Comment sélectionner les composants d'accompagnement pour un optocoupleur?

J'utilise un optocoupleur ( MOC3021 ) pour détecter l'état Marche / Arrêt d'un appareil électrique utilisant un microcontrôleur ATmega16L. Comment dois-je procéder? Mes spécifications d'alimentation secteur sont 230 V, 50 Hz. Comment puis-je concevoir le circuit environnant et sélectionner les valeurs des composants, comme les résistances?

EDITÉ le 13 juin 2012 Remarque: c'est la première fois que je résous un circuit comme celui-ci. Veuillez envoyer vos commentaires utiles. (y compris les choses que j'ai mal faites ou toute amélioration)

Se référant au schéma ci-dessus. L'idée est d'utiliser ce circuit pour déterminer si la charge est activée ou désactivée. La broche de sortie de l'optocoupleur se connecte à une interruption externe du microcontrôleur que j'utilise, qui est ATmega16L. L'interruption surveillera l'état de la charge. Après la surveillance, je peux basculer l'état de la charge à l'aide d'un relais (le relais agit comme un contrôle mécanisme de ) qui se connecte au même microcontrôleur.

Maintenant, j'ai essayé de calculer les valeurs de résistance pour R1, R2 et Rc. Remarque, VIL du microcontrôleur (max) = 0,2xVcc = 660mV et VIH (min) = 0,6xVcc = 1,98V et VIH (max) = Vcc + 0,5 = 3,8V.

Calculer Rc est assez simple. Lorsque le transistor n'est pas conducteur, la sortie est élevée (à 3,3 V). Lorsque le transistor conduit, la sortie est abaissée. donc du point de vue du microcontrôleur, la sortie haute signifie que la charge est désactivée et la sortie basse signifie que la charge est activée.

En regardant la fiche technique du SFH621A-3, en utilisant un CTR minimum de 34% à IF = 1mA. Par conséquent, à une entrée de 1 mA, la sortie sera de 340 µA. Donc, pour que le microcontrôleur détecte une basse tension à la sortie de l'optocoupleur, puis-je utiliser une valeur de résistance de 1Kohm? Pour que la sortie de l'optocoupleur ait une tension de 340mV (qui est inférieure à VIL (max) )

Plus à ce sujet plus tard, ça a été une longue journée.

ÉDITÉ le 15 juin 2012

Remarque: Résolution des résistances sur la ligne d'alimentation (R1 et R2). Veuillez vérifier mes calculs et tout commentaire approprié.

Objectif : l'objectif est de maintenir les LED * ON ** pendant une durée maximale dans une demi-période de 10 ms (période complète de 20 ms de 50 Hz). Disons que les LED doivent être allumées pendant 90% du temps, cela signifie que les LED nécessitent au moins 1mA de courant pendant 90% du temps pour cette demi-période, ce qui signifie que les LED seront actives pendant 9 ms dans une demi-période de 10 ms. Donc, 9 ms / 10 ms = 0,9 * 180 ( demi-période ) = 162 degrés. Cela montre que le courant sera de 1mA entre 9deg et 171deg ( et moins de 1mA de 0deg à 9deg et 171deg à 180deg ). Ne considérait pas que le temps d'activation était de 95%, car travailler avec des nombres entiers était bien et 5% ne faisait aucune différence, du moins dans cette application.

Vpeak-peak = 230 V x sqrt (2) = 325 V. Prise en compte des tolérances. Tolérance minimale de 6%. 325 x 0,94 ( 100-6 ) x sin (9) = 47,8 V

Donc, R1 ≤ (47.8V - 1.65V) / 1mA = 46.1 Kohms Choisir une valeur inférieure à 46.1 Kohms de 39 Kohms (série e12). Maintenant qu'une valeur de résistance plus petite est choisie par rapport à ce qui a été calculé, le courant à travers les diodes sera supérieur à 1mA.

Calcul du nouveau courant: ((325V x 110%) - 1,25V) / 39 Kohms = 9,1mA (trop proche du maximum If des diodes). Pour y revenir dans un instant [Label - 1x]

Calculez d'abord les puissances de la résistance (en considérant 39 Kohm) ((230 + 10%) ^ 2) / 39K = 1,64 Watts (trop élevé).

Revenons au calcul [Label - 1x] Permet de choisir deux résistances de 22 Kohm. Ensemble, ils ajoutent jusqu'à 44 Kohm, ce qui est assez proche de 46,1 Kohm (calculé ci-dessus)

vérification de la puissance nominale des deux résistances combinées: ((230 + 10%) ^ 2) / (2 x 22) Kohm = 1,45 W. choisissez 22 résistances Kohm chacune avec une puissance nominale de 1 W.

Maintenant, après tout cela, le CTR initial était de 34%, ce qui signifie qu'une entrée 1mA sera une sortie 340µA . Mais maintenant, grâce aux résistances 2x22 Kohm, le courant sera légèrement plus à la sortie. Cela signifie un potentiel plus élevé à travers la résistance pull up Rc. Y aurait-il un problème pour obtenir une chute de volt en dessous de 500mV sur la sortie de l'optocoupleur ??

Le MOC3021 est un optocoupleur avec une sortie triac. Il est utilisé pour piloter un triac électrique généralement pour commuter des appareils fonctionnant sur secteur. Les triacs ne peuvent être utilisés que dans des circuits CA.

Vous avez besoin d'un optocoupleur avec une sortie transistor, de préférence une avec deux LED en antiparallèle à l'entrée. Le SFH620A en fait partie.

Les deux LED en antiparallèle assurent que le transistor est activé sur les deux demi-cycles du réseau. De nombreux optocoupleurs n'ont qu'une seule LED, ce qui fonctionnerait, mais vous donne une impulsion de sortie de 10 ms dans une période de 20 ms à 50 Hz. Vous auriez besoin de placer une diode en antiparallèle à l'entrée également dans ce cas, pour protéger la LED contre les surtensions lorsqu'elle est polarisée en inverse.

$\mu$

$\Omega$$\mu$

$\mu$$\Omega$$\mu$

Si nous voulons avoir un CTR d'au moins 34% à 1mA, nous devons utiliser le SFH620A-3.

$\leq$$V_{IN}$$V_{LED}$

$\times$$\leq$$\Omega$$\Omega$$\times$ $\sqrt{2}$ $\times$$\Omega$

$\Omega$$\Omega$, qui n'est pas une valeur E24. Nous pouvons choisir la valeur E24 la plus proche et vérifier nos calculs, ou choisir un E96. Faisons ce dernier.

C'est tout, les amis. :-)

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J'ai suggéré dans le commentaire qu'il y avait beaucoup plus à prendre en compte, cette réponse pourrait bien être 3 fois plus longue. Il y a par exemple le courant de fuite d'entrée de la broche d'E / S de l'AVR, qui peut être dix fois plus élevé que celui du transistor. (Ne vous inquiétez pas, je l'ai vérifié et nous sommes en sécurité.)

$\times$ $V_{DD}$
ont suffisamment de courant de sortie, c'est juste que le courant d'entrée de 1 mA est si élevé que nous avons besoin de résistances de puissance pour eux. Les Darlingtons ne résolvent pas nécessairement cela s'ils ne sont également spécifiés qu'à 1mA. À un CTR de 600%, nous aurions un courant de collecteur de 6 mA, mais nous n'en avons pas besoin. Ne pouvons-nous rien faire sur le 1mA? Probablement. Pour l'optocoupleur, j'ai mentionné que les caractéristiques électriques ne parlaient que de 1 mA. Il y a un graphique dans la fiche technique, fig.5: CTR versus courant direct, qui montre un CTR de plus de 300% à 0,1mA. Vous devez être prudent avec ces graphiques. Alors que les tableaux vous donnent souvent des valeurs minimales et / ou maximales, les graphiques vous donnent généralement des valeurs typiques. Vous pouvez avoir 300%, mais il peut être inférieur. Combien plus bas? Ça ne dit pas. Si vous créez un seul produit, vous pouvez l'essayer, mais vous pouvez «
$\mu$$\mu$

Dans mon autre réponse, j'ai expliqué pourquoi je n'y ai pas utilisé d'optocoupleur Darlington: la raison principale est la tension de saturation de Darlington, qui est beaucoup plus élevée que pour un BJT commun, elle peut atteindre 1 V.Pour l'ATmega16L vous '' ré utiliser la tension d'entrée maximale pour un niveau bas est de 0,2 × VDD, ou 0,66 V à une alimentation de 3,3 V. Le 1 V est trop élevé.

Mais ce n'est pas une chose qui ne peut pas être réparée, cela ne prend que quelques composants supplémentaires. En même temps, nous ferons aussi quelque chose pour le courant d'entrée de 1 mA.

Pour commencer avec le courant d'entrée, nous avons dû utiliser 1 mA car la fiche technique ne mentionnait rien de plus bas, et ensuite vous pouvez essayer des choses, mais vous êtes seul, il n'y a aucune garantie. La fiche technique du FOD816 présente cependant un graphique intéressant.

C'est celui-là. Celui-ci donne un CTR pour des courants d'entrée aussi bas que 100 µA, et il est même élevé: 350% (rappelez-vous que c'est un Darlington). Mais vous devez être prudent avec ces graphiques. Bien que les tableaux vous donnent souvent des valeurs minimales ou maximales, ce type de graphiques vous donnera des valeurs typiques, sauf indication contraire. Alors, quel est le minimum? Nous ne savons pas, mais 100% est sûr. C'est parti pour encore plus de sécurité et supposons un CTR de 50%. Donc, pour 100 µA, nous obtenions 50 µA. Voyons voir si cela suffit.

Il s'agit de l'étage de sortie modifié. Le transistor de U1 est le photo-Darlington, fournissant les 50 µA lorsqu'il est activé. Choisissons 10 µA pour R4, donc sa valeur sera de 0,6 V / 10 µA = 60 kΩ. Je reviendrai plus tard sur la fonction de R4.

$H_{FE}$

$\times$

R4 a encore besoin d'explications. Supposons que nous l'omissions. Ensuite, tout le courant du Darlington passe au T1. Lorsqu'il est éteint, le courant de fuite du FOD816 (appelé «courant d'obscurité» dans la fiche technique) peut atteindre 1 µA. T1 va amplifier cela à 250 µA maximum, ce qui est suffisant pour faire chuter 3,3 V sur R5. La sortie peut donc être constamment faible.
Nous avons choisi une valeur de 60 kΩ pour R4. Ensuite, tant que la chute de tension à travers elle est inférieure à 0,6 V, tout le courant de Darlington passera par R4, et aucun par T1, car la tension de base-émetteur minimale n'est pas atteinte. C'était à 10 µA. Ainsi, le courant d'obscurité de 1 µA ne provoquera qu'une chute de 60 mV et aucun courant de base.

Nous avons des valeurs pour tous nos composants, il ne reste plus qu'à augmenter les résistances d'entrée à 220 kΩ chacune. Vous pouvez utiliser des résistances 1/4 W pour cela.

Pour comprendre les paramètres du circuit, commencez par ce dont vous avez besoin à la sortie et revenez en arrière. 10 kΩ est une bonne valeur pour le pullup sur la sortie. Sauf si vous avez des exigences inhabituelles, comme le fonctionnement sur batterie où une faible puissance est importante, 10 kΩ est un bon compromis entre suffisamment bas pour tirer la ligne solidement élevée contre les fuites et le bruit raisonnable, mais pas assez bas pour nécessiter trop de courant.

Lorsque le transistor de sortie de l'opto se met sous tension, il met tout au plus 3,3 V à travers Rc. 3,3 V / 10 kΩ = 330 µA, qui est le courant minimum que le transistor doit pouvoir absorber. Vous voulez un supplément pour que la ligne soit maintenue solidement basse lorsqu'elle est censée être basse. Je dirais au moins qu'il devrait pouvoir descendre à 500 µA, mais j'utiliserais 1 mA à moins que vous n'ayez une raison particulière de le couper.

Maintenant que nous savons que la sortie doit descendre de 1 mA, nous regardons dans la fiche technique de l'opto pour voir comment nous devons la piloter pour sortir ce 1 mA. Vous utilisez la variante "-3" de cette pièce, qui selon la première page de la fiche technique a un taux de transfert de courant minimum garanti de 100%. Cela signifie que le transistor peut absorber au moins autant de courant que vous passez à travers l'une des LED. Cependant, notez le petit "± 10 mA" au-dessus des spécifications CTR. Ce que cela veut vraiment dire, c'est que si vous mettez 10 mA à travers les LED, alors le transistor pourra couler au moins 10 mA. Il ne promet en fait rien à aucun autre courant d'entrée.

En regardant plus dans la fiche technique, vous trouverez des informations supplémentaires en haut de la page 3. Ici, elles affichent réellement le CTR pour l'entrée 1 mA. Notez que maintenant, il n'est garanti que de 34%. Cela signifie que pour obtenir la capacité de dissipation de sortie de 1 mA, vous devez piloter les LED avec 1 mA / 34% = 2,9 mA, alors visons un minimum absolu de 3 mA.

Vous dites que la tension à détecter est de 230 V AC. Puisque c'est un sinus, il aura des pics de 325 V. Le signal de sortie de l'opto va dans un micro, il n'est donc pas nécessaire que ce soit un signal constant lorsque l'alimentation est allumée. En fait, c'est une bonne idée pour le micro de pouvoir surmonter les interruptions momentanées et les défauts. Je garderais probablement un compteur décrémenté toutes les ms lorsque le signal est désactivé et réinitialisé à quelque chose comme 50 lorsqu'il est activé. Cela signifie que vous ne devez voir aucun signal pendant 50 ms pour déclarer que l'alimentation est coupée. Tout ce qui est nécessaire est un petit coup au sommet du cycle de la ligne et ce système fonctionnera bien. Notez que les pics de cycle de ligne se produisent toutes les 10 ms avec une puissance de 50 Hz.

Voyons donc où nous en sommes. Nous voulons avoir un débit d'au moins 3 mA à travers les LED lorsque la tension d'alimentation est de 325 V. Les LED chuteront jusqu'à 1,65 V (en haut du tableau inférieur à la page 2), et cela devrait toujours fonctionner à la tension de ligne électrique raisonnable la plus basse. . Visons à pouvoir détecter 200 VAC minimum, soit 283 V crête, et 281 V après la chute de la LED. 281 V / 3 mA = 94 kΩ. En théorie, c'est tout ce qui est nécessaire en série avec les LED pour déclencher la sortie au moins une fois par pic de puissance.

En pratique, c'est une bonne idée d'ajouter une marge. Vous voulez que la sortie soit affirmée pour une fraction finie raisonnable de chaque demi-cycle, pas seulement garantie d'être activée pour un petit blip. Compte tenu de tout cela, je diviserais à peu près la résistance à 47 kΩ. Cela activera solidement la sortie pour toutes les conditions raisonnables avec une marge importante.

Vous pourriez penser que c'est tout ce que vous devez faire, mais attendez, il y a plus. Pensez à ce qui se passera à une tension de ligne élevée, comme 240 V. Les pics sont de 340 V, ce qui provoquerait 7,2 mA à travers les LED. Vous devez vérifier le courant LED maximum autorisé, qui est de 60 mA, donc ça va. Cependant, considérez la dissipation de puissance dans la résistance. Si nous disons la pire tension de la ligne de cas est de 240 V, la puissance d' entrer dans la résistance ( en ignorant la chute de tension LED) est (240 V) ² /47 kQ = 1,23 W. Cela devrait être d' au moins un « 2 W » résistance puis, et il fera sensiblement chaud.

Un autre problème est que la tension nominale de la résistance doit être prise en compte. Il doit être capable de résister aux pics de 340 V, donc dans l'ensemble vous avez besoin d'une résistance de 47 kΩ nominale pour 2 W et 400 V. Celles-ci peuvent être trouvées, mais il pourrait être plus simple tout autour d'utiliser plusieurs résistances en série. Cela répartit la tension de crête et la dissipation de puissance entre les résistances série. Quatre résistances de 12 kΩ feraient cela et ne dissiperaient que 300 mW et verraient 85 V chacune. Ce sera plus facile à trouver et moins cher qu'une seule résistance, sauf s'il s'agit d'un produit de volume où vous pouvez acheter des choses en grande quantité. Ainsi, la réponse à la question posée est de mettre quatre résistances ordinaires de 12 kΩ 1/2 Watt en série avec les LED.

Notez que ceux-ci n'ont pas besoin d'être divisés de chaque côté de l'opto comme vous le montrez R1 et R2. Il ne doit y avoir qu'une seule résistance en série avec les LED quelque part. Étant donné que cette résistance se compose de quatre résistances individuelles dans ce cas, vous pouvez les diviser comme vous le souhaitez pour que les choses fonctionnent mieux mécaniquement du côté haute tension du circuit. De préférence, ils seraient de bout en bout pour maximiser le chemin de creapage pour la haute tension et pour répartir la chaleur.

Cependant, je n'aime pas vraiment cet optocoupleur pour cette application car il a un rapport de transfert de courant si faible, ce qui nous oblige à fournir beaucoup de courant LED, ce qui entraîne une consommation d'énergie importante dans la résistance. Pour ce type d'application où un rapport de transfert de courant élevé est utile et la vitesse n'a pas beaucoup d'importance, j'aime le FOD817 bon marché et disponible. Les versions D de cette pièce ont un CTR garanti de 3x à 5 mA. Ils ne disent pas exactement ce que vous obtenez 1 mA, mais c'est une valeur sûre que la sortie peut descendre d'au moins 1 mA avec 1 mA.

Le FOD817 a une seule LED, mais c'est facile à gérer (le FOD814 a des LED dos à dos, mais est moins disponible et ne vient pas dans certaines des variantes à gain plus élevé). En utilisant le schéma de 50 ms décrit ci-dessus, ce n'est pas un problème si vous obtenez une impulsion une fois par cycle de ligne, qui est toutes les 20 ms. Mettez une diode en série avec la LED en plus des résistances, et une résistance de haute valeur sur la LED pour vous assurer qu'elle ne voit pas de tension inverse élevée en raison d'un peu de fuite de diode. 100 kΩ est bien, et est suffisamment élevé pour que son courant ne soit pas pertinent pour nos autres calculs. Un autre avantage de cela est que non seulement vous obtenez une dissipation de puissance inférieure en raison de la nécessité de moins de courant LED, mais vous obtenez un autre facteur de réduction de deux en raison du fait que la LED n'est entraînée que dans une seule direction.

Voici donc ma réponse finale:

Si vous recherchez un CTR très élevé pour ce type d'application, regardez la série Liteon LTV-8xxx . 600% min. à 1mA IF.