Estou projetando um dispositivo para alternar um dispositivo de aquecimento acionado pela rede elétrica. Pesquisei bastante e percebi que há muitas informações por aí, mas como estou lidando com CA potencialmente mortal, gostaria de validar meu design antes de encomendar PCBs. Esta é a minha primeira vez trabalhando com rede elétrica, então assuma que não sei nada :)
Requisitos:
- Troque a carga de um dispositivo de aquecimento (= resistivo), até 1000W
- Compatível com 110-240V, 50 e 60hz
- Conduzido por 5v MCU (ATMega328)
- Não há necessidade de aprovar regulamentos, etc, mas absolutamente precisa estar seguro
- editar: taxa de comutação aproximadamente uma vez a cada 5seg
Aqui está o esquema:
Notas:
- D8 é o pino do MCU
- O resistor entre o optocoupler e o triac é um resistor de furo passante de 1 / 4W, os outros 0603
- Fusível 5A rápido
- Os dois 330 resistores em série estão lá para simplificar a lista técnica
- O triac muda a rede neutra
Questões:
- Primeiro de tudo: há algo aqui que eu perdi ou esqueci?
- O dissipador de calor no triac não é muito claro para mim. Eu calculei um valor máximo de 10C / W, está bem? Meu cálculo é: (temperatura máxima - temperatura ambiente) / (tensão máxima no estágio * (milli amperes / tensão)) - junção para basear a resistência térmica (
(110-25)/(1.65*(1000/230))-1.5 = ~10.35
). Isso significa que o triac estará em 110c o tempo todo, parece um pouco alto para mim? .. Idealmente, eu teria um dissipador de calor menor, então espero que isso esteja errado :) - O optocoupler é uma fase aleatória. A fase é importante apenas para luzes apagadas, etc, certo? A fase é importante para um dispositivo de aquecimento?
- É necessário um circuito amortecedor? Pelo que entendi isso só é necessário para cargas indutivas?
- A maior parte deste circuito está na parte inferior de uma placa de 2 camadas de 1,6 mm com outros componentes a uma distância mínima de 4 mm na parte superior. Pelo que entendi, a distância de fluência deve ser mínima de 6 mm, mas é a mesma coisa com a placa intermediária?
Preciso encomendar as peças de qualquer maneira, portanto, se você tiver sugestões para trocar componentes, tudo está bem.
Folhas de dados:
- Acoplador óptico (MOC3023M): http://www.farnell.com/datasheets/94947.pdf
- Triac (BT138-600): http://www.farnell.com/datasheets/1651175.pdf
Quaisquer outras dicas ou truques também são muito apreciados!
ATUALIZAR
Após as dicas aqui, mudei o fusível para viver (parece óbvio agora ...) e adicionei os amortecedores. Esquema atualizado:
Respostas:
Provavelmente é mais seguro o D8 dirigir um pequeno MOSFET para controlar o fotodiodo, em vez de confiar na capacidade de fonte de corrente do próprio pino GPIO. Você também deve fornecer um pouco mais do que o mínimo absoluto de 5 mA citado pela folha de dados.
Um fusível deve estar sempre na linha - nunca apenas no ponto morto. (A fusão de ambos é boa.) Se você fundir apenas o neutro, ainda terá um caminho da linha à terra, pois na maioria das jurisdições, o neutro é aterrado em algum lugar. Perigoso e potencialmente letal.
Sua carga do aquecedor é provavelmente indutiva por natureza, portanto, considere o esquema de resistor-capacitor-resistor mostrado na página 6 da folha de dados para dessensibilizar o portão. Você sempre pode não preencher o capacitor posteriormente se não precisar dele.
O dispositivo (sem dissipador de calor) tem uma resistência de junção ao ambiente de 60K / W. Como o seu aquecedor de 1000W consumiria cerca de 4,34A de corrente quando o triac está conduzindo, a 230VAC que é ~ 7W - a 100VAC é mais como 16,5A. Você definitivamente precisará de um dissipador de calor :)
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Estou colocando isso como uma resposta, pois meu comentário parece estar enterrado na lista.
Por que você está alternando (e fundindo) o neutro? Isso não é seguro. Seu aquecedor terá tensão de rede, mesmo quando desligado.
Adicione um interruptor mecânico na alimentação principal, é claro, para ter certeza de que tudo está ligado ou desligado.
Na mesma linha, o caminho de aterramento no lado de baixa tensão deve ser sólido para o aterramento. Imagine o que aconteceria se um fio perdido ou outro objeto caísse através do opto-isolador. Falhará seguro? Ou colocar o seu lado de baixa tensão no potencial da rede? Você quer que fique à prova de segurança, queimando o fusível.
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O amortecedor é recomendado por vários motivos.
Reduza a amplitude de tensão da indutância parasitária comutada. (Saída) Isso reduz o estresse de tensão no nível de quebra do Triac. Sempre que você está trocando linhas longas, está mudando de indutância. O OPto possui um design de amortecedor recomendado. Use um igual no Triac.
Reduza o pico da linha dv / dt usando a indutância da linha e a tampa do amortecedor para evitar o falso acionamento do triac.
Não há problema em conduzir o indicador LED e o LED IR em paralelo, pois o MCU fornecerá ou reduzirá 20mA e o Opto precisará apenas de 10mA para alternar com segurança.
No entanto, não há necessidade de acionar os LEDs em paralelo quando você estiver usando um regulador de 5V.
Mantenha >> uma folga de segurança de 5 mm entre todas as faixas CA e CC usadas pelo acoplador óptico.
O seu 5V está flutuando ou aterrado para AC? Não requerido. mas, para as reavaliações de EMI, pode ser necessário um filtro de linha para impedir a entrada de sinais do sensor MCU na linha de entrada CA com filtro LC e talvez uma pequena tampa CA do aterramento CC para o CA. Você não quer que o interruptor do forno entre nos sinais do MCU. Contas de ferrite às vezes são usadas em linhas comutadas.
Se o Rth ja total for 10'W, significa que o triac será tostado a 110'C quando ativo após constante de tempo térmico, que depende da massa e da velocidade do AR. Eu sugeriria mais próximo de 5 'C / W para o seu dissipador de calor e adicionaria o Rj-c do triac para obter resistência térmica. use também um pouco de graxa com um pequeno dissipador de calor.
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Estou projetando um circuito semelhante.
A única coisa que falta nesse circuito é um transil para proteger o triac de picos de sobretensão, para que não seja danificado por transientes externos.
Consulte - http://www.st.com/st-web-ui/static/active/cn/resource/technical/document/application_note/CD00022856.pdf
Também seria possível usar um MOV, mas isso parece mais elegante.
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