Управління навантаженням 220 вольт без реле!

При автоматизації будинку або квартири необхідно управляти електричними приладами працюючими від напруги 220 вольт. На жаль контролер arduino не може комутувати таке велике напруження на пряму. Необхідний посередник. Перше що приходить на розум - РЕЛЕ.

У даного способу є і плюси і мінуси. До плюсів можна віднести гальванічну розв'язку, можливість комутувати все, що душі завгодно (постійний або змінний струм, будь-яка напруга до 250 вольт)

Мінуси - брязкіт контактів і клацає. Не такий великий мінус, але він є.

Як я не раз вже говорив: "Головне - це сім'я! "І якщо комусь із близьких не комфортно, необхідно постаратися виправити.

Після заяви рідних про те, що "щось там клацає і лякає ..." вирішив зібрати напівпровідниковий ключ змінної напруги. На просторах інтернету не склало труднощів знайти докладний опис і схему даного пристрою.

Головні дійові герої ключа змінної напруги - симистор і оптопара.

Симистор сам по собі вже є ключем змінної напруги, але для управління симистором ми будемо використовувати оптопару, для того що б забезпечити гальванічну розв'язку.

Розглядаючи різні варіанти я вирішив взяти оптопару MOC3063. Справа в тому, що вона з детектором переходу нуля комутованого напруги. Іншими словами симистор буде відкриватися і закриватися в той момент коли синусоїда проходить через нуль. Дана властивість дозволить продовжити життя комутованих приладів ...

Але вистачить ходити навколо.

Виходячи зі своїх потреб вирішив робити двох канальний ключ.

скачати PDF або в форматі SprintLayout6 скачати

скачати програму для редагування друкованих плат SprintLayout6

Виготовив плату старим добрим способом «лазерного праски» (ЛУТ). Тільки замість праски був використаний ламинатор.

1. оптопара MOC3063 - 38 руб. х2 шт.
2. симистор BT138-600 - 30 руб. х2 шт.
3. резистори 6 шт. по рублю.
4. шматок склотекстоліти фольгованого - безкоштовно (орієнтовно 10-15 руб.)
5. клемники - можна вважати безкоштовними тому вже давно купив їх 100500 штук.
6. хлорне залізо, припой і паяльник не вважаємо.

Разом близько 150 руб.

1. корисно для комутованих пристроїв
2. гальванічна розв'язка
3. Безшумно!

1. тільки змінну напругу

Фото того, що вийшло:

42 думок про "Управління навантаженням 220 вольт БЕЗ реле! "

Оптосімістори МОС301х, МОС302х, МОС303х, МОС304х, МОС306х, МОС308х
Оптосімістори належать до класу оптронов і забезпечують дуже хорошу гальванічну розв'язку (порядка 7500 В) між керуючою ланцюгом і навантаженням. Ці радіоелементи складаються з інфрачервоного світлодіода, з'єднаного за допомогою оптичного каналу з двонаправленим кремнієвим симистором. Останній може бути доповнений отпирающей схемою, яка спрацьовує при переході через нуль напруги живлення.
Ці радіоелементи особливо незамінні при управлінні більш потужними симисторами, наприклад при реалізації реле високої напруги або великої потужності. Подібні оптопари були задумані для здійснення зв'язку між логічними схемами з малими рівнями напруг і навантаженням, що живиться мережевим напругою 220 В. оптосімістори може розміщуватися в малогабаритному DIP-корпусі з шістьма висновками, його цоколевка і внутрішня структура показані на рис.1.

У таблиці наведено класифікацію оптосімістори за величиною прямого струму, через світлодіод IFT, відкриває прилад, і максимального прямого повторюваного напруги, що витримується симистором на виході (VDRM). У таблиці зазначено також і властивість симистора відкриватися при переході через нуль напруги харчування. Для зниження перешкод краще використовувати сімістори, що відкриваються при переході через нуль напруги харчування.

Що стосується елементів з виявленням нуля напруги харчування, то їх вихідний каскад спрацьовує при перевищенні напругою живлення деякого порога, зазвичай це 5 В (максимум 20 В). Серії МОС301х і МОС302х частіше використовуються з резистивної навантаженням або у випадках, коли напруга живлення навантаження повинне відключатися. Коли симистор знаходиться в провідному стані, максимальне падіння напруги на його висновках звичайно дорівнює 1,8 В (максимум 3В) при струмі до 100мА. Струм утримання (IH), що підтримує провідність вихідного каскаду оптосімістори, дорівнює 100мкА, яким би він не був (негативним або позитивним) за напівперіод живлячої напруги.
Струм витоку вихідного каскаду в закритому стані (ID) варіюється в залежності від моделі оптосімістори. Для оптосімістори з виявленням нуля струм витоку може досягати 0,5мА, якщо світлодіод знаходиться під напругою (протікає струм IF).
У інфрачервоного світлодіода зворотний струм витоку дорівнює 0,05 мкА (максимум 100 мкА), і максимальне падіння прямої напруги 1,5 В для всіх моделей оптосімістори. Максимально допустимий зворотна напруга світлодіода 3 вольта для моделей МОС301х, МОС302х і МОС303х і 6 вольт для моделей МОС304х. МОСЗО6х і МОСЗО8х.
Гранично допустимі параметри
Максимально допустимий струм через світлодіод в безперервному режимі - не більше 60мА.
Максимальний імпульсний струм в провідному стані перемикача вихідного каскаду - не більше 1 А.
Повна потужність, що розсіюється оптосімістори не повинна перевищувати 250 мВт (максимум 120 мВт для світлодіода і 150 мВт для вихідного каскаду при Т - 25˚С).

На рис.2 а-д представлені різні схеми типових застосувань оптосімістори, що відрізняються один від одного характером навантаження і способами підключення навантаження і харчування.
опір Rd
Розрахунок опору цього резистора залежить від мінімального прямого струму інфрачервоного світлодіода, що гарантує відмикання сімістора. Отже, Rd = (+ V - 1,5) / IF.
Наприклад, для схеми транзисторного управління оптосімістори c напругою живлення +5 В (рис.3) і напругою на відкритому транзисторі (Uке нас), що дорівнює 0.3 В, + V буде 4,7 В, і IF повинен знаходитися в діапазоні між 15 і 50 ма для МОС3041. Має бути прийнято IF - 20 мА з урахуванням зниження ефективності світлодіода в тече¬ніе терміну служби (запас 5 мА), цілком забезпечуючи роботу оптопари з поступовим ослабленням сили струму. Таким чином, маємо:
Rв = (4,7 - 1,5) / 0,02 = 160 Ом.
Слід підібрати стандартне значення опору, тобто 150 Ом для МОС3041 і опір 100 Ом для МОС3020.
опір R
Резистор R необов'язково включати, коли навантаження чисто резистивная. Однак, якщо симистор захищений ланцюжком RР - CР, найчастіше званої іскрогасящей, резистор R дозволяє обмежити струм через керуючий електрод оптосімістори. Дійсно, в разі індуктивного навантаження проходить через симистор струм і напруга, прикладена до схеми, знаходяться в протифазі. Так як симистор перестає бути провідником, коли струм проходить через нуль, конденсатор захисної ланцюжка СР може розряджатися через оптосімістори. Тоді резистор R обмежує цей струм розряду. Мінімальне значення його опору залежить від максимальної напруги конденсатора і максимально допустимого для оптосімістори струму, тому для напруги живлення 220 В:
Rmin = 220 В х 1,41 / 1А - 311 Ом.
З іншого боку, занадто велика величина R може привести до порушення роботи. Тому беруть R - 330 або 390 Ом.
опір RG
Резистор RG необхідний тільки тоді, коли вхідний опір керуючого електрода дуже велике, тобто в разі чутливого симистора. Значення резистора RG може бути в діапазоні від 100 до 500 Ом.
Резистори RG і R вводять затримку відмикання сімістора, яка буде тим значніше, чим вище опору цих резисторів. Ланцюжок Ra - Сa
Щоб обмежити швидкість зміни напруги dV / dt на виході оптосімістори, необхідна snubber-ланцюжок (рис.2 г).
Вибір значення опору резистора Ra залежить від чутливості симистора і напруги Va, починаючи з якого симистор повинен спрацьовувати. Таким чином, маємо:
R + Ra = Va / IG.
Для симистора з керуючим струмом IG = 25мА і напругою відмикання Va = 20В отримаємо: R + Ra = 20 / 0,025 - 800 Ом
або: Ra = 800 - 330 = 470 Ом.
Для того щоб перемикання сімістора відбувалося швидко, повинна бути виконана така умова: dV / dt = 311 / Ra х Ca.
Для МОС3020 максимальне значення dV / dt - 10 В / мкс.
Таким чином: Сa = 311 / (470 х 107) = 66 нФ.
Вибираємо: Сa = 68 нФ.
Зауваження.
Що стосується snubber-ланцюжка, то експериментальні значення, як правило, краще теоретичних розрахунків.
захист
Настійно рекомендується захищати симистор і оптосімістори при роботі на індуктивне навантаження або при часто впливають на мережу перешкодах.
Для симистора іскрогасящая RC-ланцюжок просто необхідна. Для оптосімістори з виявленням нуля, такий як МОС3041, - бажана. Опір резистора R слід збільшити з 27 Ом до 330 Ом (за винятком випадку, коли керований симистор малочутливий).
Якщо використовується модель без виявлення нуля, то snubber-ланцюжок Ra - Сa обов'язкове.

1) 15А без радіатора? - ну Серьога ти палиш!

2) Таб (металевий) для з'єднання з радіатором 1-го і 2-го симистора на фото готової плати торкаються один одного, а як щодо К.З. Пояснюю, якщо один симистор повністю відкритий / закритий, а другий напіввідкритий, при торканні табів обом сімісторов - кирдик! (Дай бог, щоб пожежі не було, а то розумний будинок можна буде потім лопатою відкидати :))

3) За даташіту на оптосімістори резистори повинні бути 390 Ом (до сімісторов). Треба дивитися типову схему включення, там же все пояснено! 200 Ом резистор на вході оптопари - у тебе контролер 3-х вольтової або 5 вольтової? Пояснень на вхідні сигнали немає. Вхідний струм оптопари в середньому повинен бути середнім. Буде малим - ненадійно буде відкриватися симистор, великим - або перевантаження і вихід деталей або термін життя пристрою буде залежати від якості комплектуючих і запасу їх міцності.

ТАК ТАК ЦІКАВО ДО ЖАХУ! прочитавши ваші стати зважився на будівництво будинку. уявляєте як смішно звучить))) але це так! а будинок хочу зробити розумним! але і не тільки його а до максимум довести автоматику! Зараз готовий 1 поверх! і ваша схема працювати на висвітленні! але головне зараз вентиляція ось з нею я голову ламаю ой як ... ваша схема буде використовуватися в подальшому для прохідних і простих вимикачів! Ну і буду чекати статтю!

А в чому питання? Потрібно використовувати стільки ж виходів arduino. Якщо не вистачає виходів arduino, використовуйте arduino mega. Або застосуєте зсувний регістр 74HC595 завдяки якому використовуючи всього три Піна arduino, можна підключити хоч 100 таких плат 🙂 (якщо цікаво як, то можу написати невелику статтю)

Дякую працює. від 3V вже починає спрацьовувати! а то я боявся що моя арудіно дуе не спрацює! але метушня питання як підключити 20 таких плат до однієї Ардуіно?

Дивно, що не працює ...
У схемі використовується симистор BT138-600.
Перевірте оптопару MOC3063 вона з детектором переходу через «нуль» тобто щоб схема запрацювала необхідно, щоб на T138-600 було змінну напругу ...

Привіт всім. спробував застосувати до 3.3В цю схему і не йде. можна докладніше як ви визначили всі опору щоб я перерахував. і ще це BT138-600 або BTA138-600?