광 커플러에 동봉 된 구성 요소를 어떻게 선택합니까?

마이크로 컨트롤러 ATmega16L을 사용하여 전기 기기의 켜짐 / 꺼짐 상태를 감지하기 위해 옵토 커플러 ( MOC3021 )를 사용하고 있습니다. 이 작업은 어떻게합니까? 내 전원 공급 장치 사양은 230V, 50Hz입니다. 주변 회로를 설계하고 저항과 같은 구성 요소 값을 어떻게 선택합니까?

편집을 할 2012년 6월 13일에 참고 :이 내가 이런 회로를 해결하고있어 이번이 처음이다. 유용한 의견을 보내 주시기 바랍니다. (내가 잘못한 것 또는 개선을 포함하여)

위의 회로도를 참조하십시오. 이 회로를 사용하여 부하가 켜져 있는지 꺼져 있는지 확인하는 것이 좋습니다. 옵토 커플러 의 출력 핀은 사용중인 마이크로 컨트롤러의 외부 인터럽트 (ATmega16L)에 연결됩니다. 인터럽트는 로드 상태를 모니터링 합니다. 모니터링 후 동일한 마이크로 컨트롤러에 연결된 릴레이 (릴레이는 제어 메커니즘으로 작동)를 사용하여로드 상태를 토글 할 수 있습니다 .

이제 R1, R2 및 Rc에 대한 저항 값을 계산해 보았습니다. 마이크로 컨트롤러의 VIL (max) = 0.2xVcc = 660mV 및 VIH (min) = 0.6xVcc = 1.98V 및 VIH (max) = Vcc + 0.5 = 3.8V입니다.

Rc를 계산하는 것은 매우 쉽습니다. 트랜지스터가 전도하지 않을 때는 출력 이 높습니다 (3.3V에서). 트랜지스터가 작동하면 출력 이 낮아집니다. 따라서 마이크로 컨트롤러의 관점에서 볼 때 출력 높음은로드가 꺼 졌음을 의미하고 출력 낮음은로드가 켜졌 음을 의미합니다.

IF = 1mA에서 34 % 최소 CTR을 사용하여 SFH621A-3에 대한 데이터 시트를 살펴보십시오. 따라서 1mA 입력에서 출력은 340uA가됩니다. 마이크로 컨트롤러가 광 커플러 의 출력 에서 저전압을 감지하기 위해 1Kohm의 저항 값을 사용할 수 있습니까? 되도록 출력 광 커플러로부터는 340mV의 전압을 가질 것이다 (이하 VIL을 (최대) )

이것에 대해서는 나중에 더 긴 하루였습니다.

편집을 할 2012년 6월 15일에

참고 : 전력선 (R1 및 R2)에서 저항을 해결합니다. 내 계산과 적절한 피드백을 확인하십시오.

목표 : 목표는 10mS 반주기 (20mS 전체주기 50Hz)에서 최대 시간 동안 LED를 * ON ** 상태로 유지하는 것입니다. LED가 90 %의 시간 동안 켜져 야한다고하자. 즉, LED가 절반 기간 동안 90 %의 시간 동안 최소 1mA의 전류를 필요로한다는 의미이다. 이는 LED가 10mS 반주기 동안 9mS 동안 활성화됨을 의미한다. 따라서 9mS / 10mS = 0.9 * 180 ( 반주기 ) = 162 도입니다. 이것은 전류가 9deg와 171deg 사이에서 1mA (0deg에서 9deg 및 171deg에서 180deg 사이의 1mA 미만 ) 임을 나타냅니다 . 정수로 작업하는 것이 깔끔하고 5 % 가이 응용 프로그램에서 적어도 차이가 없기 때문에 ON 시간을 95 %로 생각하지 않았습니다.

Vpeak-peak = 230V x sqrt (2) = 325V입니다. 공차 고려. 최소 공차는 6 %입니다. 325 x 0.94 ( 100-6 ) x sin (9) = 47.8V

따라서 R1 ≤ (47.8V-1.65V) / 1mA = 46.1 ms 46.1 ms (39 Koh) (e12 시리즈)보다 작은 값을 선택하십시오. 계산 된 것과 비교하여 더 작은 값의 저항이 선택되었으므로 다이오드를 통한 전류가 1mA보다 클 것입니다.

새로운 전류 계산 : ((325V x 110 %)-1.25V) / 39 Kohms = 9.1mA (다이오드의 최대 If에 너무 가까움). 잠시 후이 문제로 돌아 오기 [Label-1x]

먼저 저항의 정격 전력을 계산하십시오 (39 Kohm 고려) ((230 + 10 %) ^ 2) / 39K = 1.64 Watts (너무 높음).

계산으로 돌아 가기 [Label-1x] 22 개의 Kohm 저항을 선택할 수 있습니다. 함께 그들은 최대 44 Kohm을 더합니다. 이것은 46.1 Kohm에 가깝습니다 (위에서 계산).

두 저항의 전력 정격 확인 : ((230 + 10 %) ^ 2) / (2 x 22) Kohm = 1.45W. 정격 전력이 각각 1W 인 22 개의 Kohm 저항을 선택하십시오.

이제이 모든 초기 CTR은 34 %였으며 이는 1mA 입력이 340µA 출력이된다는 것을 의미합니다 . 그러나 이제 2x22 Kohm 저항으로 인해 전류가 출력에서 ​​약간 더 커집니다. 이는 풀업 저항 Rc에서 더 높은 전위를 의미합니다. 옵토 커플러의 출력에서 ​​500mV 미만의 전압 강하가 발생하는 문제가 있습니까?

MOC3021은 트라이 악 출력이있는 옵토 커플러입니다. 일반적으로 전원 작동 장치를 전환하기 위해 전력 트라이 액을 구동하는 데 사용됩니다. 트라이 액은 AC 회로에서만 사용할 수 있습니다.

트랜지스터 출력이있는 옵토 커플러가 필요합니다. 입력에 병렬로 2 개의 LED가있는 것이 좋습니다. SFH620A는 그런 부분입니다.

역 병렬의 두 LED는 트랜지스터가 전원의 반주기에서 모두 활성화되도록합니다. 많은 광 커플러에는 1 개의 LED 만 있어도 작동하지만 50Hz 동안 20ms 동안 10ms의 출력 펄스를 제공합니다. 이 경우에도 역 병렬 상태에서 LED를 과전압으로부터 보호하기 위해 다이오드를 역 병렬로 입력에 배치해야합니다.

중요하다 CTR 또는 트랜지스터가 주어진 LED 전류 싱크 얼마나 출력 전류를 나타냅니다 전류 전달 비. 10mA에서의의는 1mA에서이 적어도 340 그렇게 1mA 그 수단, 단지 34 %의 최소한의 것만, CTR은 매우 높은 종종하지만 SFH620A 위해 우리는 100 %의 최소 값을 선택할 수 있습니다 아웃.$\mu$

$\Omega$$\mu$

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

1mA에서 CTR을 34 % 이상으로 유지하려면 SFH620A-3을 사용해야합니다.

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

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

$\Omega$$\Omega$E24 값이 아닙니다. 가장 가까운 E24 값을 선택하고 계산을 확인하거나 E96을 선택할 수 있습니다. 후자를하자.

그게 다야 사람들. :-)

편집해야 할
것이 훨씬 더 많다는 의견에서 제안했습니다.이 답변의 길이는 3 배가 될 수 있습니다. 예를 들어 AVR I / O 핀의 입력 누설 전류가 트랜지스터보다 10 배나 높습니다. (걱정하지 말고 확인했는데 안전합니다.)

$\times$ $V_{DD}$
출력 전류가 충분하다면 1mA 입력 전류가 너무 높아서이를 위해 전력 저항이 필요합니다. Darlington은 1mA로만 지정된 경우 반드시 이것을 해결하지는 않습니다. 600 % CTR에서 6mA 컬렉터 전류를 얻을 수 있지만 그럴 필요는 없습니다. 1mA에 대해서는 아무것도 할 수 없습니까? 아마. 옵토 커플러의 경우 전기적 특성은 약 1mA에 대해서만 언급했습니다. 데이터 시트에 그래프가 있습니다 (그림 5 : CTR 대 순방향 전류). 0.1mA에서 300 % 이상의 CTR을 보여줍니다. 이 그래프에주의해야합니다. 표는 종종 최소값 및 / 또는 최대 값을 제공하지만 그래프는 일반적으로 일반적인 값을 제공합니다. 300 % 일 수 있지만 더 낮을 수 있습니다. 얼마나 더 낮습니까? 말하지 않습니다. 하나의 제품 만 만들면 시도해 볼 수는 있지만
$\mu$$\mu$

다른 대답에서 나는 왜 Darlington 옵토 커플러를 사용하지 않았는지 설명했습니다. 주된 이유는 일반적인 BJT보다 훨씬 높은 Darlington의 포화 전압이기 때문에 1V만큼 높을 수 있습니다 .ATmega16L의 경우 낮은 레벨에서 최대 입력 전압을 다시 사용하는 것은 0.2V VDD 또는 3.3V 공급시 0.66V입니다. 1V가 너무 높습니다.

그러나 고칠 수없는 것은 아니며 몇 가지 추가 구성 요소 만 필요합니다. 동시에 우리는 1mA 입력 전류에 대해서도 무언가를 할 것입니다.

입력 전류로 시작하기 위해 데이터 시트에 더 낮은 것을 언급하지 않았으므로 시도 할 수는 있지만 1A를 사용해야했지만 보증은 없습니다. 그러나 FOD816 의 데이터 시트 에는 흥미로운 그래프가 있습니다.

그게 하나입니다. 이것은 100µA의 낮은 입력 전류에 대한 CTR을 제공하며 350 %도 높습니다 (달링턴임을 기억하십시오). 그러나이 그래프에주의해야합니다. 표는 종종 최소값 또는 최대 값을 제공하지만 달리 표시되지 않는 한 이러한 종류의 그래프는 일반적인 값을 제공합니다. 최소값은 얼마입니까? 우리는 모르지만 100 % 안전합니다. 안전성을 높이고 CTR을 50 %로 가정하겠습니다. 100µA의 경우 50µA가 나옵니다. 그것이 충분한 지 보자.

이것은 수정 된 출력 단계입니다. U1의 트랜지스터는 포토 달링턴 (Photo-Darlington)으로, 켜져있을 때 50µA를 소싱합니다. R4에 10µA를 선택하여 값이 0.6V / 10µA = 60kΩ이되도록합니다. 나중에 R4의 기능으로 돌아갑니다.

$H_{FE}$

$\times$

R4에는 여전히 약간의 설명이 필요합니다. 우리가 생략한다고 가정 해보십시오. 그런 다음 모든 달링턴의 전류는 T1로갑니다. FOD816의 누설 전류 (데이터 시트에서 "암전류"라고 함)는 1µA만큼 높을 수 있습니다. T1은 최대 최악의 경우 250µA로 증폭하여 R5에서 3.3V를 떨어 뜨릴 수있다. 따라서 출력이 영구적으로 낮을 수 있습니다.
R4에 60kΩ의 값을 선택했습니다. 그런 다음 전압 강하가 0.6V 미만이면 Darlington의 모든 전류는 R4를 통과하고 T1을 통과하지 않습니다. 최소베이스 이미 터 전압에 도달하지 않기 때문입니다. 10µA였습니다. 따라서 1µA 암전류는 60mV 강하 만 발생하고베이스 전류는 발생하지 않습니다.

우리는 모든 구성 요소에 대한 값을 가지고 있으며 나머지는 입력 저항을 각각 220kΩ으로 늘리는 것입니다. 이를 위해 1 / 4W 저항을 사용할 수 있습니다.

회로의 매개 변수를 파악하려면 출력에서 ​​필요한 것부터 시작하여 거꾸로 작업하십시오. 10kΩ은 출력 풀업에 적합한 값입니다. 저전력이 중요한 배터리 작동과 같은 특별한 요구 사항이없는 한 10kΩ은 누설 및 합리적인 노이즈에 대해 라인을 견고하게 끌어 올릴 수있을 정도로 낮지 만 전류를 너무 많이 요구할만큼 낮지는 않습니다.

옵토의 출력 트랜지스터가 켜지면 Rc에 대해 최대 3.3V가됩니다. 3.3V / 10kΩ = 330µA는 트랜지스터가 싱크 할 수있는 최소 전류입니다. 라인이 낮을 때 견고하게 낮게 유지하기 위해 여분의 것을 원합니다. 최소한 500µA를 싱크 할 수 있어야한다고 말하고 싶지만 특별한 이유가 없다면 1mA를 사용한다.

이제 출력이 1mA를 싱크해야한다는 것을 알았으므로 옵토의 데이터 시트에서 1mA를 꺼내기 위해 어떻게 구동해야하는지 확인합니다. 이 부품의 "-3"변형을 사용하고 있습니다.이 데이터 시트의 첫 페이지에 따르면 최소 보장 된 현재 전송 비율은 100 %입니다. 즉, LED 중 하나를 통해 트랜지스터가 최소한 전류를 싱킹 할 수 있습니다. 그러나 CTR 사양보다 작은 "± 10 mA"에 유의하십시오. 이것이 실제로 말하는 것은 LED를 통해 10mA를 넣으면 트랜지스터가 10mA 이상을 싱크 할 수 있다는 것입니다. 실제로 다른 입력 전류에서는 아무것도 약속하지 않습니다.

데이터 시트를보다 자세히 살펴보면 3 페이지 상단에 추가 정보가 있습니다. 여기에는 실제로 1mA 입력에 대한 CTR이 표시됩니다. 이제는 34 % 만 보장됩니다. 즉, 1mA 출력 싱크 기능을 얻으려면 1mA / 34 % = 2.9mA로 LED를 구동해야하므로 절대 최소 3mA를 목표로하자.

감지해야 할 전압은 230 V AC입니다. 사인이기 때문에 피크는 325V입니다. 옵토의 출력 신호는 마이크로로 들어가므로 전원이 켜질 때 신호가 안정적 일 필요가 없습니다. 실제로, 마이크로는 순간적인 중단과 결함을 제거 할 수있는 것이 좋습니다. 신호가 꺼져있을 때 매 ms마다 감소하는 카운터를 유지하고 켜져있을 때 50과 같은 것으로 재설정합니다. 즉, 전원이 꺼져 있다고 선언하기 위해 50ms 동안 신호가 표시되지 않아야합니다. 필요한 것은 라인 사이클의 피크에서 약간의 미끄러짐이며이 시스템은 잘 작동합니다. 라인 사이클 피크는 50Hz 전력으로 10ms마다 발생합니다.

우리가 어디에 있는지 보자. 전원 전압이 325V 일 때 LED를 통해 최소 3mA의 유량을 유지하려고합니다. LED는 최대 1.65V (2 페이지의 맨 아래 표)까지 떨어질 수 있으며, 이는 가장 저렴한 전력선 전압에서 계속 작동해야합니다. . 최소 200VAC (283V 피크, LED 강하 후 281V)를 감지 할 수 있도록하겠습니다. 281V / 3mA = 94kΩ. 이론적으로, 이는 전력 피크 당 적어도 한 번 출력을 트리거하기 위해 LED와 직렬로 필요한 전부입니다.

실제로 여백을 추가하는 것이 좋습니다. 작은 반올림만으로 보장되는 것이 아니라 각 반주기의 합리적인 유한 비율에 대해 출력을 주장하기를 원합니다. 모든 것을 감안할 때 저항을 대략 47kΩ으로 반으로 줄였습니다. 그것은 상당한 마진을 가진 모든 합리적인 조건에서 출력을 확실하게 켤 것입니다.

그것이 당신이해야 할 전부라고 생각할 수도 있지만, 더 기다려야 할 것이 있습니다. 240V와 같이 높은 라인 전압에서 어떤 일이 발생하는지 생각해보십시오. 피크는 340V이며, LED를 통해 7.2mA가 발생합니다. 허용되는 최대 LED 전류 (60mA)를 확인해야합니다. 그러나 저항의 전력 손실을 고려하십시오. 최악의 라인 전압이 240V라고 가정하면 (LED 전압 강하를 무시하고) 저항으로 들어가는 전력은 (240V) ² / 47kΩ = 1.23W입니다. 적어도 "2W"저항이어야합니다. 그러면 눈에 띄게 따뜻해질 것입니다.

또 다른 문제는 저항의 정격 전압을 고려해야한다는 것입니다. 340V 피크를 견딜 수 있어야하므로 전체적으로 2W 및 400V에 정격 된 47kΩ 저항이 필요합니다. 이러한 저항을 찾을 수는 있지만 여러 저항을 직렬로 사용하는 것이 더 간단 할 수 있습니다. 이것은 직렬 저항들 사이에서 피크 전압과 전력 손실을 확산시킨다. 4 개의 12kΩ 저항이이 작업을 수행하며 300mW 만 소실하고 각각 85V를 봅니다. 대량으로 물건을 구입할 수있는 볼륨 제품이 아니라면 단일 저항기보다 찾기 쉽고 저렴합니다. 따라서 질문에 대한 대답은 4 개의 일반 12kΩ 1/2 와트 저항을 LED와 직렬로 연결하는 것입니다.

R1과 R2를 표시 할 때 옵토의 각면에서 분할 할 필요는 없습니다. 어딘가에 LED와 직렬로 연결된 단일 저항 만 있으면됩니다. 이 경우이 저항은 4 개의 개별 저항으로 구성되므로 회로의 고전압 측에서 기계적으로 가장 잘 작동하도록 원하는 방식으로 저항을 분할 할 수 있습니다. 바람직하게는 고전압에 대한 주름 경로를 최대화하고 열을 확산시키기 위해 종단 간일 것이다.

그러나 전류 전송 비율이 낮기 때문에 많은 양의 LED 전류를 제공해야하기 때문에이 애플리케이션에이 옵토 커플러가 마음에 들지 않습니다. 이로 인해 저항에 많은 전력이 소비됩니다. 높은 전류 전송률이 유용하고 속도가 중요하지 않은 이러한 종류의 응용 분야에서는 저렴하고 사용 가능한 FOD817이 좋습니다. 이 부품의 D 버전은 5mA에서 3 배의 CTR을 보장합니다. 그들은 정확히 1mA를 얻는 것을 말하지는 않지만 출력이 1mA에서 1mA 이상 싱크 할 수 있다는 것이 안전합니다.

FOD817에는 단일 LED가 있지만 다루기 쉽습니다 (FOD814에는 백투백 LED가 있지만 가용성은 떨어지고 더 높은 게인 변형에서는 나오지 않습니다). 위에서 설명한 50ms 체계를 사용하면 라인주기 당 한 번 (20ms마다) 펄스가 발생해도 문제가되지 않습니다. 저항과 함께 LED와 다이오드를 직렬로 연결하고, 다이오드에 약간의 누설로 인해 높은 역 전압이 표시되지 않도록 높은 값의 저항이 LED를 가로지 릅니다. 100kΩ은 양호하며 전류가 다른 계산과 관련이 없을 정도로 높습니다. 이것의 또 다른 장점은 더 적은 LED 전류가 필요하기 때문에 더 낮은 전력 소비를 얻을뿐만 아니라 LED가 한 방향으로 만 구동되기 때문에 두 가지 전력 감소의 또 다른 요소를 얻는다는 것입니다.

최종 답변은 다음과 같습니다.

이 유형의 응용 프로그램에 대해 매우 높은 CTR을 찾고 있다면 Liteon LTV-8xxx 시리즈를보십시오 . 600 % 이상 1mA IF에서.