Управление нагрузкой 220 вольт БЕЗ реле! 58

Управление нагрузкой 220 вольт БЕЗ реле! 58

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.

Электроника для всех

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

Управление лампочкой от 220В на Arduino

04 ноября 2017

Все знают, что выводы Arduino способны подавать напряжение в 3,3В или в 5В на подключенные к ним модули или датчики. К примеру, мы можем подключить к нашему микроконтроллеру датчики температуры и влажности, и дисплей — получится миниатюрная метеостанция с выводом данных на экран; или можем измерять расстояние до различных объектов при помощи датчика ультразвука. Однако, как быть с управлением освещением? Ведь питания от Arduino хватает на обычные светодиоды, но не на лампочки (будь то накаливания, энергосберегающие или светодиодные). Решим эту проблему, используя реле!

Начнем с того, что лампочки, о которых мы говорим в данной статье, питаются чаще всего от сети в 220В. Более того, тяжело представляется подключение лампочки напрямую к плате, ведь это будет чересчур непривычно по сравнению с подключением диодов.

Такая же проблема обычно и с подключением других устройств, которые получают питание от сети. На помощь приходит устройство под названием реле.

Стоят модули реле недорого, могут иметь от одного до нескольких каналов. Внизу на фото изображен одноканальный модуль реле, который уже готов к подключению его к Ардуино.

Данный модуль можно свободно подключать к Arduino, так как требует рабочего напряжения в 5 вольт, а вот уже коммутировать реле может несколько разных значений. Чаще всего они прописываются на корпусе: чаще всего это свободная коммутация до 10А 30V DC и 10A 250V AC.

Реле представляет собой управляемый переключатель, который по сигналу с Arduino переключает средний контакт между двумя крайними, таким образом, размыкая или замыкая цепь.

Для подключения к Arduino используются 3 контакта: два контакта питания (5В и Gnd) и контакт управления, который подключается к цифровому выводу на плате(например, к пину номер 3). На самом реле с другой стороны есть еще три контакта, но для подключения нагрузки (например лампочки) — к двумя из них подключатся контакты управления лампочкой, а другой остается свободным (внутри самого реле он связан с заземлением). Поэтому при включении реле, происходит замыкание контактов COM (общий) и NC (нормально замкнутый) и лампочка загорается, а при выключении реле замыкаются другие контакты — COM (общий) и NO (нормально разомкнутый). Не забывайте, что контакты лампочки должны быть подключены и к сети в 220В

Схема подключения изображена на картинке ниже:

После того, как собрали цепь, подключаем плату к компьютеру и загружаем следующий программный код (он очень простой):

const int relPin = 3; void setup() { pinMode(relPin, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(relPin, HIGH); delay(1000); digitalWrite(relPin, LOW); delay(3000); }

Сначала мы устанавливаем переменную relPin, модуль реле подключается к пину 3. Далее устанавливается сигнал с реле как выходной.А в цикле программы у нас включается реле, через секунду выключается и через 3 секунды снова включается

И таким же образом можно управлять и другими устройствами. Теперь вы знаете, как подключить лампочку к Arduino через реле и можете программировать различные устройства на данной основе. Например, сделать автоматическое включение света с помощью датчика движения (при наличии движения включается свет) или с помощью датчика света (когда стало темно, то включился свет) и т.д.

К минусам данного типа реле можно отнести большое потребление тока, малую живучесть при больших нагрузках и возможное залипание контактов, если была подключена большая нагрузка (например кипятильник или что-то подобное)

Таких недостатков не будет иметь твердотельное реле: там вместо катушки находится полупроводник.

На этой данная статья подходит к концу. Всем спасибо за внимание и удачной компиляции!

Купить компоненты, используемые в статье, вы можете на нашем сайте: Амперкот.ру

Данная статья является собственностью Amperkot.ru. При перепечатке данного материала активная ссылка на первоисточник, не закрытая для индексации поисковыми системами, обязательна.