Valider le circuit Triac

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Je conçois un appareil pour commuter un appareil de chauffage alimenté par le secteur. J'ai fait beaucoup de recherches et je me rends compte qu'il y a beaucoup d'informations, mais comme je suis confronté à un courant alternatif potentiellement mortel, je voudrais valider ma conception avant de commander des PCB. C'est la première fois que je travaille avec le secteur, alors supposez que je ne sais rien :)

Exigences:

  • Commutez un appareil de chauffage (= résistif) charge, jusqu'à 1000W
  • Compatible avec 110-240V, 50 & 60hz
  • Piloté par un microcontrôleur 5v (ATMega328)
  • Pas besoin de passer des règlements, etc., mais doit absolument être en sécurité
  • modifier: Taux de commutation environ une fois toutes les 5 secondes

Voici le schéma: entrez la description de l'image ici

Remarques:

  • D8 est la broche MCU
  • La résistance entre l'optocoupleur et le triac est une résistance à trou traversant de 1 / 4W, les autres 0603
  • Fusible à fusion rapide 5A
  • Les deux 330 résistances en série sont là pour simplifier la nomenclature
  • Le triac commute le neutre du secteur

Des questions:

  • Tout d'abord: y a-t-il quelque chose ici que j'ai manqué ou oublié?
  • Le dissipateur thermique du triac n'est pas clair pour moi. J'ai calculé une valeur maximale de 10C / W, est-ce bien? Mon calcul est le suivant: (température max - température ambiante) / (tension max sur scène * (milliampères / tension)) - jonction pour baser la résistance thématique ( (110-25)/(1.65*(1000/230))-1.5 = ~10.35). Cela signifie-t-il que le triac sera à 110c tout le temps, me semble un peu élevé? .. Idéalement, j'aurais un dissipateur thermique plus petit, donc j'espère que c'est faux :)
  • L'optocoupleur est à phase aléatoire. La phase n'est importante que pour la décoloration des lumières, etc., non? La phase est-elle importante pour un appareil de chauffage?
  • Un circuit d'amortissement est-il requis? D'après ce que je comprends, cela n'est nécessaire que pour les charges inductives?
  • La plupart de ce circuit se trouve au bas d'une carte 1,6 mm à 2 couches avec d'autres composants à 4 mm au minimum en haut. D'après ce que je comprends, la ligne de fuite devrait être d'au moins 6 mm, mais est-ce la même chose avec la carte entre les deux?

Je dois quand même commander les pièces, donc si vous avez des suggestions pour échanger des composants, c'est tout à fait correct.

Feuilles de données:

Tous les autres trucs et astuces sont également très appréciés!

MISE À JOUR

Après les conseils ici, j'ai changé le fusible pour vivre (semble évident maintenant ..) et j'ai ajouté les amortisseurs. Schéma mis à jour: Schéma mis à jour

ac opto-isolator triac heatsink mains Antti
la source
Vous n'avez pas mentionné le taux de commutation, mais si vous n'avez besoin que d'activer / désactiver toutes les quelques minutes, il peut être plus facile d'être certain de la sécurité de votre circuit en utilisant un relais (5V ou 12V). Il devrait y avoir beaucoup d'informations sur le choix d'un relais et sa conduite.
Brian Drummond
Brian: Le taux de commutation est plus que toutes les quelques minutes, plus proche de chaque ~ 5sec. Je ne veux pas non plus du bruit d'un relais
Antti
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ce serait 250W impair à 110V (en supposant une résistance fixe) ...
Brian Drummond
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Avez-vous une raison précise de fusionner le neutre plutôt que la ligne?
The Photon
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Les désignateurs de référence dans votre schéma d'origine ont été mal choisis. Il n'est pas nécessaire de dire au lecteur que R1 est lié à l'opto-coupleur ("opto-R1"), il suffit de le nommer "R1". Mais dans votre schéma mis à jour, vous avez complètement supprimé les refdes, et c'est encore pire. Si je veux discuter de la résistance 330R, il n'y a aucun moyen d'expliquer laquelle je veux dire. Ayez toujours une refdes avec vos composants.
amadeus

Réponses:

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  1. Il est probablement plus sûr que le D8 pilote un petit MOSFET pour contrôler la photodiode au lieu de s'appuyer sur la capacité de source de courant de la broche GPIO elle-même. Vous devez également fournir un peu plus que le minimum absolu de 5 mA cité par la fiche technique.

  2. Un fusible doit toujours être dans la ligne - jamais seulement au neutre. (La fusion des deux est OK.) Si vous fusionnez uniquement le neutre, vous avez toujours un chemin de la ligne à la terre car dans la plupart des juridictions, le neutre est mis à la terre quelque part. Dangereux et potentiellement mortel.

  3. Votre charge de chauffage est probablement de nature inductive, vous devez donc prendre en compte le schéma de grille résistance-condensateur-résistance illustré à la page 6 de la fiche technique pour désensibiliser la grille. Vous pouvez toujours ne pas remplir le condensateur plus tard si vous n'en avez pas besoin.

  4. L'appareil (sans dissipateur thermique) a une résistance de jonction à la température ambiante de 60 K / W.Comme votre chauffage de 1000 W consomme environ 4,34 A de courant lorsque le triac est conducteur, à 230 VCA, c'est ~ 7 W - à 100 VCA, il ressemble plus à 16,5 A. Vous aurez certainement besoin d'un dissipateur thermique :)

Adam Lawrence
la source
La broche MCU peut générer jusqu'à 40 mA, donc je ne pense pas avoir besoin du mosfet? J'ai déplacé le fusible vers le terminal en direct, ce qui, avec le recul, semble évident. J'ai également ajouté les circuits d'amortissement comme dans la fiche technique (toujours pas sûr sur les valeurs). Le schéma mis à jour a été ajouté en tant que modification à la question. Merci!
Antti
C'est généralement une bonne idée de déplacer cette dissipation de puissance à l'extérieur du microcontrôleur, même si la broche peut fournir de l'énergie. C'est de la chaleur supplémentaire dont vous n'avez pas nécessairement besoin / besoin.
Adam Lawrence
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Est-il vraiment correct de fusionner la ligne et le neutre? Si seul le fusible du côté neutre saute, il y a toujours une alimentation mortelle sur l'équipement (maintenant «mort»).
Bobbi Bennett
Il y aura toujours une protection en cas de défaut entre la ligne et le châssis / la terre, et la tension mortelle ne devrait en aucun cas être accessible à l'utilisateur final.
Adam Lawrence
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Code électrique national, article 404 (interrupteurs): les interrupteurs ou les disjoncteurs ne doivent pas déconnecter le conducteur mis à la terre (neutre) d'un circuit.
Bobbi Bennett
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Je mets cela comme une réponse, car mon commentaire semble être enfoui dans la liste.

Pourquoi passez-vous au neutre (et fusionnez-vous)? Ce n'est pas sûr. Votre appareil de chauffage sera alimenté en tension même lorsqu'il est éteint.

Ajoutez un interrupteur mécanique sur l'alimentation secteur, bien sûr, pour que vous sachiez que tout est allumé ou éteint.

Le long de ces mêmes lignes, le chemin de terre côté basse tension doit être solide par rapport à la terre. Imaginez ce qui se passerait si un morceau de fil errant ou quoi que ce soit tombe à travers l'opto-isolateur. Va-t-il échouer en toute sécurité? Ou mettre votre côté basse tension au potentiel du secteur? Vous voulez qu'il échoue en toute sécurité, en faisant sauter le fusible.

Bobbi Bennett
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Le snubber est recommandé pour plusieurs raisons.

  • Réduisez l'amplitude de la tension due à l'inductance parasite commutée. (Sortie) Cela réduit la contrainte de tension sur le niveau de claquage du Triac. Chaque fois que vous changez de longues lignes, vous changez d'inductance. L'OPto a une conception d'amortissement recommandée. Utilisez-en un comme celui-ci sur le Triac.

  • Réduisez à la pointe de ligne dv / dt en utilisant l'inductance de ligne et le capuchon d'amortissement pour éviter un faux déclenchement du triac.

Il n'y a aucun problème à piloter à la fois l'indicateur LED et la LED IR en parallèle car le MCU produira ou absorbera 20mA et l'Opto n'a besoin que de 10mA pour commuter de manière fiable.

Cependant, il n'est pas nécessaire de piloter les LED en parallèle lorsque vous utilisez un régulateur 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)

Maintenez >> un écart de sécurité de 5 mm entre toutes les pistes CA et CC utilisées par l'optocoupleur.

Votre 5V est-il flottant ou mis à la terre en courant alternatif? Non requis. mais pour les réémissions EMI, vous aurez peut-être besoin d'un filtre de ligne pour empêcher l'entrée des signaux de votre capteur MCU sur la ligne d'entrée CA avec filtre LC et peut-être un petit capuchon CA de la terre CC à la terre CA. Vous ne voulez pas que la commutation de votre four entre dans vos signaux MCU. Des billes de ferrite sont parfois utilisées sur des lignes commutées.

Si le Rth ja total est de 10'W, cela signifie que le triac sera grillé à 110'C lorsqu'il est actif après la constante de temps thermique qui dépend de la masse et de la vitesse de l'air. Je suggérerais plus près de 5 'C / W pour votre dissipateur thermique et ajouterais le Rj-c du triac pour obtenir une résistance thermique. utilisez également un peu de graisse avec un petit dissipateur thermique.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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