghapus semuanya secara bersamaan, dan itu bahkan lebih buruk. Jika saya ingin membahas resistor 330R tidak ada cara untuk menjelaskan yang mana yang saya maksud. Selalu minta referensi dengan komponen Anda.
amadeus

Jawaban:

6

  1. Mungkin lebih aman untuk memiliki D8 menggerakkan MOSFET kecil untuk mengontrol fotodioda daripada mengandalkan kemampuan sumber-sumber saat ini dari pin GPIO itu sendiri. Anda juga harus memberikan sedikit lebih dari minimum 5mA absolut yang dikutip oleh datasheet.

  2. Sekring harus selalu berada di garis - tidak hanya di netral. (Sekering keduanya OK.) Jika Anda hanya memadukan netral, Anda masih memiliki jalur dari garis ke bumi karena di sebagian besar yurisdiksi, netral dibumikan di suatu tempat. Berbahaya dan berpotensi mematikan.

  3. Beban pemanas Anda kemungkinan besar bersifat induktif, jadi Anda harus mempertimbangkan skema gerbang resistor-kapasitor-resistor yang ditunjukkan pada halaman 6 dari lembar data untuk membuat desensitisasi gerbang. Anda selalu dapat tidak mengisi kapasitor nanti jika Anda tidak membutuhkannya.

  4. Perangkat (tanpa heatsink) memiliki ketahanan junction-to-ambient 60K / W. Karena pemanas 1000W Anda akan menarik arus sekitar 4.34A saat triac sedang melakukan, pada 230VAC yang ~ 7W - pada 100VAC, ini lebih seperti 16.5A. Anda pasti akan membutuhkan pendingin :)

Adam Lawrence
sumber
Pin MCU dapat sumber hingga 40mA jadi saya tidak berpikir saya perlu MOSFET itu? Saya memindahkan sekering ke terminal langsung, yang di belakang tampak jelas. Saya juga menambahkan sirkuit snubber seperti pada datasheet (masih belum yakin pada nilai-nilai). Skema yang diperbarui ditambahkan sebagai edit untuk pertanyaan. Terima kasih!
Antti
Biasanya ide yang baik untuk memindahkan disipasi daya di luar mikrokontroler, bahkan jika pin dapat sumber daya. Ini panas ekstra yang tidak selalu Anda inginkan / butuhkan.
Adam Lawrence
1
Apakah benar-benar baik untuk memadukan garis dan netral? Jika sekering sisi netral meledak, masih ada daya mematikan pada peralatan (sekarang 'mati').
Bobbi Bennett
Masih akan ada perlindungan jika ada kesalahan antara saluran dan sasis / pembumian, dan tegangan mematikan seharusnya tidak dapat diakses pengguna akhir dalam kondisi apa pun.
Adam Lawrence
1
Kode Listrik Nasional, pasal 404 (sakelar): Sakelar atau pemutus sirkuit tidak boleh memutuskan konduktor ground (netral) dari sirkit.
Bobbi Bennett
5

Saya menempatkan ini sebagai jawaban, karena komentar saya tampaknya terkubur dalam daftar.

Mengapa Anda beralih (dan menggabungkan) netral? Itu tidak aman. Pemanas Anda akan memiliki tegangan listrik di atasnya bahkan ketika 'mati'.

Tambahkan saklar mekanis pada umpan listrik ke dalam semuanya, tentu saja, sehingga Anda tahu pasti semuanya hidup atau mati.

Di sepanjang garis yang sama, jalur ground pada sisi tegangan rendah harus solid ke ground utama. Bayangkan apa yang akan terjadi jika ada kawat yang tersesat atau yang lainnya jatuh di opto-isolator. Akankah itu gagal aman? Atau menempatkan sisi tegangan rendah Anda pada potensial listrik? Anda ingin gagal aman, dengan meniup sekring.

Bobbi Bennett
sumber
2

Snubber direkomendasikan karena beberapa alasan.

  • Mengurangi amplitudo tegangan dari induktansi parasit yang diaktifkan. (Egress) Ini mengurangi tegangan tegangan pada tingkat kerusakan Triac. Setiap kali Anda mengganti garis panjang, Anda beralih induktansi. OPto memiliki desain snubber yang direkomendasikan. Gunakan yang seperti itu di Triac.

  • Kurangi ke line spike dv / dt menggunakan induktansi baris dan penutup snubber untuk mencegah pemicu triac yang salah.

Tidak ada masalah mengemudi baik indikator LED dan IR LED secara paralel karena MCU akan sumber atau tenggelam 20mA dan Opto hanya perlu 10mA untuk beralih andal.

Namun, tidak perlu menggerakkan LED secara paralel saat Anda menggunakan regulator 5V. 

- Drop voltage in the MCU driver is ~0.6V at 10mA and **~0.8V@20mA** ( hint search thru the pdf for VOH ) 
- drop voltage for "most" RED LEDs is ~1.3V @10mA, ~1.4V@20mA
- drop voltage for the IR LED used in the Opto is 1.2V @10mA and 1.3V @ 20mA
- so choose your drive current 10 ~ 20mA, add up the drops and choose a single R instead of 3 x 330.
- e.g.add up all drops above,  **0.8 + 1.4 + 1.3 + 20mA*Rs = 5V**  
- thus Rs = 1.5/20mA = **75 ohm**  ( 30mW)
- or   0.6 + 1.3 + 1.2 + 10mA*Rs = 5V   or Rs  = 1.9/10mA = **190 Ohm** ( 19mW)

Pertahankan >> celah keamanan 5mm antara semua track AC dan DC yang digunakan oleh Optocoupler.

Apakah 5V Anda mengambang atau terhubung ke AC? Tidak dibutuhkan. tetapi untuk EMI reawsons Anda mungkin perlu filter garis untuk mencegah masuknya sinyal MCU sensor Anda pada jalur input AC dengan filter LC dan mungkin tutup AC kecil dari DC ke ground AC. Anda tidak ingin oven Anda beralih ke sinyal MCU Anda. Manik-manik ferit kadang-kadang digunakan pada jalur switched.

Jika total Rth ja adalah 10'W itu berarti triac akan memanggang 110'C ketika aktif setelah waktu termal konstan yang tergantung pada massa dan kecepatan UDARA. Saya akan menyarankan lebih dekat ke 5 'C / W untuk heatsink Anda dan tambahkan Rj-c dari triac untuk mendapatkan resistensi termal. juga gunakan sedikit minyak dengan heatsink kecil.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
sumber